JP2017005900A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は過剰にトルクを制限する必要なく、減磁を回避することが可能な同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の同期電動機の制御装置は、ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、短絡装置を制御する短絡制御部と、を有し、電流指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流を減少させるように、ｑ相電流指令を制御し、短絡制御部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電流指令生成部がｑ相電流指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機を短絡するように短絡装置を制御する、ことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、同期電動機の制御装置に関し、特に、ダイナミックブレーキ動作時における同期電動機の減磁の発生を防止する同期電動機の制御装置に関する。

同期電動機を緊急停止させるためにダイナミックブレーキが用いられる。ダイナミックブレーキについて簡単に説明する。図１（ａ）に同期電動機（以下、単に「モータ」ともいう）が動作中の場合におけるモータ及び駆動アンプの接続状態を示す。モータ１００は動力線３００により駆動アンプ２００に接続され、モータ１００の三相コイル（図示せず）に電流が流れる。図１（ｂ）は、モータが動作中の場合のｄ−ｑ座標上で表した電圧ベクトル図である。ここで、Ｉ_dはｄ相電流、Ｉ_qはｑ相電流、Ｖ_dはｄ相電圧、Ｖ_qはｑ相電圧、Ｌ_dはｄ軸インダクタンス、Ｌ_qはｑ軸インダクタンス、ωは周波数、Ｋ_vは逆起電圧定数、Ｒは巻線抵抗である。

ダイナミックブレーキ動作を行う場合は、図２（ａ）に示すように、モータ１００を駆動アンプ２００から切り離し、モータ１００の三相コイルに接続された動力線３００を短絡状態にし、モータ１００の誘起電圧により三相コイルに流れる電流を制動電流としてモータ１００を制動する。図２（ｂ）は、モータのダイナミックブレーキ動作中の場合のｄ−ｑ座標上で表した電圧ベクトル図である。ダイナミックブレーキ動作中はモータ１００の端子間電圧が０［Ｖ］となる。従って、逆起電圧Ｋ_vωを打ち消すように逆向きのｑ相電流Ｉ_q（トルク生成電流）がモータ内に流れるため、ブレーキとなる。

ここで、ダイナミックブレーキ動作を開始すると、端子間電圧が大きい状態から０［Ｖ］に急激に減少する。そのため、ダイナミックブレーキ（以下、「ＤＢ」ともいう）開始直後は電流振幅が振動的になる。ＤＢ開始後のｄ相電流Ｉ_d及びｑ相電流Ｉ_qの時間的変化を図３に示す。図３（ａ）は時間０［ｓｅｃ］でのＤＢ開始直後の初期ｑ相電流Ｉ_qが０［Ａ］の場合を示し、図３（ｂ）は初期ｑ相電流Ｉ_qが大きい場合を示す。なお、便宜上、ｑ相電流Ｉ_q（トルク生成電流）はグラフ上の正の場合にモータが加速し、負の場合にモータが減速するものとする。また、ｄ相電流Ｉ_d（界磁弱め電流）は、グラフ上の正で界磁弱めとなるものとする。

図３（ａ）に示すように、初期ｑ相電流Ｉ_qが０［Ａ］の場合であってもｄ相電流Ｉ_dは振動するが電流振幅は比較的小さい。これに対して、図３（ｂ）に示すように、初期ｑ相電流Ｉ_qが大きい場合は、ｄ相電流Ｉ_dの振幅が、初期ｑ相電流Ｉ_qが０［Ａ］の場合よりも大きくなる。特に、ＤＢ開始直後の時間ｔ_mにおいてｄ相電流Ｉ_dが瞬間的に大きくなり、モータのロータに用いている永久磁石に減磁が生じる恐れがある。

そこで、ダイナミックブレーキ動作によって生じる減磁を抑制する方法が報告されている（例えば、特許文献１〜３）。特許文献１には、三相短絡の際に発生する過渡的な電流により生じうる永久磁石の不可逆減磁を防止するために、同期電動機の電流値が最大電流値未満になるように同期電動機の電流を制御する方法が開示されている。しかしながら、電流を抑制するためにｑ相電流Ｉ_qを予め制限するため、不必要にトルクが制限されるという問題が生じる。

特許文献２には、オン状態にされたときに三相モータが有する三相のコイルを短絡させ、オフ状態にされたときに三相のコイルの短絡を解消する３個のスイッチング素子と、３個のスイッチング素子をオン状態にしているときに、三相のコイルのうちいずれか１相のコイルに流れる電流が所定の閾値を超えた場合には、３個のスイッチング素子を第１の所定時間オフ状態とし、第１の所定時間が経過した後に３個のスイッチング素子をオン状態とするモータ制御装置が開示されている。しかしながら、コイルの短絡を解消するのは、コイルの電流が所定の閾値を超えた後であるので、ダイナミックブレーキによる減磁を完全に抑制することは難しいと考えられる。

