(57)【要約】【課題】突極性を有する永久磁石同期電動機を位置センサレス制御によりサーボロック動作させる場合の電動機軸の微振動を防止することができる永久磁石同期電動機制御装置を得ること。【解決手段】予め決められた指令切換判定値２４と速度指令２３とを比較する速度指令比較器３と、速度指令比較器３の比較結果に応じ、設定された強め励磁指令３７と生成されたｄ軸電流指令２８とのいずれか一方を選択して、該選択した強め励磁指令またはｄ軸電流指令をｄ軸電流偏差演算器１２が偏差を求めるｄ軸電流指令３８として出力するｄ軸電流指令切換器１１とをさらに備え、目標値２０がサーボロック動作により停止位置指令となり、速度指令２３が０速度指令となると、ｄ軸電流指令切換器１１は強め励磁指令３７を選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標値と永久磁石同期電動機の電動機電流から推定した回転子位置との偏差を小さくする操作量である速度指令を演算する位置制御器と、
前記速度指令と前記電動機電流から推定した回転子速度との偏差を小さくする操作量であるｑ軸電流指令を演算する速度制御器と、
前記ｑ軸電流指令と前記電動機電流から検出したｑ軸電流との偏差を求めるｑ軸電流偏差演算器と、
前記ｑ軸電流偏差演算器が求めた偏差を小さくする操作量であるｑ軸電圧指令を演算するｑ軸電流制御器と、
運転時に生成されたｄ軸電流指令と前記電動機電流から検出したｄ軸電流との偏差を求めるｄ軸電流偏差演算器と、
前記ｄ軸電流偏差演算器が求めた偏差を小さくする操作量であるｄ軸電圧指令を演算するｄ軸電流制御器と、
を備えた永久磁石同期電動機制御装置において、
予め決められた指令切換判定値と前記速度指令とを比較する速度指令比較器と、
前記速度指令比較器の比較結果に応じ、設定された強め励磁指令と前記生成されたｄ軸電流指令との何れか一方を選択して、該選択した強め励磁指令またはｄ軸電流指令を前記ｄ軸電流偏差演算器が偏差を求める前記ｄ軸電流指令として出力するｄ軸電流指令切換器と
をさらに備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機制御装置。
【請求項２】
前記速度指令比較器の比較結果に応じ、設定された０指令と前記速度制御器が出力するｑ軸電流指令との何れか一方を選択し、該選択した０指令またはｑ軸電流指令を前記ｑ軸電流偏差演算器が偏差を求める前記ｑ軸電流指令として出力するｑ軸電流指令切換器と、
前記速度指令比較器の比較結果に応じ、設定された０指令と前記ｑ軸電流制御器が出力するｑ軸電圧指令との何れか一方を選択し、該選択した０指令またはｑ軸電圧指令を前記ｑ軸電流制御器の出力である前記ｑ軸電圧指令とするｑ軸電圧指令切換器と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機制御装置。
【請求項３】
前記目標値がサーボロック動作による停止位置指令となり、前記速度指令比較器の比較結果、前記指令切換判定値が前記速度指令よりも大きい場合に、
前記ｄ軸電流指令切換器は、前記強め励磁指令を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機制御装置。
【請求項４】
前記目標値がサーボロック動作による停止位置指令であり、前記速度指令比較器の比較結果、前記指令切換判定値が前記速度指令よりも大きい場合に、
前記ｄ軸電流指令切換器は、前記強め励磁指令を選択し、
前記ｑ軸電流指令切換器および前記ｑ軸電圧指令切換器は、それぞれ対応する前記０指令を選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石同期電動機制御装置。
【請求項５】
