JP4502734B2

JP4502734B2 - 電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法およびこの算出方法を用いた電動機制御装置

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Publication number: JP4502734B2
Application number: JP2004208953A
Authority: JP
Inventors: 功一安川; 慎二西村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: US7023170B2; DE102005032703A1; JP2006033993A; US20060012328A1; FR2874466B1; FR2874466A1

Description

本発明は、電動機に取り付けた回転位置検出装置の、取り付け位置のずれなどにより生じる電動機の回転子基準位置と回転位置検出装置の原点との位相差（オフセット量）を算出する方法およびこの算出方法を用いた電動機制御装置に関する。

交流電動機（以下ここでは同期電動機として説明する）に、周波数と電圧、電流、位相を制御可能な電源（以下総称してインバータという）から電力を供給（両方向に）してそのトルクや回転速度を制御する電動機制御装置がある。
電動機制御装置は供給する電圧などの位相を電動機の回転角度に応じて制御する必要があるので、電動機にはその回転子の回転角度を瞬時データとして出力可能な回転位置検出装置が取り付けられる。しかし、このような回転位置検出装置は回転子の真の原点位置に対して、いくらかずれて取り付けられる場合が多いので、検出された回転角度信号を補正して使用する必要がある。
この補正の仕方にはいろいろな方法が提案されているが、要は、回転子基準位置と回転位置検出装置の原点との位相差を算出して補正するものであり、たとえば特許文献１に示すものが有る。

特許文献１に開示された、従来の技術における電動機に取り付けた回転位置検出装置の、取り付け位置のずれなどにより生じる電動機の回転子基準位置と回転位置検出装置の原点との位相差算出の原理について、電動機が３相同期電動機であるとして説明する。
回転子の磁束の方向をd軸とし、回転子の磁束に直交する方向をq軸（制御軸とも言う）とし、回転子基準位置と回転位置検出装置の位相差がゼロである場合の電動機のd軸とq軸成分とにおける電圧方程式を考えると、

Ｖ_ｄ＝Ｒｉ_ｄ−ωφ_ｑ (1)
Ｖ_ｑ＝Ｒｉ_ｑ＋ωφ_ｄ (2)
ここでＶ_dはｄ軸電圧、Ｖ_qはｑ軸電圧、Ｒは１相の抵抗、
ｉ_dはｄ軸電流、ｉ_qはｑ軸電流、 φ_dはｄ軸成分磁束、
φ_qはｑ軸成分磁束、 ωは回転子の角速度である。
上式において、ｉ_d＝０, ｉ_q＝０とすると、φ_d、φ_qは次式で表される。
φ_ｄ＝Ｌ_ｄｉ_ｄ＋φ_ｆ＝φ_ｆ (3)
φ_ｑ＝Ｌ_ｑｉ_ｑ＝０ (4)
となる。
ここでＬ_ｄはｄ軸インダクタンス、Ｌ_qはｑ軸インダクタンス、φ_fは回転子の磁束である。
このときのｄ軸、ｑ軸成分における電圧方程式は
Ｖ_ｄ＝０ (5)
Ｖ_ｑ＝ωφ_ｆ (6)
となり、Ｖ_ｄがゼロとなる。

ところが、回転子基準位置と回転位置検出装置の検出出力との間に、位相差ηがある場合には、電動機の電流ｉ_ｄ, ｉ_ｑに対し、
ｉ_ｄ’＝ｉ_ｄｃｏｓη−ｉ_ｑｓｉｎη (7)
ｉ_ｑ’＝ｉ_ｄｓｉｎη＋ｉ_ｑｃｏｓη (8)
で表されるｉ_ｄ’，ｉ_ｑ’に変換される。
このときのｄ’，ｑ’軸成分における電圧方程式は
Ｖ_ｄ’＝Ｒｉ_ｄ’−ωφ_ｑｃｏｓη＋ωφ_ｄｓｉｎη (9)
Ｖ_ｄ’＝Ｒｉ_ｑ’＋ωφ_ｑｓｉｎη＋ωφ_ｄｃｏｓη (10)
で表される。
このとき、ｉ_d’＝０, ｉ_q’＝０としても
Ｖ_ｄ’＝ωφ_ｆｓｉｎη (11)
Ｖ_ｑ’＝ωφ_ｆｃｏｓη (12)
となってＶ_d’がゼロとならない。

