JP2008086076A - Controller of permanent magnet synchronous motor - Google Patents

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JP2008086076A
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magnetic pole
pole position
rotor
permanent magnet
inverter
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Kazuaki Yuki
和明 結城
Toshihiko Takauchi
俊彦 高内
Yoshitaka Kobayashi
芳隆 小林
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the controller of a permanent magnet synchronous motor in which noise of the motor can be reduced while securing reliability. <P>SOLUTION: The controller of a permanent magnet synchronous motor comprises a permanent magnet synchronous motor connected with the AC power output end of an inverter and having magnetic saliency in the rotor, a means for detecting the pole position of the rotor of permanent magnet synchronous motor only when the rotor is driving, and a means for detecting the pole position of the rotor of permanent magnet synchronous motor when the rotor is stopping. The inverter is controlled based on the information from the pole position detection means during motor operation when the rotor is rotating, and controlled based on the information from the pole position detection means during motor stoppage when the rotor is stopping. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、永久磁石同期電動機の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a permanent magnet synchronous motor.

永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）を用いた交流電動機ドライブシステムは、ＨＥＶ、エレ
ベータ、電車、汎用インバータ、など広い分野で適用されている。ＰＭＳＭは誘導電動機
（ＩＭ）に比べ高効率であり、また小型化・軽量化が可能であるため今後の更なる普及が
期待される。 An AC motor drive system using a permanent magnet synchronous motor (PMSM) is applied in a wide range of fields such as HEVs, elevators, electric trains, and general-purpose inverters. PMSM is more efficient than an induction motor (IM), and can be reduced in size and weight, so that further spread in the future is expected.

インバータによりＰＭＳＭを駆動するシステムにおいては、トルク制御を行う場合、回転
子内にある永久磁石の磁極位置を正確に把握する必要がある。ＰＭＳＭの磁極位置を検出
する場合、レゾルバを使用するか、あるいは固定子コイルに高周波電流を重畳するのが一
般的である。
特開２００１−１６０１９４号公報 In a system in which the PMSM is driven by an inverter, when performing torque control, it is necessary to accurately grasp the magnetic pole position of the permanent magnet in the rotor. When detecting the magnetic pole position of PMSM, it is common to use a resolver or to superimpose a high frequency current on a stator coil.
JP 2001-160194 A

しかしながら、レゾルバは高価であり、また部品点数が多いため構造上の信頼性は十分満
足できるものではない。また、固定子に高周波電流を重畳する方式の場合は、ＰＭＳＭ駆
動中は常に高周波電流に起因する電動機騒音が発生する、更に省エネルギーの観点からも
効率的とは言えない。 However, the resolver is expensive and has a large number of parts, so that the structural reliability is not satisfactory. Further, in the case of a method in which a high-frequency current is superimposed on the stator, motor noise is always generated due to the high-frequency current during PMSM driving, and it is not efficient from the viewpoint of energy saving.

そこで、本発明は、信頼性を確保でき、電動機騒音を低減することが出来る永久磁石式同
期電動機の制御装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for a permanent magnet type synchronous motor that can ensure reliability and reduce motor noise.

上記課題は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力出
力端に接続され、前記インバータから供給される交流電力により駆動し、回転子に磁気的
突極性を有する永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機が駆動している場合にの
み、前記回転子の磁極位置を検出することが可能な電動機動作時磁極位置検出手段と、前
記永久磁石同期電動機の回転子が停止している場合に、前記固定子に高周波電流を重畳す
ることにより回転子の磁極位置を検出する電動機停止時磁極位置検出手段と、前記回転子
が回転している場合は、前記電動機動作時磁極位置検出手段からの情報をもとに前記イン
バータを制御し、前記回転子が停止している場合は、前記電動機停止時磁極位置検出手段
からの情報をもとに前記インバータを制御することによって達成することが出来る。 The above-described problem is an inverter that converts DC power into AC power, and a permanent magnet synchronization that is connected to the AC power output terminal of the inverter, is driven by AC power supplied from the inverter, and has a magnetic saliency in the rotor Only when the electric motor and the permanent magnet synchronous motor are driven, the motor magnetic pole position detecting means capable of detecting the magnetic pole position of the rotor and the rotor of the permanent magnet synchronous motor are stopped. A motor-stop magnetic pole position detecting means for detecting a magnetic pole position of a rotor by superimposing a high-frequency current on the stator, and when the rotor is rotating, the magnetic pole position during motor operation When the inverter is controlled based on the information from the detecting means and the rotor is stopped, the inverter is controlled based on the information from the magnetic pole position detecting means when the motor is stopped. It can be achieved by controlling the over data.