前記ｑ軸電流指令切換器および前記ｑ軸電圧指令切換器が前記０指令を選択するタイミングは、それぞれ、前記ｄ軸電流指令切換器が前記強め励磁指令を選択して出力している場合において前記速度指令がほぼ０速度指令となるタイミングであることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突極性を有する永久磁石同期電動機を位置センサレス制御で駆動する永久磁石同期電動機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
突極性を有する永久磁石同期電動機を位置センサレスで制御する方法として、電圧指令に位置推定用信号を重畳し、その時に流れる電動機電流から回転子位置および回転速度を推定し、フィードバック制御を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／０４０９６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、突極性を有する永久磁石同期電動機を位置センサレスで制御する方法には、永久磁石同期電動機の電磁気的特性に起因して回転子位置の推定精度が実際の回転子位置によってバラつくという性質がある。
【０００５】
このため、位置センサレスで制御する方法を用いて、永久磁石同期電動機の回転速度を０に保ってサーボロック動作をさせる場合、位置推定精度のバラつきにより、フィードバックループで演算される指令値が振動し、その結果、電動機軸が微振動することがある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、突極性を有する永久磁石同期電動機を位置センサレス制御によりサーボロック動作させる場合の電動機軸の微振動を防止することができる永久磁石同期電動機制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、目標値と永久磁石同期電動機の電動機電流から推定した回転子位置との偏差を小さくする操作量である速度指令を演算する位置制御器と、前記速度指令と前記電動機電流から推定した回転子速度との偏差を小さくする操作量であるｑ軸電流指令を演算する速度制御器と、前記ｑ軸電流指令と前記電動機電流から検出したｑ軸電流との偏差を求めるｑ軸電流偏差演算器と、前記ｑ軸電流偏差演算器が求めた偏差を小さくする操作量であるｑ軸電圧指令を演算するｑ軸電流制御器と、運転時に生成されたｄ軸電流指令と前記電動機電流から検出したｄ軸電流との偏差を求めるｄ軸電流偏差演算器と、前記ｄ軸電流偏差演算器が求めた偏差を小さくする操作量であるｄ軸電圧指令を演算するｄ軸電流制御器とを備えた永久磁石同期電動機制御装置において、予め決められた指令切換判定値と前記速度指令とを比較する速度指令比較器と、前記速度指令比較器の比較結果に応じ、設定された強め励磁指令と前記生成されたｄ軸電流指令との何れか一方を選択して、該選択した強め励磁指令またはｄ軸電流指令を前記ｄ軸電流偏差演算器が偏差を求める前記ｄ軸電流指令として出力するｄ軸電流指令切換器とをさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、目標値を停止位置指令とするサーボロック動作時には、ｄ軸電流指令を強め励磁指令に切り換えて、永久磁石同期電動機の回転子が作る回転磁界と引き付け合う磁界を電動機電流により発生させるので、フィードバックループの振動を抑制し、電動機軸の微振動を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による永久磁石同期電動機制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる永久磁石同期電動機制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態による永久磁石同期電動機制御装置の要部構成を示すブロック図である。図１では、サーボモータである突極性を有する永久磁石同期電動機（図示せず）の制御装置において、永久磁石同期電動機を位置センサレス制御によりサーボロック動作を行わせる場合に生ずる電動機軸の微振動を防止する部分の構成が抜き出して示されている。
