(57)【要約】【課題】ＰＭモータのセンサレス制御においては、永久磁石が異常温度上昇することにより不可逆減磁が発生し、磁極の誤判別に伴う装置の異常挙動が発生する虞がある。【解決手段】ＰＭモータにパルス電圧を印加し、そのときに発生する電流変化成分を検出する機能と、電流変化量の情報から磁極の位相を推定する初期位相の同定機能を備える。電流変化成分を検出する機能の出力側に減磁検出手段を設け、電流変化成分のＮ極の電流振幅とＳ極方向の電流振幅の差が、予め設定された設定値より小さくなったとき、又は、一次成分の絶対値が小さいときに減磁異常を検出するようにしたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＭモータにパルス電圧を印加し、そのときに発生する電流変化成分を検出する機能と、電流変化量の情報から磁極の位相を推定する初期位相の同定機能を有するＰＭモータのセンサレス制御システムにおいて、
前記検出された電流変化成分のＮ極の電流振幅とＳ極方向の電流振幅の差が、予め設定された設定値より小さくなったときに減磁異常として検出する減磁検出手段を、前記電流変化成分を検出する機能の出力側に設けたことを特徴としたＰＭモータの可変速駆動装置。
【請求項２】
前記減磁検出手段は、前記電流変化量の情報から磁極の位相を推定する初期位相の同定機能が有する一次成分抽出部が出力する振幅成分の絶対値と、前記設定値とを比較し、一次成分の絶対値が小さいときに減磁異常として検出することを特徴とした請求項１記載のＰＭモータの可変速駆動装置。
【請求項３】
前記減磁検出手段は、検出された減磁異常が設定された回数以上連続して発生したときに減磁異常信号として出力することを特徴とした請求項１又は２記載のＰＭモータの可変速駆動装置。
【請求項４】
前記検出された減磁異常信号を、ＰＭモータ始動時の異常発生信号として運転停止信号とすることを特徴とした請求項１乃至３記載の何れかであるＰＭモータの可変速駆動装置。
【請求項５】
前記検出された減磁異常信号を、可変速駆動装置の故障表示部に出力し、減磁要因による故障を表示することを特徴とした請求項１乃至４記載の何れかであるＰＭモータの可変速駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＭモータの可変速駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を界磁源とする同期電動機（ＰＭモータ）をセンサレスで制御する場合、通常、磁気飽和を利用して磁極のＮ極側とＳ極側の判定を行っており、その際、ノイズの混入などにより誤差が発生する。この誤差による影響を防止し、磁極位置を精度よく推定する方法として特許文献１が公知となっている。
図３は、特許文献１の図１に記載された構成図で、電圧発生部と電流計測部を有する1パルス計測部（電流変化成分を検出する機能）Ａと、発生電圧を指令したり検出電流から磁極の位相を推定するパルス制御・位相推定部（電流変化量の情報から磁極の位相を推定する初期位相の同定機能）Ｂから構成されている。
【０００３】
永久磁石の透磁率は真空の値に近く、磁性鉄心に比べて格段に小さい。このため、ＰＭモータは、モータの界磁極の軸（ｄ軸）とその直交軸（ｑ軸）のインダクタンスが異なる突極性がある。位置センサのないモータにおいて、始動時に界磁の位置を調べるためには、インダクタンスの差異、つまり突極性を利用して計測する。特許文献１では、タイミング制御部２１から図５（ａ）のように電気角の1周期分に対して複数の方向に短時間の間だけ電圧を入力する。そして、各電圧を入力したときの電流変化量を計測する。このようにすることで、電流成分を発生位相のズレも考慮して電流の空間ベクトル上で表すと、複数のベクトルは図５（ｂ）のように楕円状に近い形状となる。このベクトルを、電圧の発生位相を横軸にとって入力電圧の振幅を表したものが図４（ａ）であり、入力した電圧と発生した電流の位相差を表したものが図４（ｂ）である。
