特許 7301910 モータ制御装置、及びモータ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-23

(45)【発行日】2023-07-03

(54)【発明の名称】モータ制御装置、及びモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/185 20160101AFI20230626BHJP

【ＦＩ】

H02P6/185

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021113561

(22)【出願日】2021-07-08

(65)【公開番号】P2023009901

(43)【公開日】2023-01-20

【審査請求日】2021-07-08

(73)【特許権者】

【識別番号】390025265

【氏名又は名称】東芝エレベータ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤本 拓也

【審査官】柏崎 翔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－８８０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－５７０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－３４７６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ６／１８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二重巻線型同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記二重巻線型同期モータの第１巻線群に接続された第１インバータと、
前記二重巻線型同期モータの第２巻線群に接続された第２インバータと、
回転子が回転しない範囲で、前記第１インバータを用いて、電気角を変化させながら第１電流を前記第１巻線群に供給し、前記第２インバータを用いて、電気角を変化させながら第２電流を前記第２巻線群に供給する電流制御部と、
前記第１電流に対応する電圧のみに高周波電圧を重畳する重畳部と、
前記第１巻線群に流れる電流を検出する検出回路と、
前記検出回路により検出された電流に基づいて、前記回転子の磁極位置を推定する推定部と、
を具備するモータ制御装置。

【請求項2】

二重巻線型同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記二重巻線型同期モータの第１巻線群に接続された第１インバータと、
前記二重巻線型同期モータの第２巻線群に接続された第２インバータと、
回転子が回転しない範囲で、前記第１インバータを用いて、電気角を変化させながら第１電流を前記第１巻線群に供給し、前記第２インバータを用いて、電気角を変化させながら前記第１電流より低い第２電流を前記第２巻線群に供給する電流制御部と、
前記第２電流に対応する電圧のみに高周波電圧を重畳する重畳部と、
前記第２巻線群に流れる電流を検出する検出回路と、
前記検出回路により検出された電流に基づいて、前記回転子の磁極位置を推定する推定部と、
を具備するモータ制御装置。

【請求項3】

前記推定部は、前記検出回路により検出された電流のピークに対応する電気角を磁極位置と推定する
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記電流制御部から出力されかつｄ軸及びｑ軸に関する第１電圧指令を、３相交流に関する第２電圧指令に変換する電圧座標変換部をさらに具備し、
前記第１及び第２インバータは、前記第２電圧指令に基づいて動作する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記第２電圧指令に基づいてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成する生成部をさらに具備し、
前記第１及び第２インバータは、前記ＰＷＭ信号に基づいて動作する
請求項４に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記二重巻線型同期モータは、ＰＭＳＭ（Permanent Magnet Synchronous Motor）で構成される
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

二重巻線型同期モータを制御するモータ制御方法であって、
回転子が回転しない範囲で、前記二重巻線型同期モータの第１巻線群に接続された第１インバータを用いて、電気角を変化させながら第１電流を前記第１巻線群に供給し、
前記回転子が回転しない範囲で、前記二重巻線型同期モータの第２巻線群に接続された第２インバータを用いて、電気角を変化させながら第２電流を前記第２巻線群に供給し、
前記第１電流に対応する電圧のみに高周波電圧を重畳し、
前記第１巻線群に流れる電流を検出し、
前記検出された電流に基づいて、前記回転子の磁極位置を推定する
モータ制御方法。

【請求項8】

二重巻線型同期モータを制御するモータ制御方法であって、
回転子が回転しない範囲で、前記二重巻線型同期モータの第１巻線群に接続された第１インバータを用いて、電気角を変化させながら第１電流を前記第１巻線群に供給し、
前記回転子が回転しない範囲で、前記二重巻線型同期モータの第２巻線群に接続された第２インバータを用いて、電気角を変化させながら前記第１電流より低い第２電流を前記第２巻線群に供給し、
前記第２電流に対応する電圧のみに高周波電圧を重畳し、
前記第２巻線群に流れる電流を検出し、
前記検出された電流に基づいて、前記回転子の磁極位置を推定する
モータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、モータ制御装置、及びモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、同期電動機の制御装置では、回転角度センサを用いて回転角度を計測し、その回転角度に同期した電流を流すことによって同期電動機を駆動している。一方、コスト、設置スペース、信頼性等の問題により、回転角度センサを用いない「センサレス制御」の技術が開発されている。

