JP2017221001A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の初期位相を確定して、センサレスで確実に始動させることができる同期電動機の制御装置を提供する。【解決手段】相選択信号ｓで選択された、ＰＭモータ１に流れるいずれか１相の電流をフィードバック電流Ｉfbとして検出するフィードバック電流検出部（Ｕ相電流センサ３ｕ、Ｗ相電流センサ３ｗ、Ｖ相電流演算部１９、フィードバック電流選択部２４）と、相電流指令値Ｉ＊とフィードバック電流Ｉfbとに基づいて相電圧指令値Ｖ＊を演算する相電圧指令演算部（相電流偏差演算部２５、相電流ＰＩ演算部２６）と、相選択信号ｓによって選択された相を相電圧指令値Ｖ＊とする３相電圧指令値を演算する３相電圧指令値演算部と、前記相選択信号に応じて設定されている初期位相θ0を出力する初期位相選択部２７とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、同期電動機の制御装置に関する。

永久磁石形同期電動機（以下、ＰＭモータと称す）は、回転子の磁極位置に対して９０度の位相差を持つ電流を流すことで、トルクを発生させて回転制御を行う。このためＰＭモータの制御には、回転子磁極位置を検出する必要がある。しかし回転子磁極位置を検出するセンサは、設置環境やコストの面で不利となるため、近年では、回転子磁極位置のセンサレス制御方法が提案されている。

ＰＭモータが高速回転する場合は、推定演算に必要な逆起電力が大きく回転子位置の推定演算が比較的容易で、実用的な精度によるセンサレス制御方法が確立されている。一方始動時を含む低速でのセンサレス制御は、逆起電力が小さいため、推定精度の誤差が大きくなる。特に始動時には回転子位置の誤差によって起動トルク不足や脱調によりＰＭモータが始動できないことがあった。

そこで、ＰＭモータのセンサレス始動方法では高調波印加によるインダクタンス変化を利用した方法が提案されている（例えば特許文献１）。また、適当なｄ軸又はｑ軸の電流指令値を与えて、始動時に速度０のまま直流電流を流して特定の位置に回転子を引き込む同期引き込み方式が知られている（例えば特許文献２）。

特開２０１６−０３９７７４号公報 特開２００８−２４５４１１号公報

しかしながら、特許文献１では、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差（突極性）を利用するため、突極形のＰＭモータ（ＩＰＭモータ）でないと適用しづらいといった問題点があった。また、特許文献２では、非突極形ＰＭモータ（ＳＰＭモータ）でも起動可能であるが、ｄｑ座標上での電流制御が必要になるため、検出電流の回転座標変換で位相推定誤差の影響を受けやすい問題があった。

本発明の目的は、従来技術の上記課題を解決し、モータパラメータや位相推定誤差に影響されずに高い精度で回転子の初期位相を確定して、センサレスで確実に始動させることができる同期電動機の制御装置を提供することにある。

本発明の同期電動機の制御装置は、同期電動機を駆動するインバータ回路を３相電圧指令値で制御する同期電動機の制御装置であって、相選択信号で選択された、前記同期電動機に流れるいずれか１相の電流をフィードバック電流として検出するフィードバック電流検出部と、相電流指令値と前記フィードバック電流とに基づいて相電圧指令値を演算する相電圧指令演算部と、前記相選択信号によって選択された相を前記相電圧指令値とする前記３相電圧指令値を演算する３相電圧指令値演算部と、前記相選択信号に応じて設定されている初期位相を出力する初期位相選択部とを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の同期電動機の制御装置において、前記フィードバック電流検出部、前記相電圧指令演算部、前記３相電圧指令値演算部及び前記初期位相選択部による始動時相電流制御で、回転子位置を前記初期位相に固定した後、回転子磁極位置のセンサレス制御を実行しても良い。
さらに、本発明の同期電動機の制御装置において、前記３相電圧指令値演算部は、前記相選択信号によって選択されなかった相を、前記相電圧指令値を−１／２した値とする前記３相電圧指令値を演算しても良い。
さらに、本発明の同期電動機の制御装置において、Ｕ相巻線に電流を流したときに発生した磁束の向きを基準とすると、前記初期位相選択部は、前記相選択信号によってＵ相が選択されると前記初期位相として９０ｄｅｇを、前記相選択信号によってＶ相が選択されると前記初期位相として２１０ｄｅｇを、前記相選択信号によってＷ相が選択されると前記初期位相として３３０ｄｅｇをそれぞれ出力しても良い。

