(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
前記第１の信号変換手段は、
前記永久磁石電動機の回転子が１回転する間の前記回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、前記回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
前記回転角変換手段の出力信号を不揮発性記憶装置に逐次記憶、更新する回転角信号記憶手段と、
前記回転角信号記憶手段の記憶値に基づき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで前記回転角信号が異なる状態を判別して、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで同じになるように前記回転角補正信号を生成して前記回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【請求項２】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
前記第２の信号変換手段は、
前記磁極対数がｍであるとき、前記回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を前記永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して前記磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
前記磁極位相変換手段の出力信号を不揮発性記憶装置に逐次記憶、更新する磁極位相信号記憶手段と、
前記磁極位相信号記憶手段の記憶値に基づき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで前記磁極位相信号が異なる状態を判別して、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで磁極位相が同じになるように前記磁極位相補正信号を生成して前記磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【請求項３】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、位相を変えて磁界を作るような前記永久磁石電動機の電流ステップ応答を測定して回転角信号を補正すべきか否かを判定する磁極判定制御手段を備え、
前記第１の信号変換手段は、
前記永久磁石電動機の回転子が１回転する間の前記回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、前記回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
前記磁極判定制御手段が回転角信号を補正すべきと判定したとき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで回転角信号が同じになるように前記回転角補正信号を生成して前記回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【請求項４】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、位相を変えて磁界を作るような前記永久磁石電動機の電流ステップ応答を測定して前記磁極位相信号を補正すべきか否かを判定する磁極判定制御手段を備え、
前記第２の信号変換手段は、
前記磁極対数がｍであるとき、前記回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を前記永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して前記磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
前記磁極判定制御手段が前記磁極位相信号を補正すべきと判定したとき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで前記磁極位相信号が同じになるように前記磁極位相補正信号を生成して前記磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【請求項５】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、前記永久磁石電動機の速度変化を検出する検出手段と、前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時にステップ電流を流す指令を出力すると共に、前記検出手段の検出結果に基づいて前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に前記回転角信号を補正すべきか否かを判定する電動機制御異常検出手段とを備え、
前記第１の信号変換手段は、
前記永久磁石電動機の回転子が１回転する間の前記回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、前記回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
