JP5634620B2 - 回転機の制御装置および回転機のインダクタンス測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、誘導機や同期機の回転機に係り、特に、回転機のインダクタンスを測定することができる制御装置およびそのインダクタンス測定方法に関する。

回転機を駆動制御する制御装置においては、回転機の電気的定数（抵抗やインダクタンス）の値が必要となる。
従来の回転機のインダクタンス定数の測定には、回転機の回転子を拘束具などで固定した状態で、交流電力を印加してインダクタンス定数を測定していた。しかし、機械に接続されている回転機は、電気的定数測定のために回転機が回転すると、接続された機械が損傷するなどの問題があり、無回転で電気的定数を測定できる回転機の制御装置および電気的定数測定方法が求められていた。

無回転での回転機の定数測定装置・方法として、大小２レベルの直流電流を電流制御部に流したときの各電圧指令をそれぞれ記憶し、２レベルの直流電流のうち、大きいほうの電流レベルに基づく電圧値から小さいほうの電流レベルに基づく電圧値へ急変し、そのときの電流変化が２レベルの電流ステップ幅の所定値に達するときの時間を計測し、この計測時間から巻線抵抗の計測値を除算してｄ軸インダクタンスを演算する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ｑ軸電流指令、ｄ軸電流指令を第１のｑ軸電流指令値、第１のｄ軸電流指令値に設定し、所定の高さをもつｄ軸電流ステップ指令を制御装置に与え、ステップ指令に対するｄ軸電流検出値の偏差に対応して生成されるｄ軸電圧指令値から電動機の一次抵抗による電圧降下分の電圧を減算して得られる電圧値を予め定められた第１の積分時間積分してｄ軸積分値を生成し、積分開始時点のｄ軸電流検出値に対する積分終了時のｄ軸電流検出値のｄ軸変化量を生成し、同様の計算をｑ軸について実行してｑ軸積分値とｑ軸変化量を生成し、インダクタンス比Ｋを、Ｋ＝（ｑ軸積分値／ｄ軸積分値）×（ｄ軸変化量／ｑ軸変化量）と設定し、ｑ軸インダクタンスを式Ｌｑ＝Ｋ×Ｌｄで算出する制御方法・装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、誘導電動機に直流励磁する為の電圧を印加し、誘導電動機を停止状態に維持し、直流励磁した二次磁束を周波数の低い正弦波や三角波やのこぎり波を用いて微少変化させる信号を電圧指令あるいは電流指令に重畳し、電流検出値と電圧指令または電圧検出値とに基づいて相互インダクタンスを演算する制御装置・方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００９−２３２５７３号公報（段落［０００７］、図２） 特開２００１−３５２８００号公報（段落［００１５］） 特開２０００−３４２０００号公報（段落［０００４］、［００１３］）

特許文献１の定数測定方法では、印加する電圧値を急変し、そのとき電流が特定の値に変化するまでの時間を測定する必要があるため、電流を常に監視するために十分早いサンプリングが可能なＡ／Ｄ変換器やマイコンなどの演算装置が必要となる課題がある。
また、特許文献２のインダクタンス比を用いてインダクタンスを算出する方法・装置では、Ｌｑ＝Ｋ×Ｌｄによってｑ軸インダクタンスを算出するため、インダクタンス比およびｄ軸インダクタンスが必要であり、インダクタンス比がインダクタンスの磁気飽和によって変化する回転機には適用できないという課題がある。
また、特許文献３の交流電流を用いたインダクタンスの演算装置・方法では、少なくとも交流電流を数周期にわたって回転機に流し続ける必要があり、測定時間中に回転機が微少に振動し、騒音が発生するという課題がある。さらに、インダクタンスの磁気飽和特性を測定するためには、交流電流の振幅を高くする必要があり、さらに大きな振動および騒音を引き起こす要因となる課題もある。

この発明は、上記のような課題を解決するため、ステップ電圧印加時の回転機電流の変化を高サンプリング周期で検出するための高性能なＡ／Ｄ変換器やマイコンを不要として、定数測定中に回転機へ電流が流れる時間をできる限り短くすることで、回転機にかかる振動および騒音を抑制し、さらにインダクタンスの磁気飽和特性を測定することができる回転機の制御装置およびインダクタンス測定方法を提供することを目的とする。

この発明に係る回転機の制御装置は、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機の回転機電流を検出する電流検出部と、電圧指令と回転機電流から回転機のインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備え、電圧指令生成部は一定の直流電圧の電圧指令としてインダクタンス測定準備用電圧指令である第一の電圧指令と測定用電圧指令である第二の電圧指令を生成し、電圧印加部は第一の電圧指令および第二の電圧指令に基づき回転機に電圧を順次印加し、インダクタンス演算部は測定用電圧指令と測定用電圧指令印加前後の電流検出部で検出した回転機電流からインダクタンスを演算するものである。

