WO2016110989A1 - 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 - Google Patents

電力変換装置および電力変換装置の制御方法 Download PDF

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WO2016110989A1
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雄作 小沼
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株式会社日立産機システム
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to a power converter and a method for controlling the power converter.
  • Patent Document 1 JP-A-9-5114 (Patent Document 1) as background art in this technical field.
  • This gazette states, “By external serial signal command, the encoder parameters such as the number of pulses and the number of poles of the rotary encoder and the identification number, the number of the equipment such as the motor to be installed, the induced voltage constant, the moment of inertia and the viscosity count.
  • a circuit for writing and storing parameters of a device such as a motor such as a temperature coefficient thereof in a ROM, an electrically rewritable ROM, a non-volatile RAM, or a RAM backed up by a battery. 1]).
  • a motor such as a temperature coefficient thereof in a ROM, an electrically rewritable ROM, a non-volatile RAM, or a RAM backed up by a battery.
  • Patent Document 1 requires a circuit for storing encoder parameters such as the number of pulses in the rotary encoder.
  • the present invention provides a power converter that does not require a circuit for storing encoder parameters in the rotary encoder and does not require manual setting of device information such as the number of pulses of the encoder, and a method for controlling the power converter. With the goal.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • a power converter that does not require a circuit for storing encoder parameters in the rotary encoder and does not require manual setting of device information such as the number of pulses of the encoder, and a method for controlling the power converter. Is possible.
  • An example of the signal which a speed or a position detector outputs An example of the signal which a speed or a position detector outputs.
  • An example of the signal which a speed or a position detector outputs An example of the signal which a speed or a position detector outputs.
  • An example of the signal which a speed or a position detector outputs An example of an embodiment configuration in Example 1.
  • a power conversion device that performs drive control of an electric motor using vector control requires information on the rotational speed or rotational position of the motor, and a speed or position detector is generally used.
  • FIG. 1 is an example of a signal output from the speed or position detector.
  • the signal shown in FIG. 1 is a pulse with the same ON and OFF widths, and a predetermined number of signals are output per detector rotation.
  • Rotation position is calculated as follows from the number of pulses per detector rotation.
  • the rotational position may be calculated using the rising edge or falling edge of the pulse. In that case, the calculation can be performed by replacing the pulse with an edge.
  • the number of edges per detector rotation is equal to the number of pulses per detector rotation.
  • both edges of the pulse may be used for the purpose of improving accuracy.
  • the number of edges per detector rotation is twice the number of pulses per detector rotation.
  • the rotation speed is calculated as follows.
  • FIG. 2 is an example of a signal output from the speed or position detector.
  • the signal 200 is a pulse having the same ON and OFF widths, and a predetermined number of signals are output per detector rotation.
  • the signal 201 is a pulse similar to the signal 200, but has a delay of 90 ° phase difference 203 from the signal 200.
  • the signal 202 is output as one pulse per detector rotation and is often used as a reference for the rotational position.
  • Rotational speed and rotational position are calculated in the same manner as described above, but both edges of signal 200 and signal 201 are often used for the purpose of improving accuracy.
  • the number of edges per detector rotation is four times the number of pulses per detector rotation.
  • the direction of rotation can be determined by monitoring both edges.
  • FIG. 3 is an example of a signal output from the speed or position detector.
  • the signal 300 is a sine (cosine) wave that is output a predetermined number of cycles per detector rotation.
  • the signal 301 is a sine (cosine) wave similar to the signal 300, but has a delay of 90 ° phase difference 303 from the signal 300.
  • Rotational speed, rotational position, and rotational direction can be calculated in the same manner as described above by converting a sine wave into a pulse.
  • the number of pulses per detector revolution is equal to the number of cycles per detector revolution.
  • the rotational position may be calculated as a tangent, and the rotational direction may be calculated from the increase / decrease of the rotational position.
  • FIG. 4 is an example of a signal output from the speed or position detector.
  • the signal 400 is a sine (cosine) wave that is output a predetermined number of cycles per detector rotation.
  • the signal 401 is a sine (cosine) wave similar to the signal 400, but has a 120 ° phase difference 303 delay from the signal 400.
  • the signal 402 is a sine (cosine) wave similar to the signal 400, but has a 120 ° phase difference 404 delay from the signal 401.
  • Rotational speed, rotational position, and rotational direction can be obtained in the same manner as described above by applying Clarke transformation.
  • FIG. 5 is an example of an embodiment configuration in the first embodiment.
  • the power converter 501 that controls the driving of the three-phase AC induction motor 510 includes a rectifier circuit 502, a smoothing circuit 503, a switching circuit controller 505, a switching circuit 507, a current detector 508, a motor state estimator 513, and detector information estimation.
  • a device 515 and an abnormality determination device 517 are collectively referred to as a control unit.
  • the three-phase AC voltage output from the three-phase AC power source 500 is rectified by the rectifier circuit 502 and smoothed by the smoothing circuit 503 to generate a DC voltage.
  • a single-phase AC power source may be used and a single-phase AC voltage may be input to the rectifier circuit 502.
  • a direct current voltage may be obtained directly using a direct current power supply instead of an alternating current power supply.
  • the switching circuit controller 505 generates a switching circuit control signal 506 so that a voltage based on the voltage command 504 is output from the switching circuit 507.
  • the switching circuit 507 converts the DC voltage into a three-phase AC voltage based on the switching circuit control signal 506.