図４（ａ）の電流の変化量（振幅成分）はインダクタンスに逆比例するので、この特性を利用して、電流変化量が最も多い方向をｄ軸方向と推定している。図４の例では、４５゜の方向が最大電流の発生位相であり、この方向の近くにインダクタンスの小さい永久磁石が存在し磁極軸（ｄ軸）が存在する。
【０００４】
ｄ軸成分にはＮ極とＳ極が存在するため、この両極の判別を行わなければならない。そこで、ＰＭモータの磁気飽和を利用した方法を使用している。ＰＭモータ中では、永久磁石による磁束と、前述のｄ軸計測用に電圧を入力した場合の電流によって発生する電機子反作用磁束が合成される。その際、Ｎ極側に電流が発生した場合には、永久磁石の磁束と電機子反作用磁束が同一方向になり、合成磁束は大きくなって磁気飽和現象が発生する。磁気飽和現象が発生すると、インダクタンスが小さくなり、大きな電流振幅が発生するようになる。
【０００５】
逆に、Ｓ極側に電流が発生した場合には、永久磁石の磁束と電機子反作用磁束が逆方向になり、合成磁束は打ち消しあって小さくなり磁気飽和現象は発生しない。そのため、インダクタンスは小さくならず電流振幅が大きくなることはない。したがって、Ｎ極とＳ極はｄ軸成分の検出電流の対向した２つの成分を比較し、電流の大きい方がＮ極と推定できる。なお、特許文献１では、電気角の３６０゜に対して、電流変化の一次分を計算してその最大振幅の位相を計算している。さらに、そのフーリエ積分の演算部において、発生電流の振幅成分図４（ａ）と発生位相図４（ｂ）の両方の情報を利用して計算することにより、ノイズなどによって電流に誤検出成分が混入しても影響を低減できる特徴を有する。
【特許文献１】特許第３６８７６０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在主流のネオジウム鉄ボロン系の永久磁石などは、温度上昇すると永久磁石の残留磁束が変化する特性がある。通常は、温度が低下すれば元の残留磁束に戻るが、温度上昇が異常に高くなったり、巻線電流に起因する電機子反作用により減磁方向の磁界が過大になったりすると、温度や反作用磁界が元に戻っても残留磁束が減少したまま元の値に戻らない現象がある。この現象を不可逆減磁（消磁）などと呼ばれている。
【０００７】
不可逆減磁が発生すると、ＰＭモータの磁束が減少するため、電流に対する発生トルクが減少するという異常が発生する。前述のように、磁石の残留磁束と電機子反作用磁束の合計が磁気飽和に達する現象を利用して、Ｎ極とＳ極の磁極判定をする場合、残留磁束が減少してしまうと磁気飽和が発生しなくなり、磁極のＮ極とＳ極の判定ができなくなる。センサレス制御においては、磁極の誤判別による異常な挙動が発生する。例えば、磁極の極性を本来の極性と逆極性に判定すると、誤った逆の磁極方向に電流を流すために発生するトルクが逆になり、その結果、モータは逆転暴走する現象が発生する。
【０００８】
モータ負荷には、逆転を起こすと機械的な損傷が発生する可能性を有する。したがって、初期位置の推定時に、磁気飽和の影響が少ない場合には異常とみなして運転を停止する必要がある。また、モータの不可逆減磁という異常が発生した可能性が高いことを示すために、可変速駆動装置の故障表示機能を利用して、モータの減磁要因が存在することを明示すると異常時の対応が迅速になる。もしも、この異常表示がない場合には、二次的な現象としてモータの逆転異常や過負荷異常などが発生し、最終的にはやはり運転停止となる。その場合、真の原因が不可逆減磁であるにも拘わらず、ＰＭモータの異常減磁に起因して二次的に発生する異常の要因を異常表示することになり、真の原因究明ができず、誤った対策を行う可能性が高い。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、不可逆減磁の検出可能なＰＭモータの可変速駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１は、ＰＭモータにパルス電圧を印加し、そのときに発生する電流変化成分を検出する機能と、電流変化量の情報から磁極の位相を推定する初期位相の同定機能を有するＰＭモータのセンサレス制御システムにおいて、