上記課題は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力出
力端に接続され、前記インバータから供給される交流電力により駆動し、回転子に磁気的
突極性を有する永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機が駆動している場合にの
み、前記回転子の磁極位置を検出することが可能な電動機動作時磁極位置検出手段と、前
記回転子が回転している場合は、前記電動機動作時磁極位置検出手段からの情報をもとに
前記インバータを制御し、前記回転子が停止後に再起動する場合には、前記電動機動作時
磁極位置検出手段により検出された前記回転子の停止時の磁極位置をもとに前記インバー
タを制御することによって達成することが出来る。 The above-described problem is an inverter that converts DC power into AC power, and a permanent magnet synchronization that is connected to the AC power output terminal of the inverter, is driven by AC power supplied from the inverter, and has a magnetic saliency in the rotor When the electric motor and the permanent magnet synchronous motor are driven only when the rotor is rotating, the electric motor operating magnetic pole position detecting means capable of detecting the magnetic pole position of the rotor, When the inverter is controlled based on information from the magnetic pole position detecting means during motor operation and the rotor is restarted after being stopped, the rotor detected by the magnetic pole position detecting means during motor operation is detected. This can be achieved by controlling the inverter based on the magnetic pole position at the time of stopping.

上記課題は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力出
力端に接続され、前記インバータから供給される交流電力により駆動し、回転子に磁気的
突極性を有する永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機が駆動している場合にの
み、前記回転子の磁極位置を検出することが可能な第１の磁極位置検出手段と、前記永久
磁石同期電動機の前記固定子に高周波電流を重畳することにより回転子の磁極位置を検出
する第２の磁極位置検出手段とを有し、前記第１の磁極位置検出手段又は前記第２の磁極
位置検出手段からの情報をもとに前記インバータを制御することによって達成することが
出来る。 The above-described problem is an inverter that converts DC power into AC power, and a permanent magnet synchronization that is connected to the AC power output terminal of the inverter, is driven by AC power supplied from the inverter, and has a magnetic saliency in the rotor The first magnetic pole position detecting means capable of detecting the magnetic pole position of the rotor only when the electric motor and the permanent magnet synchronous motor are driven, and the stator of the permanent magnet synchronous motor have a high frequency Second magnetic pole position detection means for detecting the magnetic pole position of the rotor by superimposing current, and based on information from the first magnetic pole position detection means or the second magnetic pole position detection means This can be achieved by controlling the inverter.

本発明によれば、信頼性を確保でき、電動機騒音を低減することが出来る永久磁石式同期
電動機の制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, reliability can be ensured and the control apparatus of the permanent magnet type synchronous motor which can reduce an electric motor noise can be provided.

（第１の実施の形態） 本発明に基づく第１の実施の形態の永久磁石式同期電動機の制御
装置について図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の永
久磁石式同期電動機の制御装置の構成例を示すブロック図である。図２は、電動機動作時
磁極位置検出手段の正面図である。図３は、図２の速度検出装置により検出されるＡ相及
びＢ相の出力電圧の波形図である。 First Embodiment A permanent magnet synchronous motor control apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a control device for a permanent magnet type synchronous motor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the magnetic pole position detecting means during motor operation. FIG. 3 is a waveform diagram of output voltages of the A phase and the B phase detected by the speed detection device of FIG.

本発明に基づく第１の実施の形態の永久磁石式同期電動機の制御装置は、直流電力を交流
電力に変換するインバータ６と、前記インバータの交流電力出力端に接続され、前記イン
バータから供給される交流電力により駆動し、回転子に磁気的突極性を有する永久磁石同
期電動機７と、前記永久磁石同期電動機が駆動している場合にのみ、前記回転子の磁極位
置を検出することが可能な電動機動作時磁極位置検出手段８と、前記永久磁石同期電動機
の回転子が停止している場合に、前記固定子に高周波電流を重畳することにより回転子の
磁極位置を検出する電動機停止時磁極位置検出手段１５と、前記回転子が回転している場
合は、前記電動機動作時磁極位置検出手段からの情報をもとに前記永久磁石同期電動機か
ら出力されるトルクがトルク指令に一致するように前記インバータを制御し、前記回転子
が停止している場合は、前記電動機停止時磁極位置検出手段からの情報をもとに前記永久
磁石式同期電動機から出力されるトルクがトルク指令に一致するように前記インバータを
制御するすることを特徴としている。 A control device for a permanent magnet synchronous motor according to a first embodiment of the present invention is connected to an inverter 6 that converts DC power into AC power, and an AC power output terminal of the inverter, and is supplied from the inverter. A permanent magnet synchronous motor 7 driven by AC power and having magnetic saliency on the rotor, and an electric motor capable of detecting the magnetic pole position of the rotor only when the permanent magnet synchronous motor is driven. When the operating magnetic pole position detecting means 8 and the rotor of the permanent magnet synchronous motor are stopped, the motor stopped magnetic pole position detection detects the magnetic pole position of the rotor by superimposing a high frequency current on the stator. When the means 15 and the rotor are rotating, the torque output from the permanent magnet synchronous motor is based on the information from the magnetic pole position detecting means during motor operation. When the inverter is controlled to match the command and the rotor is stopped, the torque output from the permanent magnet type synchronous motor is based on the information from the magnetic pole position detecting means when the motor is stopped. The inverter is controlled so as to coincide with a torque command.

