JP4161695B2 - 永久磁石型同期電動機の制御装置 - Google Patents
永久磁石型同期電動機の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4161695B2 JP4161695B2 JP2002345921A JP2002345921A JP4161695B2 JP 4161695 B2 JP4161695 B2 JP 4161695B2 JP 2002345921 A JP2002345921 A JP 2002345921A JP 2002345921 A JP2002345921 A JP 2002345921A JP 4161695 B2 JP4161695 B2 JP 4161695B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic pole
- pole position
- pulse
- position sensor
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型同期電動機に取り付けた磁極位置センサ及びエンコーダにより永久磁石回転子の磁極位置及び回転速度を検出して永久磁石型同期電動機を可変速制御するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、この種の制御装置の従来技術を示すブロック図である。
図４に示す制御装置１０は、永久磁石型同期電動機２０の速度指令値に対して速度検出値を追従させるように電力指令値を演算する速度調節器１１と、この速度調節器１１から出力される電力指令値に応じた電力を、永久磁石回転子の磁極位置を考慮しながら電動機２０に供給する電力変換器１２と、電動機２０の回転速度を検出するためのエンコーダ１４と、永久磁石回転子の磁極位置を検出するための磁極位置センサ１３と、エンコーダ１４の出力パルスから回転方向を判別するパルス検出器１５と、前記回転方向を考慮しながらエンコーダ１４の出力パルスを計数するパルス数計測器１６と、このパルス数計測器１６の出力から電動機２０の回転速度を演算し、速度検出値を速度調節器１１に向けて出力する速度演算器１７と、磁極位置センサ１３の出力パルスとパルス検出器１５からの回転方向とパルス数計測器１６からのパルス数とに基づき磁極の初期位置や基準量を求めて磁極位置を演算する磁極位置演算器１８とから構成されており、この演算器１８により求めた磁極位置が電力変換器１２に入力されている。
【０００３】
ここで、図５は磁極位置センサ１３の出力及び磁極位置信号の様子を示すものである。磁極位置センサ１３は三相の各相毎にそれぞれ１８０度の期間、パルスを出力し、これらのパルスの各相間の位相差は１２０度となっている。回転子の磁極位置は０度から３６０度の間で繰り返し変化するので、その推移は三角波状の波形となる。
【０００４】
以下の表１は、磁極位置演算器１８が演算に用いる磁極位置センサ１３の出力パルス状態と、磁極の初期位置及び位置演算のための基準量との関係を示している。この表１のパルス状態における丸付き数字“▲１▼”，“▲２▼”，“▲３▼”，……は、図５の上段に示した丸付き数字“▲１▼”，“▲２▼”，“▲３▼”，……に対応していて正常時のパルス状態を示しており、表１のパルス状態の数字“０”，“７”は、それぞれ全相のパルスがLowレベル（Ｌ）、Highレベル（Ｈ）となる異常時のパルス状態を示している。
【０００５】
【表１】
【０００６】
図５に示す如く、電動機２０の正転時には、パルス状態が“▲１▼”から“▲２▼”，“▲３▼”，……と変化して磁極位置の角度が増加し、また、逆転時には、パルス状態が“▲６▼”から“▲５▼”，“▲４▼”，……と変化して角度が減少していく。なお、表１における初期位置は、電源投入時のように磁極位置の状態が不明のときに用いるデータであり、誤差幅が±３０度となるように設定してある。更に、表１における基準量は、電源投入後に磁極位置センサ１３の出力パルスが変化した場合に用いるデータである。
また、図５の磁極位置の三角波上にある丸印は、磁極位置センサ１３の出力パルス状態が変化するときの正しい基準量を示しており、例えば、正転時にパルス状態が“▲１▼”から“▲２▼”に変化する場合の図５における基準量（三角波上にある丸印）は６０度であり、表１のパルス状態“▲２▼”における正転時の基準量（６０度）と一致している。
【０００７】
次に、磁極位置演算器１８による演算アルゴリズムを、図６のフローチャートに示す。磁極位置演算器１８は、磁極位置センサ１３の出力パルスから表１のパルス状態を読み取り（Ｓ１）、パルス状態の今回値が前回値と同じであるか否かを判断する（Ｓ２）。両者が同じであってパルス状態が変化していない場合には下記の数式１の磁極位置演算により磁極位置θを求めると共に（Ｓ４）、パルス状態が変化して今回値が前回値と異なる場合には、磁極位置演算用のパルス数の積算値をゼロクリアしてから（Ｓ３）、数式１の演算により磁極位置θを求める（Ｓ４）。その後、今回のパルス状態を前回値として保存する（Ｓ５）。
このようにして、一定周期ごとにパルス状態の変化の有無を検出しながら磁極位置演算を行っている。
【０００８】
［数１］
θ＝Ｋ１×エンコーダパルス計測数＋初期位置または基準量
（Ｋ１：エンコーダ出力パルスの１パルス当たりの角度）
【０００９】
次いで、図４に示した制御装置１０の全体的な動作を説明する。この制御装置１０では、速度指令値に対し速度検出値が追従するように速度調節器１１によって電力指令値が演算され、この電力指令値に応じた電力を電動機２０に供給するように電力変換器１２が動作する。その際、電力変換器１２では、磁極位置演算器１８によって上述の如く演算された磁極位置を考慮しながら電動機２０への供給電力を決定している。
【００１０】
電動機２０の回転速度は、エンコーダ１４の出力パルスをパルス検出器１５により検出して回転方向を判断し、パルス数計測器１６が回転方向を考慮しながらパルス数を計測すると共に、このパルス数に基づいて速度演算器１７が演算している。
また、磁極位置については、磁極位置演算器１８が、表１におけるパルス状態に応じて、電源投入直後は初期位置を用い、その後にパルス状態が変化した場合には基準量を用いて数式１の演算により求めている。
【００１１】
なお、上述した従来技術のようにエンコーダ及び磁極位置センサを用いて永久磁石型同期電動機の速度制御を行う制御装置は、例えば以下の特許文献１，２に記載されている。
このうち、特許文献２に記載された制御装置は、磁極位置センサの取付位置の誤差に起因する磁極位置検出誤差をなくすために、電源投入後にインバータと電動機との間に設けられたコンタクタを開放して電動機の誘起電圧波形を検出し、この誘起電圧波形と磁極位置センサの出力信号との位相差である磁極位置検出誤差を求めて磁極位置検出値を補正するようにしたものである。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２０６１９８号公報
【特許文献２】
特開平９−４７０６６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図７及び図８は、電動機２０の正転時において、磁極位置センサ１３から出力されるＵ相信号に異常が発生した場合の磁極位置センサ１３の出力及び磁極位置信号を示している。
図７では、正常であったＵ相パルスが途中からLowレベルで固定となり、図８では、正常であったＵ相パルスが途中からHighレベルで固定となっている。このため、図７ではパルス状態が“０”、図８ではパルス状態が“７”となる期間が発生し、正常時にはあり得ない異常な状態が発生している。
【００１４】
また、図７におけるパルス状態“０”の次のパルス状態は“▲４▼”となっているが、正常時にパルス状態が“▲３▼”から“▲４▼”に変わるときの正しい基準量は１８０度（図５、表１参照）であるのに対して、図７では“０”から“▲４▼”に変わるときの基準量が１２０度となっており、正常時に比べて６０度遅れている。
同様に、図８におけるパルス状態“７”の次のパルス状態は“▲１▼”となっているが、正常時にパルス状態が“▲６▼”から“▲１▼”に変わるときの正しい基準量は０度（図５、表１参照）であるのに対して、図８では“７”から“▲１▼”に変わるときの基準量が３００度となっており、このケースでも正常な場合に比べて６０度遅れている。
【００１５】
