JP2001045800A - 同期電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】同期電動機の電動機定数を制御装置により自動
計測する。 【解決手段】停止状態でｄ軸電流に交流を流し、ｑ軸電
流にｄ軸電流と９０度位相が異なり振幅が等しい交流を
流し、ｄ軸、ｑ軸電圧の振幅の大きさを比較してｄ軸電
圧が大きければ永久磁石の方向を９０度進めるか又は遅
らせ、ｄ軸に交流電流を流し、ｄ軸電流とｑ軸電圧の微
分値から永久磁石の方向の誤差を修正し、ｄ軸電流に交
流を流し、ｄ軸電流が正の時のｄ軸電圧の平均値が、ｄ
軸電流が負の時のｄ軸電圧の平均値より大きい場合に永
久磁石の方向を１８０度進め、永久磁石の方向推定が終
わった時点で、ｄ軸電流に交流を流し、ｑ軸電流にｄ軸
電流と９０度位相が異なり振幅が等しい交流を流し、ｄ
軸電流及び電圧の大きさと位相よりｄ軸インダクタンス
と抵抗成分とを求めて設定記憶し、ｑ軸電流及び電圧の
大きさと位相よりｑ軸インダクタンスと抵抗成分とを求
めて設定記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石形同期電
動機を制御するシステムに関わり、特に位置センサや速
度センサ等を用いずに調整を簡単に行い、しかも高精度
に行うことができる同期電動機の制御方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、永久磁石形同期電動機の電動機定
数である巻線抵抗は、直流試験で測定し、ｄ軸のインダ
クタンスＬｄは、永久磁石形同期電動機を固定した状態
でｄ軸電流だけに交流電流を流す拘束試験で測定し、ｑ
軸のインダクタンスＬｑは、永久磁石形同期電動機を固
定した状態でｑ軸電流だけに交流電流を流す拘束試験で
測定し、永久磁石の磁束は負荷試験で測定し、測定され
た電動機定数は、手動によって制御装置へ入力してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】永久磁石形同期電動機
を高精度に制御するには、永久磁石形同期電動機の電動
機定数の値が必要な場合がある。しかし、例えばｄ軸の
インダクタンスＬｄとｑ軸のインダクタンスＬｑを測定
する場合、永久磁石形同期電動機が回転しないように固
定する道具が必要であり、そのような試験装置がないと
永久磁石形同期電動機を高精度に制御できなかった。ま
た、電機子抵抗とｄ軸のインダクタンスＬｄ及びｑ軸の
インダクタンスＬｑは別々に測定しているため、手間が
かかるという問題があった。

【０００４】また、ｄ軸のインダクタンスＬｄとｑ軸の
インダクタンスＬｑを測定する場合、永久磁石の方向を
検出する位置検出器が必要になる。さらに、永久磁石の
磁束を測定する場合、永久磁石の方向を検出する位置検
出器と永久磁石形同期電動機の回転速度を検出する速度
検出器が必要となる。これらの位置および速度検出器は
振動、粉塵や温度等の使用制限や、モータ体積の増大、
さらに検出器信号線の断線やノイズ混入等の問題があ
る。本発明はこのような点に鑑みて創案されたもので、
その目的とするところは、これらの欠点を解決し、位置
検出器や速度検出器、試験装置を用いずに電動機定数を
同時に測定することができる同期電動機の制御方法を提
供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、請求項１に示す如く、永久磁石形同期電動機に流れ
る一次電流を推定された永久磁石の方向に平行なｄ軸電
流成分と、ｄ軸に垂直なｑ軸電流成分に分けて制御する
同期電動機の制御方法において、永久磁石形同期電動機
が停止した状態でｄ軸電流として交流電流を流し、ｑ軸
電流としてｄ軸電流に対して９０度位相が異なり振幅が
等しい交流電流を流し、ｄ軸電圧の振幅とｑ軸電圧の振
幅を比較してｄ軸電圧の振幅がｑ軸電圧の振幅よりも大
きければ推定された永久磁石の方向を９０度進めるか又
は遅らせ、ｑ軸電流を流さず、ｄ軸電流として交流電流
を流し、ｑ軸電圧の微分値とｄ軸電流の積によって推定
された永久磁石の方向を修正し、ｑ軸電流は流さず、ｄ
軸電流に交流電流を流し、ｄ軸電流が正の時のｄ軸電圧
の平均値が、ｄ軸電流が負の時のｄ軸電圧の平均値より
大きい場合に推定された永久磁石の方向を１８０度進
め、永久磁石の方向の推定が全て終わった時点で、ｄ軸
電流として交流電流を流し、ｑ軸にはｄ軸電流に対して
９０度位相が異なり振幅が等しい交流電流を流し、ｄ軸
電流の大きさと位相及びｄ軸電圧の大きさと位相より永
久磁石形同期電動機のｄ軸インダクタンスＬｄと抵抗成
分Ｒｄを求めて設定記憶し、ｑ軸電流の大きさと位相及
びｑ軸電圧の大きさと位相より永久磁石形同期電動機の
ｑ軸インダクタンスＬｑと抵抗成分Ｒｑを求めて設定記
憶するものである。