本発明によれば、３相のうち１相の電流を制御することで、ＰＭモータの回転子位置を所定の位置に固定することが可能となる。その結果、既知の回転子位置から起動することができるため、回転子位置検出器を設置しなくても確実かつ円滑にＰＭモータを始動させることができるという効果を奏する。

本発明に係る同期電動機の制御装置の実施の形態の回路構成を示す回路構成図である。 図１に示す３相電圧指令値選択部の構成を示す回路構成図である。 図２に示す変換テーブルを示す図である。 始動時相電流制御においてＵ相電流を制御した時の回転子引き込み位置を示す図である。 始動時相電流制御においてＶ相電流を制御した時の回転子引き込み位置を示す図である。 始動時相電流制御においてＷ相電流を制御した時の回転子引き込み位置を示す図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施の形態は、同期電動機として永久磁石形同期電動機（以下、ＰＭモータ１と称す）を駆動制御する制御装置であり、図１を参照すると、インバータ回路２と、Ｕ相電流センサ３ｕ，Ｗ相電流センサ３ｗと、制御部１０とを備えている。電源は、３相交流＋ダイオード整流による直流電源であり、３相交流電源５をダイオードブリッジ回路６により整流し、平滑コンデンサ７によりリップルを除去した直流電圧Ｖ_ｄｃがインバータ回路２に供給され、インバータ回路２で可変電圧、可変周波数の３相交流を出力してＰＭモータ１に印加するように構成されている。

インバータ回路２は、ブリッジ接続されたスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６から構成されている。スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６としては、ＮＰＮバイポーラトランジスタや、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いることもでき、また、トランジスタの代わりにＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、サイリスタを用いることもできる。

Ｕ相電流センサ３ｕは、ＰＭモータ１のＵ相巻線に流れる電流の電流値を、Ｗ相電流センサ３ｗは、ＰＭモータ１のＷ相巻線に流れる電流の電流値をそれぞれ検出するモータ電流検出手段である。なお、Ｕ相電流センサ３ｕとＷ相電流センサ３ｗとしては、コイルとホール素子とによって構成された電流センサや、シャント抵抗を用いることができる。

制御部１０は、速度指令値ω_ｍ ^＊を目標に、ベクトル制御に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を生成し、生成した３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊をインバータ回路２に供給する電圧指令値供給手段である。なお、いかに示す制御部１０の各機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成されたコンピュータと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等に格納されたプログラムとによって実現される。

制御部１０は、ｄ軸電流偏差演算部１１と、ｄ軸電流ＰＩ演算部１２と、速度偏差演算部１３と、速度ＰＩ演算部１４と、ｑ軸電流偏差演算部１５と、ｑ軸電流ＰＩ演算部１６と、ｄｑ軸／２相座標変換部１７と、３相電圧指令値選択部１８と、Ｖ相電流演算部１９と、３相／２相座標変換部２０と、２相／ｄｑ軸座標変換部２１と、回転子位置推定部２２と、ＰＷＭゲート信号生成器２３と、フィードバック電流選択部２４と、相電流偏差演算部２５と、相電流ＰＩ演算部２６と、初期位相選択部２７とを備えている。

制御部１０は、ＰＭモータ１の始動時に、３相電圧指令値選択部１８と、ＰＷＭゲート信号生成器２３と、フィードバック電流選択部２４と、相電流偏差演算部２５と、相電流ＰＩ演算部２６と、初期位相選択部２７とを動作させる始動時相電流制御を実行することで、ＰＭモータ１の回転子位置を所定の位置に固定し、既知の回転子位置から始動させる。