【0003】

この技術の一つに、特に同期電動機の停止又は低速時に、回転子の磁気的突極性を利用して同期電動機に高周波電圧を印加した時の高周波電流に基づいて磁極位置を推定する技術、および磁気飽和現象を利用して磁極の極性を判別する技術がある。

【0004】

ここで、磁気的突極性と磁気飽和現象について簡単に説明する。

【0005】

磁気的突極性のある／なしは、磁束が通りやすいか否かで決まる。磁石は磁束が通りにくい物質である。これに対し、磁石を囲む鉄心は磁束が通りやすい。磁束の通りやすさは、インダクタンスＬの大きさで表れる。つまり、磁石のある方向は磁束が通りにくく、インダクタンスＬの値が小さい。一方、鉄心のある方向は磁束が通りやすく、インダクタンスＬの値が大きい。このように方向によって磁束の通りやすさに違いがあるものを「磁気的突極性あり」と呼んでいる。

【0006】

「磁気的突極性あり」の場合、モータが回転している場合もしくは低速のときでも電気的特性があるので、ｄｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑに基づいて磁極位置を推定することができる。

【0007】

「磁気飽和現象」とは、磁性体の中で磁束が過密して、磁束が通りにくくなる現象である。磁石は、元々磁束を通しにくい物質である。したがって、埋め込み磁石型のモータの場合、固定子コイルに流す電流による磁束を、回転子に対して一周させて磁束の通りやすさをインダクタンスＬから検出すれば、磁石が発する磁束と固定子コイルが発する磁束が同じ方向のときに磁束が通りやすく、すなわちインダクタンスＬが最も少なくなる。これを利用して、センサレスで磁極位置を推定できる。なお、「磁極位置を推定（検出）する」とは、「回転角度を推定（検出）」と同じ意味である。

【0008】

磁極位置推定により初期磁極位置を推定する場合、ｄ軸に大きな電流（例えば、モータ定格電流の１.５倍程度）を流して磁気飽和させる必要がある。二重巻線型同期モータにおいては、２系統のインバータの並列運転を前提に個々のインバータ容量が決定される。このため、１系統のインバータでは磁気飽和に十分な電流を出力できない場合がある。そのため、１系統のインバータのみで初期磁極位置を推定する場合、電流が不足して磁極位置推定の精度が悪化することが懸念される。

【0009】

また、２系統のインバータを使用して磁極位置を推定する場合、両系統で磁極位置を同時に推定することは、系統間の微小な差異による推定精度への影響が懸念される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特許第６７００９５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、回転子の磁極位置をより正確に推定することが可能なモータ制御装置、及びモータ制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

実施形態に係るモータ制御装置は、二重巻線型同期モータを制御するモータ制御装置であって、前記同期モータの第１巻線群に接続された第１インバータと、前記同期モータの第２巻線群に接続された第２インバータと、前記第１インバータを用いて、電気角を変化させながら第１電流を前記第１巻線群に供給し、前記第２インバータを用いて、電気角を変化させながら第２電流を前記第２巻線群に供給する電流制御部と、前記第１電流に対応する電圧に高周波電圧を重畳する重畳部と、前記第１巻線群に流れる電流を検出する検出回路と、前記検出回路により検出された電流に基づいて、回転子の磁極位置を推定する推定部とを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１実施形態に係るエレベータのブロック図である。