ここでＶ_dがゼロとなるような原点オフセット量を算出することが必要となる。この算出方法としては、次のようなものがある。
（１）ｄ軸電圧指令値がゼロでないとき、上記回転位置検出装置の出力に等差数列(1°、2°、・・・ｎ°)を位相補正量として順次加算してゆき、ｄ軸電圧指令値がゼロになるまで加算を続ける方法。
（２）ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値の逆正接(アークタンジェント)を計算し、これを原点オフセット量として上記回転位置検出装置の出力に加算する方法。
（３）ｄ軸電圧指令値がゼロでないとき、位相補正量として１°から１８０°まで所定角度刻みで走査して上記ｄ軸電圧指令値を記録し、そして上記ｄ軸電圧指令値がゼロに近い２つの位相補正量から内挿して原点オフセット量を算出する方法がある。
特願２００３−０５４４７２

ところが、上述の従来の技術に従い磁束成分電圧指令値から原点オフセット量を算出しようとした場合、瞬時値による判定であるため、電圧の高調波成分やノイズ等の影響を受けて上記磁束成分および同成分に直交する成分の電流値が一定とならないことから、磁束成分の電圧指令値がゼロであっても磁束成分および同成分に直交する成分の電流値がゼロでない場合があり、原点オフセット量の算出精度が低下するという課題があった。
また、電流検出器に検出誤差がある場合、実際の電流値がゼロであっても検出誤差量が出力されるので、これを座標変換すると、一定値とならず周期的に変動する値となるため、これをゼロとすべく制御を行っても電圧指令値がゼロとならず周期的に変動する値となることから、原点オフセット量の算出精度が低下するという課題があった。
さらに、回転変動によっても座標変換後の電流値や電圧指令値が変動することから、原点オフセット量の算出精度が低下するという課題があった。
即ち、従来の原点オフセット量の算出方法では、高い算出精度が得られないと言う課題があった。

本願発明の目的は、電圧の高調波やノイズ、または電流検出器の検出誤差、電動機の回転変動の影響を受けにくく、算出精度が向上する原点オフセット量の算出方法を提供することである。
また、この算出方法を使用した回転位置検出装置の原点オフセット量算出装置を備えた電動機制御装置を提供することである。

この発明に係る電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法は、３相同期電動機の3相電流を検出する電流検出器と、
前記３相同期電動機の回転位置を検出する回転位置検出装置と、
前記３相電流を前記回転位置にもとづき磁束成分と前記磁束成分に直交する直交成分とに座標変換する３相２相変換器と、
外部から与えられたトルク指令に基づく電流指令値を前記磁束成分の電流指令値と、前記直交成分の電流指令値とに分離する電流指令発生器と、
前記電流指令発生器の各成分の指令値に、前記３相２相変換器で変換された前記磁束成分の電流値と、前記直交成分の電流値とが一致するように前記各成分の電圧指令値を演算する電流制御演算器と、
前記各成分の電圧指令値を前記回転位置にもとづき３相電圧指令値に座標変換する２相３相変換器と、
前記２相３相変換器の出力にもとづき前記３相同期電動機に加える電圧を出力するインバータとを有する電動機制御装置に、
前記各成分の電流指令値を強制的にゼロとする第１手順、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分に直交する成分の電圧指令値の正負により、正であれば０°、負であれば１８０°である仮設の位相補正量初期値を求める第２手順、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分電圧指令値とゼロとの偏差に予め定めた比例積分ゲインを掛けることにより前記磁束成分電圧指令値がゼロとなるように比例積分位相補正量を算出し、前記位相補正量初期値と共に、
前記回転位置検出装置の出力に加算するオフセットを制御する第３手順、
前記磁束成分電圧指令値がゼロとなったときの、前記オフセットを前記回転子基準位置と前記回転位置検出装置の原点との位相差とし、これを原点オフセット量として記憶する第４手順、
前記原点オフセット量を求める制御を複数回行い、求めて記録された複数の前記原点オフセット量を平均化して原点オフセット量平均値を求める第５手順、
前記原点オフセット量平均値を記憶する第６手順、及び
前記回転位置検出装置の出力に前記原点オフセット量平均値を加算する第７手順を含ませたものである。