前記電動機制御異常検出手段が回転角補正指令を出力したとき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで回転角信号が同じになるように前記回転角補正信号を生成して前記回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【請求項６】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、前記永久磁石電動機の速度変化を検出する検出手段と、前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時にステップ電流を流す指令を出力すると共に、前記検出手段の検出結果に基づいて前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に前記磁極位相信号を補正すべきか否かを判定する電動機制御異常検出手段とを備え、
前記第２の信号変換手段は、
前記磁極対数がｍであるとき、前記回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を前記永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して前記磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
前記電動機制御異常検出手段が前記磁極位相信号を補正すべきと判定したとき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで前記磁極位相信号が同じになるように前記磁極位相補正信号を生成して前記磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【請求項７】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、前記永久磁石電動機の電流又は電圧のいずれか１つを検出する検出手段と、前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、前記検出手段の検出結果に基づいて電動機の制御異常を検出し、前記制御装置に電動機制御停止指令及び回転角補正指令を出力する電動機制御異常検出手段とを備え、
前記第１の信号変換手段は、
前記永久磁石電動機の回転子が１回転する間の前記回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、前記回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
前記電動機制御異常検出手段が回転角補正指令を出力したとき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで回転角信号が同じになるように前記回転角補正信号を生成して前記回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【請求項８】
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
前記第１の信号変換手段からの回転角信号を、前記永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す前記磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って前記永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、前記永久磁石電動機の電流又は電圧のいずれか１つを検出する検出手段と、前記制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、前記検出手段の検出結果に基づいて電動機の制御異常を検出し、前記制御装置に電動機制御停止指令及び磁極位相補正指令を出力する電動機制御異常検出手段とを備え、
前記第２の信号変換手段は、
前記磁極対数がｍであるとき、前記回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を前記永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して前記磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
前記電動機制御異常検出手段が磁極位相補正指令を出力したとき、前記制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで前記磁極位相信号が同じになるように前記磁極位相補正信号を生成して前記磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号に基づいて、回転子の磁極位相信号を生成し、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば、エレベータを駆動する永久磁石電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。同図において、電動機１に回転位置検出装置２が結合されている。回転位置検出装置２は電動機１の回転位置を検出し、例えば、電動機が１回転する間に、繰り返し数が２の回転位相信号φを出力して磁極位相換算装置３に加える。磁極位相換算装置３は回転位相信号φを永久磁石電動機１の磁極対数に対応した繰り返し数の磁極位相信号θに変換して電動機制御装置４に加える。電動機制御装置４は磁極位相信号に同期する磁界を発生させるように、固定子の電流を制御する。
【０００３】
この場合、磁極位相換算装置３は、永久磁石電動機１の磁極対数を回転位置検出装置２の１回転の信号繰り返し数で割った値を換算係数とし、この換算計数を回転位相信号φに掛け算すると共に、１回転に対する回転角、例えば、３６０°で除算して得られる剰余をとって磁極位相信号θを生成し、電動機制御装置４に加える。これによって、永久磁石電動機１の同期制御が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の磁極位相信号の生成方法では、永久磁石電動機１の磁極対数が、回転位置検出装置２が出力する信号の繰り返し数の整数倍でなければ、正確な磁極の位置を検出することができず、同期制御が不可能になる。このことを図８及び図９を用いて説明する。
