JP3708511B2 - 同期電動機の制御方法及び同期電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置センサを使用しない同期電動機の制御方法及び同期電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアコン等に用いられる圧縮機のモータをインバータにより駆動する場合、悪条件（高温、高圧）により、回転子の位置を検出する位置センサの使用が困難である。
上記圧縮機のモータとしてブラシレスＤＣモータを使用する場合、電機子巻線に誘起される電圧信号に基づいて磁極位置を検知し、これによりモータの転流信号を生成する駆動方法（自制運転と称する）が一般的である。しかし、ブラシレスＤＣモータの停止時は、電機子巻線に電圧が誘起されないため、起動の際は、電機子巻線に回転磁界が発生する様な同期信号を加え、回転子を強制的に回転させる起動法（他制運転と称する）が用いられる。この他制運転により、ブラシレスＤＣモータの回転数が上昇して、電機子巻線に電圧が誘起される状態になると、その時点で自制運転に移行させている。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータが起動すると、他制運転から自制運転に移行させるわけであるが、この移行時に印加電圧が大きく変化してしまうと、モータの挙動が不安定となり運転ができなくなる。自制運転に移行した際の電圧が過小である場合、発生トルクが低下し、モータが停止するおそれがある。また、自制運転に移行した際の電圧が過大である場合、電流が過大となり、過電流によるインバータの保護動作により・モータの破損や半導体スイッチ素子の破損を招く。
【０００４】
この問題を解決する方法が種々提案されている。例えば、特開平３−２３９１８６号公報には、他制運転から自制運転に移行させる際、自制運転開始時のモータ回転数を他制運転時のモータ回転数と同じあるいは低くなる様にしたブラシレスＤＣモータの制御装置が開示されている。
【０００５】
また特開平９−１３１０９１号公報には、他制運転時に印加電圧と誘起電圧の位相差がゼロになった点で自制運転を開始するようにしたブラシレスＤＣモータの制御装置が開示されている。
【０００６】
図１０はこれら従来のＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。図において、１は直流電源、２は制御信号に基づき動作する複数のスイッチ素子を有し直流電源１より供給され直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換するインバータ、３は固定子３ａおよび永久磁石を有する回転子３ｂから構成され、インバータ２からの交流電圧によって動作するＤＣブラシレスモータ、４はＤＣブラシレスモータ３の端子電圧を検出して、ＤＣブラシレスモータ３の回転子３ｂの位置を検出する位置検出回路、５は位置検出回路４から出力される位置信号を入力してインバータ２のスイッチ素子の制御信号を発生する制御回路である。
【０００７】
次に動作について説明する。図１１は、従来のモータ制御装置の端子電圧波形図である。まず駆動を開始する場合、制御回路５は他制運転すなわち予め定められた電圧指令値および周波数の時間変化パターンに基づく制御信号を出力する。ここで、制御信号は位置検出回路４での位置検出情報を得るべく、所定の通電休止期間を備えた信号パターンとなっている。インバータ２は、制御信号に基づきスイッチング素子を駆動し、ＤＣブラシレスモータ３の固定子３ａに交流電圧を与え、回転磁界を発生し、回転子３ｂを回転させる。回転子３ｂの速度上昇に伴い、位置検出回路４は誘起電圧のゼロクロス情報すなわち回転子位置情報が出力される。制御回路５はゼロクロス情報を監視し、自制運転に切替が可能であるか否かを判断し、自制運転可能となったら自制運転へと切り替える。自制運転時は、回転子位置情報から回転速度を求め、速度指令と回転速度の差分（速度偏差）を積分することにより電圧指令値を演算し、回転子位置に同期した交流電圧を発生すべく制御信号を発生し、インバータ２は制御信号に応じた交流電圧を発生することでＤＣブラシレスモータ３を駆動する。
【０００８】
上記の動作により、他制運転から自制運転に移行した際の電圧および電流の跳躍を少なくし、起動の安定化が図っている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平３−２３９１８６号公報
【特許文献２】
特開平９−１３１０９１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平３−２３９１８６号公報および特開平９−１３１０９１号公報に示されたＤＣブラシレスモータの制御方法は、誘起電圧を検出する必要があるため、位置検出回路が必要であった。またインバータから発生する電圧は、所定の通電休止区間が必要であるため、電圧および電流の波形は高調波を多く含んだ矩形波状とする必要があり、振動・騒音・効率面で有利な正弦波状の電流波形とすることができなかった。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、位置検出回路がなくとも他制運転から自制運転へスムーズに移行することが可能な同期電動機の制御方法及び同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る同期電動機の制御方法は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御方法において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出するステップと、検出した他制運転電流値を記憶装置に格納するステップと、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップと、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算するステップと、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算するステップと、位相角度誤差が収束していない場合、位相角度誤差に基づき記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納し、この座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転時電圧指令値の位相角度誤差の演算を位相角度誤差が収束するまで繰り返すステップと、位相角度誤差が収束した場合、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御方法において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出するステップと、検出した他制運転電流値を記憶装置に格納するステップと、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップと、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算するステップと、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算するステップと、位相角度誤差に基づき前記記