特許文献３には、モータを緊急停止させるダイナミックブレーキ装置において、ダイナミックブレーキ動作を開始してから所定時間は、ブレーキ電流を制御するためのスイッチング素子の少なくとも一部のオンオフを繰返すＰＷＭ制御でブレーキをかけてダイナミックブレーキ電流を弱めるように制御し、所定時間経過後は、ＰＷＭ制御を行わずに全部のスイッチング素子を常時オン又はオフに固定して本来流れるべきダイナミックブレーキ電流を流すように制御するモータのダイナミックブレーキ装置が開示されている。しかしながら、この場合もダイナミックブレーキ電流を弱めるように制御するのはダイナミックブレーキ動作を開始させてからであるので、ダイナミックブレーキによる減磁を完全に抑制することは難しいと考えられる。

特許第５６１６４０９号公報 特開２０１３−０９９２１０号公報 特許第５１１３３９５号公報

そこで、本発明は過剰にトルクを制限することなく、同期電動機の減磁を回避しながらダイナミックブレーキ動作が可能な同期電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施例に係る同期電動機の制御装置は、ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、短絡装置を制御する短絡制御部と、を有し、電流指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流を減少させるように、ｑ相電流指令を制御し、短絡制御部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電流指令生成部がｑ相電流指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機を短絡するように短絡装置を制御する、ことを特徴とする。

本発明の一実施例に係る同期電動機の制御装置によれば、過剰にトルクを制限することなく、同期電動機の減磁を回避しながらダイナミックブレーキ動作を行うことができる。

従来の同期電動機において、同期電動機（モータ）が駆動中の場合のモータ及び駆動アンプの接続状態、及びｄ−ｑ座標上での電圧ベクトルを表す図である。 従来の同期電動機において、同期電動機（モータ）がダイナミックブレーキ動作中の場合のモータ及び駆動アンプの接続状態、及びｄ−ｑ座標上での電圧ベクトルを表す図である。 従来の同期電動機において、ダイナミックブレーキ動作初期のｑ相電流が０［Ａ］の場合のダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図、並びにダイナミックブレーキ動作初期のｑ相電流が大きい場合のダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図である。 本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置の構成図である。 本発明を適用しない場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図である。 本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図である。 本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させ、かつｄ相電流を増加させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図である。 電流位相変化前及び電流位相変化後のそれぞれの場合における、ｄ−ｑ座標上の電圧ベクトルを表す図である。 本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置の構成図である。 本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図である。 本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させ、かつｄ相電流を増加させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図である。 本発明の実施例４に係る同期電動機の制御装置を用いてｄ相電圧及びｑ相電圧が０［Ｖ］となった後にダイナミックブレーキを動作させた場合のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図である。 本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置の構成図である。 本発明の実施例６に係る同期電動機の制御装置の構成図である。 ダイナミックブレーキ動作後の過渡状態を考慮した場合のｄ−ｑ座標上の電圧ベクトルを表す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る同期電動機の制御装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置について図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置の構成図である。図４に示すように、本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置１０１は、ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部１と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部２と、同期電動機６０にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機６０を短絡する短絡装置３と、短絡装置３を制御する短絡制御部４と、を有し、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流を減少させるように、ｑ相電流指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電流指令生成部１がｑ相電流指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する、ことを特徴とする。

図４に示した本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置１０１について、詳細に説明する。三相交流電源１０からコンバータ２０へ三相交流電圧が入力され、コンバータ２０は直流電圧に変換して出力する。出力された直流電圧は平滑コンデンサ３０により平滑化された後、インバータ４０に入力される。インバータ４０は、ＰＷＭ信号生成部１２からのＰＷＭ信号Ｖ_U ^*、Ｖ_V ^*、Ｖ_W ^*に基づくＰＷＭ制御により直流電圧を、同期電動機６０を駆動するための所望の周波数の交流電圧に変換する。

インバータ４０と同期電動機６０との間には短絡装置３が設置されている。短絡装置３は、短絡制御部４からの信号Ｓに従って同期電動機６０の端子を短絡することによりダイナミックブレーキ動作を行う。

同期電動機６０に供給される三相電流のうち、Ｕ相電流Ｉ_U及びＶ相電流Ｉ_Vは、Ｕ相電流検出器４Ｕ及びＶ相電流検出器４Ｖにより検出され、検出結果は電流検出部２に出力される。電流検出部２は、Ｕ相電流Ｉ_U及びＶ相電流Ｉ_Vから、ｄ相電流Ｉ_d及びｑ相電流Ｉ_qを算出し、短絡制御部４及び電圧指令生成部５へ出力する。