ｄ軸電流偏差演算部１１は、ユーザーによって設定されたｄ軸電流設定値Ｉ_ｄ ^＊と、２相／ｄｑ軸座標変換部２１から出力されたｄ軸電流値Ｉ_ｄとの差分をｄ軸電流偏差として演算する減算器である。

ｄ軸電流ＰＩ演算部１２は、ｄ軸電流偏差演算部１１によって演算されたｄ軸電流偏差にＰＩ演算（比例積分演算）を施し、２相／ｄｑ軸座標変換部２１から出力されるｄ軸電流値Ｉ_ｄが、ｄ軸電流設定値Ｉ_ｄ ^＊に一致するような電圧を指示するｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊を演算する。

速度偏差演算部１３は、外部から供給されたモータ速度指令値ω_ｍ ^＊と、回転子位置推定部２２によって推定された速度推定値ω_ｍとの差分をモータ速度偏差として演算する減算器である。

速度ＰＩ演算部１４と、速度偏差演算部１３によって演算されたモータ速度偏差にＰＩ演算（比例積分演算）を施し、ゲイン調整を行うことで、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を演算し、求めたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊をｑ軸電流偏差演算部１５に出力する。

ｑ軸電流偏差演算部１５は、ｑ軸電流換算ゲイン調整部１６から出力されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊と、２相／ｄｑ軸座標変換部２０から出力されたｑ軸電流値Ｉ_ｑとの差分をｑ軸電流偏差として演算する減算器である。

ｑ軸電流ＰＩ演算部１６は、ｑ軸電流偏差演算部１５によって演算されたｑ軸電流偏差にＰＩ演算（比例積分演算）を施し、２相／ｄｑ軸座標変換部２１から出力されたｑ軸電流値Ｉ_ｑが、ｑ軸電流換算ゲイン調整部１６から出力されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に一致するような電圧を指示するｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊を演算する。

ｄｑ軸／２相座標変換部１７は、ｄ軸電流ＰＩ演算部１２によって演算されたｄ軸電圧指令Ｖ_ｄ ^＊と、ｑ軸電流ＰＩ演算部１６によって演算されたｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊とを、回転子位置推定部２２によって推定された位相角θ_ｅに基づいてα軸、β軸の２相電圧指令値Ｖ_α ^＊、Ｖ_β ^＊に変換する。

３相電圧指令値選択部１８は、図２を参照すると、変換テーブル１８１と、３相電圧指令値演算部１８２と、２相／３相座標変換部１８３と、選択スイッチ１８４とからなる。

変換テーブル１８１は、図３を参照すると、相電流ＰＩ演算部２６から出力される相電圧指令値Ｖ＊と、Ｕ相とＶ相とＷ相とのいずれかを選択する相選択信号sとに対応する３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊が設定されている。なお、相選択信号ｓは、始動時相電流制御と、通常の回転制御である回転子磁極位置のセンサレス制御とを選択する機能を有すると共に、始動時相電流制御において電流を制御する相を選択する機能とを有している。本実施の形態では、相選択信号sは「０〜３」までの値で変化し、相選択信号sが「０」に設定された場合、通常の回転制御が実行され、相選択信号sが「１〜３」のいずれかの値に設定された場合、始動時相電流制御が実行される。また、相選択信号sが「１」に設定された場合、Ｕ相の電流で始動時相電流制御が実行され、相選択信号sが「２」に設定された場合、Ｖ相の電流で始動時相電流制御が実行され、相選択信号sが「３」に設定された場合、Ｗ相の電流で始動時相電流制御が実行される。

３相電圧指令値演算部１８２は、変換テーブル１８１を用いて、相電流ＰＩ演算部２６から出力される相電圧指令値Ｖ^＊と、Ｕ相とＶ相とＷ相とのいずれかを選択する相選択信号sとに基づいて、Ｕ相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖ_ｖ ^＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖ_ｗ ^＊をそれぞれ演算する。

２相／３相座標変換部１８３は、ｄｑ軸／２相座標変換部１７によって変換されたα軸、β軸の２相電圧指令値Ｖ_α ^＊、Ｖ_β ^＊に基づいて、Ｕ相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖ_ｖ ^＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖ_ｗ ^＊をそれぞれ演算し、求めたＵ相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖ_ｖ ^＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖ_ｗ ^＊を出力する。