【０００６】また、抵抗成分Ｒｄと抵抗成分Ｒｑの平均
値を永久磁石形同期電動機の電機子抵抗Ｒとして設定記
憶するものである。

【０００７】また、ｄ軸電流として交流電流を流し、ｑ
軸電流として直流電流を流し、永久磁石形同期電動機が
回転している状態で、ｄ軸電流、ｑ軸電流及びｑ軸電圧
から永久磁石の方向及び永久磁石形同期電動機の回転速
度を推定し、電機子抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、
ｑ軸インダクタンスＬｑ、推定された永久磁石の方向、
推定された回転速度、ｄ軸電流、ｑ軸電流及びｑ軸電圧
を入力して永久磁石の磁束を求めて設定記憶するもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明につき、図を用いて
説明する。図１は本発明の一実施例のブロック図であ
り、１は永久磁石形同期電動機、４は永久磁石形同期電
動機１に電力を供給する電力変換器、２は永久磁石形同
期電動機１に印加される一次電圧ｖ１を検出する電圧検
出器、３は永久磁石形同期電動機１に流れる一次電流ｉ
１を検出する電流検出器である。６はｄ軸インダクタン
スＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、電機子抵抗Ｒ及び永
久磁石の磁束φを入力して、永久磁石形同期電動機１を
トルク制御するために必要な制御信号Ｓ１を出力するト
ルク制御器である。

【０００９】電流成分変換器１３は、一次電流ｉ１及び
推定された永久磁石の方向θｇを入力してｄ軸電流ｉｄ
及びｑ軸電流ｉｑを出力する。電圧成分変換器１４は、
一次電圧ｖ１及び推定された永久磁石の方向θｇを入力
してｄ軸電圧ｖｄ及びｑ軸電圧ｖｑを出力する。位置・
速度推定手段７は、ｄ軸電流ｉｄとして交流電流が流
れ、ｑ軸電流としてｄ軸電流に対して９０度位相が異な
り振幅が等しい交流電流が流れるような制御信号Ｓ２、
ｑ軸電流は流さずｄ軸電流ｉｄとして交流電流が流れる
ような制御信号Ｓ３、ｑ軸電流ｉｑは流さずｄ軸電流ｉ
ｄとして磁気飽和が生じるような大きめの交流電流が流
れるような制御信号Ｓ４、推定された回転速度ωｇ及び
推定された永久磁石の方向θｇを出力する。詳細につい
ては後述する。

