(57)【要約】  【課題】位置センサの異常検出後も、継続してドアを開閉制御可能とする。  【解決手段】位置センサの出力からモータの速度や磁極位置を演算する手段と、位置センサの異常を検出する位置センサ異常検出手段と、速度検出値を速度指令値に追従させるように磁極位置を用いて電圧指令値を生成する第１の制御手段とを備えた制御装置に関する。速度指令値に応じた大きさ、位相を有する電圧指令値を、速度指令値に応じた周波数を積分して得た磁極位置を用いて生成するためのｆ／Ｖ演算器２４、積分器２５等からなる第２の制御手段と、第１，第２の制御手段の何れかを選択して当該制御手段により生成された電圧指令値を電力変換器３に与えるための切換器２７とを備える。位置センサ５が正常と判断された時は切換器２７により第１の制御手段からの電圧指令値を選択し、位置センサ５が異常と判断された時は第２の制御手段からの電圧指令値を選択する。【選択図】  図１
2005130673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置センサを有する永久磁石型同期モータを電力変換器により制御する制御装置であって、
前記位置センサの出力からモータの速度を演算する速度演算手段と、
前記位置センサの出力からモータの磁極位置を演算する磁極位置演算手段と、
前記位置センサの出力の異常を検出する位置センサ異常検出手段と、
前記速度演算手段により求めた速度検出値を速度指令値に追従させるように、前記磁極位置を用いて電力変換器に対する電圧指令値を生成する第１の制御手段と、
を備えた永久磁石型同期モータの制御装置において、
前記速度指令値に応じた大きさ及び位相を有する電圧指令値を、前記速度指令値に応じた周波数から求めた磁極位置を用いて生成する第２の制御手段と、
第１の制御手段または第２の制御手段の何れかを選択して当該制御手段により生成された電圧指令値を電力変換器に与えるための切換手段と、
を備え、
前記位置センサ異常検出手段により前記位置センサの出力が正常と判断された時には、前記切換手段により第１の制御手段からの電圧指令値を電力変換器に与えると共に、前記位置センサ異常検出手段により前記位置センサの出力が異常と判断された時には、前記切換手段により第２の制御手段からの電圧指令値を電力変換器に与えることを特徴とする永久磁石型同期モータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した永久磁石型同期モータの制御装置において、
前記モータはドアを開閉駆動するモータであり、
位置センサの出力が正常と判断された時には、ドアが完全に開いた状態及び閉じた状態でモータへの電力供給を停止し、
位置センサの出力が異常と判断された時には、ドアが完全に閉じた状態以外ではモータへの電力供給を継続することを特徴とする永久磁石型同期モータの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載した永久磁石型同期モータの制御装置において、
前記モータはドアを開閉駆動するモータであり、
前記ドアが完全に閉まったことを検知する検知手段と、
位置センサの出力が正常と判断され、かつ、前記検知手段によりドアが完全に閉まったことを検知した際のドア位置を記憶する記憶手段と、を備え、
位置センサの出力が異常と判断され、かつ、前記検知手段によりドアが完全に閉まったことを検知した時には、前記記憶手段に記憶されたドア位置を用いて前記モータによりドアを開閉駆動することを特徴とする永久磁石型同期モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置センサを備えた永久磁石型同期モータを可変速駆動するための制御装置に関し、特に、リニアモータを用いて電車等のドアの開閉を行う用途に使用して好適な永久磁石型同期モータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、この種の制御装置の従来技術を示すブロック図である。その構成を動作と共に説明すると、１はドア２を開閉駆動するリニアモータ等の三相の永久磁石型同期モータであり、インバータ等の電力変換器３から電力が供給されている。また、４は電力変換器３に接続された直流電源である。