なお、図７、図８には示されていないが、電動機２０の逆転時において、異常時のパルス状態“０”または“７”が発生した場合、次のパルス状態における基準量は正常時に比べて６０度進む。
すなわち、異常時のパルス状態“０”または“７”が発生すると、次のパルス状態における基準量は、正転時、逆転時の何れの場合も正常時に比べて６０度の誤差を持つことになる。
【００１６】
このような異常時であるにも関わらず、表１に示した正常時の初期位置や基準量を用いて磁極位置演算を行うと、磁極位置を誤認することになり、場合によっては脱調を起こして電動機２０を継続的に駆動することが困難になる。このため、磁極位置演算器１８が異常時のパルス状態“０”または“７”を検出した場合には、直ちに電動機２０を停止する保護動作が必要となる。
【００１７】
しかし、プラント等の産業用機械においては、予め決められた動作が終了するまで、また、電動機が車両等の駆動部に用いられている場合には、車両等が安全な場所に移動するまで、電動機の運転を継続することが要求されている。
一方、前述したような磁極位置センサの異常時の対策としては、センサを二重化することが考えられるが、センサ取付場所の確保が困難であったり、システムの複雑化やコストの上昇を招くといった問題がある。
【００１８】
更に、前述した特許文献２に記載された制御装置は、電動機の誘起電圧と磁極位置検出信号との位相差から磁極位置検出誤差を求め、この誤差を用いて磁極位置を補正するものであるが、図７や図８に示したようにある相の出力パルスが主として電気的要因によりLowレベルまたはHighレベルに固定されるような異常事態を想定したものではないと共に、磁極位置検出誤差を求めるためにコンタクタを開放する等の煩雑な処理を要するものであった。
【００１９】
そこで本発明は、磁極位置センサを二重化したり煩雑な処理を要することなく、磁極位置センサの出力信号に異常が発生した場合でも永久磁石型同期電動機を何ら支障なく継続的に運転できるようにした制御装置を提供しようとするものである。
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、三相の永久磁石型同期電動機と、前記電動機の回転速度検出用のエンコーダと、このエンコーダの出力パルスから電動機の回転方向を判別するパルス検出器と、前記エンコーダのパルス数を回転方向を考慮して計測するパルス数計測器と、このパルス数計測器により計測されたパルス数から前記電動機の回転速度を演算する速度演算器と、前記電動機の永久磁石回転子の磁極位置を検出して各相につき１８０度の期間、二値信号を出力する３個の磁極位置センサと、これら３個の磁極位置センサから出力される二値信号がすべて High または Low を示した場合に前記磁極位置センサが異常であると判定する磁極位置異常判定器と、前記３個の磁極位置センサから出力される３つの二値信号の組み合わせに応じて決定された値を基準量として、以下の数式：
θ＝Ｋ １ ×エンコーダパルス計測数＋基準量
（Ｋ １ ：エンコーダ出力パルスの１パルス当たりの角度）
を用いて磁極位置θを演算する磁極位置演算器と、
前記速度演算器から出力される速度検出値と速度指令値とから電力指令値を求める速度調節器と、この速度調節器から出力される電力指令値に応じて前記電動機に電力を供給する電力変換器と、を備え、
前記磁極位置演算器は、前記基準量として、前記磁極位置センサの正常時であって前記電動機の正転時については０度から６０度刻みで６個の基準量を、前記磁極位置センサの正常時であって前記電動機の逆転時については６０度から６０度刻みで６個の基準量を、前記磁極位置センサの異常時については前記正常時における基準量から６０度遅れた基準量を予め保持しており、
前記磁極位置演算器は、前記磁極位置異常判定器により前記磁極位置センサから出力される二値信号の前回値が異常であると判定された時には、前記磁極位置センサの異常時における基準量を用いて、前記磁極位置センサから出力される二値信号の組み合わせの今回値について、前記の数式により磁極位置θを演算するものである。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記磁極位置異常判定器により前記磁極位置センサの出力パルス状態の今回値が異常であると判定した時に、前記電動機の回転方向及び前記出力パルス状態の前回値に応じて異常が発生した相を特定するものである。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記磁極位置センサの出力パルス状態の前回値と今回値とが異なり、
前記磁極位置センサの出力パルス状態の今回値が正常であるときに、
前記パルス数計測器により計測された磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアする機能を備え、前記パルス数の積算値が一定値を超えた際に前記磁極位置センサが異常であると判定するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図であり、請求項１に記載した発明の実施形態に相当する。
図１において、図４の従来技術と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００２５】
まず、この第１実施形態が図４と異なるのは、磁極位置センサ１３の出力信号の異常を検出するための磁極位置異常判定器１９が追加され、磁極位置演算器１８’が、磁極位置異常判定器１９の出力（異常判定信号）によって磁極位置演算に用いる基準量を決定するようにした点である。
なお、磁極位置異常判定器１９には、パルス検出器１５からの回転方向と磁極位置演算器１８’からのパルス数の積算値とが入力されているが、これらの入力信号は、後述する第２実施形態において磁極位置の異常判定を行うために入力されており、第１実施形態では必要不可欠なものではない。
【００２６】
次に、第１実施形態の動作を説明する。
まず、磁極位置異常判定器１９により、磁極位置センサ１３の出力パルス状態の前回値が表１に示した“０”や“７”のように異常と判断された場合には、磁極位置異常判定器１９から磁極位置演算器１８’に異常判定信号を送出する。
磁極位置演算器１８’では、以下の表２に示すように、各パルス状態の今回値について、前回値の異常時を考慮した磁極位置の基準量を用い、図２に示すフローチャートに従って今回値における磁極位置を演算する。
【００２７】
【表２】
【００２８】
この表２が表１と異なるのは、各パルス状態の今回値における正転時、逆転時の基準量について、前回値が異常であった場合の角度を表１にそれぞれ追加した点である。
表２の見方としては、正転時において、例えば前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲１▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量０度に対して６０度遅れた３００度を今回値に対する基準量とし、以下同様に、前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲２▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量６０度に対して６０度遅れた０度を今回値に対する基準量とすることを示している。
【００２９】
また、逆転時には、例えば前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲１▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量６０度に対して６０度進んだ１２０度を今回値に対する基準量とし、以下同様に、前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲２▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量１２０度に対して６０度進んだ１８０度を今回値に対する基準量とすることを示している。
【００３０】
このように、磁極位置異常判定器１９が磁極位置センサ１３の出力パルスから異常を検出して異常判定信号が磁極位置演算器１８’に入力された場合には、磁極位置演算器１８’が表２に示す異常時（パルス状態の前回値の異常時）の基準量を用いて数式１の演算を行うことにより、パルス状態の今回値における正しい磁極位置を求めることが可能になる。
