JP2003224995A - 永久磁石型同期電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置検出器がなくても永久磁石型同期電動機
の位置制御を可能とすることにある。 【解決手段】 永久磁石型同期電動機の回転子の位置を
永久磁石型同期電動機に流れる電流を用いて推定する位
置推定器と、位置推定器の出力を指令位置通りに追従さ
せる位置制御器とから構成し、永久磁石型同期電動機の
電機子電流と入力電圧とを入力し、永久磁石型同期電動
機の電機子電流に高周波電流を重畳するような制御信号
を電力変換器に出力し、永久磁石型同期電動機の回転子
の推定された位置を位置制御器に出力するようにしたも
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、永久磁石型同期電
動機を駆動する制御装置において、位置検出器を用いず
に永久磁石型同期電動機の回転子位置制御を行う技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２に、従来の永久磁石型同期電動機の
位置制御を行うブロック図の一例を示し、以下この図に
基づいて従来の技術を説明する。電力変換器３は永久磁
石型同期電動機２に電力を供給する。位置検出器１は永
久磁石型同期電動機２の回転子の位置θを検出する。位
置制御器４は、回転子の位置θが位置指令θｒｅｆに追
従するような制御信号を電力変換器３に出力する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、永久
磁石型同期電動機の位置制御を行う場合、位置検出器が
必要となる。永久磁石型同期電動機に位置検出器を取り
付けると、位置検出器分のスペース拡大となり、位置検
出器の配線も必要となる。また、位置検出器の信号に混
入するノイズや断線等の注意が必要となる。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、位置検出器なしで永久磁石型同期電動機の位置
制御を行うことで上記問題点を解決するものである。

【０００４】

【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、永久磁石型同期電動機の回転子
の位置を少なくとも前記永久磁石型同期電動機に流れる
電流を用いて推定する位置推定器と、該位置推定器の出
力を指令位置通りに追従させる位置制御器とからなるこ
とを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置であ
る。

【０００５】２．請求項２において、前記位置推定器
は、電流成分変換器と電圧成分変換器と位置誤差演算器
と比例積分増幅器と高周波電流重畳器と速度推定器とか
ら構成され、永久磁石型同期電動機の電機子電流と入力
電圧とを入力し、永久磁石型同期電動機の電機子電流に
高周波電流を重畳するような制御信号を電力変換器に出
力し、永久磁石型同期電動機の回転子の推定された位置
を位置制御器に出力するよう構成した請求項１記載の永
久磁石型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づいて詳述する。

【０００６】

【発明の実施の形態】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線図であり、この図に基
づいて説明するが、従来の技術と同一部分は説明を省略
する。位置推定器１０は、電流成分変換器５と電圧成分
変換器６と位置誤差演算器７と比例積分増幅器８と高周
波電流重畳器９と速度推定器１１とから構成され、永久
磁石型同期電動機２の電機子電流ｉと入力電圧ｖとを入
力し、永久磁石型同期電動機２の電機子電流ｉに高周波
電流を重畳するような制御信号を電力変換器３に出力
し、永久磁石型同期電動機２の回転子の推定された位置
θｅを位置制御器４に出力する。永久磁石型同期電動機
２の回転子の位置θをｄ軸とし、このｄ軸と直交する軸
をｑ軸とし、永久磁石型同期電動機２の回転子の推定さ
れた位置θｅをγ軸とし、このγ軸と直交する軸をδ軸
と定義する。

【０００７】位置推定器１０中の電流成分変換器５は、
永久磁石型同期電動機２の電機子電流ｉを推定された回
転子の位置θｅに基づいて回転座標変換されγ軸成分電
流ｉγとδ軸成分電流ｉδとに分けて出力される。同様
に位置推定器１０中の電圧成分変換器６は、永久磁石型
同期電動機２の入力電圧ｖを推定された回転子の位置θ
ｅに基づいて回転座標変換されてδ軸成分電圧ｖδを出
力する。位置推定器１０中の高周波電流重畳器９は、γ
軸電流ｉγに高周波の電流が重畳するような制御信号を
電力変換器３に出力する。

