JP4797323B2 - 同期電動機のセンサレス制御装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リミットスイッチを利用して位置決めを行なう同期電動機のセンサレス制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動倉庫、搬送機械や工作機械などの装置においては、電動機を動力源として、所定の物体を所定の位置に位置決めするように構成しているものが多い。そして、位置決めに際しては一般に２個のリミットスイッチを使用して、減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチの信号により所望の回転速度から低速回転速度（クリープ速度）に切換えて減速させ、この減速状態で物体を所定位置まで移動させ、所定位置に達したならば停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチの信号によって電動機の回転を停止させるように構成している。
【０００３】
第１１図は、例えば特開昭６０−２２３４８６号公報に示された従来の電動機の減速回路においてリミットスイッチを利用した簡易位置決め方法における各種波形を示す図で、（ａ）は目標速度の波形、（ｂ）は充放電回路出力電圧の波形、（ｃ）は減速タイミング信号の波形、（ｄ）は速度指令の波形である。
【０００４】
図において、ａは減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチであり、ｂは停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチ、ｖ１は減速タイミングを判断するための電圧信号、ｔは減速指令入力後に目標回転速度を低速に切換えるまでの時間である。
【０００５】
第１１図により従来の電動機の減速回路におけるリミットスイッチを利用した簡易位置決め動作について説明する。物体が高速（または中速）で移動中に減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチａを通過すると、充放電回路出力電圧はリミットスイッチａの信号により、所望の回転速度に対応した電圧信号によって順次放電される。充放電回路出力電圧が低下し、電圧信号ｖ１まで低下すると（図（ｂ））、減速タイミング信号がＨからＬに変化し（図（ｃ））、目標速度を高速（または中速）から低速に切換える（図（ａ））。
【０００６】
目標速度の切換えタイミングにより速度指令が減速を開始し、減速終了して低速で移動中に、停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチｂを通過すると、速度指令を０として減速停止し、電動機の回転を停止させる（図（ｄ））。
【０００７】
上述のリミットスイッチを用いた簡易位置決めは、‘すベり’があることにより電動機の実際の位置情報がわからない誘導電動機を制御するセンサレス制御装置において一般に行われている。
【０００８】
これに対して、誘導電動機に比較して高効率、小形で制御も容易であり、広く産業界に普及している永久磁石同期電動機は、トルク制御のために回転子位置に応じた電流制御が必要であり、通常エンコーダやレゾルバなどの位置センサが用いられているので、この位置センサを使用して同期電動機の位置決め制御を行なっていた。
【０００９】
一方、位置センサが除去できれば、電動機の小形、軽量、低価格が実現すると共に耐環境性、信頼性も改善されるので、各種位置センサレス制御の研究が進められている。
位置センサレス制御の従来例としては、特表平８−５０５９９６号公報に永久磁石同期モータのオブザーバ・ベースの制御方法が示されている。これは、多相ブラシレス永久磁石同期モータの回転子位置および回転子速度を高分解能で制御する方法で、固定子相電流の測定値を使用して推定した回転子の位置の推定値および速度の推定値を使用して、所望の回転子位置調整または速度調整を得て、あるいは、所望の位置軌跡または速度軌跡に従うよう回転子に命令するために、各固定子相に印加すべき電圧の量を求めるものである。
【００１０】
また、同期電動機のセンサレス制御の場合における位置推定は、電動機の電気角１周期内の位置すなわち磁極位置を検出するものであり、電動機軸の機械的位置（電動機機械角）はわからないので（例えば、４極電動機では電動機１周すなわち機械角１周分において電気角は２周する）、機械的な位置を制御するためには何らかの工夫が必要になる。さらに、同期電動機のセンサレス制御の場合は、電動機に流れる電流により磁極位置を推定するので、停止時駆動回路の動作を止めて電流が流れなくなると磁極位置推定できず、その状況で電動機軸が回されると磁極位置を見失うことになるという問題点があった。
【００１１】
上述のように、センサレスでの同期電動機の位置制御は困難であり、通常、センサレスでの同期電動機駆動は速度制御で使われていた。
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
誘導電動機において一般に行なわれているリミットスイッチを用いた簡易位置決めは、上述に記載のように減速開始用と停止動作開始用との２つのリミットスイッチが必要となり、さらにリミットスイッチの設置位置の調整が煩雑であるといった問題点があった。また、同期電動機で位置決め制御をする場合には、位置検出装置を設ける必要があり、コストアップとなるという問題点があった。
【００１３】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的はセンサレスで同期電動機を所定の位置に位置決めする同期電動機のセンサレス制御装置を得るものである。
【００１４】
また、第２の目的はリミットスイッチの設置個数を減らすことができるとともに、リミットスイッチの設置の調整が容易な同期電動機のセンサレス制御装置を得るものである。
【発明の開示】
【００１５】
この発明の同期電動機のセンサレス制御装置は、同期電動機の電流を検出する電流検出器と、この電流検出器から得られた検出電流を使用して、前記同期電動機の速度推定値および磁極位置推定値を算出する位置・速度推定器と、速度指令と前記速度推定値とを使用して前記同期電動機を速度制御する速度制御器と、を有し、回転位置検出装置を使用せずに同期電動機を駆動する同期電動機のセンサレス制御装置において、位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段と、この基準位置信号が入力された場合に積算値をゼロにすると同時に、前記位置・速度推定器から磁極位置推定値を基準位置として取り込み、積算を開始する相対位置カウンタと、基準位置からの移動量の指令値と前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値との偏差により位置制御する位置制御器を有し、速度指令を出力する速度指令発生器と、を備え、この速度指令発生器は、減速開始位置および停止動作開始位置を設定できるようにするとともに、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記停止動作開始位置になった場合に停止動作開始するようにしたので、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができる。また、従来、位置決め制御に必要であった減速開始用のリミットスイッチおよび停止動作開始用のリミットスイッチとの２つのリミットスイッチが１ つのリミットスイッチで構成できる。また、停止位置の調整は減速開始位置、停止動作開始位置を変更することにより容易に調整することができるので、従来のようにリミットスイッチを設置しなおして調整するような煩雑な作業をしなくともよくなる。
【００１６】
さらに、前記速度指令発生器は、減速開始位置および停止動作開始位置を少なくとも２組設定できるようにするとともに、運転時使用する減速開始位置および停止動作開始位置を選択できるようにして、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記選択された減速開始用位置になった場合に減速開始し、前記選択された停止動作開始位置になった場合に停止動作開始するようにしたので、リミットスイッチの個数を増やすことなく、２種以上のパターンの位置決めができ、また、位置決めパターン切換え時においても、リミットスイッチの調整または減速開始位置を変更する作業が不要となる。
【００１７】
