(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータの出力に接続されたＰＭモータの回転を制御する電動機制御装置において、前記ＰＭモータを前記インバータを介してＰＷＭ制御する制御演算装置と、前記ＰＭモータに供給される電流を検出する電流検出装置と、前記ＰＭモータの速度を検出する速度検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を検出し回転子の位置を検出する磁極位置検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を推定する磁極位置推定装置と、前記演算制御装置から出力される前記ＰＭモータへのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記電流検出装置で検出された電流の周波数が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定する電流周波数異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置が異常を検出しかつ前記電流周波数異常検出装置が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する保護動作装置とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
インバータの出力に接続されたＰＭモータの回転を制御する電動機制御装置において、前記ＰＭモータを前記インバータを介してＰＷＭ制御する制御演算装置と、前記ＰＭモータに供給される電流を検出する電流検出装置と、前記ＰＭモータの速度を検出する速度検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を検出し回転子の位置を検出する磁極位置検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を推定する磁極位置推定装置と、前記演算制御装置から出力される前記ＰＭモータへのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記速度検出装置で検出された速度が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定する速度異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置が異常を検出しかつ前記速度異常検出装置が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する保護動作装置とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項３】
インバータの出力に接続されたＰＭモータの回転を制御する電動機制御装置において、前記ＰＭモータを前記インバータを介してＰＷＭ制御する制御演算装置と、前記ＰＭモータに供給される電流を検出する電流検出装置と、前記ＰＭモータの速度を検出する速度検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を検出し回転子の位置を検出する磁極位置検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を推定する磁極位置推定装置と、前記磁極位置検出装置で検出された磁極位置に基づいて前記ＰＭモータの速度を算出する速度算出装置と、前記速度算出装置で算出された速度と前記制御演算装置から出力される速度指令値との速度差が所定の範囲を逸脱した場合に保護動作信号を出力する保護動作装置とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石同期電動をインバータで駆動して制御する電動機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石同期電動機（以下、ＰＭモータという）は誘導電動機に比べ、同じ出力に対し小型に制作できるので、近年エレベータシステムの駆動部に使われつつある。そして、この永久磁石同期電動機はインバータから供給される可変電圧周波数交流電源で駆動される。
【０００３】
例えば、巻上機に連結されたＰＭモータの位置制御あるいは速度制御には、ＰＭモータの回転数や磁極軸位置を検出する必要があり、そのために、速度検出装置や磁極位置検出装置が設けられている。
【０００４】
図９は従来の電動機制御装置のブロック図である。制御演算装置１の速度指令値演算手段２は、ＰＭモータ３の速度指令値と速度検出装置４で検出された速度との偏差に基づいて電流指令値演算手段５への電流指令値を演算をする。制御演算手段１の電流指令値演算手段５では、速度指令値演算手段２で演算された電流指令値と電流検出器６によって検出された電流との偏差に基づいてＰＭモータ３に供給する電流値を制御する。
【０００５】
すなわち、速度指令値演算手段５は、ゲートドライブ７を介してインバータ８にゲート信号を出力し、インバータ８により電源９から供給される電流を調整してＰＭモータ３に供給する電流を制御する。
【０００６】
