(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにより駆動される電動機の回転角を検出する角度検出手段、前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段、前記電動機の電流を前記電動機の界磁磁束のベクトルと同期して回転する回転直交座標上の実電流値に置換する電流演算手段、前記電動機に外部から与えられるトルク指令値と前記電動機の回転速度とから前記回転直交座標上の電流指令値を演算する電流指令値演算手段、前記実電流値と前記電流指令値とから前記回転直交座標上の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段、前記電圧指令値を前記電動機に印加すべき三相電圧指令値に置換する三相電圧指令値演算手段、前記三相電圧指令値を前記インバータに与えるＰＷＭ信号に置換するＰＷＭ信号生成手段、前記電圧指令値と前記三相電圧指令値と前記ＰＷＭ信号のうちのいずれか一つ、または、いずれか複数から算出される前記電動機の印加電圧ベクトルの大きさと、前記電動機の回転速度とから前記電動機の回転角を検出する角度検出器の機械的な取り付け位置に起因して発生する回転角の検出誤差を前記界磁磁束ベクトルの前記回転直交座標に対する位相差として算出すると共に、この位相差により前記角度検出手段が検出する回転角の検出誤差を補正する角度誤差算出・補正手段を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記角度誤差算出・補正手段が、前記電動機の所定回転速度において、界磁磁束のベクトル方向に対する各位相補正角毎に前記回転直交座標上の電圧指令値と三相電圧指令値とＰＷＭ信号のうちのいずれか一つ、または、いずれか複数から算出される前記電動機の印加電圧ベクトルの大きさを回転角と共にデータ対として記憶し、この記憶したデータ対から前記界磁磁束ベクトルの前記回転直交座標に対する位相差を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
インバータにより駆動される電動機の回転角を検出する角度検出手段、前記電動機の回転速度を検出する速度検出手段、前記電動機の電流を前記電動機の界磁磁束のベクトルと同期して回転する回転直交座標上の実電流値に置換する電流演算手段、前記電動機に外部から与えられるトルク指令値と前記電動機の回転速度とから前記回転直交座標上の電流指令値を演算する電流指令値演算手段、前記実電流値と前記電流指令値とから前記回転直交座標上の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段、前記電圧指令値を前記電動機に印加すべき三相電圧指令値に置換する三相電圧指令値演算手段、前記三相電圧指令値を前記インバータに与えるＰＷＭ信号に置換するＰＷＭ信号生成手段、前記インバータの入力電圧および入力電流から算出される直流電力の大きさと、前記電動機の回転速度とから前記電動機の回転角を検出する角度検出器の機械的な取り付け位置に起因して発生する回転角の検出誤差を前記界磁磁束ベクトルの前記回転直交座標に対する位相差として算出すると共に、この位相差により前記角度検出手段が検出する回転角の検出誤差を補正する角度誤差算出・補正手段を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項４】
前記角度誤差算出・補正手段が、前記電動機の所定回転速度において、界磁磁束のベクトル方向に対する各位相補正角毎に前記インバータの入力電圧と入力電流から算出される直流電力の大きさとを回転角と共にデータ対として記憶し、この記憶したデータ対から前記界磁磁束ベクトルの前記回転直交座標に対する位相差を算出することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記電動機の所定回転速度は、回転速度の絶対量が等しく回転方向が異なる少なくとも一組の回転速度であって、同一回転角で回転方向が異なる場合の対を構成する各データ差から前記界磁磁束ベクトルの前記回転直交座標に対する位相差を算出することを特徴とする請求項２または請求項４に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記電動機の固定子温度の検出手段、前記電動機の回転子温度の検出手段、前記インバータ温度の検出手段のうちのいずれか一つ、または、複数の検出手段を備えており、固定子温度、回転子温度、インバータ温度のいずれか一つ、または、複数の温度により前記界磁磁束ベクトルの前記回転直交座標に対する位相差が補正されて算出されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機の回転子に取り付けられた角度検出器が検出する回転角度の検出誤差を自動補正する機能を有する電動機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動機、特に回転子が永久磁石により構成された三相同期電動機において、ベクトル制御方式により高精度に電動機制御を行う場合、制御情報として回転子の回転角度を用いて演算を行い制御するのが一般的であり、そのために、電動機の回転子には角度検出器、または、特定角度検出機能を備えた回転速度検出器が取り付けられる。これらの検出器は、回転子軸、または、回転子と同期回転する軸上に取り付けられた可動部分と、固定子側に取り付けられて可動部分の回転位置を検出する固定部分とから構成され、回転部分は電動機の回転子にキーなどによりそれぞれの基準となる相対位置が機械的に位置決めされて固定されるのが一般的であり、通常はエンコーダやレゾルバなどの検出器が用いられている。
【０００３】
しかし、検出器の取り付けにあたっては機械的な角度誤差が存在し、電動機の極対数をＰｍとすると、回転子の一回転は電気角ではＰｍ回転に相当するため、極数の大きい多極電動機の場合においては上記の機械的な角度誤差が電気的にはＰｍ倍の誤差に拡大されることになり、機械的な位置決め精度の向上を図っても量産時の精度向上には限界があるため、電気的な角度誤差を必要とする値にまで縮小することは困難であった。一方、電動機の制御を精度良く行うためにはこの電気的な角度誤差を縮小することが絶対条件であり、角度検出器には微調整機構が設けられ、電動機に組み付けた後に微調整を行って機械的な角度誤差を修正するのが通常の手法であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この角度検出の精度は、要求される電動機の制御精度に応じて高める必要があるため、制御精度の高い電動機においては生産工程で微調整機構を用いて高精度に調整を行うことになり、この調整には多大な時間を必要として生産性を阻害することになる。また、高精度化するほど微調整機構の構成も複雑化するため角度検出器自体の部品点数が増加し、角度検出器の生産に対する加工時間の増大を伴うものであり、さらに、機械的な微調整機構は経年変化による角度誤差の変化の増大が避けられず、電動機の制御精度の経年劣化にもつながるものであった。
【０００５】
また、このような機械的な誤差修正による課題に対処する技術としては、例えば、特開平９−４７０６６号公報が開示されている。この公報に開示された技術は、永久磁石型同期電動機をインバータにより駆動するものにおいて、インバータと電動機との間に開閉手段を設け、電源投入後にこの開閉手段を解放して電動機の誘起電圧波形を検出し、この誘起電圧波形と電動機の回転角を計測する磁極位置センサの出力信号とを比較し、両者の位相差から磁極位置センサの取り付け誤差を求め、磁極位置センサの検出値を補正するようにしたものであるが、その誤差検出の精度には限界を有するものである。