また、この発明の電動機制御装置は、３相同期電動機の３相電流を検出する電流検出器、
前記３相同期電動機の回転位置を検出する回転位置検出装置、
前記３相電流を前記回転位置にもとづき磁束成分と前記磁束成分に直交する直交成分とに座標変換する３相２相変換器、
外部から与えられたトルク指令に基づく電流指令値を前記磁束成分の電流指令値と、前記直交成分の電流指令値とに分離する電流指令発生器、
前記電流指令発生器の前記各成分の指令値に、前記３相２相変換器で変換された前記磁束成分の各成分の電流値が、一致するように前記各成分の電圧指令値を演算する電流制御演算器、
前記各成分の電圧指令値を前記回転位置にもとづき３相電圧指令値に座標変換する２相３相変換器、
前記２相３相変換器の出力にもとづき前記３相同期電動機に加える電圧を出力するインバータ、
前記各成分の電流指令値を強制的にゼロとするゼロ入力回路、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分に直交する成分の電圧指令値の正負により、正であれば０°、負であれば１８０°である仮設の位相補正量初期値を設定する位相補正量初期値設定回路、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分電圧指令値とゼロとの偏差に予め定めた比例積分ゲインを掛けることにより前記磁束成分電圧指令値がゼロとなるように比例積分位相補正量を算出し、前記位相補正量初期値と共に、前記回転位置検出装置の出力に加算するオフセットを制御するオフセット制御回路、
前記磁束成分電圧指令値がゼロとなったときの、前記オフセットを前記回転子基準位置と前記回転位置検出装置の原点との位相差とし、これを原点オフセット量として記憶する記憶回路、
前記原点オフセット量を求める制御を複数回行い、求めた複数の前記原点オフセット量を前記記録回路に記憶し、記録された複数の前記原点オフセット量を平均化して原点オフセット量平均値を求める原点オフセット量平均値演算器、
前記原点オフセット量平均値を記憶する平均値記憶回路、及び
前記回転位置検出装置の出力に前記原点オフセット量平均値を加算する補正回路を備えたものである。

この発明の原点オフセット量算出方法は、電流指令値がゼロとなったとき、磁束成分に直交した成分の電圧指令値から位相補正量初期値を算出し、磁束成分電圧指令値がゼロになるように磁束成分電圧指令値とゼロとの偏差に比例積分ゲインを掛けて制御することに
より、磁束成分電圧指令値が時間と共に変化してやがて収束したときの比例積分位相補正量を求め、上記位相補正量初期値と上記比例積分位相補正量とを加算して位相補正量を求め、電動機の回転位置検出装置の取り付け位置のずれなどによって生じる回転子基準位置と、回転位置検出装置の原点との位相差を算出するもので、磁束成分に直交する成分の電圧指令値より位相補正量初期値を算出し、比例積分位相補正量に加算することで、回転子基準位置と回転位置検出装置との原点オフセット量より、所定の走査範囲内で位相補正量を走査するので、原点オフセット量から１８０°反転した上記制御座標系各成分の電流指令値をゼロとしたとき磁束成分の電圧指令値がゼロとなるもうひとつの位相補正量を誤検出するということがない。
また、原点オフセット量の平均値を算出することになるため、従来の技術に記載の瞬時値判定方法に比べ電圧の高調波やノイズ、または電流検出器の検出誤差、電動機の回転変動等の影響を受けにくく、原点オフセット量検出精度を向上させることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の原点オフセット量算出方法を説明するための電動機制御装置を含む電動機制御システム全体のブロック図である。
図２と図３はこの発明の実施の形態１に係る回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法を説明するためのフローチャートである。
図４はこの発明の実施の形態１に係る原点オフセット量算出方法を説明するための磁束成分電圧指令値と同成分に直交する成分の電圧指令値と位相の関係を示す図である。
図１において、永久磁石界磁または巻線界磁を有する３相同期電動機1（以下、電動機という）には、電動機１を制御する制御装置２が接続されている。電動機１の図示しない回転子の軸にはレゾルバまたはロータリエンコーダからなる回転位置検出装置３が取り付けられている。回転位置検出装置３の出力は回転子位置を算出する位相演算器４に入力される。電動機１の３相電流は電流検出器５によって検出される。
３相２相変換器６は、回転子の磁束の方向をd軸とし、これに直交した方向をｑ軸として、３相電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wを回転子位置信号にもとづいてｄ軸、ｑ軸の電流に座標変換する。電流指令発生器７はトルク指令Ｔ*を受けて、このＴ*と電動機１が発生させるトルクとが一致するような上記ｄ軸、ｑ軸成分の電流指令値を発生する。電流制御演算器８は、ｄ軸電流指令値ｉ_d*と実電流ｉ_dの偏差、およびｑ軸電流指令値ｉ_q*と実電流ｉ_qの偏差からd軸電圧指令値Ｖ_d*、およびｑ軸成分の電圧指令値Ｖ_q*を演算して出力する。