選択スイッチ１８４は、相選択信号ｓが「１〜３」のいずれかの値に設定されると、３相電圧指令値演算部１８２から出力されるＵ相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖｗ＊をＰＷＭゲート信号生成器２３に出力し、相選択信号ｓが「０」に設定されると、２相／３相座標変換部１８３から出力されるＵ相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖｗ＊をＰＷＭゲート信号生成器２３に出力する。なお、相選択信号ｓは、始動時相電流制御において、３相電圧指令値選択部１８と共に、フィードバック電流選択部２４と、初期位相選択部２７とに入力される。

Ｖ相電流演算部１９は、３相平衡条件の下で、Ｕ相電流センサ３ｕによって求められたＵ相の電流値Ｉ_ｕと、Ｗ相電流センサ３ｗよって求められたＷ相の電流値Ｉ_ｗとに基づいて、Ｖ相の電流値Ｉ_ｖを演算する減算器である。

３相／２相座標変換部２０は、Ｕ相電流センサ３ｕによって検出されたＵ相の電流値Ｉ_ｕと、Ｗ相電流センサ３ｗによって検出されたＷ相の電流値Ｉ_ｗと、Ｖ相電流演算部１９によって求められたＶ相の電流値Ｉ_ｖとを、α軸、β軸の２相電圧指令値Ｖ_α、Ｖ_βに変換する。

２相／ｄｑ軸座標変換部２１は、３相／２相座標変換部２０によって変換された２相電圧指令値Ｖ_α、Ｖ_βを、回転子位置推定部２２によって求められた電気角θ_ｅに基づいて、ＰＭモータ１の回転子と同期して回る回転座標系のｄ軸上のｄ軸電流値Ｉ_ｄ、ｑ軸上のｑ軸電流値Ｉ_ｑに変換し、求めたｄ軸電流値Ｉ_ｄをｄ軸電流偏差演算部１１に、求めたｑ軸電流値Ｉ_ｑをｑ軸電流偏差演算部１５にそれぞれ出力する。

回転子位置推定部２２は、ｄｑ軸／２相座標変換器１７から出力される２相電圧指令値Ｖ_α ^＊、Ｖ_β ^＊と、３相／２相座標変換器２０から出力される２相電流ｉ_α、ｉ_βとに基づいて速度推定値ω_ｍを生成し、生成した速度推定値ω_ｍを速度偏差演算部１３に出力する。また、回転子位置推定部２２は、また、回転子位置推定部２２は、生成した速度推定値ω_ｍと、ｄ軸電流設定値Ｉ_ｄ ^＊と、速度ＰＩ演算部１４で演算されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊とに基づいて電気角θ_ｅを生成し、生成した電気角θ_ｅをｄｑ軸／２相座標変換部１７と２相／ｄｑ軸座標変換部２１とに出力する。なお、電気角θ_ｅは、固定子の巻線軸、例えば、Ｕ相の巻線軸を基準軸として、その基準軸と回転子の回転子軸との回転角を表す。また、速度推定値ω_ｍは、ＰＭモータ１の回転軸の推定された回転角速度である。

ＰＷＭゲート信号生成器２３は、３相電圧指令値選択部１８から出力されたＵ相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖ_ｖ ^＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖ_ｗ ^＊に基づいて、インバータ回路２のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフするインバータゲート信号を生成して、インバータ回路２を駆動する。