  • the current detector 508 detects the three-phase alternating current output from the switching circuit 507. Since only two phases are detected and the sum of the three-phase alternating current is zero, the remaining one phase may be calculated. Further, instead of the expensive current detector 508, an inexpensive shunt resistor may be provided on the positive electrode side or the negative electrode side of the smoothing circuit 503, and the three-phase alternating current may be estimated from the current flowing through the shunt resistor.
  • the position detector 511 is attached to the electric motor, and outputs at least one signal of a predetermined number of pulses or a predetermined number of edges or a predetermined number of sine (cosine) waves per one rotation of the detector as rotation position information of the electric motor.
  • the position detector include an encoder, a resolver, and a hall sensor.
  • the number of pulses or the number of sine (cosine) periods per rotation of the detector may be different for each signal.
  • there are a detector for detecting an electrical angle and a detector for detecting a mechanical angle since conversion is possible by the number of poles (number of pole pairs) of an electric motor, the same applies hereinafter.
  • the motor state estimator 513 estimates the rotation speed of the three-phase AC induction motor 510 based on at least one of the voltage command 504 and the detected current 509.
  • a method for estimating the speed of the induction motor for example, there is a method described in JP-A-6-105580 (Patent Document 2).
  • the rotational speed of the induction motor may be estimated, and the rotational speed may be calculated using the fact that the rotational speed and the rotational position have a calculus relationship.
  • the detector information estimator 515 estimates detector information from the estimated motor rotation speed 514 and the detection position signal 512. When there are a plurality of detection position signals 512, detector information for each signal may be estimated. For example, it is possible to reduce the influence of noise and the like by estimating a plurality of detector information and averaging them.
  • the abnormality determiner 517 determines whether the estimated detector information 516 satisfies a condition set in advance inside or set outside, and outputs an alarm signal 518.
  • an alarm signal 518 may be output based on at least one. Further, the alarm signal 518 may be output based on at least two of the estimated detector information 516.
  • condition for outputting the alarm signal 518 for example, when the number of pulses, the number of edges, or the number of periods per one rotation of the detector deviates from a range that can be set in the power converter, or at least two detectors rotate one time. There are cases where the number of pulses, the number of edges, or the number of periods does not match.
  • Position signal 512 is input to detector information estimator 515.
  • the detector information estimator 515 can determine the number of pulses per motor rotation from the input estimated motor rotation speed 514 and the detected position signal 512 as follows.
  • the pulse count number and pulse count time of Equation 3 may be the difference from the previous estimation.
  • the number of pulses per one rotation of the motor is equal to the number of pulses per one rotation of the detector, so that detector information can be obtained.
  • the pulse may be replaced with an edge or a cycle as described above.
  • the detector information estimator 515 determines that the detector information such as the number of pulses per rotation is different between the set value and the estimated value of the power converter, the set value is replaced with the estimated value, and the rotation speed Or may be used for calculating the rotational position.
  • FIG. 6 is an example of an embodiment configuration in the second embodiment.
  • the power converter 601 that controls the driving of the three-phase AC induction motor 510 includes a switching circuit controller 605, a switching circuit 607, an abnormality determination unit 617, and a wiring state estimation unit 619.
  • the switching circuit controller 605, the abnormality determiner 617, and the wiring state estimator 619 are collectively referred to as a controller.
  • the switching circuit controller 605 generates a switching circuit control signal 506 so that a voltage based on the voltage command 504 is output from the switching circuit 607.
  • the switching circuit 607 converts the three-phase AC voltage output from the three-phase AC power source 500 into a three-phase AC voltage based on the switching circuit control signal 506.
  • the wiring state estimator 619 estimates the wiring state from the detection position signal 512. When there are a plurality of detection position signals 512, the estimated wiring state 620 for each signal may be estimated.
  • the power converter includes a current detector and a motor state estimator, estimates the rotation speed and rotation position of the motor, and estimates the wiring state based on the detected position signal and the rotation speed or rotation position. May be.
  • the abnormality determiner 617 determines whether the estimated wiring state 620 satisfies a condition set in advance inside or set from outside, and outputs an alarm signal 518.
  • a condition may be set for each detector information, and an alarm signal 518 may be output based on at least one. Further, the alarm signal 518 may be output based on at least two of the estimated wiring states 620.
  • condition for outputting the alarm signal 518 for example, when the estimated wiring phase order of the power converter 601 and the position detector 511 is different from the set wiring phase order, or at least two estimated wiring phase orders do not match. Or at least one of the wires is disconnected.
  • a detection position signal 512 based on the rotation speed is input to the wiring state estimator 619.
  • the rotation direction of the detector is calculated by the method described above. From the calculated rotation direction, the phase relationship of the input detection position signal 512, that is, the phase sequence of the wiring between the power conversion device 601 and the position detector 511 is known.
  • the wiring between the power conversion device 601 and the position detector 511 is disconnected, even if the three-phase AC induction motor 510 is rotating, only the pulse of the disconnected wiring remains on or off. Therefore, when there is a signal whose pulse remains on or off in the detection position signal 512 input to the wiring state estimator 619, the wiring is disconnected.