【図2】図２は、モータの一例を示す模式図である。

【図3】図３は、モータの回転座標系を説明する図である。

【図4】図４は、モータの構成を模式的に示した断面図である。

【図5】図５は、モータ制御装置における磁極位置推定動作を説明するフローチャートである。

【図6】図６は、第２実施形態に係るモータ制御装置における磁極位置推定動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。各機能ブロックは、ハードウェア及びソフトウェアのいずれかまたは両者を組み合わせたものとして実現することができる。各機能ブロックが以下の例のように区別されていることは必須ではない。例えば、一部の機能が例示の機能ブロックとは別の機能ブロックによって実行されてもよい。さらに、例示の機能ブロックがさらに細かい機能サブブロックに分割されていてもよい。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0015】

［１］ 第１実施形態
［１－１］ エレベータ１の構成
図１は、第１実施形態に係るエレベータ１のブロック図である。エレベータ１は、モータ１０、メインシーブ１１、そらせシーブ１２、ワイヤーロープ１３、乗りかご１４、カウンタウェイト（Ｃ／Ｗ）１５、及びモータ制御装置２０を備える。

【0016】

乗りかご１４は、昇降路内を昇降する。乗りかご１４とカウンタウェイト１５とはワイヤーロープ１３を介して繋がれる。ワイヤーロープ１３は、メインシーブ１１及びそらせシーブ１２に掛けられる。モータ１０が駆動することで、メインシーブ１１が回転する。そのとき、メインシーブ１１とワイヤーロープ１３との間に生じる摩擦力によって、ワイヤーロープ１３が巻き上げられる。

【0017】

モータ１０は、同期電動機（ＳＭ：Synchronous Motor）、又は永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）で構成される。本明細書では、モータ１０を同期モータとも呼ぶ。本実施形態では、モータ１０としてＰＭＳＭを例に挙げて説明する。

【0018】

モータ１０は、二重巻線型ＰＭＳＭで構成される。二重巻線とは、第１巻線群と第２巻線群との２つの巻線群を有する構造である。第１巻線群及び第２巻線群は、モータ１０の固定子（ステータ）に設けられる。第１巻線群及び第２巻線群の各々は、少なくともＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した３個の巻線を含む。モータ１０は、回転子（ロータ）の回転に同期して固定子に回転磁界を励磁する電動機である。モータ１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の励磁相に流れる３相交流電流によって回転磁界が発生し、回転子との磁気的相互作用により回転トルクが発生する。モータ１０の具体的な構成については後述する。

【0019】

モータ制御装置２０は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２、第１及び第２スイッチ２２－１、２２－２、第１及び第２電流検出回路２３－１、２３－２、パルスジェネレータ（ＰＧ）２４、及びインバータ制御装置３０を備える。第１及び第２インバータ２１－１、２１－２を区別する必要がない場合は、インバータ２１と表記する。第１及び第２スイッチ２２－１、２２－２を区別する必要がない場合は、スイッチ２２と表記する。第１及び第２電流検出回路２３－１、２３－２を区別する必要がない場合は、電流検出回路２３と表記する。

【0020】

インバータ２１は、直流電力を３相交流電力に変換する。インバータ２１は、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をスイッチング素子として、６個のＦＥＴを３相ブリッジ接続して構成される。インバータ２１は、後述するＰＷＭ信号生成部３８により生成されたスイッチング信号に基づいて、モータ１０を駆動する電力を生成する。２系統のインバータ（第１及び第２インバータ２１－１、２１－２）は、並列運転させることが可能である。２系統のインバータを並列運転させることを前提として、個々のインバータの容量が決定される。

【0021】

第１スイッチ２２－１は、第１インバータ２１－１とモータ１０との間に設けられる。第１スイッチ２２－１は、第１インバータ２１－１とモータ１０との経路の開状態及び閉状態を切り替える。第２スイッチ２２－２は、第２インバータ２１－２とモータ１０との間に設けられる。第２スイッチ２２－２は、第２インバータ２１－２とモータ１０との間の経路の開状態及び閉状態を切り替える。第１及び第２スイッチ２２－１、２２－２の各々は、３相分のスイッチング素子を有する。

【0022】

第１電流検出回路２３－１は、第１インバータ２１－１からモータ１０に流れる３相交流電流のうち２相又は３相の電流値を検出する。第２電流検出回路２３－２は、第２インバータ２１－２からモータ１０に流れる３相交流電流のうち２相又は３相の電流値を検出する。第１及び第２電流検出回路２３－１、２３－２により検出された電流値は、インバータ制御装置３０に送られる。