この発明に係る回転機のインダクタンス測定方法は、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機の回転機電流を検出する電流検出部と、電圧指令と回転機電流から回転機のインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備えた回転機の制御装置を用い、電圧指令生成部が一定の直流電圧の電圧指令としてインダクタンス測定準備用電圧指令である第一の電圧指令と測定用電圧指令である第二の電圧指令を生成するステップと、電圧印加部が第一の電圧指令と第二の電圧指令に基づき回転機に電圧を順次印加するステップと、電流検出部で回転機電流を検出するステップと、インダクタンス演算部が測定用電圧指令と測定用電圧指令印加前後の電流検出部で検出した回転機電流からインダクタンスを演算するステップからなるものである。

この発明に係る回転機の制御装置は、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機の回転機電流を検出する電流検出部と、電圧指令と回転機電流から回転機のインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備え、電圧指令生成部は一定の直流電圧の電圧指令としてインダクタンス測定準備用電圧指令である第一の電圧指令と測定用電圧指令である第二の電圧指令を生成し、電圧印加部は第一の電圧指令および第二の電圧指令に基づき回転機に電圧を順次印加し、インダクタンス演算部は測定用電圧指令と測定用電圧指令印加前後の電流検出部で検出した回転機電流からインダクタンスを演算する構成であるため、高性能なＡ／Ｄ変換器やマイコンが不要であり、回転機に電流を流す時間を短くでき、回転機の振動、騒音を抑制できると共に、インダクタンスの磁気飽和特性を測定できる回転機の制御装置を提供することができる。

この発明に係る回転機のインダクタンス測定方法は、電圧指令を生成する電圧指令生成部と、電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、回転機の回転機電流を検出する電流検出部と、電圧指令と回転機電流から回転機のインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備えた回転機の制御装置を用い、電圧指令生成部が一定の直流電圧の電圧指令としてインダクタンス測定準備用電圧指令である第一の電圧指令と測定用電圧指令である第二の電圧指令を生成するステップと、電圧印加部が第一の電圧指令と第二の電圧指令に基づき回転機に電圧を順次印加するステップと、電流検出部で回転機電流を検出するステップと、インダクタンス演算部が測定用電圧指令と測定用電圧指令印加前後の電流検出部で検出した回転機電流からインダクタンスを演算するステップからなるため、高性能なＡ／Ｄ変換器やマイコンが不要であり、回転機に電流を流す時間を短くでき、回転機の振動、騒音を抑制できると共に、インダクタンスの磁気飽和特性を測定できる回転機のインダクタンス測定方法を提供することができる。

この発明の実施の形態１の回転機の制御装置に係るシステム構成図である。 この発明の実施の形態１の回転機の制御装置に係るインダクタンス演算部の構成図である。 この発明の実施の形態１の回転機の制御装置に係るインダクタンス測定処理手順を示す図である。 この発明の実施の形態１の回転機の制御装置に係るインダクタンス測定動作例を示す図である。 この発明の実施の形態１の回転機の制御装置に係るインダクタンスの磁気飽和特性の測定結果を示す図である。 この発明の実施の形態２の回転機の制御装置に係るインダクタンス測定処理手順を示す図である。 この発明の実施の形態２の回転機の制御装置に係るインダクタンス測定動作例を示す図である。 この発明の実施の形態３の回転機の制御装置に係るインダクタンス測定処理手順を示す図である。 この発明の実施の形態３の回転機の制御装置に係るインダクタンス測定動作例を示す図である。 この発明の実施の形態４の回転機のインダクタンス測定方法に係るフロー図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態１について、図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転機の制御装置２を適用する回転機制御システム１の構成図、図２はインダクタンス演算部６の構成図、図３はインダクタンス測定処理手順図、図４はインダクタンス測定動作例を示す図、図５はインダクタンスの磁気飽和特性の測定結果を示す図である。

以下、この発明の実施の形態１に係る回転機の制御装置２の構成、機能を中心に説明し、次に、本発明による具体的なインダクタンスの測定方法を説明する。

この発明の実施の形態１に係る回転機の制御装置２の構成、機能を図１〜５に基づいて説明する。
図１において、回転機の制御装置２を適用する回転機制御システム１は、回転機の制御装置２、回転機３および回転機３の電流を検出する電流検出部４から構成される。
回転機３は同期機であって、この実施の形態１では、永久磁石を用いた同期機を例として説明する。
回転機の制御装置２は、回転機３に制御用電圧を印加するインバータ等の電力変換器が相当する電圧印加部５、回転機３のインダクタンスを演算するインダクタンス演算部６、および回転機３駆動用およびインダクタンス測定用の電圧指令を生成する電圧指令生成部７から構成される。