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として前記記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納するステップと、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返すステップと、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップでの電流指令を、発生する電圧の周波数で回転する回転座標系で表現される励磁電流指令又はトルク電流指令としたことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、フィルタ値情報を用いて自制運転の電圧指令演算を行う場合は、フィルタ値を記憶された座標回転した他制運転電流値に置き換えて、自制運転に切り替えることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、同期電動機に流れる電流検出に巻線型電流センサを用いると共に、他制運転から自制運転への切り替えは、巻線型電流センサの検出周波数下限よりも高い周波数で行うことを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る同期電動機の制御装置は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御装置において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出する電流検出手段と、検出した他制運転電流値を格納する記憶装置と、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算する自制運転電流指令値演算手段と、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算する自制運転電圧指令値演算手段と、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算する位相角度誤差演算手段と、位相角度誤差が収束していない場合、位相角度誤差に基づき記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納し、この座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転時電圧指令値の位相角度誤差の演算を位相角度誤差が収束するまで繰り返す手段と、位相角度誤差が収束した場合、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始する自制運転開始手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係る同期電動機の制御装置は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御装置において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出する電流検出手段と、検出した他制運転電流値を格納する記憶装置と、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算する自制運転電流指令値演算手段と、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算する自制運転電圧指令値演算手段と、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算する位相角度誤差演算手段と、位相角度誤差に基づき記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納する手段と、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返す手段と、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始する自制運転開始手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、同期電動機の一例として、ＤＣブラシレスモータを用いて説明するが、本発明はＤＣブラシレスモータに限定されるものではなく、同期電動機であればよい。
【００２０】
実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、ＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。図において、１は直流電源、２は制御信号に基づき動作する複数のスイッチ素子を有し直流電源１より供給される直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換するインバータ、３は複数の巻線を有する固定子３ａおよび永久磁石を有するモータ回転子３ｂから構成されインバータ２からの交流電圧によって動作するＤＣブラシレスモータ、８ａ，８ｂはＤＣブラシレスモータ３の相電流を検出する電流検出回路、５は前記電流検出回路８ａ，８ｂから出力される電流情報を入力してインバータ２のスイッチ素子の制御信号を発生する制御回路である。
【００２１】
図２は制御回路５の内部構成を示すブロック図である。図において、１０はモータ起動の際の所定の電圧・位相の指令値を出力する他制運転演算手段、７は電流検出回路８ａ，８ｂの出力するモータ相電流情報に基づきＤＣブラシレスモータ３を所定周波数で同期運転させるための電圧および位相の指令値を演算する自制運転演算手段、９は電流検出回路８ａ，８ｂの出力するモータ相電流情報と、他制運転時の電圧・周波数情報を入力して自制運転演算手段７の電圧および位相を調整する自制電圧指令値調整手段、１１は現在の運転状態を元に他制運転と自制運転とを切り替える選択手段、１３ａ，１３ｂは座標変換器、１２は選択手段１１により選択された電圧・位相の指令値に基づきインバータ２の各スイッチング素子の制御信号を作成する駆動制御手段である。
【００２２】
次に動作について図３を用いて説明する。図３はモータ起動時の制御回路５の動作を示すフローチャートである。まず、外部より運転の指令が与えられると、選択手段１１は他制運転を選択する。このとき他制運転演算手段１０は予め定められた電圧指令値と位相の時間変化パターンＶγ 1 ＊，Ｖδ 1 ＊，θ1を出力する。
【００２３】
座標変換器１３ａは電圧指令を位相指令情報に基づき回転座標系から静止座標系Ｖｕ ＊，Ｖv ＊，Ｖｗ ＊に変換して出力する。
【００２４】
駆動制御手段１２は、静止座標系の電圧指令をインバータ２のスイッチング素子の制御信号に変換して出力する。インバータ２は、制御信号に基づき電圧指令情報Ｖｕ ＊，Ｖv ＊，Ｖｗ ＊に相当する電圧をＤＣブラシレスモータ３に印加する。この結果ＤＣブラシレスモータ３の固定子３ａには電流Ｉu，Ｉv，Ｉwが流れると共に回転子３ｂが回転を始める（ステップ１）。
【００２５】
電流検出回路８ａ，８ｂはＤＣブラシレスモータ３の固定子３ａに流れる電流Ｉu，Ｉvを検出し、制御回路５にその情報を出力する。制御回路５内では電流情報を座標変換器１３ｂを通し直流化した電流値Ｉγ，Ｉδを演算する。自制電圧指令値調整手段９は、他制起動の開始時刻から電流値Ｉγ，Ｉδを監視し、その値が安定したか否かを確認し、電流情報の値が安定したら、確定値Ｉγ’，Ｉδ’として内部メモリに保存する（ステップ２）。
