(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路が発生する交流信号によって固定子が励磁されることにより、回転子が回転駆動される誘導電動機において、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出装置であって、
前記インバータ回路を制御して前記固定子に回転方向とは逆方向の回転磁界を印加する逆相励磁制御手段と、
前記逆相励磁制御手段により前記固定子に逆方向回転磁界が印加された状態で、前記固定子に印加される電圧信号から回転子溝高調波を用いて前記回転子の回転速度を算出する回転速度算出手段と
を備えたことを特徴とする回転速度検出装置。
【請求項２】
前記回転子の回転トルク不発生期間内に、前記逆相励磁制御手段が前記固定子に逆方向回転磁界を印加すると共に、前記回転速度算出手段が前記固定子に印加される電圧信号から回転子溝高調波を用いて前記回転子の回転速度を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の回転速度検出装置。
【請求項３】
前記誘導電動機が起動されてから所定時間経過後に、前記逆相励磁制御手段による回転速度検出用の逆方向回転磁界から回転トルク発生用の正方向回転磁界への制御切り換えを行うように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転速度検出装置。
【請求項４】
前記回転磁界の制御切り換えは、少なくとも逆方向回転磁界の一周期が経過した後に実行されるように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の回転速度検出装置。
【請求項５】
前記回転磁界の制御切り換えを実行する前に、前記誘導電動機への通電を一定時間オフすることを特徴とする請求項３又は４に記載の回転速度検出装置。
【請求項６】
前記固定子に印加される回転磁界の方向に応じて、回転子溝高調波を抽出するために用いるバンドパスフィルタ手段の周波数帯域を変更するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転速度検出装置。
【請求項７】
交流信号発生手段と、所望の周波数帯域に属する周波数成分の信号のみを抽出するバンドパスフィルタ手段と、前記バンドパスフィルタ手段によって抽出された信号から回転子溝高調波を検出する検出手段と、前記回転子溝高調波の周波数である溝周波数に基づいて誘導電動機の回転速度を算出する回転速度算出手段とを備えた回転速度検出装置であって、
前記交流信号発生手段によって前記誘導電動機の回転子回転方向とは逆方向の回転磁界を固定子に印加した状態で、前記回転速度算出手段により回転速度の算出を行うように構成されたことを特徴とする回転速度検出装置。
【請求項８】
前記回転子の回転トルク不発生期間内に、前記交流信号発生手段によって前記固定子に逆方向回転磁界を印加すると共に、前記回転速度算出手段が回転速度を算出するように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の回転速度検出装置。
【請求項９】
前記誘導電動機が起動されてから所定時間経過後に、前記交流信号発生手段による回転速度検出用の逆方向回転磁界から回転トルク発生用の正方向回転磁界への制御切り換えを行うように構成されたことを特徴とする請求項７又は８に記載の回転速度検出装置。
【請求項１０】
前記回転磁界の制御切り換えは、少なくとも逆方向回転磁界の一周期が経過した後に実行されるように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の回転速度検出装置。
【請求項１１】
前記回転磁界の制御切り換えを実行する前に、前記誘導電動機への通電を一定時間オフすることを特徴とする請求項９又は１０に記載の回転速度検出装置。
【請求項１２】
回転磁界の方向に応じて、回転子溝高調波を抽出するために用いる前記バンドパスフィルタ手段の周波数帯域を変更することを特徴とした請求項７乃至１１のいずれかに記載の回転速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機の回転子の回転速度を、回転子溝周波数を用いて検出する回転速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に、回転子溝高調波を用いて誘導電動機の回転速度の検出を行う装置が開示されている。この装置は、誘導電動機の回転子溝周波数を利用して電動機の回転速度に応じたすべり周波数を検出するすべり周波数検出手段を備える。