【００３１】
なお、図７，図８に示したように、異常時のパルス状態“０”と“７”が検出される前は、Ｕ相において正常時には６０度毎に検出されていたパルス変化が１２０度の期間なくなり（図７におけるパルス状態“▲６▼”、及び、図８におけるパルス状態“▲３▼”を参照）、磁極位置の演算誤差を生じるが、従来技術によれば、その期間は図６におけるパルス数積算値のゼロクリア（Ｓ３）が行われないため、このパルス数積算値（数式１におけるエンコーダパルス計測数の積算値）により、演算誤差は緩和される。
しかし、従来技術において、異常時のパルス状態“０”または“７”の検出後の次のパルス状態では、前述したように基準量が正常時に対して６０度の誤差を持ち、更に、図６によりパルス数の積算値がゼロクリアされるので、上述したような演算誤差の緩和は期待できない。
【００３２】
これらの点を考慮し、本実施形態では、磁極位置演算器１８’によりパルス状態前回値の異常時を考慮しながら今回値における磁極位置演算を行うこととし、そのために、表２に示した異常時の基準量を予め設定しておいて数式１による磁極位置演算を行うこととしたものである。
【００３３】
図２は、この実施形態における磁極位置演算器１８’の演算アルゴリズムを示している。
磁極位置演算器１８’は、磁極位置センサ１３の出力パルスからパルス状態を逐次読み取り（Ｓ１１）、パルス状態の前回値が正常（パルス状態が“▲１▼”〜“▲６▼”の何れか）であるか否かを判断する（Ｓ１２）。前回値が正常である場合には、表２における正常時の基準量を用い（Ｓ１３）、前回値が異常である場合、すなわちパルス状態が“０”または“７”の場合には、表２における異常時の基準量を用いることを決定する（Ｓ１４）。
【００３４】
以後のステップＳ１５〜Ｓ１９は、パルス状態の前回値が正常であって正常時の基準量を用いる場合（Ｓ１３）と、パルス状態の前回値が異常であって異常時の基準量を用いる場合（Ｓ１４）とのそれぞれについて適用されるが、磁極位置演算のステップ（Ｓ１８）において数式１の演算に使用される基準量が正常時と異常時とで異なっている。
【００３５】
ステップＳ１５以降の処理としては、まず、パルス状態の今回値が前回値と同じであるか否かを判断し（Ｓ１５）、両者が同じ場合には、数式１の磁極位置演算を行って磁極位置θを求め（Ｓ１８）、その後、今回の磁極位置のパルス状態を前回値として保存する（Ｓ１９）。
また、パルス状態が変化して今回値が前回値と異なる場合には、今回のパルス状態が正常か否かを判断する（Ｓ１６）。その際、パルス状態の今回値が正常であれば、磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアしてから（Ｓ１７）、ステップＳ１８の磁極位置演算に移行する。また、パルス状態の今回値が異常であれば、磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアすることなくステップＳ１８の磁極位置演算に移行する。
【００３６】
このような処理を行うことにより、例えば、パルス状態前回値が“０”または“７”の異常時から変化して今回値が正常になった場合には、図２におけるＳ１２→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１８の経路によって異常時の基準量を用いた磁極位置演算が行われることになる。
具体的には、図７において正転時に前回の異常なパルス状態“０”から今回の正常なパルス状態“▲４▼”に変化した場合には、基準量として表２における異常時の１２０度を用いて数式１の磁極位置演算を行うことにより、今回のパルス状態“▲４▼”における磁極位置が正確に演算される。その結果、磁極位置センサ１３の出力パルスが異常であるにも関わらず、脱調等の不具合を起こすことなく、電動機２０の速度を制御しながら継続して運転することが可能となる。
【００３７】
なお、パルス状態の今回値が異常な場合には磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアしないようにし（Ｓ１６）、この積算値を数式１のエンコーダパルス計測数として用いることで演算誤差の緩和を図っている。
【００３８】
また、本発明は、図９に示すように電動機２０の逆転時において磁極位置センサ１３に異常が生じた場合にも、対応することができる。すなわち、図９は、電動機２０の逆転時において、正常であったＵ相パルスが途中からLowレベルで固定となった例であり、この場合には、表２における逆転時かつ異常時の基準量を数式１の磁極位置演算に使用すればよい。
【００３９】
更に、本発明は、図１０に示すように磁極位置センサ１３の二相以上で異常が発生した場合にも対応可能である。この図１０は、電動機２０の正転時において、正常であったＵ相パルスが途中からLowレベルで固定となり、その後、正常であったＶ相パルスも途中からLowレベルで固定となった例である。このような場合にも、表２における正転時かつ異常時の基準量を磁極位置演算に使用すればよい。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態は、請求項２，３に記載した発明の実施形態に相当する。
この第２実施形態では、図１の磁極位置異常判定器１９において、図３に示すフローチャートに従って磁極位置センサ１３の異常な相及びその状態を検出する。
【００４１】
磁極位置異常判定器１９が読み取った磁極位置のパルス状態の今回値が正常な場合には、数式１に用いているパルス数の積算値（エンコーダパルス計測数）が回転子の回転角１８０度相当値未満（パルス数の積算値と角度Ｋ１との積が１８０度未満）である場合には正常と判断し、処理を終了する（Ｓ２１〜Ｓ２４）。なお、ステップＳ２４においてパルス数の積算値が１８０度相当値以上ある場合には、磁極位置センサ１３の出力パルスが変化していないことから磁極位置信号が異常であると判断する（Ｓ２５）。
【００４２】
パルス状態の今回値が異常な場合には、回転方向及びパルス状態の前回値に基づいて、以下のように異常相の状態を特定することができる。
すなわち、パルス状態が異常と判断されると（Ｓ２６）、磁極位置異常判定器１９では、パルス検出器１５の出力から回転方向を判断する（Ｓ２７）。正転の場合、前回のパルス状態を調べ（Ｓ３０）、正常時（前回のパルス状態が“▲１▼”〜“▲６▼”）と異常時（前回のパルス状態が“０”または“７”）とで、図示するようにＵ，Ｖ，Ｗ相のどの相がどのような状態で今回、異常になったか（Ｈ異常：Highレベルで固定，Ｌ異常：Lowレベルで固定）を決定して（Ｓ３１）、ステップＳ２４に移行する。逆転の場合も、同様に前回のパルス状態を調べ（Ｓ２８）、正常時と異常時とで、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のどの相がどのような状態で今回、異常になったかを決定して（Ｓ２９）、ステップＳ２４に移行する。
【００４３】
ステップＳ３１（正転時）またはＳ２９（逆転時）における異常相及びその状態の特定は、以下のようにして行われる。
一例として、ステップＳ３１において前回のパルス状態が“▲３▼”であった場合に、“Ｕ相Ｈ異常”（磁極位置センサ１３のＵ相がHighレベルで固定）と判定され、また、前回のパルス状態が“▲６▼”であった場合に、“Ｕ相Ｌ異常”（磁極位置センサ１３のＵ相がLowレベルで固定）と判定される理由を以下に説明する。正常時には、パルス状態は常に▲１▼〜▲６▼の６つのパターンのうちの何れかになるが（図５参照）、パルス状態の今回値が異常（“０”または“７”）と判定される場合、そのパルス状態の前回値は、常に本来の今回値の２つ前のパルス状態となる。具体的には、例えば図７に示す正転時においてパルス状態の今回値（“０”）が発生した位置は、本来であればパルス状態▲２▼の位置であり、その前回値は▲１▼となるはずであるが、Ｕ相信号の異常（Ｕ相Ｌ異常）によって、本来の今回値である▲２▼の２つ前の▲６▼となっている。
同様に、図８に示す正転時においてパルス状態の今回値（“７”）が発生した位置は、本来であればパルス状態▲５▼の位置であり、その前回値は▲４▼となるはずであるが、Ｕ相信号の異常（Ｕ相Ｈ異常）によって、本来の今回値である▲５▼の２つ前の▲３▼となっている。
このように、正転時にパルス状態の今回値が異常である場合、その前回値のパルス状態を調べることにより、これが“▲３▼”であれば“Ｕ相Ｈ異常”であり、“▲６▼”であれば“Ｕ相Ｌ異常”と判定することができる。