【００１２】
なお、永久磁石同期電動機のベクトル制御で用いるｄ軸は永久磁石同期電動機の回転子に埋め込まれている永久磁石が作る磁界と平行な方向に設定され、ｑ軸は永久磁石同期電動機の回転子に埋め込まれている永久磁石が作る磁界と垂直な方向に設定されている。
【００１３】
図１において、位置偏差演算器１は、上位装置から目標値（サーボロック動作時には停止位置指令）２０が入力され、位置制御へのフィードバック信号として図示しない位置推定器が電動機電流から推定した回転子位置（現在位置推定値）２１が入力される。位置偏差演算器１は、目標値（停止位置指令）２０と回転子位置（現在位置推定値）２１との位置偏差２２を演算し、それを位置制御器２に出力する。
【００１４】
位置制御器２は、永久磁石同期電動機の回転子位置２１を上位装置から与えられた目標値（サーボロック動作時には停止位置指令）２０に追従させる操作量、つまり位置偏差演算器１から入力される位置偏差２２を小さくする操作量である速度指令２３を、位置偏差２２に比例ゲインを用いた比例演算（公知のＰ制御）を適用して求める。位置制御器２にて求められた速度指令２３は、速度指令比較器３と速度偏差演算器４とに並列に出力される。
【００１５】
速度指令比較器３は、位置制御器２からの速度指令２３の他、上位装置から通常運転とサーボロック運転との境界を与える電流・電圧指令切換判定値２４が入力される。速度指令比較器３は、速度指令２３と電流・電圧指令切換判定値２４とを比較し、両者間の大小関係を示す２値のレベル信号である切換制御信号２５を出力する。切換制御信号２５は、ｑ軸電流指令切換器６、ｑ軸電圧指令切換器９およびｄ軸電流指令切換器１１の各制御ポートに入力される。
【００１６】
速度偏差演算器４は、位置制御器２からの速度指令２３の他に、速度制御へのフィードバック信号として図示しない速度推定器が電動機電流から推定した電動機の回転速度（回転速度推定値）２６が入力される。速度偏差演算器４は、速度指令２３と電動機の回転速度（回転速度推定値）２６との速度偏差２７を演算し、それを速度制御器５に出力する。
【００１７】
ここで、トルクに寄与するｑ軸側は、速度制御器５、ｑ軸電流指令切換器６、ｑ軸電流偏差演算器７、ｑ軸電流制御器８およびｑ軸電圧指令切換器９により構成される。
【００１８】
速度制御器５は、永久磁石同期電動機の回転速度２６を位置制御器２により求められた速度指令２３に追従させる操作量、つまり速度偏差演算器４から入力される速度偏差２７を小さくする操作量であるｑ軸電流指令（ここでは通常運転時に用いるので「ｑ軸電流通常指令」という）２８を、速度偏差２７に比例積分制御（公知のＰＩ制御）を適用して求め、それをｑ軸電流指令切換器６の一方の切換入力端に出力する。
【００１９】
ｑ軸電流指令切換器６は、他方の切換入力端にサーボロック時に用いる０指令（ここでは区別するため「ｑ軸電流０指令」という）２９が入力され、速度指令比較器３が出力する切換制御信号２５の信号レベルに応じて、ｑ軸電流通常指令２８とｑ軸電流０指令２９とのいずれか一方を選択し、それをｑ軸電流指令３０として切換基端からｑ軸電流偏差演算器７に出力する。
【００２０】
ｑ軸電流偏差演算器７は、ｑ軸電流指令切換器６からのｑ軸電流指令３０の他に、トルク制御に対するフィードバック信号として図示しない電流検出器により電動機電流から検出されたｑ軸電流検出値３１が入力される。ｑ軸電流偏差演算器７は、ｑ軸電流指令３０とｑ軸電流検出値３１とのｑ軸電流偏差３２を演算し、それをｑ軸電流制御器８に出力する。
【００２１】
ｑ軸電流制御器８は、永久磁石同期電動機のｑ軸電流検出値３１をｑ軸電流指令３０に追従させる操作量、つまりｑ軸電流偏差演算器７からのｑ軸電流偏差３２を小さくする操作量であるｑ軸電圧指令（ここでは通常運転時に用いるので「ｑ軸電圧通常指令」という）３３を、ｑ軸電流偏差３２に比例積分制御（公知のＰＩ制御）を適用して求め、それをｑ軸電圧指令切換器９の一方の切換入力端に出力する。