【０００６】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、角度検出器の取り付け精度を機械的に微調整することなく、制御装置内で角度情報による演算を行い、機械的な角度誤差を電気的に精度良く、また、容易に自動補正することが可能な電動機制御装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電動機制御装置は、インバータにより駆動される電動機の回転角を検出する角度検出手段と、電動機の回転速度を検出する速度検出手段と、電動機の電流を電動機の界磁磁束のベクトルと同期して回転する回転直交座標上の実電流値に置換する電流演算手段と、電動機に外部から与えられるトルク指令値と電動機の回転速度とから回転直交座標上の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、実電流値と電流指令値とから回転直交座標上の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、電圧指令値を電動機に印加すべき三相電圧指令値に置換する三相電圧指令値演算手段と、三相電圧指令値をインバータに与えるＰＷＭ信号に置換するＰＷＭ信号生成手段と、電圧指令値と三相電圧指令値とＰＷＭ信号のうちのいずれか一つ、または、いずれか複数から算出される電動機の印加電圧ベクトルの大きさと、電動機の回転速度とから電動機の回転角を検出する角度検出器の機械的な取り付け位置に起因して発生する回転角の検出誤差を界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差として算出すると共に、この位相差により角度検出手段が検出する回転角の検出誤差を補正する角度誤差算出・補正手段とを備えるようにしたものである。
【０００８】
また、角度誤差算出・補正手段が、電動機の所定回転速度において、界磁磁束のベクトル方向に対する各位相補正角毎に回転直交座標上の電圧指令値と三相電圧指令値とＰＷＭ信号のうちのいずれか一つ、または、いずれか複数から算出される電動機の印加電圧ベクトルの大きさを回転角と共にデータ対として記憶し、この記憶したデータ対から界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差を算出するようにしたものである。
【０００９】
さらに、インバータにより駆動される電動機の回転角を検出する角度検出手段と、電動機の回転速度を検出する速度検出手段と、電動機の電流を電動機の界磁磁束のベクトルと同期して回転する回転直交座標上の実電流値に置換する電流演算手段と、電動機に外部から与えられるトルク指令値と電動機の回転速度とから回転直交座標上の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、実電流値と電流指令値とから回転直交座標上の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、電圧指令値を電動機に印加すべき三相電圧指令値に置換する三相電圧指令値演算手段と、三相電圧指令値をインバータに与えるＰＷＭ信号に置換するＰＷＭ信号生成手段と、インバータの入力電圧および入力電流から算出される直流電力の大きさと、電動機の回転速度とから電動機の回転角を検出する角度検出器の機械的な取り付け位置に起因して発生する回転角の検出誤差を界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差として算出すると共に、この位相差により角度検出手段が検出する回転角の検出誤差を補正する角度誤差算出・補正手段とを備えるようにしたものである。
【００１０】
さらにまた、角度誤差算出・補正手段が、電動機の所定回転速度において、界磁磁束のベクトル方向に対する各位相補正角毎にインバータの入力電圧と入力電流から算出される直流電力の大きさとを回転角と共にデータ対として記憶し、この記憶したデータ対から界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差を算出するようにしたものである。
【００１１】
また、電動機の所定回転速度は、回転速度の絶対量が等しく回転方向が異なる少なくとも一組の回転速度であって、同一回転角で回転方向が異なる場合の対を構成する各データ差から界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差を算出するようにしたものである。
さらに、電動機の固定子温度の検出手段、電動機の回転子温度の検出手段、インバータ温度の検出手段のうちのいずれか一つ、または、複数の検出手段を備えており、固定子温度、回転子温度、インバータ温度のいずれか一つ、または、複数の温度により界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差が補正されて算出されるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図４は、この発明の実施の形態１による電動機制御装置の構成と動作とを説明するためのもので、図１は構成を説明するブロック図、図２は角度誤差演算・補正手段のデータ蓄積部（フェーズ１）の詳細構成を説明するブロック図、図３は角度誤差演算・補正手段の角度誤差演算部（フェーズ２）の詳細構成を説明するブロック図、図４は角度誤差算出の説明図である。また、図５ないし図８は、永久磁石を界磁とする同期電動機における角度検出誤差の算出原理を説明する説明図である。
【００１３】
この発明の実施の形態１による電動機制御装置を説明する前に、永久磁石式三相同期電動機の角度検出誤差算出の動作原理を図５ないし図８に基づき説明すると次の通りである。まず、電気的回転角速度ωｍにて電動機の界磁磁束のベクトルと同期して回転する回転直交座標軸上における同期電動機の電圧・電流方程式は、回転直交座標軸をｄ−ｑ軸とすると公知のように、
Ｖｄ＝Ｒ・ｉｄ−ωｍ・Ｌｑ・ｉｑ                    ・・・（１）
Ｖｑ＝Ｒ・ｉｑ＋ωｍ（Ｌｄ・ｉｄ＋Φａ）            ・・・（２）
として示される。ここに、ＶｄとＶｑとは電動機端子電圧のｄ軸成分およびｑ軸成分、ｉｄとｉｑとは電動機の電機子に流れる電流のｄ軸成分およびｑ軸成分、Ｒは電機子抵抗、ＬｄとＬｑとはインダクタンスのｄ軸成分およびｑ軸成分、Φａは磁石による界磁磁束である。また、電気的回転角速度ωｍは電動機の磁極対数をＰｍとすると機械的回転角速度ωｒに対してωｍ＝Ｐｍ・ωｒの関係を有するものである。
【００１４】
上記の（１）式と（２）式とは、界磁磁石による磁束のベクトルと回転直交座標軸のｄ軸とが一致している場合を示すもので、角度誤差がない場合に相当するものである。いま、ｄ軸の電流がマイナス方向にｉ0 、ｑ軸の電流が０、電気的角速度がω0 で正方向に回転している場合、電動機の電圧・電流方程式は次式のようになる。
Ｖｄ＝Ｒ・ｉ0                                       ・・・（３）
Ｖｑ＝ω0 （Ｌｄ・ｉ0 ＋Φａ）                      ・・・（４）
また、電動機の線間電圧実効値Ｖｕｖの二乗値は
Ｖｕｖ2 ＝Ｖｄ2 ＋Ｖｑ2                             ・・・（５）
の関係にて示されることから
Ｖｕｖ2 ＝（Ｒ・ｉ0 ）2 ＋ω0 2 （Ｌｄ・ｉ0 ＋Φａ）2 ・・・（６）
として表すことができる。
【００１５】
図５はこのときの回転座標のｄ−ｑ軸に対する電圧と電流のベクトルを示すものであり、図に示した電圧ベクトルＶは（５）式と（６）式のＶｕｖに相当し、Ｖｄ＝Ｒ・ｉ0 とＶｑ＝ω0 （Ｌｄ・ｉ0 ＋Φａ）とのベクトル和である。なお図５と図６とでは後述する図７と図８との関連上から、ｄ軸電流はｉ0 ＝ｉｄ0 として示している。また、電圧ベクトルＶと電流ベクトルｉ0 とのなす角度ρ0 ＋は力率角を示すものである。従って、運転状態における有効電力Ｐｅと無効電力Ｐｉと皮相電力Ｐとは、
Ｐｅ＝Ｖ・ｉ0 ｃｏｓρ0 ＋                            ・・・（７）
Ｐｉ＝Ｖ・ｉ0 ｓｉｎρ0 ＋                            ・・・（８）
Ｐ＝Ｖ・ｉ0                                           ・・・（９）
として示されることになる。
【００１６】
つぎに、ｄ軸の電流がマイナス方向にｉ0   、ｑ軸の電流が０、電気的角速度が−ω0 で上記とは逆転方向に回転している場合、電動機の電圧・電流方程式は次式にて示される。
Ｖｄ＝Ｒ・ｉ0                                       ・・・（１０）
Ｖｑ＝−ω0 （Ｌｄ・ｉ0 ＋Φａ）                    ・・・（１１）
従って、電動機の線間電圧実効値Ｖｕｖの二乗値は
【数１】
0003755582.tif 000002
として表されることになる。図６はこのときの回転座標のｄ−ｑ軸に対する電圧と電流のベクトルを表すものであり、上記の図５と較べると電圧ベクトルＶの大きさは等しいが、方向はｄ軸に対して対称位置となり、従って、力率角ρ0 −はすなわち−ρ0 ＋となるものである。