他のＶ相、Ｗ相についても、残りのパルス状態前回値である▲２▼，▲５▼，▲４▼，▲１▼がそれぞれ“Ｖ相Ｌ異常”、“Ｖ相Ｈ異常”、“Ｗ相Ｌ異常”、“Ｗ相Ｈ異常”に一対一で対応するので、ステップＳ３１の判定が可能になる。
また、逆転時に関するステップＳ２９についても、同様の原理でパルス状態の前回値を調べることにより、異常な相及びその状態を検出することができる。
【００４４】
なお、ステップＳ２９またはＳ３１を経た場合のステップＳ２４では、磁極位置センサ１３の出力パルス状態が２相以上おかしくなった場合には、異常なパルス状態が１８０度以上継続するため、磁極位置演算器１８’において数式１に用いているパルス数の積算値が１８０度相当値以上になった場合に２相以上の異常と判断する（Ｓ２５）。
【００４５】
このように異常な相及びその状態を特定できることにより、例えば、始動時においてＵ相がLowレベルで固定されていて異常なパルス状態“０”と判定された場合、表２によれば、正常な磁極位置のパルス状態はＵ相がHighレベルになる▲２▼の状態であると判断できるため、正しい初期位置すなわち９０度を求めることが可能となり、異常検出後の再起動も可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載した発明によれば、磁極位置センサの出力パルスが異常であると判断した場合に、磁極位置演算器において異常を考慮した基準量を用いて磁極位置演算を行うことにより、新たなセンサを追加することなく、永久磁石型同期電動機を速度制御しながら継続して運転することができる。
【００４７】
また、請求項２，３に記載した発明によれば、磁極位置センサの異常な相とその状態を特定できるため、磁極位置センサの速やかな修理を可能とし、更に磁極位置センサの２相以上の異常も容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における磁極位置演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態における磁極位置演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】従来技術を示すブロック図である。
【図５】従来技術における磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図６】従来技術における磁極位置演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図８】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図９】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図１０】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【符号の説明】
１０’：制御装置
１１：速度調節器
１２：電力変換器
１３：磁極位置センサ
１４：エンコーダ
１５：パルス検出器
１６：パルス数計測器
１７：速度演算器
１８’：磁極位置演算器
１９：磁極位置異常判定器
２０：永久磁石型同期電動機
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型同期電動機に取り付けた磁極位置センサ及びエンコーダにより永久磁石回転子の磁極位置及び回転速度を検出して永久磁石型同期電動機を可変速制御するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、この種の制御装置の従来技術を示すブロック図である。
図４に示す制御装置１０は、永久磁石型同期電動機２０の速度指令値に対して速度検出値を追従させるように電力指令値を演算する速度調節器１１と、この速度調節器１１から出力される電力指令値に応じた電力を、永久磁石回転子の磁極位置を考慮しながら電動機２０に供給する電力変換器１２と、電動機２０の回転速度を検出するためのエンコーダ１４と、永久磁石回転子の磁極位置を検出するための磁極位置センサ１３と、エンコーダ１４の出力パルスから回転方向を判別するパルス検出器１５と、前記回転方向を考慮しながらエンコーダ１４の出力パルスを計数するパルス数計測器１６と、このパルス数計測器１６の出力から電動機２０の回転速度を演算し、速度検出値を速度調節器１１に向けて出力する速度演算器１７と、磁極位置センサ１３の出力パルスとパルス検出器１５からの回転方向とパルス数計測器１６からのパルス数とに基づき磁極の初期位置や基準量を求めて磁極位置を演算する磁極位置演算器１８とから構成されており、この演算器１８により求めた磁極位置が電力変換器１２に入力されている。
【０００３】
ここで、図５は磁極位置センサ１３の出力及び磁極位置信号の様子を示すものである。磁極位置センサ１３は三相の各相毎にそれぞれ１８０度の期間、パルスを出力し、これらのパルスの各相間の位相差は１２０度となっている。回転子の磁極位置は０度から３６０度の間で繰り返し変化するので、その推移は三角波状の波形となる。
【０００４】
以下の表１は、磁極位置演算器１８が演算に用いる磁極位置センサ１３の出力パルス状態と、磁極の初期位置及び位置演算のための基準量との関係を示している。この表１のパルス状態における丸付き数字“▲１▼”，“▲２▼”，“▲３▼”，……は、図５の上段に示した丸付き数字“▲１▼”，“▲２▼”，“▲３▼”，……に対応していて正常時のパルス状態を示しており、表１のパルス状態の数字“０”，“７”は、それぞれ全相のパルスがLowレベル（Ｌ）、Highレベル（Ｈ）となる異常時のパルス状態を示している。
【０００５】
【表１】
図５に示す如く、電動機２０の正転時には、パルス状態が“▲１▼”から“▲２▼”，“▲３▼”，……と変化して磁極位置の角度が増加し、また、逆転時には、パルス状態が“▲６▼”から“▲５▼”，“▲４▼”，……と変化して角度が減少していく。なお、表１における初期位置は、電源投入時のように磁極位置の状態が不明のときに用いるデータであり、誤差幅が±３０度となるように設定してある。更に、表１における基準量は、電源投入後に磁極位置センサ１３の出力パルスが変化した場合に用いるデータである。
また、図５の磁極位置の三角波上にある丸印は、磁極位置センサ１３の出力パルス状態が変化するときの正しい基準量を示しており、例えば、正転時にパルス状態が“▲１▼”から“▲２▼”に変化する場合の図５における基準量（三角波上にある丸印）は６０度であり、表１のパルス状態“▲２▼”における正転時の基準量（６０度）と一致している。
【０００７】
次に、磁極位置演算器１８による演算アルゴリズムを、図６のフローチャートに示す。磁極位置演算器１８は、磁極位置センサ１３の出力パルスから表１のパルス状態を読み取り（Ｓ１）、パルス状態の今回値が前回値と同じであるか否かを判断する（Ｓ２）。両者が同じであってパルス状態が変化していない場合には下記の数式１の磁極位置演算により磁極位置θを求めると共に（Ｓ４）、パルス状態が変化して今回値が前回値と異なる場合には、磁極位置演算用のパルス数の積算値をゼロクリアしてから（Ｓ３）、数式１の演算により磁極位置θを求める（Ｓ４）。その後、今回のパルス状態を前回値として保存する（Ｓ５）。
このようにして、一定周期ごとにパルス状態の変化の有無を検出しながら磁極位置演算を行っている。
【０００８】
［数１］
θ＝Ｋ１×エンコーダパルス計測数＋初期位置または基準量
（Ｋ１：エンコーダ出力パルスの１パルス当たりの角度）
【０００９】
次いで、図４に示した制御装置１０の全体的な動作を説明する。この制御装置１０では、速度指令値に対し速度検出値が追従するように速度調節器１１によって電力指令値が演算され、この電力指令値に応じた電力を電動機２０に供給するように電力変換器１２が動作する。その際、電力変換器１２では、磁極位置演算器１８によって上述の如く演算された磁極位置を考慮しながら電動機２０への供給電力を決定している。
【００１０】
電動機２０の回転速度は、エンコーダ１４の出力パルスをパルス検出器１５により検出して回転方向を判断し、パルス数計測器１６が回転方向を考慮しながらパルス数を計測すると共に、このパルス数に基づいて速度演算器１７が演算している。
また、磁極位置については、磁極位置演算器１８が、表１におけるパルス状態に応じて、電源投入直後は初期位置を用い、その後にパルス状態が変化した場合には基準量を用いて数式１の演算により求めている。