【００２６】
次に自制電圧指令値調整手段９は、記憶された電流値と出力電圧振幅情報
【００２７】
【数１】
【００２８】
を用いて、確定値Ｉγ’，Ｉδ’の電流の元でこの出力電圧振幅の電圧が発生される様な励磁電流指令値Ｉγ ＊を計算により求める（ステップ３）。
【００２９】
ここで、ステップ３の計算方法の一例について説明する。例えば自制運転演算手段が式（１）にて表される場合、電圧振幅が他制運転時と同一となるためには、式（２）を満足すればよい。式（１）、（２）よりＶγ 1 ＊，Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 1 ＊，Ｖδ 2 ＊を消去すると、Ｉγ ＊についての簡単な式すなわち式（３）にて表されることは明らかであるので、ステップ３の演算式は式（３）となる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
【数３】
【００３２】
【数４】
【００３３】
次に自制運転演算手段７を用いて自制出力電圧指令値Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 2 ＊を演算し（ステップ４）、さらに自制出力電圧指令値Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 2 ＊と現在（他制運転）の出力電圧指令値Ｖγ 1 ＊，Ｖδ 1 ＊の位相差Δθを求める（ステップ５）。Δθは例えば式（４）にて計算する。
【００３４】
【数５】
【００３５】
この位相差Δθが収束したかを判断する（ステップ６）。すなわち、Δθが前回計算したΔθと比べて変化が小さい場合は自制切り替えの際の電圧誤差が無くなったものと判断し、以下のステップに進む。Δθが前回計算したΔθと比べて変化がまだ大きい場合は、自制運転の電圧誤差があるものと判断し、Δθ分だけ電流値Ｉγ’，Ｉδ’を回転座標変換してＩγ’’，Ｉδ’’を求め（ステップ７）、このＩγ’’，Ｉδ’’を現在の電流値として再度ステップ３以降を繰り返し実施する。なお演算初回の場合は無条件に繰り返しとする。
【００３６】
前記の繰り返し演算の結果Δθの変化が無視できる程度に小さくなったら、選択手段１１は電圧指令および位相を自制運転演算手段７の出力情報Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 2 ＊，θ2に切り替えて自制運転を開始を行う（ステップ９）。
【００３７】
なお、自制運転演算手段７に電流のフィルタ値情報を用いる場合は、ステップ９の直前にフィルタ値に座標回転した電流値Ｉγ’’，Ｉδ’’を与えた後（ステップ８）、自制運転に切り替える。
【００３８】
自制運転中は、自制運転演算手段７はＤＣブラシレスモータ３に流れる電流情報に基づきＤＣブラシレスモータ３の回転子３ｂの位置を推定しつつ、所定の周波数で運転するよう電圧指令及び位相を出力することで安定した運転を達成する。
【００３９】
以上により、自制運転演算開始前後の電圧は連続値となるため、切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。また、他制運転時の電流値情報を元に自制運転開始時の電圧値を演算するため、起動時の負荷トルクが異なる場合にも適応することができる。
【００４０】
上記本実施の形態による方式で起動した場合の起動電流波形を図４に、また上記演算を行わずに起動した場合の起動電流波形を図５に示す。本実施の形態による方式（図４）では、他制運転時の負荷に応じた電圧が演算され自制開始時より印加されるため、モータに流れる電流は、増減なく安定したものとなる。一方、演算を行わない場合（図５）は、自制運転開始時の電圧が一定となるため、異なる負荷トルクの元では起動電圧が不整合となり、結果電流波形が乱れたものとなる。
【００４１】
なお、上記実施の形態では、繰り返し演算の終了判定をΔθの大きさにより行うものとしたが、これに限るものではなく、たとえば繰り返しの演算回数によって判定しても良い。通常、繰り返しの演算回数が１０〜３０回で収束する。
【００４２】
また、出力電圧の調整方法として励磁電流指令（モータ磁束と同相成分の電流指令）を操作するものとして説明したが、これに限るものではなく、トルク電流指令（モータ磁束と直交する成分の電流指令）を操作しても、電圧の調整は可能であり、同様の効果が得られることは明らかである。
【００４３】
また、制御回路５内部の演算用電流情報としてフィルタ値を用いる場合は、自制運転切り替えの際同時にフィルタ値をＩγ’’，Ｉδ’’に置換することにより、自制運転への切り替えによる電流値の急変がなく、より安定性の向上した装置が実現できる。
【００４４】
実施の形態２．
次に電流検出回路８ａ，８ｂに巻線型電流センサを使用した場合について説明する。図６，７はそれぞれホール素子型電流センサ（以下ＤＣＣＴ）、巻線型電流センサ（以下ＡＣＣＴ）の構造図である。
【００４５】
ＤＣＣＴはコアに発生する磁束をホール素子により電圧に変換して電流情報を得るものである。構造部品としてホール素子とアンプを必要とするため、高価である。
【００４６】
一方ＡＣＣＴはコア磁束の時間変化によって二次巻線に誘起電圧を発生し二次巻線に直列に接続される負荷抵抗に発生する電圧として一次電流（モータ電流）情報を取り出すものであり、構造が簡単で安価である。
【００４７】
図８はＤＣＣＴ，ＡＣＣＴ両電流センサの周波数−ゲイン特性を示す。ＤＣＣＴは直接磁束を検出するため、一次電流の周波数によらずゲインは一定となる。一方ＡＣＣＴは、磁束の時間変化を利用して検出するため、一次電流の周波数が低くなるほど、出力ゲインが小さくなる特性となる。
【００４８】
ここで、図４の如くの電流波形をＡＣＣＴで検出した場合のセンサ出力波形を図９に示す。同図に示すように、起動から所定周波数に加速するまではＡＣＣＴ出力は正しい電流情報とならない。すなわち、実施の形態１で説明した自制運転は起動〜ＡＣＣＴの特性で決まる所定の周波数までは自制運転が正しく動作できない。そこで、電流検出回路８ａ，８ｂにＡＣＣＴを使用する場合は、実施の形態１の他制運転周波数をＡＣＣＴの特性によって決まる検出可能な周波数の下限値以上とすると、電流が検出できない回転数で自制運転することがないため、良好な制御性を保持することができる。また、センサが安価であるため、装置のコストを抑制することができる。
【００４９】
本願同様、起動時のＡＣＣＴのセンサ特性劣化を回避する従来法としては、２００１年度パワーエレクトロニクス研究会第１６回専門講習会資料「エアコンのパワーエレクトロニクス最前線」にて示された方式があるが、同方式はＡＣＣＴの二次巻き線を３端子とする必要があり、かつ差動増幅器を要することから本願発明よりもコスト的に不利であることを付け加えておく。
【００５０】
【発明の効果】