【０００５】
例えば、永久磁石電動機１の磁極対数が４で、永久磁石電動機が１回転する間に回転位置検出装置２が出力する回転位相信号の繰り返し数が２であったとすれば、回転位置検出装置２による回転位相信号φは、図８（ａ）に示すように、電動機が実際に１回転する間に、その値が鋸歯状に２回に亘って変化する回転位相信号φを出力する。これに対して、永久磁石電動機１の磁極対数が４であるとすれば、磁極位相信号θは、図８（ｂ）に示すように、電動機が１回転する間に、その値が鋸歯状に４回変化する。しかして、回転位相信号φの繰り返し数が２で、磁極対数が４であることから、磁極位相換算装置３は、４／２＝２を換算係数として、この換算係数を回転位相信号φに掛け算し、順次３６０°で除算して得られる剰余、つまり、電動機が１回転する間に０°から３６０°まで増大する磁極位相信号を４回に亘って出力する。これによって、図８（ｂ）に示す信号が得られ、これによって、図７に示すシステムが永久磁石電動機１を同期制御することができる。
【０００６】
一方、永久磁石電動機１の磁極対数が３で、永久磁石電動機が１回転する間に回転位置検出装置２が出力する回転位相信号の繰り返し数が２であったとすれば、回転位置検出装置２による回転位相信号φは、図９（ａ）に示すように、その値が鋸歯状に２回変化する回転位相信号φを出力する。前述した磁極位相換算装置３が磁極対数３を回転位置検出装置２の信号繰り返し数２で割り算すると、換算係数は３／２となる。そこで、磁極位相換算装置３がこの換算係数３／２を回転位置検出位相の値に乗算し、３６０°で除算して得られる乗余の値を磁極位相信号として出力すると、図９（ｂ）に示すように、電動機回転角の０°から１２０゜まで磁極位相は０°から３６０°まで上昇し、電動機回転角の１２０°から１８０°まで磁極位相は０°から１８０°まで上昇し、さらに、電動機回転角の１８０°から３６０°まではこれと同様な変化を繰り返す、不連続な磁極位相となる。このため、図７に示すシステムは磁極対数に同期した同期制御が不可能になる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にする永久磁石電動機の制御装置を提供するにある。
【０００８】
第２の目的は、制御装置への供給電源が中断しても、電源復帰時に回転角信号又は磁極位相信号を確実に停電前の値に復帰させることができる永久磁石電動機の制御装置を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明の原理を説明した後で、課題を解決する手段について説明する。永久磁石電動機１の磁極対数が、その１回転における回転位置検出装置２の回転位相信号の繰り返し数の整数倍にならない場合に同期制御上で問題となるのは、位相の不連続な点があることである。そこで、回転位置検出装置２で検出された回転位相信号φを一旦、電動機の１回転について回転角度に比例すると共に、繰り返し数が１の信号に変換し、変換された信号に磁極対数分の信号に変換することによって解決することができる。
【００１０】
例えば、永久磁石電動機１の磁極対数が３で、回転位置検出装置２によって検出される永久磁石電動機１の１回転の回転位相信号の繰り返し数が２であるとする。このとき、回転位置検出装置２から図１０（ａ）に示す回転位相信号φが出力される。この回転位相信号φの値を電動機の１回転の繰り返し数２で割り算すると、図１０（ｂ）に示すように、電動機回転角の０°から１８０°まで実線で示すように直線的に増大する回転角信号が得られ、電動機回転角の１８０゜から３６０°までは破線で示したように直線的に増大する回転角信号が得られる。従って、電動機回転角の１８０゜から３６０°までは数値として１８０°を加算する、いわゆる、桁上げを行うことによって、電動機の１回転の回転角Φに対して直線的に上昇する回転角信号φ′が得られる。そして、この回転角信号φ′に磁束対数を乗算し、得られた値を１回転に対する回転角、例えば、３６０°で除算し、その剰余をとれば、図１０（ｃ）に示すように、電動機の１回転に対して繰り返し数が３の磁極位相信号θが得られる。
【００１１】
ここで、回転角信号φ′を作成する際の桁上げの情報を、制御装置の供給電源の中断があっても電源復帰時まで保持しておかなければならないという問題がある。そこで、図１１（ａ）に示すように、永久磁石電動機の磁極対数が３，回転位置検出装置の出力信号の繰り返し数が２の組み合わせで、例えばａ０の点で電源が中断した場合と、ａ０の位置からちょうど１８０°ずれたｂ０の点で電源が中断した場合について考えると、次の電源復帰時に回転角信号φ′の作成時の桁上げ情報がなくなっておれば、図１１（ｂ）中のｂ１′のように実際とは異なって１８０°ずれた回転角の信号に変換されてしまい、得られる回転角信号φ′に着目すると、ａ０に対応するａ１と、ｂ０に対応するｂ１とが等しくなり、この結果、図１１（ｃ）に示すように、磁極位相信号θ中の値ａ２に比較してより大きいｂ２になるべき値がａ２の値に等しくなってしまうことになる。
【００１２】
この問題に関しては、不揮発性の記憶装置に回転角信号φ′の桁上げの情報を随時格納し、電源復帰時に、電源中断直前と同じ回転角信号φ′を生成することによって正確な磁極位相信号θを検出することができる。もう一つの方法としては、磁極位相信号θを不揮発性の記憶装置に随時格納し、電源復帰時に電源中断直前の磁極位相信号θと一定値以上のずれがあるかないかを判定して磁極位相信号θを補正することもできる。
【００１３】