同期電動機６０は、巻線６５Ｕ、６５Ｖ、６５Ｗを備えた固定子６３を有する。さらに、同期電動機６０は、固定子６３の内側に磁極６４ａ〜６４ｄを備え、中心軸６１を中心に回転する回転子６２を備えている。同期電動機６０は被駆動体７を駆動する。

同期電動機６０の近傍には、同期電動機６０の回転角θを検出する回転角検出器８が設置されている。回転角検出器８は回転角θの検出値を電流検出部２、ＰＷＭ信号生成部１２及び回転速度演算部９に出力する。回転速度演算部９は、回転角θを時間で微分して回転速度ωを算出する。算出された回転速度ωは、短絡制御部４、トルク指令生成部１１、電流指令生成部１、及び電圧指令生成部５に出力される。

上位制御装置１３は、トルク指令生成部１１及び短絡制御部４に速度指令ω^*を出力する。トルク指令生成部１１は、上位制御装置１３から速度指令ω^*を取得し、トルク指令τ^*を生成し、電流指令生成部１に出力する。

電流指令生成部１は、トルク指令生成部１１から出力されたトルク指令τ^*に基づいて、ｄ相電流指令Ｉ_d ^*及びｑ相電流指令Ｉ_q ^*を生成し、これらを電圧指令生成部５及び短絡制御部４に出力する。

電圧指令生成部５は、ｄ相電流指令Ｉ_d ^*及びｑ相電流指令Ｉ_q ^*からｄ相電圧指令Ｖ_d ^*及びｑ相電圧指令Ｖ_q ^*を生成し、ＰＷＭ信号生成部１２に出力する。

ＰＷＭ信号生成部１２は、ｄ相電圧指令Ｖ_d ^*及びｑ相電圧指令Ｖ_q ^*から各相のＰＷＭ信号Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*を生成し、インバータ４０に出力する。

同期電動機６０を停止させるためのダイナミックブレーキ信号は同期電動機の制御装置１０１の外部から電流指令生成部１及び短絡制御部４に入力される。なお、本発明を通常の減速停止が出来ないような非常停止の場合に適用するのが好適であるが、これには限られない。例えば、本発明を通常動作の減速にも適用することができる。

次に、本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置を用いた場合の効果について説明する。図５に本発明を適用しない場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図を示す。時間ｔ₀でダイナミックブレーキ（ＤＢ）動作を開始したとする。ＤＢ開始前はｄ相電流Ｉ_d及びｑ相電流Ｉ_qは一定であったところ、ＤＢ開始後は振動的となる。ＤＢ開始時のｑ相電流Ｉ_qが大きいほど振幅が大きくなり、ｄ相電流Ｉ_dの振幅が大きいと同期電動機の磁石の減磁を招くおそれがある点は上述した通りである。

そこで本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置においては、短絡制御部４が、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電流指令生成部１がｑ相電流指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御するようにしている。即ち、ダイナミックブレーキ信号を受信した後に即時にダイナミックブレーキを動作させるのではなく、電流指令生成部１がダイナミックブレーキ信号を受信してｑ相電流指令を制御してから所定の時間が経過した後にダイナミックブレーキを動作させている。図６に本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図を示す。時間ｔ₁において電流指令生成部１及び短絡制御部４がダイナミックブレーキ信号を受信したものとする。電流指令生成部１は時間ｔ₁でｑ相電流Ｉ_qが減少するようにｑ相電流指令を制御する。そうすると、時間ｔ₁以降にｑ相電流Ｉ_qは減少し始める。ｑ相電流Ｉ_qが十分減少したものと推定される時間ｔ₂においてダイナミックブレーキの動作を開始する。このように、本発明ではダイナミックブレーキ信号を受信したタイミングよりもダイナミックブレーキ動作を遅らせ、その間にｑ相電流Ｉ_qを減らすようにしている。その結果、ダイナミックブレーキ動作中の界磁弱め電流であるｄ相電流Ｉ_dの増加を抑制することができ、同期電動機の減磁を回避することができる。