【００１１】
なお、上述した従来技術のようにエンコーダ及び磁極位置センサを用いて永久磁石型同期電動機の速度制御を行う制御装置は、例えば以下の特許文献１，２に記載されている。
このうち、特許文献２に記載された制御装置は、磁極位置センサの取付位置の誤差に起因する磁極位置検出誤差をなくすために、電源投入後にインバータと電動機との間に設けられたコンタクタを開放して電動機の誘起電圧波形を検出し、この誘起電圧波形と磁極位置センサの出力信号との位相差である磁極位置検出誤差を求めて磁極位置検出値を補正するようにしたものである。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２０６１９８号公報
【特許文献２】
特開平９−４７０６６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図７及び図８は、電動機２０の正転時において、磁極位置センサ１３から出力されるＵ相信号に異常が発生した場合の磁極位置センサ１３の出力及び磁極位置信号を示している。
図７では、正常であったＵ相パルスが途中からLowレベルで固定となり、図８では、正常であったＵ相パルスが途中からHighレベルで固定となっている。このため、図７ではパルス状態が“０”、図８ではパルス状態が“７”となる期間が発生し、正常時にはあり得ない異常な状態が発生している。
【００１４】
また、図７におけるパルス状態“０”の次のパルス状態は“▲４▼”となっているが、正常時にパルス状態が“▲３▼”から“▲４▼”に変わるときの正しい基準量は１８０度（図５、表１参照）であるのに対して、図７では“０”から“▲４▼”に変わるときの基準量が１２０度となっており、正常時に比べて６０度遅れている。
同様に、図８におけるパルス状態“７”の次のパルス状態は“▲１▼”となっているが、正常時にパルス状態が“▲６▼”から“▲１▼”に変わるときの正しい基準量は０度（図５、表１参照）であるのに対して、図８では“７”から“▲１▼”に変わるときの基準量が３００度となっており、このケースでも正常な場合に比べて６０度遅れている。
【００１５】
なお、図７、図８には示されていないが、電動機２０の逆転時において、異常時のパルス状態“０”または“７”が発生した場合、次のパルス状態における基準量は正常時に比べて６０度進む。
すなわち、異常時のパルス状態“０”または“７”が発生すると、次のパルス状態における基準量は、正転時、逆転時の何れの場合も正常時に比べて６０度の誤差を持つことになる。
【００１６】
このような異常時であるにも関わらず、表１に示した正常時の初期位置や基準量を用いて磁極位置演算を行うと、磁極位置を誤認することになり、場合によっては脱調を起こして電動機２０を継続的に駆動することが困難になる。このため、磁極位置演算器１８が異常時のパルス状態“０”または“７”を検出した場合には、直ちに電動機２０を停止する保護動作が必要となる。
【００１７】
しかし、プラント等の産業用機械においては、予め決められた動作が終了するまで、また、電動機が車両等の駆動部に用いられている場合には、車両等が安全な場所に移動するまで、電動機の運転を継続することが要求されている。
一方、前述したような磁極位置センサの異常時の対策としては、センサを二重化することが考えられるが、センサ取付場所の確保が困難であったり、システムの複雑化やコストの上昇を招くといった問題がある。
【００１８】
更に、前述した特許文献２に記載された制御装置は、電動機の誘起電圧と磁極位置検出信号との位相差から磁極位置検出誤差を求め、この誤差を用いて磁極位置を補正するものであるが、図７や図８に示したようにある相の出力パルスが主として電気的要因によりLowレベルまたはHighレベルに固定されるような異常事態を想定したものではないと共に、磁極位置検出誤差を求めるためにコンタクタを開放する等の煩雑な処理を要するものであった。
【００１９】
そこで本発明は、磁極位置センサを二重化したり煩雑な処理を要することなく、磁極位置センサの出力信号に異常が発生した場合でも永久磁石型同期電動機を何ら支障なく継続的に運転できるようにした制御装置を提供しようとするものである。
【００２０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、三相の永久磁石型同期電動機と、前記電動機の回転速度検出用のエンコーダと、このエンコーダの出力パルスから電動機の回転方向を判別するパルス検出器と、前記エンコーダのパルス数を回転方向を考慮して計測するパルス数計測器と、このパルス数計測器により計測されたパルス数から前記電動機の回転速度を演算する速度演算器と、前記電動機の永久磁石回転子の磁極位置を検出して各相につき１８０度の期間、二値信号を出力する３個の磁極位置センサと、これら３個の磁極位置センサから出力される二値信号がすべて High または Low を示した場合に前記磁極位置センサが異常であると判定する磁極位置異常判定器と、前記３個の磁極位置センサから出力される３つの二値信号の組み合わせに応じて決定された値を基準量として、以下の数式：
θ＝Ｋ １ ×エンコーダパルス計測数＋基準量
（Ｋ １ ：エンコーダ出力パルスの１パルス当たりの角度）
を用いて磁極位置θを演算する磁極位置演算器と、
前記速度演算器から出力される速度検出値と速度指令値とから電力指令値を求める速度調節器と、この速度調節器から出力される電力指令値に応じて前記電動機に電力を供給する電力変換器と、を備え、
前記磁極位置演算器は、前記基準量として、前記磁極位置センサの正常時であって前記電動機の正転時については０度から６０度刻みで６個の基準量を、前記磁極位置センサの正常時であって前記電動機の逆転時については６０度から６０度刻みで６個の基準量を、前記磁極位置センサの異常時については前記正常時における基準量から６０度遅れた基準量を予め保持しており、
前記磁極位置演算器は、前記磁極位置異常判定器により前記磁極位置センサから出力される二値信号の前回値が異常であると判定された時には、前記磁極位置センサの異常時における基準量を用いて、前記磁極位置センサから出力される二値信号の組み合わせの今回値について、前記の数式により磁極位置θを演算するものである。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記磁極位置異常判定器により前記磁極位置センサの出力パルス状態の今回値が異常であると判定した時に、前記電動機の回転方向及び前記出力パルス状態の前回値に応じて異常が発生した相を特定するものである。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記磁極位置センサの出力パルス状態の前回値と今回値とが異なり、
前記磁極位置センサの出力パルス状態の今回値が正常であるときに、
前記パルス数計測器により計測された磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアする機能を備え、前記パルス数の積算値が一定値を超えた際に前記磁極位置センサが異常であると判定するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図であり、請求項１に記載した発明の実施形態に相当する。
図１において、図４の従来技術と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
【００２５】
まず、この第１実施形態が図４と異なるのは、磁極位置センサ１３の出力信号の異常を検出するための磁極位置異常判定器１９が追加され、磁極位置演算器１８’が、磁極位置異常判定器１９の出力（異常判定信号）によって磁極位置演算に用いる基準量を決定するようにした点である。
なお、磁極位置異常判定器１９には、パルス検出器１５からの回転方向と磁極位置演算器１８’からのパルス数の積算値とが入力されているが、これらの入力信号は、後述する第２実施形態において磁極位置の異常判定を行うために入力されており、第１実施形態では必要不可欠なものではない。
【００２６】
次に、第１実施形態の動作を説明する。
まず、磁極位置異常判定器１９により、磁極位置センサ１３の出力パルス状態の前回値が表１に示した“０”や“７”のように異常と判断された場合には、磁極位置異常判定器１９から磁極位置演算器１８’に異常判定信号を送出する。
