JP4031880B2 - 永久磁石式同期電動機の起動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベクトル制御される永久磁石式同期電動機の起動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来の永久式磁石同期電動機の可変速制御装置の構成例を示すものである。交流電源から整流器やＰＷＭコンバータ等（図示せず）によって得られる直流１を電力変換器（インバータ）２によって任意周波数・任意電圧の交流に変換して永久磁石式同期電動機（ＰＭＳＭ）３（以下、単に「電動機３」という）を駆動する主回路を構成し、電力変換器２の出力制御により、電動機負荷（図示せず）のいかんにかかわらず、電動機３を任意の速度で回転させる。電動機３の回転子磁極位置が磁極位置検出器４によって電動機回転角度θｒとして検出され、これを微分器５で微分して電動機３の回転速度ｎを得る。この回転速度ｎを速度基準発生器６で発生された速度基準と比較器７で比較し、その比較結果すなわち速度偏差を速度制御器８へ入力し、トルク電流基準Ｉq0を得る。電力変換器２から電動機３へ供給される電流すなわち電動機電流を電流検出器９によって検出し、これを座標変換器１０によって磁束電流とトルク電流に分解する。この磁束電流およびトルク電流をそれぞれ比較器１２ａ，１２ｂにおいて、磁束電流基準発生器１１で生成された磁束電流基準Ｉd0および速度制御器７で生成されたトルク電流基準Ｉq0と比較し、それぞれ磁束電流偏差およびトルク電流偏差を得てそれぞれ電流制御器１３へ入力する。電流制御器１３は各偏差をゼロにするための磁束電流指令およびトルク電流指令を生成し、それを座標変換器１４で３相電圧指令に変換し、ＰＷＭパターン生成回路１５を介して電力変換器２をゲート制御する。
【０００３】
永久磁石式同期電動機では、電動機内部で回転子である永久磁石が発生する磁束と、固定子巻線を流れる電機子電流Ｉａが発生する磁束が直交する場合に、同一電流のもとで最大トルクが得られる。永久磁石式同期電動機のベクトル制御においては、磁極位置検出器４によって得られる磁極位置検出信号を、座標変換器１０および１４に用いることにより、上述した条件を満たすような制御が行われる。
【０００４】
ところで、磁極位置検出器４を用いない制御方式も何種類か提案されている。図１９に示すものもその一例であり、磁極位置検出器４の代わりに、速度検出器１６を備え、これによって検出された電動機速度ｎのほかに、電動機電流検出値および電力変換器２への電圧指令値を用いて、磁極位置演算器１７により磁極位置を演算し、その演算によって得られた磁極位置信号を座標変換器１０、１４で用いる基準位相情報として用いる。この方式では速度検出器１６を省略できる演算方式も提案されており、その場合は、磁極位置演算器１７で得られた回転角度を微分することによって電動機速度ｎを得て、比較器７への入力とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示した方式によって正確な電動機制御を行うためには、磁極位置検出器４の使用が不可欠である。しかし、磁極位置検出器は、誘導電動機の速度制御の際に用いられる速度検出器等と比較して高価である。また、図１９に示した方式では、起動時など速度の低い領域では、電流検出値および電圧指令値が小さく、磁極位置の推定精度が低くなるという問題点があり、速度が完全にゼロの状態では磁極位置演算を行うことができない。
【０００６】
電動機に機械的ブレーキをかけたままの状態で、電機子に電流を流すことにより停止時の磁極位置を推定する方法も提案されているが、突極性がほとんど無い円筒型永久磁石を用いた同期電動機の場合は、磁極位置の推定が極めて困難である。
【０００７】
従って本発明は、磁極位置検出器を用いることなく、永久磁石式同期電動機を安定に起動させることの可能な永久磁石式同期電動機の起動制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、永久磁石式同期電動機を、与えられた速度基準および磁束電流基準に従い速度偏差および磁束電流偏差がゼロになるように電流制御手段およびこれによって制御される電力変換器を介して速度制御する永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、電動機起動のための固定磁極位置に対応する磁束電流指令およびトルク電流指令を生成する起動時電流設定手段と、電動機起動のための電流位相指令を設定する起動時位相設定手段と、電動機起動に先だち電動機電流の位相初期値として起動時位相設定手段によって設定された電流位相指令を与えると共に、電流制御手段へ入力される磁束電流基準およびトルク電流基準の初期値として起動時電流設定手段によって設定された磁束電流指令およびトルク電流指令を与えるように切替動作する切替手段と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、起動時電流設定手段は、固定磁極位置に対応する磁束電流指令およびトルク電流指令を所定の時限をもって徐々に立ち上げることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、起動時電流設定手段は、固定磁極位