ここで、ダイナミックブレーキ信号を受信してから即時にダイナミックブレーキ動作を開始するのではなく、本発明のように所定の時間だけダイナミックブレーキ動作を遅らせたとしても必ずしもデメリットにはならない点について説明する。図３（ａ）に示すように、ダイナミックブレーキ動作初期のｑ相電流Ｉ_qが０［Ａ］の場合には、ダイナミックブレーキ動作後、即座にｑ相電流Ｉ_qが負になり減速トルク発生する。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、ダイナミックブレーキ動作初期のｑ相電流Ｉ_qが大きい場合には、ダイナミックブレーキ動作後、しばらくはｑ相電流Ｉ_qが正となっており、このことは加速トルクが発生することを意味する。ｑ相電流Ｉ_qは振動的となるため、再びｑ相電流Ｉ_qが正となる。従って、ｑ相電流Ｉ_qが振動的になるほど加速トルクが発生する時間帯が長くなる。このように、ダイナミックブレーキ動作初期のｑ相電流Ｉ_qが大きい状態でダイナミックブレーキを動作させてもｑ相電流Ｉ_qが振動し瞬間的に加速になることがある。その結果、ダイナミックブレーキ信号を受信して即座にダイナミックブレーキを動作させたとしても、同期電動機を早く停止できるとは限らないといえる。以上の点から、ダイナミックブレーキ動作のディレイは必ずしもデメリットとはならないといえる。

次に、本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置の第１の変形例について説明する。第１の変形例では、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流を減少させるようにｑ相電流指令を制御すると共に、ｄ相電流を増加させるようにｄ相電流指令を制御する点を特徴とする。

図７に本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させ、かつｄ相電流を増加させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図を示す。時間ｔ₃において電流指令生成部１はダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流Ｉ_qを減少させるようにｑ相電流指令を制御すると共に、ｄ相電流Ｉ_dを増加させるようにｄ相電流指令を制御する。そして、ダイナミックブレーキ信号を受信してから所定時間後の時間ｔ₄において、ダイナミックブレーキ動作を開始させる。このようにｄ相電流Ｉ_dを増加させることによって、ダイナミックブレーキ動作直前のｄ相電圧及びｑ相電圧を下げることができる。

次に、本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置の第２の変形例について説明する。第２の変形例では、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、同期電動機の端子間電圧の振幅を小さくする方向にＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流す電流の位相を変更するようにｄ相電流指令及びｑ相電流指令を制御する点を特徴としている。

図８（ａ）、（ｂ）に、電流位相変化前、電流位相変化後のそれぞれの場合における、ｄ−ｑ座標上の電圧ベクトルを表す図を示す。図８（ａ）において、電流位相変化前のｄ相電流をＩ_d1、ｑ相電流をＩ_q1とする。ｄ相電流、ｑ相電流の指令の大きさを変更せず、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流す電流の位相をθだけずらすように指令を生成すると、電圧ベクトルは図８（ｂ）のように変化し、図８（ａ）よりも端子間電圧は小さくなる。なお、図８（ｂ）は端子間電圧ベクトルを同じくする図８（ｃ）と等価となる。電流位相変化後においてＩ_d1、Ｉ_q1は制御装置から観測される見かけ上のｄ相電流、ｑ相電流に過ぎないのに対し、Ｉ_d2は界磁弱めに寄与する実質的なｄ相電流、Ｉ_q2はトルク生成に寄与する実質的なｑ相電流ということができ、Ｉ_d2＞Ｉ_d1かつＩ_q1＞Ｉ_q2となる。したがって、電流位相をずらしてから所定時間経過後にダイナミックブレーキ動作を開始した場合でも実質的にはｑ相電流を減少させると共にｄ相電流を増加させ、上記第１変形例と同様の効果が得られることがわかる。なお電流位相を変更する効果の説明の便宜上、ｄ相電流、ｑ相電流の指令の大きさを変更しない場合を例に説明したが、ｄ相電流、ｑ相電流の指令の大きさを変更しながら電流位相を変更しても構わない。

以上説明したように、本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置によれば、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流Ｉ_qを減少させ、所定時間経過後にダイナミックブレーキ動作を開始するようにしているため、過剰にトルクを制限することなく、同期電動機の減磁を回避しながら同期電動機のダイナミックブレーキ動作を行うことができる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係る同期電動機の制御装置について図面を用いて説明する。図９は、本発明の実施例２に係る同期電動機の制御装置の構成図である。図９に示すように、本発明の実施例２に係る同期電動機の制御装置１０２は、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を生成する電圧指令生成部５と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部２と、同期電動機６０にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機６０を短絡する短絡装置３と、短絡装置３を制御する短絡制御部４と、を有し、電圧指令生成部５は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電圧指令生成部５がｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する、ことを特徴とする。