電流検出部４は、回転機３の三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流を検出する。実施の形態１においては、電流検出部４は電流を三相とも検出することで説明するが、２相分を検出して三相電流の和がゼロであることを利用して三相電流を求めることもできる。また、インバータ母線電流やスイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子の状態から三相電流を演算することもできる。

電圧印加部５は、電圧指令生成部７からの電圧指令（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）に基づき、電圧指令（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を生成し、この電圧指令に基づき回転機３に電圧を印加する。
電圧指令生成部７によって生成される電圧指令は回転二軸座標（以降ｄｑ軸と称する）上の電圧指令Ｖｄ＊とＶｑ＊で構成し、電圧印加部５は、電圧指令生成部７が生成する電圧指令を元に、式（１）によって三相電圧指令（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を生成し、この電圧指令に基づき回転機３に電圧を印加する。なお、ｄｑ軸の同定には回転機３の回転子位置θが必要である。θは磁極位置検出器を備えた回転機３であれば、磁極位置検出器からの検出値を用いればよく、位置検出器を備えていない回転機３には特許文献［特許第４２７１３９７号］のように初期磁極の検出方法を用いることもできる。

インダクタンス演算部６の構成図を図２に示す。インダクタンス演算部６には、電圧指令生成部７からの電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊および電流検出部４からの三相電流の検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが入力される。三相電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は三相・二相変換器８により、式（２）によってｄｑ軸上の電流ＩｄとＩｑに変換される。
インダクタンス演算器９は、ｄｑ軸上の電流Ｉｄ，Ｉｑおよび電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を用い、後述する演算方法に基づいてインダクタンスの演算を行う。

実施の形態１における同期機３のインダクタンスの測定処理手順を図３に示す。
回転機３のインダクタンス測定処理が開始されると、ステップＳ１０１において、電圧指令生成部７が電圧指令を生成する。次にステップＳ１０２において、電圧指令が測定用電圧指令か決定し、測定用電圧指令であれば、ステップＳ１０３において回転機３の電流を検出する。次にステップＳ１０４において、電圧印加部５は電圧指令に基づく電圧を回転機３に印加する。電圧指令の印加終了後、ステップＳ１０５において、回転機３の電流を検出する。次にステップＳ１０６において、ステップＳ１０３とＳ１０５で検出した回転機電流に基づき、インダクタンス演算部６が回転機３のインダクタンスの演算を行う。
ステップＳ１０８において、最初に設定したｎ個の電圧指令の印加が終了したか確認し、終了していれば、インダクタンス測定処理を終了する。終了していなければ、ステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ１０２において、電圧指令が測定用電圧指令でない場合は、ステップＳ１０７へ進み、回転機電流の検出を行わず、電圧指令の印加のみを行い、ステップＳ１０８へ進む。

電圧指令生成部７は、図の手順に従ってｎ（ｎ≧２）個の電圧指令を生成する。ｎは２以上の任意の正の値を取り、電圧指令はｄｑ軸上の任意のベクトル方向に指令値を取ることができる。実施の形態１では、ｄ軸方向に電圧を印加して回転機３のインダクタンスを測定する。
インダクタンス演算部６は、生成した電圧指令のうち、インダクタンスの測定用として任意の電圧指令を選択し（以下、測定用電圧指令と称する）、測定用電圧指令の電圧が印加される前後の回転機電流値を用いて、インダクタンスの演算を行う。測定用電圧指令は、一つである必要はなく、ｎ個の電圧指令から測定用電圧指令を複数個選択して、夫々についてインダクタンスを演算することもできる。

ｎ個の電圧指令に基づく電圧を印加中の任意の時間における、実施の形態１の同期機３のインダクタンス測定動作の一例を図４に示す。図において、上の図は回転機３を流れるｄ軸電流の時間変化、下の図は回転機３に印加しているｄ軸電圧の時間変化を示している。ある時点において測定用電圧指令Ｖ＊を印加する場合、測定用電圧を印加する前および測定用電圧を印加した後の夫々の点Ｉ１，Ｉ２において回転機電流を検出する。
ここで、Ｖ＊およびＩ１、Ｉ２は前述のとおり、ｄｑ軸にて表される。図４では、点Ｉ１に対応するｄ軸電流値をｉｄ１、点Ｉ２に対応するｄ軸電流値をｉｄ２と表している。
実施の形態１では、夫々ｄ軸上に流すため、それぞれＩｄ１、Ｉｄ２、Ｖｄ＊と表す。