６は、ドア２が完全に閉まって閉位置にあることを検出する閉位置検知センサであり、その検知信号は速度指令演算器１０に入力されている。この速度指令演算器１０は、ドア開閉指令に基づいてモータ１の速度（ドア２の移動速度に比例する）指令値を演算するものである。
【０００３】
一方、５はモータ１の磁極位置等を求めるための位置センサであり、その出力信号は速度演算器１１及び位置演算器１５に入力されている。この位置演算器１５により磁極位置と共に演算されたドア位置信号は、前記速度指令演算器１０に入力される。
【０００４】
１２は、速度指令演算器１０から出力された速度指令値と速度演算器１１により求められた速度検出値との偏差を算出する減算器、１３は上記偏差を零にするような推力を演算する速度調節器、１４は速度調節器１３から出力される推力指令値に基づいてｄ−ｑ座標上のｄ軸，ｑ軸電流指令値を演算する電流指令演算器である。
また、７は電力変換器３からモータ１に供給される電流を検出する電流検出器、１６は電流検出値と位置演算器１５から出力されたモータ１の磁極位置とに基づいてｄ−ｑ座標上の電流を演算する座標変換器、１７，１８は電流指令演算器１４により演算されたｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値と、座標変換器１６から出力されたｄ軸電流検出値、ｑ軸電流検出値との偏差をそれぞれ演算する減算器である。
【０００５】
減算器１７，１８により演算された偏差はｄ軸電流調節器１９及びｑ軸電流調節器２０にそれぞれ入力され、各偏差を零にするようなｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値がそれぞれ演算される。
これらのｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値は極座標変換器２１に入力され、電圧指令ベクトルの大きさ及び位相が演算されて電圧指令演算器２２に与えられる。
電圧指令演算器２２では、極座標変換器２１から出力された電圧指令ベクトルと位置演算器１５から出力された磁極位置とに基づいて電力変換器３に与える三相各相の電圧指令値を演算する。
なお、２３は、位置センサ５の出力の正常、異常を判断し、異常時には電力変換器３によるモータ１への電力供給を停止したり適宜な警報動作を行うための位置センサ異常判断器である。
【０００６】
上記構成において、ドア２を閉める場合には、ドア２の閉指令が入力された速度指令演算器１０により、ドア２を閉める方向の速度指令値が演算される。前述の如く、ドア２の移動速度はドア２を駆動するモータ１の速度に比例しているため、モータ１の磁極位置や速度を求めるための位置センサ５の出力から速度演算器１１が速度を演算し、速度指令値と速度検出値との偏差が無くなるように速度調節器１３にて推力指令値が演算される。
この推力指令値に基づき、電流指令演算器１４、減算器１７，１８、ｄ軸，ｑ軸電流調節器１９，２０を介してｄ軸，ｑ軸電圧指令値が演算され、極座標変換器２１を経て電圧指令ベクトルが生成される。この電圧指令ベクトルは、磁極位置が入力されている電圧指令演算器２２により三相各相の電圧指令に変換され、電力変換器３に与えられてモータ１を駆動することとなる。
【０００７】
モータ１は、速度指令演算器１０から出力される速度指令値に追従して回転し、ドア２を閉方向に駆動する。そして、閉位置検知センサ６によりドア２が閉位置に到達したことが検出されると、閉位置検知信号が速度指令演算器１０に入力され、速度指令値がゼロになる。
これにより、電力変換器３からモータ１への電力供給が停止され、ドア２は閉位置で停止することとなる。
【０００８】
また、ドア２を開く場合には、ドア開指令が入力される速度指令演算器１０により、ドア２を開く方向の速度指令値が演算され、前記同様の動作によってモータ１が駆動される。そして、位置演算器１５により演算されたドア位置が全開位置に達した場合に、速度指令演算器１０にて速度指令値をゼロとし、電力変換器３からモータ１への電力供給が停止されてドア２は全開位置で停止することとなる。
【０００９】
上述したドア２の開閉動作の途中において、位置センサ異常判断器２３により位置センサ５の出力が異常と判断された場合には、位置センサ５の出力を用いている速度演算器１１及び位置演算器１５が正確な速度検出値や磁極位置を求めることができなくなって制御精度が低下するため、位置センサ異常判断器２３から出力される異常検出信号を用いて、電力変換器３からモータ１への電力供給を停止している。