この場合、ＰＭモータ３に取り付けた磁極位置検出装置１０より検出された位相角と、磁極位置推定装置１１により算出された位相角とをモニタして、そのずれ分を計算し、手動で位相差補償装置１２にデータを書き込み位相角のずれ補償を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来では手動で磁極位置のずれを設定していたので、波形からの磁極位置ずれ量の読み取り誤差が発生し、その誤差により悪影響を及ぼすことがあった。例えば、ＰＭモータが静止した状態で正確な磁極位置がわからない状況が発生し、磁極位置ずれが生じた状態でＰＭモータを起動すると、ＰＭモータが一時的に逆転したり、ガタついたり、あるいはトルク不足となり脱調してしまうこともあった。
【０００８】
また、磁極位置を検出する磁極位置装置１０やＰＭモータ３の速度を検出する速度検出装置４を間違えて取り付けた場合には、インバータ８やＰＭモータ３を損傷することがあった。
【０００９】
本発明の目的は、磁極位相差をデータとして設定し読み取り誤差の影響を除去すると共に、機器の取り付け間違いによる保護機能を有した電動機制御装置を得ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる電動機制御装置は、インバータの出力に接続されたＰＭモータの回転を制御する電動機制御装置において、前記ＰＭモータを前記インバータを介してＰＷＭ制御する制御演算装置と、前記ＰＭモータに供給される電流を検出する電流検出装置と、前記ＰＭモータの速度を検出する速度検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を検出し回転子の位置を検出する磁極位置検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を推定する磁極位置推定装置と、前記演算制御装置から出力される前記ＰＭモータへのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記電流検出装置で検出された電流の周波数が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定する電流周波数異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置が異常を検出しかつ前記電流周波数異常検出装置が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する保護動作装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明に係わる電動機制御装置では、保護動作装置は、トルク指令値異常検出装置が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する。これにより、磁極位置検出装置もしくは速度検出装置の取り付け間違いによるＰＭモータの異常動作やインバータの破損を防止する。
【００１２】
請求項２の発明に係わる電動機制御装置は、インバータの出力に接続されたＰＭモータの回転を制御する電動機制御装置において、前記ＰＭモータを前記インバータを介してＰＷＭ制御する制御演算装置と、前記ＰＭモータに供給される電流を検出する電流検出装置と、前記ＰＭモータの速度を検出する速度検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を検出し回転子の位置を検出する磁極位置検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を推定する磁極位置推定装置と、前記演算制御装置から出力される前記ＰＭモータへのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定するトルク指令値異常検出装置と、前記速度検出装置で検出された速度が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定する速度異常検出装置と、前記トルク指令値異常検出装置が異常を検出しかつ前記速度異常検出装置が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する保護動作装置とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明に係わる電動機制御装置では、保護動作装置は、トルク指令値異常検出装置が異常を検出し、かつ速度異常検出装置が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する。これにより、磁極位置検出装置もしくは速度検出装置の取り付け間違いによるＰＭモータの異常動作を防ぐ。
【００１４】
