インバータ装置
【課題】速度センサレス制御により電動機を駆動するものにおいて、フリーラン状態の電動機の回転速度を精度良く同定することができるインバータ装置を提供する。
【解決手段】本実施形態のインバータ装置は、電動機の回転速度を検出する速度検出手段を用いることなく速度センサレス制御により電動機を駆動する電動機制御部を備えたインバータ装置である。電動機制御部は、電動機がフリーラン状態であるときの回転速度を所定のパラメータを用いた条件に基づいて同定する速度サーチ機能と、電動機を実際の運転条件に基づいて運転させながらパラメータをティーチングするティーチング機能とを有する。
【解決手段】本実施形態のインバータ装置は、電動機の回転速度を検出する速度検出手段を用いることなく速度センサレス制御により電動機を駆動する電動機制御部を備えたインバータ装置である。電動機制御部は、電動機がフリーラン状態であるときの回転速度を所定のパラメータを用いた条件に基づいて同定する速度サーチ機能と、電動機を実際の運転条件に基づいて運転させながらパラメータをティーチングするティーチング機能とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば瞬時停電などにより、インバータ装置からの電力供給が一時的に遮断されてフリーラン状態になった電動機を再始動する場合、そのフリーラン状態の電動機の回転速度と再始動時における指令回転速度とを一致させる必要がある。そのため、実速度を検出する手段を持たず、速度センサレス制御により電動機を駆動するインバータ装置の場合には、フリーラン状態の電動機の回転速度を同定（推定）する速度サーチが実施される。上記速度サーチとしては様々な手法が用いられるが、電動機の端子間電圧に基づいて間接的に回転速度を検出する手法を除いた各手法においては、速度同定の条件は所定のパラメータにより設定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２９０３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、速度センサレス制御により電動機を駆動するものにおいて、フリーラン状態の電動機の回転速度を精度良く同定することができるインバータ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態のインバータ装置は、電動機の回転速度を検出する速度検出手段を用いることなく速度センサレス制御により電動機を駆動する電動機制御部を備えたインバータ装置である。電動機制御部は、電動機がフリーラン状態であるときの回転速度を所定のパラメータを用いた条件に基づいて同定する速度サーチ機能と、電動機を実際の運転条件に基づいて運転させながらパラメータをティーチングするティーチング機能とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態を示すもので、インバータ装置の概略構成を示すブロック図
【図２】フリーラン直前の回転方向が正転側である場合において速度サーチを実施する際の各部の動作タイミングを示す図
【図３】フリーラン直前の回転方向が逆転側である場合における図２相当図
【図４】ティーチングの内容を示すフローチャート
【図５】一連の動作が実施されている期間における電動機の回転速度を示す図
【図６】一連の動作が実施されている期間における指令回転速度を示す図
【図７】速度サーチが実施されている期間における指令回転速度を示す図
【図８】速度サーチが実施されている期間における検出ｄ軸電流の波形を示す図
【図９】変形例を示す図１相当図
【図１０】速度サーチが実施されている期間における各部の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、誘導電動機を駆動するインバータ装置の構成を機能ブロックにより示したものである。図１に示すインバータ装置１は、実速度検出手段を有することなく回転速度を推定演算してベクトル制御を実行する。なお、図１では、ダイオードをブリッジ接続して構成されるコンバータ部、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）をブリッジ接続して構成される電圧型のインバータ部などを備えた主回路については図示を省略している。
【０００８】
電流検出器２は、例えばホールＣＴから構成されており、三相の誘導電動機である電動機３のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを検出する。なお、各相電流のうち、２相の電流を検出し、残りの１相の電流を演算により求める構成であってもよい。電動機３をセンサレスでベクトル制御する電動機制御部４は、高速演算可能なマイクロプロセッサを主体に構成されており、メモリに記憶された制御プログラムに従って処理を実行する。
【０００９】
座標変換部５は、Ｕ相の検出電流Ｉｕ、Ｖ相の検出電流ＩｖおよびＷ相の検出電流Ｉｗを入力して３相−２相変換および回転座標変換を行い、検出ｄ軸電流Ｉｄおよび検出ｑ軸電流Ｉｑを得る。ｄ軸は励磁電流軸であり、ｑ軸はトルク電流軸である。座標変換部６は、後述する指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊および指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を入力として回転座標変換および２相−３相変換を行い、出力すべきＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧ＶｖおよびＷ相電圧Ｖｗを決定するための電圧Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。電圧Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊はＰＷＭ発生部７においてＰＷＭ信号に変換された後、駆動回路およびインバータ部（いずれも図示せず）を介して電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして電動機３に与えられる。
【００１０】