【０００３】
このすべり周波数検出手段は、誘導電動機の各相の入力電圧を検出する相電圧検出器、及び検出された各相入力電圧を加算する加算器を有する。加算器によって各相入力電圧を加算することにより、各相入力電圧の基本周波数成分及び３次高調波成分が低減される。
【０００４】
ここで、相電圧検出器が検出する各相入力電圧には、必要とする回転子溝高調波に含まれるすべり周波数以外に、上述した基本周波数成分及び３次高調波成分、さらにはインバータ回路のスイッチング動作に関係したキャリア周波数成分が含まれる。特に、インバータ回路をＰＷＭ制御する場合には、誘導電動機の相電圧信号中にＰＷＭ信号のキャリア周波数成分に対応した多くの高調波成分が出現する。この結果、そのキャリア周波数成分やその高調波成分によって、すべり周波数を検出する際のＳ／Ｎ比が悪化する。
【０００５】
このため、特許文献１に記載の装置では、ＰＷＭ信号のキャリア周波数が、誘導電動機の回転子溝高調波の周波数よりも高い値に設定される。この結果、ＰＷＭ信号のキャリア周波数成分に対応する周波数帯域が、回転子溝高調波の周波数帯域とは異なることになる。そして、このキャリア周波数帯域の信号を減衰させ、かつ回転子溝高調波のすべり周波数成分を通過させるフィルタ回路（ローパスフィルタやバンドパスフィルタ）を設けることによって、すべり周波数成分の検出信号のＳ／Ｎ比を向上させている。
【特許文献１】特開平７−２３６２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のフィルタ回路は、キャリア周波数帯域の信号のみを減衰させる減衰手段として使用されている。基本周波数成分及び３次高調波成分等は、加算器において各相の入力電圧を加算することによって低減されているが、巻線のインピーダンスのアンバランス等の理由から、その影響を完全に除去することはできない。このため、回転子溝高調波のすべり周波数成分に対して、基本周波数成分や３次高調波成分などが支配的である場合、特許文献１のフィルタ回路を用いて、誘導電動機の回転速度に対応したすべり周波数を精度良く検出することが困難となるという問題がある。
【０００７】
このような問題点に鑑みて、誘導電動機の運転状態に合わせて周波数帯域を変更する機能を備えたバンドパスフィルタを用いて、溝高調波成分のみを抽出する手法が提案されている。一方、誘導電動機のアプリケーションによっては(例えば、電動過給機においては)、他制時の回転速度検出が必要となる場合がある。従来は、回生モードにならないよう誘導電動機の最高回転速度以上の回転磁界を短時間印加して回転速度を検出する手法が採用されていたが、誘導電動機の回転速度範囲が広範である場合には、特に低速回転時に溝高調波が上記フィルタの帯域を逸脱し、回転速度を算出できなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、誘導電動機の回転速度を広範な速度範囲で検出可能な回転速度検出装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
【００１０】
１．インバータ回路が発生する交流信号によって固定子が励磁されることにより、回転子が回転駆動される誘導電動機において、前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出装置であって、
前記インバータ回路を制御して前記固定子に回転方向とは逆方向の回転磁界を印加する逆相励磁制御手段と、
前記逆相励磁制御手段により前記固定子に逆方向回転磁界が印加された状態で、前記固定子に印加される電圧信号から回転子溝高調波を用いて前記回転子の回転速度を算出する回転速度算出手段と
を備えたことを特徴とする回転速度検出装置。
【００１１】