請求項３の発明に係わる電動機制御装置は、インバータの出力に接続されたＰＭモータの回転を制御する電動機制御装置において、前記ＰＭモータを前記インバータを介してＰＷＭ制御する制御演算装置と、前記ＰＭモータに供給される電流を検出する電流検出装置と、前記ＰＭモータの速度を検出する速度検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を検出し回転子の位置を検出する磁極位置検出装置と、前記ＰＭモータの磁極位置を推定する磁極位置推定装置と、前記磁極位置検出装置で検出された磁極位置に基づいて前記ＰＭモータの速度を算出する速度算出装置と、前記速度算出装置で算出された速度と前記制御演算装置から出力される速度指令値との速度差が所定の範囲を逸脱した場合に保護動作信号を出力する保護動作装置とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明に係わる電動機制御装置では、速度算出装置は、磁極位置検出装置で検出された磁極位置に基づいて前記ＰＭモータの速度を算出する。そして、保護動作装置は、速度算出装置で算出された速度と制御演算装置から出力される速度指令値との速度差が所定の範囲を逸脱した場合に保護動作信号を出力する。これにより、磁極位置検出装置の故障、信号線断線や取り付け間違いを検出し、ＰＭモータの異常動作を防ぐ。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の参考例１を示すブロック図である。この参考例１は、図９に示した従来例に対し、磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置θｓと磁極位置推定装置１１で推定された磁極位置θとの位相差Δθを演算する位相差検出装置１３を追加して設け、位相差検出装置１３で演算した位相差Δθをデータとして位相差補償装置１２に保存するようにしたものである。
【００２３】
図１において、ＰＭモータ３の速度は速度検出装置４で検出され、制御演算装置１の速度指令値演算手段２に入力される。速度指令値演算手段２は、ＰＭモータ３の速度指令値と速度検出装置４で検出された速度を比較して、その偏差がなくなるように、電流指令値演算手段５への電流指令値を演算する。
電流指令値演算手段５は、速度指令値演算手段２により演算された電流指令値と電流検出器６によって検出された電流とを比較して、その偏差がなくなるようにゲート信号を演算する。電流指令値演算手段５からのゲート信号はゲートドライブ７を介してインバータ８に出力され、これにより、インバータ８は、電源９からの電流を調整してＰＭモータ３を回転させるための電流を制御する。
【００２４】
一方、磁極位置検出装置１０は、ＰＭモータ３の磁極の位置を検出するものであり、磁極位置推定装置１１はＰＭモータ３に与える指令値とＰＭモータ３の定数からＰＭモータ３の磁極の位置を推定するものである。また、磁極位置検出装置１３は、磁極位置推定装置１１で推定された磁極位置θと、磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置θｓとの偏差Δθを算出しその偏差量をデータとして保存する。そして、位相差補償装置１２により手動で、位相差検出装置１３に保存された偏差量を磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置θｓに加算して、制御演算装置１の電流指令値演算手段５に出力する。
【００２５】
この参考例１によれば、磁極位置の検出値と推定値とから補償するデータを算出して保存し、磁極位置の補償量として磁極位置検出装置１０の出力信号に加算して電流指令値演算手段５に出力するので、位相偏差の補償量の読み取り誤差の影響を防止できる。
【００２６】
次に、本発明の参考例２を説明する。図２は本発明の参考例２に係わる電動機制御装置のブロック図である。この参考例２は、図１に示した参考例１に対し、位相差補償装置に１２に代えて、位相差検出装置１３で演算された偏差に基づいて補償量を演算しその補償量を磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置に加算し制御演算装置１に出力する位相差自動補償装置１４を設けたものである。その他の構成は、図１に示した参考例１と同一であるので、同一要素には同一符号を付しその説明は省略する。
【００２７】
図２において、位相差検出装置１３は、磁極位置検出装置１０で検出されたＰＭモータ３の磁極位置θｓと、磁極位置推定装置１１で推定された磁極位置θとの偏差Δθを算出し、その偏差Δθを位相差自動補償装置１４に出力する。位相差自動補償装置１４では、その偏差Δθに基づいて補償量Δθａを演算し、その補償量Δθａを磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置θｓに加算し、自動的に制御演算装置１に出力する。
【００２８】
図３は、位相差自動補償装置１４の動作を示すフローチャートである。位相差自動補償装置１４では、磁極位相差検出フラグにより自動補償が開始される。まず、位相差検出装置１３で演算された位相差Δθを検出し（Ｓ１）、新たに得られた位相差Δθと過去に得られた所定の個数の位相差Δθとの平均値を算出する（Ｓ２）。そして、その算出した平均値Δθａをデータベースに保存し（Ｓ３）、磁極位置検出装置１０によって検出された磁極位置にその平均値Δθａを加算し（Ｓ４）、自動的に制御演算装置１に出力する（Ｓ５）。
【００２９】
このように、磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置と磁極位置推定装置１１で推定された磁極位置との位相差Δθから、位相差自動補償装置１４によってその補償量Δθａを算出し自動的に補償する。
【００３０】
参考例２によれば、位相偏差の補償量の読み取り誤差の影響を防止できると共に、自動で磁極位置の補償量を出力できるので、磁極位置の調整を簡略化できる。
【００３１】