速度推定部８は、指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊、指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊、検出ｄ軸電流Ｉｄ、検出ｑ軸電流Ｉｑなどを用いて電動機３の推定回転速度ωｓを演算する。電圧指令演算部９は、指令回転速度ωｓ＊、推定回転速度ωｓ、指令ｄ軸電流Ｉｄ＊、電動機定数の設定値などに基づいて、指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊および指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を演算する。
【００１１】
本実施形態の電動機制御部４は、速度推定部８などを用いてフリーラン状態にある電動機３の回転速度を推定する機能（速度サーチ機能）と、その速度サーチにおける速度同定の条件を決定するためのパラメータである判定閾値をティーチングする機能（ティーチング機能）とを有している。以下、電動機制御部４による速度サーチ機能について説明する。まず、フリーラン直前における電動機３の回転方向が正転側である場合について、図２を参照して説明する。なお、本実施形態において、正転側とは、速度サーチを行う際における指令回転速度ωｓ＊（掃引周波数）の初期値が示す回転方向と同一の回転方向のことを示している。また、逆転側とは上記正転側の反転の回転方向のことを示している。
【００１２】
図２は、フリーラン直前の回転方向が正転側である場合において速度サーチを実施する際の各部の動作タイミングを示している。図２において、（ａ）は運転方向（電動機３の回転方向）、（ｂ）は運転準備ＳＴ、（ｃ）は電動機３の回転速度（モータ速度）、（ｄ）は指令回転速度ωｓ＊（速度指令）、（ｅ）は検出ｄ軸電流（励磁電流）、（ｆ）は検出ｑ軸電流（トルク電流）を示している。なお、運転準備ＳＴがＯＮ（Ｈレベル）のときにはインバータ装置１に電源が供給されている状態であり、運転準備ＳＴがＯＦＦ（Ｌレベル）のときにはインバータ装置１に電源が供給されていない状態（電源遮断状態）である。このように、図２（ｂ）は、インバータ装置１に対する電源（電源電圧）の供給状態を示す。
【００１３】
図２に示すように、時刻ｔ１の時点において電源電圧が遮断される（運転準備ＳＴがＯＦＦされる）と、電動機３はフリーラン状態となる。そして、時刻ｔ２の時点において電源電圧の供給が復帰（復電）する（運転準備ＳＴがＯＮされる）。このように、時刻ｔ１〜ｔ２の間、電源電圧が遮断された状態（停電状態）となる。その後、時刻ｔ２〜ｔ３の間は、電動機３の残留電圧が減衰するまでの待ち時間である。この待ち時間は、残留電圧による検出ｄ軸電流および検出ｑ軸電流の誤差を低減するために設けられている。
【００１４】
時刻ｔ３の時点において、指令回転速度ωｓ＊は、最大回転速度（最高周波数）に設定される。この最高周波数とは、実際に想定される電動機３の速度範囲を包含する値に設定される。時刻ｔ３〜ｔ４の間、指令回転速度ωｓ＊は、最高周波数に固定される。これは、電動機３に流れる電流（モータ電流）を安定させるための待ち時間であり、電流振動による速度誤検出を防止するために設けられている。
【００１５】
時刻ｔ４の時点以降、最高周波数から一定のレートでの周波数掃引が実施される。つまり、指令回転速度ωｓ＊は、最大回転速度から一定の傾きで低下する。また、この場合、電圧指令は次のように決定される。すなわち、指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊は、掃引周波数（周波数掃引中の指令回転速度ωｓ＊）と電動機３の回転速度とが著しく乖離する状態（脱調状態）であってもトルクが発生することがないように十分に低減された掃引周波数に対応するＶ／Ｆ比に基づいて決定される。また、指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊はゼロにクランプされる。このように、電動機制御部４は、速度サーチを実施する際に周波数掃引を行う周波数掃引手段としての機能を有している。
【００１６】
上述したように周波数掃引が実施されている間、検出ｑ軸電流Ｉｑの値が随時確認される。そして、検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が反転した場合（Ｉｑがゼロクロスした場合）、検出ｄ軸電流Ｉｄの値が確認される。このときの検出ｄ軸電流Ｉｄは、Ｖ／Ｆ比を十分に低減したことにより、無負荷時における値（無負荷電流）と同程度（無負荷電流相当量）となる。つまり、検出ｄ軸電流Ｉｄは、比較的低い値となる。そこで、本実施形態では、検出ｑ軸電流Ｉｑがゼロクロスしたときにおける検出ｄ軸電流Ｉｄの値が所定の判定閾値以下であれば、電動機３の回転速度（実速度）と指令回転速度（掃引周波数）とが一致したと判断される（速度同定完了）。
【００１７】
すなわち、本実施形態では、フリーラン中の電動機３に対して上記したように周波数掃引を行い、その掃引中に検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が反転するという第１の条件および検出ｄ軸電流Ｉｄの値が判定閾値以下であるという第２の条件の双方を満たすとき（図２の時刻ｔ５の時点）、フリーラン状態における電動機３の回転速度が検出（同定）されることになる。詳細は後述するが、このように２つの条件を設定する理由は、フリーラン直前の回転方向が逆転側である場合であっても速度サーチを精度良く行うことを可能にするためである。また、上述した判定閾値は、インバータ装置１が製造工場から出荷される際には初期値（出荷設定閾値）に設定されているが、後述するティーチングにより、運転条件や駆動する電動機３の各種特性などに対応した最適な値に設定される。
【００１８】
時刻ｔ５〜ｔ６の間、指令回転速度ωｓ＊は、時刻ｔ５の時点における値（同定された速度）に固定される。これは、電動機３を再始動（再起動）する際における安定性を高めるための待ち時間である。この待ち時間が設けられることにより、磁束を安定させて再始動時における振動が抑制される。時刻ｔ６の時点において、電動機３は同定された速度でもって再始動され、その後は通常どおり駆動される。