手段１によれば、逆相励磁制御手段が、インバータ回路を制御して固定子に回転方向とは逆方向の回転磁界を印加し、回転速度算出手段が、逆相励磁制御手段により固定子に逆方向回転磁界が印加された状態で、固定子に印加される電圧信号から回転子溝高調波を用いて回転子の回転速度を算出する。そして、固定子に逆方向回転磁界が印加されることにより、検出可能な周波数範囲が低周波数側に拡大され、例えば、他制時の低速回転における回転速度の検出も可能となる。更に、電圧信号から回転子の構造に起因する回転子溝高調波を用いて正確に回転速度を算出することができる。
【００１２】
２．前記回転子の回転トルク不発生期間内に、前記逆相励磁制御手段が前記固定子に逆方向回転磁界を印加すると共に、前記回転速度算出手段が前記固定子に印加される電圧信号から回転子溝高調波を用いて前記回転子の回転速度を算出するように構成されたことを特徴とする手段１に記載の回転速度検出装置。
【００１３】
手段２によれば、回転子の回転トルク不発生期間内に、逆相励磁制御手段が固定子に逆方向回転磁界を印加すると共に、回転速度算出手段が固定子に印加される電圧信号から回転子溝高調波を用いて回転子の回転速度を算出するので、他制運転における回転子の回転速度を確実に検出することができる。
【００１４】
３．前記誘導電動機が起動されてから所定時間経過後に、前記逆相励磁制御手段による回転速度検出用の逆方向回転磁界から回転トルク発生用の正方向回転磁界への制御切り換えを行うように構成されたことを特徴とする手段１又は２に記載の回転速度検出装置。
【００１５】
手段３によれば、誘導電動機が起動されてから所定時間経過後に、逆相励磁制御手段による回転速度検出用の逆方向回転磁界から回転トルク発生用の正方向回転磁界への制御切り換えを行うので、回転速度算出手段は、回転磁界方向に応じて回転子の回転速度を正確に算出することができる。
【００１６】
４．前記回転磁界の制御切り換えは、少なくとも逆方向回転磁界の一周期が経過した後に実行されるように構成されたことを特徴とする手段３に記載の回転速度検出装置。
【００１７】
手段４によれば、回転磁界の制御切り換えが、少なくとも逆方向回転磁界の一周期が経過した後に実行されるので、回転速度算出手段は、回転子の回転速度を正確に算出することができる。
【００１８】
５．前記回転磁界の制御切り換えを実行する前に、前記誘導電動機への通電を一定時間オフすることを特徴とする手段３又は４に記載の回転速度検出装置。
【００１９】
手段５によれば、回転磁界の制御切り換えを実行する前に、誘導電動機への通電を一定時間オフするので、電流の脈動や過電圧の発生が防止されて、回転速度算出手段は、回転子の回転速度を正確に算出することができる。
【００２２】
６．前記固定子に印加される回転磁界の方向に応じて、回転子溝高調波を抽出するために用いるバンドパスフィルタ手段の周波数帯域を変更するように構成されたことを特徴とする手段１又は２に記載の回転速度検出装置。
【００２３】
手段６によれば、固定子に印加される回転磁界の方向に応じて、バンドパスフィルタの周波数帯域を変更するので、抽出可能な回転子溝高調波の範囲が拡大されて、広範囲な回転速度の検出が可能となる。
【００２４】
７．交流信号発生手段と、所望の周波数帯域に属する周波数成分の信号のみを抽出するバンドパスフィルタ手段と、前記バンドパスフィルタ手段によって抽出された信号から回転子溝高調波を検出する検出手段と、前記回転子溝高調波の周波数である溝周波数に基づいて誘導電動機の回転速度を算出する回転速度算出手段とを備えた回転速度検出装置であって、
前記交流信号発生手段によって前記誘導電動機の回転子回転方向とは逆方向の回転磁界を固定子に印加した状態で、前記回転速度算出手段により回転速度の算出を行うように構成されたことを特徴とする回転速度検出装置。
【００２５】
手段７によれば、交流信号発生手段によって誘導電動機の回転子回転方向とは逆方向の回転磁界を固定子に印加し、この状態で、バンドパスフィルタ手段によって抽出された信号から検出手段により回転子溝高調波を検出し、回転速度算出手段が回転子溝高調波の周波数である溝周波数に基づいて誘導電動機の回転速度を算出する。そして、固定子に逆方向回転磁界が印加されることにより、検出可能な周波数範囲が低周波数側に拡大され、例えば、他制時の低速回転における回転速度の検出も可能となる。
【００２６】
８．前記回転子の回転トルク不発生期間内に、前記交流信号発生手段によって前記固定子に逆方向回転磁界を印加すると共に、前記回転速度算出手段が回転速度を算出するように構成されたことを特徴とする手段７に記載の回転速度検出装置。
【００２７】