本実施の形態の永久磁石式同期電動機の制御装置は、図１に示すように、インバータ６、
永久磁石式同期電動機７、電動機動作時磁極位置検出装置（手段）８、高周波電流指令重
畳手段１１１と、電流制御手段１２と、電圧指令座標変換手段１３と、電流座標変換手段
１４と、磁極位置検出手段１５と、位相角推定判定部１６とから構成している。 電動機
動作時磁極位置検出装置８は、永久磁石式同期電動機が回転している場合に、速度検出器
１に設けられたＡ相センサ及びＢ相電圧により検出されるＡ相電圧とＢ相電圧に基づき、
磁極の位置を検出し、検出された磁極位置情報を位相角推定返底部１６へ出力する。 As shown in FIG. 1, the control device for the permanent magnet type synchronous motor of the present embodiment includes an inverter 6,
Permanent magnet type synchronous motor 7, motor operating magnetic pole position detection device (means) 8, high frequency current command superimposing means 111, current control means 12, voltage command coordinate conversion means 13, current coordinate conversion means 14, and magnetic pole position The detection unit 15 and the phase angle estimation determination unit 16 are configured. When the permanent magnet type synchronous motor is rotating, the magnetic pole position detecting device 8 during operation of the electric motor converts the A phase voltage and the B phase voltage detected by the A phase sensor and the B phase voltage provided in the speed detector 1. Based on
The magnetic pole position is detected, and the detected magnetic pole position information is output to the phase angle estimation return portion 16.

高周波電流指令重畳手段１１１は、永久磁石式同期電動機が停止し、起動する際に、モー
タ１のモータ回転子の回転周波数と異なる高周波数成分の回転電流指令を、トルクを出力
するために必要なｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令（ｑ軸：回転子突方向、ｄ軸：回転子
突方向と直角方向）にそれぞれ重畳する。高調波を重畳を行うトリガーとしては、マスコ
ンからのノッチ指令でも良いし、電動機動作時磁極位置検出装置８により回転子の停止を
検出した時点での検出信号等でも良い。 The high frequency current command superimposing means 111 is necessary for outputting a torque with a rotation current command having a high frequency component different from the rotation frequency of the motor rotor of the motor 1 when the permanent magnet synchronous motor is stopped and started. They are superimposed on the d-axis current command and the q-axis current command (q-axis: rotor projection direction, d-axis: direction perpendicular to the rotor projection direction), respectively. The trigger for superimposing the harmonics may be a notch command from a mascon, or a detection signal at the time when the rotor stoppage is detected by the magnetic pole position detection device 8 during motor operation.

電流制御手段１２は、電流座標変換手段１４からの出力であるモータ１のｄ軸電流および
ｑ軸電流の実際値が高周波電流指令重畳手段１１１から出力される電流指令値に追従する
ように、インバータ２出力のｄ軸電圧指令およびｑ軸電圧指令を操作する。 The current control means 12 is connected to the inverter so that the actual values of the d-axis current and q-axis current of the motor 1 that are outputs from the current coordinate conversion means 14 follow the current command values output from the high-frequency current command superimposing means 111. Operates two-output d-axis voltage command and q-axis voltage command.

電圧指令座標変換手段１３は、電流制御手段１２からの出力であるｄ軸電圧指令およびｑ
軸電圧指令を、磁極位置検出手段１５からの出力であるモータ回転子の位置推定値を用い
て、インバータ２の３相電圧指令に変換する。 The voltage command coordinate conversion means 13 is a d-axis voltage command that is an output from the current control means 12 and q
The shaft voltage command is converted into a three-phase voltage command for the inverter 2 using the estimated position value of the motor rotor, which is an output from the magnetic pole position detection means 15.

電流座標変換手段１４は、モータ１の３相電流（３相のうちの２相の電流検出値）を、磁
極位置検出手段１５からの出力であるモータ回転子の位置推定値を用いて、ｄｑ座標軸で
の値である上記ｄ軸電流およびｑ軸電流の実際値に変換する。 The current coordinate conversion means 14 uses the estimated position of the motor rotor, which is the output from the magnetic pole position detection means 15, as the dq q of the three-phase current of the motor 1 (the detected current value of the two phases of the three phases). The values are converted into actual values of the d-axis current and the q-axis current, which are values on the coordinate axes.