【００１９】
続いて、フリーラン直前における電動機３の回転方向が逆転側である場合について、図３を参照して説明する。図３は、フリーラン直前の回転方向が逆転側である場合における図２相当図である。図３に示すように、時刻ｔ１の時点において電源電圧が遮断されると、電動機３はフリーラン状態となる。そして、時刻ｔ２の時点において電源電圧の供給が復帰する。その後の時刻ｔ２〜ｔ３の間は、前述した図２のケースと同様の待ち時間である。
【００２０】
時刻ｔ３の時点において、指令回転速度ωｓ＊は、最大回転速度（最高周波数）に設定される。このときの指令回転速度ωｓ＊が示す回転方向は正転側であり、フリーラン直前の指令回転速度ωｓ＊が示す回転方向（逆転側）とは反対となる。その後の時刻ｔ３〜ｔ４の間は、前述した図２のケースと同様の待ち時間である。
【００２１】
時刻ｔ４の時点以降、最高周波数から一定のレートでの周波数掃引が実施される。なお、この場合の電圧指令についても図２のケースと同様に決定される。そして、このように周波数掃引が実施されている間、検出ｑ軸電流Ｉｑの値および検出ｄ軸電流Ｉｄの値が随時確認される。図３のケースでは、掃引周波数がゼロを通過するとき（時刻ｔａ）、検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が正から負に反転する。また、その後の時刻ｔｂにおいて、検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が負から正に反転する。
【００２２】
しかし、これら時刻ｔａ、ｔｂの時点において、電動機３の回転速度（実速度）と指令回転速度（掃引周波数）との関係は脱調状態であると考えられる。そのため、これら時刻ｔａ、ｔｂの時点における検出ｄ軸電流の値は、実際に電動機３の回転速度と指令回転速度とが一致する（一致したと判断される）時点（時刻ｔ５）における検出ｄ軸電流の値に比べて大きい値を示す。図３のケースでは、これら時刻ｔａ、ｔｂの時点では、検出ｄ軸電流の値が判定閾値を超えているため、速度同定完了とはならない。
【００２３】
その後、時刻ｔ５の時点において、第１の条件および第２の条件の双方が満たされることにより、電動機３の回転速度（実速度）と指令回転速度（掃引周波数）とが一致したと判断される（速度同定完了）。このようなことから、判定閾値は、上述した時刻ｔａ、ｔｂなど、脱調状態であるときの検出ｄ軸電流の値を確実に下回るような値に設定されればよいことになる。その後の時刻ｔ５〜ｔ６の間は、前述した図２のケースと同様の待ち時間である。そして、時刻ｔ６の時点において、電動機３は同定された速度でもって再始動され、その後は通常どおり駆動される。
【００２４】
次に、判定閾値を最適値にティーチングする方法（ティーチング機能）について、図４〜図８を参照して説明する。上記ティーチングの概要は、以下のとおりである。
［１］判定閾値の仮の値（仮閾値）を設定する。
［２］試験周波数（指令回転速度ωｓ＊）を周波数１〜８のいずれかに設定する。
［３］設定された試験周波数で電動機３を運転する。
［４］電動機をフリーラン状態とする。
［５］速度サーチを開始する。
［６］速度同定が完了した時点での検出ｄ軸電流の値を取得する。
［７］仮閾値および検出ｄ軸電流の値のうち、高い値を新たな仮閾値に設定する。
［８］全ての周波数１〜８が試験周波数に設定されるまで［２］〜［７］を繰り返す。
［９］最終的に設定されていた仮閾値にマージンαを加えた値を判定閾値に設定する。
ただし、周波数１〜８は、それぞれ値の異なる８通りの周波数である。
【００２５】
このようなティーチングの詳細について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１において、ティーチングを実施するか否かが判断される。例えば、ユーザは、インバータ装置１の図示しない操作部を操作することで実施の可否を入力する。ティーチングを実施する旨の操作がなされない場合（ステップＳ１で「ＮＯ」）、通常運転が開始される（ステップＳ２）。
【００２６】
一方、ティーチングを実施する旨の操作がなされた場合（ステップＳ２で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、変数ｎが「１」に設定されるとともに、仮閾値が「出荷設定閾値」に設定される（初期設定）。変数ｎおよび仮閾値は、以降の処理において使用される。出荷設定閾値は、インバータ装置１が製造工場から出荷される際に設定されている初期値である。続くステップＳ４では、試験周波数が「周波数ｎ」に設定される。従って、最初にステップＳ４が実施される場合、試験周波数は周波数１に設定される。
【００２７】
ステップＳ５では、ステップＳ４において設定された試験周波数で電動機３が運転される。そして、ステップＳ６において電動機３がフリーラン状態とされ、ステップＳ７において速度サーチが開始される。続くステップＳ８では、速度サーチが完了したか否かが判断される。速度サーチが完了したと判断されると（ステップＳ８で「ＹＥＳ」）、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、速度サーチが完了した時点における検出ｄ軸電流（検出励磁電流）の値が取得される。
【００２８】
ステップＳ１０では、ステップＳ９において取得された検出ｄ軸電流の値（検出値）と仮閾値との比較が行われる。検出値が仮閾値より大きい場合（ステップＳ１０で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、ステップＳ９において取得された検出値が新たな仮閾値として設定され、ステップＳ１２に移行する。一方、検出値が仮閾値より小さい場合（ステップＳ１０で「ＮＯ」）、ステップＳ１１を実行することなくステップＳ１２に移行する。
【００２９】
ステップＳ１２では、変数ｎの値が「１」だけインクリメントされる（ｎ＝ｎ＋１）。続くステップＳ１３では、変数ｎの値が「８」より大きいか否かが判断される。この場合、ｎ＝２であるため、「ＮＯ」となり、ステップＳ４に戻る。その後は、ステップＳ１３において「ＹＥＳ」となるまで（変数ｎが９になるまで）、ステップＳ４〜Ｓ１３の処理が繰り返し実行される。つまり、８つの周波数１〜８の全てが試験周波数として設定されるまで、ステップＳ４〜Ｓ１３の処理が繰り返し実行される。