手段８によれば、回転子の回転トルク不発生期間内に、交流信号発生手段によって固定子に逆方向回転磁界を印加すると共に、回転速度算出手段が回転速度を算出するので、他制運転における回転子の回転速度を確実に検出することができる。
【００２８】
９．前記誘導電動機が起動されてから所定時間経過後に、前記交流信号発生手段による回転速度検出用の逆方向回転磁界から回転トルク発生用の正方向回転磁界への制御切り換えを行うように構成されたことを特徴とする手段７又は８に記載の回転速度検出装置。
【００２９】
手段９によれば、誘導電動機が起動されてから所定時間経過後に、交流信号発生手段による回転速度検出用の逆方向回転磁界から回転トルク発生用の正方向回転磁界への制御切り換えを行うので、回転速度算出手段は、回転磁界方向に応じて回転速度を正確に算出することができる。
【００３０】
１０．前記回転磁界の制御切り換えは、少なくとも逆方向回転磁界の一周期が経過した後に実行されるように構成されたことを特徴とする手段９に記載の回転速度検出装置。
【００３１】
手段１０によれば、回転磁界の制御切り換えが、少なくとも逆方向回転磁界の一周期が経過した後に実行されるので、回転速度算出手段は、回転速度を正確に算出することができる。
【００３２】
１１．前記回転磁界の制御切り換えを実行する前に、前記誘導電動機への通電を一定時間オフすることを特徴とする手段９又は１０に記載の回転速度検出装置。
【００３３】
手段１１によれば、回転磁界の制御切り換えを実行する前に、誘導電動機への通電を一定時間オフするので、電流の脈動や過電圧の発生が防止されて、回転速度算出手段は、回転速度を正確に算出することができる。
【００３４】
１２．回転磁界の方向に応じて、回転子溝高調波を抽出するために用いる前記バンドパスフィルタ手段の周波数帯域を変更することを特徴とした手段７乃至１１のいずれかに記載の回転速度検出装置。
【００３５】
手段１２によれば、固定子に印加される回転磁界の方向に応じて、バンドパスフィルタの周波数帯域を変更するので、抽出可能な回転子溝高調波の範囲が拡大されて、広範囲な回転速度の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を具体化した回転速度検出装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係わる回転速度検出装置を含む、モータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００３７】
図１において、モータ３０は、固定子鉄心及び３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線からなる固定子と、積層鉄心の溝にアルミ合金を鋳込んだかご型回転子とからなる誘導モータであり、本発明の誘導電動機に相当するものである。
【００３８】
インバータ回路２０は、公知のように複数のスイッチング素子（パワートランジスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ，サイリスタ等）からなるスイッチング回路を有し、当該スイッチング回路のスイッチング素子がオンオフされることによって、１２０°位相のずれた交流信号であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相電流を生成し、モータ３０の各相の固定子巻線に供給する。これにより、モータ３０の各相の固定子巻線により回転磁界が形成され、この回転磁界によってモータ３０のかご型回転子が回転する。
【００３９】
コントローラ１０は、例えば、公知のようにＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータからなり、インバータ回路２０のスイッチング回路に対して、スイッチング制御信号を出力する。この場合、コントローラ１０は、インバータ回路２０から出力されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相電流の励磁周波数をスイッチング制御信号によって変化させることにより、モータ３０の回転速度の可変制御を行うことができる。尚、コントローラ１０が、本発明の逆相励磁制御手段を構成するものである。コンバータ回路５０は、交流電流を直流電流に変換して、コントローラ１０に出力する。