【００１０】
なお、上記従来技術とほぼ同様に構成されたコントローラが、下記の非特許文献１に「５．コントローラ」として記載されている。  
【００１１】
【非特許文献１】佐藤芳彦、外３名，「通勤電車用リニアモータ駆動ドアシステムの開発」，平成１１年電気学会産業応用部門大会論文集（論文NO.114），社団法人電気学会，平成１１年，ｐ．３５９〜３６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来技術では、位置センサ異常判断器２３により位置センサ５の異常を検出した場合にモータ１の駆動を停止している。このため、従来技術を電車の側引戸に適用した場合にはドアの開閉動作が途中で中断されることになり、ドアが閉まっていないために電車の運行遅延が生じる等の弊害が発生していた。
このため、位置センサが異常の場合でもドアを継続的に開閉動作できるシステムの実現が要望されている。
そこで本発明は、位置センサの異常を検出した後でも、継続してドアを開閉制御可能な制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、位置センサを有する永久磁石型同期モータを電力変換器により制御する制御装置であって、
前記位置センサの出力からモータの速度を演算する速度演算手段と、
前記位置センサの出力からモータの磁極位置を演算する磁極位置演算手段と、
前記位置センサの出力の異常を検出する位置センサ異常検出手段と、
前記速度演算手段により求めた速度検出値を速度指令値に追従させるように、前記磁極位置を用いて電力変換器に対する電圧指令値を生成する第１の制御手段と、
を備えた永久磁石型同期モータの制御装置において、
前記速度指令値に応じた大きさ及び位相を有する電圧指令値を、前記速度指令値に応じた周波数から求めた磁極位置を用いて生成する第２の制御手段と、
第１の制御手段または第２の制御手段の何れかを選択して当該制御手段により生成された電圧指令値を電力変換器に与えるための切換手段と、
を備え、
前記位置センサ異常検出手段により前記位置センサの出力が正常と判断された時には、前記切換手段により第１の制御手段からの電圧指令値を電力変換器に与えると共に、前記位置センサ異常検出手段により前記位置センサの出力が異常と判断された時には、前記切換手段により第２の制御手段からの電圧指令値を電力変換器に与えるものである。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載した永久磁石型同期モータの制御装置において、
前記モータはドアを開閉駆動するモータであり、
位置センサの出力が正常と判断された時には、ドアが完全に開いた状態及び閉じた状態でモータへの電力供給を停止し、
位置センサの出力が異常と判断された時には、ドアが完全に閉じた状態以外ではモータへの電力供給を継続するものである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した永久磁石型同期モータの制御装置において、
前記モータはドアを開閉駆動するモータであり、
前記ドアが完全に閉まったことを検知する検知手段と、
位置センサの出力が正常と判断され、かつ、前記検知手段によりドアが完全に閉まったことを検知した際のドア位置を記憶する記憶手段と、を備え、
位置センサの出力が異常と判断され、かつ、前記検知手段によりドアが完全に閉まったことを検知した時には、前記記憶手段に記憶されたドア位置を用いて前記モータによりドアを開閉駆動するものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、位置センサの出力が異常となった場合でも、第２の制御手段により所定の速度指令値に応じてモータを継続的に駆動することができる。
また、請求項２の発明によれば、位置センサの出力が正常な場合にはドア全開時における電力節減が可能であり、また、位置センサの出力が異常な場合には、ドア全開時に速度指令値をゼロにしながらモータへの電力供給を継続することで、悪戯等により外力によりドアが動かされる場合に抗力を発生させてドアの移動を防止することができる。
