(57)【要約】【課題】ダンパ巻線を施してある回転子を持つ永久磁石同期電動機の場合、電機子巻線に供給される高周波の電流や電圧はダンパ巻線がそれらを打ち消す方向に誘導起電力を発生させるため、電機子巻線に交流電流や交流電圧を供給することは困難であり、さらに電機子巻線に交流電流や交流電圧を供給することによりｄ軸の位相を推定することは困難である。【解決手段】回転子にダンパ巻線を施してある同期電動機の回転子の位相を、交流電流を流すかまたは交流電圧を印加するかにより推定する同期電動機の位相推定装置において、推定された位相が正しいかどうかを判定する位相判定器と、位相判定器が推定された位相が正しくないと判定した場合に交流電流または交流電圧の周波数を所定の値だけずらして再度位相を推定し直すことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子にダンパ巻線を施してある同期電動機の回転子の位相を交流電流を流すかまたは交流電圧を印加することにより推定する同期電動機の位相推定装置において、
前記推定された位相が正しいかどうかを判定する位相判定器と、該位相判定器が前記推定された位相が正しくないと判定した場合に前記交流電流または前記交流電圧の周波数を所定の値だけずらして再度前記位相を推定し直すことを特徴とする同期電動機の位相推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は同期電動機の停止時の回転子の位相推定に関するもので、特に回転子にダンパ巻線を施してある同期電動機の位相推定失敗を無くす手法を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に一例として永久磁石同期電動機の位相推定装置を示し、この図に基づいて従来技術を説明する。
電力変換器１は、入力信号Sに基づいて永久磁石同期電動機２に電力を供給する。電流検出器３は、永久磁石同期電動機２の入力電流を検出する。電圧検出器４は、永久磁石同期電動機２の入力電圧を検出する。永久磁石同期電動機２の回転子の永久磁石のＮ極の位相（方向）をｄ軸とし、永久磁石のＮ極の推定された位相をγ軸とすると、位相収束器５は、電流検出器３の出力と電圧検出器４の出力とを入力して、永久磁石同期電動機２に任意の電流が流れるような信号Sまたは任意の電圧が印加されるような信号Sとｄ軸の位相とγ軸の位相との位相差が０度または１８０度に収束するように所定期間徐々に修正してγ軸の位相を出力する。磁極判定器６は、位相収束器５の出力であるγ軸の位相と入力電圧のγ軸成分とを入力し、入力電流のγ軸成分を０としγ軸の位相と直交するδ軸成分を所定値Ｉが流れるような信号Sと位相差が０度かまたは１８０度であるかを判定し位相差が０度と判定された場合は位相収束器５の出力を１８０度と判定された場合は位相収束器５の出力に１８０度を加算した値をγ軸の位相として出力する。スイッチ７は、まず、位相収束器５が出力する信号Ｓを電力変換器1へ出力し、位相収束器５により位相差が０度または１８０度に収束させる所定期間が経過したら、スイッチ７は磁極判定器６が出力する信号Ｓを電力変換器１へ出力する。
【０００３】
以下に、位相収束器５により永久磁石同期電動機２の回転子の永久磁石のＮ極の位相であるｄ軸の位相を推定する方法について説明する。推定ｄ軸をγ軸、推定ｑ軸をδ軸とした永久磁石同期電動機２の電圧方程式は以下で表すことが出来る。
【０００４】
Ｖγ＝（Ｒ＋ω・Ｌγδ＋ｐ・Ｌγ）・ｉγ
−（ω・Ｌδ＋ｐ・Ｌγδ）・ｉδ−ω・φ・ｓｉｎ（Δθ） （１）
Ｖδ＝（ω・Ｌγ−ｐ・Ｌγδ）・ｉγ
＋（Ｒ−ω・Ｌγδ＋ｐ・Ｌδ）・ｉδ＋ω・φ・ｃｏｓ（Δθ）    （２）
Ｌγ＝［Ｌｄ＋Ｌｑ−（Ｌｑ−Ｌｄ）・ｃｏｓ（２・Δθ）］／２           （３）
Ｌδ＝［Ｌｄ＋Ｌｑ＋（Ｌｑ−Ｌｄ）・ｃｏｓ（２・Δθ）］／２           （４）
Ｌγδ＝（Ｌｑ−Ｌｄ）・ｓｉｎ（２・Δθ）／２                        （５）
【０００５】