磁極位置演算器１８’では、以下の表２に示すように、各パルス状態の今回値について、前回値の異常時を考慮した磁極位置の基準量を用い、図２に示すフローチャートに従って今回値における磁極位置を演算する。
【００２７】
【表２】
この表２が表１と異なるのは、各パルス状態の今回値における正転時、逆転時の基準量について、前回値が異常であった場合の角度を表１にそれぞれ追加した点である。
表２の見方としては、正転時において、例えば前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲１▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量０度に対して６０度遅れた３００度を今回値に対する基準量とし、以下同様に、前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲２▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量６０度に対して６０度遅れた０度を今回値に対する基準量とすることを示している。
【００２９】
また、逆転時には、例えば前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲１▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量６０度に対して６０度進んだ１２０度を今回値に対する基準量とし、以下同様に、前回、異常が検出された後にパルス状態が“▲２▼”となった場合には、前述した６０度の誤差を考慮して、正常時の基準量１２０度に対して６０度進んだ１８０度を今回値に対する基準量とすることを示している。
【００３０】
このように、磁極位置異常判定器１９が磁極位置センサ１３の出力パルスから異常を検出して異常判定信号が磁極位置演算器１８’に入力された場合には、磁極位置演算器１８’が表２に示す異常時（パルス状態の前回値の異常時）の基準量を用いて数式１の演算を行うことにより、パルス状態の今回値における正しい磁極位置を求めることが可能になる。
【００３１】
なお、図７，図８に示したように、異常時のパルス状態“０”と“７”が検出される前は、Ｕ相において正常時には６０度毎に検出されていたパルス変化が１２０度の期間なくなり（図７におけるパルス状態“▲６▼”、及び、図８におけるパルス状態“▲３▼”を参照）、磁極位置の演算誤差を生じるが、従来技術によれば、その期間は図６におけるパルス数積算値のゼロクリア（Ｓ３）が行われないため、このパルス数積算値（数式１におけるエンコーダパルス計測数の積算値）により、演算誤差は緩和される。
しかし、従来技術において、異常時のパルス状態“０”または“７”の検出後の次のパルス状態では、前述したように基準量が正常時に対して６０度の誤差を持ち、更に、図６によりパルス数の積算値がゼロクリアされるので、上述したような演算誤差の緩和は期待できない。
【００３２】
これらの点を考慮し、本実施形態では、磁極位置演算器１８’によりパルス状態前回値の異常時を考慮しながら今回値における磁極位置演算を行うこととし、そのために、表２に示した異常時の基準量を予め設定しておいて数式１による磁極位置演算を行うこととしたものである。
【００３３】
図２は、この実施形態における磁極位置演算器１８’の演算アルゴリズムを示している。
磁極位置演算器１８’は、磁極位置センサ１３の出力パルスからパルス状態を逐次読み取り（Ｓ１１）、パルス状態の前回値が正常（パルス状態が“▲１▼”〜“▲６▼”の何れか）であるか否かを判断する（Ｓ１２）。前回値が正常である場合には、表２における正常時の基準量を用い（Ｓ１３）、前回値が異常である場合、すなわちパルス状態が“０”または“７”の場合には、表２における異常時の基準量を用いることを決定する（Ｓ１４）。
【００３４】
以後のステップＳ１５〜Ｓ１９は、パルス状態の前回値が正常であって正常時の基準量を用いる場合（Ｓ１３）と、パルス状態の前回値が異常であって異常時の基準量を用いる場合（Ｓ１４）とのそれぞれについて適用されるが、磁極位置演算のステップ（Ｓ１８）において数式１の演算に使用される基準量が正常時と異常時とで異なっている。
【００３５】
ステップＳ１５以降の処理としては、まず、パルス状態の今回値が前回値と同じであるか否かを判断し（Ｓ１５）、両者が同じ場合には、数式１の磁極位置演算を行って磁極位置θを求め（Ｓ１８）、その後、今回の磁極位置のパルス状態を前回値として保存する（Ｓ１９）。
また、パルス状態が変化して今回値が前回値と異なる場合には、今回のパルス状態が正常か否かを判断する（Ｓ１６）。その際、パルス状態の今回値が正常であれば、磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアしてから（Ｓ１７）、ステップＳ１８の磁極位置演算に移行する。また、パルス状態の今回値が異常であれば、磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアすることなくステップＳ１８の磁極位置演算に移行する。
【００３６】
このような処理を行うことにより、例えば、パルス状態前回値が“０”または“７”の異常時から変化して今回値が正常になった場合には、図２におけるＳ１２→Ｓ１４→Ｓ１５→Ｓ１６→Ｓ１７→Ｓ１８の経路によって異常時の基準量を用いた磁極位置演算が行われることになる。
具体的には、図７において正転時に前回の異常なパルス状態“０”から今回の正常なパルス状態“▲４▼”に変化した場合には、基準量として表２における異常時の１２０度を用いて数式１の磁極位置演算を行うことにより、今回のパルス状態“▲４▼”における磁極位置が正確に演算される。その結果、磁極位置センサ１３の出力パルスが異常であるにも関わらず、脱調等の不具合を起こすことなく、電動機２０の速度を制御しながら継続して運転することが可能となる。
【００３７】
なお、パルス状態の今回値が異常な場合には磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアしないようにし（Ｓ１６）、この積算値を数式１のエンコーダパルス計測数として用いることで演算誤差の緩和を図っている。
【００３８】
また、本発明は、図９に示すように電動機２０の逆転時において磁極位置センサ１３に異常が生じた場合にも、対応することができる。すなわち、図９は、電動機２０の逆転時において、正常であったＵ相パルスが途中からLowレベルで固定となった例であり、この場合には、表２における逆転時かつ異常時の基準量を数式１の磁極位置演算に使用すればよい。
【００３９】
更に、本発明は、図１０に示すように磁極位置センサ１３の二相以上で異常が発生した場合にも対応可能である。この図１０は、電動機２０の正転時において、正常であったＵ相パルスが途中からLowレベルで固定となり、その後、正常であったＶ相パルスも途中からLowレベルで固定となった例である。このような場合にも、表２における正転時かつ異常時の基準量を磁極位置演算に使用すればよい。
【００４０】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態は、請求項２，３に記載した発明の実施形態に相当する。
この第２実施形態では、図１の磁極位置異常判定器１９において、図３に示すフローチャートに従って磁極位置センサ１３の異常な相及びその状態を検出する。
【００４１】
磁極位置異常判定器１９が読み取った磁極位置のパルス状態の今回値が正常な場合には、数式１に用いているパルス数の積算値（エンコーダパルス計測数）が回転子の回転角１８０度相当値未満（パルス数の積算値と角度Ｋ１との積が１８０度未満）である場合には正常と判断し、処理を終了する（Ｓ２１〜Ｓ２４）。なお、ステップＳ２４においてパルス数の積算値が１８０度相当値以上ある場合には、磁極位置センサ１３の出力パルスが変化していないことから磁極位置信号が異常であると判断する（Ｓ２５）。
【００４２】
パルス状態の今回値が異常な場合には、回転方向及びパルス状態の前回値に基づいて、以下のように異常相の状態を特定することができる。