磁極位置検出手段１５は、電流制御手段１２からの出力であるｄ軸電圧指令およびｑ軸電
圧指令と、電流座標変換手段１４からの出力であるｄ軸電流およびｑ軸電流の実際値とを
用いて、それぞれの入力の値の高周波電流指令重畳手段１１１で重畳した高周波電流の周
波数成分を抽出し、かつこのｑ軸電圧高周波成分とｑ軸電流高周波成分との積から、ｄ軸
電圧高周波成分とｄ軸電流高周波成分との積を減じた値を算出し、この算出値の直流成分
がゼロとなるようにモータ回転子の回転速度推定値を補正して出力すると共に、モータ回
転子の回転速度推定値の時間積分値を上記モータ回転子の位置推定値として、位相角推定
判定部１６へ出力する。 The magnetic pole position detection unit 15 uses the d-axis voltage command and the q-axis voltage command that are output from the current control unit 12 and the actual values of the d-axis current and the q-axis current that are output from the current coordinate conversion unit 14. Thus, the frequency component of the high-frequency current superimposed by the high-frequency current command superimposing means 111 of each input value is extracted, and the product of the q-axis voltage high-frequency component and the q-axis current high-frequency component A value obtained by subtracting the product of the d-axis current high-frequency component is calculated, and the estimated rotational speed value of the motor rotor is corrected and output so that the DC component of the calculated value becomes zero. The time integral value of the estimated value is output to the phase angle estimation determination unit 16 as the estimated position value of the motor rotor.

位相角推定判定部１６は、電動機動作時磁極位置検出装置８により検出された磁極位置情
報と、磁極位置検出手段１５（電動機停止時磁極位置検出手段）により検出された磁極位
置情報の両方が入力された場合には、電動機動作時磁極位置検出手段８により検出された
磁極位置情報を電圧指令座標変換手段３へ出力する。 The phase angle estimation determination unit 16 receives both the magnetic pole position information detected by the magnetic pole position detection device 8 during motor operation and the magnetic pole position information detected by the magnetic pole position detection means 15 (magnetic pole position detection means when the motor is stopped). When the motor is operated, the magnetic pole position information detected by the magnetic pole position detecting means 8 is output to the voltage command coordinate converting means 3.

次に、ＰＭＳＭ起動時
の磁極位置推定について詳細に説明する。 Next, the magnetic pole position estimation at the time of starting PMSM will be described in detail.

高周波電流指令重畳手段１１１では、トルク指令に基づきあらかじめ記憶しておいたパタ
ーンにしたがったｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ１、ＩｑＲｅｆ１を入力として
、モータ１の回転周波数に対して十分高い周波数、例えば５００Ｈｚの高周波回転電流指
令ＩｄＲｅｆＨＦ、ＩｑＲｅｆＨＦをそれぞれの電流指令ＩｄＲｅｆ１、ＩｑＲｅｆ１に
重畳して、新たなｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ２、ＩｑＲｅｆ２が出力される
。 In the high-frequency current command superimposing means 111, a d-axis current command, q-axis current commands IdRef1, IqRef1 according to a pattern stored in advance based on the torque command are input, and a sufficiently high frequency with respect to the rotation frequency of the motor 1, For example, high frequency rotation current commands IdRefHF and IqRefHF of 500 Hz are superimposed on the current commands IdRef1 and IqRef1, and new d-axis current commands, q-axis current commands IdRef2 and IqRef2 are output.

この場合、入力されるｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ１、ＩｑＲｅｆ１は、例え
ば次のような式で与えられる。 In this case, the input d-axis current command, q-axis current commands IdRef1, and IqRef1 are given by the following equations, for example.

ＩｄＲｅｆ１＝ＴｒｑＲｅｆ＊ｋ＊ｃｏｓ（３π／４） ＩｑＲｅｆ１＝ＴｒｑＲｅ
ｆ＊ｋ＊ｓｉｎ（３π／４） （ＴｒｑＲｅｆ：トルク指令、ｋは定数） また、重
畳する高周波成分は、例えば次のような式で与えられる。 IdRef1 = TrqRef * k * cos (3π / 4) IqRef1 = TrqRe
f * k * sin (3π / 4) (TrqRef: torque command, k is a constant) Further, the high frequency component to be superimposed is given by the following equation, for example.

ＩｄＲｅｆＨＦ＝Ｉ１ＨＦ＊ｃｏｓ（２π＊ｆＨＦ＊ｔ） ＩｑＲｅｆＨＦ＝Ｉ１Ｈ
Ｆ＊ｓｉｎ（２π＊ｆＨＦ＊ｔ） （Ｉ１ＨＦ：高周波電流振幅、ｆＨＦ：重畳電流周
波数５００Ｈｚ、ｔ：時刻） さらに、出力する新たなｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令は、
例えば次のような式で与えられる。 IdRefHF = I1HF * cos (2π * fHF * t) IqRefHF = I1H
F * sin (2π * fHF * t) (I1HF: high-frequency current amplitude, fHF: superimposed current frequency 500 Hz, t: time) Further, a new d-axis current command and q-axis current command to be output are:
For example, it is given by the following formula.

ＩｄＲｅｆ２＝ＩｄＲｅｆ１＋ＩｄＲｅｆＨＦ ＩｑＲｅｆ２＝ＩｑＲｅｆ２＋Ｉｑ
ＲｅｆＨＦ 電流制御手段１２では、高周波電流指令重畳手段１１１から出力されるｄ軸
電流指令、ｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ２、ＩｑＲｅｆ２と、電流座標変換手段１４から出力
されるｄ軸電流、ｑ軸電流の実際値Ｉｄ、Ｉｑとを入力として、次のような演算により、
ｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ＶｑＲｅｆを求めて出力される。 IdRef2 = IdRef1 + IdRefHF IqRef2 = IqRef2 + Iq
In the RefHF current control unit 12, the d-axis current command and q-axis current commands IdRef2 and IqRef2 output from the high-frequency current command superimposing unit 111, and the actual values of the d-axis current and q-axis current output from the current coordinate conversion unit 14 are displayed. Using Id and Iq as inputs,
The d-axis voltage command and the q-axis voltage commands VdRef and VqRef are obtained and output.