置に対応する磁束電流指令およびトルク電流指令を電動機速度に応じて変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、電動機速度に応じて減衰させる減衰手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、起動後の電動機回転角度に応じた補正量に従って減衰させる減衰手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、同期電動機の回転方向を判定する回転方向判定手段と、起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、回転方向判定手段によって判定された回転方向により跳躍させる手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、電動機速度が所定値に達したことを判定する速度判定手段をさらに備え、起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、速度判定手段の出力により跳躍させることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項６または７に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、電動機負荷トルクを検出する負荷トルク検出手段をさらに備え、起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、負荷トルク検出手段によって検出された負荷トルクに従って制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項６または７に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、回転方向判定手段は磁極位置固定のための電流を流し始めるタイミングに遅延を持たせた際の電動機回転方向から負荷トルクの方向を判定し、起動時電流設定手段によって設定される磁束電流指令およびトルク電流指令を負荷トルクの方向が判定されてから有効にする遅延手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、速度判定手段の出力により所定の時限をもって徐々に立ち上げることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に係る発明は、請求項５に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、減衰手段によって減衰させるための補正量を、電動機速度、電動機回転方向、および負荷トルクのうちの少なくとも一つに応じて調整することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された永久磁石式同期電動機の起動制御装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明を説明するために図１ないし図１７を参照するが、これらの図において、すでに説明した図１８および図１９のものと同一の構成要素には同一の符号を付して、その個々の説明を省略する。
【００２０】
＜実施形態１＞
図１は、請求項１に係る発明の実施形態を示すものである。この実施形態においては、電動機磁極位置が判らない状態で電動機３を起動するのに先だって、一旦、ある一定の振幅・位相の電流を電機子に流して磁極位置を固定し、磁極位置を明確にしてから電動機３の起動を行うものである。これを実現するために、図１の装置は図１９の装置を基本にして、それに、起動時電流設定器１９および起動時位相設定器２０を備え、さらに、起動時電流設定器１９および起動時位相設定器２０の出力を起動に先だって比較器１２ａおよび１２ｂに導くように、これらの比較器の前段に切換器１８ａ，１８ｂを挿入する。起動時電流設定器１９は、電動機起動時の初期磁束電流基準および初期トルク電流基準を設定するものである。さらに、座標変換器１０，１４の磁極位置信号入力段には、これに与える磁極位置信号を電動機起動時に起動時位相設定器２０からの位相信号に切り替えるための切替器１８ｃが挿入されている。切替器１８ａ，１８ｂ，１８ｃは互いに連動する３個の切替器であってもよいし、１個の切替器の連動接点であってもよい。
【００２１】
機械的ブレーキがかけられた電動機３を対象として、磁極位置が判らない状態で電動機３を起動するには、まず切替器１８ａ，１８ｂ，１８ｃの接点を図上で上側、すなわち起動時電流設定器１９および起動時位相設定器２０側に切り替える。起動時電流設定器１９および起動時位相設定器２０は予め設定された固定値を出力し、電力変換器２の出力が直流電流となるようにする。電動機３の機械的ブレーキを緩めると同時に電動機３の回転子磁極が回転し始め、負荷トルクと電流値に応じた、ある一定の角度位置のところで固定される。この状態での電動機３の磁極位置は、起動時電流設定器１９および起動時位相設定器２０の設定値、並びに電動機３の負荷条件から容易に演算することができる。
【００２２】