２相３相変換器９は電流制御演算器８が出力したＶ_d*およびＶ_q*を回転子位置信号にもとづいて３相電圧指令値Ｖ_u*，Ｖ_v*，Ｖ_w*へ座標変換する。インバータ１０は３相電圧指令値Ｖ_u*，Ｖ_v*，Ｖ_w*に基づき図示していない直流電源の電力を３相交流電力に変換し、電動機１に供給する。
位相補正量演算器１１は、電流制御演算器８の出力であるｄ軸、ｑ軸電圧指令値Ｖ_d*、Ｖ_q*を受けて、回転子基準位置と回転位置検出装置の原点との位相差である位相補正量を算出し（動作の詳細は後述）、位相演算器４の出力に位相補正量を加算するものであり、次の部分を備えている。即ち、Ｖ_q*から回転子基準位置に関する位相補正量初期値θ_ini
を算出する位相補正量初期値演算器１２、Ｖ_d*とゼロとの偏差に比例積分ゲインを掛けて比例積分位相補正量θ_piを求める比例積分位相補正量演算器１３、位相補正量初期値演算器１２の出力θ_iniと比例積分位相補正量演算器１３の出力θ_piを加算して位相補正量を
出力する位相補正量初期値加算器１４、位相演算器４の出力と位相補正量初期値加算器１４の出力である位相補正量とを合算する位相補正量加算器１５である。
また、電動機１には図示しない界磁巻線を励磁する界磁巻線駆動部１６を備えている。

次に、上記の各部の動作を説明する。
位相補正量演算器１１を除くその他の部分の構成は特許文献１に開示された公知のベクトル制御と同じである。
電動機１の回転子位置が回転位置検出装置３と位相演算器４で計算される。
電動機１の３相電流を検出する電流検出器５の出力と位相演算器４の出力とから３相２相変換器６によってｉ_dおよびｉ_qが算出される。
トルク指令Ｔ*が電流指令発生器７に入力されると、電動機１が発生するトルクをトルク指令値Ｔ*と一致させるようなｉ_d*およびｉ_q*が出力される。
ｉ_d*とｉ_dの偏差およびｉ_q*とｉ_qの偏差から、これらの偏差を減少させるように電流制御演算器８にてＶ_d*およびＶ_q*が算出される。
さらに、Ｖ_d*およびＶ_q*は２相３相変換器９によって、上記位相演算器４の出力である回転子位置情報に基づき、３相電圧指令値Ｖ_u*，Ｖ_v*，Ｖ_w*に座標変換される。この３相電圧指令値に基づき、インバータ１０が出力を制御し、電動機１が制御される。このようにして電動機１のベクトル制御が行われる。

ここで電動機１に取り付けられている回転位置検出装置３の取り付け位置が回転子基準位置に対して位相差をもつ（即ち角度誤差をもつ）場合、回転子角度がずれて検出されてしまう。電動機１の回転子の回転位置検出値がずれてしまうと、まず、３相２相変換器６による３相電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wのｄ軸成分およびｑ軸成分への座標変換が正しく行われなくなり、また、２相３相変換器９によるＶ_ｄ ^＊，Ｖ_ｑ ^＊から３相電圧への座標変換も正しく行われないので、電動機１からトルク指令値どおりのトルクが出力されなくなってしまう。そこで位相演算機４の出力を下記のように補正する。