  • a motor state estimator in the power conversion device 601 to estimate the motor rotation speed and rotation position and to estimate the wiring state using the estimated motor rotation speed or rotation position. From the rotation direction that can be calculated from the sign of the estimated motor rotation speed and the increase / decrease in the estimated motor rotation position, and the rotation direction that can be calculated from the detection position signal 512, the phase sequence of the wiring can be determined. Furthermore, the estimated motor rotation speed or rotation position is compared with the rotation speed or rotation position that can be calculated from the detected position signal 512. For example, whether or not the wiring is disconnected can be determined based on whether or not they match.
  • the wiring state estimator 619 determines that the wiring state such as the phase order of the wirings is different between the set wiring state and the estimated wiring state of the power converter, the set wiring state is replaced with the estimated wiring state, You may use for calculation of a rotation direction.
  • FIG. 7 is an example of an embodiment configuration in the third embodiment.
  • a power converter 701 that controls the driving of the three-phase AC permanent magnet synchronous motor 710 includes a rectifier circuit 502, a smoothing circuit 503, a switching circuit controller 505, a switching circuit 507, a current detector 508, a motor state estimator 713, and a detector.
  • An information estimator 715 and an abnormality determiner 517 are included.
  • the switching circuit controller 505, the motor state estimator 713, the detector information estimator 715, and the abnormality determiner 517 are collectively referred to as a control unit.
  • Speed detector 711 detects the rotational speed of the detector. Although there are a detector for detecting the electrical angular velocity of the motor and a detector for detecting the mechanical angular velocity, since conversion is possible by the number of poles (pole pair number) of the motor, the same will be hereinafter treated.
  • the motor state estimator 713 estimates the rotational position of the three-phase AC permanent magnet synchronous motor 710 based on at least one of the voltage command 504 and the detected current 509.
  • a method for estimating the position of a permanent magnet synchronous motor for example, there is a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-251889 (Patent Document 3).
  • the rotational position of the permanent magnet synchronous motor may be estimated, and the rotational position may be calculated using the fact that the rotational speed and the rotational position have a calculus.
  • the detector information estimator 715 estimates detector information from the estimated motor rotation position 714 and the detection speed signal 712.
  • the detector information to be estimated for example, when the detection speed signal 712 is an analog quantity such as voltage or current, there is a relationship between the analog quantity and the rotation speed of the detector. For example, when the analog quantity and the rotational speed of the detector are in a proportional relationship, the slope (gain), intercept (bias), and the like. Further, for example, by comparing the increase / decrease of the estimated motor rotation position 714 with the increase / decrease of the detection speed signal 712, the rotation direction of the detector can also be known.
  • condition for outputting the alarm signal 518 from the abnormality determiner 517 for example, when the value of the slope or intercept deviates from a predetermined range, or at least two of the conversion gain and bias values do not match. There are cases.
  • the power conversion device 701 includes a wiring state estimator, and by comparing the detection speed signal 712 with the rotation speed that can be calculated from the estimated motor rotation position 714, the wiring state between the power conversion device 701 and the speed detector 711, For example, the disconnection of the wiring can be understood.
  • the position detector is a position detector instead of the speed detector 711, even when it is attached to the three-phase AC permanent magnet synchronous motor 710, the rotational speed and the rotational position have a calculus relationship. It is also possible to estimate information and wiring status.
  • FIG. 8 is an example of an embodiment configuration in the fourth embodiment.
  • the power converter 801 that performs drive control of the three-phase AC induction motor 510 includes a rectifier circuit 502, a smoothing circuit 503, a switching circuit controller 505, a switching circuit 507, an abnormality determiner 817, and a relationship estimator 825.
  • the switching circuit controller 505, the abnormality determiner 817, and the relationship estimator 825 are collectively referred to as a control unit.
  • the load device 822 is connected to the three-phase AC induction motor 510 via the transmission mechanism 821.
  • Examples of the transmission mechanism 821 include a gear, a chain, and a belt.
  • the position detector 823 is attached to the load device 822 and outputs at least one signal of a predetermined number of pulses or a predetermined number of edges or a predetermined number of sine waves (cosine) per rotation of the detector.
  • the number of pulses or the number of sine (cosine) periods per rotation of the detector may be different for each signal.
  • the relationship estimator 825 estimates the relationship between the three-phase AC induction motor 510 and the load device 822 based on the detection position signal 512 and the detection position signal 824. Since the rotational speed and rotational position have a calculus relationship, a speed detector is attached to the three-phase AC induction motor 510 or the load device 822 instead of the position detector, and the three-phase AC induction motor 510 and the load are loaded based on the detected speed.
  • the relationship of the device 822 may be estimated.
  • the relationship to be estimated includes, for example, a rotation speed ratio and a rotation position ratio. Transmission mechanism information such as gear ratio and pulley diameter may be calculated from the rotation speed ratio and rotation position ratio. There may be a plurality of relationships or transmission mechanism information to be estimated.
  • the abnormality determiner 817 determines whether the estimated relationship 826 satisfies a condition set in advance or set from the outside, and outputs an alarm signal 518.
  • a condition may be set for each detector information, and an alarm signal 518 may be output based on at least one.
  • an alarm signal 518 By outputting an alarm signal based on a plurality of estimated relationships, it is possible to notify the user of a relationship abnormality more reliably.
  • a condition for outputting the alarm signal 518 for example, the estimated relationship 826 deviates from a predetermined range.
  • the alarm signal 518 may be output based on the estimated transmission mechanism information instead of the estimated relationship 826.
  • the power conversion device 801 includes a detector information estimator and a wiring state estimator, and the detector information and the wiring state are estimated based on the detection signal from the speed or position detector attached to the load device 822. Good.