【００１０】電動機定数演算手段８は、ｄ軸電流ｉｄ、
ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電圧ｖｄ及びｑ軸電圧ｖｑを入力し
て、ｄ軸電流ｉｄとして交流電流が流れ、ｑ軸電流ｉｑ
としてｄ軸電流ｉｄと９０度位相が異なり振幅の等しい
交流電流が流れるような制御信号Ｓ５を出力し、ｄ軸電
流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電圧ｖｄ及びｑ軸電圧ｖｑ
をフーリエ変換し、ｄ軸電流ｉｄの基本波成分の大きさ
と位相及びｄ軸電圧ｖｄの基本波成分の大きさと位相か
らｄ軸インダクタンスＬｄと抵抗成分Ｒｄを求め、ｑ軸
電流ｉｑの基本波成分の大きさと位相及びｑ軸電圧ｖｑ
の基本波成分の大きさと位相からｑ軸インダクタンスＬ
ｑと抵抗成分Ｒｑを求める。

【００１１】磁束演算手段１０は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸
電流ｉｑ、ｑ軸電圧ｖｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ
軸インダクタンスＬｑ、電機子抵抗Ｒ、推定された永久
磁石の方向θｇ及び推定された回転速度ωｇを入力し
て、ｄ軸電流ｉｄとして交流電流が流れ、ｑ軸電流ｉｑ
として直流電流が流れるような制御信号Ｓ６及び永久磁
石の磁束φを出力する。設定記憶手段９は、ｄ軸インダ
クタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、抵抗成分Ｒ
ｄ、抵抗成分Ｒｑ及び永久磁石の磁束φを入力し、抵抗
成分Ｒｄと抵抗成分Ｒｑの平均値を電機子抵抗Ｒとして
設定記憶し、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタ
ンスＬｑ及び永久磁石の磁束φを設定記憶する。

【００１２】スイッチ５は、トルク制御器６が出力する
制御信号Ｓ１と位置・速度推定手段７が出力する制御信
号Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、電動機定数演算手段８が出力する
制御信号Ｓ５及び磁束演算手段１０が出力する制御信号
Ｓ６のいずれかを選択するスイッチであり、永久磁石形
同期電動機１をトルク制御するときは制御信号Ｓ１を電
力変換器４に出力し、電動機定数が未知の状態で永久磁
石の方向を推定するときは制御信号Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の
順番に電力変換器４に出力し、ｄ軸インダクタンスＬ
ｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ及び抵抗成分Ｒを演算する
ときは制御信号Ｓ５を電力変換器４に出力し、永久磁石
の磁束φを演算するときは制御信号Ｓ６を電力変換器４
に出力する。

【００１３】図２は、図１中の位置・速度推定手段７の
詳細ブロック図を表しており、１５はｄｑ軸判定手段で
あり、ｄ軸電圧ｖｄとｑ軸電圧ｖｑを入力して、ｄ軸電
流ｉｄとして交流電流が流れ、ｑ軸電流ｉｑとしてｄ軸
電流ｉｄに対して９０度位相が異なり振幅が等しい交流
電流が流れるような制御信号Ｓ２と、ｄ軸電圧ｖｄの振
幅の大きさとｑ軸電圧ｖｑの振幅の大きさを比較して、
ｄ軸電圧ｖｄの振幅の方が大きければ推定された永久磁
石の方向θｇを９０度進めるか又は遅らせる信号Ｓθ１
を出力する。

【００１４】１６は磁極判定手段であり、ｄ軸電流ｉｄ
及びｄ軸電圧ｖｄを入力して、ｑ軸電流ｉｑは流さずｄ
軸電流ｉｄに磁気飽和が生じるような大きめの交流電流
が流れるような制御信号Ｓ４と、ｄ軸電流ｉｄが正の時
のｄ軸電圧ｖｄの平均値がｄ軸電流ｉｄが負の時のｄ軸
電圧ｖｄの平均値より大きい場合に推定された永久磁石
の方向θｇを１８０度進める信号Ｓθ２を出力する。１
７は位置・速度修正手段であり、ｑ軸電流ｉｑは流さ
ず、ｄ軸電流ｉｄに交流電流が流れるような制御信号Ｓ
３、永久磁石形同期電動機１の推定された回転速度ωｇ
及び推定された永久磁石の方向θｇを出力する。以下、
その詳細を図３により説明する。