【００１７】
また、運転状態における有効電力Ｐｅと無効電力Ｐｉと皮相電力Ｐとは
0003755582.tif 000003
として示されることになる。
【００１８】
以上のように角度誤差がなく、界磁磁石による磁束ベクトルと回転直交座標軸とが一致して電動機の制御がなされているとき、ｄ軸のみに所定電流を流して正方向の所定回転速度にて運転した場合と、逆方向に同一回転速度にて運転した場合とでは、電圧ベクトルＶの方向がｄ軸に対して対称位置となり、力率は絶対値が等しくて符号が逆になる。言い換えれば、回転直交座標上での電圧指令値、三相座標上での電圧指令値の実効値および有効電力量は回転方向に関わらず等しい値を示すことになる。
【００１９】
界磁磁石による磁束のベクトルと回転直交座標軸のｄ軸とが一致せず、両者間に角度差（すなわち角度検出器の検出誤差である）ψが存在する場合を考えると次のようになる。なお、この角度検出誤差は界磁磁束ベクトルとｄ軸とが一致して回転する電動機の回転直交座標（ｄ−ｑ）軸に対し、角度検出器の誤差により制御演算装置が演算に使用する回転直交座標の（ｄ′−ｑ′）軸が位相誤差ψ分遅れて（あるいは進んで）回転している状態を言うものであり、以降これを角度検出誤差ないしは位相差と称す。
【００２０】
このように位相差ψがあり、制御演算装置がｄ′軸の電流としてマイナス方向にｉ0 、ｑ′軸の電流として０の電流を通電した場合、電気的角速度がω0 で正方向に回転している電動機の電圧・電流方程式は次式のように表される。
Ｖｄ＝Ｒ・ｉｄ0 −ω0 Ｌｑ・ｉｑ0                   ・・・（１６）
Ｖｑ＝Ｒ・ｉｑ0 ＋ω0 （Ｌｄ・ｉｄ0   ＋Φａ）      ・・・（１７）
ここに、ｉｄ0 およびｉｑ0 は（ｄ′−ｑ′）座標上の電流ｉ0 を（ｄ−ｑ）座標上のｄ軸とｑ軸とに投影した成分であり、位相差ψを用いて次のように表されるものである。
ｉｄ0 ＝ｉ0 ｃｏｓψ                                ・・・（１８）
ｉｑ0 ＝ｉ0 ｓｉｎψ                                ・・・（１９）
【００２１】
従って、（１６）式と（１７）式とは次のように書き換えることができる。
【数２】
0003755582.tif 000004
【数３】
0003755582.tif 000005
また、電動機の線間電圧実効値Ｖｕｖの二乗値は
【数４】
0003755582.tif 000006
となる。
【００２２】
図７はこのときの回転直交座標（ｄ′−ｑ′）軸に対する電圧と電流とのベクトルを表すものであり、図７の電圧ベクトルＶは図５の電圧ベクトルＶとは大きさおよび方向共に異なったものとなり、大きさの差は（６）式と（２２）式との差の平方根に相当する。また方向にも差があるために、図に示すように力率角はρψ＋となり、図５の場合のρ0 ＋とは異なった力率角となる。
【００２３】
また、回転直交座標（ｄ−ｑ）軸に対し、制御演算装置が演算に用いる回転直交座標（ｄ′−ｑ′）軸が位相差ψ分遅れて回転している場合で、ｄ′軸の電流がマイナス方向にｉ0 、ｑ′軸の電流が０であり、電気的角速度が−ω0 で逆方向に回転しているときの電動機の電圧・電流方程式は次式のようになる。
【数５】
0003755582.tif 000007
【数６】
0003755582.tif 000008
さらに、電動機の線間電圧実効値Ｖｕｖの二乗値は
【数７】
0003755582.tif 000009
となる。
【００２４】
このときの回転直交座標（ｄ′−ｑ′）軸に対する電圧と電流とのベクトルを表したのが図８であり、図８を電動機が正回転時の図７と比較すると、電圧ベクトルＶの大きさは異なり、その方向も上記の位相差のない状態の図５に対する図６の場合とは異なり、ｄ′軸に対して対称位置にはならない。従って、力率角ρψ−は図７の力率角ρψ＋に対しては絶対量が異なるものとなる。このように位相差ψが存在する場合には正転時と逆転時とにおける電圧ベクトルＶと力率角とは異なった値となり、従って、有効電力量も異なった値を示すことになる。
【００２５】
この発明の実施の形態１においては、以上に述べた動作原理のｄ′軸に所定の電流を流しながら電動機を正転側と逆転側に同一回転速度で駆動した場合に、位相差に起因して現れる回転直交座標上での電圧指令値や三相座標上での電圧指令実効値や有効電力量の不平衡のうち、電機子抵抗Ｒとｄ軸インダクタンスＬｄと磁石による界磁磁束Φａとを既知の値とした場合に、位相差ψに起因して（６）式と（２２）との差成分として現れる回転直交座標上での電圧指令値の不平衡やこれに伴う三相座標上での電圧指令値の不平衡に基づき、位相差すなわち角度検出誤差を検出してこの誤差を補正するようにしたもので、以下に図１ないし図４により構成と動作とを説明する。
【００２６】
図１において、１は後述する制御演算装置、２は制御演算装置１が出力するＰＷＭ信号に制御されて直流電源４からの直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ、３は三相インバータ２の出力により駆動される電動機、５ａと５ｂとは電動機３のＵ相電流とＶ相電流とを検出して制御演算装置１にフィードバックする電流検出器、６は電動機３の回転角を検出して制御演算装置１に出力する角度検出器である。
【００２７】
また、制御演算装置１は、角度検出器６の出力信号により電動機３の回転角度θを検出する角度検出手段１０と、角度検出器６の出力信号により電動機３の電気的回転角速度ωｍを検出する速度検出手段１１と、電流検出器５ａと５ｂの出力ｉｕとｉｖとを受けて電動機３の回転直交座標軸上の実電流値ｉｄとｉｑとを演算する電流演算手段１２と、外部からのモード信号ｍｏｄｅとトルク指令値τｍａとを受けて回転直交座標軸上の電流指令値ｉｄａとｉｑａとを演算する電流指令値演算手段１３と、この電流指令値ｉｄａとｉｑａ、および、実電流値ｉｄとｉｑとを受けて電動機３に対する回転直交座標軸上の電圧指令値ＶｄａとＶｑａとを演算する電圧指令値演算手段１４と、後述する角度誤差演算・補正手段１５ａと、加算器１６と、各電圧指令値Ｖｄａ、Ｖｑａを三相電圧指令値Ｖｕａ、Ｖｖａ、Ｖｗａに置換する三相電圧指令値演算手段１７と、この三相電圧指令値をＰＷＭ信号ｔｕ、ｔｖ、ｔｗに変換して三相インバータ２に出力するＰＷＭ信号生成手段１８とから構成されている。
【００２８】
図２は角度誤差演算・補正手段１５ａにおける第一段階での動作部分である角度誤差算出データ蓄積部（フェーズ１）のブロック図である。図において、１９は外部からのモード信号により駆動制御モードと角度誤差算出補正モードとを切り換える角度誤差算出モード切替手段、２０ａはフェーズ１の角度誤差算出用データ蓄積手段であり、乗算器２１および２２と、加算器２３と、電気的回転角速度ωｍを入力してΔθ毎の回転角を補正角度として出力する補正角度発生手段２４と、補正角度発生手段２４の出力により動作するサンプリング指示発生手段２５と、このサンプリング指示発生手段２５の指示により動作するサンプラ２６および２７と、各サンプラ２６および２７がサンプリングした電圧値と補正角度とをデータ対として記憶する角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａとから構成されている。
【００２９】
また、図３は角度誤差演算・補正手段１５ａにおける第二段階での動作部分である角度誤差算出演算部（フェーズ２）のブロック図である。図において、１９は図２に示した角度誤差算出モード切替手段、３０ａはフェーズ２の角度誤差算出演算手段で、角度誤差算出演算手段３０ａは、減算器３１と、角度誤差対電圧指令偏差特性マップ３２ａと、データ抽出手段３３と、角度誤差補間手段３４ａと、角度補正値記憶手段３５とから構成されている。なお、２８ａは図２にて示した角度誤差対電圧指令特性マップである。
【００３０】
このように構成されたこの発明の実施の形態１の電動機制御装置において、まず、角度検出器６の角度検出誤差の補正値がすでに演算されている状態での電動機３の駆動制御を説明すると次の通りである。図１において、三相インバータ２は直流電源４から電力を受け、これを三相交流電力に変換して電動機３に供給する。この電力変換は制御演算装置１から三相インバータ２に与えられるＰＷＭ信号が三相インバータ２のスイッチング素子を駆動することにより行われ、ＰＷＭ信号は公知のベクトル制御法により生成されるものである。
【００３１】