【0023】

パルスジェネレータ２４は、モータ１０の回転軸に取り付けられる。パルスジェネレータ２４は、モータ１０の回転子の回転に同期したパルス信号を発生する。パルスジェネレータ２４は、モータ１０の回転情報を検出する回路の一例であり、回転エンコーダとも呼ばれる。パルスジェネレータ２４の検出信号は、インバータ制御装置３０に送られる。インバータ制御装置３０は、パルスジェネレータ２４の検出信号に基づいて、モータ１０の回転速度、及び回転角を算出することが可能である。

【0024】

（インバータ制御装置３０の構成）
インバータ制御装置３０は、インバータ切替部３１、速度設定部３２、磁極位置推定部３３、電流座標変換部３４、電流制御部３５、電圧座標変換部３６、高周波電圧重畳部３７、及びＰＷＭ信号生成部３８を備える。

【0025】

インバータ切替部３１は、第１及び第２スイッチ２２－１、２２－２を用いて、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２とモータ１０との接続を切り替える。インバータ切替部３１は、スイッチング信号を第１及び第２スイッチ２２－１、２２－２に送る。

【0026】

速度設定部３２は、外部から起動指令、停止指令、及び回転速度指令などの制御信号を受ける。速度設定部３２は、パルスジェネレータ２４から検出信号を受ける。速度設定部３２は、制御信号及び検出信号に基づいて、電流指令を算出する。速度設定部３２により算出された電流指令は、電流制御部３５に送られる。

【0027】

磁極位置推定部３３は、第１及び第２電流検出回路２３－１、２３－２から電流値を受ける。磁極位置推定部３３は、第１及び第２電流検出回路２３－１、２３－２により検出された電流値に基づいて、磁極位置を推定する。磁極位置とは、回転子に設けられた永久磁石のＮ極の向きである。磁極位置の推定動作の詳細については後述する。

【0028】

電流座標変換部３４は、第１及び第２電流検出回路２３－１、２３－２から電流値を受ける。電流座標変換部３４は、磁極位置推定部３３から磁極位置の情報を受ける。磁極位置は、ｄ軸に対応する。回転子の回転座標系の詳細については後述する。電流座標変換部３４は、磁極位置に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流を、回転座標系のｄ軸電流、及びｑ軸電流に変換する。

【0029】

電流制御部３５は、速度設定部３２から電流指令を受け、電流座標変換部３４からｄ軸電流、及びｑ軸電流の情報を受ける。電流制御部３５は、速度設定部３２からの電流値と、電流座標変換部３４からの電流値との偏差が小さくなるように、ｄ軸電流、及びｑ軸電流を算出する。また、電流制御部３５は、ｄ軸電流、及びｑ軸電流にそれぞれ対応したｄ軸電圧指令、及びｑ軸電圧指令を算出する。磁極位置推定動作時には、電流制御部３５は、磁極位置推定用のｄ軸電流及びｄ軸電圧指令を算出する。また、電流制御部３５は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２のそれぞれに対して、電圧指令を算出する。

【0030】

電圧座標変換部３６は、電流制御部からｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を受け、磁極位置推定部３３から磁極位置の情報を受ける。電圧座標変換部３６は、磁極位置の情報に基づいて、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧指令に変換する。磁極位置推定動作時には、電圧座標変換部３６は、ｄ軸電圧指令を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧指令に変換する。また、電圧座標変換部３６は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２のそれぞれに対して、電圧指令を算出する。

【0031】

高周波電圧重畳部３７は、一定の振幅を有する高周波電圧を生成する。磁極位置推定動作時には、高周波電圧重畳部３７は、電圧座標変換部３６により生成された相電圧指令に高周波電圧を重畳する。高周波電圧の周波数は、相電圧の周波数より大きい。高周波電圧の振幅は、相電圧の振幅より小さい。また、高周波電圧重畳部３７は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２のそれぞれに対して、高周波電圧を生成する。