すなわち、パルス状態が異常と判断されると（Ｓ２６）、磁極位置異常判定器１９では、パルス検出器１５の出力から回転方向を判断する（Ｓ２７）。正転の場合、前回のパルス状態を調べ（Ｓ３０）、正常時（前回のパルス状態が“▲１▼”〜“▲６▼”）と異常時（前回のパルス状態が“０”または“７”）とで、図示するようにＵ，Ｖ，Ｗ相のどの相がどのような状態で今回、異常になったか（Ｈ異常：Highレベルで固定，Ｌ異常：Lowレベルで固定）を決定して（Ｓ３１）、ステップＳ２４に移行する。逆転の場合も、同様に前回のパルス状態を調べ（Ｓ２８）、正常時と異常時とで、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のどの相がどのような状態で今回、異常になったかを決定して（Ｓ２９）、ステップＳ２４に移行する。
【００４３】
ステップＳ３１（正転時）またはＳ２９（逆転時）における異常相及びその状態の特定は、以下のようにして行われる。
一例として、ステップＳ３１において前回のパルス状態が“▲３▼”であった場合に、“Ｕ相Ｈ異常”（磁極位置センサ１３のＵ相がHighレベルで固定）と判定され、また、前回のパルス状態が“▲６▼”であった場合に、“Ｕ相Ｌ異常”（磁極位置センサ１３のＵ相がLowレベルで固定）と判定される理由を以下に説明する。正常時には、パルス状態は常に▲１▼〜▲６▼の６つのパターンのうちの何れかになるが（図５参照）、パルス状態の今回値が異常（“０”または“７”）と判定される場合、そのパルス状態の前回値は、常に本来の今回値の２つ前のパルス状態となる。具体的には、例えば図７に示す正転時においてパルス状態の今回値（“０”）が発生した位置は、本来であればパルス状態▲２▼の位置であり、その前回値は▲１▼となるはずであるが、Ｕ相信号の異常（Ｕ相Ｌ異常）によって、本来の今回値である▲２▼の２つ前の▲６▼となっている。
同様に、図８に示す正転時においてパルス状態の今回値（“７”）が発生した位置は、本来であればパルス状態▲５▼の位置であり、その前回値は▲４▼となるはずであるが、Ｕ相信号の異常（Ｕ相Ｈ異常）によって、本来の今回値である▲５▼の２つ前の▲３▼となっている。
このように、正転時にパルス状態の今回値が異常である場合、その前回値のパルス状態を調べることにより、これが“▲３▼”であれば“Ｕ相Ｈ異常”であり、“▲６▼”であれば“Ｕ相Ｌ異常”と判定することができる。
他のＶ相、Ｗ相についても、残りのパルス状態前回値である▲２▼，▲５▼，▲４▼，▲１▼がそれぞれ“Ｖ相Ｌ異常”、“Ｖ相Ｈ異常”、“Ｗ相Ｌ異常”、“Ｗ相Ｈ異常”に一対一で対応するので、ステップＳ３１の判定が可能になる。
また、逆転時に関するステップＳ２９についても、同様の原理でパルス状態の前回値を調べることにより、異常な相及びその状態を検出することができる。
【００４４】
なお、ステップＳ２９またはＳ３１を経た場合のステップＳ２４では、磁極位置センサ１３の出力パルス状態が２相以上おかしくなった場合には、異常なパルス状態が１８０度以上継続するため、磁極位置演算器１８’において数式１に用いているパルス数の積算値が１８０度相当値以上になった場合に２相以上の異常と判断する（Ｓ２５）。
【００４５】
このように異常な相及びその状態を特定できることにより、例えば、始動時においてＵ相がLowレベルで固定されていて異常なパルス状態“０”と判定された場合、表２によれば、正常な磁極位置のパルス状態はＵ相がHighレベルになる▲２▼の状態であると判断できるため、正しい初期位置すなわち９０度を求めることが可能となり、異常検出後の再起動も可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載した発明によれば、磁極位置センサの出力パルスが異常であると判断した場合に、磁極位置演算器において異常を考慮した基準量を用いて磁極位置演算を行うことにより、新たなセンサを追加することなく、永久磁石型同期電動機を速度制御しながら継続して運転することができる。
【００４７】
また、請求項２，３に記載した発明によれば、磁極位置センサの異常な相とその状態を特定できるため、磁極位置センサの速やかな修理を可能とし、更に磁極位置センサの２相以上の異常も容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における磁極位置演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態における磁極位置演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】従来技術を示すブロック図である。
【図５】従来技術における磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図６】従来技術における磁極位置演算アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図７】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図８】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図９】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【図１０】磁極位置センサの出力例を示す図である。
【符号の説明】
１０’：制御装置
１１：速度調節器
１２：電力変換器
１３：磁極位置センサ
１４：エンコーダ
１５：パルス検出器
１６：パルス数計測器
１７：速度演算器
１８’：磁極位置演算器
１９：磁極位置異常判定器
２０：永久磁石型同期電動機
Claims (3)
- 三相の永久磁石型同期電動機と、
前記電動機の回転速度検出用のエンコーダと、
このエンコーダの出力パルスから電動機の回転方向を判別するパルス検出器と、
前記エンコーダのパルス数を回転方向を考慮して計測するパルス数計測器と、
このパルス数計測器により計測されたパルス数から前記電動機の回転速度を演算する速度演算器と、
前記電動機の永久磁石回転子の磁極位置を検出して各相につき１８０度の期間、二値信号を出力する３個の磁極位置センサと、
これら３個の磁極位置センサから出力される二値信号がすべて High または Low を示した場合に前記磁極位置センサが異常であると判定する磁極位置異常判定器と、
前記３個の磁極位置センサから出力される３つの二値信号の組み合わせに応じて決定された値を基準量として、以下の数式：
θ＝Ｋ １ ×エンコーダパルス計測数＋基準量
（Ｋ １ ：エンコーダ出力パルスの１パルス当たりの角度）
を用いて磁極位置θを演算する磁極位置演算器と、
前記速度演算器から出力される速度検出値と速度指令値とから電力指令値を求める速度調節器と、この速度調節器から出力される電力指令値に応じて前記電動機に電力を供給する電力変換器と、を備え、
前記磁極位置演算器は、前記基準量として、前記磁極位置センサの正常時であって前記電動機の正転時については０度から６０度刻みで６個の基準量を、前記磁極位置センサの正常時であって前記電動機の逆転時については６０度から６０度刻みで６個の基準量を、前記磁極位置センサの異常時については前記正常時における基準量から６０度遅れた基準量を予め保持しており、
前記磁極位置演算器は、前記磁極位置異常判定器により前記磁極位置センサから出力される二値信号の前回値が異常であると判定された時には、前記磁極位置センサの異常時における基準量を用いて、前記磁極位置センサから出力される二値信号の組み合わせの今回値について、前記の数式により磁極位置θを演算することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。 - 請求項１に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記磁極位置異常判定器により前記磁極位置センサの出力パルス状態の今回値が異常であると判定した時に、前記電動機の回転方向及び前記出力パルス状態の前回値に応じて異常が発生した相を特定することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。 - 請求項１または２に記載した永久磁石型同期電動機の制御装置において、
前記磁極位置センサの出力パルス状態の前回値と今回値とが異なり、
前記磁極位置センサの出力パルス状態の今回値が正常であるときに、