図４において、複数回の電圧指令を用いて回転機３のｄ軸電流はｉｄ１まで上昇し、次に印加される測定用電圧により、回転機３のｄ軸電流はｉｄ２まで上昇する。インダクタンス演算手段は、測定用電圧指令Ｖｄ＊とその電流偏差Δｉｄ＝ｉｄ２−ｉｄ１を用いて、後述する式（１２）、（１３）からインダクタンスを演算する。演算されるインダクタンスは、電流ｉｄ１、ｉｄ２の中点（ｉｄ１＋ｉｄ２）／２の電流値におけるインダクタンス値である。

また、電圧指令値を変更し、ｉｄ１の電流値を変化させることで任意の電流値におけるインダクタンス値を測定することができる。インダクタンスの磁気飽和特性を測定するにはｉｄ１の電流値を高くした状態で測定用電圧指令を与えればよい。実施の形態１では、ｎ回の電圧を印加する間に複数の測定用電圧を印加し、回転機３のインダクタンスの演算処理を繰り返すことにより、複数の電流値におけるインダクタンスを測定することができる。

実施の形態１において、ｉｄ１の電流値を変えて繰り返した場合の電流―インダクタンスの測定結果の一例を図５に示す。図において電流値が上昇すると、インダクタンス値が減少し、磁気飽和の傾向が観測できることがわかる。

次にインダクタンス演算部６の具体的な演算方法について説明する。
実施の形態１において、回転機３は、永久磁石を用いた同期機であり、ｄｑ軸上の電圧方程式として一般的に次の式（３）、（４）が成り立つ。
ｖｄ＝Ｒ×ｉｄ＋ＰＬｄ×ｉｄ−ωｒ×Ｌｑ×ｉｑ （３）
ｖｑ＝Ｒ×ｉｑ＋ＰＬｑ×ｉｑ＋ωｒ×（Ｌｄ×ｉｄ＋φｆ） （４）
但し、
ｖｄ：回転機３の電圧のｄ軸成分
ｖｑ：回転機３の電圧のｑ軸成分
Ｒ：回転機３の巻線抵抗
Ｌｄ：回転機３のｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：回転機３のｑ軸インダクタンス
φｆ：回転機３の回転子磁束振幅
Ｐ：微分演算子
ωｒ：回転機３の回転子角速度

さらに、電圧指令を生成する前に、回転機３の回転子が停止状態であれば、回転機３に電圧を印加した直後は、回転子は回転しないため、式（３）、（４）における角速度ωを含む項は無視でき、以下の式（５）、（６）が成り立つ。
ｖｄ＝Ｒ×ｉｄ＋ＰＬｄ×ｉｄ （５）
ｖｑ＝Ｒ×ｉｑ＋ＰＬｑ×ｉｑ （６）

この時、インダクタンスに磁気飽和特性があることを考慮すると、Ｌｄ、Ｌｑは電流値によって変化する関数Ｌｄ（ｉｄ）、Ｌｑ（ｉｑ）と表すことができ、式（５）の右辺第２項の微分演算子を含むＰＬｄ×ｉｄは以下の式（７）に展開される。

式（６）の右辺第２項のＰＬｑ×ｉｑについても同様に展開でき、式（５）（６）は以下の式（８）、（９）で置き換えられる。
ｖｄ＝Ｒ×ｉｄ＋Ｌ′ｄ（ｉｄ）×（ｄｉｄ／ｄｔ） （８）
ｖｑ＝Ｒ×ｉｑ＋Ｌ′ｑ（ｉｑ）×（ｄｉｑ／ｄｔ） （９）
但し、

式（８）（９）からＬ′ｄ（ｉｄ）、Ｌ′ｑ（ｉｑ）を求める式は以下の式（１２）、（１３）で表される。
Ｌ′ｄ（ｉｄ）＝∫（ｖｄ−Ｒ×ｉｄ）×（Δｔ／Δｉｄ） （１２）
Ｌ′ｑ（ｉｑ）＝∫（ｖｑ−Ｒ×ｉｑ）×（Δｔ／Δｉｑ） （１３）

式（１２）、（１３）において、ｉｄ、ｉｑは回転機３に流れる電流値であり、測定用電圧印加前後の電流偏差ΔｉｄおよびΔｉｑは、時間Δｔ進んだときの回転機電流の電流変化量である。短時間の検出であるから、巻線抵抗分を無視して、下記の式（１４）、（１５）でインダクタンスを求めることも可能であるが、巻線抵抗を用いて式（１２）、（１３）からインダクタンスを演算することで、さらに精度よくインダクタンスを演算することができる。
Ｌ′ｄ（ｉｄ）＝∫ｖｄ×（Δｔ／Δｉｄ） （１４）
Ｌ′ｑ（ｉｑ）＝∫ｖｑ×（Δｔ／Δｉｑ） （１５）