この発明に係る同期電動機の制御方法は、他制運転中の同期電動機の電流情報により、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧が連続するように自制運転の初期電圧指令を調整する仮想的な演算を行い、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差が収束するまで繰り返して演算を行うことにより、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【００５１】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返して、繰り返し演算の終了を判定することでも、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【００５２】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップでの電流指令を、発生する電圧の周波数で回転する回転座標系で表現される励磁電流指令又はトルク電流指令としたことにより、同期電動機に流れる電流情報に基づき回転子の位置を推定しつつ、所定の周波数で運転するように電圧指令を出力する自制運転制御におけるアルゴリズムを流用でき、簡単な方法で安定した起動性能が得られる。
【００５３】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、フィルタ値情報を用いて自制運転の電圧指令演算を行う場合は、フィルタ値を記憶された座標回転した他制運転電流値に置き換えて自制運転に切り替えることにより、自制運転への切り替えによる電流値の急変がなく、より安定性が向上する。
【００５４】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、同期電動機に流れる電流検出に巻線型電流センサを用いると共に、他制運転から自制運転への切り替えは、巻線型電流センサの検出周波数下限よりも高い周波数で行うことにより、電流検出を安価に行うことができる。
【００５５】
この発明に係る同期電動機の制御装置は、他制運転中の同期電動機の電流情報により、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧が連続するように自制運転の初期電圧指令を調整する仮想的な演算を行い、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差が収束するまで繰り返して演算を行うことにより、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【００５６】
また、この発明に係る同期電動機の制御装置は、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返して、繰り返し演算の終了を判定することでも、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、ＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、動作を示すフローチャート図である。
【図４】 実施の形態１を示す図で、モータ起動電流を示す図である。
【図５】 実施の形態１を示す図で、本発明における電圧演算を行わない場合のモータ起動電流を示す図である。
【図６】 実施の形態２を示す図で、ホール素子型電流センサの構造図である。
【図７】 実施の形態２を示す図で、巻線型電流センサの構造図である。
【図８】 実施の形態２を示す図で、電流センサの周波数−ゲイン特性を示す図である。
【図９】 実施の形態２を示す図で、巻線型電流センサを用いた際の起動時の出力波形を示す図である。
【図１０】 従来のＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。
【図１１】 従来のＤＣブラシレスモータの制御装置の端子電圧波形図である。
【符号の説明】
１ 直流電源、２ インバータ、３ ＤＣブラシレスモータ、３ａ 固定子、３ｂ 回転子、５ 制御回路、７ 自制運転演算手段、８ａ，８ｂ 電流検出回路、９ 自制電圧指令値調整手段、１０ 他制運転演算手段、１１ 選択手段、１２ 駆動制御手段、１３ａ，１３ｂ 座標変換器。
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置センサを使用しない同期電動機の制御方法及び同期電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアコン等に用いられる圧縮機のモータをインバータにより駆動する場合、悪条件（高温、高圧）により、回転子の位置を検出する位置センサの使用が困難である。
上記圧縮機のモータとしてブラシレスＤＣモータを使用する場合、電機子巻線に誘起される電圧信号に基づいて磁極位置を検知し、これによりモータの転流信号を生成する駆動方法（自制運転と称する）が一般的である。しかし、ブラシレスＤＣモータの停止時は、電機子巻線に電圧が誘起されないため、起動の際は、電機子巻線に回転磁界が発生する様な同期信号を加え、回転子を強制的に回転させる起動法（他制運転と称する）が用いられる。この他制運転により、ブラシレスＤＣモータの回転数が上昇して、電機子巻線に電圧が誘起される状態になると、その時点で自制運転に移行させている。
【０００３】
ブラシレスＤＣモータが起動すると、他制運転から自制運転に移行させるわけであるが、この移行時に印加電圧が大きく変化してしまうと、モータの挙動が不安定となり運転ができなくなる。自制運転に移行した際の電圧が過小である場合、発生トルクが低下し、モータが停止するおそれがある。また、自制運転に移行した際の電圧が過大である場合、電流が過大となり、過電流によるインバータの保護動作により・モータの破損や半導体スイッチ素子の破損を招く。
【０００４】
この問題を解決する方法が種々提案されている。例えば、特開平３−２３９１８６号公報には、他制運転から自制運転に移行させる際、自制運転開始時のモータ回転数を他制運転時のモータ回転数と同じあるいは低くなる様にしたブラシレスＤＣモータの制御装置が開示されている。
【０００５】
また特開平９−１３１０９１号公報には、他制運転時に印加電圧と誘起電圧の位相差がゼロになった点で自制運転を開始するようにしたブラシレスＤＣモータの制御装置が開示されている。
【０００６】
図１０はこれら従来のＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。図において、１は直流電源、２は制御信号に基づき動作する複数のスイッチ素子を有し直流電源１より供給され直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換するインバータ、３は固定子３ａおよび永久磁石を有する回転子３ｂから構成され、インバータ２からの交流電圧によって動作するＤＣブラシレスモータ、４はＤＣブラシレスモータ３の端子電圧を検出して、ＤＣブラシレスモータ３の回転子３ｂの位置を検出する位置検出回路、５は位置検出回路４から出力される位置信号を入力してインバータ２のスイッチ素子の制御信号を発生する制御回路である。
【０００７】
次に動作について説明する。図１１は、従来のモータ制御装置の端子電圧波形図である。まず駆動を開始する場合、制御回路５は他制運転すなわち予め定められた電圧指令値および周波数の時間変化パターンに基づく制御信号を出力する。ここで、制御信号は位置検出回路４での位置検出情報を得るべく、所定の通電休止期間を備えた信号パターンとなっている。インバータ２は、制御信号に基づきスイッチング素子を駆動し、ＤＣブラシレスモータ３の固定子３ａに交流電圧を与え、回転磁界を発生し、回転子３ｂを回転させる。回転子３ｂの速度上昇に伴い、位置検出回路４は誘起電圧のゼロクロス情報すなわち回転子位置情報が出力される。制御回路５はゼロクロス情報を監視し、自制運転に切替が可能であるか否かを判断し、自制運転可能となったら自制運転へと切り替える。自制運転時は、回転子位置情報から回転速度を求め、速度指令と回転速度の差分（速度偏差）を積分することにより電圧指令値を演算し、回転子位置に同期した交流電圧を発生すべく制御信号を発生し、インバータ２は制御信号に応じた交流電圧を発生することでＤＣブラシレスモータ３を駆動する。