【００４０】
なお、インバータ回路２０は、電圧型インバータと電流型インバータのいずれのタイプであっても良いし、また、インバータの制御方式も、電圧制御方式と電流制御方式のいずれであっても良い。
【００４１】
本実施形態に係わるモータ制御装置は、上述したモータ３０の回転速度可変制御のために、モータ３０の実回転速度を検出して、コントローラ１０に出力する回転速度検出装置４０を備えている。これにより、コントローラ１０は、モータ３０の実回転速度が目標回転速度に一致するように、フィードバック制御を行うことが可能になる。
【００４２】
以下、回転速度検出装置４０について、詳細に説明する。本実施形態における回転速度検出装置４０は、回転子溝周波数を用いてモータ３０の回転速度を検出する。そこで、まず、回転子溝周波数及び回転子溝周波数を用いた回転速度の検出原理について、図２及び図３を用いて簡単に説明する。なお、図２は、モータ３０の断面を模式的に示す模式図であり、図３は、回転子の周囲の磁束密度Ｂを示すグラフである。
【００４３】
上述したように、モータ３０は、積層鉄心３３の溝にアルミ合金３２を鋳込んだかご型回転子３１を備えているため、その回転子３１の透磁率は、鉄心部分とアルミ合金部分とで異なる。このため、固定子巻線３４により回転磁界が形成されるとき、その空隙部の磁束は、アルミ合金が鋳込まれた溝の数に応じた変調を受ける。この様子を示したのが、図３のグラフである。図３に示すように、上述した変調に起因して回転子溝高調波成分が生じ、空隙部の磁束密度Ｂの基本波成分に、この回転子溝高調波成分が重畳される。なお、本実施形態では、モータ３０の固定子の極数が２極であるため、回転磁界が１回転する間の磁束密度の基本波成分の周波数は、各相の固定子巻線３４に入力される交流信号の周波数に等しい。
【００４４】
そして、上述した回転子溝高調波成分による磁束の変調の影響は、固定子巻線３４の各相電圧に現れる。より詳細には、モータ３０の各相電圧は、インバータ回路２０が発生する交流信号の周波数（励磁周波数）成分及び通電方式に起因する高調波成分、磁束飽和に起因した高調波（特に３次高調波）成分、さらに、回転子溝高調波成分が含まれる。
【００４５】
ここで、回転子３１の溝数をＮr（＝３Ｎ＋１ ただし、Ｎは自然数）、回転子３１の回転周波数をｆr、励磁周波数をｆ、及びすべり周波数をｆslとすると、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1は、以下の数式１によって示される。
（数１） ｆsh1＝Ｎr×ｆr−ｆ＝３×Ｎ×ｆ−Ｎr×ｆsl
また、ｎ次高調波成分による回転子溝周波数ｆshnは、以下の数式２によって示される。
（数２） ｆshn＝Ｎr×ｆr−ｎｆ＝３×Ｎ×ｆ−６ｍｆ−Ｎr×ｆsl
（ただし、ｎ＝６ｍ＋１、ｍは自然数）
ここで、Ｎr＝３Ｎ＋１及びｎ＝６ｍ＋１の符号が逆の場合は、数式１，２の符号を逆にして同様に考えれば良いので、説明は省略する。
【００４６】
数式１、２において、すべり周波数ｆsl以外のパラメータは既知であり、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1又はｎ次高調波成分による回転子溝周波数ｆshnを検出することにより、すべり周波数ｆslが求まる。すると、励磁周波数ｆからすべり周波数ｆslを減算することによって、回転子３１の回転周波数ｆrが算出され、それにより、回転子３１の回転速度を求めることができる。なお、以下の例では、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1を、回転子溝周波数として検出する例について説明する。
【００４７】
まず、回転速度検出装置４０は、電圧加算器４１を備える。この電圧加算器４１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の入力電圧を検出するとともに、その検出した各相電圧を加算するものである。このように各相電圧を加算することにより、上述した励磁周波数成分及び３次高調波成分等が相殺されて、それらの周波数成分が低減される。図４に、電圧加算器４１から出力される加算電圧信号の信号波形の一例を示す。図４に示すように、各相電圧の加算により、励磁周波数成分及び３次高調波成分がかなり低減されているが、巻線のインピーダンスのアンバランス等の問題から、完全に除去することはできていない。