【００１５】図３中、１８は微分器であり、ｑ軸電流ｉ
ｑを微分する。１９はインダクタンス分電圧降下演算器
であり、微分器１８の出力とｑ軸インダクタンスＬｑの
積を演算する。２０は抵抗分電圧降下演算器であり、ｑ
軸電流ｉｑと電機子抵抗Ｒの積を出力する。２１は加算
器であり、各部の定数を設定記憶する前に永久磁石の方
向を推定する場合は加算機２１の出力を何らかの方法で
０Ｖにクリップ（図示せず）し、各部の定数が設定記憶
されている場合はクリッフ゜回路が働かず、この場合はイン
ダクタンス分電圧降下演算器１９の出力と抵抗分電圧降
下演算器２０の出力を加算する。

【００１６】２２は減算器であり、加算器２１の出力と
ｑ軸電圧ｖｑを入力し、ｑ軸電圧ｖｑから加算器２１の
出力を減算した値を出力する。２３は微分器であり、減
算器２２の出力を微分する。２４は位置誤差検出手段で
あり、ｄ軸電流ｉｄと微分器２３の出力ｄｖｑの積ａを
出力する。２５は低域通過フィルタであり、位置誤差検
出手段２４の出力ａの高調波成分を除去し直流成分ａｆ
のみを出力する。

【００１７】２６は速度推定手段であり、低域通過フィ
ルタ２５の出力ａｆを入力して、永久磁石形同期電動機
１の回転速度ωｇを出力する。２７は位置推定手段であ
り、ｄｑ軸判定手段１５の出力Ｓθ１、磁極判定手段１
６の出力Ｓθ２及び推定された回転速度ωｇを入力し
て、ｑ軸電流ｉｑは流さずｄ軸電流ｉｄに交流電流が流
れるような制御信号Ｓ３及び推定された永久磁石の方向
θｇを出力する。

【００１８】以下は本発明によって、前記問題点を解決
できる理由を説明する。まず、請求項１によって永久磁
石の方向が推定できる理由を説明するために、最初に、
位置・速度修正手段１７を説明する。図４は永久磁石形
同期電動機１の実際の永久磁石φｇｒの方向θｇｒと推
定された永久磁石φｇの方向θｇの関係をベクトルで表
したもので、これらの間に

【００１９】

【数１】

【００２０】の位置誤差Δθがある場合、数２に示す如
くｑ軸電流ｉｑを流さずｄ軸電流ｉｄとして交流電流を
流すように制御すると、

【００２１】

【数２】

【００２２】実際の永久磁石φｇｒの方向θｇｒ（以
下、ｄｒ軸という）に平行なｄｒ軸電流成分ｉｄｒ及び
ｄｒ軸に垂直な軸（以下、ｑｒ軸という）方向のｑｒ軸
電流成分ｉｑｒは数３で表わされる。

【００２３】

【数３】

【００２４】ここで、Ｉｈは交流電流の波高値、ωｈは
交流電流の角周波数、ｔは時間である。永久磁石形同期
電動機１の特性方程式は、次式で表せられる。

【００２５】

【数４】

【００２６】ここで、ｖｄｒはｄｒ軸電圧、ｖｑｒはｑ
ｒ軸電圧、ｐは微分演算子、ωｇｒは永久磁石形同期電
動機１の実際の回転速度である。（６）式および（７）
式に、（４）式および（５）式に代入すると、

【００２７】

【数５】

【００２８】となる。（８）式と（９）式よりｑ軸電圧
ｖｑは、次式となる。

【００２９】

【数６】

【００３０】位置誤差検出手段２４の出力ａは、ｄ軸電
流ｉｄとｑ軸電圧ｖｑの微分値ｄｖｑとの積であること
から、（２）式と（１０）式より、

【００３１】

【数７】

【００３２】となり、低域通過フィルタ２５に通してａ
の高周波成分を除去すると、

【００３３】

【数８】

【００３４】となる。Ｌｑ＞Ｌｄなので（１２）式よ
り、−９０度＜Δθ＜９０度の場合は、位置誤差Δθの
符号とａｆの符号が逆になることが分かる。つまり推定
している永久磁石φｇの方向θｇが実際の永久磁石φｇ
ｒの方向θｇｒより進んでいる場合は、ａｆ＜０となり
速度推定手段２６によって比例積分増幅させることで、
永久磁石形同期電動機１の推定された回転速度ωｇが小
さくなるので推定された永久磁石の方向θｇの進みが遅
くなり実際の永久磁石の方向θｇｒに一致するようにな
る。逆の場合も同様である。

