JP3480572B2 - 永久磁石同期電動機の制御装置 - Google Patents
永久磁石同期電動機の制御装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置センサの付い
ていない永久磁石同期電動機の制御装置において、永久
磁石の方向であるｄ軸を推定する技術に関するものであ
る。
ていない永久磁石同期電動機の制御装置において、永久
磁石の方向であるｄ軸を推定する技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図６は、永久磁石同期電動機のトルクを
制御するブロック図の一例である。以下、図６に基づい
て説明する。電力変換器１は入力信号Ｓに基づいて電力
を永久磁石同期電動機２に供給する。ｄ軸推定器３は、
永久磁石同期電動機２の入力電流ｉと入力電圧ｖより、
永久磁石同期電動機２の回転子の永久磁石のＮ極の方向
（以下ｄ軸）の位相をθｒとしその推定方向（以下推定
ｄ軸）の位相をθとすると、位相差Δθ＝θｒ−θの絶
対値の初期値が９０度未満の場合は前記位相差を０度に
収束させことができ、前記位相差の初期値が９０度以上
の場合は前記位相差を１８０度に収束させるような推定
ｄ軸の位相θを出力する。トルク制御器４は、推定ｄ軸
の位相θに基づいて永久磁石同期電動機２の電流を推定
ｄ軸の成分とそれと垂直方向（以下推定ｑ軸）の成分に
分けて制御する信号Ｓを電力変換器１に出力して、永久
磁石同期電動機２の出力トルクをトルク指令Ｔｒｅｆに
追従するようにする。
制御するブロック図の一例である。以下、図６に基づい
て説明する。電力変換器１は入力信号Ｓに基づいて電力
を永久磁石同期電動機２に供給する。ｄ軸推定器３は、
永久磁石同期電動機２の入力電流ｉと入力電圧ｖより、
永久磁石同期電動機２の回転子の永久磁石のＮ極の方向
（以下ｄ軸）の位相をθｒとしその推定方向（以下推定
ｄ軸）の位相をθとすると、位相差Δθ＝θｒ−θの絶
対値の初期値が９０度未満の場合は前記位相差を０度に
収束させことができ、前記位相差の初期値が９０度以上
の場合は前記位相差を１８０度に収束させるような推定
ｄ軸の位相θを出力する。トルク制御器４は、推定ｄ軸
の位相θに基づいて永久磁石同期電動機２の電流を推定
ｄ軸の成分とそれと垂直方向（以下推定ｑ軸）の成分に
分けて制御する信号Ｓを電力変換器１に出力して、永久
磁石同期電動機２の出力トルクをトルク指令Ｔｒｅｆに
追従するようにする。
【０００３】以下でｄ軸推定器３によりｄ軸位相が推定
できる原理を示す。永久磁石同期電動機の特性式は［数
１］で表される。ここで推定ｄ軸をγ軸とし、推定ｄ軸
と直交する推定ｑ軸をδ軸として表している。
できる原理を示す。永久磁石同期電動機の特性式は［数
１］で表される。ここで推定ｄ軸をγ軸とし、推定ｄ軸
と直交する推定ｑ軸をδ軸として表している。
【０００４】
【数１】
【０００５】なお、Ｌｄはｄ軸のインダクタンス、Ｌｑ
はｑ軸のインダクタンス、Ｒは巻線抵抗である。ｐは時
間微分を表し、ωは回転角周波数、φは永久磁石による
磁束である。またｉγ、ｉδはそれぞれγ軸とδ軸の成
分の電流であり、ｖγ、ｖδはそれぞれγ軸とδ軸の成
分の電圧である。（１）式の２行目に（２）、（３）、
（４）式を代入し、ｃｏｓ（２・Δθ）＝１、ｓｉｎ
（２・Δθ）＝２・Δθと近似すると［数２］に示すよ
うに
はｑ軸のインダクタンス、Ｒは巻線抵抗である。ｐは時
間微分を表し、ωは回転角周波数、φは永久磁石による
磁束である。またｉγ、ｉδはそれぞれγ軸とδ軸の成
分の電流であり、ｖγ、ｖδはそれぞれγ軸とδ軸の成
分の電圧である。（１）式の２行目に（２）、（３）、
（４）式を代入し、ｃｏｓ（２・Δθ）＝１、ｓｉｎ
（２・Δθ）＝２・Δθと近似すると［数２］に示すよ
うに
【０００６】
【数２】
【０００７】が得られる。推定ｄ軸位相θを調整して、
（５）式の位相誤差Δθが零になるようにすればｄ軸推
定器３によりｄ軸位相が推定できる。
（５）式の位相誤差Δθが零になるようにすればｄ軸推
定器３によりｄ軸位相が推定できる。
【０００８】しかし、（３）（４）（５）式に示される
ように、位相誤差Δθは２倍して用いられているため
に、これらの式では位相誤差１８０度と位相誤差０度と
の区別ができないことになる。つまり初期の位相誤差の
絶対値が９０度未満であれば（５）式で得られたΔθが
０になるようにθを調整すれば位相誤差を０度にするこ
とができるが、初期の位相誤差の絶対値が９０度を越え
ていると位相誤差は１８０度に収束することになる。こ
れでは正常なトルク制御ができないので、始動時は図７
