JP3443088B2 - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

同期電動機の制御装置

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JP3443088B2
JP3443088B2 JP2000346200A JP2000346200A JP3443088B2 JP 3443088 B2 JP3443088 B2 JP 3443088B2 JP 2000346200 A JP2000346200 A JP 2000346200A JP 2000346200 A JP2000346200 A JP 2000346200A JP 3443088 B2 JP3443088 B2 JP 3443088B2
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torque
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、同期電動機を制御
する技術に関するもので、同期電動機の位置情報の異常
を検知する同期電動機の制御装置である。
【0002】
【従来の技術】同期電動機として永久磁石同期電動機を
用いた場合を例に、従来の技術におけるトルク制御のブ
ロック線図を図7に示し以下に説明する。図7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。位置検出器3は永久磁石同期電動機2の回転子の
永久磁石の位置θを検出する。回転座標変換器5は、検
出された永久磁石同期電動機2の入力電流iu、iv、
iwを入力して回転子の永久磁石の位置θで回転するd
−q座標成分であるid、iqを求める。電流指令生成
器20はトルク指令T*を入力し、永久磁石同期電動機
2がトルク指令通りのトルクを出力するようなd−q座
標の各成分電流指令id*、iq*を求めて出力する。
加減算器21で各成分電流の誤差を求めて、電流制御器
4において各成分電流id、iqがそれらの指令id
*、iq*に追従するような制御信号を電力変換器1に
出力する。
【0003】図8は位置検出器3を用いない方法であ
り、位置推定器6において検出された電流や検出または
推定された電圧から回転子の永久磁石の位置θを推定し
て出力する。図8の他の部分は、図7と同一なので説明
を省略する。
【0004】以上のように図7や図8に示されるよう
に、永久磁石同期電動機の場合では、回転子の永久磁石
の位置θの情報を用いてトルク制御が行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7の
ように位置検出器3を用いている場合は、位置検出器3
の取り付けミスや位置検出器3の行先接続誤配線などに
よってその出力の位置θが間違った値となる可能性があ
る。このような場合、永久磁石同期電動機2の出力トル
クがトルク指令T*通りとならなくなり、永久磁石同期
電動機2の回転速度が所定の値になるようにトルク指令
を生成する構成の速度制御の場合では、永久磁石同期電
動機2が暴走する可能性もあり、非常に危険である。
【0006】また図8のように位置推定器6の出力の位
置θを用いてトルク制御を行っている場合でも、急加減
速した場合や急に大きな負荷トルクがかかった場合に位
置推定器6において、位置θの推定が時間的に遅れて位
置θの推定を誤る可能性があり、その場合においても上
記のようにトルク制御ができなくなり、速度制御も不可
能となる危険性がある。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、取り付けミ
スや位置検出器出力の誤配線があっても、また位置θの
推定を誤っていてもいち早く暴走などの危険状態を回避
することができる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】上記課題を解決するため
に本発明では、 1.請求項1において、同期電動機の回転子の位置を検
出する位置検出器の情報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を制御する同期電動機の制御装
置において、前記位置検出器の出力と前記同期電動機の
入力電流とから前記同期電動機の磁束ベクトルを演算す
る磁束演算器と、前記同期電動機の入力電流と入力電圧
に基づいて前記同期電動機の磁束ベクトルを演算する実