以上は、電源中断中に電動機が回転しない場合に限定され、電源中断中に電動機が外からのトルクで回転すると回転角信号φ′の作成の桁上げ情報を記憶していても無意味な情報になってしまう。このような場合、磁極位相の誤検出を回避するには、例えば、電動機の１回転に対する回転位置検出装置の周期数が２のときは、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、現在の磁極位相信号θ０に対してステップ電流の応答を測定し、次に（θ０＋１８０°）の位相に対してステップ電流の応答を測定し、両者の応答を比較することによって磁極位相を補正する必要があるか否かを判定する。順方向の位相で電流を流した場合は電動機の永久磁石の磁界の影響でステップ応答は早くなり、逆方向の場合はステップ応答は遅くなることを利用し、θ０位相の応答が早ければ補正する必要はなく、（θ０＋１８０°）位相の応答が早ければ１８０°の補正を行う。
【００１４】
これらの磁極位相補償による判定が正確に行われず、磁極位相が正しく認識されない場合には、磁極の反発力により過剰な速度で電動機が回転するか、あるいは電動機が回転しないために制御装置が過剰な電流、電圧を発生させようとする。そのため、電源が中断し電源復帰後の最初の電動機駆動時に、過剰速度、過剰電流、過剰電圧のいずれか１つを検出した場合には、即時制御装置を停止すると同時に、磁極位相を補正するようにする。
【００１６】
そこで、請求項１に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
第１の信号変換手段は、
永久磁石電動機の回転子が１回転する間の回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
回転角変換手段の出力信号を不揮発性記憶装置に逐次記憶、更新する回転角信号記憶手段と、
回転角信号記憶手段の記憶値に基づき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで回転角信号が異なる状態を判別して、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで同じになるように回転角補正信号を生成して回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
第２の信号変換手段は、
磁極対数がｍであるとき、回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
磁極位相変換手段の出力信号を不揮発性記憶装置に逐次記憶、更新する磁極位相信号記憶手段と、
磁極位相信号記憶手段の記憶値に基づき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで磁極位相信号が異なる状態を判別して、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで磁極位相が同じになるように磁極位相補正信号を生成して磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、位相を変えて磁界を作るような永久磁石電動機の電流ステップ応答を測定して回転角信号を補正すべきか否かを判定する磁極判定制御手段を備え、
第１の信号変換手段は、
永久磁石電動機の回転子が１回転する間の回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
磁極判定制御手段が回転角信号を補正すべきと判定したとき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで回転角信号が同じになるように回転角補正信号を生成して回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、位相を変えて磁界を作るような永久磁石電動機の電流ステップ応答を測定して磁極位相信号を補正すべきか否かを判定する磁極判定制御手段を備え、
第２の信号変換手段は、
磁極対数がｍであるとき、回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
磁極判定制御手段が磁極位相信号を補正すべきと判定したとき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで磁極位相信号が同じになるように磁極位相補正信号を生成して磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、永久磁石電動機の速度変化を検出する検出手段と、制御装置の供給電源が中断した後の復帰時にステップ電流を流す指令を出力すると共に、検出手段の検出結果に基づいて制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に回転角信号を補正すべきか否かを判定する電動機制御異常検出手段とを備え、
第１の信号変換手段は、
永久磁石電動機の回転子が１回転する間の回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
電動機制御異常検出手段が回転角補正指令を出力したとき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで回転角信号が同じになるように回転角補正信号を生成して回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、永久磁石電動機の速度変化を検出する検出手段と、制御装置の供給電源が中断した後の復帰時にステップ電流を流す指令を出力すると共に、検出手段の検出結果に基づいて制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に磁極位相信号を補正すべきか否かを判定する電動機制御異常検出手段とを備え、
第２の信号変換手段は、
磁極対数がｍであるとき、回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