更に、請求項３の発明によれば、速度指令値を積分して求めたドアの位置情報と実際のドア位置との誤差を無くすことができ、位置センサが異常の場合でも安定したドアの開閉制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は請求項１の発明に相当する本発明の第１実施形態を示すブロック図である。図３と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００１８】
図１において、図３と異なる主な部分は、ｆ／Ｖ演算器２４、積分器２５、制御切換判断器２６及び切換器２７が追加されている点である。
ｆ／Ｖ演算器２４には、速度指令演算器１０から出力される速度指令値が入力され、ｆ／Ｖ演算器２４は、速度指令値に対応した電圧指令値の大きさ及び位相を演算してｄ−ｑ座標上のｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値とを生成する。これらのｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値は、切換器２７の常開接点ａ１，ａ２を介して極座標変換器２１に入力可能となっている。
また、前記ｄ軸電流調節器１９及びｑ軸電流調節器２０の出力側は、それぞれ常閉接点ｂ１，ｂ２を介して極座標変換器２１に入力されている。
【００１９】
一方、積分器２５は、速度指令演算器１０から出力される速度指令値に応じた周波数を積分してドア２の位置とモータ１の磁極位置とを求めるものであり、ドア位置信号は速度指令演算器１０に入力されると共に、磁極位置は常開接点ａ３を介して電圧指令演算器２２及び座標変換器１６に入力可能となっている。更に、位置演算器１５から出力される磁極位置は、常閉接点ｂ３を介して電圧指令演算器２２及び座標変換器１６に入力されている。
なお、常開接点ａ１，ａ２，ａ３及び常閉接点ｂ１，ｂ２，ｂ３は、制御切換判断器２６から出力される制御切換信号により連動して動作するものである。
また、位置センサ異常判断器２３から出力される位置センサ異常検出信号は、制御切換判断器２６に入力されており、制御切換判断器２６は、位置センサ異常検出信号が入力されたときに制御切換信号を出力するように構成されている。
【００２０】
なお、図１の構成において、速度指令演算器１０、減算器１２、電流指令演算器１４、減算器１７，１８、ｄ軸，ｑ軸電流調節器１９，２０、接点ｂ１，ｂ２、極座標変換器２１、電圧指令演算器２２等からなる部分（広義には、位置センサ５、速度演算器１１、位置演算器１５、接点ｂ３、電流検出器７、座標変換器１６をも含む）が、本発明における第１の制御手段に相当する。
また、ｆ／Ｖ演算器２４、接点ａ１，ａ２、極座標変換器２１、電圧指令演算器２２、積分器２５、接点ａ３等からなる部分が、本発明における第２の制御手段に相当する。
【００２１】
次に、この実施形態の動作を説明する。
位置センサ５の出力が正常である場合、切換器２７の各接点ａ１〜ａ３，ｂ１〜ｂ３は図示の状態になっているため、図１の回路全体は図３と実質的に同様になる。
位置センサ５の出力が異常になると、位置センサ異常判断器２３から位置センサ異常検出信号が出力され、この信号は制御切換判断器２６に入力される。これにより、制御切換判断器２６から制御切換信号が出力され、切換器２７の接点ａ１〜ａ３を閉じると共に、接点ｂ１〜ｂ３を開く。
【００２２】
このため、極座標変換器２１に入力されるｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値にはｆ／Ｖ演算器２４の出力が用いられることになり、異常である位置センサ５の出力に基づいて速度演算器１１が演算した速度検出値が反映されることはない。
また、電圧指令演算器２２に入力されるモータ１の磁極位置には積分器２５の出力が用いられることになり、位置センサ５の出力に基づいて位置演算器１５が演算した磁極位置が反映されることはない。
従って、位置センサ５が異常であっても、速度指令値に応じた電圧指令値を電圧指令演算器２２により演算し、この電圧指令値に従い電力変換器３を継続的に運転してモータ１を駆動することが可能になり、電力変換器３の運転停止によりドア２の開閉動作が途中で中断されるおそれもなくなる。
【００２３】
