JP2007043769A - 同期電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷条件が変化しても磁極位置推定精度にばらつきが生じない同期電動機駆動装置を提供する。
【解決手段】電源投入後に磁極位置推定を行い、トリガ信号生成開始信号を出力する磁極位置推定器１と、トリガ信号を出力するトリガ信号生成器２と、電流位相保存トリガ出力と電流位相復元トリガ出力とを切り変えるトリガ切替器３と、トリガ入力時に電流位相保存データを出力する電流位相データ保存器４と、電流位相保存データを記憶する電流位相データ記憶器５と、トリガ入力時に電流位相保存データを電流位相復元データとして出力する電流位相データ復元器６と、磁極初期位置と電流位相復元データと同期電動機位置から電流位相データを出力する電流位相データ検出器７とを備え、トリガ信号生成器２により出力されるトリガ信号Ｔｒｇ１のタイミングで電流位相データの保存と復元を切替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期電動機のベクトル制御方法に関し、ＣＳ信号を用いずに磁極位置を推定し駆動する同期電動機駆動装置に関する。

従来、同期電動機のベクトル制御は、絶対位置検出器（レゾルバ、アブソリュートエンコーダ等）により磁極位置を検出し、磁極位置に同期した位相の正弦波電流の振幅及び位相の制御を行いながら電磁力制御を行うものである。

基本的に発生トルクが最大になる電流位相γｍａｘは、印加する電流によらず発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎを９０°ずらしたものである。この電流位相を求める方法として、発生トルクの極性に応じて電流位相γを更新していく方法がある（例えば、特許文献１参照）。

この方法は、電流位相γを変化させて、印加する電流の大きさにかかわらず発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎを加速度の極性より判定して求め、電流位相γｍｉｎと位置検出器で検出された仮の磁極位置δを用いて発生電磁力が最大となる電流位相補正量γｍａｘを決定する。
特開２００３−８８１６４号公報

しかしながら、上述した技術では、電源投入時毎に電流を印加して磁極位置推定を行う必要があり、磁極位置推定毎に磁極位置推定精度にばらつきが生じ、特に負荷条件が異なる場合に誤差が大きくなるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、一度磁極位置推定を行えば、負荷条件が変化しても磁極位置推定精度にばらつきが生じない同期電動機駆動装置を提供することを目的とする。

ＣＳ信号を用いずに推定した磁極位置に基づき印加する電流位相を決定する同期電動機の駆動方法において、磁極位置推定により得られた磁極位置に従い同期電動機を動作させ、電流位相保存トリガを検出したときの電流位相データを記憶装置に初期保存し、次回の電源投入時には、再度磁極検出を実行し、磁極位置推定により得られた磁極位置に従い同期電動機を動作させ、電流位相復元トリガを検出した時の電流位相データに初期保存しておいた電流位相データを設定するものである。
また、トリガ信号としてインクリメンタルエンコーダのＺ相信号や原点位置検出信号、上位コントローラからの外部信号入力を用いる。

本発明の同期電動機駆動装置によれば、トリガ信号のタイミングで電流位相データの保存と復元を切替えて駆動することで、一度磁極位置推定を行えば、負荷条件が変化しても磁極検出毎の電流位相誤差のばらつきをなくすことができる。

ＣＳ信号を用いずに推定した磁極位置に基づき印加する電流位相を決定する同期電動機の
駆動方法において、電源投入後に磁極位置推定により得られた磁極初期推定位置と磁極推定完了後にトリガ信号生成開始信号を出力する磁極位置推定器と、前記トリガ信号生成開始信号入力後に１回のみトリガ信号を出力するトリガ信号生成器と、前記トリガ信号と切替信号から電流位相保存トリガ出力と電流位相復元トリガ出力とを切り変えるトリガ切替器と、前記電流位相保存トリガ入力時に電流位相保存データと前記切替信号を出力する電流位相データ保存器と、前記電流位相保存データを記憶しそのまま出力する電流位相データ記憶器と、前記電流位相復元トリガ入力時に前記電流位相保存データを電流位相復元データとして出力する電流位相データ復元器と、前記磁極初期位置と前記電流位相復元データと前記同期電動器位置から電流位相データを出力する電流位相データ検出器とを備え、前記トリガ信号生成器により出力されるトリガ信号のタイミングで電流位相データの保存と復元を切替えて行う同期電動器駆動装置であり、前記トリガ信号生成器ではＺ相信号入力時にトリガ信号を出力するようにしている。

以下、本発明の同期電動機駆動装置における主要部のブロック図について説明する。

図１において、磁極検出位置推定器１は、例えば特許文献１記載の磁極位置推定方法により磁極初期位置θｅ２を推定し、推定が完了するとトリガ信号生成開始信号Ｔｒｇを出力するものである。

トリガ信号生成器２は、トリガ信号生成開始信号Ｔｒｇが入力された後、例えばＺ相信号が入力されたときにトリガ出力信号Ｔｒｇ１を出力するものである。トリガ切替器３は、トリガ出力信号Ｔｒｇ１入力時に切替信号Ｓｗにより、電流位相データ保存トリガ出力Ｔｒｇ２と、電流位相データ復元トリガ出力Ｔｒｇ３とを切替えて出力するものである。

電流位相データ保存器４は、電流位相データ保存トリガ出力Ｔｒｇ２入力時に、電流位相データθｅ１の値を電流位相データ記憶器５に保存し、次回のトリガ信号Ｔｒｇ１を電流位相データ復元トリガ出力Ｔｒｇ３として出力させるために、切替信号Ｓｗを切替えるものである。電流位相データ復元器６は、電流位相データ復元トリガ出力Ｔｒｇ３入力時に電流位相データ記憶器５から電流位相保存データθｅ３を読出し、電流位相復元データθｅ４として出力するものである。