また、同期電動機の電流を検出する電流検出器と、この電流検出器から得られた検出電流を使用して、前記同期電動機の速度推定値および磁極位置推定値を算出する位置・速度推定器と、速度指令と前記速度推定値とを使用して前記同期電動機を速度制御する速度制御器と、を有し、回転位置検出装置を使用せずに同期電動機を駆動する同期電動機センサレス制御装置において、位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段と、この基準位置信号が入力された場合に、積算値をゼロにすると同時に、前記位置・速度推定器から磁極位置推定値を取り込み、カウントを開始する相対位置カウンタと、速度指令変更位置信号を出力する速度指令変更位置信号出力手段と、基準位置からの移動量の指令値と前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値との偏差により位置制御する位置制御器を有し、速度指令を出力する速度指令発生器と、を備え、この速度指令発生器は、変更速度指令および減速開始位置を設定できるようにするとともに、基準位置信号が入力された場合に速度指令を前記変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記速度指令変更位置信号出力手段から速度指令変更位置信号が出力された場合に停止動作開始するようにしたことを特徴としたので、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができる。また、低速運転時に基準位置信号を出力することにより、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めする停止精度を更に向上できる。
【００１８】
また、前記速度指令発生器は、第１の変更速度指令、第１の変更速度指令による速度指令値よりも低い速度指令値を指令する第２の変更速度指令、第１の動作変更相対位置、第１の動作変更相対位置よりも基準位置から離れている第２の動作変更相対位置および減速開始位置を設定できるようにするとともに、前記基準位置信号が入力された場合に速度指令を前記第１の変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記第１の動作変更相対位置になった場合に速度指令を第２の変更速度指令に変更し、前記第２の動作変更相対位置になった場合に速度指令を前記第１の変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記速度指令変更位置信号出力手段から速度指令変更位置信号が出力された場合に停止動作開始するようにしたので、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができるとともに、運転途中で前記第１の動作変更相対位置と前記第２の動作変更相対位置との間の速度を変更して、検査等に使用することができる。
【００１９】
実施の形態１ ．
第１図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａの構成を示す図である。図において、１ａは同期電動機のセンサレス制御装置、２はセンサレス速度制御部、３は速度指令発生器、４は相対位置カウンタ、５は位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段としての外部機器、１０は同期電動機である。
【００２０】
また、２０は速度指令発生器３から出力された速度指令と後述の位置・速度推定器２ ７から出力された速度推定値の差を演算する減算器、２１は減算器２０からの出力により電流指令を出力する速度制御器、２２は速度制御器２１から出力された電流指令と後述の電流座標変換器２６の出力との差を演算する減算器、２３は減算器２２からの出力により電圧を出力する電流制御器、２４は電流制御器２３の出力を同期電動機１０に印加する電圧に座標変換する電圧座標変換器、２５は電流検出器、２６は電流検出器２５で検出した出力電流を座標変換する電流座標変換器、２７は電流座標変換器２０から出力される電流値と電流制御器２３から出力される電圧値を用いて同期電動機１０の位置および速度を推定する位置・速度推定器である。
【００２１】
センサレス速度制御部２は、基本的には、例えば、平成１２年電気学会論文誌Ｄ、１２０巻２号の２４０頁〜２４７頁に「全速度領域におけるセンサレス突極形ＰＭ同期電動機制御」として提案されている全速度領域で動作可能な同期電動機のセンサレス制御方式、また、平成５年電気学会論文誌Ｄ、１１３巻５号５７９頁〜５８６頁に「適応オブザーバによるブラシレスＤＣ電動機の位置センサレス制御」として提案されているものと同様の構成である。
【００２２】
センサレス速度制御部２ の動作について説明する。
減算器２０は、速度指令発生器３から出力される速度指令と位置・速度推定器２ ７ から出力される速度推定値との差を演算する。速度制御器２１は、例えば比例要素と積分要素で構成され、減算器２０からの出力である速度偏差を基に電流指令を演算し、出力する。
【００２３】
減算器２２は、速度制御器２１から出力される電流指令と電流座標変換器２６から出力される電流値との差を演算する。電流制御器２３は、例えば比例要素と積分要素で構成され、減算器２２からの出力である電流偏差を基に電圧指令を演算し、出力する。電圧座標変換器２４は、電流制御器２３から出力される電圧指令を位置・速度推定器２７から出力される位置推定値を使用して同期電動機１０に印加する電圧に変換する。
電流座標変換器２６は、位置・速度推定器２７から出力される位置推定値を使用して、同期電動機１０の電流を座標変換する。位置・速度推定器２７は、電流制御器２３から出力される電圧値と電流座標変換器２６から出力される電流値とから、同期電動機１０の位置および速度を推定する。
【００２４】
ただし、実施の形態１ における同期電動機のセンサレス制御装置１ａでは、センサレス速度制御部２を相対位置カウンタ４と接続し、位置・速度推定器２７で外部機器５から基準位置信号が入力された時点の磁極位置（電動機の電気角情報）を推定し、基準となる磁極位置として相対位置カウンタ４に出力するとともに、基準となる磁極位置を通過する毎に相対位置カウンタ４に出力するようにしている。
【００２５】
また、第２図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａ における速度指令発生器３の構成を示す図である。図において、２８は基準位置からの移動量の指令値と相対位置カウンタ４の出力である基準位置からの相対位置との差をとる減算器、２９は位置制御器である。
【００２６】
第１図および第２図により、実施の形態１における同期電動機のセンサレス制御装置１ａの動作を説明する。絶対位置を検出するセンサを使用しない同期電動機のセンサレス制御装置１ａにおいては、基準位置信号入力時点の位置を基準位置として、この基準位置からの相対位置を求めることにより、絶対位置を算出する。
【００２７】
外部機器５から基準位置信号が入力されると、相対位置カウンタ４は積算値をゼロにすると同時に、センサレス速度制御部２から基準位置信号入力時点の位置を基準位置として入力し、磁極位置の積算を開始する。
【００２８】
相対位置カウンタ４は、カウント基準となる磁極位置を通過する毎にカウントするカウンタ値および電気角１周期内の基準磁極位置からのずれ量を加算することにより、基準位置からの相対位置を求める。
【００２９】
また、速度指令発生器３は、減算器２８で求めた基準位置からの移動量の指令値と相対位置カウンタ４から出力された基準位置からの相対位置との差を基に、位置制御器２９で速度指令を作成するようにしたので、速度指令発生器３は相対位置カウンタ４ より出力された相対位置情報に従い速度指令を変化させることができ、位置制御が可能となる。
【００３０】
実施の形態１における同期電動機のセンサレス制御装置においては、相対位置カウンタ４は基準位置信号が入力された時点の推定磁極位置（電動機の電気角情報）を基準として、基準となる磁極位置を通過する毎にカウントするカウンタ値および電気角１ 周期内の基準磁極位置からのずれ量を加算することにより、基準位置からの相対位置を求めるようにしたので、位置検出器を持たない同期電動機において、基準位置からの相対的な位置で停止することができる。また、従来、同期電動機で位置決めする場合は位置検出器を用いていたが、位置検出器を使用しなくとも同期電動機で位置決めすることができるので、コスト削減およびシステムの信頼性向上となる。
【００３１】
実施の形態２．
第３図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｂは同期電動機のセンサレス制御装置、６は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、７ａは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器である。また、Ｘ１，Ｘ２はあらかじめ速度指令発生器７ａに設定される基準値である。ここで、Ｘ１は第１１図で減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチａに該当するもので、リミットスイッチ６ による基準位置信号出力位置から減速開始位置までの距離、Ｘ２は第１１図で停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチｂに該当するもので、リミットスイッチ６による基準位置信号出力位置から停止動作開始位置までの距離である。
【００３２】
また、第４図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂ の動作を説明する図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ）は速度指令発生器７ａが出力する速度指令、（ｃ）は相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は速度である。図において、１ｂはリミットスイッチ６の信号を入力可能な同期電動機のセンサレス制御装置、１０は同期電動機、１１は同期電動機軸、１２は同期電動機軸１１に連結され移動するベルト、１３はベルトに固定され移動する物体、１４ａはストッパである。