ここで、Ｖγ、Ｖδはそれぞれγ軸とδ軸の成分の入力電圧、ｉγ、ｉδはそれぞれγ軸とδ軸の成分の入力電流、Ｒは永久磁石同期電動機２の電機子巻線抵抗、ωは永久磁石同期電動機２の回転角周波数、ｐは微分演算子、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれ永久磁石同期電動機２のｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンス、φは永久磁石による電機子への鎖交磁束、Δθは位相差でｄ軸の位相をθｒ、γ軸の位相をθとするとΔθ＝θｒ−θである。
【０００６】
（１）式に（３）、（４）、（５）式を代入し、ｃｏｓ（２・Δθ）＝１、ｓｉｎ（２・Δθ）＝２・Δθと近似すると、位相差Δθは以下となる。
【０００７】
Δθ＝（−Ｖδ＋ω・Ｌｄ・ｉγ＋Ｒ・ｉδ＋Ｌｑ・ｐ・ｉδ＋ω・φ）／
[（Ｌｑ−Ｌｄ）・ｐ・ｉγ＋ω・（Ｌｑ−Ｌｄ）・ｉδ]            （６）
【０００８】
位相収束器５により上記位相差Δθを０となるようにγ軸の位相θを調整すれば、ｄ軸とγ軸とは一致し、永久磁石同期電動機２の回転子の永久磁石のＮ極の位相であるｄ軸を推定することが出来る。
【０００９】
しかし、（３）、（４）、（５）式に示すように位相差Δθは２倍して用いられているために、これらの式では位相差１８０度と位相差０度との区別が出来ないことになる。つまり、初期の位相差の絶対値が９０度未満であれば（６）式で得られたΔθが０になるようにθを調整すれば位相差を０度にすることが出来るが、初期の位相差の絶対値が９０度を超えていると位相差は１８０度に収束することになる。よって、磁極判定器６が必要となる。以下に、磁極判定器６により位相差が０度であるか１８０度であるかを判定する方法について説明する。
【００１０】
Δθ＝０または１８０度の状態で、ｉγ＝０、ｉδ＝Ｉ（直流）を流すと、（１）式よりγ軸電圧Ｖγは以下となる。
【００１１】
Ｖγ＝−ω・Ｌδ・ｉδ                                             （７）
【００１２】
永久磁石同期電動機２のトルク式は、
【００１３】
Ｔ＝ｎ・［iｑ・φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）・ｉｄ・ｉｑ］               （８）
【００１４】
で表される。ここで、ｎは永久磁石同期電動機２の極対数である。よって、位相差Δθ＝０度の場合はｉｑ＝ｉδとなるためＩ＞０ならば永久磁石同期電動機２は正トルクを発生するため正方向に加速する。つまり、ω＞０となり（７）式よりＶγ＜０となる。よって、ωとＶγとの符号がそれぞれ異符号であれば位相差Δθは０度、ωとＶγとの符号がそれぞれ同符号であれば位相差Δθは１８０度と判定することが出来る。
【００１５】
【特許文献１】特許第３４８０５７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ｄ軸の位相を推定するために、位相収束器５が永久磁石同期電動機２に任意の電流が流れるような信号Ｓまたは任意の電圧が印加されるような信号Ｓを電力変換器１に出力し、入力された信号Ｓ通りの任意の電流または任意の電圧を永久磁石同期電動機２の電機子巻線に供給する。通常、任意の電流または任意の電圧は交流であり、永久磁石同期電動機２が回転しないように振幅は小さく、周波数は高くしている。一方、ダンパ巻線を施してある回転子を持つ永久磁石同期電動機の場合、電機子巻線に供給される高周波の電流や電圧はダンパ巻線がそれらを打ち消す方向に誘導起電力を発生させるため、電機子巻線に交流電流や交流電圧を供給することが困難である。よって、ｄ軸の位相を推定することが出来ない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記問題点を解決するために、本発明は推定された位相が正しいかどうかを判定する位相判定器を新に追加し、推定された位相が正しくないと判定した場合には交流電流または交流電圧の周波数を所定の値だけずらして再度位相を推定し直して位相推定が行える同期電動機の位相推定装置を提供することにある。
【００１８】