図示しない外部装置から電動機３に対する要求トルク値として電流指令値演算手段１３にトルク指令値τｍａが入力され、角度検出器６からの信号により速度検出手段１１から電気的回転角速度信号ωｍが電流指令値演算手段１３に入力されると、電流指令値演算手段１３はこれらの信号に応じた値の回転直交座標（ｄ−ｑ）軸上の電流指令値としてｉｄａとｉｑａとを演算して出力する。また、角度検出器６からの信号により角度検出手段１０が電動機３の回転角度θを算出して加算器１６に与え、加算器１６ではこの回転角度θと角度誤差演算・補正手段１５ａが出力する角度補正値θｃｏｍｐとが加算され、界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差をゼロに補正した補正後角度としてθａを出力する。
【００３２】
電流検出器５ａと５ｂとは電動機３のＵ相電流検出信号ｉｕとＶ相電流検出信号ｉｖとを電流演算手段１２に与え、電流演算手段１２はこの各電流検出信号と補正後角度θａとを入力して公知の演算方法により、界磁磁束のベクトル方向と一致して回転する座標軸（ｄ軸）とこれに直交して回転する座標軸（ｑ軸）とにベクトル分解したｄ軸実電流ｉｄとｑ軸実電流ｉｑとを演算して出力する。電圧指令値演算手段１４では電流指令値のｉｄａとｉｑａ、および、ｄ軸実電流ｉｄとｑ軸実電流ｉｑを入力し、例えば、ｉｄａとｉｄとの偏差であるΔｉｄと、ｉｑａとｉｑとの偏差であるΔｉｑとを求め、両者を比例積分（ＰＩ）することによりｄ軸電圧指令値Ｖｄａとｑ軸電圧指令値Ｖｑａとを演算し、トルク指令値τｍａに見合ったトルクを得る各軸電圧指令値として出力する。
【００３３】
このときの各軸電圧指令値ＶｄａとＶｑａは、電動機３が定常状態であり、角度検出器６の検出誤差がゼロになるように位相差が補正されているので、上記した（１）式のｄ軸電圧Ｖｄおよび（２）式のｑ軸電圧Ｖｑとは一致することになる。三相電圧指令値演算手段１７では各軸の電圧指令値ＶｄａとＶｑａとを入力して電流演算手段１２によるベクトル分解とは逆の演算を行い、Ｕ相の電圧指令値ＶｕａとＶ相の電圧指令値ＶｖａとＷ相の電圧指令値Ｖｗａとの三相電圧指令値に置換して電動機３に与えるべき電圧として出力する。この三相電圧指令値を入力するＰＷＭ信号生成手段１８では公知の三角波比較正弦波形近似ＰＷＭ作成法などにより三相各相のＰＷＭ信号ｔｕとｔｖとｔｗとを生成し、このＰＷＭ信号が三相インバータ２に入力されてスイッチング素子を駆動し、電動機３には三相の交流電力が供給される。
【００３４】
以上が界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差がすでに補正されている場合の電動機３の駆動制御であるが、位相差の補正は次のようにして行われ、この補正は電動機３および制御演算装置１の初期化段階にて行われるものである。図示しない外部装置からは制御演算装置１に対してモード信号ｍｏｄｅが与えられる。このモード信号には電動機３を通常に駆動する電動機駆動制御モードと、角度誤差を算出・補正する角度誤差算出・補正モードとがあり、この角度誤差算出・補正モードには後述するように角度誤差算出用のデータを蓄積する（フェーズ１）と、この蓄積されたデータに基づき角度誤差を算出する（フェーズ２）とがある。上記のように位相差がすでに補正されている場合の電動機３の駆動制御は電動機駆動制御モードであり、角度誤差の補正時には第一段階でフェーズ１、第二段階でフェーズ２が選択され、この選択はフェーズ１でのデータ蓄積の完了を検知して行われる。なお、角度誤差算出・補正モードでは電動機３は所定値の電気的回転角速度ωｍ0 、および、−ωｍ0 にて定速駆動されている状態におかれ、この状態にて位相差の算出がなされる。
【００３５】
外部装置から角度誤差算出・補正のモード信号が制御演算装置１に与えられると、図２と図３の角度誤差算出モード切替手段１９は、角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａにデータが全て蓄積されるまでの間においては角度誤差算出・補正モード（フェーズ１）に切り替わり、電流指令値演算手段１３から出力される電流指令値はｄ軸電流指令値としてｉｄａ＝ｉ０の固定値が、ｑ軸電流指令値としてはｉｑａ＝０が出力され、この電流指令値に基づき電圧指令値演算手段１４が電圧指令値ＶｄａとＶｑａとを演算し、角度誤差算出用データ蓄積手段２０ａに出力する。角度誤差算出用データ蓄積手段２０ａに入力された電圧指令値ＶｄａとＶｑａとはそれぞれ乗算器２１と２２とで二乗され、さらに、加算器２３により加算されて（Ｖｄａ）２＋（Ｖｑａ）２が得られる。
【００３６】
補正角度発生手段２４には電気的回転角速度ωｍが入力されており、電動機３が所定値のωｍ０で定常的に回転していると認められる場合には補正角度θｃｏｍｐ（磁束のベクトル方向に対する演算に用いる回転直交座標軸の位相差）をΔθ毎に出力し、この補正角度θｃｏｍｐは一定時間毎にΔθ単位でｍ回増加、または、ｍ回減少するように設定されている。また、この補正角度θｃｏｍｐの増加または減少の変化範囲は、角度検出器６の取り付けなどにより発生する角度検出誤差の発生可能範囲を包含する範囲とされ、Δθ単位の変化が基準となる角度のプラス側とマイナス側とに及ぶように設定されている。サンプリング指示発生手段２５は補正角度θｃｏｍｐを入力してΔθ単位の変化に同期してサンプラ２６および２７にデータをサンプリングするように指示を与え、サンプラ２６はこの指示に同期して（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 をサンプリングすることにより、｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（ｎ）を得、サンプラ２７はサンプリング指示に同期してθｃｏｍｐ（ｎ）を得る。
【００３７】
角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａは、サンプリングされたデータ｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（ｎ）とθｃｏｍｐ（ｎ）とを一組のデータとして蓄積して行くが、ここで蓄積されるデータの個数は補正角度θｃｏｍｐのΔθ単位での変化回数であるｍ回に対応してｍ個となる。この場合、電動機３は所定の回転角速度ωｍ０で正回転しているため、｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（＋ｎ）のように＋符号を付与する。
【００３８】
このようにしてデータがｍ個蓄積されると電動機３の回転は−ωｍ０に設定され、同様に電動機３が所定値の−ωｍ０で定常的に回転していると認められる場合には補正角度θｃｏｍｐを一定時間毎にΔθ単位でｍ回増加、または、減少させ、同様の動作により角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａは電気的角速度−ωｍ0 に対応したデータを蓄積する。この場合、回転角速度は−ωｍ0 で逆回転しているため、｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（−ｎ）のようにマイナス符号を付与し、ｍ個のデータが蓄積されると全てのデータ蓄積が完了となり、これが角度誤差算出モード切替手段１９に認識されて引き続き角度誤差を算出する角度誤差算出・補正モード（フェーズ２）を実行するように切り替えられる。
【００３９】
図４は角度検出誤差をパラメータとする回転速度対電圧指令値の特性である。この特性は、上記の（２２）式と（２５）式に対応して正転時と逆転時のそれぞれの回転速度での線間電圧の実効値Ｖｕｖの二乗値をプロットしたものである。上記したように界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差がゼロの場合には電動機３の回転が正転時のω0 と逆転時の−ω0 とでの線間電圧の実効値Ｖｕｖの二乗値は等しい値となるが、位相差がゼロでない場合には回転速度がω0 のときと−ω0 のときとではＶｕｖは異なる値を示すことになる。従って、角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａに蓄積されたデータのうち、回転速度がωｍ0 のときの電圧指令値と−ωｍ0 のときの電圧指令値とがより近い値を示す補正角度θｃｏｍｐを選択することにより角度検出誤差をゼロにより近づけるように設定することができる。
【００４０】