回転位置補正方法の要点は、ｉ_d*およびｉ_q*をゼロとした場合に、Ｖ_ｄ*がゼロとなる
ための位相補正量θを原点オフセット量θ_Offsetとして求め、これを位相演算機４の出力に加算するものである。
このような補正を行うための原点オフセット量算出方法について図２のフローチャートにより説明する。
（ステップＳ００１）で回転位置補正指令Ａ*が入力されると、（ステップＳ００２）
で電動機１が回転中であれば、（ステップＳ００３）でトルク指令Ｔ*を無視して電流指
令発生器７の出力であるｉ_d*, ｉ_q*をそれぞれ強制的にゼロにする（第１手順という）
。強制的にゼロにする回路は図示しないが、電流指令発生器７の内部に含まれている。
フローチャートには示さないが、回転子に磁束を発生させるために界磁巻線駆動部１６
により界磁巻線を励磁し、ｉ_d*＝ｉ_q*＝０にもとづき、ｉ_d＝ｉ_q＝０となるように電流制御演算器８が自動的にＶ_d*, Ｖ_q*を演算して出力する。
（ステップＳ００４）でＶ_q*＞０ならば、（ステップＳ００５）で位相補正量初期値演算器１２がＶ_q*から仮設の位相補正量初期値θ_iniを求める（第２手順という）。
（ステップＳ００６）でＶ_ｄ*とゼロとの偏差に、比例積分位相補正量演算器１３が比
例積分ゲインを掛けて（即ち、比例積分であるということは入力がゼロでない限り出力は時間と共に増大する）出力し、この値を用いて制御されるので、この間図４に示すように位相角は走査される。やがて収束して変化が止まった時点で比例積分位相補正量θ_piを求める。（ステップＳ００７）で加算器１４が位相補正量初期値θ_iniと上記比例積分位相
補正量θ_piを加算して位相補正量θを求める（第３手順という）。
（ステップＳ００８）でＶｄ^＊，ｉ_ｄ，ｉ_ｑが所定の範囲内であることを確認して（ステップＳ００７）で求めたθを有効として、つまり、原点オフセット量として、記憶する（第４手順という）。加算器１５が位相演算器４の出力に位相補正量θを加算する。
後に説明するが第２手順と第３手順とは省いても良い。

上記の各ステップについて更に詳しく補足説明する。
原点オフセット量の算出はＶ_d*がゼロでない時に行う。
（ステップＳ００４）ではＶ_q*が正の場合、仮設の位相補正量初期値θ_iniは０°とし、
Ｖ_q*が負の場合は仮設の位相補正量初期値θ_iniを１８０°とする（前記第２手順）。
図４より位相補正量初期値θ_iniからを走査することで、走査範囲を回転位置検出装置
と電動機の回転子の原点オフセット量から−９０°〜＋９０°とすることができる。
Ｖ_d*とゼロとの偏差に比例積分ゲインを掛けて比例積分位相補正量θ_piを算出し、上記位相補正量初期値θ_iniと比例積分位相補正量θ_piを加算して位相補正量θを求める。位
相演算器４の出力に上記位相補正量θを加算し、３相２相変換器および２相３相変換器に入力する。

このようにしてＶ_d*がゼロに収束したら、その時の位相補正量θを原点オフセット量θ_Offsetとする。
この原点オフセット量θを図示しない記憶手段に記憶し、電動機の以後の運転に使用する。
（ステップＳ００８）でＶ_d*、ｉ_ｄ，ｉ_ｑの各値が予め定めた無視できる範囲に入らなかったときは、ノイズの混入など何らかの理由で正確な原点オフセットを求めることができなかったと考えられるので、再び（ステップＳ００６）に戻って各ステップを繰り返す（ステップＳ０１３）。そしてＶ_d*、ｉ_ｄ，ｉ_ｑの各値が予め定めた無視できる範囲に入ったところで繰り返しを終了する。ただし、繰り返し回数が予め定めた所定の回数を超えても結果が収斂しないときは（ステップＳ０１４）、図３の（ステップＳ０２５）に移って検出異常を知らせるための警報を発信する。

このような電動機の制御装置は、制御装置内で求めているＶ_q*より算出した位相補正量θ_ini、およびＶ_d*がゼロになるようＶ_d*とゼロの偏差の比例積分ゲインを掛けて算出した比例積分位相補正量θ_piより回転位置の位相差を補正できる。
上記に説明した各演算ステップはソフトウェアによって実現されているため、このソフトウェアを僅かに変更するだけで回転位置ずれの補正を行うことができる。