【００３０】
このような処理により、ステップＳ１３で「ＹＥＳ」になった時点における仮閾値は、出荷設定閾値および取得された８つの検出ｄ軸電流の値のうち、最も大きい値と同一の値に設定されていることになる。そして、ステップＳ１４において、仮閾値に対しマージンαを加えた値が判定閾値として設定され、処理が終了する。
【００３１】
図５は、上記一連の動作（運転→フリーラン→速度サーチ）が実施されている期間における電動機３の回転速度を示しており、図６は、同期間における指令回転速度ωｓ＊を示している。本実施形態では、図５および図６に示すように、周波数１（ｆ１）は８０Ｈｚ、周波数２（ｆ２）は７０Ｈｚ、周波数３（ｆ３）は６０Ｈｚ、周波数４（ｆ４）は５０Ｈｚ、周波数５（ｆ５）は４０Ｈｚ、周波数６（ｆ６）は３０Ｈｚ、周波数７（ｆ７）は２０Ｈｚ、周波数８（ｆ８）は１５Ｈｚとしている。なお、周波数１〜８の値は、適宜変更可能であり、例えば、実際に想定される電動機３の速度範囲内の任意の８つの周波数などに設定するとよい。また、試験周波数として設定する周波数は８通りに限らずともよく、その数は適宜変更可能である。
【００３２】
図７は、速度サーチが実施されている期間における電動機３の指令回転速度を示しており、図８は、同期間における検出ｄ軸電流の波形を示している。図７および図８に示すように、速度サーチが完了した時点における検出ｄ軸電流の値（最小値）、つまりステップＳ９において取得される検出ｄ軸電流の値は、設定されている試験周波数ごとに異なっていることが分かる。具体的には、試験周波数が低いほど、検出ｄ軸電流の最小値が大きくなっている。つまり、周波数１を試験周波数として速度サーチを実施した場合の検出ｄ軸電流の値が最も小さい値であり、周波数８を試験周波数として速度サーチを実施した場合の検出ｄ軸電流の値が最も大きい値である。
【００３３】
このように、速度サーチが実施される際における検出ｄ軸電流の値（状態量）は、周波数などの運転条件に応じて変化する。さらに、上記検出ｄ軸電流の値は、使用される電動機３の特性（例えば、磁気飽和特性など）によっても変化する。そのため、判定閾値として固定の値を用いて速度サーチを実施すると、正しく速度同定が行えない事態が生じる可能性がある。例えば、想定される検出ｄ軸電流の最小値のうち最も小さい値（例えば周波数１のときの値）よりも判定閾値が小さく設定されている場合、第１の条件および第２の条件の双方を満たすことができなくなり、速度同定が完了しない。また、判定閾値がむやみに大きく設定されている場合、前述した電動機３の回転速度と指令回転速度との関係が脱調状態であるときに第１の条件および第２の条件の双方を満たしてしまい、誤った速度同定が行われてしまう。
【００３４】
これに対し、本実施形態の電動機制御部４は、速度サーチを行う際に用いられる判定閾値をティーチングする機能を備えている。そして、そのティーチングは、実際に適用される電動機３を実際の運転条件に近い形で運転しながら行われる。上記ティーチングが実施される結果、想定される検出ｄ軸電流の最小値のうち最も大きい値（例えば周波数８のときの値）に対しマージンαを加えた値が判定閾値として設定される。これにより、インバータ装置１は、運転条件や使用される電動機３の特性などに対応した判定閾値を用いた速度サーチを実行することが可能となる。従って、本実施形態によれば、適用する電動機３の特性や運転条件などが変化する場合であっても、フリーラン時における速度サーチを精度良く実施することができる。そのため、電動機３がフリーラン状態となった後の再始動の信頼性を高めることができる。
【００３５】
なお、本実施形態は次のように変形してもよい。すなわち、前述した試験周波数および検出ｄ軸電流の最小値の関係を利用し、電動機３の運転周波数に応じて判定閾値を変化させるようにしてもよい。具体的には、運転周波数が低くなるに従って判定閾値を高くするとともに、運転周波数が高くなるに従って判定閾値を低くする。このようにすれば、速度サーチの精度が一層高まるという効果が得られる。
【００３６】
また、フリーラン状態の電動機の回転速度を同定する速度サーチの方法については、上述した手法に限らずともよく、電動機の端子間電圧に基づいて間接的に回転速度を検出する手法を除いた様々な手法に変更可能である。その場合、それらの速度サーチにおいて速度同定の条件を設定するために用いられるパラメータをティーチングし、最適化を図ればよい。
【００３７】
図９および図１０は、速度サーチの方法を変更した一変形例を示している。図９は、本変形例の構成を示す図１相当図である。図９に示すインバータ装置２１は、図１に示したインバータ装置１と同様に速度センサレス制御により電動機３を駆動する。インバータ装置２１の電動機制御部２２は、図１に示したインバータ装置１の電動機制御部４に対し、速度推定部８および電圧指令演算部９に代えて、電圧指令演算部２３を備えている点が異なる。電圧指令演算部２３は、減算器２４、Ｐ演算器２５、減算器２６、ＰＩ演算器２７、除算器２８および加算器２９を備えている。
【００３８】
減算器２４およびＰ演算器２５は、ｄ軸電流制御を行う。すなわち、減算器２４は、指令ｄ軸電流Ｉｄ＊から検出ｄ軸電流Ｉｄを減じてｄ軸電流偏差を求める。Ｐ演算器２５は、ｄ軸電流偏差に対してＰ演算（比例演算）を行って指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊を出力する。減算器２６およびＰＩ演算器２７は、ｑ軸電流制御を行う。すなわち、減算器２６は、指令ｑ軸電流Ｉｑ＊から検出ｑ軸電流Ｉｑを減じてｑ軸電流偏差を求める。ＰＩ演算器２７は、ｑ軸電流偏差に対してＰＩ演算（比例積分演算）を行って指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を出力する。除算器２８は、指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を係数Ｋで除して周波数ωbemfを求める。加算器２９は、掃引周波数ωscanに周波数ωbemfを加えて一次周波数ω１を求める。その一次周波数ω１は、座標変換部５、６に与えられ、座標変換の基準とされる。