に示されるようにまずｄ軸推定を行い、その後磁極判別
を行ってから図６に示される通常運転へ移行する。磁極
判別とは、位相誤差が１８０度か０度かを判別し、１８
０度の場合はθを１８０度修正して位相誤差を０度にす
る手段である。従来は、この磁極判別を図５に示される
ブロック図に示される手法で行っており、以下は図５に
ついて説明する。
ように、位相誤差Δθは２倍して用いられているため
に、これらの式では位相誤差１８０度と位相誤差０度と
の区別ができないことになる。つまり初期の位相誤差の
絶対値が９０度未満であれば（５）式で得られたΔθが
０になるようにθを調整すれば位相誤差を０度にするこ
とができるが、初期の位相誤差の絶対値が９０度を越え
ていると位相誤差は１８０度に収束することになる。こ
れでは正常なトルク制御ができないので、始動時は図７
に示されるようにまずｄ軸推定を行い、その後磁極判別
を行ってから図６に示される通常運転へ移行する。磁極
判別とは、位相誤差が１８０度か０度かを判別し、１８
０度の場合はθを１８０度修正して位相誤差を０度にす
る手段である。従来は、この磁極判別を図５に示される
ブロック図に示される手法で行っており、以下は図５に
ついて説明する。
【０００９】ｄ軸パルス発生器９は、ｄ軸推定器３で推
定された位相θの方向とその逆方向に交番する矩形波の
電圧を電力変換器１を介して永久磁石同期電動機２に印
加する。ｄ軸パルス磁極判別器８は、ｄ軸パルス発生器
９がθの方向に電圧を印加した最後の時点での電流の傾
きの絶対値をΔＩ１とし、θの逆方向に電圧を印加した
最後の時点での電流の傾きをΔＩ２とした時に、ΔＩ２
＞ΔＩ１の場合に位相誤差が１８０度と判断して、ｄ軸
推定器３に対してθを１８０度修正させる指令信号Ｃを
出力する。ｄ軸推定器３は信号Ｃが入力されると出力の
θを１８０度修正する。
定された位相θの方向とその逆方向に交番する矩形波の
電圧を電力変換器１を介して永久磁石同期電動機２に印
加する。ｄ軸パルス磁極判別器８は、ｄ軸パルス発生器
９がθの方向に電圧を印加した最後の時点での電流の傾
きの絶対値をΔＩ１とし、θの逆方向に電圧を印加した
最後の時点での電流の傾きをΔＩ２とした時に、ΔＩ２
＞ΔＩ１の場合に位相誤差が１８０度と判断して、ｄ軸
推定器３に対してθを１８０度修正させる指令信号Ｃを
出力する。ｄ軸推定器３は信号Ｃが入力されると出力の
θを１８０度修正する。
【００１０】位相誤差が０度の場合でΔＩ１を計測した
時点において、永久磁石同期電動機２の内部の磁束は、
永久磁石の磁束と巻き線による磁束との和になるため磁
気飽和状態となりインダクタンスが小さくなる。反対に
位相誤差が０度の場合でΔＩ２を計測した時点では、永
久磁石同期電動機２の内部の磁束は、永久磁石の磁束と
巻き線による磁束との差になるため、磁気飽和が緩和さ
れインダクタンスは大きくなる。よってΔＩ２＜ΔＩ１
となる。しかし、位相誤差が１８０度の場合では、上記
記述と全く逆になるのでΔＩ２＞ΔＩ１となる。つま
り、ΔＩ２＞ΔＩ１となれば位相誤差が１８０度である
ことが判明するわけである。
時点において、永久磁石同期電動機２の内部の磁束は、
永久磁石の磁束と巻き線による磁束との和になるため磁
気飽和状態となりインダクタンスが小さくなる。反対に
位相誤差が０度の場合でΔＩ２を計測した時点では、永
久磁石同期電動機２の内部の磁束は、永久磁石の磁束と
巻き線による磁束との差になるため、磁気飽和が緩和さ
れインダクタンスは大きくなる。よってΔＩ２＜ΔＩ１
となる。しかし、位相誤差が１８０度の場合では、上記
記述と全く逆になるのでΔＩ２＞ΔＩ１となる。つま
り、ΔＩ２＞ΔＩ１となれば位相誤差が１８０度である
ことが判明するわけである。
【００１１】以上のようにｄ軸推定器３は位相誤差が１
８０度に収束する可能性があるが、始動時に図５に示さ
れるような磁極判別によってそれを修正することで位相
誤差を０度に修正することが可能となり、図６の構成で
正常なトルク制御が可能となる。
８０度に収束する可能性があるが、始動時に図５に示さ
れるような磁極判別によってそれを修正することで位相
誤差を０度に修正することが可能となり、図６の構成で
正常なトルク制御が可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、図５
に示される磁極判別においては、永久磁石同期電動機の
磁気飽和現象を利用している。しかし、永久磁石同期電
動機の回転子と固定子とのギャップが大きい場合や、電
力変換器１の電流容量不足で磁気飽和を生じるような電
流が流せない場合は、磁気飽和とならなくなり、図５に