前述した問題点を解決するために、回転子にダンパ巻線を施してある同期電動機の回転子の位相を交流電流を流すかまたは交流電圧を印加することにより推定する同期電動機の位相推定装置において、前記推定された位相が正しいかどうかを判定する位相判定器と、該位相判定器が前記推定された位相が正しくないと判定した場合に前記交流電流または前記交流電圧の周波数を所定の値だけずらして再度前記位相を推定し直すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、回転子にダンパ巻線を施してある同期電動機でも、回転子のＮ極の位相を推定することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
回転子にダンパ巻線を施してある同期電動機の電機子巻線に交流電流または交流電圧を供給することが出来た。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の１実施例のブロック図である。
図２の従来技術と異なるのは位相収束器５’と位相判定器８である。位相判定器８は、電流検出器３出力の入力電流を入力して推定された位相が正しければ１正しくなければ０となる信号Ｊを出力する。位相収束器５’は新に前記位相判定器８の出力する信号Ｊを入力し、Ｊが０ならば交流電流または交流電圧の周波数を所定の値だけずらした信号Ｓとｄ軸の位相とγ軸の位相との位相差が０度または１８０度に収束するように所定期間徐々に修正してγ軸の位相を出力する。
【００２２】
以下に、位相判定器８により位相収束器５’が出力する推定された位相が正しいかどうか判定する方法について説明する。
上述したように、ダンパ巻線の施された回転子を持つ同期電動機は高周波の交流電流または交流電圧を電機子巻線に供給することが困難となる。
よって、位相収束器５’が動作中に所定の交流電流が流れているかどうかで推定された位相が正しいかどうかを判断することが出来る。所定の交流電流が流れていなければ、周波数を所定の値だけずらす、言い換えればダンパ巻線の影響が出なくなるまで周波数を徐々に下げていくことにより所定の交流電流が流れるようになり、回転子の位相推定を可能にさせる。
【００２３】
なお、推定された位相が正しいかどうかを判定する方法としては、
・電圧検出器４で出力される入力電圧が所定の交流電圧かどうかで判定する。
・磁極判定器６により入力電流のγ軸成分を０、δ軸成分を所定値Ｉとして所定時間流した後にωの絶対値から判定する。または、前記所定時間後にＶγの絶対値から判定する（位相収束器が正しく位相を推定出来ていなければ、γ、δ軸とｄ、ｑ軸とが異なるため、永久磁石同期電動機が回転しなくなる）。
・通常運転に入り、推定された位相を用いて演算した永久磁石同期電動機の出力と永久磁石同期電動機の入力電流と入力電圧とから演算した永久磁石同期電動機の出力との差から判定する。
など、いろいろな方法が考えられる。
【００２４】
さらに、説明では入力電圧は検出値を用いているが推定値を用いても同様な効果が得られる。また、説明では永久磁石同期電動機を用いているが、ＬｄとＬｑとが異なる同期電動機であれば同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明により、同期電動機の回転子にダンパ巻線が施されていても、同期電動機のｄ軸の位相を正確に推定できることから、産業上の利用の可能性は大いにある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１を示した説明図である。
【図２】従来の技術の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１                        電力変換器
２                        永久磁石同期電動機
３                        電流検出器
４                        電圧検出器
５、５’                           位相収束器
６                                 磁極判定器
７                                       スイッチ
８                                       位相判定器
【図１】
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【図２】
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