次に、本発明の参考例３を説明する。図４は本発明の参考例３に係わる電動機制御装置のブロック図である。この参考例３は、図２に示した参考例２に対し、磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置に基づいてＰＭモータ３の速度を算出する速度算出装置１５と、速度検出装置４で検出された速度が速度算出装置１５で算出された速度の所定幅を逸脱した場合に保護動作信号を出力する保護動作装置１６とを追加して設けたものである。その他の構成は、図２に示した参考例２と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３２】
図４において、速度算出装置１５は、磁極位置検出装置１０で検出された磁極位置θｓに基づいて、ＰＭモータ３の速度を算出するものであり、その算出された速度は保護動作装置１６に入力される。また、保護動作装置１６には速度検出装置４で検出されたＰＭモータ３の速度も入力されている。
【００３３】
保護動作装置１６では、速度検出装置４で検出された速度が速度算出装置１５で算出された速度の所定幅を逸脱したか否かが判定され、逸脱した場合に保護動作信号を出力するようになっている。
【００３４】
すなわち、速度算出装置１５で算出されたＰＭモータ３の速度は、加算器１７ａ、１７ｂに入力され、速度偏差設定装置１８ａ、１８ｂに設定された速度偏差が加減算される。つまり、ＰＭモータ３の速度の上下限が決められリミッタ１９に入力される。図５に示すように、このリミッタ１９により速度検出装置４によって検出された速度が速度上下限値の範囲内にあるか否かが判定される。図５では、速度検出装置４によって検出された速度が上下限値内に収まっている場合を示している。一方、ＰＭモータ３の速度がその範囲を逸脱したときは、リミッタ１９は保護動作信号を出力する。この保護動作信号は、ＰＭモータ３の異常動作を防ぐために用いられる。
【００３５】
この参考例３によれば、速度検出装置４から検出される速度と磁極位置検出装置１０からの磁極位置に基づいて算出される速度との２つから、速度の正当性を確認しているため、磁極位置検出装置１０の故障、信号線断線や取り付け間違いを検出することが可能となる。そして、保護動作信号によりＰＭモータ３の異常動作を防ぐことができる。
【００３６】
次に、本発明の第１の実施の形態を説明する。図６は本発明の第１の実施の形態に係わる電動機制御装置のブロック図である。この第１の実施の形態は、図２に示した参考例２に対し、演算制御装置１から出力されるＰＭモータ３へのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定するトルク指令値異常検出装置２０と、電流検出装置６で検出された電流の周波数が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定する電流周波数異常検出装置２１と、トルク指令値異常検出装置２０が異常を検出しかつ電流周波数異常検出装置２１が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する保護動作装置２２とを追加して設けたものである。その他の構成は、図２に示した参考例２と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３７】
トルク指令値異常検出装置２０は、演算制御装置１から出力されるＰＭモータ３へのトルク指令値を入力し、そのトルク指令値が所定の範囲を逸脱したか否かを判定する。トルク指令値のリミット値は、トルク指令値リミット値設定装置２３でリミッタ２４に設定される。そして、トルク指令値が所定の範囲を逸脱したときは異常と判定する。
【００３８】
一方、電流周波数異常検出装置２１は、電流検出装置６で検出された電流の周波数が所定の範囲を逸脱したか否かを判定する。電流周波数のリミット値は、電流周波数リミット値設定装置２５でリミッタ２６に設定される。そして、電流周波数が所定の範囲を逸脱したときは異常と判定する。
【００３９】
また、保護動作装置２７はトルク指令値異常検出装置２０が異常を検出し、かつ電流周波数異常検出装置２１が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する。すなわち、トルク指令値が異常でありかつ電流周波数が異常でないときには、トルクが最大で電流の周波数がない状態であるので、インバータ８からは直流電流が出力されている状態である。このため、インバータ８を破損する恐れがあり、ＰＭモータ３が異常動作する恐れがある。そこで、保護動作信号によりインバータ８の保護動作を行いＰＭモータ３の異常動作を防ぐ。
【００４０】
この第１の実施の形態によれば、トルク指令値異常検出装置２０および電流周波数異常検出装置２１からの異常判定信号に基づき、インバータ８の保護動作を行うので、磁極位置検出装置１０の取り付け間違いがあった場合であってもＰＭモータ３の異常動作を防ぐことができる。また、磁極位置検出装置１０の故障や信号線断線を検出することもできる。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図７は本発明の第２の実施の形態に係わる電動機制御装置のブロック図である。この第２の実施の形態は、図６に示した第１の実施の形態に対し、電流周波数異常検出装置２１に代えて、速度検出装置４で検出された速度が所定の範囲を逸脱したとき異常と判定する速度異常検出装置２８を設けたものである。その他の構成は、図６に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４２】