【００４８】
電圧加算器４１から出力される加算電圧信号は、アナログ信号である。Ａ／Ｄ変換器４２は、所定のサンプリング周期ごとに、加算電圧信号をサンプリングして、アナログ値からデジタル値に変換する。加算電圧信号のデジタルデータは、Ａ／Ｄ変換器４２からデジタル信号処理部４３に入力される。
【００４９】
デジタル信号処理部４３は、バンドパスフィルタとしてのフーリエ変換部（ＦＦＴ）４４、回転子溝周波数検出部４５、及び回転速度算出部４６から構成される。尚、回転速度算出部４６が回転速度算出手段を構成するものである。
【００５０】
フーリエ変換部４４は、Ａ／Ｄ変換器４２から出力される加算電圧信号のデジタルデータを保存し、そのデータ数が所定数となったときに、フーリエ変換処理を行う。これにより、所定の周波数分解能で、各周波数成分ごとの強度を示す周波数スペクトルデータが得られる。
【００５１】
なお、フーリエ変換においては、データ数と分解能とに相関関係があるため、所定の周波数分解能を得ようとする場合には、その周波数分解能に対応する数のデジタルデータを集める必要がある。この場合、回転速度の算出が、所定数のデジタルデータの収集に要する時間以上の間隔で行われるため、モータ３０の実回転速度の情報が不足し、高精度な回転速度制御を行い得ないことも考えられる。
【００５２】
そのため、本実施形態では、フーリエ変換部４４が連続して実施するフーリエ変換処理において、一部のデジタルデータを重複して用いる。これにより、周波数分解能を低下することなく、フーリエ変換処理の実行間隔を短縮することができるので、回転子溝周波数の抽出、ひいては回転速度の算出までの時間を短くすることができる。
【００５３】
図５は、フーリエ変換部４４が算出する周波数スペクトルデータの一例を示すものである。図５に示すように、加算電圧信号には、励磁周波数成分ｆ1、３次高調波成分ｆ3の他、さらに高次の高調波成分ｆ5，ｆ7，ｆ9や、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1及び高次高調波成分による回転子溝周波数ｆsh5，ｆsh7などが含まれている。
【００５４】
バンドパスフィルタとしてのフーリエ変換部４４は、これらの各周波数成分の内、励磁周波数による回転子溝周波数ｆsh1が含まれるとみなされる周波数帯域を設定し、この周波数帯域に含まれる各周波数成分の強度データを回転子溝周波数検出部４５に出力する。
【００５５】
ここで、フーリエ変換部４４における周波数帯域の設定方法について説明する。フーリエ変換部４５は、各固定子巻線３４に与えられる交流信号の励磁周波数ｆに同期して回転子３１が回転していると仮定した場合における、励磁周波数ｆによって発生する回転子溝周波数ｆsh0を基準として、励磁周波数ｆによる実際の固定子溝周波数ｆsh1を抽出するための周波数帯域を設定する。そのため、フーリエ変換部４４は、コントローラ１０から、励磁周波数ｆに関する情報を入力し、その励磁周波数ｆに基づいて、周波数帯域の設定を行う。
【００５６】
従って、コントローラ１０がモータ３０の回転速度を可変制御するため、励磁周波数ｆを変化させた場合には、フーリエ変換部４４における、励磁周波数成分による実際の固定子溝周波数ｆsh1を抽出するための周波数帯域も変化することになる。
【００５７】
なお、図５に示す例では、モータ３０の諸元等から、励磁周波数ｆの１．３倍（１．３ｆ）から１６倍（１６ｆ）に相当する帯域を持つ周波数帯域を設定し、励磁周波数ｆの１５倍（１５ｆ）の周波数をｆsh0としている。
【００５８】
このように、ｆsh0を基準として、周波数が減少する側に比較的広い周波数帯域を設定することにより、モータ３０のすべりの大きさが変化しても、そのすべりの大きさにかかわらず、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1をほぼカバーできる周波数帯域を設定できる。従って、フーリエ変換部４４は、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1を精度良く抽出することができる。ただし、この周波数帯域は、Ｓ／Ｎ比向上のため、極力、励磁周波数の高次高調波（特に３次高調波）を含まない範囲に制限されることが望ましい。
【００５９】
