JP2011239563A - Motor control apparatus and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動機の回転を制御すると共に、電動機に搭載される磁極位置センサの補正及び故障診断を行う制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls rotation of an electric motor and performs correction and failure diagnosis of a magnetic pole position sensor mounted on the electric motor.
電動機の磁極位置センサは電動機の組み立て時に、取り付け角度誤差が生じないよう、できる限り精度よく電動機に取り付けられる。しかし実際には、取り付け角度誤差をゼロとすることはできず、磁極位置センサの取り付け角度のばらつきによって初期位置ずれが生じてしまい、制御装置による電動機の高精度及び高効率な運転を困難にしている。 The magnetic pole position sensor of the electric motor is attached to the electric motor as accurately as possible so that an attachment angle error does not occur when the electric motor is assembled. However, in reality, the mounting angle error cannot be made zero, and the initial position shift occurs due to variations in the mounting angle of the magnetic pole position sensor, making it difficult to operate the motor with high accuracy and high efficiency by the control device. Yes.
電動機の高精度及び高効率な運転の実現のためには、磁極位置センサの初期位置補正が必要である。その補正手段は例えば、磁極位置センサと、それを回転子に取り付けた電動機と、前記電動機を外部から回転させる装置と、前記電動機の誘起電圧を検出する装置と、インバータへの補正値書き込み装置とからなる。前記電動機を外部から回転させる装置によって回転子を回転させ、前記電動機の誘起電圧を検出する装置によって誘起電圧を測定し、前記誘起電圧の位相から推定した磁極位置情報と磁極位置センサ及び磁極位置検出器の磁極位置情報の差分から初期位置ずれを検出し、インバータへの補正値書き込み装置によってインバータに補正値の保存を行うことで、磁極位置センサの初期位置ずれを補正していた。 In order to realize high-precision and high-efficiency operation of the electric motor, it is necessary to correct the initial position of the magnetic pole position sensor. The correction means includes, for example, a magnetic pole position sensor, an electric motor attached to the rotor, a device that rotates the electric motor from the outside, a device that detects an induced voltage of the electric motor, and a correction value writing device to the inverter. Consists of. The rotor is rotated by a device that rotates the motor from the outside, the induced voltage is measured by a device that detects the induced voltage of the motor, and the magnetic pole position information, the magnetic pole position sensor, and the magnetic pole position detection estimated from the phase of the induced voltage The initial position deviation of the magnetic pole position sensor is corrected by detecting the initial position deviation from the difference in the magnetic pole position information of the detector and storing the correction value in the inverter by the correction value writing device to the inverter.
上記したように、磁極位置センサは取り付け時の初期位置ずれが存在し、それは電動機の高精度な制御を困難にすると共に、電動機に印加する電圧または供給する電流の位相誤差が生じることによる効率の低下を招く。また、上記の磁極位置センサ補正方法は上記したような専用の装置を必要とし、更に作業工程数が増加してしまう。そして、電動機とインバータを1対1で管理しなければならなく、電動機またはインバータを交換する時には、上記の補正を再度行わなければならない。 As described above, the magnetic pole position sensor has an initial position deviation at the time of installation, which makes it difficult to control the motor with high accuracy and increases the efficiency due to the phase error of the voltage applied to the motor or the supplied current. Incurs a decline. The magnetic pole position sensor correction method requires a dedicated device as described above, and further increases the number of work steps. Then, the motor and the inverter must be managed on a one-to-one basis, and when the motor or the inverter is replaced, the above correction must be performed again.
従って本発明の目的は、電動機を駆動するインバータを用いて自動で磁極位置センサ信号の補正を行う方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of automatically correcting a magnetic pole position sensor signal using an inverter that drives an electric motor.