【００３３】
第３図および第４図により、実施の形態２における同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの動作を説明する。
【００３４】
第４図（ａ）の左端から右方向へ物体１３が移動中に、リミットスイッチ６を通過した場合、リミットスイッチ６は基準位置信号を出力する。
【００３５】
相対位置カウンタ４は、リミットスイッチ６から出力された基準位置信号が入力されると、積算値をゼロにすると同時に、センサレス速度制御部２から基準位置信号入力時点の位置を基準位置として入力し、磁極位置の積算を開始する。
【００３６】
相対位置カウンタ４は、カウント基準となる磁極位置を通過する毎にカウントするカウンタ値および電気角１周期内の基準磁極位置からのずれ量を加算することにより、基準位置からの相対位置を求める。相対位置カウンタ４の積算値は、第４図（ｃ）に示すように増加する。
【００３７】
速度指令発生器７ａは、相対位置カウンタ３のカウント値が第４図（ｃ）に示すように、あらかじめ設定された減速開始位置Ｘ１になった場合に、第４図（ｂ）に示すように速度指令を変化させて減速開始し、さらに相対位置カウンタ４のカウント値が停止動作開始位置Ｘ２になった場合に、停止動作開始と速度指令を変化させる。
【００３８】
物体１３の移動速度の変化は第４図（ｄ）に示すように、物体１３がリミットスイッチ６を通過し（ｔ０）、相対位置カウンタ４のカウント値が減速開始位置Ｘ１になった場合に減速開始し（ｔ１）、さらに相対位置カウンタ４のカウント値が停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始する（ｔ２）。
【００３９】
実施の形態２における同期電動機のセンサレス制御装置１ｂでは、あらかじめ減速開始位置Ｘ１および停止動作開始位置Ｘ２を設定しておき、リミットスイッチ６を通過した場合、カウントを開始した相対位置カウンタ４のカウント値が減速開始位置Ｘ１ になった場合に減速開始し、停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始するようにしたので、従来、位置決め制御に必要であった減速開始用のリミットスイッチおよび停止動作開始用のリミットスイッチとの２つのリミットスイッチが１つのリミットスイッチで構成できる。リミットスイッチの個数削減は、リミットスイッチから制御装置までの配線の削減となり、さら配線作業も容易になる。
【００４０】
また、停止位置の調整は減速開始位置Ｘ１、停止動作開始位置Ｘ２を変更することにより容易に調整することができるので、従来のようにリミットスイッチを設置しなおして調整するような煩雑な作業をしなくともよくなる。
【００４１】
実施の形態３ ．
第５図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｃは同期電動機のセンサレス制御装置、６は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、７ｂは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器である。また、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４はあらかじめ速度指令発生器７ｂに設定される基準値で、Ｘ１は正転運転時の減速開始位置、Ｘ２は正転運転時の停止動作開始位置、Ｘ３は逆転運転時の減速開始位置、Ｘ４は逆転運転時の停止動作開始位置である。
【００４２】
また、第６図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃ における回転方向の差異による動作説明を示す図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ） は正転運転時の速度指令、（ｃ）は正転運転時の相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は正転運転時の速度、また（ｅ）は逆転運転時の速度指令、（ｆ）は逆転運転時の相対位置カウンタ４の出力、（ｇ）は逆転運転時の速度である。図において、１４ａ，１４ｂはストッパである。
【００４３】
以下、図面上で左から右への移動を正転運転、図面上で右から左への移動を逆転運転として説明する。
【００４４】
速度指令発生器７ｂは、正転運転時においては、速度指令発生器７ｂは相対位置カウンタ４のカウント値が、あらかじめ設定された減速開始位置Ｘ１になった場合に（ｔ １）、速度指令を変化させて減速開始し、停止動作開始位置Ｘ２になった場合に（ｔ２）、停止動作開始と速度指令を変化させる。また、逆転運転時においては、速度指令発生器７ｂは、相対位置カウンタ４のカウント値が、あらかじめ設定された減速開始位置Ｘ３になった場合に（ｔ１１）、速度指令を変化させて減速開始し、停止動作開始位置Ｘ４になった場合に（ｔ１２）、停止動作開始と速度指令を変化させる。
【００４５】
上述の実施の形態２における第４図では相対位置カウンタ４の出力が減速開始位置Ｘ １になった場合に減速開始し、停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始する例を示したが、移動方向を変更して位置決めを行なう（例えば、正転運転時に位置決めから逆転運転時に位置決めに変更する）場合には、リミットスイッチの位置を正転運転時と逆転運転時とで調整する作業、または減速開始位置Ｘ１，停止動作開始位置Ｘ２を変更する作業が必要となった。また、正転運転時および逆転運転時の両方において位置決めをする場合には、正転運転時用のリミットスイッチと逆転運転時用のリミットスイッチとが必要となり、また移動方向によって２つのリミットスイッチの有効・無効を判断しなければならなかった。
【００４６】
しかしながら、実施の形態３の同期電動機センサレス制御装置１ｃにおいては、正転運転時の減速開始位置Ｘ１および停止動作開始位置Ｘ２、ならびに逆転運転時の減速開始位置Ｘ３および停止動作開始位置Ｘ４を設け、正転運転時と逆転運転時とで個別に設定可能とするようにしたので、リミットスイッチの個数を増やすことなく、正転運転時位置決めおよび逆転運転時位置決めができ、また、位置決めの移動方向切換え（正転運転時位置決めから逆転運転時位置決めへの変更、または逆転運転時位置決めから正転運転時位置決めへの変更）時においても、リミットスイッチの調整または減速開始位置Ｘ１，Ｘ２を変更する作業が不要となる。
【００４７】
上述では、あらかじめ速度指令発生器７ｂに設定される２組の基準値を、正転運転時の減速開始位置Ｘ１、停止動作開始位置Ｘ２と、逆転運転時の減速開始位置Ｘ３、停止動作開始位置Ｘ４とし、正転運転時、逆転運転時を判別して正転運転時の減速開始位置Ｘ１および停止動作開始位置Ｘ２、逆転運転時の減速開始位置Ｘ３および停止動作開始位置Ｘ４を使用する例を説明したが、同方向の移動で運転時使用する減速開始位置および停止動作開始位置を選択できるようにしてもよい。
【００４８】
実施の形態４．
第７図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｄは同期電動機のセンサレス制御装置、７ｃは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器、１５は相対位置カウンタ４ に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、１６は停止動作開始用リミットスイッチである。また、Ｘ１はあらかじめ速度指令発生器７ｃに設定される基準値で、リミットスイッチ１５による基準位置信号出力位置から減速開始位置までの距離である。
【００４９】
また、第８図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄ の動作を説明する図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ）は速度指令、（ｃ）は相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は速度である。
【００５０】
図において、１０〜１３、１４ａは第４図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｄは同期電動機のセンサレス制御装置、１５は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、１６は停止動作開始リミットスイッチである。
【００５１】
第７図および第８図により、実施の形態４における同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの動作を説明する。
【００５２】
物体１３は、始動開始とともに図（ａ）の左端から右方向へ低い速度指令ｆＬで移動する。低速運転時に、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、相対位置カウンタ４はリセットされ、カウントを開始する。また、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、速度指令発生器７ｃは高い速度指令ｆＨに切換える。
【００５３】