前記検出された電流変化成分のＮ極の電流振幅とＳ極方向の電流振幅の差が、予め設定された設定値より小さくなったときに減磁異常として検出する減磁検出手段を、前記電流変化成分を検出する機能の出力側に設けたことを特徴としたものである。
【００１１】
本発明の請求項２は、前記減磁検出手段は、前記電流変化量の情報から磁極の位相を推定する初期位相の同定機能が有する一次成分抽出部が出力する振幅成分の絶対値と、前記設定値とを比較し、一次成分の絶対値が小さいときに減磁異常として検出することを特徴としたものである。
【００１２】
本発明の請求項３は、前記減磁検出手段は、検出された減磁異常が設定された回数以上連続して発生したときに減磁異常信号として出力することを特徴としたものである。
【００１３】
本発明の請求項４は、前記検出された減磁異常信号を、ＰＭモータ始動時の異常発生信号として運転停止信号とすることを特徴としたものである。
【００１４】
本発明の請求項５は、前記検出された減磁異常信号を、可変速駆動装置の故障表示部に出力し、減磁要因による故障を表示することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、本発明によれば、計測されたパルス電流の変化成分のＮ極の位相の電流振幅とＳ極方向の電流振幅の差が、予め定められた設定値より小さくなったとき、又は、一次成分抽出部が出力する振幅成分の絶対値と、前記設定値とを比較し、一次成分の絶対値が小さいときにモータの減磁異常として検出したものである。したがって、この検出信号を用いることにより、モータ始動時に異常を判定して運転の停止や、不可逆減磁の可能性が高いことを可変速駆動装置の故障表示機能を利用して表示させることにより、原因究明が簡単になり、ＰＭモータの異常減磁に起因する二次的現象を発生させることなくＰＭモータの減磁異常に対して迅速に対処することが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施例を示す構成図で、図３で示す従来と同一部分には同一符号を付している。すなわち、本発明は減磁検出手段Ｃを設けたもので、この減磁検出手段Ｃには、１パルス計測部Ａの全方向データ保管部２９に保管されたデータが入力される。全方向データ保管部２９に保管されたデータは、図４
（ａ）のようなパルス電流の変化成分の振幅データで、この振幅データが減磁検出手段Ｃの最大振幅データ選択部４１と最大振幅の反対位相データ選択部４２に入力される。最大振幅データ選択部４１では振幅データ（Ｎ極）の最大のものが選択され、最大振幅の反対位相データ選択部４２では４１で選択された最大データとは電気角で１８０゜反対方向（Ｓ極）の計測データが選択され、減算部４５でＮ極とＳ極方向の差分量が演算された後、判定部４３に出力する。
【００１７】
４４は予め基準値が設定される判定基準設定部で、試験や試運転調整などの正常時に磁気飽和により生じる差分量を計測しておき、この差分量を基準として電流検出の異常レベルの設定値とする。したがって、通常運転として始動するとき、磁極位置の推定計測を行った結果から、減算部４５で算出された差分量と判定基準設定部４４からの設定値を判定部４３で比較し、差分量が設定値よりも小さい場合に磁気飽和量不足（不可逆減磁）として異常検出する。異常検出時にノイズ等の影響が懸念される場合には、再計測などを行うことによって精度の向上を図る。その場合、設定された回数以上だけ連続して異常信号が発生したとき、不可逆減磁の故障表示を発生させて装置の異常停止を行う。
【００１８】
なお、１パルス計測部Ａとパルス制御・位相推定部Ｂの各部の機能は特許文献１で詳述されているが、概略次の通りである。
タイミング制御部２１は、制御装置からの計測開始指令に基づき計測パルスの発生位相制御のためのタイミング信号を発生し各部に出力する。パルス発生位相指令部２２は、１パルス分の開始タイミングとパルス電圧の発生位相から電流制御器２３、電圧発生器２４に制御信号を出力する。電流制御器２３は電流制御により出力電流をパルス電圧印加前の設定値に近づける制御を実行し、電圧発生器２４は電圧指令を生成するための制御を実行する。５は可変速駆動装置で、入力された電圧制御信号に基づいてＰＭモータ６を制御する。
