(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石形同期電動機の永久磁石の方向を検出または推定することにより、前記永久磁石形同期電動機に流れる一次電流を前記永久磁石の方向（以下、ｄ軸という）に平行なｄ軸電流成分と、ｄ軸に垂直な軸（以下、ｑ軸という）方向のｑ軸電流成分に分けて制御する同期電動機の制御方法において、
前記永久磁石形同期電動機の任意方向（以下、ｈ軸という）に直流分を含んだ交流電流を流し、それと垂直な方向（以下、ｖ軸という）の電流を０として、
前記永久磁石形同期電動機の回転子停止後に前記ｈ軸電流の交流成分の大きさと位相を検出し、前記永久磁石形同期電動機のｈ軸電圧の交流成分の大きさと位相を検出または推定し、前記ｈ軸電流の交流成分の大きさと位相及びｈ軸電圧の交流成分の大きさと位相よりインダクタンス成分Ｌｈを求め、該インダクタンス成分Ｌｈを前記ｄ軸方向のインダクタンスＬｄとして設定記憶し、前記ｈ軸電流の直流成分を検出し、前記ｈ軸電圧の直流成分を検出または推定して抵抗成分Ｒｄｃを求め、該抵抗成分Ｒｄｃを前記永久磁石形同期電動機の巻線抵抗として設定記憶し、
前記ｈ軸に直流電流を流し、前記ｖ軸に交流電流を流して、
前記永久磁石形同期電動機の回転子停止後に前記ｖ軸電流の交流成分の大きさと位相を検出し、前記永久磁石形同期電動機のｖ軸電圧の交流成分の大きさと位相を検出または推定し、前記ｖ軸電流の交流成分の大きさと位相及びｖ軸電圧の交流成分の大きさと位相よりインダクタンス成分Ｌｖを求め、該インダクタンス成分Ｌｖを前記ｑ軸方向のインダクタンスＬｑとして設定記憶することを特徴とする同期電動機の制御方法。
【請求項２】
前記ｈ軸に直流分を含んだ交流電流を流し、前記ｖ軸の電流を０としたときの、前記ｈ軸電流の交流成分の大きさと位相と前記ｈ軸電圧の交流成分の大きさと位相より抵抗成分Ｒｈを求め、前記ｈ軸に直流電流を流し、前記ｖ軸に交流電流を流したときの、前記ｖ軸電流の交流成分の大きさと位相と前記ｖ軸電圧の交流成分の大きさと位相より抵抗成分Ｒｖを求め、前記抵抗成分Ｒｈ、前記抵抗成分Ｒｖ及び前記抵抗成分Ｒｄｃの平均値を前記永久磁石形同期電動機の巻線抵抗として設定記憶することを特徴とする請求項１記載の同期電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石形同期電動機を制御するシステムに関わり、特にその調整が簡単で、しかも高精度に行うことができる同期電動機の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石形同期電動機の電動機定数である巻線抵抗は、直流試験で測定し、ｄ軸のインダクタンスＬｄは、永久磁石形同期電動機を固定した状態でｄ軸電流だけに交流電流を流す拘束試験で測定し、ｑ軸のインダクタンスＬｑは、永久磁石形同期電動機を固定した状態でｑ軸電流だけに交流電流を流す拘束試験で測定し、測定された電動機定数は、手動によって制御装置へ入力していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
永久磁石形同期電動機を高精度に制御するためには、永久磁石形同期電動機の電動機定数の値が必要な場合がある。しかし、例えばｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑを測定する場合、永久磁石形同期電動機が回転しないように固定する道具が必要であり、そのような試験装置がないと永久磁石形同期電動機を高精度に制御できなかった。
また、電機子抵抗とｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑとは別々に測定しているため、手間がかかるという問題があった。
【０００４】