【０００８】位置推定器１０中の位置誤差演算器７で
は、ｉγ、ｉδ、ｖδと永久磁石型同期電動機２の回転
子の推定された回転角周波数ωとを入力して、次式
（１）

【０００９】

【数１】

【００１０】により、永久磁石型同期電動機２の回転子
の位置θから推定された位置θｅを引いた位置誤差Δθ
を演算して出力する。ここで、Ｌｄは永久磁石型同期電
動機２のｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のイ
ンダクタンスであり、φは永久磁石型同期電動機２の回
転子の永久磁石による磁束であり、Ｒは永久磁石型同期
電動機２の電機子巻線抵抗であり、ｐ（）は（）内の時
間微分を意味する。

【００１１】位置推定器１０中の比例積分増幅器８は、
位置誤差演算器７の出力である位置誤差Δθを比例積分
増幅して永久磁石型同期電動機２の回転子の位置θｅを
出力する。位置推定器１０中の速度推定器１１は、永久
磁石型同期電動機２の回転子の推定された位置θｅを微
分して永久磁石型同期電動機２の回転速度ωを出力す
る。

【００１２】以下は上記方法で永久磁石型同期電動機２
の回転子の位置θｅを推定できる理由を説明する。γ−
δ座標上での永久磁石型同期電動機２の電圧方程式は、
次式（２）、（３）、（４）

【００１３】

【数２】

【００１４】で表される。Δθは小さいとして ｃｏｓΔθ＝ｃｏｓ（２・Δθ）＝１、 ｓｉｎΔθ＝Δθ、ｓｉｎ（２・Δθ）＝２・Δθ を（３）式に代入してΔθを導出すると（１）式が得ら
れる。

【００１５】比例積分増幅器８により、永久磁石型同期
電動機２の回転子の位置θより推定された位置θｅが小
さい場合、つまり位置誤差Δθが正の場合はΔθを比例
積分増幅することで推定された位置Δθを増加させ、位
置誤差Δθを０にすることが出来る。逆の場合も同様で
あり、位置誤差Δθが０、つまり永久磁石型同期電動機
２の回転子の位置θと推定された位置θｅとを等しくす
ることが出来る。

【００１６】以下は高周波電流重畳器９によりγ軸電流
ｉγに高周波電流を重畳する理由を説明する。ｉγが一
定で、ω又はｉδが０の場合、（１）式の分母が０とな
り、位置誤差演算が不可能となる。そこで、（１）式の
分母が０とならないように、ｉγを常に変化させるため
高周波電流を重畳している。

【００１７】なお、電圧成分変換器６の入力である入力
電圧ｖの変わりに推定入力電圧としても問題がない。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
置検出器を用いずに永久磁石型同期電動機の位置制御が
可能となり、さらにスペースの縮小や信頼性を向上させ
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を表したブロック図である。

【図２】従来の技術による永久磁石型同期電動機の位置
制御を行うブロック図である。

【符号の説明】

１ 位置検出器 ２ 永久磁石型同期電動機 ３ 電力変換器 ４ 位置制御器 ５ 電流成分変換器 ６ 電圧成分変換器 ７ 位置誤差演算器 ８ 比例積分増幅器 ９ 高周波電流重畳器 １０ 位置推定器 １１ 速度推定器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石型同期電動機の回転子の位置を
   少なくとも前記永久磁石型同期電動機に流れる電流を用
   いて推定する位置推定器と、該位置推定器の出力を指令
   位置通りに追従させる位置制御器とからなることを特徴
   とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
2. 【請求項２】 前記位置推定器は、電流成分変換器と電
   圧成分変換器と位置誤差演算器と比例積分増幅器と高周
   波電流重畳器と速度推定器とから構成され、永久磁石型
   同期電動機の電機子電流と入力電圧とを入力し、永久磁
   石型同期電動機の電機子電流に高周波電流を重畳するよ
   うな制御信号を電力変換器に出力し、永久磁石型同期電
   動機の回転子の推定された位置を位置制御器に出力する
   よう構成した請求項１記載の永久磁石型同期電動機の制
   御装置。