【０００８】
上記の動作により、他制運転から自制運転に移行した際の電圧および電流の跳躍を少なくし、起動の安定化が図っている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平３−２３９１８６号公報
【特許文献２】
特開平９−１３１０９１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平３−２３９１８６号公報および特開平９−１３１０９１号公報に示されたＤＣブラシレスモータの制御方法は、誘起電圧を検出する必要があるため、位置検出回路が必要であった。またインバータから発生する電圧は、所定の通電休止区間が必要であるため、電圧および電流の波形は高調波を多く含んだ矩形波状とする必要があり、振動・騒音・効率面で有利な正弦波状の電流波形とすることができなかった。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、位置検出回路がなくとも他制運転から自制運転へスムーズに移行することが可能な同期電動機の制御方法及び同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る同期電動機の制御方法は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御方法において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出するステップと、検出した他制運転電流値を記憶装置に格納するステップと、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップと、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算するステップと、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算するステップと、位相角度誤差が収束していない場合、位相角度誤差に基づき記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納し、この座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転時電圧指令値の位相角度誤差の演算を位相角度誤差が収束するまで繰り返すステップと、位相角度誤差が収束した場合、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御方法において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出するステップと、検出した他制運転電流値を記憶装置に格納するステップと、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップと、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算するステップと、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算するステップと、位相角度誤差に基づき前記記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として前記記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納するステップと、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返すステップと、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップでの電流指令を、発生する電圧の周波数で回転する回転座標系で表現される励磁電流指令又はトルク電流指令としたことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、フィルタ値情報を用いて自制運転の電圧指令演算を行う場合は、フィルタ値を記憶された座標回転した他制運転電流値に置き換えて、自制運転に切り替えることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、同期電動機に流れる電流検出に巻線型電流センサを用いると共に、他制運転から自制運転への切り替えは、巻線型電流センサの検出周波数下限よりも高い周波数で行うことを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る同期電動機の制御装置は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御装置において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出する電流検出手段と、検出した他制運転電流値を格納する記憶装置と、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算する自制運転電流指令値演算手段と、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算する自制運転電圧指令値演算手段と、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算する位相角度誤差演算手段と、位相角度誤差が収束していない場合、位相角度誤差に基づき記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納し、この座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転時電圧指令値の位相角度誤差の演算を位相角度誤差が収束するまで繰り返す手段と、位相角度誤差が収束した場合、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始する自制運転開始手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係る同期電動機の制御装置は、固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御装置において、予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出する電流検出手段と、検出した他制運転電流値を格納する記憶装置と、記憶された他制運転電流値と、他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算する自制運転電流指令値演算手段と、自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算する自制運転電圧指令値演算手段と、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算する位相角度誤差演算手段と、位相角度誤差に基づき記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納する手段と、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返す手段と、演算された自制運転電流指令値、記憶された座標回転した他制運転電流値及び位相角度誤差に基づき自制運転を開始する自制運転開始手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、同期電動機の一例として、ＤＣブラシレスモータを用いて説明するが、本発明はＤＣブラシレスモータに限定されるものではなく、同期電動機であればよい。