高速運転中で、相対位置カウンタ４のカウントが減速開始位置Ｘ１になった場合（ｔ ２１）に、速度指令発生器７ｃは速度指令を低い速度指令ｆＬに切換える。
【００５４】
減速開始し、所定の低い回転速度で移動中に、リミットスイッチ１６を通過した時点（ｔ２２）で、停止動作を開始する。
【００５５】
上述の実施の形態２においては、相対位置カウンタ４は高速運転中にリミットスイッチ６の出力を基準位置信号として入力して、カウントを開始し、カウントが減速開始位置Ｘ１になった場合に、速度指令発生器７ａは減速開始し、カウントが停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始する例を示したが、実施の形態４では、相対位置カウンタ４は低速運転時にリミットスイッチ１５の出力を基準位置信号として入力して、カウント開始し、カウントが減速開始位置Ｘ１になった場合に、速度指令発生器７ｃは減速開始し、停止動作開始用リミットスイッチ１６を通過した時点で停止動作開始するようにしたものである。
【００５６】
実施の形態４ では、低速運転時にリミットスイッチ１５の信号を読み込むようにしたので、信号取込み遅れにより減速開始位置の誤差を抑えることができる。また、停止動作開始リミットスイッチ１６を低速運転時に通過するようにしたので、停止精度を更に向上できる。
【００５７】
上述では、あらかじめ設定する移動量として、減速開始位置Ｘ１の例を示したが、低速運転から高速運転への切換え用の移動量、停止動作開始用の移動量をも設定し、リミットスイッチ１５、リミットスイッチ１６通過時の動作に使用しても良い。
【００５８】
実施の形態５．
第９図はこの発明の実施の形態５ に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｅの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｅは同期電動機のセンサレス制御装置、７ｄは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器、１５は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、１６はリミットスイッチである。
【００５９】
また、第１０図はこの発明の実施の形態５に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ ｃの動作を説明する図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ）は速度指令、（ｃ）は相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は速度である。図において、１０〜１３、１４ａは第４図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｃは同期電動機のセンサレス制御装置、１５、１６はリミットスイッチである。また、ｆＬは低い回転速度指令、ｆＭは高い速度指令から一旦下げる速度指令、ｆＨは高い速度指令である。
【００６０】
第９図および第１０図により、実施の形態５における同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの動作を説明する。
【００６１】
物体１３は、始動開始とともに図（ａ）の左端から右方向へ低い回転速度指令ｆＬで移動する。
【００６２】
加速前の低速運転時に、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、相対位置カウンタ４はリセットされ、カウントアップを開始する。また、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、速度指令発生器７ｄは高い速度指令ｆＨに切換える。
【００６３】
高速運転中で、相対位置カウンタ４のカウントが移動量Ｘ５になった場合（ｔ２３）に、速度指令発生器７ｄは速度指令を一旦低い速度指令ｆＭ に切換える。
【００６４】
低速運転時に、相対位置カウンタ４のカウントが移動量Ｘ６になった場合（ｔ２４）に、速度指令発生器７ｄは速度指令を高い速度指令ｆＨに切換える。
【００６５】
高速運転中で、相対位置カウンタ４のカウントが移動量Ｘ１になった場合（ｔ２１）に、速度指令発生器７ｄは速度指令を低い速度指令ｆＬに切換える。
【００６６】
減速開始し、所定の低い回転速度で移動中に、リミットスイッチ１６を通過した時点（ｔ２２）で、停止動作を開始する。
【００６７】
実施の形態５では、動作変更相対位置Ｘ５、Ｘ６を設定できるようにし、物体１３があらかじめ設定された動作変更相対位置Ｘ５になった場合に、一旦速度指令を低下させ、あらかじめ設定された動作変更相対位置Ｘ６になった場合に、再度速度を上げるようにしたので、速度領域に機械共振が含まれる運転パターンでの使用とか途中で検査が必要となる運転パターンでの使用において、その間をＸ５，Ｘ６で指定して速度を落として通過させるとか、検査可能な低速で駆動することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明の同期電動機センサレス制御装置は位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができるので、ブラシレスＤＣ電動機、埋め込み磁石形同期電動機（ＩＰＭ）、スイッチトリラクタンス電動機（ＳＲＭ）、シンクロナスリラクタンス電動機（ＳｙＲＭ）等、全ての同期電動機において、位置検出器を使用せず位置決めする用途において用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａの構成を示す図である。
第２図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａにおける速度指令発生器３の構成を示す図である。
第３図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの構成を示す図である。
第４図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの動作を説明する図である。
第５図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃの構成を示す図である。
第６図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃにおける回転方向の差異による動作説明を示す図である。
第７図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの構成を示す図である。
第８図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの動作を説明する図である。
第９図はこの発明の実施の形態５に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｅの構成を示す図である。
第１０図はこの発明の実施の形態５に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｅの動作を説明する図である。
第１１図は、例えば特開昭６０−２２３４８６号公報に示された従来の電動機の減速回路においてリミットスイッチを利用した簡易位置決め方法における各種波形を示す図である。
【０００１】
この発明は、リミットスイッチを利用して位置決めを行なう同期電動機のセンサレス制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動倉庫、搬送機械や工作機械などの装置においては、電動機を動力源として、所定の物体を所定の位置に位置決めするように構成しているものが多い。そして、位置決めに際しては一般に２個のリミットスイッチを使用して、減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチの信号により所望の回転速度から低速回転速度（クリープ速度）に切換えて減速させ、この減速状態で物体を所定位置まで移動させ、所定位置に達したならば停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチの信号によって電動機の回転を停止させるように構成している。
【０００３】
第１１図は、例えば特開昭６０−２２３４８６号公報に示された従来の電動機の減速回路においてリミットスイッチを利用した簡易位置決め方法における各種波形を示す図で、（ａ）は目標速度の波形、（ｂ）は充放電回路出力電圧の波形、（ｃ）は減速タイミング信号の波形、（ｄ）は速度指令の波形である。
【０００４】
図において、ａは減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチであり、ｂは停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチ、ｖ１は減速タイミングを判断するための電圧信号、ｔは減速指令入力後に目標回転速度を低速に切換えるまでの時間である。
【０００５】