電動機制御異常検出手段が磁極位相信号を補正すべきと判定したとき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで磁極位相信号が同じになるように磁極位相補正信号を生成して磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項７に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、永久磁石電動機の電流又は電圧のいずれか１つを検出する検出手段と、制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、検出手段の検出結果に基づいて電動機の制御異常を検出し、制御装置に電動機制御停止指令及び回転角補正指令を出力する電動機制御異常検出手段とを備え、
第１の信号変換手段は、
永久磁石電動機の回転子が１回転する間の回転位相信号の繰り返し数がｎであるとき、回転位相信号をｎで除算し、得られた信号の所定の区間に回転角補正信号を加算して出力する回転角変換手段と、
電動機制御異常検出手段が回転角補正指令を出力したとき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで回転角信号が同じになるように回転角補正信号を生成して回転角変換手段の出力を補正する回転角補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項８に係る発明は、
永久磁石電動機の出力軸の回転を検出して得られる回転位相信号を、この永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換する第１の信号変換手段と、
第１の信号変換手段からの回転角信号を、永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換する第２の信号変換手段と、
を備え、この磁極位相信号に従って永久磁石電動機を同期制御する永久磁石電動機の制御装置であって、
さらに、永久磁石電動機の電流又は電圧のいずれか１つを検出する検出手段と、制御装置の供給電源が中断した後の復帰時に、検出手段の検出結果に基づいて電動機の制御異常を検出し、制御装置に電動機制御停止指令及び磁極位相補正指令を出力する電動機制御異常検出手段とを備え、
第２の信号変換手段は、
磁極対数がｍであるとき、回転角信号にｍを乗算し、得られた信号を永久磁石電動機の回転子の１回転に対する回転角で除算してその剰余を求め、所定の区間に磁極位相補正信号を加算して磁極位相信号として出力する磁極位相変換手段と、
電動機制御異常検出手段が磁極位相補正指令を出力したとき、制御装置の供給電源の中断時と復帰時とで磁極位相信号が同じになるように磁極位相補正信号を生成して磁極位相変換手段の出力を補正する磁極位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、従来装置を示す図７と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。図１において、永久磁石電動機１に回転位置検出装置２が結合されており、この回転位置検出装置２によって得られた回転位相信号φは、回転角信号記憶装置８及び回転角補正装置７を付帯する回転角変換装置５によって回転角信号φ′に変換され、さらに磁極位相変換装置６によって磁極位相信号θに変換された後、永久磁石電動機１を駆動する電動機制御装置４に取り込まれる構成になっている。
【００２５】
なお、回転角信号記憶装置８は回転角信号φ′及び回転角桁上量Δφ′を逐次記憶、更新すると共に、停電が発生してもその直前の値を保持する不揮発性のものであり、回転角補正装置７はこの回転角信号記憶装置８の記憶状態に従って回転角変換装置５の出力信号を補正するものである。
【００２６】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。回転位置検出装置２は、永久磁石電動機１が１回転する間に繰り返し数がｎの位相信号φ、すなわち、電動機回転数Φに対して繰り返し数がｎ・Φの回転位相信号φを出力する。電動機が１回転する間の回転位相信号φの繰り返し数ｎは、回転位置検出装置２自体の信号出力形式や、永久磁石電動機１の回転軸と出力軸との接続状態、すなわち、回転軸と出力軸とを直結させたり、あるいは、加減速用のプーリーを介在させたりする接続状態によって決まるものである。
【００２７】
回転位相信号φは、回転角変換装置５によって電動機回転角Φと同じく１回転について３６０°の位相信号となる回転角信号φ′に変換される。ここでの変換演算は、電動機回転角Φと回転位相信号φとの間にφ＝ｎ・Φの関係があることから、予め、回転角信号をφ′＝φ／ｎのように求め、この回転角信号φ′が所定の大きさに到達した後の信号区間にΔφ′の桁上げをすることによって、回転角信号φ′は１回転で３６０°まで増加する信号となる。
【００２８】
この回転角信号φ′は、磁極位相変換装置６に加えられ、ここで、永久磁石電動機１の１回転における磁極対数ｍと同じ周期数の磁極位相信号θに変換され、電動機制御装置４に加えられる。この場合、θ＝ｍ・φ′の演算が実行され、続いて、３６０°で除算して得られる剰余を求めることにより、１回転につき繰り返し数がｍの磁極位相信号に変換される。
【００２９】
さらに、この実施形態は、制御装置への供給電源が中断しても、次の電源復帰時まで桁上量Δφ′を不揮発性記憶装置である回転角信号記憶装置８に記億、保持し、電源復帰時に回転角補正装置７が回転角信号記憶装置８に桁上量Δφ′が保持されているか否かを判定し、桁上量Δφ′が保持されておれば桁上量Δφ′０を生成し、桁上量の初期値として回転角変換装置５に供給する。
【００３０】
なお、図１中に破線で示すように、回転角信号φ′を回転角信号記憶装置８に逐次記憶、更新させ、電源中断時の値と電源復帰時の値とを回転角補正装置７によって比較し、回転角補正信号Δφ′０を決める、ということも可能である。
【００３１】