  • the power converter 801 may include a current detector and a motor information estimator, and the detector information and the wiring state may be estimated based on the estimated motor rotation speed and rotation position.
  • the detector information, the wiring state, the relationship, or the transmission mechanism information described above may be estimated at a timing specified by the user, but the wiring between the power converter and the speed or position detector is completed. You may carry out automatically when doing.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • SSD Solid State Drive
  • Detector information estimator 516 ... Detector information, 517 ... Abnormality judgment device, 518 ... alarm signal, 601 ... Power converter, 605... Switching circuit controller, 607... Switching circuit, 617 ... Abnormality judgment device, 619... Wiring state estimator 620... Estimated wiring state 701. 710 ... three-phase AC permanent magnet synchronous motor, 711 ... speed detector, 712 ... Detection speed signal, 713 ... Motor state estimator, 714 ... Estimated motor rotation position, 715 ... Detector information estimator, 801 ... Power converter, 817 ... Abnormality judgment device, 821 ... Transmission mechanism, 822 ... load device, 823 ... Position detector, 824 ... detection position signal, 825 ... relationship estimator, 826 ... Estimated relationship

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Abstract

　速度又は位置検出器を使用し、電動機の回転速度や回転位置を得るためには、１回転あたりのパルス数、エッジ数、周期数といった、速度又は位置検出器情報が必要であり、速度又は位置検出器情報を電力変換装置に設定しなければならない。　スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置において、前記スイッチング回路の動作を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器の情報を得ることを特徴とする電力変換装置。

Description

電力変換装置および電力変換装置の制御方法
　本発明は、電力変換装置および電力変換装置の制御方法に関する。
　本技術分野の背景技術として、特開平９－５１１４号公報（特許文献１）がある。この公報には「外部からのシリアル信号の命令によって、ロータリーエンコーダのパルス数や極数や認識番号などのエンコーダのパラメータと、装着するモータなどの機器の番号や誘起電圧定数や慣性モーメントや粘性計数やそれらの温度係数などのモータなどの機器のパラメータを、ＲＯＭもしくは電気的に書き換え可能なＲＯＭもしくは不揮発性のＲＡＭもしくは電池でバックアップしたＲＡＭに書き込み記憶する回路」と記載されている（[請求項１]参照）。また、「ロータリーエンコーダのパルス数や装着するモータなどの機器の情報を受信側で手動で入力」と記載されている（[発明が解決しようとする課題]参照）。
特開平９－５１１４号公報 特開平６－１０５５８０号公報 特開２００１－２５１８８９号公報
　特許文献１の技術では、ロータリーエンコーダに、パルス数などのエンコーダのパラメータを記憶する回路が必要となる。
　また、ロータリーエンコーダの従来の問題点として、エンコーダのパルス数などの機器の情報を受信側で手動で入力するという問題点がある。
　そこで、本発明では、ロータリーエンコーダに、エンコーダのパラメータを記憶する回路が不要、かつ、エンコーダのパルス数などの機器の情報の手動設定不要な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、「スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置において、前記スイッチング回路の動作を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器の情報を得ること」を特徴とする。
　本発明によれば、ロータリーエンコーダに、エンコーダのパラメータを記憶する回路が不要、かつ、エンコーダのパルス数などの機器の情報の手動設定不要な電力変換装置および電力変換装置の制御方法を提供することが可能となる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明より明らかにされる。
速度又は位置検出器が出力する信号の一例。 速度又は位置検出器が出力する信号の一例。 速度又は位置検出器が出力する信号の一例。 速度又は位置検出器が出力する信号の一例。 実施例１における実施形態構成の一例。 実施例２における実施形態構成の一例。 実施例３における実施形態構成の一例。 実施例４における実施形態構成の一例。