第１１図により従来の電動機の減速回路におけるリミットスイッチを利用した簡易位置決め動作について説明する。物体が高速（または中速）で移動中に減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチａを通過すると、充放電回路出力電圧はリミットスイッチａの信号により、所望の回転速度に対応した電圧信号によって順次放電される。充放電回路出力電圧が低下し、電圧信号ｖ１まで低下すると（図（ｂ））、減速タイミング信号がＨからＬに変化し（図（ｃ））、目標速度を高速（または中速）から低速に切換える（図（ａ））。
【０００６】
目標速度の切換えタイミングにより速度指令が減速を開始し、減速終了して低速で移動中に、停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチｂを通過すると、速度指令を０として減速停止し、電動機の回転を停止させる（図（ｄ））。
【０００７】
上述のリミットスイッチを用いた簡易位置決めは、‘すベり’があることにより電動機の実際の位置情報がわからない誘導電動機を制御するセンサレス制御装置において一般に行われている。
【０００８】
これに対して、誘導電動機に比較して高効率、小形で制御も容易であり、広く産業界に普及している永久磁石同期電動機は、トルク制御のために回転子位置に応じた電流制御が必要であり、通常エンコーダやレゾルバなどの位置センサが用いられているので、この位置センサを使用して同期電動機の位置決め制御を行なっていた。
【０００９】
一方、位置センサが除去できれば、電動機の小形、軽量、低価格が実現すると共に耐環境性、信頼性も改善されるので、各種位置センサレス制御の研究が進められている。
位置センサレス制御の従来例としては、特表平８−５０５９９６号公報に永久磁石同期モータのオブザーバ・ベースの制御方法が示されている。これは、多相ブラシレス永久磁石同期モータの回転子位置および回転子速度を高分解能で制御する方法で、固定子相電流の測定値を使用して推定した回転子の位置の推定値および速度の推定値を使用して、所望の回転子位置調整または速度調整を得て、あるいは、所望の位置軌跡または速度軌跡に従うよう回転子に命令するために、各固定子相に印加すべき電圧の量を求めるものである。
【００１０】
また、同期電動機のセンサレス制御の場合における位置推定は、電動機の電気角１周期内の位置すなわち磁極位置を検出するものであり、電動機軸の機械的位置（電動機機械角）はわからないので（例えば、４極電動機では電動機１周すなわち機械角１周分において電気角は２周する）、機械的な位置を制御するためには何らかの工夫が必要になる。さらに、同期電動機のセンサレス制御の場合は、電動機に流れる電流により磁極位置を推定するので、停止時駆動回路の動作を止めて電流が流れなくなると磁極位置推定できず、その状況で電動機軸が回されると磁極位置を見失うことになるという問題点があった。
【００１１】
上述のように、センサレスでの同期電動機の位置制御は困難であり、通常、センサレスでの同期電動機駆動は速度制御で使われていた。
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
誘導電動機において一般に行なわれているリミットスイッチを用いた簡易位置決めは、上述に記載のように減速開始用と停止動作開始用との２つのリミットスイッチが必要となり、さらにリミットスイッチの設置位置の調整が煩雑であるといった問題点があった。また、同期電動機で位置決め制御をする場合には、位置検出装置を設ける必要があり、コストアップとなるという問題点があった。
【００１３】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的はセンサレスで同期電動機を所定の位置に位置決めする同期電動機のセンサレス制御装置を得るものである。
【００１４】
また、第２の目的はリミットスイッチの設置個数を減らすことができるとともに、リミットスイッチの設置の調整が容易な同期電動機のセンサレス制御装置を得るものである。
【発明の開示】
【００１５】
この発明の同期電動機のセンサレス制御装置は、同期電動機の電流を検出する電流検出器と、この電流検出器から得られた検出電流を使用して、前記同期電動機の速度推定値および磁極位置推定値を算出する位置・速度推定器と、速度指令と前記速度推定値とを使用して前記同期電動機を速度制御する速度制御器と、を有し、回転位置検出装置を使用せずに同期電動機を駆動する同期電動機のセンサレス制御装置において、位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段と、この基準位置信号が入力された場合に積算値をゼロにすると同時に、前記位置・速度推定器から磁極位置推定値を基準位置として取り込み、積算を開始する相対位置カウンタと、基準位置からの移動量の指令値と前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値との偏差により位置制御する位置制御器を有し、速度指令を出力する速度指令発生器と、を備え、この速度指令発生器は、減速開始位置および停止動作開始位置を設定できるようにするとともに、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記停止動作開始位置になった場合に停止動作開始するようにしたので、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができる。また、従来、位置決め制御に必要であった減速開始用のリミットスイッチおよび停止動作開始用のリミットスイッチとの２つのリミットスイッチが１ つのリミットスイッチで構成できる。また、停止位置の調整は減速開始位置、停止動作開始位置を変更することにより容易に調整することができるので、従来のようにリミットスイッチを設置しなおして調整するような煩雑な作業をしなくともよくなる。
【００１６】
さらに、前記速度指令発生器は、減速開始位置および停止動作開始位置を少なくとも２組設定できるようにするとともに、運転時使用する減速開始位置および停止動作開始位置を選択できるようにして、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記選択された減速開始用位置になった場合に減速開始し、前記選択された停止動作開始位置になった場合に停止動作開始するようにしたので、リミットスイッチの個数を増やすことなく、２種以上のパターンの位置決めができ、また、位置決めパターン切換え時においても、リミットスイッチの調整または減速開始位置を変更する作業が不要となる。
【００１７】
また、同期電動機の電流を検出する電流検出器と、この電流検出器から得られた検出電流を使用して、前記同期電動機の速度推定値および磁極位置推定値を算出する位置・速度推定器と、速度指令と前記速度推定値とを使用して前記同期電動機を速度制御する速度制御器と、を有し、回転位置検出装置を使用せずに同期電動機を駆動する同期電動機センサレス制御装置において、位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段と、この基準位置信号が入力された場合に、積算値をゼロにすると同時に、前記位置・速度推定器から磁極位置推定値を取り込み、カウントを開始する相対位置カウンタと、速度指令変更位置信号を出力する速度指令変更位置信号出力手段と、基準位置からの移動量の指令値と前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値との偏差により位置制御する位置制御器を有し、速度指令を出力する速度指令発生器と、を備え、この速度指令発生器は、変更速度指令および減速開始位置を設定できるようにするとともに、基準位置信号が入力された場合に速度指令を前記変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記速度指令変更位置信号出力手段から速度指令変更位置信号が出力された場合に停止動作開始するようにしたことを特徴としたので、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができる。また、低速運転時に基準位置信号を出力することにより、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めする停止精度を更に向上できる。
【００１８】
また、前記速度指令発生器は、第１の変更速度指令、第１の変更速度指令による速度指令値よりも低い速度指令値を指令する第２の変更速度指令、第１の動作変更相対位置、第１の動作変更相対位置よりも基準位置から離れている第２の動作変更相対位置および減速開始位置を設定できるようにするとともに、前記基準位置信号が入力された場合に速度指令を前記第１の変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記第１の動作変更相対位置になった場合に速度指令を第２の変更速度指令に変更し、前記第２の動作変更相対位置になった場合に速度指令を前記第１の変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記速度指令変更位置信号出力手段から速度指令変更位置信号が出力された場合に停止動作開始するようにしたので、位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができるとともに、運転途中で前記第１の動作変更相対位置と前記第２の動作変更相対位置との間の速度を変更して、検査等に使用することができる。