【００２２】
ｑ軸電圧指令切換器９は、他方の切換入力端にサーボロック時に用いる０指令（ここでは区別するため「ｑ軸電圧０指令」という）３４が入力され、速度指令比較器３が出力する切換制御信号２５の信号レベルに応じて、ｑ軸電圧通常指令３３とｑ軸電圧０指令３４とのいずれか一方を選択し、それをｑ軸電圧指令３５として切換基端から図示しない座標変換器へ出力する。
【００２３】
次に、励磁電流に寄与するｄ軸側の構成「ｄ軸電流指令発生器１０、ｄ軸電流指令切換器１１、ｄ軸電流偏差演算器１２およびｄ軸電流制御器１３」について説明する。
【００２４】
ｄ軸電流指令発生器１０は、通常の運転時に用いるｄ軸電流指令（ここでは区別するため「ｄ軸電流通常指令」という）３６を公知のＰＩ制御により発生する他に、サーボロック時に用いる強め励磁指令３７も発生する構成になっている。ｄ軸電流指令発生器１０が発生するｄ軸電流通常指令３６および強め励磁指令３７は、ｄ軸電流指令切換器１１の対応する切換入力端に入力される。
【００２５】
ｄ軸電流指令切換器１１は、速度指令比較器３が出力する切換制御信号２５の信号レベルに応じて、ｄ軸電流通常指令３６と強め励磁指令３７とのいずれか一方を選択し、それをｄ軸電流指令３８として切換基端からｄ軸電流偏差演算器１２に出力する。
【００２６】
ｄ軸電流偏差演算器１２は、ｄ軸電流指令切換器１１からのｄ軸電流指令３８の他に、励磁電流制御に対するフィードバック信号として図示しない電流検出器により電動機電流から検出されたｄ軸電流検出値３９が入力される。ｄ軸電流偏差演算器１１は、ｄ軸電流指令３８とｄ軸電流検出値３９とのｄ軸電流偏差４０を演算し、それをｄ軸電流制御器１３に出力する。
【００２７】
ｄ軸電流制御器１３は、永久磁石同期電動機のｄ軸電流検出値３９をｄ軸電流指令切換器１１から出力されるｄ軸電流指令３８に追従させる操作量、つまりｄ軸電流偏差演算器１１からのｄ軸電流偏差４０を小さくする操作量であるｄ軸電圧指令４１を、ｄ軸電流偏差４０に比例積分制御（公知のＰＩ制御）を適用して求め、それを図示しない座標変換器へ出力する。
【００２８】
次に、この実施の形態に関わるサーボロック時の動作について説明する。突極性を有する永久磁石同期電動機を位置センサレス制御により駆動する場合、回転子位置の推定精度は、永久磁石同期電動機の電磁気的特性に起因してバラツクという性質がある。
【００２９】
そのため、この実施の形態により追加した部分「速度指令比較器３、ｑ軸電流指令切換器６、ｑ軸電圧指令切換器９およびｄ軸電流指令切換器１１」が無く、ｄ軸電流指令発生器１０がｄ軸電流通常指令３６のみ（したがってｄ軸電流指令３６）を発生する場合においては、目標位置２０を停止位置指令に設定し、永久磁石同期電動機の回転速度を０に保ってサーボロック動作を行わせる場合、現在位置推定値２１の推定精度が停止位置によってバラツクことにより、フィードバックループで演算された速度指令２３が振動し、従って、ｑ軸電流指令２８つまりｑ軸電流指令３０が振動し、その結果、電動機軸が微振動することがある。
【００３０】
そこで、この実施の形態では、図１において、目標位置２０がサーボロック動作による停止位置指令以外の通常運転時指令である場合においては、速度指令比較器３の比較結果を示す切換制御信号２５の信号レベルが、「速度指令２３」＞「電流・電圧指令切換判定値」を示すようになっている。
【００３１】
この場合は、ｑ軸電流指令切換器６はｑ軸電流通常指令２８を選択しそれをｑ軸電流指令３０とし、ｑ軸電圧指令切換器９はｑ軸電圧通常指令３３を選択しそれをｑ軸電圧指令３５とし、ｄ軸電流指令切換器１１はｄ軸電流通常指令３６を選択しそれをｄ軸電流指令３８とする。このように、サーボロック動作以外の通常運転時においては従前の通りの動作が行われる。
【００３２】