【００３９】
上記構成の電動機制御部２２による速度サーチ機能について図１０を参照して説明する。図１０において、（ａ）は速度サーチが成功した場合における各部の波形を示し、（ｂ）は速度サーチが失敗した場合における各部の波形を示している。フリーラン状態の電動機３の速度を同定する速度サーチが開始されると、指令ｑ軸電流Ｉｑ＊がゼロにクランプされるとともに、図１０に示すような掃引周波数ωscanが与えられる。すなわち、掃引周波数ωscanは、最高周波数から一定の傾き（低減レート）でもって低減される（周波数掃引）。
【００４０】
掃引周波数ωscanが電動機３の実際の回転速度ωｒに近づくと、ｑ軸電流制御の結果である指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊が増加する。この状態から掃引周波数ωscanをゼロにしても、一次周波数ω１（＝周波数ωbemf）は、電動機３の実際の回転速度ωｒに相当する値に収束する。つまり、この状態を以って速度同定が完了したとされる（図１０（ａ）参照）。
【００４１】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のケースに比べ、掃引周波数ωscanの低減レートが高くなっている（高速化された事例）。このように低減レートが高い場合には、掃引周波数ωscanおよび回転速度ωｒの同期期間が不足することがある。同期期間が不足すると、周波数ωbemfが十分な上昇に至らず、図１０（ｂ）に示すように速度サーチが失敗するおそれがある。
【００４２】
速度サーチにおける周波数ωbemfの変化（隆起の振る舞い）については、電流制御系の応答、適用する電動機３の特性、掃引周波数ωscanおよび回転速度ωｒの同期期間などと相関関係があると考えられる。本変形例では、これらの整合性をティーチングにより最適化する。つまり、本変形例の電動機制御部２２は、掃引周波数ωscanの低減レート（パラメータに相当）のティーチングを行うティーチング機能を有している。
【００４３】
上記ティーチングの方法の概略は以下のとおりである。すなわち、互いに異なる掃引周波数ωscanの低減レートによる速度サーチを複数回実行する。そして、それら速度サーチが失敗するか成功するかの境界付近の低減レートを求める。その境界付近の低減レートに所定のマージンを加えたレート（マージンαだけ低速化した低減レート）を、ティーチングにより最適化された低減レートとして設定する。このようにティーチングされた掃引周波数ωscanの低減レートでもって速度サーチを実施することにより、速度サーチを確実に成功させることが可能となる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、電動機３は三相の誘導電動機である例を示したが、例えばブラシレスＤＣモータなどの永久磁石モータなど、他の電動機であってもよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、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】
【００４５】
図面中、１、２１はインバータ装置、３は電動機、４、２２は電動機制御部を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば瞬時停電などにより、インバータ装置からの電力供給が一時的に遮断されてフリーラン状態になった電動機を再始動する場合、そのフリーラン状態の電動機の回転速度と再始動時における指令回転速度とを一致させる必要がある。そのため、実速度を検出する手段を持たず、速度センサレス制御により電動機を駆動するインバータ装置の場合には、フリーラン状態の電動機の回転速度を同定（推定）する速度サーチが実施される。上記速度サーチとしては様々な手法が用いられるが、電動機の端子間電圧に基づいて間接的に回転速度を検出する手法を除いた各手法においては、速度同定の条件は所定のパラメータにより設定されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２９０３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、速度センサレス制御により電動機を駆動するものにおいて、フリーラン状態の電動機の回転速度を精度良く同定することができるインバータ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態のインバータ装置は、電動機の回転速度を検出する速度検出手段を用いることなく速度センサレス制御により電動機を駆動する電動機制御部を備えたインバータ装置である。電動機制御部は、電動機がフリーラン状態であるときの回転速度を所定のパラメータを用いた条件に基づいて同定する速度サーチ機能と、電動機を実際の運転条件に基づいて運転させながらパラメータをティーチングするティーチング機能とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態を示すもので、インバータ装置の概略構成を示すブロック図
【図２】フリーラン直前の回転方向が正転側である場合において速度サーチを実施する際の各部の動作タイミングを示す図
【図３】フリーラン直前の回転方向が逆転側である場合における図２相当図
【図４】ティーチングの内容を示すフローチャート
【図５】一連の動作が実施されている期間における電動機の回転速度を示す図
【図６】一連の動作が実施されている期間における指令回転速度を示す図
【図７】速度サーチが実施されている期間における指令回転速度を示す図
【図８】速度サーチが実施されている期間における検出ｄ軸電流の波形を示す図
【図９】変形例を示す図１相当図