具体的には、電動機３の磁極位置は、固定子に流れる電流が生成する磁束の位置から負荷トルク相当分だけずれた位置で固定される。いま、起動時電流設定器１９の設定値を、固定子電流の磁束成分すなわち磁束電流をＩdo、トルク成分すなわちトルク電流をＩqoとし、起動時位相設定器２０の位相設定値をθref とする。電動機３のトルク定数をｋq、加わっている負荷トルクをτlとすれば、電動機磁極位置θfixは、

で固定される。（１）式右辺の第１項と第２項が固定子に流れる電流が生成する磁束の角度、第３項が負荷の影響でずれる角度である。
【００２３】
この時の電機子電流Ｉａが発生する磁束φａの方向と、回転子永久磁石が作る磁束φｍの方向との関係を図２に示す。例えば、無負荷の場合は、起動時電流設定器１９で設定されるトルク電流Ｉqoをゼロとすれば、電動機３の磁極位置は起動時位相設定器２０で設定された値θref に固定される。この状態で、切替器１８ａ，１８ｂ，１８ｃの接点を図示下側（定常運転側）に切替えれば、磁極位置演算器１７は、起動時位相設定器２０で設定された位相θrefを初期値として演算を開始し、電動機３は正常に起動する。また、起動しようとした際、すでに電動機定格の５０％程度の機械負荷すなわち負荷トルクτl が加わっている場合は、流す電流の大きさを定格程度とすれば、上式のsin^-1 の後の（ ）の中が０．５となるので、トルク電流Ｉqoをゼロに設定していれば、磁極は磁極位置設定器２０の設定値から３０°程度ずれた角度位置で固定される。このような磁極位置演算誤差があった場合、電動機３が発生する実トルクは、トルク指令値に対して演算誤差角度の余弦を乗じたものになる。磁極位置演算誤差が３０°であれば、電動機３の発生トルクは、指令値のcos ３０°倍、すなわち０．８６６倍となる。この程度の負荷であれば、特に問題なく起動を行うことができるので、電動機の負荷条件を起動時の初期磁極位置推定の際には考慮しなくても良い。なお、Ｆは永久磁石回転子に作用する吸引力を示すものである。
【００２４】
＜実施形態２＞
図３は、請求項２に係る発明の実施形態における、起動時電流設定器１９の出力波形の例である。請求項１の発明では、図３（ａ）に示すように、起動指令に同期してステップ状に一定値の設定電流を与えて電動機磁極位置の固定を行う。これに対し、本実施形態においては、磁極位置を固定する際に、電機子に流す電流をある時限で変化させることにより、磁極位置固定時の衝撃力の発生の低減を図る。すなわち、図３（ｂ）に示すように磁極位置固定時の電流振幅がある時限をもって徐々に立ち立ち上がるようにランプ状の設定電流を与えることにより、磁極位置固定時に発生する衝撃を低減する。
【００２５】
＜実施形態３＞
図４は、請求項３に係る発明の実施形態を示すものである。請求項１および２に係る発明の実施形態（図１，３）では、定常的には一定値の直流電流を流して磁極位置を固定させるため、電動機の初期負荷状態や停止位置によっては、磁極位置固定時に発生する振動を抑えきることができず、磁極位置固定に失敗することがあり得る。これを防止するため、本実施形態では、磁極位置が固定されるまでの間、電動機３の回転速度ｎに応じて、電機子に流す電流の値を変化させるために、起動時電流設定器１９の設定値を電動機の回転速度ｎに応じて変化させる。具体的には、速度検出器１６によって検出された電動機速度ｎに応じて、起動時電流設定器１９によって設定される磁束成分電流・トルク成分電流の振幅を変化させることにより、衝撃・振動の発生を抑制する。この時の、速度検出器１６の出力すなわち電動機速度ｎと、座標変換器１０，１４へ与える位相信号の波形例を、図５に示す。この図の例では、起動時電流設定器１９の出力すなわち磁束電流基準Ｉd0・トルク電流基準Ｉq0は双方とも変化させているが、どちらか一方だけを変化させる手法も考えられる。
【００２６】
＜実施形態４＞
図６は、請求項４に係る発明の実施形態を示すものである。請求項３に係る発明の実施形態（図４，５）では、磁極位置固定時に負荷条件などの理由により過大速度が発生した場合、それに応じて流す電流も増大し、結果として電力変換器２の定格電流を超えてしまうおそれがある。これに対し、本実施形態では、速度検出器１６で検出された電動機速度ｎに比例定数回路２１で比例定数Ｋdpを乗じたものを、減算器２２によって起動時位相設定器２０の出力から差し引いて、座標変換器１０，１４への入力とする。つまり、比例定数回路２１および減算器２２により起動時位相に対する減衰手段を構成し、電流の絶対値を変えずにその電気角のみを電動機速度ｎに応じて変化させる。これにより、電動機回転子が動いている（＝磁極位置が固定されるまでの）間、電機子電流Ｉａが作る磁束φａが回転子側の磁極位置に近づくような動作をさせることができる。このようにして、磁極位置固定時に発生する振動を速やかに減衰させることができる。この時の、速度検出器１６によって検出される電動機速度ｎと、座標変換器１０，１４へ送出する位相の波形例を図７に示す。
【００２７】
＜実施形態５＞