【００２０】
実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、ＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。図において、１は直流電源、２は制御信号に基づき動作する複数のスイッチ素子を有し直流電源１より供給される直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換するインバータ、３は複数の巻線を有する固定子３ａおよび永久磁石を有するモータ回転子３ｂから構成されインバータ２からの交流電圧によって動作するＤＣブラシレスモータ、８ａ，８ｂはＤＣブラシレスモータ３の相電流を検出する電流検出回路、５は前記電流検出回路８ａ，８ｂから出力される電流情報を入力してインバータ２のスイッチ素子の制御信号を発生する制御回路である。
【００２１】
図２は制御回路５の内部構成を示すブロック図である。図において、１０はモータ起動の際の所定の電圧・位相の指令値を出力する他制運転演算手段、７は電流検出回路８ａ，８ｂの出力するモータ相電流情報に基づきＤＣブラシレスモータ３を所定周波数で同期運転させるための電圧および位相の指令値を演算する自制運転演算手段、９は電流検出回路８ａ，８ｂの出力するモータ相電流情報と、他制運転時の電圧・周波数情報を入力して自制運転演算手段７の電圧および位相を調整する自制電圧指令値調整手段、１１は現在の運転状態を元に他制運転と自制運転とを切り替える選択手段、１３ａ，１３ｂは座標変換器、１２は選択手段１１により選択された電圧・位相の指令値に基づきインバータ２の各スイッチング素子の制御信号を作成する駆動制御手段である。
【００２２】
次に動作について図３を用いて説明する。図３はモータ起動時の制御回路５の動作を示すフローチャートである。まず、外部より運転の指令が与えられると、選択手段１１は他制運転を選択する。このとき他制運転演算手段１０は予め定められた電圧指令値と位相の時間変化パターンＶγ 1 ＊，Ｖδ 1 ＊，θ1を出力する。
【００２３】
座標変換器１３ａは電圧指令を位相指令情報に基づき回転座標系から静止座標系Ｖｕ ＊，Ｖv ＊，Ｖｗ ＊に変換して出力する。
【００２４】
駆動制御手段１２は、静止座標系の電圧指令をインバータ２のスイッチング素子の制御信号に変換して出力する。インバータ２は、制御信号に基づき電圧指令情報Ｖｕ ＊，Ｖv ＊，Ｖｗ ＊に相当する電圧をＤＣブラシレスモータ３に印加する。この結果ＤＣブラシレスモータ３の固定子３ａには電流Ｉu，Ｉv，Ｉwが流れると共に回転子３ｂが回転を始める（ステップ１）。
【００２５】
電流検出回路８ａ，８ｂはＤＣブラシレスモータ３の固定子３ａに流れる電流Ｉu，Ｉvを検出し、制御回路５にその情報を出力する。制御回路５内では電流情報を座標変換器１３ｂを通し直流化した電流値Ｉγ，Ｉδを演算する。自制電圧指令値調整手段９は、他制起動の開始時刻から電流値Ｉγ，Ｉδを監視し、その値が安定したか否かを確認し、電流情報の値が安定したら、確定値Ｉγ’，Ｉδ’として内部メモリに保存する（ステップ２）。
【００２６】
次に自制電圧指令値調整手段９は、記憶された電流値と出力電圧振幅情報
【００２７】
【数１】
を用いて、確定値Ｉγ’，Ｉδ’の電流の元でこの出力電圧振幅の電圧が発生される様な励磁電流指令値Ｉγ ＊を計算により求める（ステップ３）。
【００２９】
ここで、ステップ３の計算方法の一例について説明する。例えば自制運転演算手段が式（１）にて表される場合、電圧振幅が他制運転時と同一となるためには、式（２）を満足すればよい。式（１）、（２）よりＶγ 1 ＊，Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 1 ＊，Ｖδ 2 ＊を消去すると、Ｉγ ＊についての簡単な式すなわち式（３）にて表されることは明らかであるので、ステップ３の演算式は式（３）となる。
【００３０】
【数２】
【数３】
【数４】
次に自制運転演算手段７を用いて自制出力電圧指令値Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 2 ＊を演算し（ステップ４）、さらに自制出力電圧指令値Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 2 ＊と現在（他制運転）の出力電圧指令値Ｖγ 1 ＊，Ｖδ 1 ＊の位相差Δθを求める（ステップ５）。Δθは例えば式（４）にて計算する。
【００３４】
【数５】
この位相差Δθが収束したかを判断する（ステップ６）。すなわち、Δθが前回計算したΔθと比べて変化が小さい場合は自制切り替えの際の電圧誤差が無くなったものと判断し、以下のステップに進む。Δθが前回計算したΔθと比べて変化がまだ大きい場合は、自制運転の電圧誤差があるものと判断し、Δθ分だけ電流値Ｉγ’，Ｉδ’を回転座標変換してＩγ’’，Ｉδ’’を求め（ステップ７）、このＩγ’’，Ｉδ’’を現在の電流値として再度ステップ３以降を繰り返し実施する。なお演算初回の場合は無条件に繰り返しとする。
【００３６】
前記の繰り返し演算の結果Δθの変化が無視できる程度に小さくなったら、選択手段１１は電圧指令および位相を自制運転演算手段７の出力情報Ｖγ 2 ＊，Ｖδ 2 ＊，θ2に切り替えて自制運転を開始を行う（ステップ９）。
【００３７】
なお、自制運転演算手段７に電流のフィルタ値情報を用いる場合は、ステップ９の直前にフィルタ値に座標回転した電流値Ｉγ’’，Ｉδ’’を与えた後（ステップ８）、自制運転に切り替える。
【００３８】
自制運転中は、自制運転演算手段７はＤＣブラシレスモータ３に流れる電流情報に基づきＤＣブラシレスモータ３の回転子３ｂの位置を推定しつつ、所定の周波数で運転するよう電圧指令及び位相を出力することで安定した運転を達成する。
【００３９】
以上により、自制運転演算開始前後の電圧は連続値となるため、切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。また、他制運転時の電流値情報を元に自制運転開始時の電圧値を演算するため、起動時の負荷トルクが異なる場合にも適応することができる。
【００４０】
上記本実施の形態による方式で起動した場合の起動電流波形を図４に、また上記演算を行わずに起動した場合の起動電流波形を図５に示す。本実施の形態による方式（図４）では、他制運転時の負荷に応じた電圧が演算され自制開始時より印加されるため、モータに流れる電流は、増減なく安定したものとなる。一方、演算を行わない場合（図５）は、自制運転開始時の電圧が一定となるため、異なる負荷トルクの元では起動電圧が不整合となり、結果電流波形が乱れたものとなる。
【００４１】