電流値の検出時間は、測定用電圧を印加する直前および直後の電流値をサンプリングすることができれば、巻線抵抗による電圧降下の誤差を最小にすることができ、高精度なインダクタンス測定を行うことができる。また、簡易的にインバータ装置によるキャリア周期などの制御周期で電流をサンプリングして検出することもできる。

このＬ′（ｉ）は式（１０）に示すように、電圧方程式のインダクタンスＬ（ｉ）を用いて演算することができる。実際の演算方法は種々のものが考えられるが、インダクタンス演算部による計算を簡略化するため、Ｌ（ｉ）を電流の関数で近似し、Ｌ（ｉ）をＬ′（ｉ）の式で表す。
例えば、Ｌ（ｉ）を電流に関する一次関数で表現すると、Ｌ（ｉ）＝ａ×ｉ＋ｂ（ａ、ｂは任意の整数）で表すことができる。Ｌ′（ｉ）は，式（１０）から
Ｌ′（ｉ）＝ａ×ｉ＋ｂ＋ａ×ｉ＝２×ａ×ｉ＋ｂとなり、Ｌ（ｉ）は、Ｌ′（ｉ）の一次関数の傾きａを１／２倍にすることで表現できる。
Ｌ′（ｉ）を求めるには、例えば、図５の複数の電流点で求めた電流−インダクタンスの測定結果を用いて、最小二乗法などを用いて近似関数で計算することができる。もちろん、近似する関数式は一次関数に限らずとも上述の方法でＬ（ｉ）を二次関数、三次関数として演算することができる。

以上のように、実施の形態１の回転機の制御装置２は、回転機３のｄ軸上に複数の一定の直流電圧の電圧指令に基づく電圧を印加し、ｄ軸上の電流を特定の値まで上昇させた後、測定用電圧指令に基づく電圧を同軸上に与えて、インダクタンスを測定することにより、特定の電流値におけるインダクタンスを測定できる。つまり、電圧指令値を変更し、回転機３に流れる電流を変えることで、大電流におけるインダクタンスを測定することが可能となり、回転機３のインダクタンスの磁気飽和特性を測定することができる。この場合、測定用電圧を印加する前後の電流値を検出すればよいので、電流変化を監視するための高速なＡ／Ｄ変換器やマイコンを必要としない。

また、実施の形態１では回転機３は永久磁石を用いた同期機を例として説明したが、この回転機のインダクタンスを測定する回転機の制御装置は、誘導電動機および永久磁石を用いない同期機にも適用できる。

上記で説明したように、実施の形態１の回転機の制御装置２では、電圧指令生成部７は複数の一定の直流電圧の電圧指令を生成し、電圧印加部５は電圧指令に基づき回転機３に電圧を印加し、インダクタンス演算部６は電圧指令のうちから任意に選択した測定用電圧指令と測定電圧指令印加前後の電流検出部で検出した回転機電流からインダクタンスを演算するため、高性能なＡ／Ｄ変換器やマイコンが不要であり、回転機３に電流を流す時間を短くでき、回転機３の振動、騒音を抑制できると共に、インダクタンスの磁気飽和特性を測定できる効果が得られる。

さらに、実施の形態１の回転機の制御装置２は、磁気飽和特性を測定することにより、回転機３の制御性を向上することができる。これにより、例えば、回転機制御において電流ループ制御、センサレス制御などの制御方式で必要となる回転機３のインダクタンス定数に磁気飽和特性を持たせることにより、より高精度な回転機制御を行うことが可能となる効果が得られる。

実施の形態２．
以下、本願発明の実施の形態２について、図に基づいて説明する。図６はインダクタンス測定処理手順図、図７はインダクタンス測定動作例を示す図である。

この発明の実施の形態２に係る回転機の制御装置２の動作、機能を図６、７に基づいて説明する。
実施の形態２に係る回転機の制御装置２の構成は、実施の形態１と同様であり、インダクタンス演算部６と電圧指令生成部７の処理が異なる。

実施の形態１では、電圧を印加しても回転トルクの生じないｄ軸についてインダクタンスの測定を行ったが、一般に回転機３の制御に必要なインダクタンスはｄ軸およびｑ軸におけるインダクタンスである。
実施の形態２では、回転機３のｑ軸に電圧を印加し、ｑ軸のインダクタンスを測定する。実施の形態１で説明した要領でｑ軸に電圧を印加すると、トルク軸であるｑ軸に長時間電流が流れるため、回転子に回転トルクがかかり、振動および騒音が発生する恐れがある。そこで、実施の形態１において生成する電圧指令の数をｎ＝２として、電圧印加時間を短縮し、回転トルクによる長時間の振動および騒音の発生を抑制する。
これにより、実施の形態１に対して、回転機３に電流が流れる時間を最短にできることから、回転トルクによる振動および騒音の発生を最小限に抑制することができる。