図８は、請求項５に係る発明の実施形態を示すものである。請求項１〜４に係る発明の実施形態では、磁極位置が最終的に固定される位置は、その初期位置にかかわらず、同じ負荷条件のもとでは常に同一となる。このため、初期磁極位置によっては磁極位置が固定されるまでの間に電気角にして無負荷時で最大１８０度、負荷条件によっては２７０〜３６０度近く回転する可能性がある。これに対し、本実施形態では、電動機速度ｎを積分器２３により積分して電動機回転角度を得た後、それに定数Ｋdiを乗じたものを、減算器２２によって起動時位相設定器２０の出力から差し引くことにより減衰手段作用を行わせる。請求項４に係る発明の実施形態（図６，７）では、電動機速度がゼロとなった状態では補正項がゼロとなるため、起動時位相設定器２０の出力がそのまま座標変換器１０，１４へ入力されるが、本実施形態によれば、電動機速度がゼロとなった状態でも積分器２３の出力はゼロとならないため、起動時位相設定器２０の出力に対して、あるオフセットを加えた位置に電動機磁極位置を固定することができる。このため、磁極位置固定時に電動機回転角度の減少を実現することができる。この時の、速度検出器１６の出力と、座標変換器１０および座標変換器１４への位相信号の波形例を、図９に示す。なお、図８の実施形態では、請求項４に係る発明の実施形態と組み合わせて実施しているが、請求項１〜３に係る発明の実施形態と組み合わせて実施することも可能である。
【００２８】
＜実施形態６＞
図１０は、請求項６に係る発明の実施形態を示すものである。請求項３〜５に係る発明の実施形態（図４〜９）では、電動機速度ｎを磁極位置固定の際の制御に用いるが、磁極位置固定の際の電動機速度ｎは定格値に比べて非常に小さいことが多く、速度検出器１６の分解能によっては十分な効果が得られない場合がある。これに対し、本請求項に係る発明では、磁極固定開始直後、速度検出器１６の出力に基づいて回転方向判定器２４により磁極位置が存在する方向（回転方向）を判定し、その方向に応じて起動時位相設定器２０の出力を不連続的に進めるか遅らせることにより、電機子電流Ｉａが作る磁束と回転子磁束がなす角度を減少させ、磁極位置の固定に要する時間および回転角度を減少させる。理論的には位相の跳躍量を±９０°とした時にもっとも大きな効果が得られるが、回転方向検出器２５の動作遅れ時間や機械系の摩擦係数などを考慮すると、最適値は０°〜１８０°の範囲で選定される。なお、位相跳躍量を９０°とした場合に電動機３の最大回転角度は最も小さくなり、無負荷の場合、電気角にして９０°となる。この時の速度検出器１６の出力と、座標変換器１０，１４への位相信号の波形例を図１１に示す。図１０の実施形態は、請求項３および４に係る発明の実施形態と組合せた場合について説明しているが、請求項２および５に係る発明の実施形態と組み合せることも可能である。
【００２９】
＜実施形態７＞
図１２は、請求項７に係る発明の実施形態を示すものである。請求項６に係る発明の実施形態（図１０，１１）では、いかなる場合にも磁極固定位相を不連続的に跳躍させるため、本来、位相を跳躍させる必要の無い場合にも位相を跳躍させて、軽微ではあるが不要な振動を引き起こす可能性が高いという一面がある。これに対し、本実施形態では、磁極固定時の電動機速度ｎがある設定値を超えた場合にのみ、速度判定器２５により初期磁極位置と最終磁極固定位置の位相差が十分に大きいと判定して起動時位相設定器２０の出力を不連続的に変化させる。速度判定器２５はエッジトリガとし、一旦速度がある値を超えた後は速度が低下してもその出力を保持する。基本的には、図１１，１２の実施形態と同様に回転方向を検知した上で起動時位相設定器２０の出力を跳躍させる方向を決めるが、位相跳躍量を１８０°に設定する場合に限り、回転方向の検出は不要である。この場合、磁極の最終固定位置は当初の設定値の反対側となり、その効果は最大となるが、位相跳躍量が大きいため発生する衝撃力も大きくなる可能性がある。位相跳躍量を１８０°とするか、それ以下とするかについては、適用するシステムの機械的定数（摩擦係数など）により最適値が異なる。この時の、速度検出器１６の出力と、座標変換器１０，１４への位相入力の波形例を図１３に示す。
【００３０】
＜実施形態８＞
図１４は、請求項８に係る発明の実施形態を示すものである。請求項６および７に係る発明の実施形態（図１０〜１３）では、負荷トルクτl の方向と初期磁極位置の関係によっては、特に電流位相を跳躍させることなく安定に磁極を固定できる場合もあるが、その時でも電流の位相を不連続的に変化させて余分な振動を引き起こしてしまう場合があり得る。本実施形態によれば、負荷トルクを検出する負荷トルク検出器２６を設け、検出負荷トルクと回転方向判定器２４の出力を、起動時位相設定器２０に入力し、必要な場合にのみ電流の位相を跳躍させる。具体的には、電機子巻線に直流電流を流し磁極位置固定動作に入った際、電動機３の初期回転方向が負荷トルク方向と逆方向であれば、位相を跳躍させなくても回転子磁極位置を安定に固定することができるので、この場合は位相の跳躍をさせない。このようにして、不要な電流位相の変化を回避し、余分な振動の発生を防止することができる。
【００３１】
＜実施形態９＞
図１５は、請求項９に係る発明の実施形態を示すものである。請求項８に係る発明の実施形態（図１４）においては、負荷トルク検出器２６が必要となる。本実施形態によれば、磁極位置固定のための電流を流し始めるタイミングに遅延を持たせ、この間の電動機３の回転方向から負荷トルク方向の判定を行い、その後、電流を流し始めた際に加速するか減速するかによって、請求項８に係る発明の実施形態（図１４）における電動機初期回転方向を判定する。簡便には、電流を流し始めた際に電動機３が減速すれば、負荷トルク方向と初期電動機回転方向が逆であるので、電流の位相を跳躍させる必要はない、と判定することができる。速度検出器１６の分解能が低い場合には、ごく低速域での加速・減速の判定は困難なので、この場合は、電流を流し始めてある時限が経過した後の回転方向により判定を行えばよい。