実施例２に係る同期電動機の制御装置１０２が、実施例１に係る同期電動機の制御装置１０１と異なっている点は、電圧指令生成部５及び短絡制御部４がダイナミックブレーキ信号を受信する点、及び電圧指令生成部５が、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電圧指令生成部５がｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する点である。実施例２に係る同期電動機の制御装置１０２のその他の構成は、実施例１に係る同期電動機の制御装置１０１における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本発明の実施例２に係る同期電動機の制御装置によれば、電圧指令生成部５が、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電圧指令生成部５がｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御するようにしている。そのため、実施例１と同様に、ダイナミックブレーキ動作時にｑ相電流Ｉ_qを減少させることができ、過剰にトルクを制限することなく、同期電動機６０の減磁を回避しながら同期電動機６０のダイナミックブレーキ動作を行うことができる。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置について説明する。本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置の構成は図４に示した本発明の実施例１に係る同期電動機の制御装置の構成と同様である。本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置は、ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部１と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部２と、同期電動機６０にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機６０を短絡する短絡装置３と、短絡装置３を制御する短絡制御部４と、を有し、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、ｑ相電流が予め定めた値に到達した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する、ことを特徴とする。

実施例３に係る同期電動機の制御装置が、実施例１に係る同期電動機の制御装置と異なっている点は、短絡制御部４が、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電流指令生成部１がｑ相電流指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する代わりに、短絡制御部４が、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、ｑ相電流が予め定めた値に到達した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する点である。実施例３に係る同期電動機の制御装置のその他の構成は実施例１に係る同期電動機の制御装置における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図１０に、本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図を示す。時間ｔ₅において電流指令生成部１及び短絡制御部４がダイナミックブレーキ信号を受信したものとする。電流指令生成部１は時間ｔ₅でｑ相電流Ｉ_qが減少するようにｑ相電流指令を制御する。そうすると、時間ｔ₅以降にｑ相電流Ｉ_qは減少し、時間ｔ₆においてｑ相電流Ｉ_qが予め定めた閾値Ｉ_qthに到達する。短絡制御部４は、ｑ相電流Ｉ_qが閾値Ｉ_qthに到達したものと判断した場合に、時間ｔ₆においてダイナミックブレーキ動作を開始する。このように、本発明ではｑ相電流Ｉ_qが所定の閾値Ｉ_qthに到達したことを確認した後にダイナミックブレーキ動作を開始している。その結果、ダイナミックブレーキ動作中の界磁弱め電流であるｄ相電流Ｉ_dの増加を抑制することができ、同期電動機６０の減磁を回避することができる。

次に、本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置の第１の変形例について説明する。第１の変形例では、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流を減少させるようにｑ相電流指令を制御すると共に、ｄ相電流を増加させるようにｄ相電流指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、ｑ相電流及びｄ相電流の少なくともいずれか一方がそれぞれ予め定めた値に到達した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する点を特徴とする。

図１１に本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置を用いてｑ相電流を減少させ、かつｄ相電流を増加させた場合におけるダイナミックブレーキ動作後のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図を示す。時間ｔ₇において電流指令生成部１はダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流Ｉ_qを減少させるようにｑ相電流指令を制御すると共に、ｄ相電流Ｉ_dを増加させるようにｄ相電流指令を制御する。そして、時間ｔ₈において、短絡制御部４が、ｑ相電流Ｉ_qが予め定めた値である閾値Ｉ_qthに到達したものと判断した場合に、ダイナミックブレーキ動作を開始させる。このようにｄ相電流Ｉ_dを増加させることによって、ダイナミックブレーキ動作直前のｄ相電圧及びｑ相電圧を下げることができる。上記の例では、ｑ相電流Ｉ_qが予め定めた値である閾値Ｉ_qthに到達したことを確認した後に、ダイナミックブレーキ動作を開始させる場合について例示したが、これには限られず、ｄ相電流Ｉ_dが閾値Ｉ_dthに到達したことを確認した後、または、ｑ相電流Ｉ_q及びｄ相電流Ｉ_dの両者がそれぞれの閾値Ｉ_qthまたはＩ_dthに到達したことを確認した後に、ダイナミックブレーキ動作を開始させるようにしてもよい。

次に、本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置の第２の変形例について説明する。第２の変形例では、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、同期電動機の端子間電圧の振幅を小さくする方向、あるいは、界磁弱め電流の方向に近づけるように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流す電流の位相を変更するようにｄ相電流指令及びｑ相電流指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、ｑ相電流及びｄ相電流の少なくともいずれか一方がそれぞれ予め定めた値に到達した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する点を特徴としている。第２の変形例では、電流の位相をずらすことによってｑ相電流Ｉ_qを減少させ、ｄ相電流Ｉ_dを増加させ、ｑ相電流Ｉ_q及びｄ相電流Ｉ_dの少なくともいずれか一方がそれぞれ予め設定した閾値Ｉ_qthまたはＩ_dthに到達したことを確認した後にダイナミックブレーキ動作を開始するようにしており、上記第１変形例と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置によれば、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流Ｉ_qが予め設定した閾値Ｉ_qthに到達したことを確認した後にダイナミックブレーキ動作を開始するようにしているため、過剰にトルクを制限することなく、同期電動機の減磁を回避しながら同期電動機のダイナミックブレーキ動作を行うことができる。