実施の形態２における同期機３のインダクタンスの測定処理手順を図６に示す。
回転機３のインダクタンス測定処理が開始されると、ステップＳ２０１において、電圧指令生成部７が生成したインダクタンス測定準備用の第一の電圧指令に基づく電圧を電圧印加部５は回転機３に印加する。次にステップＳ２０２において、回転機３の電流を検出する。次にステップＳ２０３において、電圧印加部５は測定用の第二の電圧指令に基づく電圧を回転機３に印加する。次にステップＳ２０４において、電流検出部４は回転機３の電流を検出する。次にステップＳ２０５において、後述する回転機３の電流の環流を行う。次にステップＳ２０６において、ステップＳ２０２とＳ２０４で検出した回転機電流に基づき、インダクタンス演算部６が回転機３のインダクタンスの演算を行い、インダクタンス測定処理を終了する。

実施の形態２において、電圧指令生成部７はｑ軸方向にインダクタンス測定準備用の第一の電圧指令ｖｑ１と測定用の第二の電圧指令ｖｑ２を生成し、ｖｑ２を測定用電圧指令として、インダクタンス演算部６はインダクタンスを演算する。さらに、測定用電圧を印加した直後に、例えばインバータのゲート遮断により回転機３の電流を環流する手段を用いて、回転機３に流れる電流を０にする。

実施の形態２における同期機３のインダクタンス測定動作の一例を図７に示す。図において、上の図は回転機３を流れる電流の時間変化、下の図は回転機３に印加している電圧の時間変化を示している。
実施の形態２においては、インダクタンス測定準備用と測定用の２つの電圧指令に基づく電圧を印加し、印加後に環流して回転機３の電流値を０としている。回転機３の回転トルクは電流に比例して発生するため、電流の流れる時間を最短にして、不要なトルクが回転子に長時間かかることをさけ、振動や騒音の発生を抑制する。

また、電圧指令ｖｑ１の指令値を変更することにより、実施の形態１と同様に任意の電流値におけるインダクタンスを測定することができる。実施の形態２では、ｖｑ１の電圧指令値を変更してインダクタンス測定処理を繰り返すことにより、複数の電流の大きさにおけるインダクタンスを測定できる。
また、実施の形態２において、電圧をｑ軸に印加することで説明したが、電圧を印加する軸はｑ軸に限らない。

以上で説明したように、実施の形態２の回転機の制御装置では、インダクタンス測定準備用と測定用の２つの電圧指令に基づく電圧を印加し、印加後に回転機３の電流を環流して回転機３の電流値を０としているため、実施の形態１の効果に加えて、さらにトルク軸であるｑ軸のインダクタンスを測定することができ、ｑ軸の任意の電流の大きさにおけるインダクタンスを測定して、磁気飽和特性を測定することができるという効果が得られる。

実施の形態３．
以下、本願発明の実施の形態３について、図に基づいて説明する。 図８はインダクタンス測定処理手順図、図９はインダクタンス測定動作例を示す図である。

この発明の実施の形態３に係る回転機の制御装置２の動作、機能を図８、９に基づいて説明する。
実施の形態３に係る回転機の制御装置２の構成は、実施の形態１と同様であり、インダクタンス演算部６と電圧指令生成部７の処理が異なる。

実施の形態２において、環流操作を行って回転機３の電流を０にすることで、長時間の振動や騒音を抑制できるが、回転機３の回転を抑えることができず、回転子が惰性で回転する可能性がある。そこで、実施の形態３では、実施の形態２に加えて、電圧指令生成部７が生成する電圧指令に、ｄ軸に一定の直流電圧指令を重畳することで、回転子が回転したときに元の軸に戻す力をかけて回転機３の回転をなくす。
また、電圧指令生成部７が生成した電圧指令のベクトルと逆方向に電圧指令のベクトルを印加し、インダクタンスの測定のために回転子にかかったトルクを打ち消し、回転子の回転を抑制する。
これにより、実施の形態２に対して、さらに回転機３の回転を抑えて、インダクタンスを測定することができる。