実施の形態２．
以上で原点オフセットの算出はできたわけであるが、より精度を高めるために、更に図３のフローチャートに示す次の手順をとってもよい。
実施の形態１で説明したＶ_d*がゼロになった時のθ_Offsetを求めて、これを図示しないバッファに積算する（ステップＳ００９）。これをｎ回実施する（ステップＳ０１０）。そしてｎ回の結果を加算し、ｎで除算して平均値を求める（第５手順という）（ステップＳ０２０）。この平均値を記憶する（第６手順という）（ステップＳ０２１）。その後、位相補正指令Ａ^＊をオフにして通常の電動機のベクトル制御へ戻る。このとき図示しない記憶装置に求めた平均のθ_Offsetを記憶し、通常の運転時にはこの記憶値を用いて原点を補正する（第７手順という）。
この場合、Ｖ_d*とゼロとの偏差の比例積分演算によりＶ_d*がゼロとなる原点オフセット量θ_Offsetの平均値を算出することになるため、従来の技術に記載のＶ_d*の瞬時値判定方法に比べ高調波やノイズの影響を受けにくく、精度を向上させることができる。

実施の形態３．
さらに、次のようにすることでより精度を高めることができる。即ち、３相電流検出器に検出誤差がある場合、実際の電流値がゼロであっても検出誤差量が出力されるので、これを３相２相変換器６にて座標変換した電流検出値ｉ_d,ｉ_qは周期的に変動する値となる。
したがって、上記ｉ_d,ｉ_qをゼロに補正すべく制御を行っても電圧指令値Ｖ_d*,Ｖ_q*もゼロにならず周期的に変動する値となるが、実施の形態２のように平均値を算出してやることで上記ｉ_d,ｉ_qの平均値がゼロとなり、電流検出器の検出誤差をキャンセルした状態で回転子基準位置と回転位置検出装置の原点との位相差を補正できるという効果も得られる。
大きな回転変動などがあった場合でも、同様に上記座標変換後の検出電流ｉ_d,ｉ_qや上記電圧指令値Ｖ_d*,Ｖ_q*が変動する。この場合も、変動幅が所定の範囲に収まることを確認することで正しく位相差を検出することができる。

実施の形態１〜実施の形態３の説明に於いては、磁束成分に直交する成分の電圧指令値より位相補正量初期値θ_iniを算出し、磁束成分電圧とゼロとの偏差に比例積分ゲインを掛けて算出された比例積分位相補正量θ_piに加算して位相補正量とし、その位相補正量を平均化して原点オフセット量とした。しかし、位相補正量初期値θ_iniの算出および位相補正量初期値θ_iniを比例積分位相補正量θ_piに加算しなくとも、比例積分位相補正量θ_piのみでも原点オフセット量算出は可能である。

実施の形態４．
実施の形態1ではｄ／ｑ軸ベクトル制御による回転位置検出装置の原点オフセット量を
算出する例を示した。実施の形態４では、ｄ軸成分磁束とｑ軸成分磁束のベクトル和を総磁束Φ_aとし、総磁束成分をγ軸、総磁束成分に直交した成分をδ軸として、この２軸で
総磁束制御軸と成し、上記総磁束制御軸上にて電動機を制御する方式において、回転位置検出装置の原点オフセット量を算出する方法（以下、総磁束制御での原点オフセット量算出方法という）について説明する。
図５に総磁束制御する電動機制御装置のブロック図を示す。
図５は直流駆動電源電圧から電機子電圧指令値を演算し、所望の電機子電圧指令値と電機子電圧が一致するような総磁束指令値Φ_a*を演算する総磁束指令値演算器１７と、総磁束指令値Φ_a*とd軸電流から総磁束Φ_aの成す角である負荷角η_aを演算する負荷角演算器
１８と、総磁束指令値演算器１７より出力された総磁束指令値Φ_a*に等しい総磁束を発生するための界磁電流指令値を演算する界磁電流指令演算器１９を備えている。上記に説明した部分及び、以下に説明する部分以外は、実施の形態１の図１と同じなので詳細な説明を省略する。

直流駆動電源電圧から総磁束指令値演算器１７によって総磁束指令値Φ_a*を演算し、上記総磁束指令値Φ_a*に基づき負荷角演算器１８により負荷角η_a、界磁電流指令演算器１９により界磁電流指令値ｉｆ*を演算し、界磁巻線駆動部１６より上記界磁電流指令値ｉｆ*と界磁電流値ｉｆが一致するよう界磁電流値を調整し、３相電流値と回転子位置と負荷角η_aに基づき３相２相変換器６によって総磁束成分をγ軸と成し、総磁束成分に直交する成分をδ軸と成すγδ軸に座標変換し、
電流指令発生器７より算出されたδ軸電流指令値と、δ軸に流れるδ軸電流およびγ軸電流がゼロと一致するようなδ電圧指令値Ｖ_δ*およびγ軸電圧指令値Ｖ_γ*を演算し、
さらにこの電圧指令値Ｖ_γ*,Ｖ_δ*は２相３相変換器によって、上記回転子位置と負荷角η_aに基づき、３相電圧指令値Ｖ_u*,Ｖ_v*,Ｖ_w*に変換される。
このようにして電動機の総磁束制御が行われている電動機の制御装置において、
上記γδ軸における電圧方程式は次式で表される。
Ｖ_γ＝ωΦ_ａｓｉｎα (13)
Ｖ_δ＝Ｒｉ_δ＋ωΦ_ａｃｏｓα (14)