示された従来の手法では正確な磁極判別ができなくな
る。
に示される磁極判別においては、永久磁石同期電動機の
磁気飽和現象を利用している。しかし、永久磁石同期電
動機の回転子と固定子とのギャップが大きい場合や、電
力変換器１の電流容量不足で磁気飽和を生じるような電
流が流せない場合は、磁気飽和とならなくなり、図５に
示された従来の手法では正確な磁極判別ができなくな
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために成されたものであり、請求項１では、永久磁
石同期電動機の回転子の永久磁石のＮ極の方向（以下ｄ
軸）の位相をθｒとしその推定方向（以下推定ｄ軸）の
位相をθとして、位相差θｒ−θの絶対値の初期値が９
０度以内の場合は前記位相差を０度に収束させことがで
き、前記位相差の初期値が９０度以上の場合は前記位相
差を１８０度に収束させるような推定ｄ軸の位相θを出
力するｄ軸推定器と、前記永久磁石同期電動機の電流を
前記推定ｄ軸の成分とそれと垂直方向（以下推定ｑ軸）
の成分に分けて制御するトルク制御器とを具備する永久
磁石同期電動機の制御装置において、始動後に前記ｄ軸
推定器により前記位相差を０度または１８０度に収束さ
せた後に、前記推定ｄ軸の電流指令を０とし前記推定ｑ
軸の電流指令を所定値として前記永久磁石同期電動機の
電流制御を行うｑ軸パルス電流制御器と、前記ｑ軸パル
ス電流制御器が動作中に前記永久磁石同期電動機に印加
された前記推定ｄ軸の電圧成分（以下ｄ軸電圧）の符号
が前記ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同
じ場合に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θ
を１８０度変更する第１ｑ軸パルス磁極判別器とを具備
することを特徴とする。
するために成されたものであり、請求項１では、永久磁
石同期電動機の回転子の永久磁石のＮ極の方向（以下ｄ
軸）の位相をθｒとしその推定方向（以下推定ｄ軸）の
位相をθとして、位相差θｒ−θの絶対値の初期値が９
０度以内の場合は前記位相差を０度に収束させことがで
き、前記位相差の初期値が９０度以上の場合は前記位相
差を１８０度に収束させるような推定ｄ軸の位相θを出
力するｄ軸推定器と、前記永久磁石同期電動機の電流を
前記推定ｄ軸の成分とそれと垂直方向（以下推定ｑ軸）
の成分に分けて制御するトルク制御器とを具備する永久
磁石同期電動機の制御装置において、始動後に前記ｄ軸
推定器により前記位相差を０度または１８０度に収束さ
せた後に、前記推定ｄ軸の電流指令を０とし前記推定ｑ
軸の電流指令を所定値として前記永久磁石同期電動機の
電流制御を行うｑ軸パルス電流制御器と、前記ｑ軸パル
ス電流制御器が動作中に前記永久磁石同期電動機に印加
された前記推定ｄ軸の電圧成分（以下ｄ軸電圧）の符号
が前記ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同
じ場合に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θ
を１８０度変更する第１ｑ軸パルス磁極判別器とを具備
することを特徴とする。
【００１４】請求項２では、前記ｑ軸パルス電流制御器
が動作中の前記ｄ軸電圧を時間積分するｄ軸電圧積分器
と、前記ｄ軸電圧積分器の出力のｄ軸電圧積分値の絶対
値が所定値を越えた時点で前記ｄ軸電圧積分値の符号が
前記ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ
場合に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θを
１８０度変更する第２ｑ軸パルス磁極判別器とを具備す
ることを特徴とする。
が動作中の前記ｄ軸電圧を時間積分するｄ軸電圧積分器
と、前記ｄ軸電圧積分器の出力のｄ軸電圧積分値の絶対
値が所定値を越えた時点で前記ｄ軸電圧積分値の符号が
前記ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ
場合に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θを
１８０度変更する第２ｑ軸パルス磁極判別器とを具備す
ることを特徴とする。
【００１５】請求項３では、前記ｑ軸パルス電流制御器
が動作し始めてから所定時間ｔ１経過後の前記ｄ軸電圧
Ｖｄ１と前記ｔ１時点から所定時間ｔ２経過後の前記ｄ
軸電圧Ｖｄ２とを計測し、Ｖｄ２−Ｖｄ１の符号が前記
ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ場合
に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θを１８
０度変更する第３ｑ軸パルス磁極判別器とを具備するこ
とを特徴とする。
が動作し始めてから所定時間ｔ１経過後の前記ｄ軸電圧
Ｖｄ１と前記ｔ１時点から所定時間ｔ２経過後の前記ｄ
軸電圧Ｖｄ２とを計測し、Ｖｄ２−Ｖｄ１の符号が前記
ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ場合
に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θを１８
０度変更する第３ｑ軸パルス磁極判別器とを具備するこ
とを特徴とする。
【００１６】請求項４では、前記ｄ軸電圧を所定微少周
期Δｔ毎に初期値０で時間積分して出力する微少時間ｄ
軸電圧積分器と、前記ｑ軸パルス電流制御器が動作し始
めてから所定時間ｔ３経過後の前記微少時間ｄ軸電圧積
分器の出力φｄ１を記憶し、前記周期Δｔ毎に前記微少
時間ｄ軸電圧積分器の出力φｄｎと前記φｄ１との差の
絶対値が所定値を越えたかどうかを判断し、越えた時点
で前記φｄｎから前記φｄ１を引いたものの符号が前記
ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ場合
に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θを１８
０度変更する第４ｑ軸パルス磁極判別器とを具備するこ
とを特徴とする。
期Δｔ毎に初期値０で時間積分して出力する微少時間ｄ
軸電圧積分器と、前記ｑ軸パルス電流制御器が動作し始
めてから所定時間ｔ３経過後の前記微少時間ｄ軸電圧積
分器の出力φｄ１を記憶し、前記周期Δｔ毎に前記微少
時間ｄ軸電圧積分器の出力φｄｎと前記φｄ１との差の
絶対値が所定値を越えたかどうかを判断し、越えた時点
で前記φｄｎから前記φｄ１を引いたものの符号が前記
ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ場合
に前記ｄ軸推定器の出力である推定ｄ軸の位相θを１８
０度変更する第４ｑ軸パルス磁極判別器とを具備するこ
とを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】請求項１にかかる発明の実施例を
図１に示し、この図に基づいて説明する。この図は、従
来の技術で説明した図５に代わる磁極判別を表してお
り、図７の磁極判別の時点で実行される。ｑ軸パルス電
流制御器６は、ｄ軸推定器３により推定された位相θ方
向の推定ｄ軸成分の電流指令（以下推定ｄ軸電流指令）
を０とし推定ｄ軸と垂直な推定ｑ軸成分の電流指令（以
下推定ｑ軸電流指令）を所定値Ｉとして、電力変換器１
を介して永久磁石同期電動機２の電流制御を行う。第１
ｑ軸パルス磁極判別器７１は、ｑ軸パルス電流制御器６
が動作中に永久磁石同期電動機２に印加された推定ｄ軸
の電圧成分（以下ｄ軸電圧）の符号がｑ軸パルス電流制
御器６のｑ軸電流指令の符号と同じ場合にｄ軸推定器３
の出力である推定ｄ軸の位相θを１８０度変更する指令
Ｃを出力する。ｄ軸推定器３は信号Ｃが入力されると出
力のθを１８０度修正する。
図１に示し、この図に基づいて説明する。この図は、従
来の技術で説明した図５に代わる磁極判別を表してお
り、図７の磁極判別の時点で実行される。ｑ軸パルス電
流制御器６は、ｄ軸推定器３により推定された位相θ方
向の推定ｄ軸成分の電流指令（以下推定ｄ軸電流指令）
を０とし推定ｄ軸と垂直な推定ｑ軸成分の電流指令（以
下推定ｑ軸電流指令）を所定値Ｉとして、電力変換器１
を介して永久磁石同期電動機２の電流制御を行う。第１
ｑ軸パルス磁極判別器７１は、ｑ軸パルス電流制御器６
が動作中に永久磁石同期電動機２に印加された推定ｄ軸
の電圧成分（以下ｄ軸電圧）の符号がｑ軸パルス電流制
御器６のｑ軸電流指令の符号と同じ場合にｄ軸推定器３
の出力である推定ｄ軸の位相θを１８０度変更する指令
Ｃを出力する。ｄ軸推定器３は信号Ｃが入力されると出
力のθを１８０度修正する。
【００１８】（１）式は、推定ｄ軸をγ軸とし、推定ｄ
軸と直交する推定ｑ軸をδ軸として表されているので、
ｑ軸パルス電流制御器６によりｉγ＝０、ｉδ＝Ｉとな
り、それぞれ直流量なので微分項は０となるので、Δθ
が０度や１８０度において（１）式の１行目は［数３］
の式で表される。
軸と直交する推定ｑ軸をδ軸として表されているので、