本発明の一実施例に係る電動機制御装置は、回転子に電気的突極性を有する電動機に、前記回転子の磁極位置検出用の高周波電圧または電流を供給して、前記電動機の応答電流または電圧を測定することで、前記電動機の回転子磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、前記電動機の磁極位置を検出する磁極位置センサと、前記磁極位置センサの出力信号から磁極位置を求める磁極位置検出手段と、前記磁極位置推定手段からの前記磁極位置推定値と、前記磁極位置検出手段により求められた磁極位置との差分を求め、この差分を補正値として提供する初期位置補正手段と、前記補正手段から提供される補正値を用いて、前記磁極位置検出手段から得られる磁極位置信号を補正し、補正された磁極位置に基づいて前記電動機を駆動制御するインバータとを具備する。 An electric motor control device according to an embodiment of the present invention supplies a high-frequency voltage or current for detecting the magnetic pole position of the rotor to an electric motor having electrical saliency on the rotor, and the response current or voltage of the electric motor Magnetic pole position estimation means for estimating the rotor magnetic pole position of the electric motor, a magnetic pole position sensor for detecting the magnetic pole position of the electric motor, and magnetic pole position detection for obtaining the magnetic pole position from the output signal of the magnetic pole position sensor An initial position correcting means for obtaining a difference between the magnetic pole position estimated value from the magnetic pole position estimating means and the magnetic pole position obtained by the magnetic pole position detecting means, and providing the difference as a correction value; The correction value provided by the means is used to correct the magnetic pole position signal obtained from the magnetic pole position detection means, and the motor is driven and controlled based on the corrected magnetic pole position. ; And a converter.
電動機は回転子に電気的突極性を有することで、電動機の回転中において、固定子巻線と回転子を含む磁極回路の磁極抵抗に変化が生じる。これは電動機の回転子の磁極位置によって固定子巻線のインダクタンス値が変化することを意味する。本発明では、例えば装置の起動時に、回転子に電気的突極性を有する電動機のインダクタンス特性を利用して、回転子位置検出用の高周波信号を電動機に印加すると共に、検出した応答電流から回転子位置を推定する。この回転子推定位置に基づいて、位置センサ3を用いて検出した磁極位置を補正する。制御部は、この補正された磁極位置に基づいてインバータを制御する。
Since the electric motor has electric saliency in the rotor, a change occurs in the magnetic pole resistance of the magnetic pole circuit including the stator winding and the rotor during the rotation of the electric motor. This means that the inductance value of the stator winding varies depending on the magnetic pole position of the rotor of the electric motor. In the present invention, for example, at the time of starting up the apparatus, a high-frequency signal for detecting the rotor position is applied to the motor using the inductance characteristics of the motor having electrical saliency in the rotor, and the rotor is detected from the detected response current. Estimate the position. Based on the estimated rotor position, the magnetic pole position detected by using the
これにより、外部から電動機を回転させる装置と、誘起電圧を測定する装置と、インバータへの補正値書き込み装置とを必要とせず、電動機を高精度かつ高効率に駆動することができる。 Thus, the motor can be driven with high accuracy and high efficiency without requiring a device for rotating the motor from the outside, a device for measuring the induced voltage, and a correction value writing device for the inverter.
電動機を駆動するインバータを用いて自動で磁極位置センサ信号の補正を行うことが可能となる。 It is possible to automatically correct the magnetic pole position sensor signal using an inverter that drives the electric motor.
以下、本発明に係る電動機制御装置の実施例について、図面を参照して説明する。 Embodiments of an electric motor control device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明が適用される電動機制御装置の構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electric motor control apparatus to which the present invention is applied.
インバータ6はインバータ制御部6aを含み、制御部6aは制御指令(加減速指令または速度指令)等の入力信号に基づいてインバータ6のゲート信号を生成し、インバータ6を制御する。インバータ6は制御部6aの制御の下に、電源9の入力直流電圧を所望の大きさ及び周波数の3相電圧に変換し、電動機1を駆動する。
The inverter 6 includes an inverter control unit 6a. The control unit 6a generates a gate signal of the inverter 6 based on an input signal such as a control command (acceleration / deceleration command or speed command) and controls the inverter 6. Under the control of the control unit 6a, the inverter 6 converts the input DC voltage of the
電動機1は回転子に電気的突極性を有する電動機であって、例えば永久磁石を回転子に用いた永久磁石同期電動機である。回転子に電気的突極性を有する電動機とは、所定電圧ベクトルを印加した時に、回転子の回転位置によってインダクタンスが異なる電動機を示す。 The electric motor 1 is an electric motor having electrical saliency on a rotor, and is a permanent magnet synchronous motor using, for example, a permanent magnet as a rotor. The electric motor having electric saliency on the rotor means an electric motor having different inductance depending on the rotational position of the rotor when a predetermined voltage vector is applied.