【図１０】速度サーチが実施されている期間における各部の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、誘導電動機を駆動するインバータ装置の構成を機能ブロックにより示したものである。図１に示すインバータ装置１は、実速度検出手段を有することなく回転速度を推定演算してベクトル制御を実行する。なお、図１では、ダイオードをブリッジ接続して構成されるコンバータ部、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）をブリッジ接続して構成される電圧型のインバータ部などを備えた主回路については図示を省略している。
【０００８】
電流検出器２は、例えばホールＣＴから構成されており、三相の誘導電動機である電動機３のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを検出する。なお、各相電流のうち、２相の電流を検出し、残りの１相の電流を演算により求める構成であってもよい。電動機３をセンサレスでベクトル制御する電動機制御部４は、高速演算可能なマイクロプロセッサを主体に構成されており、メモリに記憶された制御プログラムに従って処理を実行する。
【０００９】
座標変換部５は、Ｕ相の検出電流Ｉｕ、Ｖ相の検出電流ＩｖおよびＷ相の検出電流Ｉｗを入力して３相−２相変換および回転座標変換を行い、検出ｄ軸電流Ｉｄおよび検出ｑ軸電流Ｉｑを得る。ｄ軸は励磁電流軸であり、ｑ軸はトルク電流軸である。座標変換部６は、後述する指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊および指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を入力として回転座標変換および２相−３相変換を行い、出力すべきＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧ＶｖおよびＷ相電圧Ｖｗを決定するための電圧Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を出力する。電圧Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊はＰＷＭ発生部７においてＰＷＭ信号に変換された後、駆動回路およびインバータ部（いずれも図示せず）を介して電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして電動機３に与えられる。
【００１０】
速度推定部８は、指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊、指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊、検出ｄ軸電流Ｉｄ、検出ｑ軸電流Ｉｑなどを用いて電動機３の推定回転速度ωｓを演算する。電圧指令演算部９は、指令回転速度ωｓ＊、推定回転速度ωｓ、指令ｄ軸電流Ｉｄ＊、電動機定数の設定値などに基づいて、指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊および指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を演算する。
【００１１】
本実施形態の電動機制御部４は、速度推定部８などを用いてフリーラン状態にある電動機３の回転速度を推定する機能（速度サーチ機能）と、その速度サーチにおける速度同定の条件を決定するためのパラメータである判定閾値をティーチングする機能（ティーチング機能）とを有している。以下、電動機制御部４による速度サーチ機能について説明する。まず、フリーラン直前における電動機３の回転方向が正転側である場合について、図２を参照して説明する。なお、本実施形態において、正転側とは、速度サーチを行う際における指令回転速度ωｓ＊（掃引周波数）の初期値が示す回転方向と同一の回転方向のことを示している。また、逆転側とは上記正転側の反転の回転方向のことを示している。
【００１２】
図２は、フリーラン直前の回転方向が正転側である場合において速度サーチを実施する際の各部の動作タイミングを示している。図２において、（ａ）は運転方向（電動機３の回転方向）、（ｂ）は運転準備ＳＴ、（ｃ）は電動機３の回転速度（モータ速度）、（ｄ）は指令回転速度ωｓ＊（速度指令）、（ｅ）は検出ｄ軸電流（励磁電流）、（ｆ）は検出ｑ軸電流（トルク電流）を示している。なお、運転準備ＳＴがＯＮ（Ｈレベル）のときにはインバータ装置１に電源が供給されている状態であり、運転準備ＳＴがＯＦＦ（Ｌレベル）のときにはインバータ装置１に電源が供給されていない状態（電源遮断状態）である。このように、図２（ｂ）は、インバータ装置１に対する電源（電源電圧）の供給状態を示す。
【００１３】
図２に示すように、時刻ｔ１の時点において電源電圧が遮断される（運転準備ＳＴがＯＦＦされる）と、電動機３はフリーラン状態となる。そして、時刻ｔ２の時点において電源電圧の供給が復帰（復電）する（運転準備ＳＴがＯＮされる）。このように、時刻ｔ１〜ｔ２の間、電源電圧が遮断された状態（停電状態）となる。その後、時刻ｔ２〜ｔ３の間は、電動機３の残留電圧が減衰するまでの待ち時間である。この待ち時間は、残留電圧による検出ｄ軸電流および検出ｑ軸電流の誤差を低減するために設けられている。
【００１４】
時刻ｔ３の時点において、指令回転速度ωｓ＊は、最大回転速度（最高周波数）に設定される。この最高周波数とは、実際に想定される電動機３の速度範囲を包含する値に設定される。時刻ｔ３〜ｔ４の間、指令回転速度ωｓ＊は、最高周波数に固定される。これは、電動機３に流れる電流（モータ電流）を安定させるための待ち時間であり、電流振動による速度誤検出を防止するために設けられている。
【００１５】
時刻ｔ４の時点以降、最高周波数から一定のレートでの周波数掃引が実施される。つまり、指令回転速度ωｓ＊は、最大回転速度から一定の傾きで低下する。また、この場合、電圧指令は次のように決定される。すなわち、指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊は、掃引周波数（周波数掃引中の指令回転速度ωｓ＊）と電動機３の回転速度とが著しく乖離する状態（脱調状態）であってもトルクが発生することがないように十分に低減された掃引周波数に対応するＶ／Ｆ比に基づいて決定される。また、指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊はゼロにクランプされる。このように、電動機制御部４は、速度サーチを実施する際に周波数掃引を行う周波数掃引手段としての機能を有している。