【００３５】位置・速度修正手段１７によって、永久磁
石形同期電動機１の回転速度と永久磁石の方向を推定す
る場合、ｄ軸電流ｉｄには交流電流を流している。する
と、ｄ軸とｑ軸との干渉によって、ｑ軸電流ｉｑにも交
流成分が現れる。このｑ軸電流ｉｑの交流成分は、ｑ軸
電圧ｖｑにも現れてくる。そこで、図３では、ｑ軸電圧
ｖｑがｑ軸電流ｉｑの交流成分の影響を受けないよう
に、減算器２２によってｑ軸電流ｉｑに関する項を取り
除くために、ｑ軸電圧ｖｑに｛ｖｑ−（Ｒ＋ｐ・Ｌｑ）
・ｉｑ｝を代入している。また、電機子抵抗Ｒ、ｄ軸イ
ンダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑが未知の
段階で永久磁石の方向を推定する場合、減算器２２はｑ
軸電圧ｖｑをそのまま出力する。

【００３６】つまり、（１２）式より、ｄ軸電流ｉｄと
ｑ軸電圧ｖｑの微分値の積から、位置誤差Δθに応じた
ａｆが得られることから永久磁石の方向と回転速度を推
定することができる。

【００３７】次に、位置誤差Δθが９０度ずれていた場
合について説明する。先に述べた位置・速度修正手段１
７による永久磁石の方向を推定する方法は、最初の位置
誤差Δθが±９０度付近の場合、ａｆが不安定となり永
久磁石の方向θｇを推定できない。しかるに本発明によ
れば、ｄｑ軸判定手段１５によって、数９の（１３）式
および（１４）式に示す電流をｄ軸およびｑ軸に流すこ
とにより修正が可能になる。以下、この点について説明
する。

【００３８】

【数９】

【００３９】なお、永久磁石形同期電動機１が回転する
と位置誤差Δθが変化するため、以下の方法では推定さ
れた永久磁石の方向θｇを修正することができないが、
（１３）式および（１４）式の電流を流しても回転しな
いことを最初に説明する。（１）式で示される位置誤差
Δθがあると、実際に流れるｄｒ軸電流ｉｄｒとｑｒ軸
電流ｉｑｒは、（１３）式および（１４）式より、

【００４０】

【数１０】

【００４１】となる。一方、永久磁石形同期電動機１の
トルク式は、

【００４２】

【数１１】

【００４３】と表される。（１５）式と（１６）式を
（１７）式に代入すると、永久磁石形同期電動機１の発
生するトルクは次式で表される。

【００４４】

【数１２】

【００４５】（１８）式に示す如く、発生するトルクは
交流成分のみであることから平均すれば０であり、永久
磁石形同期電動機１は回転しない。次に、位置誤差Δθ
が９０度ずれているか否かの検出が、数９の（１３）式
および（１４）式に示す電流をｄ軸およびｑ軸に流すこ
とで可能になることを説明する。永久磁石形同期電動機
が停止している場合の実際のｄｒ軸電圧ｖｄｒとｑｒ軸
電圧ｖｑｒは、（１５）式、（１６）式を（６）式、
（７）式に代入することにより、（１９）式、（２０）
式で表わされ、ｄ軸電圧ｖｄとｑ軸電圧ｖｑは、（２
１）式、（２２）式で表わされる。