【0032】

ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号生成部３８は、電圧座標変換部３６から相電圧指令を受ける。ＰＷＭ信号生成部３８は、相電圧指令に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２に供給される。具体的には、ＰＷＭ信号は、インバータに含まれるスイッチング素子のゲートに供給される。スイッチング素子は、ＰＷＭ信号に基づいてオン及びオフが制御される。また、ＰＷＭ信号生成部３８は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２のそれぞれに対して、ＰＷＭ信号を生成する。

【0033】

［１－２］ モータ１０の構成
次に、モータ１０の構成の一例について説明する。図２は、モータ１０の一例を示す模式図である。

【0034】

モータ１０は、回転子４０、第１巻線群４１、及び第２巻線群４２を備える。第１巻線群４１、及び第２巻線群４２は、固定子に含まれる。第１巻線群４１、及び第２巻線群４２に対して回転子４０が共通化されている。

【0035】

回転子４０は永久磁石４０ａを有する。永久磁石４０ａは、Ｎ極及びＳ極を有する。永久磁石４０ａのＮ極の向きが磁極位置である。

【0036】

第１巻線群４１、及び第２巻線群４２はそれぞれ、異なる中性点を有する３相巻線を含む。

【0037】

第１巻線群４１は、Ｕ相巻線４１ａ、Ｖ相巻線４１ｂ、及びＷ相巻線４１ｃを有する。Ｕ相巻線４１ａ、Ｖ相巻線４１ｂ、及びＷ相巻線４１ｃは、電気角が順に１２０度ずれている。電気角とは、正弦波の電流の１周期を３６０度（２πラジアン）としたときの位相である。Ｕ相巻線４１ａ、Ｖ相巻線４１ｂ、及びＷ相巻線４１ｃにそれぞれ接続された端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、スイッチ２２－１を介して第１インバータ２１－１に接続される。Ｕ相巻線４１ａ、Ｖ相巻線４１ｂ、及びＷ相巻線４１ｃはそれぞれ、鉄心に巻かれている。

【0038】

第２巻線群４２は、Ｕ相巻線４２ａ、Ｖ相巻線４２ｂ、及びＷ相巻線４２ｃを有する。Ｕ相巻線４２ａ、Ｖ相巻線４２ｂ、及びＷ相巻線４２ｃは、電気角が順に１２０度ずれている。Ｕ相巻線４２ａ、Ｖ相巻線４２ｂ、及びＷ相巻線４２ｃにそれぞれ接続された端子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２は、スイッチ２２－２を介して第２インバータ２１－２に接続される。Ｕ相巻線４２ａ、Ｖ相巻線４２ｂ、及びＷ相巻線４２ｃはそれぞれ、鉄心に巻かれている。

【0039】

第１巻線群４１と第２巻線群４２とのなす角度が電気角で０°とされている。すなわち、第１巻線群４１のＵ相巻線４１ａと第２巻線群４２のＵ相巻線４２ａとのなす角度が電気角で０°とされている。

【0040】

次に、モータ１０の回転座標系について説明する。図３は、モータ１０の回転座標系を説明する図である。

【0041】

αβ軸静止座標系は、α軸及びβ軸を有する。α軸は、Ｕ相方向と一致し、β軸は、α軸から９０度位相の進んだ方向である。

【0042】

ｄｑ軸回転座標系は、ｄ軸及びｑ軸を有する。ｄ軸は、回転子４０の磁極位置の方向と一致する。ｑ軸は、ｄから９０度位相の進んだ方向である。α軸とｄ軸との位相差が回転角θである。

【0043】

モータ１０は、磁気的突極性を有する。ｄ軸は、モータ１０の回転子４０において静的インダクタンスが最も小さくなるベクトル軸である。ｑ軸は、モータ１０の回転子４０において静的インダクタンスが最も大きくなるベクトル軸である。