フィードバック電流選択部２４は、相選択信号ｓが「１〜３」のいずれかの値に設定された場合、相選択信号ｓによって選択された、Ｕ相電流センサ３ｕによって求められたＵ相の電流値Ｉ_ｕと、Ｗ相電流センサ３ｗよって求められたＷ相の電流値Ｉ_ｗと、Ｖ相電流演算部１９によって演算されたＶ相の電流値Ｉ_ｖとのいずれかをフィードバック電流Ｉ_fbとして設定し、設定したフィードバック電流Ｉ_fbを相電流偏差演算部２５に出力する。相選択信号sが「１」に設定された場合、Ｕ相の電流値Ｉ_ｕが、相選択信号sが「２」に設定された場合、Ｖ相の電流値Ｉ_ｖが、相選択信号sが「３」に設定された場合、Ｗ相の電流値Ｉ_ｗがそれぞれ選択される。始動時相電流制御では、相選択信号ｓで選択した１相の電流に直流を流すよう制御する。なお、一般に汎用インバータでは出力の電流センサは２相分（Ｕ相電流センサ３ｕ、Ｗ相電流センサ３ｗ）あるので、相選択信号ｓによって電流センサが付けられている相（Ｕ相、Ｗ相）を選択し、相電流を制御するのが望ましいが、残りの相（Ｗ相）の電流も３相平衡の条件で計算することが可能なため、３相あるうちのどの相を選択しても構わない。

相電流偏差演算部２５は、設定された相電流指令値Ｉ^＊と、フィードバック電流Ｉ_fbとの差分を相電流偏差として演算する減算器である。なお、相電流指令値Ｉ^＊は、ＰＭモータ１の定格電流範囲内であれば、任意に設定可能である。特に大きな慣性を有し、起動トルクが必要となる場合は、相電流指令値Ｉ^＊を定格電流ぎりぎりまで設定することで、大きい起動トルクを得られる。

相電流ＰＩ演算部２６は、相電流偏差によって演算された相電流偏差にＰＩ演算（比例積分演算）を施すことで相電圧指令値Ｖ^＊を演算し、演算した相電圧指令値Ｖ^＊を３相電圧指令値選択部１８の３相電圧指令値演算部１８２に出力する。

初期位相選択部２７は、相選択信号ｓに応じて設定されている初期位相θ₀を回転子位置推定部２２に出力する。

次に、制御部１０による始動時相電流制御について図４乃至図６を参照して説明する。
ＰＭモータ１の始動時には、相選択信号ｓが「１〜３」のいずれかの値に設定されると共に、制御部１０に相電流指令値Ｉ^＊が入力され、制御部１０は、相選択信号ｓと相電流指令値Ｉ^＊とに基づいて始動時相電流制御を実行し、ＰＭモータ１の回転子位置を所定の位置に固定する。なお、相電流指令値Ｉ^＊とｄ軸電流設定値Ｉ_ｄ ^＊とに共通の値を用いるようにしても良い。また、制御部１０による始動時相電流制御の継続時間は、ＰＭモータ１の回転子位置が所定の位置に固定されるまでに要する時間以上に設定される。例えば、慣性が大きい場合、所定の位置に回転子位置固定されるまで時間を要する場合があるが、始動時相電流制御の継続時間を長く設定することで慣性の大きいモータにも対応可能である。

相選択信号ｓが「１〜３」のいずれかの値に設定されると、選択スイッチ１８４は、３相電圧指令値演算部１８２から出力されるＵ相の電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖ_ｖ ^＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖ_ｗ ^＊をＰＷＭゲート信号生成器２３に出力する。

３相電圧指令値演算部１８２は、図３に示す変換テーブル１８１を用いて、相選択信号sによって選択された相の電圧指令値を相電圧指令値Ｖ^＊とし、相選択信号sによって選択されなかった相の電圧指令値を相電圧指令値Ｖ^＊を−１／２した値とする。

これにより、相選択信号sによって選択された相には相電圧指令値Ｖ^＊に対応する電流Ｉが、相選択信号sによって選択されなかった相には相電圧指令値Ｖ^＊を−１／２した値に対応する電流−Ｉ／２が流れる。

図４には、相選択信号sが「１」に設定されてＵ相が選択された場合に始動時相電流制御でＰＭモータ１に流れる電流が示されている。相選択信号sによってＵ相が選択されると、Ｕ相巻線には、相電圧指令値Ｖ^＊に対応する電流Ｉが、Ｖ相、Ｗ相には相電圧指令値Ｖ^＊を−１／２した値に対応する電流−Ｉ／２がそれぞれ流れる。これにより、ＰＭモータ１の固定子巻線には、図４に矢印で示す方向に磁束が発生する。なお、一般的に、Ｕ相巻線に電流を流したときに発生した磁束の向きが０ｄｅｇとして定義される。従って、ＰＭモータ１の回転子位置は、相選択信号sによってＵ相が選択されると、９０ｄｅｇに固定される。