前記パルス数計測器により計測された磁極位置演算用パルス数の積算値をゼロクリアする機能を備え、前記パルス数の積算値が一定値を超えた際に前記磁極位置センサが異常であると判定することを特徴とする永久磁石型同期電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002345921A JP4161695B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 永久磁石型同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002345921A JP4161695B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 永久磁石型同期電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004180458A JP2004180458A (ja) | 2004-06-24 |
| JP4161695B2 true JP4161695B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=32706981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002345921A Expired - Lifetime JP4161695B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 永久磁石型同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4161695B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005130673A (ja) * | 2003-10-27 | 2005-05-19 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 永久磁石型同期モータの制御装置 |
| JP5095277B2 (ja) * | 2007-06-28 | 2012-12-12 | 株式会社日立産機システム | 同期電動機の駆動装置 |
| JP5383177B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2014-01-08 | 株式会社Ｉｈｉエアロスペース | 外乱補償装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6352687A (ja) * | 1986-08-22 | 1988-03-05 | Fuji Electric Co Ltd | 位置検出器の状態検出方法 |
| JPH05146140A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-11 | Toshiba Corp | 永久磁石式リニアモータ |
| JPH11160101A (ja) * | 1997-12-02 | 1999-06-18 | Hitachi Ltd | 回転センサ及びそれを用いた永久磁石型同期機の制御装置及び回転センサの故障判定方法 |
| JP3666282B2 (ja) * | 1999-01-25 | 2005-06-29 | 株式会社日立製作所 | 永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置 |
| JP2001061297A (ja) * | 1999-08-19 | 2001-03-06 | Canon Inc | 画像形成装置及び制御方法並びに記憶媒体 |
| JP3714120B2 (ja) * | 2000-06-14 | 2005-11-09 | 豊田工機株式会社 | モータ制御装置 |
| JP3903478B2 (ja) * | 2002-04-17 | 2007-04-11 | 富士電機システムズ株式会社 | 永久磁石型同期電動機の制御装置 |
| JP3996038B2 (ja) * | 2002-11-05 | 2007-10-24 | 株式会社小糸製作所 | 車両用前照灯装置 |
-
2002
- 2002-11-28 JP JP2002345921A patent/JP4161695B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004180458A (ja) | 2004-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH07225164A (ja) | 交流モータの回転トルク検出装置 | |
| JP2002034278A (ja) | 電動機の磁極位置検出装置 | |
| JP2017077122A (ja) | モータ制御装置 | |
| JP2002325493A (ja) | モータ制御装置 | |
| CN111200384B (zh) | 电流感测故障下永磁同步马达驱动的前馈控制方法及系统 | |
| JP4161695B2 (ja) | 永久磁石型同期電動機の制御装置 | |
| JP3903478B2 (ja) | 永久磁石型同期電動機の制御装置 | |
| KR20050095073A (ko) | 세탁기의 전류크기를 이용한 모터 구속 판단 방법 | |
| JP4027721B2 (ja) | ブラシレスモータの速度制御装置 | |
| JP4206374B2 (ja) | 同期モータ制御装置及びその初期位相設定方法 | |
| JP2006217754A (ja) | 同期機駆動制御装置 | |
| CN112534706B (zh) | 位置推断方法、马达控制装置以及马达系统 | |
| CN112514238B (zh) | 位置推断方法、马达控制装置以及马达系统 | |
| JP2007336645A (ja) | 同期機の制御装置 | |
| JP4127000B2 (ja) | モータ制御装置 | |
| JP2006033903A (ja) | モータ制御装置 | |
| KR20040018716A (ko) | 무정류자 직류모터의 속도제어장치 및 방법 | |
| JP2004020198A (ja) | 回転体の回転位置検出装置及び回転体の制御装置 | |
| JP2008278606A (ja) | 回転電機の回転位置検出装置及び回転電機 | |
| JP2021044938A (ja) | モータ制御装置およびその制御方法 | |
| JP2002145552A (ja) | エレベーターの安全装置 | |
| JP2020005340A (ja) | モータ制御装置およびその制御方法 | |
| JP6818822B1 (ja) | 回転角検出装置、回転角推定装置および車載モータ制御システム | |
| JP4196660B2 (ja) | 電動機制御装置 | |
| CN112534707B (zh) | 位置推断方法、马达控制装置以及马达系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050415 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080122 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080319 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080410 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080606 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080701 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080714 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4161695 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120801 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120801 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130801 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |