JP5409678B2 - 電動機制御装置 - Google Patents
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Description
特許文献1においては、磁極位置推定手段として、電動機の回転中に固定子(電機子)に発生する誘起電圧の位相を検出する手段が用いられている。
また、すべての位置センサが故障した場合には、電動機制御装置の制御状態に応じて、電動機の制御を続行または停止することができる。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動機制御装置の概略構成を電動機とともに示すブロック図である。
固定子3の巻線には、電動機制御装置1からの3相(U、V、W)の駆動信号が印加される。
3つの位置センサDu、Dv、Dwは、電動機制御装置1の機能に含まれており、検出信号として3相(U、V、W)の位置センサ信号θdを生成する。
速度補償量ωc(回転速度指令ωrの変化量)としては、たとえば、回転速度指令の今回値ωraから回転速度指令ωrの前回値ωrbを減算した値、または、この減算値にさらに速度補償倍率を乗算した値が用いられる。
たとえば、回転速度演算手段9は、ある1相分の位置センサ信号のパルス間隔を時間計測して回転速度ωを演算するが、位置センサ故障判定手段10からの故障判定信号Fに基づき故障していると判定された位置センサ信号は、回転速度ωの演算に用いないようにする。
また、位置センサ故障判定手段10は、位相指令生成手段11に対して第1の位相θ1を入力する。位置センサ故障判定手段10の詳細な機能については後述する。
具体的には、PWM(Pulse Width Modulation)インバータ、PAM(Pulse Amplitude Modulation)インバータなどが挙げられる。また、インバータの大まかな区分として、電圧型、電流型の2種類が存在するが、ここでは電圧型のPWMインバータを用いるものとする。
図2は電動機2が1回転したときの3相分の位置センサ信号θdとそれに対する位相θの値[deg]とを示す模式的に示すタイミングチャートである。
つまり、U相の位置センサ信号θdにおいて、立ち上がりは0度、立ち下がりは180度であり、V相の位置センサ信号θdにおいて、立ち上がりは120度、立ち下がりは300度であり、W相の位置センサ信号θdにおいて、立ち上がりは240度、立ち下がりは60度である、と求めることができる。
このように、位置センサ信号θdから、60度ごとの位相θの値を求めることができる。位置センサ信号θdから求められる位相を第1の位相θ1として生成し、出力する。
図3は位置センサ故障判定手段10の動作を示すフローチャートであり、第1の位相θ1と判定位相θjとの比較に基づく故障判定信号Fの生成処理(ステップS1〜S8)を示している。
位相指令生成手段11において、回転速度指令ωrに基づいて位相指令θrを生成して電動機2の制御を続行する際に、回転速度指令ωrに基づいて生成する位相指令θrが、本来出力されるべき位相指令に対して大きくずれた場合には、電動機2が脱調して、通電手段12から電動機2に過電流が流れ続けて通電手段12(PWMインバータ)が破壊される可能性がある。
過電流の検出手段としては、たとえばシャント抵抗およびシャント用ICを用いた簡易な電流検出手段が適用可能である。
図3の処理により、故障判定信号Fに基づき、どの位置センサが故障しているかが分かる。なお、すべての位置センサDu、Dv、Dwが正常であると判定されれば、健全な位置センサ信号に基づく第1の位相θ1のみを用いて位相指令θrを生成することができるが、少なくとも1つの位置センサが故障している場合には、第1の位相θ1のみを用いて位相指令θrを生成することはできない。
したがって、位相指令生成手段11は、第2の位相θ2を用いて、0度および180度に対応した位相指令θrを生成する。
このように、第1の位相θ1を用いずに第2の位相θ2に基づいて位相指令θrを生成した場合には、次回に第2の位相θ2を生成する際に用いる第1の位相θ1として、今回の第2の位相θ2の値を用いる。
したがって、すべての位置センサ信号θdが異常と判定された場合には、位相指令生成手段11は、回転速度指令ωrを用いて、以下の式(2)のように、第2の位相θ2を算出する。
このように、位相指令生成手段11は、第1または第2の位相θ1、θ2に基づいて位相指令θrを生成するが、第1または第2の位相θ1、θ2に対して所定値だけ位相を補償したものを位相指令θrとしてもよい。
このとき、磁極位相に対して電圧位相を進めなければ、所望の電動機効率が得られない場合があり、また、所望の回転速度を得るために、弱め磁束制御を行う必要がある場合もある。
しかし、通電手段12(PWMインバータ)が正弦波駆動型を用いる場合など、60度よりも細かい位相指令θrを出力する必要がある場合には、位相指令生成手段11は、位相指令θrとして、前回値θbを用いて、以下の式(3)のように今回の位相指令θaを演算する。
また、すべての位置センサDu、Dv、Dwが故障した場合には、前述の式(2)のように演算される第2の位相θ2を生成する。
また、位相指令生成手段11は、故障判定信号Fが複数の位置センサDu、Dv、Dwのすべての故障を示す場合には、電動機2の制御状態に応じて位相指令θrを生成する。
位置センサ故障判定手段10は、各位置センサ信号θdの正常な変化パターンの少なくとも一部をあらかじめ記憶しており、正常な変化パターンと各位置センサ信号θdの変化パターンとを比較して、両者に差が生じた場合に、故障判定信号Fの複数ビットのうち、差が生じた位置センサ信号に対応するビットに異常値「1」を設定する。
この場合、位置センサ故障判定手段10は、各位置センサ信号θd、回転速度ωおよび速度補償量ωcを用いて判定位相θjを算出し、第1の位相θ1と判定位相θjとの間に所定値ε以上の差が生じた場合に、故障判定信号Fに異常値「1」を設定して出力する。