実施の形態３における同期機３のインダクタンスの測定処理手順を図８に示す。
回転機３のインダクタンス測定処理が開始されると、ステップＳ３０１において、ｄ軸に一定の直流電圧を印加する。これにより、回転機３の回転子を引き込んで停止させることができる。この一定の直流電圧はインダクタンス測定処理終了まで印加するが、ステップＳ３０６とＳ３０８における回転機電流の環流中は印加を停止する。
次に、ステップＳ３０２において、電圧指令生成部７が生成したインダクタンス測定準備用の第一の電圧指令に基づく電圧を電圧印加部５が回転機３に印加する。次にステップＳ３０３において、電流検出部４は回転機３の電流を検出する。次にステップＳ３０４において、測定用の第二の電圧指令に基づく電圧を電圧印加部５が回転機３に印加する。次にステップＳ３０５において、回転機３の電流を検出する。次にステップＳ３０６において、回転機３の電流の環流を行う。次にステップＳ３０７において、逆方向電圧指令（ｖｑ・ｉｎｖ）に基づき電圧を電圧印加部５が回転機３に印加する。次にステップＳ３０８において、回転機３の電流の環流を行う。次にステップＳ３０９において、ステップＳ３０３とＳ３０５で検出した回転機電流に基づき、インダクタンス演算部６が回転機３のインダクタンスの演算を行い、インダクタンス測定処理を終了する。

ステップＳ３０６の環流操作の後、ステップＳ３０７において回転機３の回転子の回転を抑制するために回転機３に印加した電流と逆方向に同等の電流を流すが、そのために必要な電圧指令をｖｑ・ｉｎｖとすると、
ｖｑ・ｉｎｖ＝−ｖｑ１−ｖｑ２ （１６）
となる。
ステップＳ３０７において、式（１６）の電圧指令に基づく電圧を印加し、その後、ステップＳ３０８において環流操作によって回転機３の電流を０にする。
なお、ステップＳ３０１のｄ軸に一定の直流電圧の印加、およびステップＳ３０７の逆電圧指令（ｖｑ・ｉｎｖ）に基づく電圧の印加は、どちらか一方でもよい。

実施の形態３における同期機３のインダクタンス測定動作の一例を図９に示す。図９において、上の図は回転機３を流れる電流の時間変化、下の図は回転機３に印加している電圧の時間変化を示している。
ｑ軸電流を流して、インダクタンスを測定した後、逆方向に同等の電圧を印加することにより、インダクタンスの測定時に流れた電流と同等の電流を逆方向に流すことができ、回転子にかかる回転トルクを相殺することができ、回転子の回転を抑制することができる。

以上で説明したように、実施の形態３の回転機の制御装置では、ｄ軸に一定の直流電圧を印加し、回転機３の回転子を引き込んで停止させ、また、回転機３のインダクタンス測定時に流れるｑ軸電流と同等の電流をｑ軸の逆方向に流すことにより回転子にかかる回転トルクを０にすることができるため、実施の形態２の効果に加えて、さらに回転機３の回転を抑制する効果がある。

なお、回転機の制御装置に係る本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

実施の形態４．
以下、本願発明の実施の形態４について、図に基づいて説明する。図１０は、この発明の実施の形態４に係る回転機３のインダクタンス測定方法のフロー図である。
実施の形態４の説明では、実施の形態１の回転機の制御装置２に適用して 、回転機３のインダクタンスを測定する方法を説明するが、適用する回転機の制御装置はこれに限られない。
例えば実施の形態１の図１における回転機の制御装置２において、電圧印加部５、インダクタンス演算部６および電圧指令生成部７の内、専用ハードウエアとした方がソフトウエアの処理が簡素化できる部分を残して、電圧、電流信号用入出力回路を備えた計算機に置き換えた構成が考えられる。

この発明の実施の形態４に係る回転機３のインダクタンス測定方法を図１０に基づいて説明する。
回転機３のインダクタンス測定処理は、以下のステップで行われる。
ステップＳ４０１において、電圧指令生成部７がインダクタンス測定準備用および測定用の電圧指令を生成する。
次にステップＳ４０２において、電圧印加部５は電圧指令生成部７が生成したインダクタンス測定準備用の第一の電圧指令に基づく電圧を回転機３に印加する。
次にステップＳ４０３において、電流検出部４が回転機３の電流を検出し、インダクタンス演算部６はこの値を入力する。
次にステップＳ４０４において、電圧印加部５は電圧指令生成部７が生成した測定用の第二の電圧指令に基づく電圧を回転機３に印加する。
次にステップＳ４０５において、ステップＳ４０４と同様に回転機３の電流を検出し、インダクタンス演算部６はこの値を入力する。
次にステップＳ４０６において、ステップＳ４０３とＳ４０５で検出した回転機電流および電圧指令生成部７からの電圧指令に基づき、インダクタンス演算部６が回転機３のインダクタンスの演算を行う。

実施の形態４では、図１０において、回転機３のインダクタンス測定方法の基本となる方法を説明した。すなわち、所定の回転機電流値に対するｄ軸インダクタンスを測定するために、２つの電圧指令（インダクタンス測定準備用および測定用の電圧指令）を生成し、この電圧指令に基づく電圧を回転機３に印加して、測定用電圧指令に基づく電圧印加前後の回転機電流を検出して、ｄ軸インダクタンスを演算する方法を説明した。