【００１９】
実施の形態１ ．
第１図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａの構成を示す図である。図において、１ａは同期電動機のセンサレス制御装置、２はセンサレス速度制御部、３は速度指令発生器、４は相対位置カウンタ、５は位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段としての外部機器、１０は同期電動機である。
【００２０】
また、２０は速度指令発生器３から出力された速度指令と後述の位置・速度推定器２ ７から出力された速度推定値の差を演算する減算器、２１は減算器２０からの出力により電流指令を出力する速度制御器、２２は速度制御器２１から出力された電流指令と後述の電流座標変換器２６の出力との差を演算する減算器、２３は減算器２２からの出力により電圧を出力する電流制御器、２４は電流制御器２３の出力を同期電動機１０に印加する電圧に座標変換する電圧座標変換器、２５は電流検出器、２６は電流検出器２５で検出した出力電流を座標変換する電流座標変換器、２７は電流座標変換器２０から出力される電流値と電流制御器２３から出力される電圧値を用いて同期電動機１０の位置および速度を推定する位置・速度推定器である。
【００２１】
センサレス速度制御部２は、基本的には、例えば、平成１２年電気学会論文誌Ｄ、１２０巻２号の２４０頁〜２４７頁に「全速度領域におけるセンサレス突極形ＰＭ同期電動機制御」として提案されている全速度領域で動作可能な同期電動機のセンサレス制御方式、また、平成５年電気学会論文誌Ｄ、１１３巻５号５７９頁〜５８６頁に「適応オブザーバによるブラシレスＤＣ電動機の位置センサレス制御」として提案されているものと同様の構成である。
【００２２】
センサレス速度制御部２ の動作について説明する。
減算器２０は、速度指令発生器３から出力される速度指令と位置・速度推定器２ ７ から出力される速度推定値との差を演算する。速度制御器２１は、例えば比例要素と積分要素で構成され、減算器２０からの出力である速度偏差を基に電流指令を演算し、出力する。
【００２３】
減算器２２は、速度制御器２１から出力される電流指令と電流座標変換器２６から出力される電流値との差を演算する。電流制御器２３は、例えば比例要素と積分要素で構成され、減算器２２からの出力である電流偏差を基に電圧指令を演算し、出力する。電圧座標変換器２４は、電流制御器２３から出力される電圧指令を位置・速度推定器２７から出力される位置推定値を使用して同期電動機１０に印加する電圧に変換する。
電流座標変換器２６は、位置・速度推定器２７から出力される位置推定値を使用して、同期電動機１０の電流を座標変換する。位置・速度推定器２７は、電流制御器２３から出力される電圧値と電流座標変換器２６から出力される電流値とから、同期電動機１０の位置および速度を推定する。
【００２４】
ただし、実施の形態１ における同期電動機のセンサレス制御装置１ａでは、センサレス速度制御部２を相対位置カウンタ４と接続し、位置・速度推定器２７で外部機器５から基準位置信号が入力された時点の磁極位置（電動機の電気角情報）を推定し、基準となる磁極位置として相対位置カウンタ４に出力するとともに、基準となる磁極位置を通過する毎に相対位置カウンタ４に出力するようにしている。
【００２５】
また、第２図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａ における速度指令発生器３の構成を示す図である。図において、２８は基準位置からの移動量の指令値と相対位置カウンタ４の出力である基準位置からの相対位置との差をとる減算器、２９は位置制御器である。
【００２６】
第１図および第２図により、実施の形態１における同期電動機のセンサレス制御装置１ａの動作を説明する。絶対位置を検出するセンサを使用しない同期電動機のセンサレス制御装置１ａにおいては、基準位置信号入力時点の位置を基準位置として、この基準位置からの相対位置を求めることにより、絶対位置を算出する。
【００２７】
外部機器５から基準位置信号が入力されると、相対位置カウンタ４は積算値をゼロにすると同時に、センサレス速度制御部２から基準位置信号入力時点の位置を基準位置として入力し、磁極位置の積算を開始する。
【００２８】
相対位置カウンタ４は、カウント基準となる磁極位置を通過する毎にカウントするカウンタ値および電気角１周期内の基準磁極位置からのずれ量を加算することにより、基準位置からの相対位置を求める。
【００２９】
また、速度指令発生器３は、減算器２８で求めた基準位置からの移動量の指令値と相対位置カウンタ４から出力された基準位置からの相対位置との差を基に、位置制御器２９で速度指令を作成するようにしたので、速度指令発生器３は相対位置カウンタ４ より出力された相対位置情報に従い速度指令を変化させることができ、位置制御が可能となる。
【００３０】
実施の形態１における同期電動機のセンサレス制御装置においては、相対位置カウンタ４は基準位置信号が入力された時点の推定磁極位置（電動機の電気角情報）を基準として、基準となる磁極位置を通過する毎にカウントするカウンタ値および電気角１ 周期内の基準磁極位置からのずれ量を加算することにより、基準位置からの相対位置を求めるようにしたので、位置検出器を持たない同期電動機において、基準位置からの相対的な位置で停止することができる。また、従来、同期電動機で位置決めする場合は位置検出器を用いていたが、位置検出器を使用しなくとも同期電動機で位置決めすることができるので、コスト削減およびシステムの信頼性向上となる。
【００３１】
実施の形態２．
第３図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｂは同期電動機のセンサレス制御装置、６は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、７ａは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器である。また、Ｘ１，Ｘ２はあらかじめ速度指令発生器７ａに設定される基準値である。ここで、Ｘ１は第１１図で減速開始位置に設けられた１つ目のリミットスイッチａに該当するもので、リミットスイッチ６ による基準位置信号出力位置から減速開始位置までの距離、Ｘ２は第１１図で停止動作開始位置に設けられた２つ目のリミットスイッチｂに該当するもので、リミットスイッチ６による基準位置信号出力位置から停止動作開始位置までの距離である。
【００３２】
また、第４図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂ の動作を説明する図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ）は速度指令発生器７ａが出力する速度指令、（ｃ）は相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は速度である。図において、１ｂはリミットスイッチ６の信号を入力可能な同期電動機のセンサレス制御装置、１０は同期電動機、１１は同期電動機軸、１２は同期電動機軸１１に連結され移動するベルト、１３はベルトに固定され移動する物体、１４ａはストッパである。
【００３３】
第３図および第４図により、実施の形態２における同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの動作を説明する。
【００３４】
第４図（ａ）の左端から右方向へ物体１３が移動中に、リミットスイッチ６を通過した場合、リミットスイッチ６は基準位置信号を出力する。
【００３５】
相対位置カウンタ４は、リミットスイッチ６から出力された基準位置信号が入力されると、積算値をゼロにすると同時に、センサレス速度制御部２から基準位置信号入力時点の位置を基準位置として入力し、磁極位置の積算を開始する。
【００３６】
相対位置カウンタ４は、カウント基準となる磁極位置を通過する毎にカウントするカウンタ値および電気角１周期内の基準磁極位置からのずれ量を加算することにより、基準位置からの相対位置を求める。相対位置カウンタ４の積算値は、第４図（ｃ）に示すように増加する。
【００３７】
速度指令発生器７ａは、相対位置カウンタ３のカウント値が第４図（ｃ）に示すように、あらかじめ設定された減速開始位置Ｘ１になった場合に、第４図（ｂ）に示すように速度指令を変化させて減速開始し、さらに相対位置カウンタ４のカウント値が停止動作開始位置Ｘ２になった場合に、停止動作開始と速度指令を変化させる。
【００３８】
物体１３の移動速度の変化は第４図（ｄ）に示すように、物体１３がリミットスイッチ６を通過し（ｔ０）、相対位置カウンタ４のカウント値が減速開始位置Ｘ１になった場合に減速開始し（ｔ１）、さらに相対位置カウンタ４のカウント値が停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始する（ｔ２）。
【００３９】
実施の形態２における同期電動機のセンサレス制御装置１ｂでは、あらかじめ減速開始位置Ｘ１および停止動作開始位置Ｘ２を設定しておき、リミットスイッチ６を通過した場合、カウントを開始した相対位置カウンタ４のカウント値が減速開始位置Ｘ１ になった場合に減速開始し、停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始するようにしたので、従来、位置決め制御に必要であった減速開始用のリミットスイッチおよび停止動作開始用のリミットスイッチとの２つのリミットスイッチが１つのリミットスイッチで構成できる。リミットスイッチの個数削減は、リミットスイッチから制御装置までの配線の削減となり、さら配線作業も容易になる。