なお、モータ３０が電動機として機能する場合には、ｆsh0以上の回転子溝周波数ｆsh1が発生することはないが、各種の誤差等の影響を考慮して、ｆsh0よりも周波数が大きい側にも周波数帯域を広げている。
【００６０】
ただし、モータ３０を電力の回生を行う発電機としても機能させる場合には、図５に示す例とは逆に、ｆsh0を基準として、周波数が増加する側に広く、周波数が減少する側に狭い周波数帯域を設定すればよい。
【００６１】
回転子溝周波数検出部４５は、フーリエ変換部４４から出力された、上記周波数帯域に含まれる各周波数成分の強度データに基づいて、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1を検出する。具体的には、最も強いピーク強度を持つ周波数成分の周波数を、励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1として検出する。
【００６２】
回転子溝周波数検出部４５によって検出された励磁周波数成分による回転子溝周波数ｆsh1は、回転速度算出部４６に与えられ、その回転子溝周波数ｆsh1に基づいて、回転子の回転速度が算出され、コントローラ１０に出力される。
【００６３】
次に、モータ３０が他制運転から自制運転に移行する過程における回転子３１の回転速度の検出について図６及び図７を参照しつつ説明する。図６は、他制運転から自制運転に移行する場合の回転周波数の変化を表すグラフである。図７は、モータ制御装置起動後の回転速度検出の流れを示すフローチャートである。
【００６４】
図６に示すように、モータ３０は、初期状態では他制運転が行われている。コントローラ１０が起動されると、インバータ回路２０を制御して短時間の逆相励磁を行う（回転子３１の回転方向とは逆方向の回転磁界を固定子に印加する）と共に、回転子３１の回転速度を算出する（ステップ１。以下、Ｓ１と略記する。他のステップも同様。）。より具体的には、インバータ回路２０を制御して所定の励磁周波数の交流信号を発生させることにより、回転数に影響を与えない数十ｍｓ程度の短時間の間、回転子３１の回転方向とは逆方向の回転磁界を固定子に印加し、この状態で回転子溝周波数検出部４５により回転子溝周波数の検出を行い、回転速度算出部４６により励磁周波数と回転子溝周波数とに基づいて回転速度を算出する。
【００６５】
次に、モータ３０への通電を一定時間オフする（Ｓ２）。そして、モータ３０が起動されてから所定時間経過後に、正相励磁（回転子３１の回転方向の回転磁界を固定子に印加）を実施して回転トルクを発生させる通常回転を行うと共に、回転子３１の回転速度を算出する（Ｓ３）。より具体的には、インバータ回路２０を制御して所定の励磁周波数の交流信号を発生させることにより、回転子３１の回転方向の回転磁界を固定子に印加し、この状態で回転子溝周波数検出部４５により回転子溝周波数の検出を行い、回転速度算出部４６により励磁周波数と回転子溝周波数とに基づいて回転速度を算出する。
【００６６】
ここで、正相励磁及び逆相励磁の各場合における検出可能な回転速度の範囲について説明する。
【００６７】
まず、正相励磁における回転子溝周波数ｆshの算出式を以下の数式３に示す。但し、回転子３１の溝数をＮr、回転子３１の回転周波数をｆr、励磁周波数をｆ、及びすべりをｓとする。
（数３）  ｆsh＝Ｎr×ｆr−ｆ＝Ｎr×（１−ｓ）×ｆ−ｆ＝（Ｎr−１−Ｎr×ｓ）×ｆ
数式３をすべりｓの式に直すと、ｓ＝１／Ｎr×（Ｎr−１−ｆsh／ｆ）となる。
【００６８】
そして、バンドパスフィルタとしてのフーリエ変換部４４は、励磁周波数ｆの１．３倍以上に周波数帯域を設定しているため（ｆsh≧１．３ｆ）、すべりｓ≦０．８５６２５となる。従って、例えば、図８に示すように、モータ３０に印加する回転磁界の回転数（一定時間当り回転数＝回転速度）が２００，０００ｒｐｍであるとき、ｆr＝ｆ×（１−ｓ）であるから、検出可能なターボ回転数は、２００，０００×（１−０．８５６２５）＝２８，７５０ｒｐｍ以上となる。
【００６９】
次に、逆相励磁における回転子溝周波数ｆshの算出式を以下の数式４に示す。
（数４）  ｆsh＝Ｎr×ｆr＋ｆ＝Ｎr×（１−ｓ）×ｆ＋ｆ＝（Ｎr＋１−Ｎr×ｓ）×ｆ
すべりｓの式に直すと、ｓ＝１／Ｎr×（Ｎr＋１−ｆsh／ｆ）となる。
【００７０】