かくして、第１の実施形態によれば、回転位相信号を、永久磁石電動機の回転子が１回転する毎に、回転角に比例する回転角信号に変換し、さらに、この回転角信号を永久磁石電動機の磁極対数に等しい回数だけ繰り返す磁極位相信号に変換するようにしたので、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にすることができる。
【００３２】
また、制御装置への供給電源が中断しても、次の電源復帰まで桁上量Δφ′を記億、保持し、その状態に応じて桁上量Δφ′０で補正するようにしたので、停電が発生しても、回転角信号φ′を確実に停電前の値に復帰させることができる。
【００３３】
図２は本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
この第２の実施形態では、電動機制御装置４への供給電源が中断しても、磁極位相変換装置６の磁極位相信号θの電源中断時の値を記憶しておくことができ、電源供給が中断しても次の電源復帰まで記億値を保持する不揮発性記憶装置である磁極位相信号記憶装置９と、電源復帰時には、磁極位相信号記憶装置９に保持していた磁極位相信号と電源復帰時の磁極位相信号を比較し、現在の磁極位相が電源中断前と同じ位相となるように補正量Δθ０を決め、磁極位相変換装置６の電源復帰時の初期値とする磁極位相補正装置１１を備えている。
【００３５】
かくして、図２に示した第２の実施形態によれば、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にすると共に、制御装置への供給電源が中断しても、電源復帰時に磁極位相信号を確実に停電前の値に復帰させることができる。
【００３６】
図３は本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３７】
この第３の実施形態は、図１に示す回転角信号記憶装置８の代わりに、磁極判定制御装置１０を設け、この磁極判定制御装置１０判定結果に基づいて回転角補正装置７が回転角変換装置５が出力する回転角信号φ′の補正を行うようにしたものである。
【００３８】
ここで、磁極判定制御装置１０は電源復帰時に、電動機の電流を検出する電流検出器１４の出力信号を取り込み、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、現在の磁極位相信号θ０に対してステップ電流の応答を測定し、次に（θ０＋１８０°）の位相に対してステップ電流の応答を測定し、両者の応答を比較することによって磁極位相を補正する必要があるか否かを判定する。すなわち、電動機の１回転における回転位置検出装置２の回転位相信号φの信号繰り返し数が２で、永久磁束対数が３であるとすると、回転角信号φ′に１８０°のずれを生じることがある。このとき、磁極位相変換装置６から出力される磁極位相信号θも異なることになる。そこで、ステップ電流指令により順方向の電流（位相θ）を流したことにより磁極位相信号θの応答が早い場合には補正をする必要はなく、従って、回転角信号φ′の出力状態に補正を加える必要がないと判定する。ステップ電流指令により逆方向の電流（位相θ＋１８０°）を流したことにより磁極位相信号θの応答が早い場合には補正をする必要があり、従って、回転角信号φ′の出力状態に補正を加える必要があると判定する。回転角補正装置７はこの判定に従い、補正の必要がある場合に回転角補正信号Δφ′で回転角信号φ′を補正する。
【００３９】
以上、ステップ電流の応答に基づいて回転角信号φ′を補正する場合について説明したが、図２を用いて説明したように、磁極位相信号θを補正するようにしても良い。磁極位相信号θを補正する場合には回転角補正装置７の代わりに、磁極位相補正装置１１を設け、図３の破線の経路に示した如く、磁極位相補正信号Δθ０によって磁極位相変換装置６から出力される磁極位相信号θを補正すれば良い。
かくして、図３に示した第３の実施形態によれば、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にすると共に、制御装置への供給電源が中断しても、電源復帰時に回転角信号又は磁極位相信号を確実に停電前の値に復帰させることができる。
【００４０】
図４は本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第３の実施形態を示す図３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。上述した第１乃至第３の実施形態において、電源中断、復帰時の回転角信号補正または磁極位相信号補正が正しく行われず、磁極位相を誤認識してしまった場合には、永久磁石電動機１の駆動時に、電動機制御装置４の速度指令値とはかけ離れた異常な速度で回転することがある。この場合は、即時、電動機制御装置４を停止し、回転角補正装置７または磁極位相補正装置１１に補正するような指令を出し、再度電動機制御装置４を起動すれば良い。
【００４１】
そこで、第４の実施形態は電動機制御装置４にステップ電流指令を与えると共に、回転位相信号φの時間微分を検出する微分器１３の出力信号に基づいて永久磁石電動機１の制御状態に異常があるか否かを検出する電動機制御異常検出装置１２を備えている。そして、電動機制御異常検出装置１２が制御異常を検出した場合には、回転角補正装置７が回転角補正信号Δφ′で回転角信号φ′を補正する。また、回転角補正装置７の代わりに、磁極位相補正装置１１を設け、図４の破線の経路に示した如く、磁極位相補正信号Δθ０によって磁極位相変換装置６から出力される磁極位相信号θを補正することもできる。
【００４２】
かくして、図４に示した第４の実施形態によれば、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にすると共に、制御装置への供給電源が中断しても、電源復帰時に回転角信号又は磁極位相信号を確実に停電前の値に復帰させることができる。
【００４３】