図５には、相選択信号sが「２」に設定されてＶ相が選択された場合に始動時相電流制御でＰＭモータ１に流れる電流が示されている。相選択信号sによってＶ相が選択されると、Ｖ相巻線には、相電圧指令値Ｖ^＊に対応する電流Ｉが、Ｕ相、Ｗ相には相電圧指令値Ｖ^＊を−１／２した値に対応する電流−Ｉ／２がそれぞれ流れる。これにより、ＰＭモータ１の固定子巻線には、図５に矢印で示す方向に磁束が発生する。従って、ＰＭモータ１の回転子位置は、相選択信号sによってＶ相が選択されると、２１０ｄｅｇに固定される。

図６には、相選択信号sが「３」に設定されてＷ相が選択された場合に始動時相電流制御でＰＭモータ１に流れる電流が示されている。相選択信号sによってＷ相が選択されると、Ｗ相巻線には、相電圧指令値Ｖ^＊に対応する電流Ｉが、Ｕ相、Ｖ相には相電圧指令値Ｖ^＊を−１／２した値に対応する電流−Ｉ／２がそれぞれ流れる。これにより、ＰＭモータ１の固定子巻線には、図６に矢印で示す方向に磁束が発生する。従って、ＰＭモータ１の回転子位置は、相選択信号sによってＷ相が選択されると、３３０ｄｅｇに固定される。

初期位相選択部２７には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する初期位相θ₀として９０ｄｅｇ、２１０ｄｅｇ、３３０ｄｅｇがそれぞれ設定されている。そして、初期位相選択部２７は、相選択信号ｓによってＵ相が選択されると、初期位相θ₀として９０ｄｅｇを、相選択信号ｓによってＶ相が選択されると、初期位相θ₀として２１０ｄｅｇを、相選択信号ｓによってＷ相が選択されると、初期位相θ₀として３３０ｄｅｇをそれぞれ回転子位置推定部２２に出力する。

その後、相選択信号ｓが「０」に設定されると、３相電圧指令値選択部１８の選択スイッチ１８４は、２相／３相座標変換部１８３から出力されるＵ相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖｗ＊をＰＷＭゲート信号生成器２３に出力する。これにより、所定の位置に回転子位置が固定された状態を初期位相θ₀として、入力される速度指令値ω_ｍ ^＊とｄ軸電流設定値Ｉ_ｄ ^＊とに基づく、通常の回転制御である回転子磁極位置のセンサレス制御が開始される。

なお、始動時相電流制御から通常の回転制御への切り替えは、制御部１０に始動時相電流制御を継続する継続時間を設定しておき、制御部１０に設定された継続時間が経過したタイミングを行うようにしても良く、相選択信号ｓ以外の外部信号に基づくタイミングで行うようにしても良い。

以上のように、本実施の形態によれば、同期電動機であるＰＭモータ１を駆動するインバータ回路２を３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊で制御する同期電動機の制御部１０であって、相選択信号ｓで選択された、ＰＭモータ１に流れるいずれか１相の電流をフィードバック電流Ｉ_fbとして検出するフィードバック電流検出部（Ｕ相電流センサ３ｕ、Ｗ相電流センサ３ｗ、Ｖ相電流演算部１９、フィードバック電流選択部２４）と、相電流指令値Ｉ^＊とフィードバック電流Ｉ_fbとに基づいて相電圧指令値Ｖ^＊を演算する相電圧指令演算部（相電流偏差演算部２５、相電流ＰＩ演算部２６）と、相選択信号ｓによって選択された相を相電圧指令値Ｖ^＊とする３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を演算する３相電圧指令値演算部１８２と、前記相選択信号に応じて設定されている初期位相θ₀を出力する初期位相選択部２７とを備えている。