ｑ軸パルス電流制御器６によりｉγ＝０、ｉδ＝Ｉとな
り、それぞれ直流量なので微分項は０となるので、Δθ
が０度や１８０度において（１）式の１行目は［数３］
の式で表される。
【００１９】
【数３】
【００２０】もしΔθ＝０度の場合は、Ｉ＞０ならば永
久磁石同期電動機２は正方向のトルクを発生するので、
永久磁石同期電動機２は正の方向に加速する。つまりω
＞０となり（６）式よりｄ軸電圧ｖγ＜０となる。つま
りｄ軸電圧ｖγは、推定ｑ軸電流指令とは逆符号とな
り、第１ｑ軸パルス磁極判別器７１は１８０度変更指令
Ｃを出力しない。Δθ＝１８０度の場合は、Ｉ＞０なら
ば永久磁石同期電動機２は負方向のトルクを発生するの
で、永久磁石同期電動機２は負の方向に加速する。つま
りω＜０となり（６）式よりｄ軸電圧ｖγ＞０となる。
つまりｄ軸電圧ｖγは、推定ｑ軸電流指令Ｉと同じ符号
となり、第１ｑ軸パルス磁極判別器７１は１８０度変更
指令Ｃを出力することになり、Δθ＝０とすることがで
きる。
久磁石同期電動機２は正方向のトルクを発生するので、
永久磁石同期電動機２は正の方向に加速する。つまりω
＞０となり（６）式よりｄ軸電圧ｖγ＜０となる。つま
りｄ軸電圧ｖγは、推定ｑ軸電流指令とは逆符号とな
り、第１ｑ軸パルス磁極判別器７１は１８０度変更指令
Ｃを出力しない。Δθ＝１８０度の場合は、Ｉ＞０なら
ば永久磁石同期電動機２は負方向のトルクを発生するの
で、永久磁石同期電動機２は負の方向に加速する。つま
りω＜０となり（６）式よりｄ軸電圧ｖγ＞０となる。
つまりｄ軸電圧ｖγは、推定ｑ軸電流指令Ｉと同じ符号
となり、第１ｑ軸パルス磁極判別器７１は１８０度変更
指令Ｃを出力することになり、Δθ＝０とすることがで
きる。
【００２１】請求項２にかかる発明の実施例は、図２に
示されており、以下この図に基づいて説明するが、図１
と同じものに関しては説明を省略する。ｄ軸電圧積分器
１０は、ｑ軸パルス電流制御器６が動作中のｄ軸電圧を
時間積分して出力する。第２ｑ軸パルス磁極判別器７２
は、ｄ軸電圧積分器１０の出力のｄ軸電圧積分値の絶対
値が所定値を越えた時点で前記ｄ軸電圧積分値の符号が
ｑ軸パルス電流制御器６のｑ軸電流指令の符号と同じ場
合にｄ軸推定器３の出力である推定ｄ軸の位相θを１８
０度変更する指令Ｃを出力する。
示されており、以下この図に基づいて説明するが、図１
と同じものに関しては説明を省略する。ｄ軸電圧積分器
１０は、ｑ軸パルス電流制御器６が動作中のｄ軸電圧を
時間積分して出力する。第２ｑ軸パルス磁極判別器７２
は、ｄ軸電圧積分器１０の出力のｄ軸電圧積分値の絶対
値が所定値を越えた時点で前記ｄ軸電圧積分値の符号が
ｑ軸パルス電流制御器６のｑ軸電流指令の符号と同じ場
合にｄ軸推定器３の出力である推定ｄ軸の位相θを１８
０度変更する指令Ｃを出力する。
【００２２】第２ｑ軸パルス磁極判別器７２により磁極
判別をする原理は、図１の第１ｑ軸パルス磁極判別器７
１と同じであるが、第１ｑ軸パルス磁極判別器７１でｄ
軸電圧ｖγの符号を用いたのに対し、第２ｑ軸パルス磁
極判別器７２ではｄ軸電圧ｖγの時間積分値の符号を用
いている。よって、ｄ軸電圧ｖγに電力変換器１に起因
する高周波数成分やノイズ成分がある場合は、第１ｑ軸
パルス磁極判別器７１ではｄ軸電圧ｖγの符号を誤検知
してしまう可能性が高いが、第２ｑ軸パルス磁極判別器
７２では、高周波成分が抑制された積分値を用いるでの
符号の誤検知の可能性を低くすることができる。
判別をする原理は、図１の第１ｑ軸パルス磁極判別器７
１と同じであるが、第１ｑ軸パルス磁極判別器７１でｄ
軸電圧ｖγの符号を用いたのに対し、第２ｑ軸パルス磁
極判別器７２ではｄ軸電圧ｖγの時間積分値の符号を用
いている。よって、ｄ軸電圧ｖγに電力変換器１に起因
する高周波数成分やノイズ成分がある場合は、第１ｑ軸
パルス磁極判別器７１ではｄ軸電圧ｖγの符号を誤検知
してしまう可能性が高いが、第２ｑ軸パルス磁極判別器
７２では、高周波成分が抑制された積分値を用いるでの
符号の誤検知の可能性を低くすることができる。
【００２３】請求項３にかかる発明の実施例は、図３に
示されており、以下この図に基づいて説明するが、図１
と同じものに関しては説明を省略する。第３ｑ軸パルス
磁極判別器７３は、ｑ軸パルス電流制御器６が動作し始
めてから所定時間ｔ１経過後のｄ軸電圧をＶｄ１とし、
前記ｔ１時点から所定時間ｔ２経過後のｄ軸電圧をＶｄ
２として、Ｖｄ２−Ｖｄ１の符号がｑ軸パルス電流制御
器６のｑ軸電流指令Ｉの符号と同じ場合にｄ軸推定器３
の出力である推定ｄ軸の位相θを１８０度変更する指令
Ｃを出力する。
