JP2005110470A - 電動機の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ゼロに近い低速回転においても安定的に速度制御することのできる電動機の運転制御装置を提供する。
【解決手段】 電力変換部３が直流を交流に変換して電動機４に供給すると、電流検出手段８が電力変換部に対する電流入力経路にそれぞれ接続された抵抗６に発生する電圧に基づいて、電動機の巻線に流れる電流を検出し、ロータ速度推定演算手段９が電動機に供給する電圧指令値のトルク成分、励磁成分及び電流検出手段によって検出された電流に基づいて電動機の回転数を推定し、これによって波形生成手段１５が電圧指令値のトルク成分、励磁成分及びロータ速度推定演算手段によって推定された電動機の回転数に基づいて電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成するとき、励磁補正制御手段１６がロータ速度推定演算手段９で推定された電動機の回転数が所定値以下の範囲で電圧指令値の励磁成分を増大させる構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機の巻線電流を検出してＰＷＭ制御により電動機を制御する電動機の運転制御装置に関する。

この種の運転制御装置として、電動機に電圧を印加する電圧印加回路と、３本の電動機配線のうち、２本の電動機配線の電流をそれぞれ検出する２個の電流センサと、これら電圧と電流の関係に基づいてロータの電気角の推定値に含まれる誤差を逐次補正しながら、該推定値に基づいて電動機に駆動用の電圧を印加する駆動制御手段と、電動機の回転中に、所定のタイミングで回転子の極性を判定する極性判定手段とを備え、極性判定手段が、所定の判定用電圧を印加するように電圧印加回路を制御する判定用電圧印加手段と、電流センサで検出された電流の変化に基づいて極性の判定を行う判定手段とを含んでなるものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−９５２８２号公報

空気調和機の圧縮機を能力制御運転する場合、圧縮機駆動電動機を、例えば、１０ｒｐｓというような低い回転数で運転しているが、高効率化のためにさらに低速化が求められている。そうすると５ｒｐｓや３ｒｐｓという極低速で安定した運転が必要となる。また、圧縮機駆動電動機の回転方向は一方向であるため、これを逆方向に運転する必要性はなかった。しかし、空気調和機の室外機に設けられる送風機等においては、屋外の風の影響等で電動機の回転方向が逆転している場合があるため、逆転中の電動機の回転数をゼロに戻した後、正規の方向に回転させる必要がある。従って、これらの電動機は正転中の低速領域、あるいは、ゼロを含むその両側の低速領域において安定した制御が要求される。

上述した従来の運転制御装置は、電動機を駆動するに当たって、所定の回転数まで加速するので、加速のためのトルクが必要であることから電流が比較的大きい範囲で回転数を検出していたため、検出誤差は小さく、安定した制御が可能であった。

しかし、この運転制御装置を、低速で運転する空気調和機の圧縮機を駆動する電動機に適用しようとしたり、駆動していないにもかかわらず自然風により低速で回転したり、逆方向に回転したりする空気調和機の室外機の送風機を駆動する電動機に適用したりすると、低速回転時には値の小さい巻線電流からその回転数を推定しなければならないため検出精度が低下し、電動機の制御が不安定になるという問題があった。また、逆方向に回転している電動機を正規の方向に転換させる際には、必ず０を含む低回転数域を通過させなければならないため、このような不安定の制御が不可避であった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的はゼロに近い低速回転においても安定的に速度制御することのできる電動機の運転制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、電動機が逆方向に回転していても順方向に安定的に方向転換させることのできる電動機の運転制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る電動機の運転制御装置は、
直流を交流に変換して電動機に供給する電力変換部と、
電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
電動機に供給する電圧指令値のトルク成分、励磁成分及び電流検出手段によって検出された電流に基づいて電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、
電圧指令値のトルク成分、励磁成分及びロータ速度推定演算手段によって推定された電動機の回転数に基づいて電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、
ロータ速度推定演算手段で推定された電動機の回転数が所定値以下の範囲で電圧指令値の励磁成分を増大させる励磁補正制御手段と、
を備えたものである。

本発明によれば、ゼロに近い低速回転においても安定的に速度制御することができる。また、また、電動機が逆方向に回転していても順方向に安定的に方向転換させることができる。

以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電動機の運転制御装置の第１の実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図である。同図において、直流電源部１の正側及び負側の出力端子間に平滑コンデンサ２と電力変換部３とが並列に接続されている。電力変換部３は還流用のダイオードが逆並列接続された６個のスイッチング素子を３相ブリッジ接続したものでなり、正側のスイッチング素子と負側のスイッチング素子との相互接続点、すなわち、３相交流電圧の出力端に電動機４の相巻線が接続されている。また、直流電源部１の負側と電力変換部３の３相分の負側アームとの間にそれぞれ抵抗６が接続され、さらに、平滑コンデンサ２に直流電圧検出部７が並列に接続されており、抵抗６に電圧として発生する電流検出値と、直流電圧検出部７によって検出される直流の電圧検出値とに基づいて、電力変換部３を構成するスイッチング素子をオン、オフ制御するモータ制御部１０１を備えている。

次に、モータ制御部１０１の詳細な構成について説明する。このモータ制御部１０１には、外部から目標回転数ωrefが与えられると共に、抵抗６にそれぞれ発生した電圧及び直流電圧検出部７で検出された電圧の各検出値が加えられる。このうち、抵抗６にそれぞれ発生した電圧の検出値は電流検出部８に加えられる。この電流検出部８は、これらの電圧検出値と、後述する電動機のロータ推定位置θestとに基づいて、ロータ軸上の座標に換算されたトルク成分電流Ｉｑと励磁成分電流Ｉｄとを演算するものである。この電流検出部８にはロータ速度推定演算部９が接続されている。

ロータ速度推定演算部９はトルク成分電流Ｉｑ及び励磁成分電流Ｉｄと、直流電圧検出部７で検出された電圧と、後述する電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄ及びｑ軸成分Ｖｑとに基づいてロータの推定回転数ωestを演算するものである。このロータ速度推定演算部９の推定回転数ωestは積分部１０、減算器２１及び励磁補正制御部１６に加えられる。積分部１０は推定回転数ωestを積分し電動機のロータ推定位置θestとして出力するものである。減算器２１は目標回転数ωrefから推定回転数ωestを減算してＰＩ制御部１１に加えるものである。励磁補正制御部１６はロータ速度推定演算部９で推定された電動機の推定回転数ωestが所定値以下の範囲で電圧指令値の励磁成分の補正値Ｉｄref2を出力するものである。

ＰＩ制御部１１は減算器２１の出力、すなわち、目標回転数ωrefと推定回転数ωestとの差分を比例、積分することによってトルク成分電流の目標値Ｉｑrefを出力するものである。このＰＩ制御部１１から出力されるトルク成分電流の目標値Ｉｑrefは演算部１２と減算器２２とに加えられる。このうち、演算部１２はトルク成分電流の目標値Ｉｑrefを励磁成分電流の目標値Ｉｄref1に変換するものであり、減算器２２はトルク成分電流の目標値Ｉｑrefからトルク成分電流Ｉｑを減算するものである。この減算器２２の出力、すなわち、トルク成分電流の目標値Ｉｑrefとトルク成分電流Ｉｑとの差分はＰＩ制御部１３に加えられ、ここで、比例、積分演算されて電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑが出力される。演算部１２から出力される励磁成分電流の目標値Ｉｄref1は加算器２３に加えられ、ここで、電圧指令値の励磁成分の補正値Ｉｄref2と加算され、その結果が、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefとして減算器２４に加えられる。減算器２４は励磁成分電流の目標値Ｉｄrefから励磁成分電流Ｉｄを減算してＰＩ制御部１４に加えるものである。ＰＩ制御部１４は減算器２４の出力、すなわち、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefと励磁成分電流Ｉｄとの差分を比例、積分演算することによって電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑを出力するものである。

ＰＩ制御部１３から出力された電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑ及びＰＩ制御部１４から出力された電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄは前述のロータ速度推定演算部９に加えられ、さらに、波形合成部１５にも加えられる。波形合成部１５は電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑ、ｄ軸成分Ｖｄ、直流電圧検出部７の電圧信号及びロータ推定位置θestに基づいて電動機４のステータ軸上の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、さらに、この駆動電圧に対応させて電力変換部３のスイッチング素子を駆動する駆動波形信号を生成するものである。

上記のように構成された第１の実施形態の動作について以下に説明する。直流電源部１から供給された電圧が平滑コンデンサ２で平滑されて電力変換部３に供給される。電力変換部３はモータ制御部１０１によって駆動され、直流を３相交流に変換して電動機４に供給する。このとき、電力変換部３に供給される電圧が直流電圧検出部７によって検出され、電動機４の巻線電流が抵抗６を介して電流検出部８によって検出される。この電流検出部８は、ロータ推定位置θestに応じて、３相分の電流をロータ軸上の座標で表されるトルク成分電流Ｉｑと励磁成分電流Ｉｄとに変換して出力する。

このとき、モータ制御部１０１においては、目標回転数ωrefと推定回転数ωestとが減算器２１に加えられ、その差分がＰＩ制御部１１によって比例、積分演算されてトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとして出力される。このトルク成分電流の目標値Ｉｑrefは演算部１２に入力され、ここで所定の演算が行われ、励磁成分電流の目標値Ｉｄref1に変換される。また、ロータ速度推定演算部９で推定された電動機の推定回転数ωestが所定値以下の範囲で、励磁補正制御部１６が励磁成分電流の補正値Ｉｄref2を出力する。励磁成分電流の目標値Ｉｄref1とその補正値Ｉｄref2とが加算器２３で加算されて励磁成分電流の目標値Ｉｄrefとして出力される。

次に、減算器２２によってトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとトルク成分電流Ｉｑとの差分が演算され、この差分がＰＩ制御部１３で比例、積分演算されて電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑとして出力される。また、減算器２４によって励磁成分電流の目標値Ｉｄrefと励磁成分電流Ｉｄとの差分が演算され、この差分がＰＩ制御部１４で比例、積分演算されて電圧指令値のｄ軸成分Ｖｄとして出力される。そして、これらｑ軸成分Ｖｑ及びｄ軸成分Ｖｄがロータ速度推定演算部９及び波形合成部１５に加えられる。また、推定回転数ωestが積分部１０によって積分されてロータ推定位置θestとして出力され、電流検出部８及び波形合成部１５に加えられる。

波形合成部１５においては電圧指令値のｑ軸成分Ｖｑ、ｄ軸成分Ｖｄ、ロータ推定位置θest及び直流電圧Ｖｄｃに基づいて電動機４のステータ軸上の駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、さらに、この駆動電圧に対応させて電力変換部３のスイッチング素子を駆動する駆動波形信号を生成する。

ここで、上述したロータ速度推定演算部９は電動機の巻線電流から電動機の回路方程式により電動機の推定回転数ωestを演算し、積分部１０はこの推定回転数ωestを積分することによって、電動機のロータ推定位置θestとして出力する。この場合、電動機の回路方程式は次式で表される。
Ｖｄ＝（Ｒ＋ＰＬｄ）×Ｉｄ−ω×Ｌｑ×Ｉｑ …（１）
Ｖｑ＝ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋（Ｒ＋ＰＬｑ）×Ｉｑ＋ω×φ …（２）
ただし、
Ｐ ：微分演算子
Ｒ ：巻線抵抗
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
ω ：回転数
φ ：誘起電圧係数
である。

この電動機の回路方程式から、回転数ωが小さいとき（１）式の右辺第２項、（２）式の右辺第１項及び第３項の値は小さくなる。また、電動機の巻線抵抗Ｒは電動機の損失になるため、電動機効率を高くするためにできるだけ小さく設計される。また、励磁成分電流Ｉｄは電動機の駆動に直接寄与しないので、効率を向上させるために小さな値となるように制御される。一方、トルク成分電流Ｉｑは電動機のトルクを発生する電流で、電動機の回転数が低いときは電動機の負荷も小さいので小さな値となる。

電流検出部８の誤差には検出値に比例した成分（増幅回路のゲイン誤差等）と、検出値に依存しない固定分（オフセット電圧等）とがあり、電流値が小さいと固定分のために相対的な誤差が大きくなる。上述のモータ制御部１０１は電流値から回転数を推定しているので、電流値の誤差が大きくなればなるほど、回転数の誤差も大きくなる。そのため、回転数の低いところでは電動機を安定して回すことが難しかった。

つまり、電動機を起動する場合、上述したように、所定の回転数まで加速するので加速のためのトルクが必要であり、このとき電流が比較的大きいので推定した誤差は少ないが、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機のように、回転数が１０ｒｐｓ以下で運転するような場合には安定して回すことが難しかった。また、空気調和機の室外機の送風機にあっては、屋外の風によって逆回転していたものを正回転に戻すとき零回転を含む所定の範囲で低速制御することを余儀なくされ、この場合にも電動機を安定に制御することが難しかった。

この実施形態では、ロータ速度推定演算部９で推定された電動機の回転数ωestが所定値以下の範囲で、励磁補正制御部１６が励磁成分電流の補正値Ｉｄref2を出力して電圧指令値の励磁成分Ｖｄを増大させることによって、零回転を含む正、逆両方の低速回転数で安定に制御することができる。

図２は励磁補正制御部１６によって励磁成分電流の目標値Ｉｄrefの状態をロータ速度推定演算部９の電動機の推定回転数ωest及びトルク成分電流の目標値Ｉｑrefと関係付けて表したタイムチャートである。これは、屋外の風の影響で逆方向に回っている送風機の回転方向を反転して正規の方向にする場合、ロータ速度推定演算部９からの推定回転数ωestが励磁補正制御部１６に入力され、励磁補正制御部１６では逆方向のある回転数（低速の所定範囲の下限に相当する、例えば、−１００ｒｐｍ）に到達したときに励磁電流を、例えば、１．５Ａだけ強めるための補正値Ｉｄref2を発生し、正方向のある回転数（例えば、＋８０ｒｐｍ）に到達したときに励磁電流を強めるための補正値Ｉｄref2を０にするように制御している。これにより、逆転している電動機の回転数が低くなり、推定回転数ωestが低くなって推定回転数の精度が落ちて制御が不安定になる回転数（例えば−６０ｒｐｍ）に到達する前に、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefを増やすことができるため、推定回転数ωestの精度を確保することができ、制御が不安定になることを防止することができる。また、推定回転数ωestの精度が確保され、安定して制御できる回転数（低速の所定範囲の上限に相当する、例えば、８０ｒｐｍ）に到達した後、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefを少なくしているので、励磁成分電流Ｉｄによる損失の増加を抑えて効率の良い運転をすることができる。ただし、圧縮機を駆動する電動機は逆転することはないので、正転方向の低速領域（例えば、０〜８０ｒｐｍ）が本発明の低速の所定範囲に対応する。

また、ロータ速度推定演算部９の出力である推定回転数ωestの精度が落ちるのはその正転中に回転数が下がり、電流の検出精度が相対的に低下することが原因であるため、回転数が低下する場合には、精度は徐々に低下し、最終的に制御が不安定となる。このため、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefを徐々に増加させることによって安定な制御が可能になる。なお、励磁成分電流の目標値Ｉｄrefを急激に変化させた場合、電動機に印加される電圧のベクトルが急激に変化するので制御が不安定になりやすいという問題がある。図２に示したように、本実施形態においては逆転中の電動機を正転させるに当たり、逆方向のある回転数（例えば、−１００ｒｐｍ）に到達したときに補正値Ｉｄref2を零からある値（例えば、１．５Ａ）まで回転数の増大応じて増やし、反対に、正方向のある回転数（例えば、＋６０ｒｐｍ）に到達したときに補正値Ｉｄref2を回転数の増大に応じて徐々に減らしてゼロにするように制御する。これによって、電動機を安定して制御することができる。

一般に、励磁成分電流Ｉｄを増やすと電動機での損失が増え、励磁成分電流Ｉｄを少なくすると電動機の効率が高められる。本実施形態においては、正方向のある回転数（例えば、＋６０ｒｐｍ）に到達したときに補正値Ｉｄref2を回転数の増大に応じて徐々に減らしてゼロにしているため電動機を効率よく制御することができる。

なお、図１及び図２を用いて説明した第１の実施形態の変形例として、トルク成分電流の目標値Ｉｑrefが大きいときに、励磁補正制御部１６の励磁成分電流の補正値Ｉｄref2が小さくなるように補正することにより、励磁成分電流Ｉｄによる損失の増加を抑え、かつ、安定して電動機を制御することができる。すなわち、トルク成分電流の目標値Ｉｑrefが大きいと、電動機の巻線電流も増えるので、励磁成分電流Ｉｄをそれほど大きくしなくても推定回転数ωestの精度を確保することができる。

なおまた、図１及び図２を用いて説明した第１の実施形態のもう１つの変形例として、励磁補正制御部１６の出力を回転数に応じて変化させる代わりに、所定の回転数に到達してからの経過時間の関数として出力しても、電動機の回転数変化が大きく変化しない場合には上述したと同様な効果が得られる。

図３は本発明に係る電動機の運転制御装置の第２の実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図である。図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は図１中の励磁補正制御部１６及び加算器２３を除去し、その代わりにロータ速度推定演算部９の出力経路に、その推定回転数ωest1がある所定範囲（例えば、−１００ｒｐｍ〜＋６０ｒｐｍ）に入った場合、低下する以前の回転数から現在の回転数を推定して推定回転数ωest2を出力するロータ速度推定制御部１７と、推定回転数ωest1がある値以下の範囲で、ロータ速度推定演算部９の推定回転数ωest1の代わりにロータ速度推定制御部１７の推定回転数ωest2を選択してこれを現在の推定回転数ωestとして積分部１０及び減算器２１に加えるように構成した点が第１の実施形態と構成を異にし、これ以外は第１の実施形態と同一に構成されている。なお、ロータ速度推定制御部１７及び速度選択部１８が本発明の回転数代替推定演算手段に対応している。

次に、第２の実施形態の動作について、特に、図１に示す第１の実施形態と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。前述した如く、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機のように回転数を１０ｒｐｓ以下で運転する場合には安定して制御することが難しかった。また、空気調和機の室外機の送風機のように、屋外の風によって逆回転していたものを正回転に戻すとき零回転を含む所定の範囲で低速制御することを余儀なくされ、この場合にも電動機を安定的に制御することが難しかった。

本実施形態は空気調和機の送風機など、電動機に接続された負荷の慣性が大きい場合、推定回転数ωestの誤差が大きくなると予測される低速域における推定回転数ωestを、この低速域に到達する前の高速域の時間変化率等に基づいて決定するもので、前述の図２に示したように逆回転中の電動機の回転速度を徐々に低くし、回転数がゼロになる状態にして、その後に順方向に回転させてその速度を増大する場合、ロータ速度推定制御部１７は逆転中の電動機の推定回転数ωest1が徐々に低下してある値（例えば、−１００ｒｐｍ）に到達するまでの推定回転数ωest1及びその時間変化率に基づいて、これ以降の時間の経過に対応して変化する回転数を演算して推定回転数ωest2として出力する。

速度選択部１８は推定回転数ωest1が負方向のある値（例えば、−１００ｒｐｍ）になるまでロータ速度推定演算部９の推定回転数ωest1を選択して推定回転数ωestとして出力し、推定回転数ωest1が負方向のある値（例えば、−１００ｒｐｍ）を過ぎてから正方向のある値（例えば、＋８０ｒｐｍ）になるまでロータ速度推定制御部１７の推定回転数ωest2を選択して推定回転数ωestとして出力し、さらに、推定回転数ωest1が正方向のある値（例えば、＋８０ｒｐｍ）になった後はロータ速度推定演算部９の推定回転数ωest1を選択して推定回転数ωestとして出力する。

これにより、逆転している電動機の回転数が低くなり、推定回転数の精度が落ちて制御が不安定になる低速域で、推定回転数ωestをより精度の高い推定回転数ωest2に切り換えるので、推定回転数ωestの精度を確保することができ、制御が不安定になることを防ぐことができる。また、電流から計算された推定回転数ωest1の精度が確保され安定して制御できる回転数に到達した後（例えば、＋８０ｒｐｍ）、ロータ速度推定演算部９による推定回転数ωest1に切り換えるので電動機を安定して制御することができる。

図４は本発明に係る電動機の運転制御装置の第３の実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図である。図中、第２の実施形態を示す図３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態はＰＩ制御部１１と減算器２２との間に、ロータ速度推定演算部９による推定回転数ωest1の誤差が大きいとき、すなわち、速度選択部１８がロータ速度推定制御部１７の推定回転数ωest2を選択しているとき、ＰＩ制御部１１から出力されていたそれ以前のトルク成分電流の目標値Ｉｑref1から現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefを推定しトルク電流成分の設定値Ｉｑref2を出力するＩｑref設定部１９と、速度選択部１８がロータ速度推定制御部１７の出力を選択した場合、ＰＩ制御部１１のトルク成分電流の目標値Ｉｑref1の代わりにＩｑref設定部１９のトルク成分電流の目標値Ｉｑref2を選択してこれを現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとして減算器２２に加えるＩｑref選択部２０とを備えた点が第２の実施形態と構成を異にし、これ以外は第２の実施形態と同一に構成されている。なお、上述したＩｑref設定部１９及びＩｑref選択部２０が本発明のトルク代替推定演算手段を構成している。

次に、第３の実施形態の動作について、特に図３に示す第２の実施形態と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。ここで、Ｉｑref設定部１９はＰＩ制御部１１から出力される現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑref1を監視し、その結果に基づいてそれ以降のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefを推定しトルク電流成分の設定値Ｉｑref2を出力する。Ｉｑref選択部２０は、速度選択部１８が、ロータ速度推定制御部１７の推定回転数ωest2を選択して推定回転数ωestとして出力している場合、ＰＩ制御部１１が出力しているトルク成分電流の目標値Ｉｑref1の代わりに、Ｉｑref設定部１９のトルク成分電流の設定値Ｉｑref2を選択してこれを現在のトルク成分電流の目標値Ｉｑrefとして減算器２２に加え、さらに、速度選択部１８がロータ速度推定演算部９の推定回転数ωest1を選択したとき、Ｉｑref設定部１９のトルク電流成分の設定値Ｉｑref2の選択を停止すると共に、ＰＩ制御部１１のトルク電流成分の目標値Ｉｑref1を選択してトルク電流成分の目標値Ｉｑrefとして出力する。図２中に示したＩｑrefは、速度選択部１８による推定回転数の選択状態に応じて、Ｉｑref設定部１９が出力するトルク成分電流の設定値Ｉｑref2がトルク電流成分の目標値Ｉｑrefとして使用される状態を示したものである。

これにより、トルク電流成分の目標値Ｉｑrefが安定し、発生トルクの変動を抑えることができるので、推定回転数ωestに推定回転数ωest2を使用した場合の精度を高め、電動機を安定して制御することができる。また、電動機の回転方向が正規の方向になるまで、できるだけ大きなトルク発生電流を設定することができるので、電動機の回転数を短時間で目標回転数ωrefに到達させることができる。

なお、図３及び図２を用いて説明した第２の実施形態の変形例として、速度選択部１８の代わりにロータ速度推定演算部９からの推定回転数ωest1と、ロータ速度推定制御部１７からの推定回転数ωest2を合成して推定するようにしても、低速域で安定した運転制御をすることができる。推定回転数ωest1及びωest2を合成する方法として、これらを一定の比率で合成する方法や、合成する比率を回転数によって変更し、低速の場合ほど推定回転数ωest2の比率を増やすようにしても良い。また、ロータ速度推定制御部１７で上限値と下限値とを速度低下する前の速度から計算し、ロータ速度推定演算部９の出力を制限、又は、補正するようにしても良い。

一方、第２の実施形態として示した図３の構成、すなわち、ロータ速度推定制御部１７及び速度選択部１８を備えた構成に対して、第１の実施形態を構成する励磁補正制御部１６を付加し、励磁電流を強める制御を同時に行うことにより、電動機の制御をより安定させ、０ｒｐｍ付近でも安定して制御することができる。

図５はこの関係を示したタイムチャートであり、逆転中の電動機を正規の方向に変更してその速度を増加させる場合、低速域に当たる−１００ｒｐｍから＋６０ｒｐｍの間、推定回転数ωestをより精度の高い推定回転数ωest2に切り換え、この切換に併せて励磁成分電流の目標値Ｉｄrefを時間的な変化を持たせて補正値Ｉｄref2だけ大きくし、正規の方向に回転して低速域を抜けるときに時間的変化を持たせて補正値Ｉｄref2をゼロにして、元の励磁成分電流の目標値Ｉｄrefに戻す制御を行う。これによって、０ｒｐｍ付近でも安定して制御することができる。

なお、これと同様に、第３の実施形態として示した図４の構成、すなわち、ロータ速度推定制御部１７及び速度選択部１８、並びに、Ｉｑref設定部１９及びＩｑref選択部２０を備えた構成に対して、第１の実施形態を構成する励磁補正制御部１６を付加し、励磁電流を強める制御を同時に行うことにより、電動機の制御をより安定させ、０ｒｐｍ付近でも安定して制御することができる。

また、上記の各実施形態では電力変換部３の各負側アームと直列に抵抗を接続して電動機の巻線に流れる電流を検出したが、この代わりに、例えば、平滑コンデンサ２と電力変換部３との間の１つの電流経路に抵抗を接続し、電力変換部３の各スイッチング素子をオン状態にするタイミングで両端電圧を測定することによって電動機の巻線に流れる電流を検出することができる。

本発明に係る電動機の運転制御装置の第１の実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図。 図１に示す第１の実施形態の動作を説明するために、励磁成分電流の目標値の状態を電動機の推定回転数及びトルク成分電流の目標値と関係付けて表したタイムチャート。 本発明に係る電動機の運転制御装置の第２の実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図。 本発明に係る電動機の運転制御装置の第３の実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図。 本発明に係る電動機の運転制御装置の各実施形態の変形例を説明するために、励磁成分電流の目標値の状態を電動機の推定回転数及びトルク成分電流の目標値と関係付けて表したタイムチャート。

符号の説明

１ 直流電源部
２ 平滑コンデンサ
３ 電力変換部
４ 電動機
６ 抵抗
７ 直流電圧検出部
８ 電流検出部
９ ロータ速度推定演算部
１０ 積分部
１１，１３，１４ ＰＩ制御部
１２ 演算部
１５ 波形合成部
１６ 励磁補正制御部
１７ ロータ速度推定制御部
１８ 速度選択部
１９ Ｉｑref設定部
２０ Ｉｑref選択部
２１，２２，２４ 減算器
２３ 加算器

Claims (5)

1. 直流を交流に変換して電動機に供給する電力変換部と、
   前記電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   電動機に供給する電圧指令値のトルク成分、励磁成分及び前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、
   前記電圧指令値のトルク成分、励磁成分及び前記ロータ速度推定演算手段によって推定された電動機の回転数に基づいて前記電力変換部を駆動するための駆動波形信号を生成する波形生成手段と、
   前記ロータ速度推定演算手段で推定された電動機の回転数が所定値以下の範囲で前記電圧指令値の励磁成分を増大させる励磁補正制御手段と、
   を備えた電動機の運転制御装置。
2. 電動機の回転方向を反転させる制御手段を備え、前記励磁補正制御手段は電動機の回転方向が反転した後で電動機の回転数が所定値を越えたとき、前記電圧指令値の励磁成分の増大制御を停止する、請求項１に記載の電動機の運転制御装置。
3. 直流を交流に変換して電動機に供給する電力変換部と、
   前記電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   電動機に供給する電圧指令値のトルク成分、励磁成分及び前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて電動機の回転数を推定するロータ速度推定演算手段と、
   前記ロータ速度推定演算手段で推定された電動機の回転数が低速の所定範囲にある場合、その回転数が所定範囲に入る以前の回転数から現在の回転数を推定して出力する回転数代替推定演算手段と、
   前記電圧指令値のトルク成分、励磁成分及び前記ロータ速度推定手段又は回転数代替推定手段で推定された電動機の回転数に基づいて前記電力変換部を駆動するための駆動信号を生成する波形生成手段と、
   を備えた電動機の運転制御装置。
4. 前記波形生成手段は、前記電動機の逆回転時に電動機を減速してその回転方向を反転させる出力が可能であり、前記電動機が所定の回転方向と逆方向に回転している時に、前記ロータ速度推定演算手段で推定された電動機の回転数が前記所定範囲外の場合、前記ロータ速度推定演算手段で推定された電動機の回転数を前記波形生成手段に供給し、前記ロータ速度推定演算手段で推定された電動機の回転数が前記所定範囲内に低下した時、前記回転数代替推定手段で推定された電動機の回転数を前記波形生成手段に供給し、電動機の回転方向が反転した後で電動機の回転数が前記所定範囲を越えた時に前記ロータ速度推定手段で推定された電動機の回転数を前記波形生成手段に供給するよう選択する速度選択手段と、を含む、請求項３に記載の電動機の運転制御装置。
5. 設定された速度指令値と電動機の回転数の推定値との偏差に基づいて前記電圧指令値のトルク成分及び励磁成分を生成するトルク演算手段と、前記電圧指令値のトルク成分を、前記電動機の回転数の推定値が前記所定範囲に入る以前のトルク成分から推定して出力するトルク代替推定演算手段と、前記速度選択手段が、前記ロータ速度推定演算手段の出力する回転数を選択しているとき、トルク代替推定手段の推定したトルク成分を選択する手段とを備えた、請求項３又は４に記載の電動機の運転制御装置。

Images