【００４６】

【数１３】

【００４７】

【数１４】

【００４８】ここに、

【００４９】

【数１５】

【００５０】である。Ｌｄ＜Ｌｑの関係から、（２３）
式と（２５）式より、位置誤差Δθが±９０度に近づく
ほどｄ軸電圧ｖｄの振幅の大きさＶｄはｑ軸電圧ｖｑの
振幅の大きさＶｑよりも大きくなることが分かる。以上
に説明したように、（１３）式および（１４）式で示さ
れる電流を流すことで、電動機定数を用いることなく、
永久磁石形同期電動機１が停止した状態で、ｄ軸電圧ｖ
ｄの振幅の大きさとｑ軸電圧ｖｑの振幅の大きさを比較
することで、簡単に位置誤差Δθが±９０度あるかどう
か判定することが可能になる。

【００５１】しかし、ｄｑ軸判定手段１５は、位置誤差
Δθが９０度あるかどうかの判定は可能であるが、位置
誤差Δθの符号や正確な大きさまでは推定できない。よ
って、永久磁石形同期電動機１が停止した状態で、ｄ軸
電圧ｖｄの振幅の大きさがｑ軸電圧ｖｑの振幅の大きさ
よりも大きければ、推定された永久磁石の方向θｇを９
０度進めるかまたは遅らせて、先述した位置・速度推定
手段１７と後述する磁極判定手段１６とで推定された永
久磁石の方向θｇを修正する。

【００５２】次に、位置誤差Δθが１８０度ずれていた
場合について説明する。（１２）式より、位置誤差Δθ
が−９０度＜Δθ＜９０度である場合は位置誤差Δθが
減る方向に修正されるが、位置誤差Δθが±９０度以上
の場合は（１２）式より、位置誤差Δθの符号とａｆの
符号が同符号のため位置誤差Δθが１８０度になってし
まう。

【００５３】しかるに本発明によれば、数２の（２）式
および（３）式に示す電流をｄ軸およびｑ軸に流すこと
により修正が可能になる（ただし、（２）式の交流電流
の波高値は、磁気飽和が生じるような大きめの値）。以
下、この点について説明する。なお、ｄｑ軸判定手段１
５と同様に、永久磁石形同期電動機１が回転すると位置
誤差Δθが変化するため、以下の方法では推定された永
久磁石の方向θｇを修正することができないが、（２）
式および（３）式の電流を流しても回転しないことを最
初に説明する。位置・速度修正手段７によって推定され
た永久磁石の方向θｇの位置誤差Δθは、０かまたは１
８０度なので、実際に流れるｄｒ軸電流ｉｄｒとｑｒ軸
電流ｉｑｒは、（４）式および（５）式より、

【００５４】

【数１６】

【００５５】となる。ｉｑｒ＝０であるので（１７）式
に示す永久磁石形同期電動機１のトルクは０になり、永
久磁石形同期電動機１は回転しない。次に、位置誤差Δ
θが１８０度ずれているか否かの検出が数２の（２）
式、（３）式に示す電流を流すことで可能になることを
説明する。

【００５６】永久磁石の方向が正しく推定されている場
合のｄ軸インダクタンスＬｄは、ｄ軸電流ｉｄが正なら
ｄ軸電流ｉｄによる磁束の方向と永久磁石の磁束の方向
が等しくなりｄ軸インダクタンスＬｄが小さくなり、ｄ
軸電流ｉｄが負ならｄ軸電流ｉｄによる磁束の方向と永
久磁石の磁束の方向が逆方向となりｄ軸インダクタンス
Ｌｄが大きくなる磁気飽和現象が発生する。そこで、ｑ
軸電流ｉｑは流さず、ｄ軸電流ｉｄに磁気飽和が生じる
ような大きめの交流電流を流して、磁極判定手段１６に
よって、ｄ軸電流ｉｄが正の時のｄ軸電圧ｖｄの平均値
とｄ軸電流ｉｄが負の時のｄ軸電圧ｖｄを比較すること
で１８０度の位置誤差Δθを判定することができる。