回転速度演算手段9は、故障判定信号Fが複数の位置センサDu、Dv、Dwの一部の故障を示す場合には、健全な位置センサ信号θdを用いて回転速度ωを演算する。
また、すべての位置センサDu、Dv、Dwが故障した場合には、電動機制御装置1による電動機2の制御状態に応じて、電動機2の制御を続行または停止することが可能となる。
さらに、制御対象の電動機2が同期電動機の場合を例にとって説明したが、電動機2の種類が同期電動機に限定されることはない。
Claims (11)
- 電動機の磁極位置を検出する複数の位置センサと、
前記複数の位置センサからの各位置センサ信号から求められる位相を第1の位相として生成するとともに、前記位置センサ信号および前記電動機の回転速度に基づき前記位置センサの故障判定基準となる判定位相を算出して、前記第1の位相と前記判定位相とに基づいて、前記複数の位置センサの少なくとも1つの故障を判定して故障判定信号(F)を生成する位置センサ故障判定手段と、
前記故障判定信号および前記各位置センサ信号に基づき前記電動機の前記回転速度を演算する回転速度演算手段と、
前記第1の位相、前記故障判定信号および前記回転速度に基づき位相指令を生成する位相指令生成手段と、
前記電動機に対する駆動信号の大きさを表す振幅指令を生成する振幅指令生成手段と、
前記位相指令および前記振幅指令に基づき前記駆動信号を生成して前記電動機に印加する通電手段と、を備え、
前記位相指令生成手段は、前記故障判定信号が前記複数の位置センサの一部の故障を示す場合には、前記第1の位相および前記回転速度を用いて第2の位相を算出し、前記第1および第2の位相を用いて前記位相指令を生成することを特徴とする電動機制御装置。 - 前記位相指令生成手段は、前記故障判定信号が前記複数の位置センサのすべての故障を示す場合には、前記電動機の制御状態に応じて前記位相指令を生成することを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。
- 前記故障判定信号は、前記各位置センサ信号に対応した複数ビットを有し、
前記位置センサ故障判定手段は、前記各位置センサ信号の正常な変化パターンの少なくとも一部をあらかじめ記憶し、前記正常な変化パターンと前記各位置センサ信号の変化パターンとを比較して、両者に差が生じた場合に、前記故障判定信号の複数ビットのうち、前記差が生じた位置センサ信号に対応するビットに異常値を設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動機制御装置。 - 前記電動機の回転速度指令を生成する回転速度指令生成手段を備え、
前記位相指令生成手段は、前記故障判定信号が前記複数の位置センサの一部の故障を示す場合には、前記回転速度に代えて、前記回転速度指令を用いて前記第2の位相を算出することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電動機制御装置。 - 前記電動機の回転速度指令を生成する回転速度指令生成手段と、
前記回転速度指令に基づいて速度補償量を生成する速度補償量生成手段と、を備え、
前記位相指令生成手段は、前記故障判定信号が前記複数の位置センサの一部の故障を示す場合には、前記第1の位相および前記回転速度に加えて、前記速度補償量を用いて前記第2の位相を算出することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電動機制御装置。 - 前記速度補償量生成手段は、前記回転速度指令の値の変化量に基づき前記速度補償量を生成することを特徴とする請求項5に記載の電動機制御装置。
- 前記位置センサ故障判定手段は、前記各位置センサ信号および前記回転速度を用いて前記判定位相を算出し、前記第1の位相と前記判定位相との間に所定値以上の差が生じた場合に、前記故障判定信号に異常値を設定することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電動機制御装置。
- 前記電動機の回転速度指令を生成する回転速度指令生成手段を備え、
前記位置センサ故障判定手段は、前記回転速度に代えて、前記回転速度指令を用いて、前記各位置センサ信号および前記回転速度指令に基づき前記判定位相を算出し、前記第1の位相と前記判定位相との間に所定値以上の差が生じた場合に、前記故障判定信号に異常値を設定することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電動機制御装置。 - 前記電動機の回転速度指令を生成する回転速度指令生成手段と、
前記回転速度指令に基づいて速度補償量を生成する速度補償量生成手段と、を備え、
前記位置センサ故障判定手段は、前記各位置センサ信号、前記回転速度および前記速度補償量を用いて前記判定位相を算出し、前記第1の位相と前記判定位相との間に所定値以上の差が生じた場合に、前記故障判定信号に異常値を設定して出力することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の電動機制御装置。 - 前記位置センサ故障判定手段は、前記複数の位置センサのすべてが故障していると判定された場合に、前記通電手段に対して制御停止信号を生成し、前記電動機の駆動を停止させることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の電動機制御装置。
- 前記回転速度演算手段は、前記故障判定信号が前記複数の位置センサの一部の故障を示す場合には、健全な位置センサ信号を用いて前記回転速度を演算することを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の電動機制御装置。
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