JP2002112597A - 永久磁石同期電動機の制御装置 - Google Patents

永久磁石同期電動機の制御装置

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JP2002112597A
JP2002112597A JP2000296234A JP2000296234A JP2002112597A JP 2002112597 A JP2002112597 A JP 2002112597A JP 2000296234 A JP2000296234 A JP 2000296234A JP 2000296234 A JP2000296234 A JP 2000296234A JP 2002112597 A JP2002112597 A JP 2002112597A
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permanent magnet
synchronous motor
axis
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Yoichi Omori
洋一 大森
Shigenori Hagiwara
茂教 萩原
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 手動による計測の手間や無負荷にする手間が
不要になるなどの課題を解消するために,位置検出器出
力からd軸位置を得るための位置補正値を自動的に計測
し記憶する機能を設けることにある。 【解決手段】所定の電流を流すことによりd軸位置を推
定するd軸推定器と,位置補正値を演算する位置補正値
演算器と,位置補正値を記憶する補正値記憶器とからな
る計測記憶器を装備するよう構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,位置検出器出力か
ら永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石の位置を求め
る際に用いる位置補正値を自動的に計測して装置に記憶
する機能に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3および図4に永久磁石同期電動機の
トルク制御のブロック線図を示し,これらの図に基づい
て従来の技術を説明する。図3および図4において,電
力変換器1は永久磁石同期電動機2に電力を供給する。
d軸位置検出器7または8は,永久磁石同期電動機2の
回転子の永久磁石の位置であるd軸位置θを出力する。
電流成分変換器5において,d軸位置θに基づいて永久
磁石同期電動機2の入力電流iをd軸成分電流idと直
交するq軸成分電流iqに分けて出力する。指令変換器
4は,トルク指令T*を入力して永久磁石同期電動機2
の出力トルクがT*に追従するような各軸の電流指令i
d*,iq*を出力する。電流制御器3は,電流成分変
換器5出力の各軸電流id,iqがそれらの指令値id
*,iq*に追従するような制御信号Sを電力変換器1
に出力する。
【0003】図3のd軸位置検出器7では,位置検出器
71で検出された永久磁石同期電動機2の回転子位置θ
1に位置補正器72によって補正値記憶器6に記憶され
ている位置補正値θxを加えることによってd軸位置θ
を求めている。
【0004】図4のd軸位置検出器8では,永久磁石同
期電動機2の回転子の位置に同期してパルスを出力する
パルス発生器81の出力Pをパルス積算器83で積算す
る。パルス積算器83の出力は,電気角1周期相当以上
にならないようにリセットされる。よってこのままでは
パルス積算器83の出力は,d軸位置θに固定のオフセ
ットが重畳された値となる。基準位置発生器82は,前
記回転子が所定の基準位置にある時にパルスを出力す
る。積算リセット器84は,基準位置発生器82の出力
パルスZがあると,パルス積算器83の出力を第2補正
値記憶器30に記憶されている第2位置補正値θx2に
リセットする。このようにすることで前述の固定のオフ
セットがキャンセルされてパルス積算器83の出力がd
軸位置θと一致するようになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来では,補正値記憶
器6に記憶されている位置補正値や第2補正値記憶器3
0に記憶されている第2位置補正値は,特殊な手段によ
り手動で設定されている。例えば,永久磁石同期電動機
を無負荷の状態にしおておいて,永久磁石同期電動機の
入力端子のV相とW相を短絡してU相からV,W相に直
流電流を流すようにする。すると回転子が回転してd軸
位置がU相の軸と一致するようになる。よってd軸位置
検出器7,8の出力θが0となるように位置補正値や第
2位置補正値を求めて補正値記憶器6や第2補正値記憶
器30に設定している。
【0006】上記の方法では,永久磁石同期電動機を無
負荷の状態にする手間やモータに電流を流す手間がかか
る。また永久磁石同期電動機を無負荷の状態にするのが
困難な場合は,上記の方法で位置補正値や第2位置補正
値を求めることができない。よって,永久磁石同期電動
機を機械にセットした後に故障などにより位置検出器7
1やパルス発生器81や基準位置発生器82を交換する
とき,交換前と同じ状態にすることは困難であるため
に,補正値記憶器6や第2補正値記憶器30の記憶内容
を更新する必要があるが,永久磁石同期電動機を無負荷
状態にすることが困難なために一度永久磁石同期電動機
を機械から外さなければならず、かなりの手間を必要と
する。また、仮に再度位置検出器71やパルス発生器8
1や基準位置発生器82を交換したとしても、交換前の