また、ｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑを測定する場合、永久磁石の方向が必要となる。図２は、永久磁石の方向を検出する位置検出器の出力する信号の一例を示す。位置検出器は、永久磁石の方向によって１２０度ずつ位相の異なった３つのパルス信号が出力されることから、この３つのパルスの組み合わせによって永久磁石の方向を検出することになる。通常、最初にこの３つのパルスの組み合わせと永久磁石の方向との対応はわからないので、永久磁石の方向がわからず電動機定数を測定することができない。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決し、試験装置を用いずに電動機定数を同時に測定し、さらに永久磁石の方向がわからないと電動機定数が測定できないことを解消した同期電動機の制御方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するために、請求項１に示す如く、永久磁石形同期電動機の永久磁石の方向を検出または推定することにより、前記永久磁石形同期電動機に流れる一次電流を前記永久磁石の方向ｄ軸に平行なｄ軸電流成分と、ｄ軸に垂直なｑ軸方向の電流成分に分けて制御する同期電動機の制御方法において、
永久磁石形同期電動機の任意方向ｈ軸に直流分を含んだ交流電流を流し、それと垂直な方向ｖ軸の電流を０とし、
永久磁石形同期電動機の回転子停止後にｈ軸電流の交流成分の大きさと位相を検出し、永久磁石形同期電動機のｈ軸電圧の交流成分の大きさと位相を検出または推定し、ｈ軸電流の交流成分の大きさと位相及びｈ軸電圧の交流成分の大きさと位相よりインダクタンス成分Ｌｈを求め、該インダクタンス成分Ｌｈをｄ軸方向のインダクタンスＬｄとして設定記憶し、ｈ軸電流の直流成分を検出し、ｈ軸電圧の直流成分を検出または推定して抵抗成分Ｒｄｃを求め、該抵抗成分Ｒｄｃを永久磁石形同期電動機の巻線抵抗として設定記憶し、
ｈ軸に直流電流を流し、ｖ軸に交流電流を流して、
永久磁石形同期電動機の回転子停止後にｖ軸電流の交流成分の大きさと位相を検出し、永久磁石形同期電動機のｖ軸電圧の交流成分の大きさと位相を検出または推定し、ｖ軸電流の交流成分の大きさと位相及びｖ軸電圧の交流成分の大きさと位相よりインダクタンス成分Ｌｖを求め、該インダクタンス成分Ｌｖをｑ軸方向のインダクタンスＬｑとして設定記憶するものである。
【０００６】
次に、永久磁石形同期電動機の巻線抵抗として、請求項２に示す如く、
ｈ軸に直流分を含んだ交流電流を流し、ｖ軸の電流を０としたときの、ｈ軸電流の交流成分の大きさと位相とｈ軸電圧の交流成分の大きさと位相より抵抗成分Ｒｈを求め、ｈ軸に直流電流を流し、ｖ軸に交流電流を流したときの、ｖ軸電流の交流成分の大きさと位相とｖ軸電圧の交流成分の大きさと位相より抵抗成分Ｒｖを求め、抵抗成分Ｒｈ、前記抵抗成分Ｒｖ及び前記抵抗成分Ｒｄｃの平均値を永久磁石形同期電動機の巻線抵抗として設定記憶するものであり、この場合も直流成分のみで求めた抵抗成分Ｒｄｃを永久磁石形同期電動機の巻線抵抗とした請求項１と同様の効果が得られる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて記述する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に請求項１に関わる本発明の一実施例のブロック線図を示す。
以下、本図に基づいて発明の詳細を説明する。
電力変換器４は、永久磁石形同期電動機１に電力を供給する。電圧検出器２は、永久磁石形同期電動機１に印加される一次電圧ｖ１を出力する。電流検出器３は、永久磁石形同期電動機１に流れる一次電流ｉ１を出力する。
【０００８】
Ｌｄ計測手段８は、一次電流ｉ１と一次電圧ｖ１とを入力し、永久磁石形同期電動機１の任意方向θｇであるｈ軸に直流分を含んだ交流電流が流れ、それと垂直方向のｖ軸の電流が０となるような制御信号を出力し、ｈ軸電流ｉｈとｈ軸電圧ｖｈとをフーリエ変換して、ｈ軸電流ｉｈの基本波成分の大きさと位相とｈ軸電圧ｖｈの基本波成分の大きさと位相よりインダクタンス成分Ｌｈと抵抗成分Ｒｈを求め、ｈ軸電流ｉｈの直流成分の大きさとｈ軸電圧ｖｈの直流成分の大きさより抵抗成分Ｒｄｃを求める。
【０００９】
Ｌｑ計測手段９は、一次電流ｉ１と一次電圧ｖ１とを入力し、ｈ軸に直流電流が流れ、ｖ軸に交流電流が流れるような制御信号を出力し、ｖ軸電流ｉｖとｖ軸電圧ｖｖとをフーリエ変換して、ｖ軸電流ｉｖの基本波成分の大きさと位相とｖ軸電圧ｖｖの基本波成分の大きさと位相よりインダクタンス成分Ｌｖと抵抗成分Ｒｖを求める。設定記憶手段７は、インダクタンス成分Ｌｈを永久磁石形同期電動機１の永久磁石の方向θｒに平行なｄ軸方向のインダクタンスＬｄとして設定記憶し、インダクタンス成分Ｌｖを永久磁石の方向θｒに垂直なｑ軸方向のインダクタンスＬｑとして設定記憶する。同様に先に求めた抵抗成分Ｒｄｃを永久磁石形同期電動機１の巻線抵抗Ｒとして設定記憶する。