【００１６】
上述したように周波数掃引が実施されている間、検出ｑ軸電流Ｉｑの値が随時確認される。そして、検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が反転した場合（Ｉｑがゼロクロスした場合）、検出ｄ軸電流Ｉｄの値が確認される。このときの検出ｄ軸電流Ｉｄは、Ｖ／Ｆ比を十分に低減したことにより、無負荷時における値（無負荷電流）と同程度（無負荷電流相当量）となる。つまり、検出ｄ軸電流Ｉｄは、比較的低い値となる。そこで、本実施形態では、検出ｑ軸電流Ｉｑがゼロクロスしたときにおける検出ｄ軸電流Ｉｄの値が所定の判定閾値以下であれば、電動機３の回転速度（実速度）と指令回転速度（掃引周波数）とが一致したと判断される（速度同定完了）。
【００１７】
すなわち、本実施形態では、フリーラン中の電動機３に対して上記したように周波数掃引を行い、その掃引中に検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が反転するという第１の条件および検出ｄ軸電流Ｉｄの値が判定閾値以下であるという第２の条件の双方を満たすとき（図２の時刻ｔ５の時点）、フリーラン状態における電動機３の回転速度が検出（同定）されることになる。詳細は後述するが、このように２つの条件を設定する理由は、フリーラン直前の回転方向が逆転側である場合であっても速度サーチを精度良く行うことを可能にするためである。また、上述した判定閾値は、インバータ装置１が製造工場から出荷される際には初期値（出荷設定閾値）に設定されているが、後述するティーチングにより、運転条件や駆動する電動機３の各種特性などに対応した最適な値に設定される。
【００１８】
時刻ｔ５〜ｔ６の間、指令回転速度ωｓ＊は、時刻ｔ５の時点における値（同定された速度）に固定される。これは、電動機３を再始動（再起動）する際における安定性を高めるための待ち時間である。この待ち時間が設けられることにより、磁束を安定させて再始動時における振動が抑制される。時刻ｔ６の時点において、電動機３は同定された速度でもって再始動され、その後は通常どおり駆動される。
【００１９】
続いて、フリーラン直前における電動機３の回転方向が逆転側である場合について、図３を参照して説明する。図３は、フリーラン直前の回転方向が逆転側である場合における図２相当図である。図３に示すように、時刻ｔ１の時点において電源電圧が遮断されると、電動機３はフリーラン状態となる。そして、時刻ｔ２の時点において電源電圧の供給が復帰する。その後の時刻ｔ２〜ｔ３の間は、前述した図２のケースと同様の待ち時間である。
【００２０】
時刻ｔ３の時点において、指令回転速度ωｓ＊は、最大回転速度（最高周波数）に設定される。このときの指令回転速度ωｓ＊が示す回転方向は正転側であり、フリーラン直前の指令回転速度ωｓ＊が示す回転方向（逆転側）とは反対となる。その後の時刻ｔ３〜ｔ４の間は、前述した図２のケースと同様の待ち時間である。
【００２１】
時刻ｔ４の時点以降、最高周波数から一定のレートでの周波数掃引が実施される。なお、この場合の電圧指令についても図２のケースと同様に決定される。そして、このように周波数掃引が実施されている間、検出ｑ軸電流Ｉｑの値および検出ｄ軸電流Ｉｄの値が随時確認される。図３のケースでは、掃引周波数がゼロを通過するとき（時刻ｔａ）、検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が正から負に反転する。また、その後の時刻ｔｂにおいて、検出ｑ軸電流Ｉｑの極性が負から正に反転する。
【００２２】
しかし、これら時刻ｔａ、ｔｂの時点において、電動機３の回転速度（実速度）と指令回転速度（掃引周波数）との関係は脱調状態であると考えられる。そのため、これら時刻ｔａ、ｔｂの時点における検出ｄ軸電流の値は、実際に電動機３の回転速度と指令回転速度とが一致する（一致したと判断される）時点（時刻ｔ５）における検出ｄ軸電流の値に比べて大きい値を示す。図３のケースでは、これら時刻ｔａ、ｔｂの時点では、検出ｄ軸電流の値が判定閾値を超えているため、速度同定完了とはならない。
【００２３】
その後、時刻ｔ５の時点において、第１の条件および第２の条件の双方が満たされることにより、電動機３の回転速度（実速度）と指令回転速度（掃引周波数）とが一致したと判断される（速度同定完了）。このようなことから、判定閾値は、上述した時刻ｔａ、ｔｂなど、脱調状態であるときの検出ｄ軸電流の値を確実に下回るような値に設定されればよいことになる。その後の時刻ｔ５〜ｔ６の間は、前述した図２のケースと同様の待ち時間である。そして、時刻ｔ６の時点において、電動機３は同定された速度でもって再始動され、その後は通常どおり駆動される。
【００２４】
次に、判定閾値を最適値にティーチングする方法（ティーチング機能）について、図４〜図８を参照して説明する。上記ティーチングの概要は、以下のとおりである。
［１］判定閾値の仮の値（仮閾値）を設定する。
［２］試験周波数（指令回転速度ωｓ＊）を周波数１〜８のいずれかに設定する。
［３］設定された試験周波数で電動機３を運転する。
［４］電動機をフリーラン状態とする。
［５］速度サーチを開始する。
［６］速度同定が完了した時点での検出ｄ軸電流の値を取得する。
［７］仮閾値および検出ｄ軸電流の値のうち、高い値を新たな仮閾値に設定する。
［８］全ての周波数１〜８が試験周波数に設定されるまで［２］〜［７］を繰り返す。
［９］最終的に設定されていた仮閾値にマージンαを加えた値を判定閾値に設定する。
ただし、周波数１〜８は、それぞれ値の異なる８通りの周波数である。
【００２５】
このようなティーチングの詳細について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップＳ１において、ティーチングを実施するか否かが判断される。例えば、ユーザは、インバータ装置１の図示しない操作部を操作することで実施の可否を入力する。ティーチングを実施する旨の操作がなされない場合（ステップＳ１で「ＮＯ」）、通常運転が開始される（ステップＳ２）。