速度異常検出装置２８は、速度検出装置４で検出されたＰＭモータ３の速度が所定の範囲を逸脱したか否かを判定する。速度検出値のリミット値は、速度検出値リミット値設定装置２９でリミッタ３０に設定される。そして、ＰＭモータ３の速度が所定の範囲を逸脱したときは異常と判定する。
【００４３】
保護動作装置２７はトルク指令値異常検出装置２０が異常を検出し、かつ速度異常検出装置２８が異常を検出していないとき保護動作信号を出力する。すなわち、トルク指令値が異常でありかつ速度検出値が異常でないときには、トルクが最大で速度検出がない状態であり、トルクが最大で電流の周波数がない状態と同じである。従って、インバータ８から直流電流が出力されている状態である。このため、インバータ８を破損する恐れがあり、ＰＭモータ３が異常動作する恐れがある。そこで、保護動作信号によりインバータ８の保護動作を行いＰＭモータ３の異常動作を防ぐ。
【００４４】
この第２の実施の形態によれば、トルク指令値異常検出装置２０および速度異常検出装置２８からの異常判定信号に基づき、インバータ８の保護動作を行うので、磁極位置検出装置１０の取り付け間違いがあった場合であってもＰＭモータ３の異常動作を防ぐことができる。また、磁極位置検出装置１０の故障や信号線断線を検出することもできる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図８は本発明の第３の実施の形態に係わる電動機制御装置のブロック図である。この第３の実施の形態は、図４に示した参考例３に対し、ＰＭモータ３の速度に代えて、制御演算装置１から速度指令値を保護動作装置１６に入力し、保護動作装置１６では、速度算出装置１５で算出された速度と制御演算装置１から出力される速度指令値との速度差が所定の範囲を逸脱した場合に、保護動作信号を出力するようにしたものである。その他の構成は、図４に示した第１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４６】
速度指令値は制御演算装置１の速度指令演算手段２から保護動作装置１６の加算器２８に入力され、加算器２８で速度算出装置１５で算出された速度との速度偏差が演算される。その速度偏差はリミッタ２９に入力され、速度検出値リミット値設定装置３０で設定された範囲内にあるか否かが判定される。リミッタ２９は、速度偏差が所定の範囲を逸脱したときは保護動作信号を出力する。この保護動作信号により、インバータ８の保護動作を行いＰＭモータ３の異常動作を防ぐ。
【００４７】
この第３の実施の形態によれば、速度指令値と磁極位置に基づいてい算出した速度との速度偏差が所定の範囲を超えた場合に保護動作信号を出力するので、磁極位置検出装置１０の故障、信号線断線や取り付け間違いによるＰＭモータ３の異常動作を防ぐことができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＰＭモータの磁極位置のずれを容易に設定することが可能となり、また、磁極位置装置や速度検出装置の取り付け間違えがあった場合でも、インバータやＰＭモータの損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の参考例１に係わる電動機制御装置のブロック図である。
【図２】  図２は、本発明の参考例２に係わる電動機制御装置のブロック図である。
【図３】  図３は、本発明の参考例２における位相差自動補償装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】  図４は、本発明の参考例３に係わる電動機制御装置のブロック図である。
【図５】  図５は、本発明の参考例３における速度の上下限範囲の説明図である。
【図６】  図６は、本発明の第１の実施の形態に係わる電動機制御装置のブロック図である。
【図７】  図７は、本発明の第２の実施の形態に係わる電動機制御装置のブロック図である。
【図８】  図８は、本発明の第３の実施の形態に係わる電動機制御装置のブロック図である。
【図９】  図９は、従来の電動機制御装置のロック図である。
【符号の説明】
１ 制御演算装置 ２ 速度指令値演算手段 ３ ＰＭモータ ４ 速度検出装置 ５ 電流指令値演算手段 ６ 電流検出器 ７ ゲートドライブ ８ インバータ ９ 電源 １０ 磁極位置検出装置 １１ 磁極位置推定装置 １２位相差補償装置 １３ 位相差検出装置 １４ 位相差自動補償装置 １５速度算出装置 １６、２７ 保護動作装置 １７、２８ 加算器 １８ 速度偏差設定装置 １９、２４、２６、２９ リミッタ ２０ トルク指令値異常検出装置 ２１ 電流周波数異常検出装置 ２２ ２３ トルク指令値リミット値設定装置 ２５ 電流周波数リミット値設定装置 ３０ 速度検出値リミット値設定装置
【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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【図９】
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