　以下、本発明の実施例について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明において、各図で共通する構成要素には同一の符号を付しており、それらについての重複した説明は省略する。
　ベクトル制御を用いて電動機の駆動制御を行う電力変換装置は、電動機の回転速度又は回転位置情報が必要であり、速度又は位置検出器を用いることが一般的である。
　図１は、速度又は位置検出器が出力する信号の一例である。
　図１に示す信号は、オンとオフの幅が等しいパルスで、検出器１回転あたり所定数出力される。
　検出器１回転あたりのパルス数から、回転位置は次のように算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、パルスの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジを利用して、回転位置を算出することもある。その場合には、パルスをエッジに置き換えることで算出ができる。パルスの立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジを利用する場合、検出器１回転あたりのエッジ数は、検出器１回転あたりのパルス数と等しい。
　また、精度向上を目的として、パルスの両エッジを利用する場合もある。この場合の検出器１回転あたりのエッジ数は、検出器１回転あたりのパルス数の２倍となる。
　なお、回転速度は次のように算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　エッジを利用する場合には、前記同様、パルスをエッジに置き換えることで、算出することが可能である。
　図２は、速度又は位置検出器が出力する信号の一例である。
　信号２００は、図１に示す信号同様、オンとオフの幅が等しいパルスで、検出器１回転あたり所定数出力される。信号２０１は、信号２００と同様のパルスであるが、信号２００より９０°位相差２０３の遅れを持つ。信号２０２は、検出器１回転当たり１パルス出力され、回転位置の基準として使用されることが多い。
　回転速度や回転位置は、前記と同様に算出するが、精度向上を目的として、特に信号２００及び信号２０１の両エッジを用いることが多い。この場合の検出器１回転あたりのエッジ数は、検出器１回転あたりのパルス数の４倍となる。
　また、９０°位相差２０３の関係より、例えば、信号２００の立ち上がりエッジの次に、信号２０１の立ち上がりエッジが検出された場合には正転、立ち下がりエッジが検出された場合には逆転など、両エッジを監視することで回転方向もわかる。
　図３は、速度又は位置検出器が出力する信号の一例である。
　信号３００は、正弦（余弦）波が、検出器１回転あたり所定周期数出力される。信号３０１は、信号３００と同様の正弦（余弦）波であるが、信号３００より９０°位相差３０３の遅れを持つ。
　回転速度や回転位置、回転方向は、正弦（余弦）波をパルスに変換することで、前記同様の方法で算出することが可能である。その場合、検出器１回転あたりのパルス数は、検出器１回転あたりの周期数に等しくなる。また、回転位置を正接で算出することや、回転方向を回転位置の増減から算出することもある。
　図４は、速度又は位置検出器が出力する信号の一例である。
　信号４００は、正弦（余弦）波が、検出器１回転あたり所定周期数出力される。信号４０１は、信号４００と同様の正弦（余弦）波であるが、信号４００より１２０°位相差３０３の遅れを持つ。信号４０２は、信号４００と同様の正弦（余弦）波であるが、信号４０１より１２０°位相差４０４の遅れを持つ。
　回転速度や回転位置、回転方向は、クラーク変換を適用することにより、前記と同様に求めることが可能である。
　なお、前記検出器が電動機の軸に取り付けられていた場合、前記検出器と電動機の回転速度及び回転位置及び回転方向は等しくなる。
　図５は、実施例１における実施形態構成の一例である。
　３相交流誘導電動機５１０の駆動制御を行う電力変換装置５０１は、整流回路５０２、平滑回路５０３、スイッチング回路制御器５０５、スイッチング回路５０７、電流検出器５０８、電動機状態推定器５１３、検出器情報推定器５１５、異常判断器５１７を有する。便宜上、スイッチング回路制御器５０５、電動機状態推定器５１３、検出器情報推定器５１５、異常判断器５１７を合わせて制御部と呼ぶ。
　３相交流電源５００から出力される３相交流電圧は、整流回路５０２により整流され、平滑回路５０３により平滑し、直流電圧を生成する。３相交流電源５００の代わりに、単相交流電源を用い、単相交流電圧を整流回路５０２に入力してもよい。また、交流電源ではなく、直流電源を用いて直接直流電圧を得てもよい。
　スイッチング回路制御器５０５は、電圧指令５０４に基づいた電圧がスイッチング回路５０７から出力されるように、スイッチング回路制御信号５０６を生成する。
　スイッチング回路５０７は、スイッチング回路制御信号５０６に基づき、直流電圧を３相交流電圧に変換する。
　電流検出器５０８は、スイッチング回路５０７から出力される３相交流電流を検出する。２相のみを検出し、３相交流の総和が零であることから、残りの１相を算出してもよい。また、高価な電流検出器５０８の代わりに、平滑回路５０３の正極側または負極側に安価なシャント抵抗を設け、このシャント抵抗に流れる電流から３相交流電流を推定してもよい。
　位置検出器５１１は、電動機に取り付けられ、電動機の回転位置情報として、検出器１回転当たり所定数のパルス又は所定数のエッジ又は所定周期数の正弦（余弦）波を、少なくとも１信号出力する。位置検出器としては、例えば、エンコーダ、レゾルバ、ホールセンサなどがある。複数信号を出力する場合、検出器１回転当たりパルス数又は正弦（余弦）周期数は、信号毎に異なってもよい。なお、電気角を検出する検出器と機械角を検出する検出器があるが、電動機の極数（極対数）で変換が可能であるので、以下同じものとして扱う。
　電動機状態推定器５１３は、電圧指令５０４及び検出電流５０９の内少なくとも１つに基づき、３相交流誘導電動機５１０の回転速度を推定する。誘導電動機の速度推定方法としては、例えば、特開平６－１０５５８０号公報（特許文献２）に記載の方法がある。誘導電動機の回転位置を推定し、回転速度と回転位置は微積分の関係であることを利用して、回転速度を算出してもよい。
　検出器情報推定器５１５は、推定電動機回転速度５１４と検出位置信号５１２から、検出器情報を推定する。検出位置信号５１２が複数ある場合には、それぞれの信号に対する検出器情報を推定してもよい。例えば、検出器情報を複数推定し、平均化することによって、ノイズなどの影響を少なくすることも可能である。