［実施例４］
次に、本発明の実施例４に係る同期電動機の制御装置について説明する。本発明の実施例４に係る同期電動機の制御装置の構成は図９に示した本発明の実施例２に係る同期電動機の制御装置の構成と同様である。本発明の実施例４に係る同期電動機の制御装置は、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を生成する電圧指令生成部５と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部２と、同期電動機６０にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機６０を短絡する短絡装置３と、短絡装置３を制御する短絡制御部４と、を有し、電圧指令生成部５は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、ｑ相電圧及びｄ相電圧の少なくともいずれか一方がそれぞれ予め定めた値に到達した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する、ことを特徴とする。

実施例４に係る同期電動機の制御装置が、実施例２に係る同期電動機の制御装置と異なっている点は、短絡制御部４が、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、電圧指令生成部５がｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する代わりに、短絡制御部４が、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、ｑ相電圧が予め定めた値に到達した後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置を制御する点である。実施例４に係る同期電動機の制御装置のその他の構成は実施例２に係る同期電動機の制御装置における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図１２に本発明の実施例４に係る同期電動機の制御装置を用いてｄ相電圧及びｑ相電圧が０［Ｖ］となった後にダイナミックブレーキを動作させた場合のｄ相電流及びｑ相電流の時間的変化を表す図を示す。図１２では、ｄ相電圧及びｑ相電圧をともに０［Ｖ］とする例を示したがこれには限られず、ｑ相電圧及びｄ相電圧の少なくともいずれか一方がそれぞれ予め定めた他の値に達した時にダイナミックブレーキを動作させるようにしてもよい。

図１２に示すように、ｑ相電圧が０［Ｖ］になるようにｄ相電流Ｉ_d及びｑ相電流Ｉ_qを調整してからダイナミックブレーキ動作を開始する場合には、ｄ相電流Ｉ_d及びｑ相電流Ｉ_qは振動しない。ただし、ダイナミックブレーキ信号を受信してから瞬間的にｄ相電圧及びｑ相電圧を０［Ｖ］とすると、即時にダイナミックブレーキを動作させた場合と同様にｄ相電流Ｉ_d及びｑ相電流Ｉ_qが振動する。そのため、ある程度の時間（例えば、数ｍｓｅｃ）をかけてｄ相電圧及びｑ相電圧を０［Ｖ］に近づけることが好ましい。このように、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を調整することによりｄ相電圧及びｑ相電圧を徐々に０［Ｖ］に近づける方法は、ｄ相電流Ｉ_d及びｑ相電流Ｉ_qの位相を見失った場合、ｄ相電圧Ｖ_d及びｑ相電圧Ｖ_qを区別せず０［Ｖ］にすればよいので、例えばモータの角度検出器が誤動作した場合にも使用することができる。

［実施例５］
次に、本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置について図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置の構成図である。図１３に示すように、本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置１０３は、ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部１と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部２と、同期電動機６０にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機６０を短絡する短絡装置３と、短絡装置３を制御する短絡制御部４と、検出されたｑ相電流に基づいて、最大のｄ相電流を逐次推定する最大電流推定部６と、を有し、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流を減少させるように、ｑ相電流指令を制御し、短絡制御部２は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、最大電流推定部６が推定したダイナミックブレーキ後の最大推定電流が許容値以下となった後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する点を特徴とする。

図５に示すように、短絡制御部４がダイナミックブレーキ信号を受信して即時にダイナミックブレーキ動作を開始すると、ｄ相電流が同期電動機６０の減磁を引き起こすレベルまで増加してしまう場合がある。そこで、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、電流指令生成部１はｑ相電流を減少させるようにｑ相電流指令を制御する。ここで、ダイナミックブレーキ動作後の最大のｄ相電流は、ダイナミックブレーキ動作時のｑ相電流に基づいて推定することが可能である。そこで、本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置においては、最大電流推定部６が、ｑ相電流の検出値に基づいて、最大のｑ相電流を逐次推定し、短絡制御部２は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、最大電流推定部６が推定したダイナミックブレーキ後の最大推定電流が許容値以下となった後にダイナミックブレーキ動作を開始する。このようにすることで、ｑ相電流の検出値に応じて、ダイナミックブレーキ動作を遅らせる時間を適切に決定することができるので、同期電動機の減磁を回避しながら迅速に同期電動機を停止させることができる。