磁束演算器と、前記磁束演算器出力の磁束ベクトルと前
記実磁束演算器出力の磁束ベクトルとの位相差が所定値
を越えた場合に位置検出器の故障を知らせる位置検出器
故障検知器とを具備するものである。
【0008】2.請求項2において、位置検出器を用い
ずに同期電動機の回転子の位置を推定する位置推定器の
情報に基づいて前記同期電動機に電力を供給する電力変
換器を制御する同期電動機の制御装置において、前記位
置推定器の出力と前記同期電動機の入力電流とから演算
された前記同期電動機の出力トルク又は該出力トルクの
代わりに用いるトルク指令と、前記同期電動機の回転速
度との積により前記同期電動機の出力を求める出力演算
器と、前記同期電動機の入力電流と入力電圧に基づいて
前記同期電動機の出力を演算する実出力演算器と、前記
出力演算器の出力と前記実出力演算器の出力との差が所
定値を越えた場合に前記位置推定器の出力を所定値だけ
修正する位置修正器とを具備するものである。
【0009】3.請求項3において、位置検出器を用い
ずに同期電動機の回転子の位置を推定する位置推定器の
情報に基づいて前記同期電動機に電力を供給する電力変
換器を制御する同期電動機の制御装置において、前記位
置推定器の出力と前記同期電動機の入力電流から前記同
期電動機の出力トルクを演算するトルク演算器と、前記
同期電動機の入力電流と入力電圧に基づいて前記同期電
動機の出力トルクをを演算する実トルク演算器と、前記
トルク演算器の出力又は前記トルク演算器の出力の代わ
りに用いるトルク指令と、前記実トルク演算器の出力と
の差が所定値を越えた場合に前記位置推定器の出力を所
定値だけ修正する位置修正器とを具備するものである。
【0010】4.請求項4において、位置検出器を用い
ずに同期電動機の回転子の位置を推定する位置推定器の
情報に基づいて前記同期電動機に電力を供給する電力変
換器を制御する同期電動機の制御装置において、前記位
置推定器の出力と前記同期電動機の入力電流とから前記
同期電動機の磁束ベクトルを演算する磁束演算器と、前
記同期電動機の入力電流と入力電圧に基づいて前記同期
電動機の磁束ベクトルを演算する実磁束演算器と、前記
磁束演算器出力の磁束ベクトルと前記実磁束演算器出力
の磁束ベクトルとの位相差が所定値を越えた場合に前記
位置推定器の出力を所定値だけ修正する位置修正器とを
具備するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】従来の技術で説明した場合と同様
に同期電動機として永久磁石同期電動機を用いた場合で
の本発明の実施例であり、従来技術の図7に対する本発
明の実施例を図1に、従来技術の図8に対する本発明の
実施例を図2から図6に示す。以下において、これらの
図に基づいて実施例を説明するが、従来の技術と同一部
分は説明を省略する。すなわち、図1は請求項1記載の
一実施例を示すブロック図、図2、3は請求項2記載の
一実施例を示すブロック図、図4、5は請求項3記載の
一実施例を示すブロック図、図6は請求項4記載の一実
施例を示すブロック図である。
【0012】図1において、磁束演算器14は入力電流
と位置θより永久磁石同期電動機2の一次鎖交磁束ベク
トル演算しfcとして出力する。実磁束演算器15は、
入力電圧から永久磁石同期電動機2の巻線抵抗による電
圧降下分を引いたものを時間積分することで永久磁石同
期電動機2の一次鎖交磁束ベクトルを求めfrとして出
力する。frは位置θに依存しないが、fcは位置θに
依存する。よって位置検出器3の故障で、frとfcと
の位相差が生じる。従って位置検出器故障検知器16に
おいて、その位相差が所定値を越えているかどうかで位
置検出器3が故障であるかどうかを判断でき、それを表
す信号Sfが出力できる。
【0013】図2において、トルク演算器7は、入力電
流と位置推定器6出 力の位置θより永久磁石同期電動
機2の出力トルクを演算する。よって位置θが間違って
いるとトルク演算器7の出力も間違った値となる。出力
演算器8は、トルク演算器7出力のトルクTcと 速度
検出器出力の回転子の回転角周波数ωとの積により永久
磁石 同期電動機2の出力電力を求め、Pcとして出力
する。実出力演算器9は、入力電流と入力電圧から入力
電力を求め、それから永久磁石同期電動機2の内部で消
費される損失分を引くことによって永久磁石同期電動機
2の出力電力を求め、Prとして出力する。位置修正器
30は、出力演算器8出力Pcと実出力演算器9出力P