【0044】

［１－３］ 動作
上記のように構成されたエレベータ１の動作について説明する。

【0045】

まず、磁極位置推定動作について説明する。

【0046】

磁極位置推定動作では、固定子巻線の電気角を順次変化させながら、固定子巻線に連続的または間欠的に定電圧を印加する。固定子巻線への通電を回転子に対して1周（電気角３６０度）行う。電気角ごとに固定子巻線に流れる電流は、電流検出回路２３により検出される。固定子巻線への通電時間および印加電圧の大きさは、回転子が回転しないレベルに設定される。

【0047】

磁極位置推定動作では、回転子が回転しないレベルの電圧を複数の電気角で固定子巻線に印加したとき、回転子の磁極位置と固定子巻線による電流磁界との位置関係に応じて、インダクタンスが変化する性質を利用している。

【0048】

このインダクタンスの変化は、固定子鉄心の磁気飽和現象に基づいている。固定子巻線の電気角とｄ軸方向（回転子の磁極位置）とが揃った場合、回転子の永久磁石による磁束と電流による磁束とが加算される。これにより、磁気飽和が生じ、インダクタンスが低下する。このインダクタンスの低下を固定子電流の変化によって検出することができる。

【0049】

具体的には、電気角ごとの通電時間および印加電圧の指令値を一定にして、通電時間内での電流のピークを検出し、ピークが得られた電気角（すなわち、インダクタンスが最小となる電気角）が磁極位置であると推定する。

【0050】

図４は、モータ１０の構成を模式的に示した断面図である。図４の例は、４極の表面磁石型ＰＭＳＭ（ＳＰＭＳＭ）を示している。図４の４０は回転子、４３は固定子である。図４において、ｄｑ軸は、回転子の磁極に一致した回転座標系を示している。ｄ軸正方向は、Ｎ極の方向であり、ｄ軸負方向は、Ｓ極の方向である。ｑ軸正方向は、ｄ軸正方向とｄ軸負方向との間の磁極がない方向である。

【0051】

バイアス電流による磁束は、図４の状態でバイアス電流の位相を変化させた時にバイアス電流が作る磁束を模式的に表したものである。図４において、磁石磁束の方向とバイアス電流による磁束とが同一方向となる（１）の状態のとき、磁気飽和が発生してバイアス電流の方向のインダクタンスは低下する。（２）および（３）の状態のときは、磁石磁束がないかバイアス電流の磁束と逆向きのため、磁気飽和が発生せず、インダクタンスの低下は起こらない。

【0052】

磁気飽和によってインダクタンスが低下すると、固定子巻線に電流が流れやすくなる。この電流の変化を、電流検出回路で検出することで、磁極位置が推定できる。

【0053】

また、バイアス電流が小さい場合では、どの位相角でも磁気飽和が発生せずにインダクタンスの差が現れない。よって、バイアス電流を所定値より大きくすることが必要である。

【0054】

また、相電圧に高周波電圧を重畳すると、固定子巻線を流れる電流の変化がより顕著になる。よって、磁極位置をより正確に推定できる。

【0055】

図５は、モータ制御装置２０における磁極位置推定動作を説明するフローチャートである。ｄ軸を推定するために巻線に電流を流す動作をｄ軸電流通電と呼ぶ。相電圧に高周波電圧を重畳する動作を高周波電圧重畳と呼ぶ。

【0056】

まず、インバータ切替部３１は、スイッチ２２－１、２２－２をオンさせる。そして、インバータ切替部３１は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２とモータ１０とを接続する（ステップＳ１００）。

【0057】

続いて、電流制御部３５は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２を用いて、ｄ軸電流通電を開始する（ステップＳ１０１）。具体的には、電流制御部３５は、磁極位置推定に必要な電流値（ｄ軸電流）を指示する電流指令に対応する電圧指令を電圧座標変換部３６に送る。電圧座標変換部３６は、電圧指令に基づいて、第１インバータ２１－１用の電圧指令と、第２インバータ２１－２用の電圧指令とを生成する。ＰＷＭ信号生成部３８は、電圧指令に基づいて、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２を駆動する。