電動機1には磁極位置センサ3が取り付けられている。磁極位置検出器4は磁極位置センサ3の出力信号を基に、磁極位置信号を生成する。磁極位置センサ3としては、ホールセンサ、レゾルバ又はエンコード方式等のセンサが使用される。磁極位置検出器4から出力される磁極位置信号は、例えば回転子の所定回転角毎に出力される角度パルス及び回転子の磁極位置を示す磁極位置パルスを含む。
A magnetic
磁極位置推定器2は磁極位置(回転子角度位置)を推定する。この磁極位置は、インバータから電動機への印加電圧または供給電流に磁極位置検出用の高周波成分を重畳し、電動機の応答電流または電圧を検出して分析することにより推定できる。磁極位置推定器2は、インバータ6を介して電動機1に高周波の電圧または電流を供給し、電動機1の回転子の電気的突極性つまり回転子の磁極位置に応じた固定子巻線のインダクタンス値の変化を、電流または電圧から測定することで磁極位置を推定する。
The magnetic
初期位置補正器5は磁極位置推定器2の位置推定値と、磁極位置検出器4からの磁極位置との差分を、磁極位置センサ3の初期位置ずれの補正値としてインバータ6に提供する。インバータ6の制御部6aは、この補正値を補正値格納部8に格納すると共に、補正値を用いて磁極位置検出器4からの磁極位置信号を補正する。制御部6aは、この補正した磁極位置信号を基に、電動機1に供給する交流の位相を決定し、電動機1の高精度及び高効率な運転を実現する。
The initial position corrector 5 provides the inverter 6 with the difference between the position estimated value of the magnetic
図2は本発明を適用した電動機制御装置の第1実施例の動作を示すフローチャートである。この動作は例えば装置の工場出荷前に行われる。 FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the first embodiment of the motor control apparatus to which the present invention is applied. This operation is performed before the device is shipped from the factory, for example.
先ずインバータ起動時、すなわち本装置のメインスイッチがオンされ、インバータ6に電源が供給されると、制御部6aは磁極位置センサ3の初期位置設定要求があるか判断する(ステップS101)。磁極位置センサ3の初期位置設定要求がある場合、磁極位置推定器2はインバータ6から電動機1に位置測定用の高周波電圧または電流を印加する(ステップS102)。また磁極位置推定器2は、この時の電動機の応答電流及び電圧を検出し、この電圧及び電流の関係と回転子の電気的突極性から磁極位置の推定を行い、磁極位置推定値を磁極位置の真値として初期位置補正器5に出力する(ステップS103)。
First, when the inverter is activated, that is, when the main switch of the apparatus is turned on and power is supplied to the inverter 6, the control unit 6a determines whether there is a request for initial position setting of the magnetic pole position sensor 3 (step S101). When there is an initial position setting request for the magnetic
初期位置補正器5は、この磁極位置推定値と磁極位置検出器4から供給される磁極位置信号との差分(初期位置ずれ)を演算し、この差分を補正値としてインバータ6に提供する(ステップS104)。インバータ6の制御部6aはこの補正値を補正値格納部8に保存し(ステップS105)、初期設定を完了する(ステップS106)。
The initial position corrector 5 calculates a difference (initial position deviation) between the magnetic pole position estimation value and the magnetic pole position signal supplied from the magnetic
ステップS101において、磁極位置センサの初期位置設定要求がない場合、または初期位置設定が完了している場合、制御部6aは補正値格納部8から磁極位置補正値を読み出し(ステップS107)、この補正値を用いて磁極位置検出器4から提供される磁極位置を補正する(ステップS108)。また制御部6aは、この補正した磁極位置を基に電動機1をインバータ6を介して制御する。この結果、電動機1の高精度及び高効率な運転が可能となる。
In step S101, when there is no request for initial position setting of the magnetic pole position sensor, or when the initial position setting has been completed, the control unit 6a reads out the magnetic pole position correction value from the correction value storage unit 8 (step S107). The magnetic pole position provided from the magnetic
図3は本発明を適用した電動機制御装置の第2実施例の動作を示すフローチャートである。この第2実施例は、磁極位置推定を複数回行い、その平均値を磁極位置推定値として採用する。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the second embodiment of the motor control apparatus to which the present invention is applied. In the second embodiment, the magnetic pole position is estimated a plurality of times, and the average value is adopted as the magnetic pole position estimated value.
上記第1実施例と同様に、磁極位置センサ3の初期位置設定要求がある場合、磁極位置推定器2はインバータを介して電動機に位置測定用の高周波電圧または電流を印加し、磁極位置の推定を行う(S201〜203)。ここで磁極位置推定器2は、磁極位置推定を複数回行う。すなわち磁極位置推定器2は、現在の推定回数nが設定回数N以上か判断し(204)、設定回数Nに達していなければ、磁極位置推定をN回まで繰り返し行う(S202〜204)。このように本実施例では、予め設定した回数Nだけ位置測定用の高周波電圧または電流を印加して、複数回の磁極位置推定を行う。
As in the first embodiment, when there is a request for setting the initial position of the magnetic
N回の磁極位置推定を行うと、磁極位置推定器2はN個の磁極位置推定値を平均する(S205)。推定した値を平均することで、磁極推定誤りの影響が軽減させる。次に磁極位置補正器5は上記第1実施例と同様に、磁極位置センサ3の初期位置ずれを求め補正値としてインバータ6に提供し、制御部6aは該補正値を保存し、初期設定が完了する(S206〜S208)。
When the magnetic pole position estimation is performed N times, the magnetic
磁極位置センサの初期位置設定要求がない場合、または初期位置設定が完了している場合、制御部6aは上記第1実施例のように、保存した磁極位置補正値に基づいて、磁極位置検出器からの磁極位置を補正し、補正した磁極位置信号を基に電動機1をインバータ6を介して制御する。この結果、電動機1の高精度及び高効率な運転が可能となる。 When there is no request for initial position setting of the magnetic pole position sensor, or when the initial position setting has been completed, the control unit 6a uses the magnetic pole position detector based on the stored magnetic pole position correction value as in the first embodiment. The motor 1 is controlled via the inverter 6 based on the corrected magnetic pole position signal. As a result, the motor 1 can be operated with high accuracy and high efficiency.
図4は本発明を適用した電動機制御装置の第3実施例の動作を示すフローチャートである。この第3実施例は上記第2実施例に加え、磁極位置推定値のばらつきを考慮し、予め設定したばらつき範囲から外れる推定値を除外し、残りの推定値を平均して磁極位置推定値を求める。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the third embodiment of the motor control apparatus to which the present invention is applied. In addition to the second embodiment, the third embodiment considers the variation of the magnetic pole position estimated value, excludes the estimated value that deviates from the preset variation range, and averages the remaining estimated values to obtain the magnetic pole position estimated value. Ask.