rとを入力し、PcとPrの差が所定値を越えた場合に
位置推定器6の出力である位置θを修正する信号Spを
出力する。位置推定器6はSpを入力すると出力の位置
θを所定角度だけ修正する。永久磁石同期電動機の場合
における位置推定器6では、正しい位置θrと推定位置
θとの差Δθが−90度から+90度までの範囲なら
ば、位置推定器6自身によりΔθを0に収束させること
はできるが、Δθが+90度から+180度または−1
80度から−90度の範囲の場合はΔθは180度に収
束してしまうのが一般である。つまり位置推定器6の出
力の推定位置は、180度の誤差がある場合があるわけ
である。位置修正器30は、そのような場合に入力のP
cとPrの差が所定値を越えるので位置修正信号Spを
出力し、位置推定器6はSpが入力されると出力の位置
θを180度だけ修正することになる。このようにする
ことによって、位置推定器6の位置θの誤差Δθを0に
することができる。
【0014】図3は、図2の出力演算器8の入力である
トルク演算器7の出力Tcの代わりにトルク指令T*を
用いるような構成にしたものである。位置推定器6の位
置θの誤差で、永久磁石同期電動機2の出力トルクがト
ルク指令T*通りのトルクとならなくなるので、図3の
PcとPrは一致しなくなり、図2の場合と同様に、位
置修正器30により位置修正信号Spが出力され、位置
推定器6はSpを入力すると出力の位置θを所定角度だ
け修正する。
【0015】図4において、実トルク演算器12は、入
力電流と入力電圧から永久磁石同期電動機2の出力トル
クを演算する。この演算には位置θの情報を用いていな
いので、位置θが誤った値でも実トルク演算器12出力
のTrは正確な値となる。上述したようにトルク演算器
7の出力Tcは、位置θの情報を用いているので位置θ
が誤った値の場合は、永久磁石同期電動機2の出力トル
クと一致しなくなる。よって位置修正器31において、
TcとTrの差が所定値を越えている場合は、位置修正
信号Spが出力され、位置推定器6はSpを入力すると
出力の位置θを所定角度だけ修正する。
【0016】図5は、図4の位置修正器31の入力であ
るトルク演算器7の出力Tcの代わりにトルク指令T*
を用いるような構成にしたものである。位置推定器6出
力の位置θの誤差で、永久磁石同期電動機2の出力トル
クがトルク指令T*通りのトルクとならなくなるので、
図5のT*とTrは一致しなくなり、図4の場合と同様
に、位置修正器31により位置修正信号Spが出力さ
れ、位置推定器6はSpを入力すると出力の位置θを所
定角度だけ修正する。
【0017】図6において、磁束演算器14は入力電流
と位置θより永久磁石同期電動機2の一次鎖交磁束ベク
トル演算しfcとして出力する。実磁束演算器15は、
入力電圧から永久磁石同期電動機2の巻線抵抗による電
圧降下分を引いたものを時間積分することで永久磁石同
期電動機2の一次鎖交磁束ベクトルを求めfrとして出
力する。frは位置θに依存しないが、fcは位置θに
依存する。よって位置推定器6出力の位置θの誤差で、
frとfcとの位相差が生じる。従って位置修正器32
において、その位相差が所定値を越えている場合に位置
修正信号Spが出力され、位置推定器6はSpを入力す
ると出力の位置θを所定角度だけ修正する。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
置検出器を用いたシステムでは、本発明により早く位置
検出器の故障を検知できることから、故障検知後に運転
停止などの処置を行うことで、暴走などの危険状態を早
急に避けることができるようになる。また位置検出器を
用いないシステムでは、位置推定誤差を早く検知して位
置推定を修正できるので、すぐに正常な運転状態に戻す
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1記載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2記載の第1の実施例を表すブ
ロック線図である。
【図3】本発明の請求項2記載の第2の実施例を表すブ
ロック線図である。
【図4】本発明の請求項3記載の第1の実施例を表すブ
ロック線図である。
【図5】本発明の請求項3記載の第2の実施例を表すブ
ロック線図である。
【図6】本発明の請求項4記載の実施例を表すブロック
線図である。
【図7】第1番目の従来技術を表すブロック線図であ
る。