【００５７】以上に説明したように、（２）式および
（３）式に示す電流を流すことで、電動機定数を用いる
前の段階においてもまた、永久磁石形同期電動機１が停
止した状態で、ｄ軸電流ｉｄが正の時のｄ軸電圧ｖｄの
平均値とｄ軸電流ｉｄが負の時のｄ軸電圧ｖｄを比較す
ることで、簡単に１８０度の位置誤差Δθを判定するこ
とが可能になる。

【００５８】次に、請求項１によって、位置誤差Δθが
０の状態で、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑに（１３）式
および（１４）式のような電流を流すことで、電動機定
数を測定することができる理由を説明するために、電動
機定数演算手段８について説明する。なお、永久磁石形
同期電動機１が回転すると、電動機定数を測定すること
ができないが、（１３）式および（１４）式の電流を流
す場合に回転しないことは先に（１８）式に示したとお
りであり、Δθが０の場合も回転しないことは明らかで
ある。次に、位置誤差Δθが０の状態で、ｄ軸方向及び
ｑ軸方向に（１３）式および（１４）式に示す電流を流
すことで電動機定数の測定が可能なことを説明する。位
置誤差Δθが０で永久磁石形同期電動機１が停止してい
る場合、ｉｄｒ＝ｉｄ、ｉｑｒ＝ｉｑ、ｖｄｒ＝ｖｄ、
ｖｑｒ＝ｖｑ、ωｇｒ＝０であるので（６）式、（７）
式はそれぞれ（３０）式、（３１）式で表される。

【００５９】

【数１７】

【００６０】よって、（３０）式から、ｄ軸電圧ｖｄの
大きさと位相とｄ軸電流ｉｄの大きさと位相より、ｄ軸
のインダクタンスＬｄと抵抗成分Ｒｄが演算できること
がわかり、同様に（３１）式から、ｑ軸のインダクタン
スＬｑと抵抗成分Ｒｑが演算できることがわかる。以上
に説明したように位置誤差Δθが０で永久磁石形同期電
動機１が停止している場合、（１３）式及び（１４）式
で示す電流を流すことで、ｄ軸のインダクタンスＬｄと
ｑ軸のインダクタンスＬｑと電機子抵抗Ｒを同時に演算
することができ、従来のように永久磁石形同期電動機を
固定して電流を測定することなく、自動的に測定し、設
定することが可能になった。

【００６１】次に、請求項２によって永久磁石の磁束が
測定できる理由を説明するために、磁束演算手段１０に
ついて説明する。設定記憶手段９にｄ軸インダクタンス
Ｌｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ及び電機子抵抗Ｒが設定
記憶され、位置・速度推定手段７によって永久磁石の方
向θｇと回転速度ωｇが推定されているとする。次式に
示す如く、ｄ軸電流ｉｄに交流電流、ｑ軸電流ｉｑに直
流電流を流す。

【００６２】

【数１８】

【００６３】（３２）式と（３３）式を（１７）式に代
入すると、永久磁石形同期電動機１の発生するトルク
は、（３４）式になる。

【００６４】

【数１９】

【００６５】（３４）式第２項は交流成分なので平均す
れば０になるが、第１項は直流成分であることから永久
磁石形同期電動機１に一定のトルクが現れ、永久磁石形
同期電動機１は回転する。よって、（７）式より、

【００６６】

【数２０】

【００６７】となることから、ｄｒ軸電流ｉｄｒ、ｑｒ
軸電流ｉｑｒ、ｑｒ軸電圧ｖｑｒ、ｄ軸インダクタンス
Ｌｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、電機子抵抗Ｒ、回転速
度ωｇ及び永久磁石の方向θｇが分かれば、永久磁石の
磁束φが演算できる。以上に説明したように、設定記憶
手段９にｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンス
Ｌｑ及び電機子抵抗Ｒが設定記憶され、位置・速度推定
手段７によって永久磁石の方向θｇと回転速度ωｇが推
定され、（３２）式及び（３３）式で示す電流を流すこ
とで、永久磁石の磁束φを演算することができ、従来の
ように位置検出器や速度検出器を用いることなく、自動
的に測定し、設定することが可能になった。