示されており、以下この図に基づいて説明するが、図１
と同じものに関しては説明を省略する。第３ｑ軸パルス
磁極判別器７３は、ｑ軸パルス電流制御器６が動作し始
めてから所定時間ｔ１経過後のｄ軸電圧をＶｄ１とし、
前記ｔ１時点から所定時間ｔ２経過後のｄ軸電圧をＶｄ
２として、Ｖｄ２−Ｖｄ１の符号がｑ軸パルス電流制御
器６のｑ軸電流指令Ｉの符号と同じ場合にｄ軸推定器３
の出力である推定ｄ軸の位相θを１８０度変更する指令
Ｃを出力する。
【００２４】図１の構成での磁極判別は、ｑ軸パルス電
流制御器６が動作中の回転方向で磁極判別を行うことと
等価なので、電動機２が停止した状態からｑ軸パルス電
流制御器６が動作し始めることを前提としており、ｑ軸
パルス電流制御器６が動作し始めた時点で電動機２が既
に回転している場合は、磁極判別を間違えることにな
る。図３に示される請求項３は、この問題点を解決する
ものであり、ｑ軸パルス電流制御器６が動作中の速度の
変化によって磁極判別を行うものである。（６）式に示
されるようにｄ軸電圧ｖγは、速度ωに比例するので、
ｄ軸電圧の大きさで速度を知ることが可能である。よっ
て第３ｑ軸パルス磁極判別器７３において、ｔ１時点の
ｄ軸電圧Ｖｄ１とｔ２時点のｄ軸電圧Ｖｄ２との差の符
号によって速度の変化の方向を知ることが可能となる。
Ｉ＞０においてΔθ＝０度の場合は電動機２は正のトル
クを出力するので速度の変化は正となるはずであり、Δ
θ＝１８０度の場合は電動機２は負のトルクを出力する
ので速度の変化は負となる。よって速度の変化が負の場
合つまりＶｄ２−Ｖｄ１＞０の場合はΔθを１８０度修
正すればいいことになる。
流制御器６が動作中の回転方向で磁極判別を行うことと
等価なので、電動機２が停止した状態からｑ軸パルス電
流制御器６が動作し始めることを前提としており、ｑ軸
パルス電流制御器６が動作し始めた時点で電動機２が既
に回転している場合は、磁極判別を間違えることにな
る。図３に示される請求項３は、この問題点を解決する
ものであり、ｑ軸パルス電流制御器６が動作中の速度の
変化によって磁極判別を行うものである。（６）式に示
されるようにｄ軸電圧ｖγは、速度ωに比例するので、
ｄ軸電圧の大きさで速度を知ることが可能である。よっ
て第３ｑ軸パルス磁極判別器７３において、ｔ１時点の
ｄ軸電圧Ｖｄ１とｔ２時点のｄ軸電圧Ｖｄ２との差の符
号によって速度の変化の方向を知ることが可能となる。
Ｉ＞０においてΔθ＝０度の場合は電動機２は正のトル
クを出力するので速度の変化は正となるはずであり、Δ
θ＝１８０度の場合は電動機２は負のトルクを出力する
ので速度の変化は負となる。よって速度の変化が負の場
合つまりＶｄ２−Ｖｄ１＞０の場合はΔθを１８０度修
正すればいいことになる。
【００２５】請求項４にかかる発明の実施例は、図４に
示されており、以下この図に基づいて説明するが、図２
と同じものに関しては説明を省略する。微少時間ｄ軸電
圧積分器１１は、ｄ軸電圧を所定微少周期Δｔ毎に初期
値０で時間積分して出力する。第４ｑ軸パルス磁極判別
器７４は、ｑ軸パルス電流制御器６が動作し始めてから
所定時間ｔ３経過後の微少時間ｄ軸電圧積分器１１の出
力φｄ１を記憶し、前記周期Δｔ毎に微少時間ｄ軸電圧
積分器１１の出力φｄｎと前記φｄ１との差の絶対値が
所定値を越えたかどうかを判断し、越えた時点でφｄｎ
−φｄ１の符号がｑ軸パルス電流制御器６のｑ軸電流指
令Ｉの符号と同じ場合にｄ軸推定器３の出力である推定
ｄ軸の位相θを１８０度変更する指令Ｃを出力する。
示されており、以下この図に基づいて説明するが、図２
と同じものに関しては説明を省略する。微少時間ｄ軸電
圧積分器１１は、ｄ軸電圧を所定微少周期Δｔ毎に初期
値０で時間積分して出力する。第４ｑ軸パルス磁極判別
器７４は、ｑ軸パルス電流制御器６が動作し始めてから
所定時間ｔ３経過後の微少時間ｄ軸電圧積分器１１の出
力φｄ１を記憶し、前記周期Δｔ毎に微少時間ｄ軸電圧
積分器１１の出力φｄｎと前記φｄ１との差の絶対値が
所定値を越えたかどうかを判断し、越えた時点でφｄｎ
−φｄ１の符号がｑ軸パルス電流制御器６のｑ軸電流指
令Ｉの符号と同じ場合にｄ軸推定器３の出力である推定
ｄ軸の位相θを１８０度変更する指令Ｃを出力する。
【００２６】請求項１にかかる図１では、上述したよう
にノイズなどによる磁極判別の誤検知と、電動機が回転
中による磁極判別の誤検知との２つ問題があり、前者の
問題のみの解決を図ったのが請求項２にかかる図２であ
り、後者の問題のみの解決を図ったのが請求項３にかか
る図３である。請求項４にかかる図４は、前述の両者の
問題を解決するものである。微少時間ｄ軸電圧積分器１