【００４０】
また、停止位置の調整は減速開始位置Ｘ１、停止動作開始位置Ｘ２を変更することにより容易に調整することができるので、従来のようにリミットスイッチを設置しなおして調整するような煩雑な作業をしなくともよくなる。
【００４１】
実施の形態３ ．
第５図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｃは同期電動機のセンサレス制御装置、６は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、７ｂは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器である。また、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４はあらかじめ速度指令発生器７ｂに設定される基準値で、Ｘ１は正転運転時の減速開始位置、Ｘ２は正転運転時の停止動作開始位置、Ｘ３は逆転運転時の減速開始位置、Ｘ４は逆転運転時の停止動作開始位置である。
【００４２】
また、第６図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃ における回転方向の差異による動作説明を示す図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ） は正転運転時の速度指令、（ｃ）は正転運転時の相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は正転運転時の速度、また（ｅ）は逆転運転時の速度指令、（ｆ）は逆転運転時の相対位置カウンタ４の出力、（ｇ）は逆転運転時の速度である。図において、１４ａ，１４ｂはストッパである。
【００４３】
以下、図面上で左から右への移動を正転運転、図面上で右から左への移動を逆転運転として説明する。
【００４４】
速度指令発生器７ｂは、正転運転時においては、速度指令発生器７ｂは相対位置カウンタ４のカウント値が、あらかじめ設定された減速開始位置Ｘ１になった場合に（ｔ １）、速度指令を変化させて減速開始し、停止動作開始位置Ｘ２になった場合に（ｔ２）、停止動作開始と速度指令を変化させる。また、逆転運転時においては、速度指令発生器７ｂは、相対位置カウンタ４のカウント値が、あらかじめ設定された減速開始位置Ｘ３になった場合に（ｔ１１）、速度指令を変化させて減速開始し、停止動作開始位置Ｘ４になった場合に（ｔ１２）、停止動作開始と速度指令を変化させる。
【００４５】
上述の実施の形態２における第４図では相対位置カウンタ４の出力が減速開始位置Ｘ １になった場合に減速開始し、停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始する例を示したが、移動方向を変更して位置決めを行なう（例えば、正転運転時に位置決めから逆転運転時に位置決めに変更する）場合には、リミットスイッチの位置を正転運転時と逆転運転時とで調整する作業、または減速開始位置Ｘ１，停止動作開始位置Ｘ２を変更する作業が必要となった。また、正転運転時および逆転運転時の両方において位置決めをする場合には、正転運転時用のリミットスイッチと逆転運転時用のリミットスイッチとが必要となり、また移動方向によって２つのリミットスイッチの有効・無効を判断しなければならなかった。
【００４６】
しかしながら、実施の形態３の同期電動機センサレス制御装置１ｃにおいては、正転運転時の減速開始位置Ｘ１および停止動作開始位置Ｘ２、ならびに逆転運転時の減速開始位置Ｘ３および停止動作開始位置Ｘ４を設け、正転運転時と逆転運転時とで個別に設定可能とするようにしたので、リミットスイッチの個数を増やすことなく、正転運転時位置決めおよび逆転運転時位置決めができ、また、位置決めの移動方向切換え（正転運転時位置決めから逆転運転時位置決めへの変更、または逆転運転時位置決めから正転運転時位置決めへの変更）時においても、リミットスイッチの調整または減速開始位置Ｘ１，Ｘ２を変更する作業が不要となる。
【００４７】
上述では、あらかじめ速度指令発生器７ｂに設定される２組の基準値を、正転運転時の減速開始位置Ｘ１、停止動作開始位置Ｘ２と、逆転運転時の減速開始位置Ｘ３、停止動作開始位置Ｘ４とし、正転運転時、逆転運転時を判別して正転運転時の減速開始位置Ｘ１および停止動作開始位置Ｘ２、逆転運転時の減速開始位置Ｘ３および停止動作開始位置Ｘ４を使用する例を説明したが、同方向の移動で運転時使用する減速開始位置および停止動作開始位置を選択できるようにしてもよい。
【００４８】
実施の形態４．
第７図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｄは同期電動機のセンサレス制御装置、７ｃは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器、１５は相対位置カウンタ４ に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、１６は停止動作開始用リミットスイッチである。また、Ｘ１はあらかじめ速度指令発生器７ｃに設定される基準値で、リミットスイッチ１５による基準位置信号出力位置から減速開始位置までの距離である。
【００４９】
また、第８図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄ の動作を説明する図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ）は速度指令、（ｃ）は相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は速度である。
【００５０】
図において、１０〜１３、１４ａは第４図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｄは同期電動機のセンサレス制御装置、１５は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、１６は停止動作開始リミットスイッチである。
【００５１】
第７図および第８図により、実施の形態４における同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの動作を説明する。
【００５２】
物体１３は、始動開始とともに図（ａ）の左端から右方向へ低い速度指令ｆＬで移動する。低速運転時に、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、相対位置カウンタ４はリセットされ、カウントを開始する。また、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、速度指令発生器７ｃは高い速度指令ｆＨに切換える。
【００５３】
高速運転中で、相対位置カウンタ４のカウントが減速開始位置Ｘ１になった場合（ｔ ２１）に、速度指令発生器７ｃは速度指令を低い速度指令ｆＬに切換える。
【００５４】
減速開始し、所定の低い回転速度で移動中に、リミットスイッチ１６を通過した時点（ｔ２２）で、停止動作を開始する。
【００５５】
上述の実施の形態２においては、相対位置カウンタ４は高速運転中にリミットスイッチ６の出力を基準位置信号として入力して、カウントを開始し、カウントが減速開始位置Ｘ１になった場合に、速度指令発生器７ａは減速開始し、カウントが停止動作開始位置Ｘ２になった場合に停止動作開始する例を示したが、実施の形態４では、相対位置カウンタ４は低速運転時にリミットスイッチ１５の出力を基準位置信号として入力して、カウント開始し、カウントが減速開始位置Ｘ１になった場合に、速度指令発生器７ｃは減速開始し、停止動作開始用リミットスイッチ１６を通過した時点で停止動作開始するようにしたものである。
【００５６】
実施の形態４ では、低速運転時にリミットスイッチ１５の信号を読み込むようにしたので、信号取込み遅れにより減速開始位置の誤差を抑えることができる。また、停止動作開始リミットスイッチ１６を低速運転時に通過するようにしたので、停止精度を更に向上できる。
【００５７】
上述では、あらかじめ設定する移動量として、減速開始位置Ｘ１の例を示したが、低速運転から高速運転への切換え用の移動量、停止動作開始用の移動量をも設定し、リミットスイッチ１５、リミットスイッチ１６通過時の動作に使用しても良い。
【００５８】
実施の形態５．
第９図はこの発明の実施の形態５ に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｅの構成を示す図である。図において、２、４、１０は第１図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｅは同期電動機のセンサレス制御装置、７ｄは相対位置カウンタ４からの出力に応じて速度指令を変化させる速度指令発生器、１５は相対位置カウンタ４に基準位置信号を出力するリミットスイッチ、１６はリミットスイッチである。
【００５９】