電流位相データ検出器７は、電流位相復元データθｅ４が入力されるまでは、従来通り磁極位置推定器１で推定された磁極初期位置θｅ２と同期電動機位置θＭから現在の電流位相データθｅ１を算出しており、電流位相復元データθｅ４が入力されると、それを電流位相データθｅ１として出力し、それ以降は、電流位相復元データθｅ４と同期電動機位置θＭから電流位相データθｅ１を算出するものである。これらはすべてソフトウェアで構成される。

例えば、Ｚ相信号をトリガ信号とした場合について説明する。まず、電源投入後に磁極位置推定器１により推定された磁極初期推定位置θｅ２と同期電動機位置θＭを用いて、電流位相データθｅ１＝θｅ２＋（θＭ−θＭ’）とし、電気角周期間のサンプル数で規格化して同期電動機を駆動する。ここで、θＭ’は、１制御周期前の同期電動機位置とする。
トリガ信号生成器２は、Ｚ相信号が入力されるとトリガ出力信号Ｔｒｇ１を１回だけ出力し、その後、Ｚ相信号が入力されても電源再投入しない限りトリガ出力信号Ｔｒｇ１は出力されない。

初期状態としてトリガ切替器３は、トリガ出力信号Ｔｒｇ１入力時に電流位相データ保存トリガ出力Ｔｒｇ２が出力されるようにし、電流位相データ保存器４で、その瞬間の電
流位相データθｅ１を電流位相データ記憶器５に記憶させる。

ここまでは、一番最初に磁極位置推定を行った時のデータを記憶させる処理を行っており、電源を切るまでは磁極位置推定結果に従い、同期電動機を駆動する。

一度電源をリセットした後、まずは従来通り再度磁極推定を行いその推定結果に従い同期電動機を駆動する。このとき、Ｚ相信号が入力されると、トリガ出力信号Ｔｒｇ１を１回だけ出力する。トリガ切替器３は、既に切替信号Ｓｗにより切り替わっているため、電流位相データ復元トリガ出力Ｔｒｇ３が出力される。

電流位相データ復元器６では、電流位相データ復元トリガ出力Ｔｒｇ３が入力されると、電流位相データ記憶器５に記憶されている電流位相保存データθｅ３を、電流位相復元データ出力θｅ４として出力し、電流位相データ検出器７では、その瞬間は電流位相復元データ出力θｅ４をそのまま電流位相データθｅ１として用い、次制御周期からは磁極初期推定位置θｅ２ではなく電流位相復元データ出力θｅ４を用い、電流位相データθｅ１＝θｅ４＋（θＭ−θＭ’）とし、電気角周期間のサンプル数で規格化して同期電動機を駆動する。

従来では、このように電源をリセットした場合は、それぞれで推定された磁極位置に従い制御を行っていたが、特に負荷条件が変化した場合は、その推定精度には大きな誤差が発生し、電源を入れるたびに制御性能が変化するという問題が発生する。これに対して本発明では、一番最初に磁極推定した値をトリガ入力のタイミングで保存／復元することでトリガ検出後は常に一番最初の磁極推定の精度で制御することができ、負荷条件が変化しても同じ制御性能を実現できる。

なお、トリガ信号としてはＺ相信号以外に、原点位置検出信号や上位コントローラからの入力信号を用いてもよい。

本発明の同期電動機の駆動装置は、回転形同期電動機のみならず、トルクを推力に置き換えることで直動形同期電動機（リニアモータ）の磁極検出などにも有用である。

本発明の同期電動機駆動装置における主要部のブロック図

符号の説明

１ 磁極位置推定器
２ トリガ信号生成器
３ トリガ切替器
４ 電流位相データ保存器
５ 電流位相データ記憶器
６ 電流位相データ復元器
７ 電流位相データ検出器

Claims (4)

1. ＣＳ信号を用いずに推定した磁極位置に基づき印加する電流位相を決定する同期電動機の駆動方法において、電源投入後に磁極位置推定により得られた磁極初期推定位置と磁極推定完了後にトリガ信号生成開始信号を出力する磁極位置推定器と、前記トリガ信号生成開始信号入力後に１回のみトリガ信号を出力するトリガ信号生成器と、前記トリガ信号と切替信号から電流位相保存トリガ出力と電流位相復元トリガ出力とを切り変えるトリガ切替器と、前記電流位相保存トリガ入力時に電流位相保存データと前記切替信号を出力する電流位相データ保存器と、前記電流位相保存データを記憶しそのまま出力する電流位相データ記憶器と、前記電流位相復元トリガ入力時に前記電流位相保存データを電流位相復元データとして出力する電流位相データ復元器と、前記磁極初期位置と前記電流位相復元データと前記同期電動機位置から電流位相データを出力する電流位相データ検出器とを備え、前記トリガ信号生成器により出力されるトリガ信号のタイミングで電流位相データの保存と復元を切替えて行うことを特徴とした同期電動機駆動装置。
2. トリガ信号生成器において、位置検出器のＺ相信号入力時にトリガ信号を出力することを特徴とした請求項１に記載の同期電動機駆動装置。
3. トリガ信号生成器において、原点位置検出時にトリガ信号を出力することを特徴とした請求項１に記載の同期電動機駆動装置。
4. トリガ信号生成器において、上位コントローラからの信号入力時にトリガ信号を出力することを特徴とした請求項１に記載の同期電動機駆動装置。

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