上記第2実施例と同様に、磁極位置センサ3の初期位置設定要求に従って、磁極位置推定器2は磁極位置の推定をN回行う(S201〜204)。ここで磁極位置推定器2は、予め設定したばらつき範囲から外れる推定値を除外し(S301)、残りの推定値を平均する(S205)。電動機の磁極位置推定を行う場合、位置測定用の高周波成分に応答して検出される電圧値あるいは電流値には、無視できないノイズが混入している場合がある。このような時、磁極位置推定値は大きな誤差を含むことになる。従って、予め設定したばらつき範囲から外れる推定値を除外することで、ノイズの影響を軽減する。これ以降の処理は上記第2実施例と同様である。この第3実施例によれば、電動機の更に高精度な制御及び高効率駆動が可能となる。
Similar to the second embodiment, the magnetic
図5は本発明を適用した電動機制御装置の第4実施例の動作を示すフローチャートである。この第4実施例では、電動機の通常運転中に磁極位置推定を行い、磁極位置センサの検出値との差分を求め、該差分が所定値より大きければ故障と判断する。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the fourth embodiment of the motor control apparatus to which the present invention is applied. In the fourth embodiment, the magnetic pole position is estimated during normal operation of the electric motor, the difference from the detected value of the magnetic pole position sensor is obtained, and if the difference is larger than a predetermined value, it is determined that there is a failure.
上記第1実施例と同様に、磁極位置センサの初期位置設定が行われる(S101〜S106)。初期位置設定が完了した場合または初期位置設定の要求がない場合、制御部5aは、保存した初期位置補正値を読み出し(S107)、磁極位置信号の補正を行い(S108)、電動機制御を開始する(S109)。 Similar to the first embodiment, the initial position of the magnetic pole position sensor is set (S101 to S106). When the initial position setting is completed or when there is no request for initial position setting, the control unit 5a reads the stored initial position correction value (S107), corrects the magnetic pole position signal (S108), and starts motor control. (S109).
電動機制御中において磁極位置推定器2は、インバータ6を介して高周波電圧または電流を電動機1に印加し、磁極位置の推定を行う(S401)。初期位置補正器5は、この推定値と磁極位置検出器からの磁極位置信号との差分を計算し(S402)、この差分が予め設定した値以上の時に、磁極位置センサ3あるいは磁極位置検出器4の故障と判断する(S405)。この判断に応じて制御部6aは、インバータ6の動作を停止すると共に、ユーザに故障が発生したことを通知する。この故障判断処理(ステップS401〜S404)は、例えば装置がユーザに渡った後、ユーザが装置のメインスイッチをオンする度に行われる。
During the motor control, the magnetic
このように第4実施例では、磁極位置センサ3あるいは磁極位置検出器4に故障が発生した場合、その故障を即座に検出することが可能となり、電動機の高精度な制御及び高効率駆動が確保されるとともに、装置の安全性が向上される。
As described above, in the fourth embodiment, when a failure occurs in the magnetic
次に、図1に示した電動機制御装置の構成の変形例を第5実施例として説明する。 Next, a modified example of the configuration of the motor control device shown in FIG. 1 will be described as a fifth embodiment.
図6は、電動機制御装置の構成の変形例を示すブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a modified example of the configuration of the motor control device.
初期位置補正器5は磁極位置格納部8を有している。初期位置補正器5は磁極位置推定器2から提供される磁極位置推定値と、磁極位置検出器4からの磁極位置検出値との差分を、磁極位置センサ3の初期位置ずれの補正値として格納部8に格納する。更に初期位置補正器5は、磁極位置検出器4からの磁極位置信号を、格納した補正値を用いて補正し、補正磁極位置信号をインバータ6に提供する。インバータ6の制御部6aは、この補正磁極位置信号に基づいて、インバータ6を制御する。
The initial position corrector 5 has a magnetic pole
本実施例によればインバータ6の制御部6aは、上記実施例のように磁極位置信号を補正しながら電動機を制御する必要がないので、図1の実施例に比べて制御部6aの処理負担量が軽減される。 According to the present embodiment, the control unit 6a of the inverter 6 does not need to control the motor while correcting the magnetic pole position signal as in the above embodiment, so that the processing load of the control unit 6a compared to the embodiment of FIG. The amount is reduced.
以上説明したように本発明によれば、電動機を駆動するインバータを用いて、自動で磁極位置センサ補正を行うことが可能となる。上記説明は本発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。 As described above, according to the present invention, it is possible to automatically correct the magnetic pole position sensor using the inverter that drives the electric motor. The above description is an embodiment of the present invention, and does not limit the apparatus and method of the present invention. Various modifications can be easily implemented.