なお、上記実施の形態では、繰り返し演算の終了判定をΔθの大きさにより行うものとしたが、これに限るものではなく、たとえば繰り返しの演算回数によって判定しても良い。通常、繰り返しの演算回数が１０〜３０回で収束する。
【００４２】
また、出力電圧の調整方法として励磁電流指令（モータ磁束と同相成分の電流指令）を操作するものとして説明したが、これに限るものではなく、トルク電流指令（モータ磁束と直交する成分の電流指令）を操作しても、電圧の調整は可能であり、同様の効果が得られることは明らかである。
【００４３】
また、制御回路５内部の演算用電流情報としてフィルタ値を用いる場合は、自制運転切り替えの際同時にフィルタ値をＩγ’’，Ｉδ’’に置換することにより、自制運転への切り替えによる電流値の急変がなく、より安定性の向上した装置が実現できる。
【００４４】
実施の形態２．
次に電流検出回路８ａ，８ｂに巻線型電流センサを使用した場合について説明する。図６，７はそれぞれホール素子型電流センサ（以下ＤＣＣＴ）、巻線型電流センサ（以下ＡＣＣＴ）の構造図である。
【００４５】
ＤＣＣＴはコアに発生する磁束をホール素子により電圧に変換して電流情報を得るものである。構造部品としてホール素子とアンプを必要とするため、高価である。
【００４６】
一方ＡＣＣＴはコア磁束の時間変化によって二次巻線に誘起電圧を発生し二次巻線に直列に接続される負荷抵抗に発生する電圧として一次電流（モータ電流）情報を取り出すものであり、構造が簡単で安価である。
【００４７】
図８はＤＣＣＴ，ＡＣＣＴ両電流センサの周波数−ゲイン特性を示す。ＤＣＣＴは直接磁束を検出するため、一次電流の周波数によらずゲインは一定となる。一方ＡＣＣＴは、磁束の時間変化を利用して検出するため、一次電流の周波数が低くなるほど、出力ゲインが小さくなる特性となる。
【００４８】
ここで、図４の如くの電流波形をＡＣＣＴで検出した場合のセンサ出力波形を図９に示す。同図に示すように、起動から所定周波数に加速するまではＡＣＣＴ出力は正しい電流情報とならない。すなわち、実施の形態１で説明した自制運転は起動〜ＡＣＣＴの特性で決まる所定の周波数までは自制運転が正しく動作できない。そこで、電流検出回路８ａ，８ｂにＡＣＣＴを使用する場合は、実施の形態１の他制運転周波数をＡＣＣＴの特性によって決まる検出可能な周波数の下限値以上とすると、電流が検出できない回転数で自制運転することがないため、良好な制御性を保持することができる。また、センサが安価であるため、装置のコストを抑制することができる。
【００４９】
本願同様、起動時のＡＣＣＴのセンサ特性劣化を回避する従来法としては、２００１年度パワーエレクトロニクス研究会第１６回専門講習会資料「エアコンのパワーエレクトロニクス最前線」にて示された方式があるが、同方式はＡＣＣＴの二次巻き線を３端子とする必要があり、かつ差動増幅器を要することから本願発明よりもコスト的に不利であることを付け加えておく。
【００５０】
【発明の効果】
この発明に係る同期電動機の制御方法は、他制運転中の同期電動機の電流情報により、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧が連続するように自制運転の初期電圧指令を調整する仮想的な演算を行い、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差が収束するまで繰り返して演算を行うことにより、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【００５１】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返して、繰り返し演算の終了を判定することでも、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【００５２】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップでの電流指令を、発生する電圧の周波数で回転する回転座標系で表現される励磁電流指令又はトルク電流指令としたことにより、同期電動機に流れる電流情報に基づき回転子の位置を推定しつつ、所定の周波数で運転するように電圧指令を出力する自制運転制御におけるアルゴリズムを流用でき、簡単な方法で安定した起動性能が得られる。
【００５３】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、フィルタ値情報を用いて自制運転の電圧指令演算を行う場合は、フィルタ値を記憶された座標回転した他制運転電流値に置き換えて自制運転に切り替えることにより、自制運転への切り替えによる電流値の急変がなく、より安定性が向上する。
【００５４】
また、この発明に係る同期電動機の制御方法は、同期電動機に流れる電流検出に巻線型電流センサを用いると共に、他制運転から自制運転への切り替えは、巻線型電流センサの検出周波数下限よりも高い周波数で行うことにより、電流検出を安価に行うことができる。
【００５５】
この発明に係る同期電動機の制御装置は、他制運転中の同期電動機の電流情報により、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧が連続するように自制運転の初期電圧指令を調整する仮想的な演算を行い、自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差が収束するまで繰り返して演算を行うことにより、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【００５６】
また、この発明に係る同期電動機の制御装置は、座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返して、繰り返し演算の終了を判定することでも、他制運転から自制運転への切り替え時の電圧変動がなく安定した起動性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、ＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、制御回路の内部構成を示すブロック図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、動作を示すフローチャート図である。
【図４】 実施の形態１を示す図で、モータ起動電流を示す図である。
【図５】 実施の形態１を示す図で、本発明における電圧演算を行わない場合のモータ起動電流を示す図である。
【図６】 実施の形態２を示す図で、ホール素子型電流センサの構造図である。
【図７】 実施の形態２を示す図で、巻線型電流センサの構造図である。
【図８】 実施の形態２を示す図で、電流センサの周波数−ゲイン特性を示す図である。
【図９】 実施の形態２を示す図で、巻線型電流センサを用いた際の起動時の出力波形を示す図である。
【図１０】 従来のＤＣブラシレスモータの制御装置の構成を示す図である。
【図１１】 従来のＤＣブラシレスモータの制御装置の端子電圧波形図である。
【符号の説明】
１ 直流電源、２ インバータ、３ ＤＣブラシレスモータ、３ａ 固定子、３ｂ 回転子、５ 制御回路、７ 自制運転演算手段、８ａ，８ｂ 電流検出回路、９ 自制電圧指令値調整手段、１０ 他制運転演算手段、１１ 選択手段、１２ 駆動制御手段、１３ａ，１３ｂ 座標変換器。
Claims (7)
- 固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御方法において、
予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出するステップと、
検出した他制運転電流値を記憶装置に格納するステップと、
前記記憶された他制運転電流値と、前記他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップと、
前記自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算するステップと、
前記自制運転電圧指令値と前記他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算するステップと、
前記位相角度誤差が収束していない場合、前記位相角度誤差に基づき前記記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として前記記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納し、この座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転時電圧指令値の位相角度誤差の演算を位相角度誤差が収束するまで繰り返すステップと、
前記位相角度誤差が収束した場合、前記演算された自制運転電流指令値、前記記憶された座標回転した他制運転電流値及び前記位相角度誤差に基づき自制運転を開始するステップと、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。 - 固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御方法において、
予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出するステップと、
検出した他制運転電流値を記憶装置に格納するステップと、
前記記憶された他制運転電流値と、前記他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップと、
前記自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算するステップと、
前記自制運転電圧指令値と前記他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算するステップと、
前記位相角度誤差に基づき前記記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として前記記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納するステップと、
前記座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返すステップと、
前記演算された自制運転電流指令値、前記記憶された座標回転した他制運転電流値及び前記位相角度誤差に基づき自制運転を開始するステップと、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。 - 自制運転時の自制運転電流指令値を演算するステップでの電流指令を、発生する電圧の周波数で回転する回転座標系で表現される励磁電流指令又はトルク電流指令としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の同期電動機の制御方法。
- フィルタ値情報を用いて自制運転の電圧指令演算を行う場合は、フィルタ値を前記記憶された座標回転した他制運転電流値に置き換えて、自制運転に切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の同期電動機の制御方法。
- 同期電動機に流れる電流検出に巻線型電流センサを用いると共に、他制運転から自制運転への切り替えは、前記巻線型電流センサの検出周波数下限よりも高い周波数で行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の同期電動機の制御方法。
- 固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御装置において、
予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出する電流検出手段と、
検出した他制運転電流値を格納する記憶装置と、
前記記憶された他制運転電流値と、前記他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算する自制運転電流指令値演算手段と、
前記自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算する自制運転電圧指令値演算手段と、
前記自制運転電圧指令値と前記他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算する位相角度誤差演算手段と、
前記位相角度誤差が収束していない場合、前記位相角度誤差に基づき前記記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として前記記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納し、この座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転時電圧指令値の位相角度誤差の演算を位相角度誤差が収束するまで繰り返す手段と、
前記位相角度誤差が収束した場合、前記演算された自制運転電流指令値、前記記憶された座標回転した他制運転電流値及び前記位相角度誤差に基づき自制運転を開始する自制運転開始手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 固定子巻線の誘起電圧を検出することなく同期電動機を運転制御する同期電動機の制御装置において、
予め決められた電圧・周波数指令による他制運転により同期電動機を駆動し、同期電動機に流れる他制運転電流を検出する電流検出手段と、
検出した他制運転電流値を格納する記憶装置と、
前記記憶された他制運転電流値と、前記他制運転の電圧・周波数指令情報に基づき、自制運転時の自制運転電流指令値を演算する自制運転電流指令値演算手段と、
前記自制運転電流指令値に基づき自制運転電圧指令値を演算する自制運転電圧指令値演算手段と、
前記自制運転電圧指令値と前記他制運転電圧指令値の位相角度誤差を演算する位相角度誤差演算手段と、
前記位相角度誤差に基づき前記記憶された他制運転電流値を回転座標変換して現在の他制運転電流値として前記記憶装置に座標回転した他制運転電流値を格納する手段と、
前記座標回転した他制運転電流値に基づいて自制運転電流指令値・自制運転電圧指令値・自制運転電圧指令値と他制運転電圧指令値の位相角度誤差の演算を所定回数繰り返す手段と、
前記演算された自制運転電流指令値、前記記憶された座標回転した他制運転電流値及び前記位相角度誤差に基づき自制運転を開始する自制運転開始手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
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