【００３２】
＜実施形態１０＞
図１６は、請求項１０に係る発明の実施形態における、速度検出器１６の出力と、座標変換器１０，１４への位相信号の波形例である。本実施形態における制御ブロックの構成は、請求項６〜９に係る発明（図１０〜１５）と同一である。請求項６〜９に係る発明では、位相を跳躍させる際に衝撃力を発生するおそれがあった。本実施形態によれば、位相を跳躍させる場合に、図１６に示すように、ある時限をもって連続的に変化させることにより、位相跳躍時に発生する余分な振動を低減させることができる。
【００３３】
＜実施形態１１＞
図１７は、請求項１１に係る発明の実施形態を示すものである。請求項５に係る発明の実施形態（図８）においては、電動機速度ｎから回転角度を得る積分器２３による補正量には、ゲインの与え方によっては磁極位置固定のための安定性を損なうおそれがある。本実施形態では、積分器２３の動作を、回転方向判定器２４や、速度判定器２５、負荷トルク検出器２６の出力により制御し、必要に応じて積分動作を停止させることにより、請求項６〜９に係る発明の実施形態（図１０〜１５）と類似の動作をさせることができる。具体的には、初期状態では、補正量が図１１に対応する値でリミットがかかる状態にしておく。速度判定器２５の出力により、電動機速度ｎがある値を超えた場合には、積分器２３の積分動作を停止させる条件を図１３の場合に相当する値に変化させる。回転方向判定器２４の出力と負荷トルク検出器２６の出力から、位相を跳躍させる必要がないと判断される場合には、積分動作を全面的に停止させることにより、図１２，１３の実施形態と類似の動作をさせることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、磁極位置検出器を用いることなく、一旦磁極位置を予め設定された位相状態に固定することにより、永久磁石式同期電動機の起動を安定に行うことができる。また、磁極位置固定の際に、衝撃や振動が少なく、また回転量も小さて済む制御系を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図２】請求項１に係る発明の原理を説明するためのベクトル図。
【図３】（Ａ）は請求項１に係る発明の実施形態における起動時電流設定器の出力波形の例を示す線図、（Ｂ）は請求項２に係る発明の実施形態における起動時電流設定器の出力波形の例を示す線図。
【図４】請求項３に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図５】請求項３に係る発明の実施形態における電動機速度および起動時電流設定器の出力波形例を示す線図。
【図６】請求項４に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図７】請求項４に係る発明の実施形態における電動機速度および座標変換器への入力波形例を示す線図。
【図８】請求項５に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図９】請求項５に係る発明の実施形態における電動機速度および座標変換器への入力波形例を示す線図。
【図１０】請求項６に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図１１】請求項６に係る発明の実施形態における電動機速度および座標変換器への入力波形例を示す線図。
【図１２】請求項７に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図１３】請求項７に係る発明の実施形態における電動機速度および座標変換器への入力波形例を示す線図。
【図１４】請求項８に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図１５】請求項９に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図１６】請求項１０に係る発明の実施形態における電動機速度および座標変換器への入力波波形例を示す線図。
【図１７】請求項１１に係る発明の実施形態を示すブロック図。
【図１８】従来の技術による永久磁石同期電動機の制御装置のブロック図。
【図１９】従来の技術による別の制御装置のブロック図。
【符号の説明】
１ 直流電源
２ 電力変換器
３ 永久磁石式同期電動機（ＰＭＳＭ）
４ 磁極位置検出器
６ 速度基準発生器
８ 速度制御器
１０ 座標変換器
１１ 磁束電流基準発生器
１３ 電流制御器
１４ 座標変換器
１５ ゲートパターン発生器
１６ 速度検出器
１７ 磁極位置演算器
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 切替器
１９ 起動時電流設定器
２０ 起動時位相設定器

Claims (11)