１出力が用いられることで積分による高周波のノイズ成
分抑制効果により前者の問題が解決され、図３と同じ原
理で微少時間ｄ軸電圧積分器１１出力の変化の方向で速
度の変化の方向を知ることが可能となり後者の問題が解
決されている。
にノイズなどによる磁極判別の誤検知と、電動機が回転
中による磁極判別の誤検知との２つ問題があり、前者の
問題のみの解決を図ったのが請求項２にかかる図２であ
り、後者の問題のみの解決を図ったのが請求項３にかか
る図３である。請求項４にかかる図４は、前述の両者の
問題を解決するものである。微少時間ｄ軸電圧積分器１
１出力が用いられることで積分による高周波のノイズ成
分抑制効果により前者の問題が解決され、図３と同じ原
理で微少時間ｄ軸電圧積分器１１出力の変化の方向で速
度の変化の方向を知ることが可能となり後者の問題が解
決されている。
【００２７】
【発明の効果】本発明では、磁気飽和現象を利用せずに
磁極判別が行えるので、例えば永久磁石同期電動機の回
転子と固定子とのギャップが大きい場合や、電力変換器
の電流容量不足で大きな電流が流せない場合で磁気飽和
現象が生じなくても磁極判別が可能となる。
磁極判別が行えるので、例えば永久磁石同期電動機の回
転子と固定子とのギャップが大きい場合や、電力変換器
の電流容量不足で大きな電流が流せない場合で磁気飽和
現象が生じなくても磁極判別が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１にかかる発明の実施例を表すブロック
図である。
図である。
【図２】請求項２にかかる発明の実施例を表すブロック
図である。
図である。
【図３】請求項３にかかる発明の実施例を表すブロック
図である。
図である。
【図４】請求項４にかかる発明の実施例を表すブロック
図である。
図である。
【図５】従来技術の磁極判別を表すブロック図である。
【図６】永久磁石同期電動機の通常運転を表すブロック
図である。
図である。
【図７】永久磁石同期電動機の始動時のフローチャート
である。
である。
１・・・電力変換器
２・・・永久磁石同期電動機
３・・・ｄ軸推定器
４・・・トルク制御器
６・・・ｑ軸パルス電流制御器
７１・・第１ｑ軸パルス磁極判別器
７２・・第２ｑ軸パルス磁極判別器
７３・・第３ｑ軸パルス磁極判別器
７４・・第４ｑ軸パルス磁極判別器
８・・・ｄ軸パルス磁極判別器
９・・・ｄ軸パルス発生器
１０・・ｄ軸電圧積分器
１１・・微少時間ｄ軸電圧積分器
Claims (4)
- 【請求項１】 永久磁石同期電動機の回転子の永久磁石
のＮ極の方向（以下ｄ軸）の位相をθｒとしその推定方
向（以下推定ｄ軸）の位相をθとして、位相差θｒ−θ
の絶対値の初期値が９０度以内の場合は前記位相差を０
度に収束させることができ、前記位相差の初期値が９０
度以上の場合は前記位相差を１８０度に収束させるよう
な推定ｄ軸の位相θを出力するｄ軸推定器と、前記永久
磁石同期電動機の電流を前記推定ｄ軸の成分とそれと垂
直方向（以下推定ｑ軸）の成分に分けて制御するトルク
制御器とを具備する永久磁石同期電動機の制御装置にお
いて、 始動後に前記ｄ軸推定器により前記位相差を０度または
１８０度に収束させた後に、前記推定ｄ軸の電流指令を
０とし前記推定ｑ軸の電流指令を所定値として前記永久
磁石同期電動機の電流制御を行うｑ軸パルス電流制御器
と、前記ｑ軸パルス電流制御器が動作中に前記永久磁石
同期電動機に印加された前記推定ｄ軸の電圧成分（以下
ｄ軸電圧）の符号が前記ｑ軸パルス電流制御器のｑ軸電
流指令の符号と同じ場合に前記ｄ軸推定器の出力である
推定ｄ軸の位相θを１８０度変更する第１ｑ軸パルス磁
極判別器とを具備することを特徴とする永久磁石同期電
動機の制御装置。 - 【請求項２】前記ｑ軸パルス電流制御器が動作中の前記
ｄ軸電圧を時間積分するｄ軸電圧積分器と、前記ｄ軸電
圧積分器の出力のｄ軸電圧積分値の絶対値が所定値を越
えた時点で前記ｄ軸電圧積分値の符号が前記ｑ軸パルス
電流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ場合に前記ｄ軸
推定器の出力である推定ｄ軸の位相θを１８０度変更す
る第２ｑ軸パルス磁極判別器とを具備することを特徴と
する請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項３】前記ｑ軸パルス電流制御器が動作し始めて
から所定時間ｔ１経過後の前記ｄ軸電圧Ｖｄ１と前記ｔ
１時点から所定時間ｔ２経過後の前記ｄ軸電圧Ｖｄ２と
を計測し、Ｖｄ２−Ｖｄ１の符号が前記ｑ軸パルス電流