精度を維持するためにはかなりの時間を必要とする。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、これらの課題を解消し、従来のような
手動による計測の手間や無負荷にする手間が不要になる
などの利点を備えた永久磁石同期電動機の制御装置を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 1.請求項1において、 永久磁石同期電動機の回転子の位置を検出する位置検出
器と,該位置検出器の出力に位置補正値を加算すること
で前記回転子の永久磁石の位置であるd軸位置を求める
位置補正器と,前記位置補正器の出力のd軸位置に基づ
いて前記同期電動機に電力を供給する電力変換器とから
なる永久磁石同期電動機の制御装置に係わり,前記位置
補正値を自動的に計測して記憶する計測記憶器を装備
し,前記位置補正値を更新する必要があるときに前記計
測記憶器を動作させることを特徴とする永久磁石同期電
動機の制御装置である。
【0008】2.請求項2において、 前記計測記憶器が,前記永久磁石同期電動機に所定の電
流を流すことにより前記d軸位置を推定するd軸推定器
と,前記d軸推定器の出力から前記位置検出器の出力を
引くことにより前記位置補正値を演算する位置補正値演
算器と,前記位置補正値演算器の出力を記憶する補正値
記憶器とからなることを特徴とする請求項1記載の永久
磁石同期電動機の制御装置である。
【0009】3.請求項3において、 永久磁石同期電動機の回転子の位置に同期してパルスを
出力するパルス発生器と,前記回転子が所定の基準位置
にあることを表す基準位置発生器と,前記パルス発生器
の出力を積算するパルス積算器と,前記基準位置発生器
の出力で前記パルス積算器の出力を第2位置補正値にリ
セットする積算リセット器と,前記パルス積算器の出力
を前記d軸位置として前記同期電動機に電力を供給する
電力変換器とからなる永久磁石同期電動機の制御装置に
係わり,前記第2位置補正値を自動的に計測して記憶す
る第2計測記憶器を装備し,前記位置補正値を更新する
必要があるときに前記計測記憶器を動作させることを特
徴とする永久磁石同期電動機の制御装置である。
【0010】4.請求項4において、 前記第2計測記憶器が,前記永久磁石同期電動機に所定
の電流を流すことにより前記d軸位置を推定するd軸推
定器と,前記d軸推定器の出力に基づいて所定の回転方
向にトルクを出力するような電流を流して前記基準位置
発生器に出力が現れるまで前記永久磁石同期電動機を回
転させる基準位置検知手段と,前記d軸推定器の出力と
前記基準位置検知手段により回転した変位との和により
前記第2位置補正値を求める第2位置補正値演算器と,
前記第2位置補正値演算器の出力を記憶する第2補正値
記憶器とからなることを特徴とする請求項3記載の永久
磁石同期電動機の制御装置である。以下、本発明の一実
施例を図面に基いて詳述する。
【0011】
【発明の実施の形態】従来技術の図3に対する本発明の
実施例を図1に,従来技術の図4に対する本発明の実施
例を図2に示し,従来技術と同一な部分は,説明を省略
する。すなわち,図1は本発明の請求項1及び2記載の
一実施例を示すブロック図,図2は請求項3及び4記載
の一実施例を示すブロック図である。図1において,計
測記憶器9を装備しており,例えば位置検出器71を交
換した後に補正値記憶器6の内容を更新しなければなら
ない場合は,スイッチ20が計測記憶器9内のd軸推定
器10の出力S1を選択して,d軸推定器10によって
電力変換器1は制御される。d軸推定器10は,永久磁
石同期電動機2に所定の電流を流すように電力変換器1
を制御して,d軸位置を推定しそれをθrとして出力す
る。
【0012】その原理を以下に示す。d軸位置とΔθの
誤差を持つ推定d軸位置をθgとして推定d軸をγ軸と
し,γ軸と直交する軸をδ軸とすると,永久磁石同期電
動機は,
【0013】
【数1】
【0014】であり,Ldはd軸のインダクタンス,L
qはq軸のインダクタンス,Rは巻線抵抗である。pは
時間微分を表し,ωは回転角周波数,φは永久磁石によ
る磁束である。(1)式の2行目に(2),(3),
(4)式を代入し,cos(2・Δθ)=1,sin
(2・Δθ)=2・Δθと近似して,停止しているので
ω=0とすると
【0015】
【数2】
【0016】が得られる。よってd軸推定器10により
iγの時間微分値が0にならないような電流を流して,
(5)式が0となるように推定d軸位置θgを調整すれ
ば推定d軸位置θgがd軸位置θと一致するので,d軸
位置θを得ることができる。
【0017】なお,θg―θ=180度の場合も(5)
式の右辺は0となるので,Δθ=180度になることが
ある。よって(5)式が0となるようにθgを調整した
後にθg軸の正の方向と負の方向に電流を流してインダ
クタンスを計測し,正の電流時のインダクタンスが負の
電流時のインダクタンスより大きい場合は,Δθ=18
0度と判断してθgを180度修正するようにする。こ
れは,Δθ=180度の場合は,永久磁石がθgに対し
て負の方向を向いているので負の電流を流すと磁気飽和
によりインダクタンスが小さくなることを利用してい
る。以上のようにしてd軸推定器10はd軸位置を推定
する。
【0018】位置補正値演算器11は,d軸推定器10
の出力θrから位置検出器71出力θ1を引くことによ
り位置補正値θxを求めて補正値記憶器6に出力し,補
正値記憶器6はθxを記憶する。
【0019】次に図2の説明をする。図2では第2計測
記憶器31を装備しており,例えばパルス発生器81や
基準位置発生器82を交換(通常,パルス発生器81と