【0058】

第１及び第２インバータ２１－１、２１－２用を合わせたｄ軸電流は、磁気飽和が発生する電流量に設定される。例えば、ｄ軸電流は、モータ１０の定格電流の１．５倍程度に設定される。これにより、ｄ軸に磁気飽和を発生させることができる。

【0059】

続いて、電流制御部３５は、第１インバータ２１－１を用いて、高周波電圧重畳を開始する（ステップＳ１０２）。具体的には、高周波電圧重畳部３７は、第１インバータ２１－１用の電圧に高周波電圧を重畳する。なお、本実施形態では、第１インバータ２１－１を用いて高周波電圧重畳を行うようにしているが、第２インバータ２１－２を用いて高周波電圧重畳を行ってもよい。

【0060】

続いて、第１電流検出回路２３－１は、第１インバータ２１－１からモータ１０に流れる電流を検出する（ステップＳ１０３）。第１電流検出回路２３－１により検出された電流は、磁極位置推定部３３に送られる。

【0061】

続いて、電流制御部３５は、ｄ軸電流通電の電気角を順次変化させる（ステップＳ１０４）。具体的には、電流制御部３５は、電流の位相を連続的に変化させる。電気角は、例えばＵ相の電気角を基準にしている。

【0062】

続いて、電流制御部３５は、ｄ軸電流通電の電気角を１周させたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。モータ制御装置２０は、ｄ軸電流通電の電気角を１周させるまで、ステップＳ１０３及びＳ１０４を繰り返す。

【0063】

続いて、磁極位置推定部３３は、第１電流検出回路２３－１により検出された電流に基づいて、電流の変化量を判定する。そして、磁極位置推定部３３は、電流の変化量に基づいて、磁極位置を推定する（ステップＳ１０５）。具体的には、磁極位置推定部３３は、第１電流検出回路２３－１により検出された電流のピークに対応する電気角を磁極位置と推定する。

【0064】

その後、磁極位置推定部３３により推定された磁極位置に基づいて、モータ１０が駆動される。そして、モータ制御装置２０は、乗りかご１４を昇降させる。

【0065】

［１－４］ 第１実施形態の効果
第１実施形態では、２系統のインバータ（第１及び第２インバータ２１－１、２１－２）を用いて、ｄ軸電流通電を行う。また、１系統のインバータを用いて、高周波電圧重畳を行う。そして、ｄ軸電流通電及び高周波電圧重畳を行った１系統のインバータに流れる電流を用いて、磁極位置推定を行うようにしている。

【0066】

よって、第１実施形態によれば、磁極位置推定動作に用いる電流値を大きくすることができる。これにより、磁気飽和を生じさせることができるため、磁極位置とそれ以外の電気角での電流の変化量を大きくすることができる。この結果、磁極位置をより正確に推定することができる。

【0067】

また、ｄ軸電流に高周波電圧を重畳するようにしている。これにより、電流の変化をより正確に検出することができる。ひいては、磁極位置をより正確に推定できる。

【0068】

また、２系統のインバータのうち１系統を用いて、磁極位置を推定している。これにより、２系統のインバータ及び２系統の巻線群に構成上のバラツキがある場合でも、磁極位置の推定精度が劣化するのを抑制できる。

【0069】

また、通常運転では、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２を並列動作させることが可能である。これにより、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２の各々の負荷を低減できるため、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２の各々の容量を小さくできる。

【0070】

［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、２系統のインバータのうち１系統でｄ軸電流通電を行い、他の１系統で高周波電圧重畳を行うようにしている。

【0071】

［２－１］ 動作
図６は、第２実施形態に係るモータ制御装置２０における磁極位置推定動作を説明するフローチャートである。モータ制御装置２０のブロック図は、第１実施形態と同じである。

【0072】

インバータ切替部３１は、スイッチ２２－１、２２－２をオンさせる。そして、インバータ切替部３１は、第１及び第２インバータ２１－１、２１－２とモータ１０とを接続する（ステップＳ２００）。