また、第１０図はこの発明の実施の形態５に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ ｃの動作を説明する図で、（ａ）は搬送装置の構成例、（ｂ）は速度指令、（ｃ）は相対位置カウンタ４の出力、（ｄ）は速度である。図において、１０〜１３、１４ａは第４図と同様であり、その説明を省略する。また、１ｃは同期電動機のセンサレス制御装置、１５、１６はリミットスイッチである。また、ｆＬは低い回転速度指令、ｆＭは高い速度指令から一旦下げる速度指令、ｆＨは高い速度指令である。
【００６０】
第９図および第１０図により、実施の形態５における同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの動作を説明する。
【００６１】
物体１３は、始動開始とともに図（ａ）の左端から右方向へ低い回転速度指令ｆＬで移動する。
【００６２】
加速前の低速運転時に、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、相対位置カウンタ４はリセットされ、カウントアップを開始する。また、物体１３がリミットスイッチ１５を通過する時点（ｔ２０）で、速度指令発生器７ｄは高い速度指令ｆＨに切換える。
【００６３】
高速運転中で、相対位置カウンタ４のカウントが移動量Ｘ５になった場合（ｔ２３）に、速度指令発生器７ｄは速度指令を一旦低い速度指令ｆＭ に切換える。
【００６４】
低速運転時に、相対位置カウンタ４のカウントが移動量Ｘ６になった場合（ｔ２４）に、速度指令発生器７ｄは速度指令を高い速度指令ｆＨに切換える。
【００６５】
高速運転中で、相対位置カウンタ４のカウントが移動量Ｘ１になった場合（ｔ２１）に、速度指令発生器７ｄは速度指令を低い速度指令ｆＬに切換える。
【００６６】
減速開始し、所定の低い回転速度で移動中に、リミットスイッチ１６を通過した時点（ｔ２２）で、停止動作を開始する。
【００６７】
実施の形態５では、動作変更相対位置Ｘ５、Ｘ６を設定できるようにし、物体１３があらかじめ設定された動作変更相対位置Ｘ５になった場合に、一旦速度指令を低下させ、あらかじめ設定された動作変更相対位置Ｘ６になった場合に、再度速度を上げるようにしたので、速度領域に機械共振が含まれる運転パターンでの使用とか途中で検査が必要となる運転パターンでの使用において、その間をＸ５，Ｘ６で指定して速度を落として通過させるとか、検査可能な低速で駆動することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明の同期電動機センサレス制御装置は位置検出器を持たない同期電動機を所定の位置に位置決めすることができるので、ブラシレスＤＣ電動機、埋め込み磁石形同期電動機（ＩＰＭ）、スイッチトリラクタンス電動機（ＳＲＭ）、シンクロナスリラクタンス電動機（ＳｙＲＭ）等、全ての同期電動機において、位置検出器を使用せず位置決めする用途において用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａの構成を示す図である。
第２図はこの発明の実施の形態１に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ａにおける速度指令発生器３の構成を示す図である。
第３図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの構成を示す図である。
第４図はこの発明の実施の形態２に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｂの動作を説明する図である。
第５図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃの構成を示す図である。
第６図はこの発明の実施の形態３に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｃにおける回転方向の差異による動作説明を示す図である。
第７図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの構成を示す図である。
第８図はこの発明の実施の形態４に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｄの動作を説明する図である。
第９図はこの発明の実施の形態５に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｅの構成を示す図である。
第１０図はこの発明の実施の形態５に係る同期電動機のセンサレス制御装置１ｅの動作を説明する図である。
第１１図は、例えば特開昭６０−２２３４８６号公報に示された従来の電動機の減速回路においてリミットスイッチを利用した簡易位置決め方法における各種波形を示す図である。
Claims (4)
- 同期電動機の電流を検出する電流検出器と、この電流検出器から得られた検出電流を使用して、前記同期電動機の速度推定値および磁極位置推定値を算出する位置・速度推定器と、速度指令と前記速度推定値とを使用して前記同期電動機を速度制御する速度制御器と、を有し、回転位置検出装置を使用せずに同期電動機を駆動する同期電動機センサレス制御装置において、
位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段と、
この基準位置信号が入力された場合に積算値をゼロにすると同時に、前記位置・速度推定器から磁極位置推定値を基準位置として取り込み、積算を開始する相対位置カウンタと、
基準位置からの移動量の指令値と前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値との偏差により位置制御する位置制御器を有し、速度指令を出力する速度指令発生器と、を備え、
この速度指令発生器は、減速開始位置および停止動作開始位置を設定できるようにするとともに、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記停止動作開始位置になった場合に停止動作開始するようにしたことを特徴とする同期電動機センサレス制御装置。 - 前記速度指令発生器は、減速開始位置および停止動作開始位置を少なくとも２組設定できるようにするとともに、運転時使用する減速開始位置および停止動作開始位置を選択できるようにして、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記選択された減速開始位置になった場合に減速開始し、前記選択された停止動作開始位置になった場合に停止動作開始するようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の同期電動機センサレス制御装置。
- 同期電動機の電流を検出する電流検出器と、この電流検出器から得られた検出電流を使用して、前記同期電動機の速度推定値および磁極位置推定値を算出する位置・速度推定器と、速度指令と前記速度推定値とを使用して前記同期電動機を速度制御する速度制御器と、を有し、回転位置検出装置を使用せずに同期電動機を駆動する同期電動機センサレス制御装置において、
位置決めのカウントの基準となる基準位置信号を出力する基準位置信号出力手段と、
この基準位置信号が入力された場合に、積算値をゼロにすると同時に、前記位置・速度推定器から磁極位置推定値を取り込み、積算を開始する相対位置カウンタと、
速度指令変更位置信号を出力する速度指令変更位置信号出力手段と、
基準位置からの移動量の指令値と前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値との偏差により位置制御する位置制御器を有し、速度指令を出力する速度指令発生器と、を備え、
この速度指令発生器は、変更速度指令および減速開始位置を設定できるようにするとともに、基準位置信号が入力された場合に速度指令を前記変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記速度指令変更位置信号出力手段から速度指令変更位置信号が出力された場合に停止動作開始するようにしたことを特徴とする同期電動機センサレス制御装置。 - 前記速度指令発生器は、第１の変更速度指令、第１の変更速度指令による速度指令値よりも低い速度指令値を指令する第２の変更速度指令、第１の動作変更相対位置、第１の動作変更相対位置よりも基準位置から離れている第２の動作変更相対位置および減速開始位置を設定できるようにするとともに、
前記基準位置信号が入力された場合に速度指令を前記第１の変更速度指令に変更し、
前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記第１の動作変更相対位置になった場合に速度指令を第２の変更速度指令に変更し、前記第２の動作変更相対位置になった場合に速度指令を前記第１の変更速度指令に変更し、前記相対位置カウンタから相対位置として出力される積算値が前記減速開始位置になった場合に減速開始し、前記速度指令変更位置信号出力手段から速度指令変更位置信号が出力された場合に停止動作開始するようにしたことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の同期電動機センサレス制御装置。
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