1. 永久磁石式同期電動機を、与えられた速度基準および磁束電流基準に従い速度偏差および磁束電流偏差がゼロになるように電流制御手段およびこれによって制御される電力変換器を介して速度制御する永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   電動機起動のための固定磁極位置に対応する磁束電流指令およびトルク電流指令を生成する起動時電流設定手段と、
   電動機起動のための電流位相指令を設定する起動時位相設定手段と、
   電動機起動に先だち電動機電流の位相初期値として前記起動時位相設定手段によって設定された電流位相指令を与えると共に、前記電流制御手段へ入力される磁束電流基準およびトルク電流基準の初期値として前記起動時電流設定手段によって設定された磁束電流指令およびトルク電流指令を与えるように切替動作する切替手段と、
   を具備したことを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
2. 請求項１に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   前記起動時電流設定手段は、固定磁極位置に対応する磁束電流指令およびトルク電流指令を所定の時限をもって徐々に立ち上げることを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
3. 請求項１または２に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   前記起動時電流設定手段は、固定磁極位置に対応する磁束電流指令およびトルク電流指令を電動機速度に応じて変更することを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   前記起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、電動機速度に応じて減衰させる減衰手段をさらに備えたことを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   前記起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、起動後の電動機回転角度に応じた補正量に従って減衰させる減衰手段をさらに備えたことを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   前記同期電動機の回転方向を判定する回転方向判定手段と、前記起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、前記回転方向判定手段によって判定された回転方向により跳躍させる手段とをさらに備えたことを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
7. 請求項６に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   電動機速度が所定値に達したことを判定する速度判定手段をさらに備え、前記起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、前記速度判定手段の出力により跳躍させることを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
8. 請求項６または７に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   電動機負荷トルクを検出する負荷トルク検出手段をさらに備え、前記起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、前記負荷トルク検出手段によって検出された負荷トルクに従って制御することを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
9. 請求項６または７に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
   前記回転方向判定手段は磁極位置固定のための電流を流し始めるタイミングに遅延を持たせた際の電動機回転方向から負荷トルクの方向を判定し、前記起動時電流設定手段によって設定される磁束電流指令およびトルク電流指令を前記負荷トルクの方向が判定されてから有効にする遅延手段をさらに備えたことを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
10. 請求項６ないし９のいずれかに記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
    前記起動時位相設定手段によって設定された位相指令を、前記速度判定手段の出力により所定の時限をもって徐々に立ち上げることを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。
11. 請求項５に記載の永久磁石式同期電動機の起動制御装置において、
    前記減衰手段によって減衰させるための補正量を、電動機速度、電動機回転方向、および負荷トルクのうちの少なくとも一つに応じて調整することを特徴とする永久磁石式同期電動機の起動制御装置。

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