　異常判断器５１７は、推定検出器情報５１６が、内部に予め設定もしくは外部より設定された条件を満たしているかを判定し、警報信号５１８を出力する。推定検出器情報５１６が複数ある場合には、それぞれの検出器情報に対して条件を設定し、少なくとも１つに基づいて警報信号５１８を出力してもよい。また、推定検出器情報５１６の内少なくとも２つに基づいて、警報信号５１８を出力してもよい。複数の推定検出器情報に基づいて警報信号を出力することによって、検出器情報の異常を、より確実にユーザに知らせることが可能である。警報信号５１８を出力する条件としては、例えば、検出器１回転あたりのパルス数又はエッジ数又は周期数が電力変換装置に設定可能な範囲からの逸脱した場合、もしくは、少なくとも２つの検出器１回転あたりのパルス数又はエッジ数又は周期数が一致しなかった場合などがある。
　以下、検出器情報の推定方法について説明する。
　例えば、特開平６－１０５５８０号公報（特許文献２）に記載の方法にて、３相交流誘導電動機５１０を任意の回転速度で回転させると、その回転速度に基づいた推定電動機回転速度５１４と検出位置信号５１２が検出器情報推定器５１５に入力される。検出器情報推定器５１５では、入力された推定電動機回転速度５１４と検出位置信号５１２から、次のように電動機１回転あたりのパルス数を求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　数３のパルスカウント数やパルスカウント時間は、前回推定時からの差分でもよい。
　位置検出器５１１が３相交流誘導電動機５１０の軸上に取り付けられていた場合、電動機１回転あたりのパルス数と検出器１回転あたりのパルス数は等しいので、検出器情報を得ることができる。
　パルスのエッジや正弦（余弦）波の場合には、前記同様、パルスをエッジや周期に置き換えればよい。
　なお、検出器情報推定器５１５にて、１回転あたりのパルス数といった検出器情報が電力変換装置の設定値と推定値とで異なると判断された場合、設定値を推定値に置き換え、回転速度や回転位置の算出に用いてもよい。
　図６は、実施例２における実施形態構成の一例である。
　３相交流誘導電動機５１０の駆動制御を行う電力変換装置６０１は、スイッチング回路制御器６０５、スイッチング回路６０７、異常判断器６１７、配線状態推定器６１９を有する。便宜上、スイッチング回路制御器６０５、異常判断器６１７、配線状態推定器６１９を合わせて制御部と呼ぶ。
　スイッチング回路制御器６０５は、電圧指令５０４に基づいた電圧がスイッチング回路６０７から出力されるように、スイッチング回路制御信号５０６を生成する。
　スイッチング回路６０７は、３相交流電源５００から出力される３相交流電圧を、スイッチング回路制御信号５０６に基づいた３相交流電圧に変換する。
　配線状態推定器６１９は、検出位置信号５１２から、配線状態を推定する。検出位置信号５１２が複数ある場合には、それぞれの信号に対する推定配線状態６２０を推定してもよい。また、前記のように、電力変換装置に電流検出器と電動機状態推定器を備え、電動機の回転速度や回転位置を推定し、検出位置信号と回転速度又は回転位置に基づいて配線状態を推定してもよい。
　異常判断器６１７は、推定配線状態６２０が内部に予め設定もしくは外部より設定された条件を満たしているかを判定し、警報信号５１８を出力する。推定配線状態６２０が複数ある場合には、それぞれの検出器情報に対して条件を設定し、少なくとも１つに基づいて警報信号５１８を出力してもよい。また、推定配線状態６２０の内少なくとも２つに基づいて、警報信号５１８を出力してもよい。複数の推定配線状態に基づいて警報信号を出力することによって、配線状態の異常を、より確実にユーザに知らせることが可能である。警報信号５１８を出力する条件としては、例えば、電力変換装置６０１と位置検出器５１１との推定配線相順が設定配線相順と異なった場合、もしくは、少なくとも２つの推定配線相順が一致しなかった場合、もしくは、少なくとも１つの配線が断線していた場合などがある。
　以下、配線状態６２０の推定方法について説明する。
　例えば、Ｖ／ｆ一定制御にて、３相交流誘導電動機５１０を任意の回転速度で回転させると、その回転速度に基づいた検出位置信号５１２が配線状態推定器６１９に入力される。配線状態推定器６１９では、例えば、前記の方法などで検出器の回転方向を算出する。算出した回転方向より、入力された検出位置信号５１２の位相関係、すなわち、電力変換装置６０１と位置検出器５１１との配線の相順がわかる。
　また、電力変換装置６０１と位置検出器５１１との配線が断線していた場合、３相交流誘導電動機５１０が回転していても、断線している配線のパルスのみオン又はオフのままとなる。従って、配線状態推定器６１９に入力された検出位置信号５１２の内、パルスがオン又はオフのままである信号が存在した場合、その配線は断線していることになる。
　このように、電動機状態推定器を用いることなく、配線相順や断線などの配線状態を推定することが可能である。
　なお、電力変換装置６０１に電動機状態推定器を備えて、電動機回転速度や回転位置を推定し、推定電動機回転速度もしくは回転位置を用いて配線状態を推定することも可能である。推定電動機回転速度の符号や推定電動機回転位置の増減から算出できる回転方向と、検出位置信号５１２から算出できる回転方向より、配線の相順がわかる。さらに、推定電動機回転速度又は回転位置と、検出位置信号５１２から算出できる回転速度又は回転位置を比較する、例えば、一致しているか否かより、配線の断線を判断できる。
　パルスのエッジや正弦（余弦）波によって場合にも、同様に考えることで、配線状態の推定を行うことが可能である。
　なお、例えば、配線状態推定器６１９にて、配線の相順などの配線状態が電力変換装置の設定配線状態と推定配線状態とで異なると判断した場合、設定配線状態を推定配線状態に置き換え、回転方向の算出に用いてもよい。
　図７は、実施例３における実施形態構成の一例である。
　３相交流永久磁石同期電動機７１０の駆動制御を行う電力変換装置７０１は、整流回路５０２、平滑回路５０３、スイッチング回路制御器５０５、スイッチング回路５０７、電流検出器５０８、電動機状態推定器７１３、検出器情報推定器７１５、異常判断器５１７を有する。便宜上、スイッチング回路制御器５０５、電動機状態推定器７１３、検出器情報推定器７１５、異常判断器５１７を合わせて制御部と呼ぶ。
　速度検出器７１１は、検出器の回転速度を検出する。なお、電動機の電気角速度を検出する検出器と機械角速度を検出する検出器があるが、電動機の極数（極対数）で変換が可能であるので、以下同じものとして扱う。
　電動機状態推定器７１３は、電圧指令５０４及び検出電流５０９の内少なくとも１つに基づき、３相交流永久磁石同期電動機７１０の回転位置を推定する。永久磁石同期電動機の位置推定方法としては、例えば、特開２００１－２５１８８９号公報（特許文献３）に記載の方法がある。永久磁石同期電動機の回転速度を推定し、回転速度と回転位置は微積分の関係であることを利用して、回転位置を算出してもよい。