【００６８】

【発明の効果】本発明により、永久磁石形同期電動機の
電動機定数を測定する装置を用いないで制御装置に設定
できることから、制御装置の調整が簡単で高精度にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を表すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例を表すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例を表すブロック図である。

【図４】本発明の原理を表すベクトル図である。

【符号の説明】

１ 永久磁石形同期電動機 ２ 電圧検出器 ３ 電流検出器 ４ 電力変換器 ５ スイッチ ６ トルク制御器 ７ 位置・速度推定手段 ８ 電動機定数演算手段 ９ 設定記憶手段 １０ 磁束演算手段 １３ 電流成分変換器 １４ 電圧成分変換器 １５ ｄｑ軸判定手段 １６ 磁極判定手段 １７ 位置・速度修正手段 １８ 微分器 １９ インダクタンス分電圧降下演算器 ２０ 抵抗分電圧降下演算器 ２１ 加算器 ２２ 減算器 ２３ 微分器 ２４ 位置誤差検出手段 ２５ 低域通過フィルタ ２６ 速度推定手段 ２７ 位置推定手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石形同期電動機に流れる一次電流を
   推定された永久磁石の方向（以下、ｄ軸という）に平行
   なｄ軸電流成分と、ｄ軸に垂直な軸（以下、ｑ軸とい
   う）方向のｑ軸電流成分に分けて制御する同期電動機の
   制御方法において、永久磁石形同期電動機が停止した状
   態でｄ軸電流として交流電流を流し、ｑ軸電流としてｄ
   軸電流に対して９０度位相が異なり振幅が等しい交流電
   流を流し、ｄ軸電圧の振幅とｑ軸電圧の振幅を比較して
   ｄ軸電圧の振幅がｑ軸電圧の振幅よりも大きければ推定
   された永久磁石の方向を９０度進めるか又は遅らせ、ｑ
   軸電流を流さず、ｄ軸電流として交流電流を流し、ｑ軸
   電圧の微分値とｄ軸電流の積によって前記推定された永
   久磁石の方向を修正し、ｑ軸電流は流さず、ｄ軸電流に
   交流電流を流し、ｄ軸電流が正の時のｄ軸電圧の平均値
   が、ｄ軸電流が負の時のｄ軸電圧の平均値より大きい場
   合に前記推定された永久磁石の方向を１８０度進め、永
   久磁石の方向の推定が全て終わった時点で、ｄ軸電流と
   して交流電流を流し、ｑ軸にはｄ軸電流に対して９０度
   位相が異なり振幅が等しい交流電流を流し、ｄ軸電流の
   大きさと位相及びｄ軸電圧の大きさと位相より永久磁石
   形同期電動機のｄ軸インダクタンスＬｄと抵抗成分Ｒｄ
   を求めて設定記憶し、ｑ軸電流の大きさと位相及びｑ軸
   電圧の大きさと位相より永久磁石形同期電動機のｑ軸イ
   ンダクタンスＬｑと抵抗成分Ｒｑを求めて設定記憶する
   ことを特徴とする同期電動機の制御方法。
2. 【請求項２】抵抗成分Ｒｄと抵抗成分Ｒｑの平均値を永
   久磁石形同期電動機の電機子抵抗Ｒとして設定記憶する
   ことを特徴とする請求項１記載の同期電動機の制御方
   法。
3. 【請求項３】ｄ軸電流として交流電流を流し、ｑ軸電流
   として直流電流を流し、永久磁石形同期電動機が回転し
   ている状態で、ｄ軸電流、ｑ軸電流及びｑ軸電圧から永
   久磁石の方向及び永久磁石形同期電動機の回転速度を推
   定し、電機子抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸イ
   ンダクタンスＬｑ、前記推定された永久磁石の方向、推
   定された回転速度、ｄ軸電流、ｑ軸電流及びｑ軸電圧を
   入力して永久磁石の磁束を求めて設定記憶することを特
   徴とする請求項１記載の同期電動機の制御方法。