【００１９】
７はモータ電流を検出する電流検出部で、検出電流はＬレベル電流サンプル部２５と、Ｈレベル電流サンプル部２７へそれぞれ入力される。Ｌレベル電流サンプル部２５では、パルス電圧印加前の定められた期間ＴCにおいてＩL電流を検出し、その出力は平均処理部２６で平均化される。Ｈレベル電流サンプル部２７では、パルス電圧印加後の定められた期間ＴEにおいてＩH電流を検出し、その出力は平均処理部２８で平均化される。全方向データ保管部２９は、平均処理部２６、２８によるサンプルデータを、全周分一旦蓄積する。
【００２０】
一次成分抽出部３０は、全方向データ保管部２９に蓄積された計測データを入力してフーリエ積分し、電流振幅の最大位相を位相推定演算部３２に出力する。二次成分抽出部３１は、全方向データ保管部２９に蓄積された計測データから二次のフーリエ積分し、電流振幅の最大位相を位相推定演算部３２に出力する。位相推定演算部３２では、３０と３１からの信号を元に位相推定演算を実行して推定位相を出力する。
【００２１】
図２は第２の実施例を示したものである。この実施例は、パルス制御・位相推定部Ｂの一次成分抽出部３０から減磁検出手段Ｃ’に信号を取り出すように構成したものである。一次成分抽出部３０では、一次成分であるａ1、ｂ1の２軸成分を（１）式を用いて算出している。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
ただし、｜ΔＩ（θV）｜は計測された電流差ベクトルの振幅成分の絶対値。
【００２４】
一次成分抽出部３０により算出されたａ１，ｂ１成分は、減磁検出手段Ｃ’の絶対値演算部４６に入力されて
｜Ｉ1｜＝√（ａ１２＋ｂ１２）が求められる。振幅成分の絶対値を利用して求められた１次成分は、判定部４３に出力されて判定基準設定部４４の設定値と比較される。一次成分の絶対値が設定値よりも小さい場合には磁気飽和量不足（不可逆減磁）として異常検出する。
なお、この異常検出時にノイズ等の影響が懸念される場合には、再計測などを行うことによって精度の向上を図る。その場合、設定された回数以上だけ連続して異常信号が発生したとき、不可逆減磁の故障表示を発生させて装置の異常停止を行う。
【００２５】
以上により、本発明の各実施例によれば、計測されたパルス電流の変化成分のＮ極の位相の電流振幅とＳ極方向の電流振幅の差が、予め定められた設定値より小さくなったとき、又は、一次成分抽出部でフーリエ積分などにより求めた振幅成分の絶対値と、前記設定値とを比較し、一次成分の絶対値が小さいときにＰＭモータの減磁異常として検出したものである。したがって、この検出された減磁異常信号を用いて、モータ始動時に異常を判定して運転の停止ができ、不可逆減磁の可能性の高いことを可変速駆動装置の故障表示部（図示省略）に表示をさせることにより原因究明が簡単になり、ＰＭモータの減磁異常に起因する二次的現象を発生させることなく、ＰＭモータの減磁異常に対して迅速に対処することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す構成図。
【図３】ＰＭモータの磁極位置推定装置を示す構成図。
【図４】電流差ベクトル位相と振幅の組合せ図で、（ａ）は電流変化の振幅図、（ｂ）は電圧発生位相と電流変化位相のズレ角図。
【図５】パルス電圧と電流差のベクトル図。
【符号の説明】
【００２７】
Ａ…  １パルス計測部
Ｂ…  パルス制御・位相推定部
Ｃ…  減磁検出手段
４１…  最大振幅データ選択部
４２…  最大振幅の反対位相データ選択部
４３…  判定部
４４…  判定基準設定部
４５…  減算部
４６…  絶対値演算部
【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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