【００１０】
トルク制御器６は、設定記憶手段７に設定記憶されたインダクタンスＬｄ、インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒを入力し、永久磁石形同期電動機１をトルク制御するための制御信号を出力する。スイッチ５は、永久磁石形同期電動機１をトルク制御する通常の場合はトルク制御器６の出力する制御信号を電力変換器４に与え、インダクタンス成分Ｌｈ、抵抗成分Ｒｈ、抵抗成分Ｒｄｃを求める場合はＬｄ計測手段８の出力する制御信号を電力変換器４に与え、インダクタンス成分Ｌｖ、抵抗成分Ｒｖを求める場合は、Ｌｑ計測手段９の出力する制御信号を電力変換器４に与える。
【００１１】
以下は本発明の請求項１によって、前記問題点を解決できる理由を説明する。図４は永久磁石形同期電動機の任意方向θｇと実際の永久磁石の方向θｒとの関係を座標で表したもので、これらの方向の間に、
【００１２】
【数１】
0004086370.tif 000002
【００１３】
の位置誤差Δθがあるとする。ｈ軸電流ｉｈが直流分を含んだ交流電流、ｖ軸電流ｉｖが零とすると、
【００１４】
【数２】
0004086370.tif 000003
【００１５】
と表される。ここで、Ｉは直流成分、Ｉｈは交流電流の波高値、ωｈは交流電流の角周波数、ｔは時間である。実際に流れるｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑは、
【００１６】
【数３】
0004086370.tif 000004
【００１７】
となる。永久磁石形同期電動機のトルク式は、
【００１８】
【数４】
0004086370.tif 000005
【００１９】
であることから、（４）式と（５）式のような電流が流れた場合の永久磁石形同期電動機のトルクは、
【００２０】
【数５】
0004086370.tif 000006
【００２１】
と表すことができる。（７）式の３項以下の項は交流成分なので、平均すれば零となることは明らかである。また、１項と２項はトルクに直流成分があることを示しており、位置誤差Δθが零でないときはトルクが発生し、位置誤差Δθが０度又は１８０度になるように動作する。つまり、任意方向θｇに直流電流Ｉを流すことにより、永久磁石形同期電動機は永久磁石の方向θｒが任意方向θｇに一致するまで回転させて固定するか又は位置誤差Δθが１８０度で固定することができる。
【００２２】
永久磁石形同期電動機の特性方程式は、
【００２３】
【数６】
0004086370.tif 000007
【００２４】
と表すことができる。ここで、ωは永久磁石形同期電動機の回転速度、ｐは微分演算子である。永久磁石形同期電動機に（２）式と（３）式の電流を流すことにより永久磁石の方向θｒが任意方向θｇに一致するまで回転すると、位置誤差Δθが零になり（４）式のｄ軸電流ｉｄと（２）式のｈ軸電流ｉｈが等しくなり、（５）式のｑ軸電流ｉｑと（３）式のｖ軸電流ｉｖも等しくなる。位置誤差Δθが１８０度の場合は、（４）式のｄ軸電流ｉｄの符号が逆のものと（２）式のｈ軸電流ｉｈとが等しくなり、（５）式のｑ軸電流ｉｑの符号が逆のものと（３）式のｖ軸電流ｉｖとは等しくなる。さらに、永久磁石形同期電動機の永久磁石の方向θｒは固定していることから、永久磁石形同期電動機の回転速度ωは零であり、（８）式のｄ軸電圧ｖｄと（９）式のｑ軸電圧ｖｑは次式となる。
【００２５】
【数７】
0004086370.tif 000008
【００２６】
（１０）式と（１１）式より、永久磁石形同期電動機が停止し位置誤差Δθが零の場合の永久磁石形同期電動機の等価回路は図３のように表される。位置誤差Δθが１８０度の場合は、ｄ軸電流ｉｄの方向が逆になるだけであり、同様に等価回路は図３で表される。
よって、（１０）式から、ｈ軸電圧ｖｈの交流成分の大きさと位相とｈ軸電流ｉｈの交流成分の大きさと位相より、ｄ軸のインダクタンスＬｄと巻線抵抗Ｒｈが演算できることがわかる。さらに（１０）式から、ｈ軸電圧ｖｈの直流成分の大きさとｈ軸電流ｉｈの直流成分の大きさより巻線抵抗Ｒｄｃが演算できることがわかる。
【００２７】
以上に説明したようにｈ軸とｖ軸に（２）式及び（３）式で示す電流を流すことにより、ｄ軸のインダクタンスＬｄと巻線抵抗Ｒを同時に演算することができ、従来のように永久磁石形同期電動機を固定して電流を測定することなく、自動的に測定し、設定することが可能になった。