ＶｄＲｅｆ＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ）＊（ＩｄＲｅｆ−Ｉｄ） ＶｑＲｅｆ＝（Ｋｐ＋Ｋ
ｉ／ｓ）＊（ＩｑＲｅｆ−Ｉｑ） （Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン、ｓはラ
プラス演算子） 電圧指令座標変換手段１３では、電流制御手段１２から出力されるｄ軸
電圧指令、ｑ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ＶｑＲｅｆと、磁極位置検出手段１５から出力され
る回転子位置推定値θｈとを入力として、次のような演算により、３相電圧指令Ｖｕ、Ｖ
ｖ、Ｖｗを求めて出力される。

Figure 2008086076
Figure 2008086076
 VdRef = (Kp + Ki / s) * (IdRef−Id) VqRef = (Kp + K
i / s) * (IqRef−Iq) (Kp: proportional gain, Ki: integral gain, s is Laplace operator) In the voltage command coordinate conversion means 13, the d-axis voltage command output from the current control means 12, q-axis With the voltage commands VdRef and VqRef and the rotor position estimated value θh output from the magnetic pole position detecting means 15 as inputs, the following calculation is performed to calculate the three-phase voltage commands Vu and V
v and Vw are obtained and output.
Figure 2008086076
Figure 2008086076

電流座標変換手段１４では、モータ１の３相のうちの２相の電流検出値Ｉｕ、Ｉｗと、磁
極位置検出手段１５から出力される回転子位置推定値θｈとを入力として、次のような演
算により、ｄ軸電流、ｑ軸電流の実際値Ｉｄ、Ｉｑを求めて出力される。

Figure 2008086076
In the current coordinate conversion means 14, the current detection values Iu and Iw of the two phases of the three phases of the motor 1 and the estimated rotor position value θh output from the magnetic pole position detection means 15 are input, and the following By calculation, the actual values Id and Iq of the d-axis current and the q-axis current are obtained and output.
Figure 2008086076

磁極位置検出手段１５では、電流制御手段１２から出力されるｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指
令ＶｄＲｅｆ、ＶｑＲｅｆと、電流座標変換手段１４から出力されるｄ軸電流、ｑ軸電流
の実際値Ｉｄ、Ｉｑとを入力として、次のような手順により、モータ回転子の位置推定値
θｈおよび回転角速度推定値ωｈを求めて出力される。 In the magnetic pole position detection means 15, the d-axis voltage command, q-axis voltage commands VdRef, VqRef output from the current control means 12, the d-axis current output from the current coordinate conversion means 14, the actual value Id of the q-axis current, Using Iq as an input, the estimated position θh and the estimated rotational angular velocity value ωh of the motor rotor are obtained and output by the following procedure.

すなわち、図１中のＢＰＦブロックは、バンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉ
ｌｔｅｒ）を示す。

Figure 2008086076
That is, the BPF block in FIG. 1 has a band pass filter (Band Pass Fi).
lter).
Figure 2008086076

（ｘは入力、ｙは出力、ｆＨＦは高周波電流指令重畳手段１１１で重畳する高周波電流周
波数成分（５００Ｈｚ）、Ｑは定数） ｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令ＶｄＲｅｆ、ＶｑＲ
ｅｆ、ｄ軸電流、ｑ軸電流Ｉｄ、ＩｑのバンドパスフィルタＢＦＰの出力結果を、それぞ
れＶｄＲｅｆＢＰＦ、ＶｑＲｅｆＢＰＦ、ＩｄＢＦＰ、ＩｑＢＰＦとし、まず次のような
評価関数Ｈが求められる。 (X is an input, y is an output, fHF is a high frequency current frequency component (500 Hz) superimposed by the high frequency current command superimposing means 111, Q is a constant) d-axis voltage command, q-axis voltage command VdRef, VqR
The output results of the band-pass filter BFP for ef, d-axis current, q-axis current Id, and Iq are VdRefBPF, VqRefBPF, IdBFP, and IqBPF, respectively. First, the following evaluation function H is obtained.

Ｈ＝ＶｑＲｅｆＢＰＦ＊ＩｑＢＰＦ−ＶｄＲｅｆＢＰＦ＊ＩｄＢＰＦ 次に、この評価関
数Ｈがゼロとなるように、比例積分制御により回転子角周波数推定値ωｈを求めて出力さ
れる。 H = VqRefBPF * IqBPF−VdRefBPF * IdBPF Next, the rotor angular frequency estimation value ωh is obtained and output by proportional integral control so that the evaluation function H becomes zero.