ここで、δ軸電流をｉ_d、Ｒは１相分の抵抗、αは回転子基準位置に対する回転位置検出装置の位相差とする。
上記総磁束制御軸上において総磁束Φ_aとｄ軸の成す角を次式で表される負荷角η_aとすると、η_aは次式で表される。

ここでＬqはq軸インダクタンスであり、δ軸電流ｉ_δをゼロとしたとき、γ，δ軸電圧および負荷角η_aは次式にて示される。

η_aはゼロとなりγ，δ軸はｄ，ｑ軸に一致することから、γ軸電圧指令値をｄ軸電圧指令値とし、δ軸をｑ軸電圧指令値とすることでγ軸電圧指令値がゼロになるよう実施の形態１で示した方法を用いることにより同様の効果が得られる。
また、実施の形態１および２では、原点オフセット量を算出するために比例積分演算器を用いたが、比例演算器や比例積分微分演算器を用いても同等の効果がある。さらに、巻線界磁式の電動機の例を示したが、永久磁石界磁式の電動機でも同様の効果がある。

実施の形態１の電動機の制御装置のブロック図である。図１の位相補正検出法を説明するフローチャートである。図２のフローチャートに続くフローチャートである。磁束成分電圧および同成分に直交する成分の電圧指令値と位相の関係を説明する位相説明図である。実施の形態４の電動機の制御装置のブロック図である。

符号の説明

１電動機、２制御装置、３回転位置検出装置、
４位相演算器、５電流検出器、６３相２相変換器、
７電流指令発生器、８電流制御演算器、９２相３相変換器、
１０インバータ、１１位相補正量演算器、
１２位相補正量初期値演算器、１３比例積分位相補正量演算器、
１４位相補正量初期値加算器、１５位相補正量加算器、
１６界磁駆動部、１７総磁束指令値演算器、１８負荷角演算器、
１９界磁電流指令値演算器。