図５は本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第５の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第４の実施形態を示す図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。上述した第１乃至第３の実施形態において、電源中断、復帰時の回転角信号補正または磁極位相信号補正が正しく行われず、磁極位相を誤認識してしまった場合には、永久磁石電動機１の駆動時に、電動機が回転しないため、電動機制御装置４が過剰な電流が流れる。そこで、第５の実施形態では、電動機制御異常検出装置１２が電動機の電流を検出する電流検出器１４の出力信号を取り込み、その値が基準値を超えた場合に、電動機制御装置４に電動機制御停止指令を出力すると共に、回転角補正指令を出力する。この場合には、回転角補正装置７が回転角補正信号Δφ′で回転角信号φ′を補正する。
【００４４】
また、回転角補正装置７の代わりに、磁極位相補正装置１１を設け、電動機制御異常検出装置１２が回転角補正信号の代わりに磁極位相補正指令を出力するように構成することによって、図５の破線の経路に示した如く、磁極位相補正信号Δθ０によって磁極位相変換装置６から出力される磁極位相信号θを補正することもできる。
【００４５】
このように、回転角信号φ′又は磁極位相信号θを補正したのち、再度電動機制御装置４を起動する。
【００４６】
かくして、図５に示した第５の実施形態によれば、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にすると共に、制御装置への供給電源が中断しても、電源復帰時に回転角信号又は磁極位相信号を確実に停電前の値に復帰させることができる。
【００４７】
図６は本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第６の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第５の実施形態を示す図５と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は、図５に示した電流検出器１４の代わりに電圧検出器１５を設け、この電圧検出器１５の出力信号に基づいて電動機制御異常検出装置１２が、電動機制御装置４に電動機制御停止指令を出力すると共に、回転角補正指令を出力するように構成したもので、これ以外の動作は図５を用いて説明したと同様であるのでその説明を省略する。
【００４８】
かくして、図６に示した第６の実施形態によれば、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にすると共に、制御装置への供給電源が中断しても、電源復帰時に回転角信号又は磁極位相信号を確実に停電前の値に復帰させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、永久磁石電動機の磁極対数が、１回転当たりの回転位相信号の繰り返し数の整数倍でない場合でも同期制御を可能にする永久磁石電動機の制御装置を提供することができる。
【００５０】
また、制御装置への供給電源が中断しても、電源復帰時に回転角信号又は磁極位相信号を確実に停電前の値に復帰させることのできる永久磁石電動機の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図４】本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図。
【図５】本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第５の実施形態の構成を示すブロック図。
【図６】本発明に係る永久磁石電動機の制御装置の第６の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】従来の永久磁石電動機の制御装置の構成を示すブロック図。
【図８】図７に示した従来の永久磁石電動機の制御装置の動作を説明するために、電動機回転角と、回転位相信号及び磁極位相信号との関係を示した線図。
【図９】図７に示した従来の永久磁石電動機の制御装置の動作を説明するために、電動機回転角と、回転位相四ヶ郷及び磁極位相信号との関係を示した線図。
【図１０】本発明の原理を説明するために、電動機回転角と、回転位相信号、回転角信号及び磁極位相信号との関係を示す線図。
【図１１】本発明の原理を説明するために、電動機回転角と、回転位相信号、回転角信号及び磁極位相信号との関係を示した線図。
【図１２】本発明の原理を説明するために、異なる磁極位相でのステップ応答の差を示した波形図。
【符号の説明】
１  永久磁石電動機
２  回転位置検出装置
３  磁極位相換算装置
４  電動機制御装置
５  回転角変換装置
６  磁極位相変換装置
７  回転角補正装置
８  回転角信号記憶装置
９  磁極位相信号記憶装置
１０  磁極判定制御装置
１１  磁極位相補正装置
１２  電動機異常検出装置
１３  微分器
１４  電流検出器
１５  電圧検出器
【図１】
0004737858.tif 000002
【図２】
0004737858.tif 000003
【図３】
0004737858.tif 000004
【図４】
0004737858.tif 000005
【図５】
0004737858.tif 000006
【図６】
0004737858.tif 000007
【図７】
0004737858.tif 000008
【図８】
0004737858.tif 000009
【図９】
0004737858.tif 000010
【図１０】
0004737858.tif 000011
【図１１】
0004737858.tif 000012
【図１２】
0004737858.tif 000013