【００２８】
同様にｈ軸電流ｉｈが直流電流、ｖ軸電流ｉｖが交流電流である、
【００２９】
【数８】
0004086370.tif 000009
【００３０】
を流すと、実際に流れるｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑは、
【００３１】
【数９】
0004086370.tif 000010
【００３２】
となり、永久磁石形同期電動機のトルクは（６）式より、
【００３３】
【数１０】
0004086370.tif 000011
【００３４】
と表すことができる。（１６）式のトルクの直流成分は（７）式と同じであることから、任意方向θｇに直流電流Ｉを流すと、永久磁石形同期電動機は永久磁石の方向θｒが任意方向θｇに一致するかΔθが１８０度の位置まで回転させて固定することができる。よって、（１４）式のｄ軸電流ｉｄと（１２）式のｈ軸電流ｉｈが等しくなり、（１５）式のｑ軸電流ｉｑと（１３）式のｖ軸電流ｉｖも等しくなる。位置誤差Δθが１８０度の場合は、（１４）式のｄ軸電流ｉｄの符号が逆のものと（１２）式のｈ軸電流ｉｈとが等しくなり、（１５）式のｑ軸電流ｉｑの符号が逆のものと（１３）式のｖ軸電流ｉｖとは等しくなる。さらに、永久磁石形同期電動機の永久磁石の方向θｒは固定していることから、永久磁石形同期電動機の回転速度ωは零であり、（８）式のｄ軸電圧ｖｄと（９）式のｑ軸電圧ｖｑは次式となる。
【００３５】
【数１１】
0004086370.tif 000012
【００３６】
（１７）式と（１８）式より、永久磁石形同期電動機が停止し位置誤差Δθが零の場合の永久磁石形同期電動機の等価回路は図３と図４のように表される。位置誤差Δθが１８０度の場合は、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑの方向が逆になるだけであり、同様に等価回路は図３と図４で表される。
よって、（１８）式から、ｖ軸電圧ｖｖの交流成分の大きさと位相とｖ軸電流ｉｖの交流成分の大きさと位相より、ｑ軸のインダクタンスＬｑと巻線抵抗Ｒｖが演算できることがわかる。
【００３７】
以上に説明したようにｈ軸とｖ軸に（１２）式及び（１３）式で示す電流を流すことにより、ｑ軸のインダクタンスＬｑと巻線抵抗Ｒを同時に演算することができ、従来のように永久磁石形同期電動機を固定して電流を測定することなく、自動的に測定し、設定することが可能になった。
【００３８】
次に請求項２について説明する。前述の如く、ｈ軸とｑ軸に所定の電流を流すと永久磁石形同期電動機の回転子が回転し、ｈ軸がｄ軸に一致し、ｖ軸がｑ軸に一致する位置で停止するか、ｈ軸とｖ軸とがｄ軸とｑ軸とから１８０度進んだ位置で停止のでそのときに求めた巻線抵抗Ｒｈ、巻線抵抗Ｒｖ及びＲｄｃの平均値を求め、これを永久磁石形同期電動機の巻線抵抗として設定記憶し、先に説明したインダクタンスＬｄ、Ｌｑと組み合わせて利用することにより、請求項１の場合と同様の効果が得られるようになる。
【発明の効果】
本発明により、永久磁石形同期電動機の電動機定数を測定する装置を用いないで制御装置に設定できることから、制御装置の調整が簡単で高精度になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を表すブロック線図である。
【図２】位置検出器の出力信号例である。
【図３】停止時の永久磁石形同期電動機の等価回路である。
【図４】停止時の永久磁石形同期電動機の等価回路である。
【図５】本発明の原理を説明する座標図である。
【符号の説明】
１            永久磁石形同期電動機
２            電圧検出器
３            電流検出器
４            電力変換器
５            スイッチ
６            トルク制御器
７            設定記憶手段
８            Ｌｄ計測手段
９            Ｌｑ計測手段
【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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