上述したように、ｆsh≧１．３ｆであるから、すべりｓ≦０．９８１２５となる。従って、図８において、電動過給機に印加する回転磁界の回転数が２００，０００ｒｐｍであるとき、逆相励磁時に検出可能なターボ回転数は、２００，０００×（１−０．９８１２５）＝３，７５０ｒｐｍ以上となり、正相励磁時と比較して回転数の検出範囲が低速側に拡大されている。そして、５，０００ｒｐｍから１７０，０００ｒｐｍのターボ回転領域において、正相励磁時では５，０００ｐｍから２８，７５０ｒｐｍの領域で回転速度を検出できないが、逆相励磁時ではターボ回転領域の全領域で回転速度の検出が可能であることがわかる。
【００７１】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、コントローラ１０が、インバータ回路２０を制御して固定子に回転方向とは逆方向の回転磁界を印加し、バンドパスフィルタとしてのフーリエ変換部４４が、固定子に印加される電圧信号において所望の周波数帯域（１．３ｆ〜１６ｆ）に属する周波数成分の信号のみを抽出し、回転子溝周波数検出部４５が、フーリエ変換部４４によって抽出された信号から回転子３１の構造に起因する回転子溝高調波の回転子溝周波数ｆshを検出し、回転速度算出部４６は、回転子溝周波数ｆshに基づいて正確な回転速度を算出することができる。そして、固定子に逆方向回転磁界が印加されることにより、フーリエ変換部４４により抽出可能な回転子溝高調波の範囲が低周波数側に拡大されて、回転トルク不発生期間である他制時の低速回転における回転速度の検出が可能となる。
【００７２】
また、モータ３０が起動されてから所定時間経過後に、コントローラ１０による回転速度検出用の逆方向回転磁界から回転トルク発生用の正方向回転磁界への制御切り換えを行うので、回転速度算出部４６は、回転磁界方向に応じて回転子３１の回転速度を正確に算出することができる。尚、上記所定時間は、逆方向回転磁界の一周期が経過する時間以上に設定される。
【００７３】
さらに、回転磁界の制御切り換えを実行する前に、モータ３０への通電を一定時間オフするので、電流の脈動や過電圧の発生が防止されて、回転速度算出部４６は、回転子３１の回転速度を正確に算出することができる。
【００７４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００７５】
例えば、固定子に印加される回転磁界の方向に応じて、フーリエ変換部４４の周波数帯域を変更するようにしてもよい。これにより、抽出可能な回転子溝高調波の範囲が拡大されて、より広範囲な回転速度の検出が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、例えば、自動車の電動過給機等に用いられる誘導電動機の回転速度の検出に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態の回転速度検出装置を含む、モータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】モータ３０の断面を模式的に示す模式図である。
【図３】固定子巻線によって回転磁界が形成された場合の、回転子３１の周囲の磁束密度Ｂの分布を示すグラフである。
【図４】電圧加算器４１から出力される加算電圧信号の信号波形の一例を示す波形図である。
【図５】フーリエ変換部４４が算出する周波数スペクトルデータの一例を示すグラフである。
【図６】他制運転から自制運転に移行する場合における回転周波数の変化を表すグラフである。
【図７】モータ制御装置起動後の回転速度検出の流れを示すフローチャートである。
【図８】ターボ回転数の検出可能範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  コントローラ（逆相励磁制御手段）
２０  インバータ回路（交流信号発生手段）
３０  モータ（誘導電動機）
４０  回転速度検出装置
４１  電圧加算器
４２  Ａ／Ｄ変換器
４３  デジタル信号処理部
４４  フーリエ変換部（バンドパスフィルタ手段）
４５  回転子溝周波数検出部
４６  回転速度算出部（回転速度算出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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