この動作を図３により説明すると、上記したように角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａに全てのデータが蓄積されると角度誤差算出モード切替手段１９は角度検出誤差を算出する角度誤差算出・補正モード（フェーズ２）に切り替わる。このフェーズ２ではまず、角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａから電気的角速度がωｍ０と−ωｍ０とにおけるデータから補正角度θｃｏｍｐ（１）と、この補正角度に対応する電圧指令値｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（＋１）、および、｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（−１）が出力され、減算器３１にて両電圧指令値の偏差ΔＶａ（１）が算出される。
【００４１】
角度誤差対電圧指令偏差特性マップ３２ａは、この算出されたデータθｃｏｍｐ（１）とΔＶａ（１）とを一組のデータ対として蓄積するが、この動作は角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａに蓄積されたデータ個数であるｍ回繰り返されてθｃｏｍｐ（ｍ）とΔＶａ（ｍ）まで蓄積して終了する。続いてデータ抽出手段３３は角度誤差対電圧指令偏差特性マップ３２ａから二つのデータ対｛θｃｏｍｐ（ｋ）、ΔＶａ（ｋ）｝と｛θｃｏｍｐ（ｌ）、ΔＶａ（ｌ）｝とを抽出する。
【００４２】
角度誤差補間手段３４ａはこの抽出されたデータ対に基づき次式により線形補間を行って電圧指令値偏差ΔＶａがゼロになる補正角度θｃｏｍｐ（ＲＯＭ）を算出する。
【数８】
0003755582.tif 000010
このとき、二つのデータ対を複数組抽出し、各々算出した補正角度に統計手法、例えば平均化処理を施し、補正角度の精度を向上させることもできる。ここで算出したθｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が位相差の補正成分、すなわち、角度検出器６の検出誤差の補正成分であり、この値が角度補正値記憶手段３５に記憶される。
【００４３】
位相差の補正成分θｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が角度補正値記憶手段３５に記憶されることによりフェーズ２は終了し、これが角度誤差算出モード切替手段１９に認識されて動作モードは電動機駆動制御モードに切り替えられる。この動作モードの切替は図示しない外部装置に伝達され、制御演算装置１に入力されるモード信号が電動機駆動制御モードの指示に切り替わり、電動機駆動制御モードで動作中は角度補正値記憶手段３５に記憶されたθｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が図１の加算器１６に出力されて角度検出器６の検出誤差を補正する。
【００４４】
この発明の実施の形態１による電動機制御装置においては以上のようにして補正角度θｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が算出され、角度検出の誤差による界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差が補正されるので、電動機駆動制御モードにおいて良好なベクトル制御を行うことが可能になるものである。また、制御演算装置１に設けられた角度誤差演算・補正手段１５ａは電流演算手段１２などと同列にマイクロプロセッサを用いてソフトウエアにて構成することができ、これにより部品点数の増加もなく安価で容易に位相差の補正ができるものである。
【００４５】
なお、この実施の形態においては、角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａと角度誤差対電圧指令偏差特性マップ３２ａとにおいて、ｍ×３回のデータ蓄積を行うようにしたが、主旨とするところは上記の動作原理を用いて角度検出誤差の算出を行うところにあり、例えば、界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差により発生する（１２）式と（２２）式の差成分を用いて算術的に誤差検出を行うこともできるものである。また、電圧偏差ΔＶａは電圧指令値偏差を使用したが、三相電圧指令値演算手段１７が出力する三相電圧指令値や、ＰＷＭ信号生成手段１８が出力するＰＷＭ信号、あるいは、これらの組み合わせにより電圧偏差ΔＶａを得ることもできるものである。
【００４６】
実施の形態２．
図９ないし図１１は、この発明の実施の形態２による電動機制御装置の構成を説明するためのもので、図９は制御演算装置の構成を説明するブロック図、図１０と図１１とは角度誤差演算・補正手段の詳細構成を説明するブロック図であり、上記の実施の形態１と同一部分と相当部分とには同一符号が付与されている。図９において、上記の図１と異なる点は次の通りであり、７は直流電源４の電圧を検出する電圧検出器、８は三相インバータ２に対する流入電流を検出する電流検出器、１５ｂは実施の形態１の場合とは異なる角度誤差演算・補正手段である。また、角度誤差演算・補正手段１５ｂの構成は次の通りである。
【００４７】
図１０は、角度誤差演算・補正手段１５ｂにおける角度誤差算出用データ蓄積部（フェーズ１）に関するブロック図である。図において、実施の形態１の図２と異なる点は次の通りであり、２０ｂはフェーズ１の角度誤差算出用データ蓄積手段、２９は電圧検出器７が検出する直流電源４の電圧ＶＤＣと電流検出器８が検出する三相インバータ２に対する流入電流ＩＤＣとを乗算して直流電力（ＶＤＣ・ＩＤＣ）を得る乗算器、２８ｂはサンプラ２６と２７とがサンプリングする直流電力値（ＶＤＣ・ＩＤＣ）（ｎ）と補正角度発生手段２４からの補正角度θｃｏｍｐ（ｎ）とをデータ対として記憶する角度誤差対直流電力特性マップである。
【００４８】
また、図１１は角度誤差演算・補正手段１５ｂにおける角度誤差算出演算部である（フェーズ２）の構成を示すブロック図であり、実施の形態１の図３と異なる点は次の通りである。図において、３０ｂは角度誤差算出演算手段（フェーズ２）、２８ｂは図１０に示した角度誤差対直流電力特性マップ、３２ｂは角度誤差対直流電力偏差特性マップ、３４ｂは角度誤差補間手段である。
【００４９】
なお、この実施の形態は、三相インバータ２での消費電力を監視して界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差を算出するもので、いま、位相差がない場合を考えると、同一の通電電流により回転速度の絶対値が同一で正回転と逆回転とのそれぞれの方向に電動機３を駆動した場合、電動機３の有効電力は実施の形態１にて示した（７）式と（１３）式の通り等しい値となる。また、電動機３に対する印加電圧と通電電流とが等しいことから三相インバータ２のスイッチング素子など電力変換用の半導体素子を電流が流れることに起因する消費電力も等しくなる。位相差がゼロでない場合には電動機３の有効電力、従って、三相インバータ２の消費電力は実施の形態１の動作原理において説明したように位相差に応じて異なったものになるため、これを監視することにより位相差の有無を検出するもので、以下に実施形態１の場合とは異なる角度誤差演算・補正手段１５ｂの動作を中心に説明する。
【００５０】
制御演算装置１に外部装置からモード信号として角度誤差算出・補正モードの信号が入力されると実施の形態１と同様に、電流指令値演算手段１３からはｄ軸電流指令値としてｉｄａ＝ｉ０  の固定値が、ｑ軸電流指令値としてｉｑａ＝０が出力され、この電流指令値により電動機３が所定の回転速度で駆動される。そして、電圧検出器７からの直流電源４の電圧ＶＤＣと三相インバータ２に対する流入電流ＩＤＣとが角度誤差演算・補正手段１５ｂに入力される。角度誤差演算・補正手段１５ｂは実施の形態１の場合と同様に二つの動作段階を有しており、第一段階は角度誤差算出用のデータを蓄積するフェーズ１であり、第二段階は蓄積されたデータに基づき角度誤差を算出するフェーズ２である。
【００５１】
フェーズ１における動作を図１０により説明すると、電圧検出器７により検出された電源電圧ＶＤＣと電流検出器８により検出された三相インバータ２に対する流入電流ＩＤＣとは乗算器２９により乗算されて直流電力（ＶＤＣ・ＩＤＣ）が得られる。また、補正角度発生手段２４には電気的回転角速度ωｍが入力されており、電動機３が所定値のωｍ0 で定常的に回転していると認められた場合には補正角度θｃｏｍｐを一定時間毎にΔθ単位でｍ回増加、または、減少させながら出力する。