制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ場合に前記ｄ軸推定
器の出力である推定ｄ軸の位相θを１８０度変更する第
３ｑ軸パルス磁極判別器とを具備することを特徴とする
請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。 - 【請求項４】前記ｄ軸電圧を所定微少周期Δｔ毎に初期
値０で時間積分して出力する微少時間ｄ軸電圧積分器
と、前記ｑ軸パルス電流制御器が動作し始めてから所定
時間ｔ３経過後の前記微少時間ｄ軸電圧積分器の出力φ
ｄ１を記憶し、前記周期Δｔ毎に前記微少時間ｄ軸電圧
積分器の出力φｄｎと前記φｄ１との差の絶対値が所定
値を越えたかどうかを判断し、越えた時点で前記φｄｎ
から前記φｄ１を引いたものの符号が前記ｑ軸パルス電
流制御器のｑ軸電流指令の符号と同じ場合に前記ｄ軸推
定器の出力である推定ｄ軸の位相θを１８０度変更する
第４ｑ軸パルス磁極判別器とを具備することを特徴とす
る請求項１記載の永久磁石同期電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360275A JP3480572B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 永久磁石同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001360275A JP3480572B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 永久磁石同期電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003164191A JP2003164191A (ja) | 2003-06-06 |
| JP3480572B2 true JP3480572B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=19171123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001360275A Expired - Lifetime JP3480572B2 (ja) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 永久磁石同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3480572B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007068255A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 永久磁石同期電動機の初期位相推定装置 |
| JP2007116859A (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Toyo Electric Mfg Co Ltd | 同期電動機の位相推定装置 |
| JP5104213B2 (ja) * | 2007-10-29 | 2012-12-19 | 富士電機株式会社 | 永久磁石形同期電動機の制御装置 |
| TWI668953B (zh) * | 2016-08-22 | 2019-08-11 | 日商東芝股份有限公司 | Inverter control device and drive system |
| CH712828A1 (de) | 2016-08-22 | 2018-02-28 | Lakeview Innvovation Ltd | Verfahren zur sensorlosen Bestimmung der Orientierung des Rotors eines eisenlosen PMSM-Motors. |
| CN107846166B (zh) * | 2016-09-20 | 2021-08-06 | 株式会社安川电机 | 电机的初始磁极位置检测方法和装置、电力变换装置 |
-
2001
- 2001-11-27 JP JP2001360275A patent/JP3480572B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003164191A (ja) | 2003-06-06 |
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