【0073】

続いて、電流制御部３５は、第１インバータ２１－１を用いて、ｄ軸電流通電を開始する（ステップＳ２０１）。具体的には、電流制御部３５は、磁極位置推定に必要な電流値（ｄ軸電流）を指示する電流指令に対応する電圧指令を電圧座標変換部３６に送る。電圧座標変換部３６は、電圧指令に基づいて、第１インバータ２１－１用の電圧指令を生成する。ＰＷＭ信号生成部３８は、電圧指令に基づいて、第１インバータ２１－１を駆動する。

【0074】

続いて、電流制御部３５及び高周波電圧重畳部３７は、第２インバータ２１－２を用いて、高周波電圧重畳を開始する（ステップＳ２０２）。具体的には、電流制御部３５は、高周波電圧重畳用のｄ軸電圧指令を生成する。高周波電圧重畳部３７は、電流制御部３５により生成されたｄ軸電圧指令に高周波電圧を重畳する。ステップＳ２０２における高周波電圧重畳で用いられる電流は、ステップＳ２０１におけるｄ軸電流通電で用いられる電流より小さい。ステップＳ２０２における高周波電圧重畳の電気角は、ステップＳ２０１におけるｄ軸電流通電の電気角と同じである。電圧座標変換部３６は、高周波電圧が重畳された電圧指令に基づいて、第２インバータ２１－２用の電圧指令を生成する。ＰＷＭ信号生成部３８は、電圧指令に基づいて、第２インバータ２１－２を駆動する。

【0075】

続いて、第２電流検出回路２３－２は、第２インバータ２１－２からモータ１０に流れる電流を検出する（ステップＳ２０３）。第２電流検出回路２３－２により検出された電流は、磁極位置推定部３３に送られる。

【0076】

続いて、電流制御部３５は、ｄ軸電流通電及び高周波電圧重畳の電気角を順次変化させる（ステップＳ２０４）。

【0077】

続いて、電流制御部３５は、ｄ軸電流通電及び高周波電圧重畳の電気角を１周させたか否かを判定する（ステップＳ２０５）。モータ制御装置２０は、ｄ軸電流通電の電気角を１周させるまで、ステップＳ２０３及びＳ２０４を繰り返す。

【0078】

続いて、磁極位置推定部３３は、第２電流検出回路２３－２により検出された電流に基づいて、電流の変化量を判定する。そして、磁極位置推定部３３は、電流の変化量に基づいて、磁極位置を推定する（ステップＳ２０５）。

【0079】

なお、第１インバータ２１－１が高周波電圧重畳を行い、第２インバータ２１－２がｄ軸電流通電を行うようにしてもよい。

【0080】

第２実施形態では、１系統のインバータで磁気飽和を起こさせることが可能な小容量のモータを用いることを想定している。

【0081】

［２－２］ 第２実施形態の効果
第２実施形態によれば、高周波電圧重畳により検出される電流波形からｄ軸電流通電の影響を除去できる。これにより、磁極位置をより正確に推定することができる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。

【0082】

上記各実施形態では、モータを備えたエレベータを例に挙げて説明している。しかし、エレベータに限定されず、モータを制御するモータ制御装置を備えたエレベータ以外のシステムにも適用可能である。

【0083】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0084】

１…エレベータ、１０…モータ、１１…メインシーブ、１２…そらせシーブ、１３…ワイヤーロープ、１５…カウンタウェイト、２０…モータ制御装置、２１…インバータ、２２…スイッチ、２３…電流検出回路、２４…パルスジェネレータ、３０…インバータ制御装置、３１…インバータ切替部、３２…速度設定部、３３…磁極位置推定部、３４…電流座標変換部、３５…電流制御部、３６…電圧座標変換部、３７…高周波電圧重畳部、３８…ＰＷＭ信号生成部、４０…回転子、４０ａ…永久磁石、４１…第１巻線群、４１ａ…Ｕ相巻線、４１ｂ…Ｖ相巻線、４１ｃ…Ｗ相巻線、４２…第２巻線群、４２ａ…Ｕ相巻線、４２ｂ…Ｖ相巻線、４２ｃ…Ｗ相巻線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】