ωｈ＝（ＫｐＳＬ＋ＫｉＳＬ／ｓ）＊Ｈ （ＫｐＳＬ：比例ゲイン、ＫｉＳＬ：積分
ゲイン、ｓ：ラプラス演算子） さらに、回転子角周波数推定値ωｈの積分値が、モータ
回転子の位置推定値 θｈとして出力される。 ωh = (KpSL + KiSL / s) * H (KpSL: proportional gain, KiSL: integral gain, s: Laplace operator) Further, the integrated value of the rotor angular frequency estimated value ωh is output as the estimated position value θh of the motor rotor. Is done.

θｈ＝１／ｓ＊ωｈ （ｓ：ラプラス演算子）以上により、簡単な装置構成で、ＰＭ
ＳＭ起動時に、高精度の磁極位置推定値を得ることができる。 θh = 1 / s * ωh (s: Laplace operator) As described above, with a simple device configuration, PM
A highly accurate magnetic pole position estimation value can be obtained at SM startup.

次に、電動機動作時磁極位置検出装置８について詳細に説明する。電動機動作時磁極位置
検出装置８は、永久磁石式同期電動機７のロータシャフト（図示しない）に接続され、永
久磁石式同期電動機７の回転に伴い回転する円形の磁性鋼板であるセンサ歯車４と、この
センサ歯車４の外周に設けられた複数の凸凹を形成するセンサ歯車の歯５と、センサ歯車
４及びセンサ歯車４の歯５の外周側でセンサ歯車４及び歯５と接触しない位置に設けられ
た速度検出器１とから構成されている。 Next, the magnetic pole position detection device 8 during motor operation will be described in detail. The magnetic pole position detection device 8 during motor operation is connected to a rotor shaft (not shown) of the permanent magnet type synchronous motor 7 and is a sensor gear 4 that is a circular magnetic steel plate that rotates as the permanent magnet type synchronous motor 7 rotates. The sensor gear teeth 5 are formed on the outer periphery of the sensor gear 4 to form a plurality of irregularities, and the sensor gear 4 and the outer periphery side of the teeth 5 of the sensor gear 4 are provided at positions that do not contact the sensor gear 4 and the teeth 5. And a speed detector 1.

このように構成された電動機動作時磁極位置検出装置において、センサ歯車４の外周に形
成された歯５は、等間隔で複数設けられ、ひとつの歯５ａの高さだけ、他の歯５の高さよ
りも低く構成されている。速度検出器１は、磁石を内蔵し、センサ歯５に対向するように
設けられたＡ相センサ２と、Ａ相センサ２と所定の間隔で設置され、同じく磁石を内蔵し
センサ歯５と対向するように設けられたＢ相センサ３とから構成されている。 In the electric motor operating magnetic pole position detecting apparatus configured as described above, a plurality of teeth 5 formed on the outer periphery of the sensor gear 4 are provided at equal intervals, and the height of the other teeth 5 is set by the height of one tooth 5a. It is configured lower than this. The speed detector 1 includes a magnet and is installed at a predetermined interval from the A phase sensor 2 provided to face the sensor teeth 5 and the A phase sensor 2. It is comprised from the B-phase sensor 3 provided so that.

このように構成された電動機動作時磁極位置検出装置において、電動機の回転に伴い、磁
性鋼板であるセンサ歯車４が回転した場合電力が発生し、Ａ相センサ２及びＢ相センサ３
により、図２に示すＡ相出力電圧１０とＢ相出力電圧を検知することが出来る。 In the motor-operated magnetic pole position detecting apparatus configured as described above, electric power is generated when the sensor gear 4 that is a magnetic steel plate rotates with the rotation of the motor, and the A-phase sensor 2 and the B-phase sensor 3 are generated.
Thus, the A-phase output voltage 10 and the B-phase output voltage shown in FIG. 2 can be detected.

このように構成された電動機動作時磁極位置検出装置は、歯５ａの高さを他の歯５の高さ
よりも低くしているので、センサ１及び２が歯５ａと対向している際に検出される電圧は
、センサが他の歯と対向している際に検出される電圧よりも、低い電圧が検出される。そ
のため、低い電圧が検出された際には、歯５ａの位置を検出することが出来る。また歯５
ａの位置を基準として、他の歯の位置（回転角）も、Ａ相電圧１０及びＢ相電圧１１をカ
ウントすることにより検出することが出来る。また、Ａ相電圧１０及びＢ層電圧１１によ
り、電動機の回転方向も検出することができる。 Since the magnetic pole position detection device configured as described above is configured such that the height of the teeth 5a is lower than the height of the other teeth 5, the detection is performed when the sensors 1 and 2 face the teeth 5a. The detected voltage is lower than the voltage detected when the sensor faces other teeth. Therefore, when a low voltage is detected, the position of the tooth 5a can be detected. Tooth 5
The position (rotation angle) of other teeth can be detected by counting the A-phase voltage 10 and the B-phase voltage 11 with reference to the position of a. Further, the rotation direction of the electric motor can also be detected by the A phase voltage 10 and the B layer voltage 11.