なお、位置センサを用いずに永久磁石型同期モータを駆動する従来技術として、例えば特開２０００−２８７４９４号公報に記載された制御装置が知られているが、この制御装置では、いわゆる位置センサレス制御を前提としている点、及び、モータの速度に応じて低速用、高速用のｄ軸，ｑ軸電圧指令値を切り換えることにより主として低速運転時の安定性の向上、トルク上限の拡大等を図る点で、本実施形態とは根本的に異なるものである。
【００２４】
次に、請求項２に記載した発明の実施形態を説明する。
前述したように、位置センサ５の出力が異常である場合、ドア２の位置は速度指令値に対応した周波数を積分器２５にて積分することにより求めることができる。しかし、ドア２が全開になった時に速度指令演算器１０の出力である速度指令値をゼロとし、また、電力変換器３からモータ１への電力供給を停止すると、ドア２が悪戯等により外力で動かされた場合に、動かされたことを検出する手段が無いため積分器２５の出力であるドア位置と実際のドア位置とがずれてしまい、脱調してモータ１を動かすことができなくなる場合がある。
【００２５】
このため本実施形態では、ドア２が開いた後でドア２を静止状態にする場合に、位置センサ５の出力が正常な場合には速度指令演算器１０の出力である速度指令値をゼロとし、同時に電力変換器３からモータ１への電力供給を停止して電力消費を抑制すると共に、位置センサ５の出力が異常である場合には前記速度指令値をゼロとする一方で、電力変換器３からモータ１への電力供給を継続し、ドア２が悪戯等の外力により容易に動かないようにすることとした。
【００２６】
これにより、位置センサ５の出力が正常な場合には、ドア２の全開時に電力供給を停止して電力を節約することができる。また、位置センサ５の出力が異常な場合には、ドア２の全開時に速度ゼロの指令を与えつつモータ１に電力を供給することにより、悪戯等によって外力でドア２が動かされる場合に抗力を発生させる。これによってドア２の移動を防ぎ、速度指令値を積分して求めたドア位置情報と実際のドア２の位置との間に誤差が発生するのを防止することができる。
【００２７】
次に、図２は請求項３の発明に相当する本発明の第２実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、図１に示した第１実施形態の構成に、ドア２が閉まった時の位置を記憶するための閉位置記憶部２８が追加されている。この閉位置記憶部２８は、位置演算器１５により演算される閉状態のドア位置（閉位置）を記憶するものである。
【００２８】
この実施形態の動作を説明する。
位置センサ異常判断器２３の出力である位置センサ異常検出信号（異常時に“Ｈ”レベル、正常時に“Ｌ”レベル）が“Ｌ”（正常）であり、閉位置検知センサ６の出力である閉位置検知信号（閉状態検知時に“Ｈ”レベル、その他では“Ｌ”レベル）が“Ｈ”（閉状態）である場合に、位置演算器１５の出力であるドア２の位置を閉位置として閉位置記憶部２８が記憶する。
【００２９】
また、位置センサ異常検出信号が“Ｈ”（異常）であって閉位置検知信号が“Ｈ”（閉状態）である場合に、積分器２５の初期値として、閉位置記憶部２８に記憶されているドア２の位置（すなわち、本来の閉位置）を代入する。
これにより、位置センサ５の出力が異常になった場合でも、閉位置記憶部２８には位置センサ５が正常であるときの本来の閉位置が記憶されているので、ドア２が閉状態になる度に、実際のドア２の位置と積分器２５により演算されるドア２の位置との誤差をなくす校正動作を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：永久磁石型同期モータ
２：ドア
３：電力変換器
４：直流電源
５：位置センサ
６：閉位置検知センサ
７：電流検出器
１０：速度指令演算器
１１：速度演算器
１２，１７，１８：減算器
１３：速度調節器
１４：電流指令演算器
１５：位置演算器
１６：座標変換器
１９：ｄ軸電流調節器
２０：ｑ軸電流調節器
２１：極座標変換器
２２：電圧指令演算器
２３：位置センサ異常判断器
２４：ｆ／Ｖ演算器
２５：積分器
２６：制御切換判断器
２７：切換器
２８：閉位置記憶部
ａ１，ａ２，ａ３：常開接点
ｂ１，ｂ２，ｂ３：常閉接点
【図１】
2005130673.tif 000003
【図２】
2005130673.tif 000004
【図３】
2005130673.tif 000005