【図8】第2番目の従来技術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・・・位置検出器 4・・・電流制御器 5・・・回転座標変換器 6・・・位置推定器 7・・・トルク演算器 8・・・出力演算器 9・・・実出力演算器 11・・速度検出器 12・・実トルク演算器 14・・磁束演算器 15・・実磁束演算器 16・・位置検出器故障検知器 20・・電流指令生成器 21・・加減算器 30・・位置修正器 31・・位置修正器 32・・位置修正器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02P 6/00 - 6/24 H02P 5/00 H02M 7/42 - 7/98

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同期電動機の回転子の位置を検出する位
    置検出器の情報に基づいて前記同期電動機に電力を供給
    する電力変換器を制御する同期電動機の制御装置におい
    て、 前記位置検出器の出力と前記同期電動機の入力電流とか
    ら前記同期電動機の磁束ベクトルを演算する磁束演算器
    と、 前記同期電動機の入力電流と入力電圧に基づいて前記同
    期電動機の磁束ベクトルを演算する実磁束演算器と、 前記磁束演算器出力の磁束ベクトルと前記実磁束演算器
    出力の磁束ベクトルとの位相差が所定値を越えた場合に
    位置検出器の故障を知らせる位置検出器故障検知器とを
    具備する同期電動機の制御装置。
  2. 【請求項2】 位置検出器を用いずに同期電動機の回転
    子の位置を推定する位置推定器の情報に基づいて前記同
    期電動機に電力を供給する電力変換器を制御する同期電
    動機の制御装置において、 前記位置推定器の出力と前記同期電動機の入力電流とか
    ら演算された前記同期電動機の出力トルク又は該出力ト
    ルクの代わりに用いるトルク指令と、前記同期電動機の
    回転速度との積により前記同期電動機の出力を求める出
    力演算器と、 前記同期電動機の入力電流と入力電圧に基づいて前記同
    期電動機の出力を演算する実出力演算器と、 前記出力演算器の出力と前記実出力演算器の出力との差
    が所定値を越えた場合に前記位置推定器の出力を所定値
    だけ修正する位置修正器とを具備する同期電動機の制御
    装置。
  3. 【請求項3】 位置検出器を用いずに同期電動機の回転
    子の位置を推定する位置推定器の情報に基づいて前記同
    期電動機に電力を供給する電力変換器を制御する同期電
    動機の制御装置において、 前記位置推定器の出力と前記同期電動機の入力電流から
    前記同期電動機の出力トルクを演算するトルク演算器
    と、 前記同期電動機の入力電流と入力電圧に基づいて前記同
    期電動機の出力トルクを演算する実トルク演算器と、 前記トルク演算器の出力又は前記トルク演算器の出力の
    代わりに用いるトルク指令と、前記実トルク演算器の出
    力との差が所定値を越えた場合に前記位置推定器の出力
    を所定値だけ修正する位置修正器とを具備する同期電動
    機の制御装置。
  4. 【請求項4】 位置検出器を用いずに同期電動機の回転
    子の位置を推定する位置推定器の情報に基づいて前記同
    期電動機に電力を供給する電力変換器を制御する同期電
    動機の制御装置において、 前記位置推定器の出力と前記同期電動機の入力電流とか
    ら前記同期電動機の磁束ベクトルを演算する磁束演算器
    と、 前記同期電動機の入力電流と入力電圧に基づいて前記同
    期電動機の磁束ベクトルを演算する実磁束演算器と、 前記磁束演算器出力の磁束ベクトルと前記実磁束演算器
    出力の磁束ベクトルとの位相差が所定値を越えた場合に
    前記位置推定器の出力を所定値だけ修正する位置修正器
    とを具備する同期電動機の制御装置。
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WO2014181438A1 (ja) * 2013-05-09 2014-11-13 株式会社安川電機 モータ駆動システム、モータ駆動装置、多軸モータ駆動システム及び多軸モータ駆動装置

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