このように構成された電動機動作時磁極位置検出装置８は、レゾルバを用いずに、簡単な
構成で鉄道車両駆動時の回転数と回転角を検出することが出来るので、鉄道車両用機器の
小型化にも貢献することが出来る。 The motor operating magnetic pole position detecting device 8 configured as described above can detect the rotation speed and rotation angle when driving the railway vehicle with a simple configuration without using a resolver. Can also contribute to the development.

このように構成された永久磁石式同期電動機の制御装置は、永久磁石式同期電動機７が動
作時（回転子が回転時）には、壊れにくいパルスジェネレータを改良した電動機動作時磁
極位置検出装置８により磁極位置を検出し、停車後に出発する場合などのの電動機の再起
動時には、短時間だけ高周波を重畳し、磁極位置を検出し、電動機動作時磁極位置検出装
置８により磁極位置が検出された時点で高周波重畳を止める構成としているので、高周波
重畳による騒音の発生時間を大幅に短縮することが出来、更にレゾルバを用いていないの
でシステムの信頼性も向上されている。 The control device for a permanent magnet type synchronous motor configured as described above is a motor operating magnetic pole position detection device 8 that is an improved pulse generator that is hard to break when the permanent magnet type synchronous motor 7 is operating (when the rotor is rotating). When the motor is restarted, such as when starting after stopping, the high frequency is superimposed for a short time to detect the magnetic pole position, and the magnetic pole position is detected by the magnetic pole position detection device 8 during motor operation. Since the high frequency superposition is stopped at the time, the noise generation time due to the high frequency superposition can be greatly shortened, and further, since the resolver is not used, the reliability of the system is improved.

（第２の実施の形態）本発明に基づく第２の実施の形態の永久磁石式同期電動機の制御装
置は、ＰＭＳＭの再起動時に必要な磁極位置情報を、磁極位置磁極位置検出装置８により
検出される停止時の磁極位置情報とし、第１の実施の形態で必要であった電動機停止時磁
極位置検出手段を不要にした点が第１の実施の形態の永久磁石式同期電動機の制御装置と
は異なる。 (Second Embodiment) A control apparatus for a permanent magnet synchronous motor according to a second embodiment of the present invention detects magnetic pole position information required when PMSM is restarted by a magnetic pole position magnetic pole position detector 8. The permanent magnet type synchronous motor control device of the first embodiment is that the magnetic pole position information at the time of stopping is used, and the magnetic pole position detecting means at the time of stopping the motor, which was necessary in the first embodiment, is unnecessary. Is different.

このように構成された永久磁石式同期電動機の制御装置は、再起動時直近の停止時の磁極
位置情報を記憶し、ＰＭＳＭ再起動時のインバータの制御をする構成としているので、第
１の実施の形態の制御装置のように高周波を重畳する必要がない。そのため、更なる低騒
音化を実現することが出来る。 The permanent magnet synchronous motor control apparatus configured as described above stores the magnetic pole position information at the time of the latest stop at the time of restart, and is configured to control the inverter at the time of PMSM restart. There is no need to superimpose a high frequency as in the control device of this form. Therefore, further noise reduction can be realized.

尚、電動機動作時磁極位置検出手段８は、Ａ相、Ｂ層電圧により磁極位置が特定できれば
良いので、その変形例としては、センサの歯５ａの高さを他の歯５の高さよりも高くする
構成や、センサ歯車４を楕円状とし電圧振幅を歯によって異ならせる構成、歯５ａと５ａ
の間に非導電体を貼り付け、Ａ相、Ｂ層電圧の振幅をのこぎり刃状にする構成等がある。
The magnetic pole position detecting means 8 at the time of the motor operation only needs to be able to identify the magnetic pole position based on the A phase and B layer voltages. As a modification, the height of the tooth 5a of the sensor is higher than the height of the other teeth 5. A configuration in which the sensor gear 4 is elliptical and the voltage amplitude varies depending on the teeth, teeth 5a and 5a
There is a configuration in which a non-conductive material is pasted between them to make the amplitudes of the A-phase and B-layer voltages sawtooth.

また、本発明に基づく永久磁石式同期電動機の制御装置は、運行時間が他の機器（自動車
やエレベータ）に比べると長く、周辺住民への配慮が必要な鉄道車両に搭載されると顕著
な効果を発揮すると考えられるが、鉄道車両のみに用途は限定されるものではない。 In addition, the permanent magnet synchronous motor control device according to the present invention has a remarkable effect when installed in a railway vehicle that requires a longer operation time than other devices (automobiles and elevators) and requires consideration for the surrounding residents. However, the application is not limited to rail vehicles.