【００５２】
サンプリング指示発生手段２５は補正角度θｃｏｍｐを入力してΔθ単位の変化に同期してサンプラ２６および２７にデータをサンプリングするように指示を与え、サンプラ２６はこのサンプリング指示に同期して（ＶＤＣ・ＩＤＣ）をサンプリングすることにより（ＶＤＣ・ＩＤＣ）（ｎ）を得、サンプラ２７はサンプリング指示に同期してθｃｏｍｐ（ｎ）を得る。続いて角度誤差対直流電力特性マップ２８ｂはサンプリングされたデータ（ＶＤＣ・ＩＤＣ）（ｎ）とθｃｏｍｐ（ｎ）とを一組のデータとして補正角度θｃｏｍｐのΔθ単位での変化回数ｍ回分を蓄積する。この場合、電動機３は所定の回転角速度ωｍ０で正回転しているため、（ＶＤＣ・ＩＤＣ）（＋ｎ）のように＋符号を付与する。
【００５３】
このようにしてデータがｍ個分蓄積されると電動機３の回転は−ωｍ０に設定され、電動機３が所定値の−ωｍ0 で定常的に回転していると認められた場合に補正角度θｃｏｍｐを一定時間毎にΔθ単位でｍ回増加、または、減少させ、同様の動作により角度誤差対直流電力特性マップ２８ｂは電気的角速度−ωｍ0 に対応したデータをｍ回分蓄積してデータ蓄積を完了する。なおこのとき、回転角速度は−ωｍ0 で逆回転しているため、（ＶＤＣ・ＩＤＣ）（−ｎ）のようにマイナス符号を付与する。データ蓄積の完了は角度誤差算出モード切替手段１９に認識され、角度誤差を算出する角度誤差算出・補正モード（フェーズ２）を実行するように切り替えられる。
【００５４】
角度検出誤差をパラメータとする回転速度対直流電力の特性は、実施の形態１にて示した図４の電圧指令を直流電力に置き換えた場合と類似したものになる。これはすなわち、上記の図５と図６とで説明したように、界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差、すなわち、角度検出誤差がゼロの場合には力率角ρ０＋と力率角ρ0 −との絶対量が等しくなるために、正回転時の回転速度がωｍ0 の場合と逆回転時の−ωｍ0 の場合とでは有効電力は等しくなり、直流電源４から供給される直流電力量も等しくなるものであり、図７と図８とで説明したように位相差がゼロでない場合には力率角ρψ＋と力率角ρψ−との絶対量が異なり、電圧ベクトルの長さも異なるため、正回転時と逆回転時とでは有効電力が異なり、直流電力量も異なるものである。従って、角度誤差対直流電力特性マップ２８ｂに蓄積されたデータのうち、回転速度がωｍ0 の場合と−ωｍ0 の場合とにおける直流電力量がより近い値を示す補正角度θｃｏｍｐを選択することにより角度誤差をゼロにより近づけるように設定することができることになる。
【００５５】
この動作を図１１により説明すると、角度誤差対直流電力特性マップ２８ｂに全てのデータが蓄積されると角度誤差算出モード切替手段１９は角度誤差を算出する角度誤差算出・補正モード（フェーズ２）に切り替わる。このフェーズ２ではまず、角度誤差対直流電力特性マップ２８ｂから電気的角速度がωｍ０と−ωｍ0 とにおける蓄積データから補正角度θｃｏｍｐ（１）と、直流電力（ＶＤＣ・ＩＤＣ）（＋１）と、（ＶＤＣ・ＩＤＣ）（−１）とが出力され、減算器３１にて両直流電力の偏差ΔＰＤＣ（１）が算出される。
【００５６】
角度誤差対直流電力偏差特性マップ３２ｂは、この算出されたデータθｃｏｍｐ（１）とΔＰＤＣ（１）とを一組のデータ対として蓄積するが、この動作は角度誤差対直流電力特性マップ２８ｂのデータ個数であるｍ回繰り返されてθｃｏｍｐ（ｍ）とΔＰＤＣ（ｍ）まで蓄積される。続いてデータ抽出手段３３は角度誤差対直流電力偏差特性マップ３２ｂから二つのデータ対｛θｃｏｍｐ（ｋ）、ΔＰＤＣ（ｋ）｝と｛θｃｏｍｐ（ｌ）、ΔＰＤＣ（ｌ）｝とを抽出する。
【００５７】
角度誤差補間手段３４ｂはこの抽出されたデータ対に基づき次式により線形補間を行って直流電力偏差ΔＰＤＣがゼロになる補正角度θｃｏｍｐ（ＲＯＭ）を算出する。
【数９】
0003755582.tif 000011
このとき、実施の形態１でも説明したように二つのデータ対を複数組抽出し、各々に算出した補正角度に統計手法、例えば平均化処理を施し、補正角度の精度を向上させることもできる。
【００５８】
ここで算出したθｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が位相差の補正成分、すなわち、角度検出器６の検出誤差の補正成分であり、この値が角度補正値記憶手段３５に記憶され、この記憶によりフェーズ２は終了し、これが角度誤差算出モード切替手段１９に認識されて動作モードは電動機駆動制御モードに切り替えられる。この動作モードの切替は図示しない外部装置に伝達され、制御演算装置１に入力されるモード信号が電動機駆動制御モードの指示に切り替わり、電動機駆動制御モードで動作中は角度補正値記憶手段３５に記憶されたθｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が図９の加算器１６に出力されて角度検出器６の検出誤差を補正する。この発明の実施の形態２による電動機制御装置においては以上のようにして補正角度θｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が算出され、角度検出の誤差が補正されるもので、これにより実施の形態１と同様の効果を有することになる。
【００５９】
実施の形態３．
図１２ないし図１５は、この発明の実施の形態３による電動機制御装置の構成を説明するためのもので、図１２は制御演算装置の構成を説明するブロック図、図１３は角度誤差演算・補正手段のデータ蓄積部（フェーズ１）の詳細構成を説明するブロック図、図１４は角度誤差対電圧指令特性マップの詳細を説明する説明図、図１５は角度誤差演算・補正手段の角度誤差演算部（フェーズ２）の詳細構成を説明するブロック図であり、実施の形態１との同一部分と相当部分とには同一符号が付与されている。
【００６０】
図１２において、上記の実施の形態１にて説明した図１と異なる点は次の通りである。４０は電動機３の固定子温度を検出する固定子温度検出器、４１は電動機３の回転子温度を検出する回転子温度検出器であり、制御演算装置１ａには実施の形態１の場合とは異なる内容の角度誤差演算・補正手段１５ｃが設けられているほか、固定子温度検出器４０の検出温度を角度誤差演算・補正手段１５ｃに与える固定子温度検出手段４２と、回転子温度検出器４１の検出温度を角度誤差演算・補正手段１５ｃに与える回転子温度検出手段４３とが設けられている。
【００６１】
角度誤差演算・補正手段１５ｃの第一段階の動作部分であるデータ蓄積部（フェーズ１）の構成を示したのが図１３であり、実施の形態１の図２との相違点は次の通りである。２０ｃは角度誤差算出用データ蓄積手段、３６と３７とはサンプラ２６および２７と連動するサンプラ、２８ｃは図１４に示すようにサンプラ２６がサンプリングする電圧指令値｛（Ｖｄａ）２＋（Ｖｑａ）２｝（ｎ）と、サンプラ２７がサンプリングする補正角度θｃｏｍｐ（ｎ）と、サンプラ３６による固定子温度ｔｓｔ（ｎ）と、サンプラ３７による回転子温度ｔｒｔ（ｎ）とを記憶する角度誤差対電圧指令特性マップである。
【００６２】
図１５は角度誤差演算・補正手段１５ｃにおける角度誤差算出演算部（フェーズ２）の構成を示すブロック図であり、実施の形態１の図３と異なる点は次の通りである。図において、３０ｃは角度誤差算出演算手段、２８ｃは図１３と図１４とに示した角度誤差対電圧指令特性マップ、３２ｃは角度誤差対電圧指令偏差特性マップ、３４ｃは角度誤差補間手段である。
【００６３】
この実施の形態の電動機制御装置においては上記の実施の形態１と比較して、角度誤差算出の課程において電動機３の固定子温度と回転子温度とを入力して演算するようにしたものである。上記実施の形態１の動作原理にて説明したようにｄ′軸に所定の電流を流しながら正転側と逆転側とに同一絶対回転速度で電動機３を駆動した場合、正転側と逆転側との回転直交座標上の電圧指令値に現れる不平衡（電圧指令値間の差）に対しては固定子温度や回転子温度、あるいは三相インバータの温度が影響を与える。特に、これらの温度変動が大きい場合にはこの影響が無視できない場合があるため、この実施の形態では一例として固定子温度と回転子温度とを演算に取り入れ、より高精度に角度検出誤差の補正を行うようにしたものであり、以下に実施の形態１の場合と異なる点を中心に説明する。
【００６４】