基準位置発生器82は一体となっているので同時に交換
される)した後に第2補正値記憶器30の内容を更新し
なければならない場合は,スイッチ20とスイッチ21
が第2計測記憶器31内のd軸推定器10の出力S1を
選択する。d軸推定器10では上記の原理によってd軸
位置を推定しそれをθrとして出力する。次に,スイッ
チ21により基準位置検知手段13の出力S2が選択さ
れて電力変換器1に入力される。基準位置検知手段13
は,θrに基づいて永久磁石同期電動機2の入力電流を
制御して永久磁石同期電動機2の出力トルクが所定の回
転方向に徐々に増加するようにする。すると永久磁石同
期電動機2に負荷が付いていても永久磁石同期電動機2
は所定方向に回転し始める。基準位置発生器82からZ
信号が出力されると,基準位置検知手段13では電流を
0としてトルクを0とし,第2位置補正値演算器14で
はd軸推定器10で得られたd軸位置θrと基準位置検
知手段13で回転した回転角との和を求めて第2位置補
正値θx2として第2補正値記憶器30に出力する。第
2補正値記憶器30は,第2位置補正値の出力を記憶す
る。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば,位
置補正値や第2位置補正値が電動機の負荷に関係なく自
動的に計測され記憶されるので,従来のような手動によ
る計測の手間や無負荷にする手間が不要になり,実用
上,極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1,2記載の第1の実施例を表
すブロック線図である。
【図2】本発明の請求項3,4記載の第2の実施例を表
すブロック線図である。
【図3】従来技術の第1の例を表すブロック線図であ
る。
【図4】従来技術の第2の例を表すブロック線図であ
る。
【符号の説明】
1・・・電力変換器 2・・・永久磁石同期電動機 3・・・電流制御器 4・・・指令変換器 5・・・電流成分変換器 6・・・補正値記憶器 7,8・・・d軸位置検出器 9・・・計測記憶器 10・・・d軸推定器 11・・・位置補正値演算器 71・・・位置検出器 72・・・位置補正器 81・・・パルス発生器 82・・・基準位置発生器 83・・・パルス積算器 84・・・積算リセット器 30・・・第2補正値記憶器 31・・・第2計測記憶器 13・・・基準位置検知手段 14・・・第2位置補正値演算器 20,21・・・スイッチ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石同期電動機の回転子の位置を検
    出する位置検出器と,該位置検出器の出力に位置補正値
    を加算することで前記回転子の永久磁石の位置であるd
    軸位置を求める位置補正器と,前記位置補正器の出力の
    d軸位置に基づいて前記同期電動機に電力を供給する電
    力変換器とからなる永久磁石同期電動機の制御装置にお
    いて,前記位置補正値を自動的に計測して記憶する計測
    記憶器を装備し,前記位置補正値を更新する必要がある
    ときに前記計測記憶器を動作させることを特徴とする永
    久磁石同期電動機の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記計測記憶器が,前記永久磁石同期電
    動機に所定の電流を流すことにより前記d軸位置を推定
    するd軸推定器と,前記d軸推定器の出力から前記位置
    検出器の出力を引くことにより前記位置補正値を演算す
    る位置補正値演算器と,前記位置補正値演算器の出力を
    記憶する補正値記憶器とからなることを特徴とする請求
    項1記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
  3. 【請求項3】 永久磁石同期電動機の回転子の位置に同
    期してパルスを出力するパルス発生器と,前記回転子が
    所定の基準位置にあることを表す基準位置発生器と,前
    記パルス発生器の出力を積算するパルス積算器と,前記
    基準位置発生器の出力で前記パルス積算器の出力を第2
    位置補正値にリセットする積算リセット器と,前記パル
    ス積算器の出力を前記d軸位置として前記同期電動機に
    電力を供給する電力変換器とからなる永久磁石同期電動
    機の制御装置において,前記第2位置補正値を自動的に
    計測して記憶する第2計測記憶器を装備し,前記位置補
    正値を更新する必要があるときに前記計測記憶器を動作
    させることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装
    置。
  4. 【請求項4】 前記第2計測記憶器が,前記永久磁石同
    期電動機に所定の電流を流すことにより前記d軸位置を
    推定するd軸推定器と,前記d軸推定器の出力に基づい
    て所定の回転方向にトルクを出力するような電流を流し
    て前記基準位置発生器に出力が現れるまで前記永久磁石
    同期電動機を回転させる基準位置検知手段と,前記d軸
    推定器の出力と前記基準位置検知手段により回転した変
    位との和により前記第2位置補正値を求める第2位置補
    正値演算器と,前記第2位置補正値演算器の出力を記憶
    する第2補正値記憶器とからなることを特徴とする請求
    項3記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
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