1…電動機、2…磁極位置推定器、3…磁極位置センサ、4…磁極位置検出器、5…初期位置補正器、6…インバータ、9…電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric motor, 2 ... Magnetic pole position estimator, 3 ... Magnetic pole position sensor, 4 ... Magnetic pole position detector, 5 ... Initial position corrector, 6 ... Inverter, 9 ... Power supply.
Claims (6)
前記電動機の磁極位置を検出する磁極位置センサと、
前記磁極位置センサの出力信号から磁極位置を求める磁極位置検出手段と、
前記磁極位置推定手段からの前記磁極位置推定値と、前記磁極位置検出手段により求められた磁極位置との差分を求め、この差分を補正値として提供する初期位置補正手段と、
前記初期位置補正手段から提供される補正値を用いて、前記磁極位置検出手段から得られる磁極位置信号を補正し、補正された磁極位置に基づいて前記電動機を駆動制御するインバータと、
を具備することを特徴とする電動機制御装置。 A rotor magnetic pole position of the motor is measured by supplying a high frequency voltage or current for detecting the magnetic pole position of the rotor to a motor having electrical saliency on the rotor and measuring a response current or voltage of the motor. Magnetic pole position estimating means for estimating
A magnetic pole position sensor for detecting the magnetic pole position of the electric motor;
Magnetic pole position detecting means for obtaining the magnetic pole position from the output signal of the magnetic pole position sensor;
An initial position correcting means for obtaining a difference between the magnetic pole position estimated value from the magnetic pole position estimating means and the magnetic pole position obtained by the magnetic pole position detecting means, and providing the difference as a correction value;
Using the correction value provided from the initial position correcting means, correcting the magnetic pole position signal obtained from the magnetic pole position detecting means, and driving the electric motor based on the corrected magnetic pole position;
An electric motor control device comprising:
前記電動機の磁極位置を検出する磁極位置センサと、
前記磁極位置センサの出力信号から磁極位置を求める磁極位置検出手段と、
前記磁極位置推定手段からの前記磁極位置推定値と、前記磁極位置検出手段により求められた磁極位置との差分を求め、この差分を補正値として前記磁極位置を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された磁極位置に基づいて、前記電動機を駆動制御するインバータと、
を具備することを特徴とする電動機制御装置。 A rotor magnetic pole position of the motor is measured by supplying a high frequency voltage or current for detecting the magnetic pole position of the rotor to a motor having electrical saliency on the rotor and measuring a response current or voltage of the motor. Magnetic pole position estimating means for estimating
A magnetic pole position sensor for detecting the magnetic pole position of the electric motor;
Magnetic pole position detecting means for obtaining the magnetic pole position from the output signal of the magnetic pole position sensor;
A correction means for obtaining a difference between the magnetic pole position estimation value from the magnetic pole position estimation means and the magnetic pole position obtained by the magnetic pole position detection means, and correcting the magnetic pole position using the difference as a correction value;
Based on the magnetic pole position corrected by the correction means, an inverter that drives and controls the motor;
An electric motor control device comprising:
前記電動機の磁極位置を検出する磁極位置センサの磁極位置検出値と、前記磁極位置推定値との差分を補正値として提供するステップと、
前記補正値に基づいて、前記磁極位置センサからの磁極位置検出値を補正するステップと、
前記補正した磁極位置検出値に基づいて、前記電動機を駆動制御するステップと、
を具備することを特徴とする電動機制御方法。 Supplying a high frequency voltage or current for detecting the rotor magnetic pole position of the electric motor to the electric motor, measuring a response current or voltage of the electric motor, and estimating the rotor magnetic pole position based on the measured value;
Providing a difference between a magnetic pole position detection value of a magnetic pole position sensor for detecting a magnetic pole position of the electric motor and the magnetic pole position estimation value as a correction value;
Correcting the magnetic pole position detection value from the magnetic pole position sensor based on the correction value;
Driving the electric motor based on the corrected magnetic pole position detection value;
An electric motor control method comprising:
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