制御演算装置１ａに外部装置からモード信号として角度誤差算出・補正モードの信号が入力されると実施の形態１と同様に、電流指令値演算手段１３からはｄ軸電流指令値としてｉｄａ＝ｉ0   の固定値が、ｑ軸電流指令値としてｉｑａ＝０が出力され、電動機３は所定の回転角速度にて駆動される。固定子温度検出手段４２は固定子温度検出器４０の信号を受けて固定子温度ｔｓｔを算出し、回転子温度検出手段４３は回転子温度検出器４１の信号を受けて回転子温度ｔｒｔを算出して角度誤差演算・補正手段１５ｃに入力する。さらに、角度誤差演算・補正手段１５ｃにはｄ軸電圧指令値Ｖｄａとｑ軸電圧指令値Ｖｑａ、および、モード信号と電気的角速度信号ωｍ0 が入力されている。
【００６５】
これらを入力する角度誤差演算・補正手段１５ｃの動作は実施の形態１と同様に、第一段階の角度誤差算出用データを蓄積するフェーズ１と、第二段階の蓄積されたデータに基づき角度誤差を算出するフェーズ２とに分けられ、このフェーズ１の動作を図１３と図１４とにより説明すると、入力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄａとｑ軸電圧指令値Ｖｑａとから実施の形態１と同様に乗算器２１と２２および加算器２３により（Ｖｄａ）２  ＋（Ｖｑａ）２  が演算される。また、補正角度発生手段２４は電動機３が所定値のωｍ０で定常的に回転していると認められる場合に補正角度θｃｏｍｐを一定時間毎にΔθ単位でｍ回増加、または、減少させて出力する。
【００６６】
サンプリング指示発生手段２５は補正角度θｃｏｍｐを入力してΔθ単位の変化に同期してサンプラ２６、２７、３６，３７にデータをサンプリングするように指示を与え、サンプラ２６はこの指示に基づき（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 をサンプリングすることにより｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（ｎ）を得、サンプラ２７はサンプリング指示に同期してθｃｏｍｐ（ｎ）を得る。また、サンプラ３６は固定子温度ｔｓｔ（ｎ）を、サンプラ３７は回転子温度ｔｒｔ（ｎ）をそれぞれサンプリングする。サンプリングされたデータは｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（ｎ）、θｃｏｍｐ（ｎ）、ｔｓｔ（ｎ）、ｔｒｔ（ｎ）を一組のデータとし、補正角度θｃｏｍｐのΔθ単位での変化回数ｍ回に対応するｍ個分が得られ、角度誤差対電圧指令特性マップ２８ｃに蓄積される。
【００６７】
データがｍ個分蓄積されると、続けて回転角速度を逆回転の−ωｍ０として同様にデータを蓄積し、図１４に示すように、正回転時と逆回転時とのそれぞれにおける補正角度と電圧指令値と固定子温度と回転子温度とを含む角度誤差対電圧指令特性マップ２８ｃを完成させる。データ蓄積が完了すると角度誤差算出モード切替手段１９がこれを認識し、角度誤差演算・補正手段１５ｃの動作は図１５に示すような角度誤差を算出する角度誤差算出・補正モード（フェーズ２）に切り替えられる。
【００６８】
フェーズ２の動作では、まず、角度誤差対電圧指令特性マップ２８ｃの電気的角速度がωｍ0 と−ωｍ0 とにおける蓄積データから補正角度θｃｏｍｐ（１）と、電圧指令値｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（＋１）および｛（Ｖｄａ）2 ＋（Ｖｑａ）2 ｝（−１）が出力され、減算器３１にて両電圧指令値の偏差ΔＶａ（１）が算出される。角度誤差対電圧指令偏差特性マップ３２ｃは、このデータθｃｏｍｐ（１）と、電圧指令値の偏差ΔＶａ（１）と、回転速度ωｍ0 での固定子温度ｔｓｔ（＋１）と回転子温度ｔｒｔ（＋１）と、回転速度−ωｍ0 での固定子温度ｔｓｔ（−１）と回転子温度ｔｒｔ（−１）とを一組のデータ対として蓄積する。そしてこの動作は角度誤差対電圧指令特性マップ２８ａに蓄積されたデータ個数であるｍ回繰り返されて終了する。
【００６９】
続いてデータ抽出手段３３は角度誤差対電圧指令偏差特性マップ３２ｃから二つのデータ対として｛θｃｏｍｐ（ｋ）、ΔＶａ（ｋ）、ｔｓｔ（＋ｋ）、ｔｒｔ（＋ｋ）、ｔｓｔ（−ｋ）、ｔｒｔ（−ｋ）｝と｛θｃｏｍｐ（ｌ）、ΔＶａ（ｌ）、ｔｓｔ（＋ｌ）、ｔｒｔ（＋ｌ）、ｔｓｔ（−ｌ）、ｔｒｔ（−ｌ）｝とを抽出する。
【００７０】
ここで、固定子温度と回転子温度とが電圧指令値に及ぼす影響は次のように見積もられる。まず、ｋ番目のデータ対について、回転速度ωｍ0 、固定子温度ｔｓｔ（＋ｋ）における固定子抵抗値をＲ＋  ｋとし、回転速度−ωｍ0 、固定子温度ｔｓｔ（−ｋ）における固定子抵抗値をＲ−  ｋとすると両者の関係は公知の温度関係式として次式のようになる。
【数１０】
0003755582.tif 000012
【００７１】
また、回転速度ωｍ０での界磁磁石の磁束を回転子温度ｔｒｔ（＋ｋ）での値としてΦ＋ａｋとし、また、回転速度−ωｍ0 での界磁磁石の磁束を回転子温度ｔｒｔ（−ｋ）での値としてΦ−ａｋとし、磁石の温度特性に基づく回転子温度の変化による磁束の変動量を係数Ｂｋで表した場合、Φ＋ａｋを基準として次式で表すことができる。ただし、磁石の温度特性を示す関数ｆ（ｔ）は磁石の材料により定まるものである。
【数１１】
0003755582.tif 000013
【００７２】
以上から界磁磁束のベクトルと回転直交座標との位相差がない場合での固定子の温度変化と回転子の温度変化とが電圧指令偏差に与える影響を考えてみると、まず、回転速度ωｍ0 における電圧指令は、上記の（６）式から、次のように表すことができる。
【数１２】
0003755582.tif 000014
また、回転速度−ωｍ0 における電圧指令は、同様に上記の（６）式から、次のようになる。
【数１３】
0003755582.tif 000015
【００７３】
従って、ｋ番目のデータ対について、温度変化の影響による電圧指令値偏差ΔＶｔｅｍｐ（ｋ）は次式のようになる。
【数１４】
0003755582.tif 000016
同様に、ｌ番目のデータ対にについて、温度変化の影響による電圧指令値偏差ΔＶｔｅｍｐ（ｌ）は次式のようになる。
【数１５】
0003755582.tif 000017
【００７４】
温度変化による電圧指令値の変化成分は以上のようになるので、角度検出誤差の算出においてはこの変化成分を予め除いておけばよいことになる。従って、ｋ番目のデータ対において変化成分を除いた電圧指令値をΔＶｂ（ｋ）とし、ｌ番目のデータ対において変化成分を除いた電圧指令値をΔＶｂ（ｌ）とすると、それぞれは次のようになる。
ΔＶｂ（ｋ）＝ΔＶａ（ｋ）−ΔＶｔｅｍｐ（ｋ）      ・・・（３４）
ΔＶｂ（ｌ）＝ΔＶａ（ｌ）−ΔＶｔｅｍｐ（ｌ）      ・・・（３５）
【００７５】
角度誤差補間手段３４ｃでは抽出されたデータに基づき、次式により温度変化の影響を除いて線形補間を行い、電圧指令値偏差ΔＶｂがゼロになるときの補正角度θｃｏｍｐ（ＲＯＭ）を算出する。
【数１６】
0003755582.tif 000018
このとき、二つのデータ対を複数抽出し、各々に算出した補正角度に統計手法、例えば平均化処理を施し、補正角度の精度を向上させることもできる。
【００７６】
ここで算出したθｃｏｍｐ（ＲＯＭ）が位相差、すなわち、角度検出器６の検出誤差の補正成分であり、この値が角度補正値記憶手段３５に記憶され、図１２の加算器１６に出力されて角度検出器６の検出誤差を補正する。またこの記憶によりフェーズ２は終了し、これが角度誤差算出モード切替手段１９に認識されて動作モードは電動機駆動制御モードに切り替えられる。この動作モードの切替は図示しない外部装置に伝達され、制御演算装置１に入力されるモード信号が電動機駆動制御モードの指示に切り替わる。
【００７７】
以上のようにこの発明の実施の形態３による電動機制御装置においては、固定子温度や回転子温度を検知して電圧指令値に対する変化成分を算出し、この変化成分を除いた電圧指令値偏差により角度検出誤差を補正するようにしたので、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができると共に、温度の変化に対しても高精度に角度誤差を補正することができるものである。
【００７８】
なお、以上の説明は、実施の形態１にて説明した電圧指令値偏差から温度による変化成分を除くようにしたものであるが、実施の形態２にて説明した直流電力偏差により演算する場合に適用しても同様の効果が得られるものであり、また、三相インバータに使用される半導体素子の特性は温度依存性が高いため、上記の固定子温度や回転子温度の場合と同様の手法を使用して三相インバータの温度による変化成分を除去することにより、より高精度に角度検出誤差を補正することができるものである。