　検出器情報推定器７１５は、推定電動機回転位置７１４と検出速度信号７１２から、検出器情報を推定する。推定する検出器情報としては、例えば、検出速度信号７１２が電圧や電流といったアナログ量であった場合、アナログ量と検出器の回転速度との関係がある。例えば、アナログ量と検出器の回転速度が比例関係であった場合、傾き（ゲイン）や切片（バイアス）などである。また、例えば、推定電動機回転位置７１４の増減と検出速度信号７１２の増減を比較することにより、検出器の回転方向もわかる。
　異常判断器５１７より警報信号５１８を出力する条件としては、例えば、前記傾きや切片の値が所定の範囲からの逸脱した場合、もしくは、少なくとも２つの前記換算ゲインやバイアスの値が一致しなかった場合などがある。
　また、電力変換装置７０１に配線状態推定器を備え、検出速度信号７１２と推定電動機回転位置７１４から算出できる回転速度とを比較することにより、電力変換装置７０１と速度検出器７１１との配線状態、例えば、配線の断線などがわかる。
　なお、速度検出器７１１の代わりに位置検出器であったが３相交流永久磁石同期電動機７１０に取り付けられていた場合でも、回転速度と回転位置は微積分の関係があることから、同様に検出器情報や配線状態を推定することも可能である。
　図８は、実施例４における実施形態構成の一例である。
　３相交流誘導電動機５１０の駆動制御を行う電力変換装置８０１は、整流回路５０２、平滑回路５０３、スイッチング回路制御器５０５、スイッチング回路５０７、異常判断器８１７、関係性推定器８２５を有する。便宜上、スイッチング回路制御器５０５、異常判断器８１７、関係性推定器８２５を合わせて制御部と呼ぶ。
　負荷装置８２２は、伝動機構８２１を介して３相交流誘導電動機５１０と接続される。伝動機構８２１としては、例えば、ギヤ、チェーン、ベルトなどがある。
　位置検出器８２３は、負荷装置８２２に取り付けられ、検出器１回転当たり所定数のパルス又は所定数のエッジ又は所定周期数の正弦（余弦）波を、少なくとも１信号出力する。複数の信号を出力する場合、検出器１回転当たりパルス数又は正弦（余弦）周期数は、信号毎に異なってもよい。
　関係性推定器８２５は、検出位置信号５１２と検出位置信号８２４に基づき、３相交流誘導電動機５１０と負荷装置８２２の関係性を推定する。回転速度と回転位置は微積分の関係があることから、位置検出器の代わりに、３相交流誘導電動機５１０や負荷装置８２２に速度検出器を取り付け、検出速度に基づき３相交流誘導電動機５１０と負荷装置８２２の関係性を推定してもよい。推定する関係性は、例えば、回転速度比や回転位置比がある。回転速度比や回転位置比から、ギヤ比やプーリ径などの伝動機構情報を算出してもよい。推定する関係性又は伝動機構情報は、複数であってもよい。
　異常判断器８１７は、推定関係性８２６が、内部に予め設定もしくは外部より設定された条件を満たしているかを判定し、警報信号５１８を出力する。推定関係性８２６が複数ある場合には、それぞれの検出器情報に対して条件を設定し、少なくとも１つに基づいて警報信号５１８を出力してもよい。複数の推定関係性に基づいて警報信号を出力することによって、関係性の異常を、より確実にユーザに知らせることが可能である。警報信号５１８を出力する条件としては、例えば、推定関係性８２６が所定の範囲からの逸脱した場合などがある。推定関係性８２６の代わりに推定伝動機構情報に基づいて、警報信号５１８を出力してもよい。
　また、電力変換装置８０１に検出器情報推定器や配線状態推定器を備え、負荷装置８２２に取り付けられた速度又は位置検出器からの検出信号に基づき、検出器情報や配線状態を推定してもよい。その際に、電力変換装置８０１に電流検出器と電動機情報推定器を備え、推定電動機回転速度や回転位置に基づき、検出器情報や配線状態を推定してもよい。
　前記で説明した検出器情報又は前記配線状態又は前記関係性又は前記伝動機構情報の推定は、ユーザが指定したタイミングで実施してもよいが、電力変換装置と速度又は位置検出器の配線が完了した際に自動で実施してもよい。
　前記実施例は、主に回転速度や回転位置を検出する検出器に関しての説明であったが、直線速度や直線変位を検出する検出器においても同様に考えることができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
２００，２０１，２０２，３００，３０１，４００，４０１，４０２・・・信号
２０３，３０３・・・９０°位相差
４０３，４０４・・・１２０°位相差
５００・・・３相交流電源、
５０１・・・電力変換装置、
５０２・・・整流回路、
５０３・・・平滑回路、
５０４・・・電圧指令、
５０５・・・スイッチング回路制御器、
５０６・・・スイッチング回路制御信号、
５０７・・・スイッチング回路、
５０８・・・電流検出器、
５０９・・・検出電流、
５１０・・・３相交流誘導電動機、
５１１・・・位置検出器、
５１２・・・検出位置信号、
５１３・・・電動機状態推定器、
５１４・・・推定電動機回転速度、
５１５・・・検出器情報推定器、
５１６・・・検出器情報、
５１７・・・異常判断器、
５１８・・・警報信号、
６０１・・・電力変換装置、
６０５・・・スイッチング回路制御器、
６０７・・・スイッチング回路、
６１７・・・異常判断器、
６１９・・・配線状態推定器
６２０・・・推定配線状態
７０１・・・電力変換装置、
７１０・・・３相交流永久磁石同期電動機、
７１１・・・速度検出器、
７１２・・・検出速度信号、
７１３・・・電動機状態推定器、
７１４・・・推定電動機回転位置、
７１５・・・検出器情報推定器、
８０１・・・電力変換装置、
８１７・・・異常判断器、
８２１・・・伝動機構、
８２２・・・負荷装置、
８２３・・・位置検出器、
８２４・・・検出位置信号、
８２５・・・関係性推定器、
８２６・・・推定関係性

Claims (18)

  1. 　スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置において、
    　前記スイッチング回路の動作を制御する制御回路を備え、
    　前記制御回路は、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器の情報を得ることを特徴とする電力変換装置。
  2. 　請求項１記載の電力変換装置であって、
    　前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器の情報は、１回転あたりのパルス数またはエッジ数または正弦波周期数または余弦波周期数であることを特徴とする電力変換装置。