なお、最大電流の許容値は同期電動機に用いている磁石の温度により変わる。そのため、磁石温度が高いほど許容値を下げるようにしてもよい。

次に、本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置の第１の変形例について説明する。第１の変形例では、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｑ相電流を減少させるようにｑ相電流指令を制御すると共に、ｄ相電流を増加させるようにｄ相電流指令を制御する点を特徴とする。

本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置の第１の変形例によれば、図１１を用いて説明した本発明の実施例３に係る同期電動機の制御装置の第１の変形例と同様に、ｄ相電流Ｉ_dを増やすことによって、ダイナミックブレーキ動作直前のｄ相電圧及びｑ相電圧を下げることができる。

次に、本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置の第２の変形例について説明する。第２の変形例では、電流指令生成部１は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、同期電動機の端子間電圧の振幅を小さくする方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流す電流の位相を変更するようにｄ相電流指令及びｑ相電流指令を制御する点を特徴としている。第２の変形例では、電流の位相をずらすことによってｑ相電流Ｉ_qを減少させ、ｄ相電流Ｉ_dを増加させ、ｑ相電流Ｉ_qが予め設定した閾値Ｉ_qthに到達したことを確認した後にダイナミックブレーキ動作を開始するようにしており、上記第１変形例と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明の実施例５に係る同期電動機の制御装置によれば、最大電流推定部を設けてダイナミックブレーキ動作開始後の最大のｄ相電流を逐次推定するようにしているので、同期電動機の減磁を回避しながら迅速に同期電動機を停止させることができる。

［実施例６］
次に、本発明の実施例６に係る同期電動機の制御装置について図面を用いて説明する。図１４は、本発明の実施例６に係る同期電動機の制御装置の構成図である。図１４に示すように、本発明の実施例６に係る同期電動機の制御装置１０４は、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を生成する電圧指令生成部５と、ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部２と、同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機６０を短絡する短絡装置３と、短絡装置３を制御する短絡制御部４と、検出されたｑ相電流に基づいて、最大のｄ相電流を逐次推定する最大電流推定部６と、を有し、電圧指令生成部５は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を制御し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、最大電流推定部６が推定したダイナミックブレーキ後の最大推定電流が許容値以下となった後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する点を特徴とする。

実施例６に係る同期電動機の制御装置１０４が、図９に示した実施例２に係る同期電動機の制御装置１０２と異なる点は、検出されたｑ相電流に基づいて、最大のｄ相電流を逐次推定する最大電流推定部６をさらに有し、短絡制御部４は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、最大電流推定部６が推定したダイナミックブレーキ後の最大推定電流が許容値以下となった後に、同期電動機６０を短絡するように短絡装置３を制御する点である。実施例６に係る同期電動機の制御装置１０４のその他の構成は、実施例２に係る同期電動機の制御装置１０２における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本発明の実施例６に係る同期電動機の制御装置によれば、実施例５に係る同期電動機の制御装置と同様に、最大電流推定部を設けてダイナミックブレーキ動作開始後の最大のｄ相電流を逐次推定するようにしているので、同期電動機の減磁を回避しながら迅速に同期電動機を停止させることができる。

次に、ダイナミックブレーキ動作後の過渡状態におけるｄ相電流及びｑ相電流について説明する。図１５に、ダイナミックブレーキ動作後の過渡状態を考慮した場合のｄ−ｑ座標上の電圧ベクトルを表す図を示す。図１５において、ｓｉｎ ωｔの係数の実効値を横軸にとり、ｃｏｓ ωｔの係数の実効値を縦軸にとっている。このとき、同期電動機の端子間電圧は以下の式（１）で表せる。

ダイナミックブレーキ動作後は、常に端子間電圧が０［Ｖ］であるので、以下の式（２）及び（３）が成り立つ。

上記の式（２）及び（３）を変形すると、以下の式（４）及び（５）が得られる。

一方、Δｔが小さければ下記の式（６）及び（７）が成立する。

従って、以下の式（８）及び（９）が得られる。

上記の式（８）及び（９）を用いることにより、ダイナミックブレーキ動作後の過渡状態におけるｄ相電流及びｑ相電流を算出することができる。

以上説明したように、本発明に係る同期電動機の制御装置によれば、過剰にトルクを制限することなく、同期電動機の減磁を回避しながらダイナミックブレーキ動作を行うことができる。

１ 電流指令生成部
２ 電流検出部
３ 短絡装置
４ 短絡制御部
５ 電圧指令生成部
６ 最大電流推定部
７ 被駆動体
８ 回転角検出器
９ 回転速度演算部
１０ 三相交流電源
１１ トルク指令生成部
１２ ＰＷＭ信号生成部
１３ 上位制御装置
２０ コンバータ
３０ 平滑コンデンサ
４０ インバータ
６０ 同期電動機