【００７９】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の電動機制御装置において、請求項１に記載の発明によれば、インバータにより駆動される電動機の回転角と回転速度とを検出する角度検出手段と速度検出手段と、電動機の電流を界磁磁束のベクトルと同期回転する回転直交座標上の実電流値に置換する電流演算手段と、外部から与えられるトルク指令値と回転速度とから回転直交座標上の電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、実電流と電流指令値とから回転直交座標上の電圧指令値を演算する電圧指令値演算手段と、電圧指令値を三相電圧指令値に置換する三相電圧指令値演算手段と、三相電圧指令値をＰＷＭ信号に置換するＰＷＭ信号生成手段と、電圧指令値と三相電圧指令値とＰＷＭ信号とのいずれか一つ、または、いずれか複数から算出される前記電動機の印加電圧ベクトルの大きさと、回転速度とから電動機の回転角を検出する角度検出器の機械的な取り付け位置に起因して発生する回転角の検出誤差を界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差として検出すると共に、角度検出手段が検出する回転角の検出誤差を補正する角度誤差算出・補正手段とを備えるようにしたので、機械的な角度微調整機構などを必要とせず、精度良く回転角の検出誤差を補正することができ、経年変化などによる劣化のない電動機制御装置を得ることができるものである。
【００８０】
また、請求項２に記載の発明によれば、角度誤差算出・補正手段が、電動機の所定回転速度において、界磁磁束のベクトル方向に対する各位相補正角毎に回転直交座標上の電圧指令値と三相電圧指令値とＰＷＭ信号のいずれか一つ、または、いずれか複数から算出される前記電動機の印加電圧ベクトルの大きさを回転角と共にデータ対として記憶し、この記憶したデータ対から界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差を算出するようにしたので、特別な装置を要することなく単純な方法にて角度誤差の算出ができるものである。
【００８１】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１の発明に対して三相インバータの直流側入力電圧および入力電流から算出される直流電力の大きさと、回転速度とから電動機の回転角を検出する角度検出器の機械的な取り付け位置に起因して発生する回転角の検出誤差を界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差として検出すると共に、角度検出手段による回転角の検出誤差を補正する角度誤差算出・補正手段を備えるようにしたので、請求項１の場合と同様、機械的な角度微調整機構を必要とせず、経年変劣化がなく、精度良く回転角の検出誤差を補正することができる電動機制御装置を得ることができるものである。
【００８２】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、角度誤差算出・補正手段が、電動機の所定回転速度において、界磁磁束のベクトル方向に対する各位相補正角毎に入力電圧と入力電流から算出される直流電力の大きさとを回転角と共にデータ対として記憶し、この記憶したデータ対から界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差を算出するようにしたので、請求項２と同様に、特別な装置を要することなく単純な方法にて角度誤差の算出ができるものである。
【００８３】
また、請求項５に記載の発明によれば、電動機の所定回転速度は、回転速度の絶対量が等しく回転方向が異なる少なくとも一組の回転速度であって、同一回転角で回転方向が異なる場合の対を構成する各データ差から界磁磁束ベクトルの回転直交座標に対する位相差を算出するようにしたので、電動機の定数やバラツキとは無関係に角度検出誤差を算出することができ、また、角度誤差の検出機能をソフトウエアとして構成することができ、高精度で部品点数の増加のない安価な電動機制御装置を得ることができるものである。
【００８４】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、電動機の固定子温度、回転子温度、三相インバータ温度のいずれか一つ、または、複数の温度検出手段を備え、固定子温度、回転子温度、インバータ温度のいずれか一つ、または、複数の温度を用いて温度による影響を除去するようにしたので、電動機やインバータの温度による検出誤差を除去することができ、精度良く角度検出誤差を補正することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態１の電動機制御装置に使用するデータ蓄積部のブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態１の電動機制御装置に使用する角度誤差算出演算部のブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態１の電動機制御装置の角度誤差算出の説明図である。
【図５】  この発明による角度検出誤差算出原理の説明図である。
【図６】  この発明による角度検出誤差算出原理の説明図である。
【図７】  この発明による角度検出誤差算出原理の説明図である。
【図８】  この発明による角度検出誤差算出原理の説明図である。
【図９】  この発明の実施の形態２の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】  この発明の実施の形態２の電動機制御装置に使用するデータ蓄積部のブロック図である。
【図１１】  この発明の実施の形態２の電動機制御装置に使用する角度誤差算出演算部のブロック図である。
【図１２】  この発明の実施の形態３の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】  この発明の実施の形態３の電動機制御装置に使用するデータ蓄積部のブロック図である。
【図１４】  この発明の実施の形態３の電動機制御装置に使用する角度誤差対電圧指令特性マップの説明図である。
【図１５】  この発明の実施の形態３の電動機制御装置に使用する角度誤差算出演算部のブロック図である。
【符号の説明】
１、１ａ  制御演算装置、２  三相インバータ、３  電動機、
４  直流電源、５ａ、５ｂ、８  電流検出器、６  角度検出器、
９  電圧検出器、１０  角度検出手段、１１  速度検出手段、
１２  電流演算手段、１３  電流指令値演算手段、
１４  電圧指令値演算手段、
１５ａ〜１５ｃ  角度誤差算出・補正手段、
１７  三相電圧指令値演算手段、
１８  ＰＷＭ信号生成手段、１９  角度誤差算出モード切替手段、
２０ａ〜２０ｃ  角度誤差算出用データ蓄積手段、
２４  補正角度発生手段、
２８ａ、２８ｃ  角度誤差対電圧指令特性マップ、
２８ｂ  角度誤差対直流電力特性マップ、
３０ａ〜３０ｃ  角度誤差算出演算手段、
３２ａ、３２ｃ  角度誤差対電圧指令偏差特性マップ、
３２ｂ  角度誤差対直流電力偏差特性マップ、
３３  データ抽出手段、３４ａ〜３４ｃ  角度誤差補間手段、
３５  角度補正値記憶手段、４２  固定子温度検出手段、
４３  回転子温度検出手段。
【図１】
0003755582.tif 000019
【図２】
0003755582.tif 000020
【図３】
0003755582.tif 000021
【図４】
0003755582.tif 000022
【図５】
0003755582.tif 000023
【図６】
0003755582.tif 000024
【図７】
0003755582.tif 000025
【図８】
0003755582.tif 000026
【図９】
0003755582.tif 000027
【図１０】
0003755582.tif 000028
【図１１】
0003755582.tif 000029
【図１２】
0003755582.tif 000030
【図１３】
0003755582.tif 000031
【図１４】
0003755582.tif 000032
【図１５】
0003755582.tif 000033