  3. 　スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置において、
    　前記スイッチング回路の動作を制御する制御回路を備え、
    　前記制御回路は、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記電力変換装置と前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器との配線状態を得ることを特徴とする電力変換装置。
  4. 　請求項３記載の電力変換装置であって、
    　前記配線状態は、配線相順または断線であることを特徴とする電力変換装置。
  5. 　スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置において、
    　前記スイッチング回路の動作を制御する制御回路を備え、
    　前記制御回路は、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記電動機と前記電動機に接続された負荷装置との関係性または前記電動機と前記負荷装置とを接続する伝動機構の情報を得ることを特徴とする電力変換装置。
  6. 　請求項１記載の電力変換装置であって、
    　前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器はエンコーダまたはレゾルバまたはホール素子であることを特徴とする電力変換装置。
  7. 　請求項１記載の電力変換装置であって、
    　前記制御装置では、得られた前記検出器情報または前記配線状態または前記関係性または前記伝動機構情報に基づいて信号を処理することを特徴とする電力変換装置。
  8. 　請求項１記載の電力変換装置であって、
    　さらに、異常判断器を備え、
    　異常判断器では、得られた前記検出器情報または前記配線状態または前記関係性または前記伝動機構情報に基づいて異常か否かを判断し、異常と判断された場合に、警報信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
  9. 　請求項１記載の電力変換装置であって、
    　前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器は、電動機または負荷装置に取り付けられていることを特徴とする電力変換装置。
  10. 　スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置の制御方法において、
    　前記スイッチング回路の動作を制御する制御工程を備え、
    　前記制御工程では、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器の情報を得ることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  11. 　請求項１０記載の電力変換装置の制御方法であって、
    　前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器の情報は、１回転あたりのパルス数またはエッジ数または正弦波周期数または余弦波周期数であることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  12. 　スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置の制御方法において、
    　前記スイッチング回路の動作を制御する制御工程を備え、
    　前記制御工程では、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記電力変換装置と前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器との配線状態を得ることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  13. 　請求項１２記載の電力変換装置の制御方法であって、
    　前記配線状態は、配線相順または断線であることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  14. 　スイッチング回路の動作により交流電圧または直流電圧を任意の電圧に変換することで電動機を制御する電力変換装置の制御方法において、
    　前記スイッチング回路の動作を制御する制御工程を備え、
    　前記制御工程は、位置検出器または位相検出器または速度検出器からの信号に基づき、前記電動機と前記電動機に接続された負荷装置との関係性または前記電動機と前記負荷装置とを接続する伝動機構の情報を得ることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  15. 　請求項１０記載の電力変換装置の制御方法であって、
    　前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器はエンコーダまたはレゾルバまたはホール素子であることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  16. 　請求項１０記載の電力変換装置の制御方法であって、
    　前記制御工程では、得られた前記検出器情報または前記配線状態または前記関係性または前記伝動機構情報に基づいて信号を処理することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  17. 　請求項１０記載の電力変換装置の制御方法であって、
    　さらに、異常判断工程を備え、
    　異常判断工程では、得られた前記検出器情報または前記配線状態または前記関係性または前記伝動機構情報に基づいて異常か否かを判断し、異常と判断された場合に、警報信号を出力することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
  18. 　請求項１０記載の電力変換装置の制御方法であって、
    　前記位置検出器または前記位相検出器または前記速度検出器は、電動機または負荷装置に取り付けられていることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
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