Claims (12)

1. ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部と、
   ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、
   同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、
   前記短絡装置を制御する短絡制御部と、を有し、
   前記電流指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｑ相電流を減少させるように、前記ｑ相電流指令を制御し、
   前記短絡制御部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記電流指令生成部が前記ｑ相電流指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、
   ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
2. 前記電流指令生成部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｑ相電流を減少させるように前記ｑ相電流指令を制御すると共に、前記ｄ相電流を増加させるように前記ｄ相電流指令を制御する、請求項１に記載の同期電動機の制御装置。
3. 前記電流指令生成部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後、同期電動機の端子間電圧の振幅を小さくする方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流す電流の位相を変更するように前記ｄ相電流指令及び前記ｑ相電流指令を制御する、請求項１に記載の同期電動機の制御装置。
4. ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
   ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、
   同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、
   前記短絡装置を制御する短絡制御部と、を有し、
   前記電圧指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｄ相電圧指令及び前記ｑ相電圧指令を制御し、
   前記短絡制御部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記電圧指令生成部が前記ｄ相電圧指令及び前記ｑ相電圧指令を制御してから所定の時間が経過した後に、同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、
   ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
5. ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部と、
   ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、
   同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、
   前記短絡装置を制御する短絡制御部と、を有し、
   前記電流指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｑ相電流を減少させるように、前記ｑ相電流指令を制御し、
   前記短絡制御部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記ｑ相電流が予め定めた値に到達した後に、同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、
   ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
6. 前記電流指令生成部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｑ相電流を減少させるように前記ｑ相電流指令を制御すると共に、前記ｄ相電流を増加させるように前記ｄ相電流指令を制御し、
   前記短絡制御部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記ｑ相電流及び前記ｄ相電流の少なくともいずれか一方がそれぞれ予め定めた値に到達した後に、同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、請求項５に記載の同期電動機の制御装置。
7. 前記電流指令生成部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後、同期電動機の端子間電圧の振幅を小さくする方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流す電流の位相を変更するように前記ｄ相電流指令及び前記ｑ相電流指令を制御し、
   前記短絡制御部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記ｑ相電流及び前記ｄ相電流の少なくともいずれか一方がそれぞれ予め定めた値に到達した後に、前記同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、請求項５に記載の同期電動機の制御装置。
8. ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
   ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、
   同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、
   前記短絡装置を制御する短絡制御部と、を有し、
   前記電圧指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｄ相電圧指令及び前記ｑ相電圧指令を制御し、
   前記短絡制御部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記ｑ相電圧及び前記ｄ相電圧の少なくともいずれか一方がそれぞれ予め定めた値に到達した後に、同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、
   ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
9. ｄ相電流指令及びｑ相電流指令を生成する電流指令生成部と、
   ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、
   同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、
   前記短絡装置を制御する短絡制御部と、
   検出された前記ｑ相電流に基づいて、最大のｄ相電流を逐次推定する最大電流推定部と、を有し、
   前記電流指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｑ相電流を減少させるように、前記ｑ相電流指令を制御し、
   前記短絡制御部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記最大電流推定部が推定したダイナミックブレーキ後の最大推定電流が許容値以下となった後に、同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、
   ことを特徴とする同期電動機の制御装置。
10. 前記電流指令生成部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｑ相電流を減少させるように前記ｑ相電流指令を制御すると共に、前記ｄ相電流を増加させるように前記ｄ相電流指令を制御する、請求項９に記載の同期電動機の制御装置。
11. 前記電流指令生成部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後、同期電動機の端子間電圧の振幅を小さくする方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流す電流の位相を変更するように前記ｄ相電流指令及び前記ｑ相電流指令を制御する、請求項９に記載の同期電動機の制御装置。
12. ｄ相電圧指令及びｑ相電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
    ｄ相電流及びｑ相電流を検出する電流検出部と、
    同期電動機にダイナミックブレーキをかけるために同期電動機を短絡する短絡装置と、
    前記短絡装置を制御する短絡制御部と、
    検出された前記ｑ相電流に基づいて、最大のｄ相電流を逐次推定する最大電流推定部と、を有し、
    前記電圧指令生成部は、ダイナミックブレーキ信号を受信した後、前記ｄ相電圧指令及び前記ｑ相電圧指令を制御し、
    前記短絡制御部は、前記ダイナミックブレーキ信号を受信した後であって、前記最大電流推定部が推定したダイナミックブレーキ後の最大推定電流が許容値以下となった後に、同期電動機を短絡するように前記短絡装置を制御する、
    ことを特徴とする同期電動機の制御装置。

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