一方、目標位置２０を停止位置指令に設定し、永久磁石同期電動機の回転速度を０に保ってサーボロック動作を行わせる場合は、速度指令比較器３の比較結果を示す切換制御信号２５の信号レベルが、「速度指令２３」＜「電流・電圧指令切換判定値」を示すようになっている。
【００３３】
この場合は、まず、ｄ軸電流指令切換器１１が強め励磁指令３７を選択しそれをｄ軸電流指令３８とする。これによっても、電動機軸の微振動を防止する目的は達成できるが、この実施の形態では。その後に、ｑ軸電流指令切換器６がｑ軸電流０指令２９を選択しそれをｑ軸電流指令３０とし、ｑ軸電圧指令切換器９がｑ軸電圧０指令３４を選択しそれをｑ軸電圧指令３５とする。そうすれば、一層確実に電動機軸の微振動を防止できる。
【００３４】
具体的には、ｑ軸電流指令切換器６がｑ軸電流０指令２９を選択し、ｑ軸電圧指令切換器９がｑ軸電圧０指令３４を選択するタイミングは、ｄ軸電流指令切換器１１が強め励磁指令３７を選択した後において速度指令２３がほぼ０速度指令となるタイミングである。つまり、速度指令比較器３が出力する切換制御信号２５は、ｑ軸電流指令切換器６とｑ軸電圧指令切換器９とｄ軸電流指令切換器１１とに共通の１本の制御信号ではなく、ｑ軸電流指令切換器６およびｑ軸電圧指令切換器９に対するものと、ｄ軸電流指令切換器１１に対するものとの２本の制御信号で構成されている。
【００３５】
このように、この実施の形態においては、速度指令２３がほぼ０となるサーボロック動作時には、永久磁石同期電動機のｄ軸方向に強め励磁電流を流し、電動機電流が作る磁界と永久磁石同期電動機の回転子に埋め込まれた永久磁石が作る回転子磁界とが互いに引き付け合うようにした。
【００３６】
ここで、永久磁石同期電動機制御において、一般的に、ｄ軸方向に強め励磁電流を流すことと、電動機電流が作る磁界と永久磁石同期電動機の回転子に埋め込まれた永久磁石が作る回転子磁界とが互いに引き付け合うことは同義である。言い換えれば、回転子磁界と引き付け合う磁界を発生させるような電流を強め励磁電流という。引き付け合う原理は、磁石の異極（Ｓ−Ｎ、Ｎ−Ｓ）同士が引き付け合うことと同じである。フレミングの右手の法則より、そうなるようにｄ軸の方向を決めている。
【００３７】
その回転子磁界が強め励磁電流による磁界に引き付けられるということは、回転子（および、回転子と一体となっている電動機軸）も同時に引き付けられることになる。引き付け合う力がある場合の方が、引き付け合う力がない場合よりも、より振動を抑制できる。そのため、ｄ軸強め励磁電流による引き付けトルクがない場合に比べて、サーボロックによる停止時の電動機軸の振動を抑制することができる。
【００３８】
また、サーボロックによる停止時において、回転子位置の推定精度が停止位置によってバラついて、電動機軸に振動が発生するような場合でも、ｑ軸電流指令切換器およびｑ軸電圧指令切換器において０指令が選択され、位置推定や速度推定の誤差に起因して発生する操作量（速度指令やｑ軸電流指令）が電動機へ伝達されなくなるため、電動機軸の振動の発生を確実に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる永久磁石同期電動機制御装置は、突極性を有する永久磁石同期電動機を位置センサレス制御によりサーボロック動作させる場合の電動機軸の微振動を防止することができる永久磁石同期電動機制御装置として有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１  位置偏差演算器
２  位置制御器
３  速度指令比較器
４  速度偏差演算器
５  速度制御器
６  ｑ軸電流指令切換器
７  ｑ軸電流偏差演算器
８  ｑ軸電流制御器
９  ｑ軸電圧指令切換器
１０  ｄ軸電流指令発生器
１１  ｄ軸電流指令切換器
１２  ｄ軸電流偏差演算器
１３  ｄ軸電流制御器
【図１】
2013251978.tif 000003