実施の形態１に対応する一般的な回転機３のインダクタンス測定方法は、電圧指令生成部７が複数の一定の直流電圧の電圧指令を生成するステップと、電圧印加部５が電圧指令に基づき回転機３に電圧を印加するステップと、電流検出部で回転機電流を検出するステップと、インダクタンス演算部６が電圧指令のうちから任意に選択した測定用電圧指令と測定電圧指令印加前後の電流検出部４で検出した回転機電流からインダクタンスを演算するステップから構成することができる。このインダクタンス測定方法により、複数の電圧指令を生成し、一連の処理で複数の回転機電流に対するインダクタンスを測定して飽和特性を得ることができる。

また、実施の形態２、３に対応するように、ｑ軸インダクタンスを測定するために、回転機電流の環流処置を行ったり、ｄ軸に一定の直流電圧指令に基づく電圧を印加したり、インダクタンス測定用電圧指令の逆電圧指令に基づく電圧を印加したりするステップを追加することで、回転機３の回転子の回転をさらに抑制することができる。

以上で説明したように、実施の形態４の回転機３のインダクタンス測定方法は、インダクタンス測定準備用および測定用の２つの電圧指令を生成し、この電圧指令に基づき回転機３に電圧を印加して、測定用電圧指令に基づく電圧印加前後の回転機電流を検出して、インダクタンスを演算するため、この インダクタンス測定方法を適用する制御装置には高性能なＡ／Ｄ変換器やマイコンが不要であり、回転機に電流を流す時間を短くでき、回転機の振動、騒音を抑制できると共に、インダクタンスの磁気飽和特性を測定できる回転機のインダクタンス測定方法を提供することができる。

なお、回転機のインダクタンス測定方法に係る本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、回転機の電気的定数を測定する制御装置およびインダクタンス測定方法に関するものであり、回転機の制御装置に広く適用できる。

Claims (7)

1. 電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、前記回転機の回転機電流を検出する電流検出部と、前記電圧指令と前記回転機電流から前記回転機のインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備え、
   前記電圧指令生成部は一定の直流電圧の電圧指令としてインダクタンス測定準備用電圧指令である第一の電圧指令と測定用電圧指令である第二の電圧指令を生成し、前記電圧印加部は前記第一の電圧指令および前記第二の電圧指令に基づき前記回転機に電圧を順次印加し、前記インダクタンス演算部は前記測定用電圧指令と前記測定用電圧指令印加前後の前記電流検出部で検出した前記回転機電流からインダクタンスを演算する回転機の制御装置。
2. 前記インダクタンス演算部は、前記回転機の巻線抵抗を用いてインダクタンスを演算する請求項１に記載の回転機の制御装置。
3. 前記電圧指令生成部は前記電圧指令を出力した後、この電圧指令と逆の方向に同じ大きさの電圧指令を出力し、前記回転機の回転子の回転トルクの発生を抑制する請求項１または請求項２に記載の回転機の制御装置。
4. 前記電圧指令生成部は、前記電圧指令に加えて、前記回転機のｄ軸方向に一定の直流電圧の電圧指令を重畳する請求項１または請求項２に記載の回転機の制御装置。
5. 前記電圧指令生成部が生成した前記電圧指令に基づく電圧を前記電圧印加部は前記回転機のｄ軸またはｑ軸方向に印加し、前記インダクタンス演算部はｄ軸またはｑ軸のインダクタンスを演算する請求項１または請求項２に記載の回転機の制御装置。
6. 前記電圧指令生成部が生成した前記電圧指令に基づく電圧を前記電圧印加部は前記回転機のｄ軸またはｑ軸方向に順次与え、前記インダクタンス演算部はｄ軸およびｑ軸インダクタンスを順次演算する請求項１または請求項２に記載の回転機の制御装置。
7. 電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令に基づいて回転機に電圧を印加する電圧印加部と、前記回転機の回転機電流を検出する電流検出部と、前記電圧指令と前記回転機電流から前記回転機のインダクタンスを演算するインダクタンス演算部とを備えた回転機の制御装置を用い、
   前記電圧指令生成部が一定の直流電圧の電圧指令としてインダクタンス測定準備用電圧指令である第一の電圧指令と測定用電圧指令である第二の電圧指令を生成するステップと、前記電圧印加部が前記第一の電圧指令と前記第二の電圧指令に基づき前記回転機に電圧を順次印加するステップと、前記電流検出部で前記回転機電流を検出するステップと、前記インダクタンス演算部が前記測定用電圧指令と前記測定用電圧指令印加前後の前記電流検出部で検出した前記回転機電流からインダクタンスを演算するステップからなる回転機のインダクタンス測定方法。

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