さらに、本実施の形態によれば、始動時相電流制御で回転子位置を初期位相θ₀に固定した後、回転子磁極位置のセンサレス制御を実行する。

さらに、本実施の形態によれば、始動時相電流制御において、３相電圧指令値演算部１８２は、相選択信号ｓによって選択されなかった相を、相電圧指令値Ｖ^＊を−１／２した値とする３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊を演算する。

さらに、本実施の形態によれば、Ｕ相巻線に電流を流したときに発生した磁束の向きを基準とすると、初期位相選択部２７は、相選択信号ｓによってＵ相が選択されると初期位相θ₀として９０ｄｅｇを、相選択信号ｓによってＶ相が選択されると初期位相θ₀として２１０ｄｅｇを、相選択信号ｓによってＷ相が選択されると初期位相θ₀として３３０ｄｅｇをそれぞれ出力する。

これらの構成により、３相のうち１相の電流を制御することで、ＰＭモータ１の回転子位置を所定の位置に固定することが可能となる。その結果、既知の回転子位置から起動することができるため、回転子位置検出器を設置しなくても確実かつ円滑にＰＭモータ１を始動することができる。また相電流を直接制御することから、モータパラメータや推定位相の誤差の影響を受けないといった特徴を有する。

以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。

１ ＰＭモータ
２ インバータ回路
３ｕ Ｕ相電流センサ
３ｗ Ｗ相電流センサ
５ ３相交流電源
６ ダイオードブリッジ回路
７ 平滑コンデンサ
１０ 制御部
１１ ｄ軸電流偏差演算部
１２ ｄ軸電流ＰＩ演算部
１３ 速度偏差演算部
１４ 速度ＰＩ演算部
１５ ｑ軸電流偏差演算部
１６ ｑ軸電流ＰＩ演算部
１７ ｄｑ軸／２相座標変換部
１８ ３相電圧指令値選択部
１９ Ｖ相電流演算部
２０ ３相／２相座標変換部
２１ ２相／ｄｑ軸座標変換部
２２ 回転子位置推定部
２３ ＰＷＭゲート信号生成器
２４ フィードバック電流選択部
２５ 相電流偏差演算部
２６ 相電流ＰＩ演算部
２７ 初期位相選択部
１８１ 変換テーブル
１８２ ３相電圧指令値演算部
１８３ ２相／３相座標変換部
１８４ 選択スイッチ

Claims (4)

1. 同期電動機を駆動するインバータ回路を３相電圧指令値で制御する同期電動機の制御装置であって、
   相選択信号で選択された、前記同期電動機に流れるいずれか１相の電流をフィードバック電流として検出するフィードバック電流検出部と、
   相電流指令値と前記フィードバック電流とに基づいて相電圧指令値を演算する相電圧指令演算部と、
   前記相選択信号によって選択された相を前記相電圧指令値とする前記３相電圧指令値を演算する３相電圧指令値演算部と、
   前記相選択信号に応じて設定されている初期位相を出力する初期位相選択部とを具備することを特徴とする同期電動機の制御装置。
2. 前記フィードバック電流検出部、前記相電圧指令演算部、前記３相電圧指令値演算部及び前記初期位相選択部による始動時相電流制御で、回転子位置を前記初期位相に固定した後、回転子磁極位置のセンサレス制御を実行することを特徴とする同期電動機の制御装置。
3. 前記３相電圧指令値演算部は、前記相選択信号によって選択されなかった相を、前記相電圧指令値を−１／２した値とする前記３相電圧指令値を演算することを特徴とする請求項１又は２記載の同期電動機の制御装置。
4. Ｕ相巻線に電流を流したときに発生した磁束の向きを基準とすると、前記初期位相選択部は、前記相選択信号によってＵ相が選択されると前記初期位相として９０ｄｅｇを、前記相選択信号によってＶ相が選択されると前記初期位相として２１０ｄｅｇを、前記相選択信号によってＷ相が選択されると前記初期位相として３３０ｄｅｇをそれぞれ出力することを特徴とする請求項３記載の同期電動機の制御装置。

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