Claims

３相同期電動機の３相電流を検出する電流検出器と、
前記３相同期電動機の回転位置を検出する回転位置検出装置と、
前記３相電流を前記回転位置にもとづき磁束成分と前記磁束成分に直交する直交成分とに座標変換する３相２相変換器と、
外部から与えられたトルク指令に基づく電流指令値を前記磁束成分の電流指令値と、前記直交成分の電流指令値とに分離する電流指令発生器と、
前記電流指令発生器の各成分の指令値に、前記３相２相変換器で変換された前記磁束成分の電流値と、前記直交成分の電流値とが一致するように前記各成分の電圧指令値を演算する電流制御演算器と、
前記各成分の電圧指令値を前記回転位置にもとづき３相電圧指令値に座標変換する２相３相変換器と、
前記２相３相変換器の出力にもとづき前記３相同期電動機に加える電圧を出力するインバータとを有する電動機制御装置に、
前記各成分の電流指令値を強制的にゼロとする第１手順、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分に直交する成分の電圧指令値の正負により、正であれば０°、負であれば１８０°である仮設の位相補正量初期値を求める第２手順、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分電圧指令値とゼロとの偏差に予め定めた比例積分ゲインを掛けることにより前記磁束成分電圧指令値がゼロとなるように比例積分位相補正量を算出し、前記位相補正量初期値と共に、前記回転位置検出装置の出力に加算するオフセットを制御する第３手順、
前記磁束成分電圧指令値がゼロとなったときの、前記オフセットを前記回転子基準位置と前記回転位置検出装置の原点との位相差とし、これを原点オフセット量として記憶する第４手順、
前記原点オフセット量を求める制御を複数回行い、求めて記録された複数の前記原点オフセット量を平均化して原点オフセット量平均値を求める第５手順、
前記原点オフセット量平均値を記憶する第６手順、及び
前記回転位置検出装置の出力に前記原点オフセット量平均値を加算する第７手順を含ませたことを特徴とする電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法。
前記各成分の電流指令値を強制的にゼロとする前記第１手順の後、前記３相２相変換器で変換された前記磁束成分の各成分の電流値が予め定めた所定のレベル以下であることを確認した後、前記磁束成分電圧指令値とゼロとの偏差に予め定めた比例積分ゲインを掛けることにより前記磁束成分電圧指令値がゼロとなるように前記比例積分位相補正量を算出し前記位相補正量初期値と共に、前記回転位置検出装置の出力に加算するオフセットを制御する前記第３手順を実施することを特徴とする請求項１に記載の電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法。
前記３相２相変換器で変換された前記磁束成分の各成分の電流値が前記所定のレベル以下に収まらなかった時、再度前記比例積分位相補正量を算出する処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法。
前記各成分の電流指令値を強制的にゼロとする前記第１手順の後、前記磁束成分電圧指令値が予め定めた所定の範囲内にあることを確認した後、前記磁束成分電圧指令値とゼロとの偏差に予め定めた比例積分ゲインを掛けることにより前記磁束成分電圧指令値がゼロとなるように前記比例積分位相補正量を算出し前記位相補正量初期値と共に、前記回転位置検出装置の出力に加算するオフセットを制御する前記第３手順を実施することを特徴とする請求項１に記載の電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法。
前記磁束成分電圧指令値が前記所定の範囲内に収まらなかった時、再度前記比例積分位相補正量を算出する処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法。
前記再度行う前記比例積分位相補正量を算出する処理が、あらかじめ定めた所定回数以上となったとき、警報または警報信号を発する警報手順を含むことを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の電動機の回転位置検出装置の原点オフセット量算出方法。
３相同期電動機の３相電流を検出する電流検出器、
前記３相同期電動機の回転位置を検出する回転位置検出装置、
前記３相電流を前記回転位置にもとづき磁束成分と前記磁束成分に直交する直交成分とに座標変換する３相２相変換器、
外部から与えられたトルク指令に基づく電流指令値を前記磁束成分の電流指令値と、前記直交成分の電流指令値とに分離する電流指令発生器、
前記電流指令発生器の前記各成分の指令値に、前記３相２相変換器で変換された前記磁束成分の各成分の電流値が、一致するように前記各成分の電圧指令値を演算する電流制御演算器、
前記各成分の電圧指令値を前記回転位置にもとづき３相電圧指令値に座標変換する２相３相変換器、
前記２相３相変換器の出力にもとづき前記３相同期電動機に加える電圧を出力するインバータ、
前記各成分の電流指令値を強制的にゼロとするゼロ入力回路、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分に直交する成分の電圧指令値の正負により、正であれば０°、負であれば１８０°である仮設の位相補正量初期値を設定する位相補正量初期値設定回路、
前記電流指令値がゼロとなったとき、前記磁束成分電圧指令値とゼロとの偏差に予め定めた比例積分ゲインを掛けることにより前記磁束成分電圧指令値がゼロとなるように比例積分位相補正量を算出し、前記位相補正量初期値と共に、前記回転位置検出装置の出力に加算するオフセットを制御するオフセット制御回路、
前記磁束成分電圧指令値がゼロとなったときの、前記オフセットを前記回転子基準位置と
前記回転位置検出装置の原点との位相差とし、これを原点オフセット量として記憶する記憶回路、
前記原点オフセット量を求める制御を複数回行い、求めた複数の前記原点オフセット量を前記記録回路に記憶し、記録された複数の前記原点オフセット量を平均化して原点オフセット量平均値を求める原点オフセット量平均値演算器、
前記原点オフセット量平均値を記憶する平均値記憶回路、及び
前記回転位置検出装置の出力に前記原点オフセット量平均値を加算する補正回路を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
直流駆動電源電圧から電機子電圧指令値を演算し、この電機子電圧を得るための総磁束指令値を出力する総磁束指令値演算器、
前記総磁束指令値と前記磁束成分に直交する成分（δ）の電流指令値とにもとづいて負荷角ηａを演算する負荷角演算器、
前記総磁束指令値と前記負荷角とにもとづいて前記３相同期電動機の界磁巻線電流を制御する界磁電流指令演算器を備えたことを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。