本発明に基づく第１の実施の形態の永久磁石式同期電動機の制御装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control apparatus of the permanent-magnet-type synchronous motor of 1st Embodiment based on this invention. 電動機動作時磁極位置検出手段の正面図である。It is a front view of a magnetic pole position detection means at the time of motor operation. 図２の速度検出装置により検出されるＡ相及びＢ相の出力電圧の波形図である。It is a wave form diagram of the output voltage of A phase and B phase detected by the speed detection apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 速度センサ ２ Ａ相センサ ３ Ｂ相センサ ４ センサ歯車 ５ セ
ンサ歯車の歯 ６ インバータ ７ ＰＭＳＭ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Speed sensor 2 A phase sensor 3 B phase sensor 4 Sensor gear 5 Sensor gear tooth 6 Inverter 7 PMSM

Claims (3)

直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力出力端に接続さ
れ、前記インバータから供給される交流電力により駆動し、回転子に磁気的突極性を有す
る永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機が駆動している場合にのみ、前記回転
子の磁極位置を検出することが可能な電動機動作時磁極位置検出手段と、前記永久磁石同
期電動機の回転子が停止している場合に、前記固定子に高周波電流を重畳することにより
回転子の磁極位置を検出する電動機停止時磁極位置検出手段と、前記回転子が回転してい
る場合は、前記電動機動作時磁極位置検出手段からの情報に基づき前記インバータを制御
し、前記回転子が停止している場合は、前記電動機停止時磁極位置検出手段からの情報に
基づき前記インバータを制御することを備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の制
御装置。 An inverter that converts DC power into AC power; a permanent magnet synchronous motor that is connected to an AC power output terminal of the inverter, is driven by AC power supplied from the inverter, and has a magnetic saliency on a rotor; Only when the permanent magnet synchronous motor is driven, when the motor operating magnetic pole position detecting means capable of detecting the magnetic pole position of the rotor and the rotor of the permanent magnet synchronous motor are stopped An electric motor stop magnetic pole position detecting means for detecting a magnetic pole position of the rotor by superimposing a high frequency current on the stator; and, when the rotor is rotating, from the magnetic pole position detecting means during the motor operation The inverter is controlled based on information, and when the rotor is stopped, the inverter is controlled based on information from the magnetic pole position detecting means when the motor is stopped. Controller for a permanent magnet synchronous motor characterized by comprising a Rukoto. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力出力端に接続さ
れ、前記インバータから供給される交流電力により駆動し、回転子に磁気的突極性を有す
る永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機が駆動している場合にのみ、前記回転
子の磁極位置を検出することが可能な電動機動作時磁極位置検出手段と、前記回転子が回
転している場合は、前記電動機動作時磁極位置検出手段からの情報をもとに前記インバー
タを制御し、前記回転子が停止後に再起動する場合には、前記電動機動作時磁極位置検出
手段により検出された前記回転子の停止時の磁極位置をもとに前記インバータを制御する
ことを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。 An inverter that converts DC power into AC power; a permanent magnet synchronous motor that is connected to an AC power output terminal of the inverter, is driven by AC power supplied from the inverter, and has a magnetic saliency on a rotor; Only when the permanent magnet synchronous motor is driving, the motor magnetic pole position detecting means capable of detecting the magnetic pole position of the rotor, and when the rotor is rotating, when the motor is operating When the inverter is controlled based on information from the magnetic pole position detecting means and the rotor is restarted after being stopped, the magnetic pole at the time of stopping the rotor detected by the magnetic pole position detecting means at the time of operating the motor A control apparatus for a permanent magnet synchronous motor, wherein the inverter is controlled based on a position. 直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力出力端に接続さ
れ、前記インバータから供給される交流電力により駆動し、回転子に磁気的突極性を有す
る永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機が駆動している場合にのみ、前記回転
子の磁極位置を検出することが可能な第１の磁極位置検出手段と、前記永久磁石同期電動
機の前記固定子に高周波電流を重畳することにより回転子の磁極位置を検出する第２の磁
極位置検出手段とを有し、前記第１の磁極位置検出手段又は前記第２の磁極位置検出手段
からの情報をもとに前記インバータを制御することを特徴とする永久磁石同期電動機の制
御装置。 An inverter that converts DC power into AC power; a permanent magnet synchronous motor that is connected to an AC power output terminal of the inverter, is driven by AC power supplied from the inverter, and has a magnetic saliency on a rotor; A first magnetic pole position detecting means capable of detecting the magnetic pole position of the rotor only when the permanent magnet synchronous motor is driven, and a high frequency current is superimposed on the stator of the permanent magnet synchronous motor. And a second magnetic pole position detecting means for detecting the magnetic pole position of the rotor, and the inverter is controlled based on information from the first magnetic pole position detecting means or the second magnetic pole position detecting means. A control device for a permanent magnet synchronous motor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012110215A (en) * 2010-10-19 2012-06-07 Toshiba Corp Synchronous motor controller
JP2012151967A (en) * 2011-01-18 2012-08-09 Daikin Ind Ltd Power conversion device
JP2012165585A (en) * 2011-02-08 2012-08-30 Toshiba Corp Synchronous motor drive system
CN107317436A (en) * 2016-04-27 2017-11-03 蒂森克虏伯电梯（上海）有限公司 A kind of permanent magnetic synchronous traction machine

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