【００２６】
一方、ティーチングを実施する旨の操作がなされた場合（ステップＳ２で「ＹＥＳ」）、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、変数ｎが「１」に設定されるとともに、仮閾値が「出荷設定閾値」に設定される（初期設定）。変数ｎおよび仮閾値は、以降の処理において使用される。出荷設定閾値は、インバータ装置１が製造工場から出荷される際に設定されている初期値である。続くステップＳ４では、試験周波数が「周波数ｎ」に設定される。従って、最初にステップＳ４が実施される場合、試験周波数は周波数１に設定される。
【００２７】
ステップＳ５では、ステップＳ４において設定された試験周波数で電動機３が運転される。そして、ステップＳ６において電動機３がフリーラン状態とされ、ステップＳ７において速度サーチが開始される。続くステップＳ８では、速度サーチが完了したか否かが判断される。速度サーチが完了したと判断されると（ステップＳ８で「ＹＥＳ」）、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、速度サーチが完了した時点における検出ｄ軸電流（検出励磁電流）の値が取得される。
【００２８】
ステップＳ１０では、ステップＳ９において取得された検出ｄ軸電流の値（検出値）と仮閾値との比較が行われる。検出値が仮閾値より大きい場合（ステップＳ１０で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、ステップＳ９において取得された検出値が新たな仮閾値として設定され、ステップＳ１２に移行する。一方、検出値が仮閾値より小さい場合（ステップＳ１０で「ＮＯ」）、ステップＳ１１を実行することなくステップＳ１２に移行する。
【００２９】
ステップＳ１２では、変数ｎの値が「１」だけインクリメントされる（ｎ＝ｎ＋１）。続くステップＳ１３では、変数ｎの値が「８」より大きいか否かが判断される。この場合、ｎ＝２であるため、「ＮＯ」となり、ステップＳ４に戻る。その後は、ステップＳ１３において「ＹＥＳ」となるまで（変数ｎが９になるまで）、ステップＳ４〜Ｓ１３の処理が繰り返し実行される。つまり、８つの周波数１〜８の全てが試験周波数として設定されるまで、ステップＳ４〜Ｓ１３の処理が繰り返し実行される。
【００３０】
このような処理により、ステップＳ１３で「ＹＥＳ」になった時点における仮閾値は、出荷設定閾値および取得された８つの検出ｄ軸電流の値のうち、最も大きい値と同一の値に設定されていることになる。そして、ステップＳ１４において、仮閾値に対しマージンαを加えた値が判定閾値として設定され、処理が終了する。
【００３１】
図５は、上記一連の動作（運転→フリーラン→速度サーチ）が実施されている期間における電動機３の回転速度を示しており、図６は、同期間における指令回転速度ωｓ＊を示している。本実施形態では、図５および図６に示すように、周波数１（ｆ１）は８０Ｈｚ、周波数２（ｆ２）は７０Ｈｚ、周波数３（ｆ３）は６０Ｈｚ、周波数４（ｆ４）は５０Ｈｚ、周波数５（ｆ５）は４０Ｈｚ、周波数６（ｆ６）は３０Ｈｚ、周波数７（ｆ７）は２０Ｈｚ、周波数８（ｆ８）は１５Ｈｚとしている。なお、周波数１〜８の値は、適宜変更可能であり、例えば、実際に想定される電動機３の速度範囲内の任意の８つの周波数などに設定するとよい。また、試験周波数として設定する周波数は８通りに限らずともよく、その数は適宜変更可能である。
【００３２】
図７は、速度サーチが実施されている期間における電動機３の指令回転速度を示しており、図８は、同期間における検出ｄ軸電流の波形を示している。図７および図８に示すように、速度サーチが完了した時点における検出ｄ軸電流の値（最小値）、つまりステップＳ９において取得される検出ｄ軸電流の値は、設定されている試験周波数ごとに異なっていることが分かる。具体的には、試験周波数が低いほど、検出ｄ軸電流の最小値が大きくなっている。つまり、周波数１を試験周波数として速度サーチを実施した場合の検出ｄ軸電流の値が最も小さい値であり、周波数８を試験周波数として速度サーチを実施した場合の検出ｄ軸電流の値が最も大きい値である。
【００３３】
このように、速度サーチが実施される際における検出ｄ軸電流の値（状態量）は、周波数などの運転条件に応じて変化する。さらに、上記検出ｄ軸電流の値は、使用される電動機３の特性（例えば、磁気飽和特性など）によっても変化する。そのため、判定閾値として固定の値を用いて速度サーチを実施すると、正しく速度同定が行えない事態が生じる可能性がある。例えば、想定される検出ｄ軸電流の最小値のうち最も小さい値（例えば周波数１のときの値）よりも判定閾値が小さく設定されている場合、第１の条件および第２の条件の双方を満たすことができなくなり、速度同定が完了しない。また、判定閾値がむやみに大きく設定されている場合、前述した電動機３の回転速度と指令回転速度との関係が脱調状態であるときに第１の条件および第２の条件の双方を満たしてしまい、誤った速度同定が行われてしまう。
【００３４】
これに対し、本実施形態の電動機制御部４は、速度サーチを行う際に用いられる判定閾値をティーチングする機能を備えている。そして、そのティーチングは、実際に適用される電動機３を実際の運転条件に近い形で運転しながら行われる。上記ティーチングが実施される結果、想定される検出ｄ軸電流の最小値のうち最も大きい値（例えば周波数８のときの値）に対しマージンαを加えた値が判定閾値として設定される。これにより、インバータ装置１は、運転条件や使用される電動機３の特性などに対応した判定閾値を用いた速度サーチを実行することが可能となる。従って、本実施形態によれば、適用する電動機３の特性や運転条件などが変化する場合であっても、フリーラン時における速度サーチを精度良く実施することができる。そのため、電動機３がフリーラン状態となった後の再始動の信頼性を高めることができる。
【００３５】
なお、本実施形態は次のように変形してもよい。すなわち、前述した試験周波数および検出ｄ軸電流の最小値の関係を利用し、電動機３の運転周波数に応じて判定閾値を変化させるようにしてもよい。具体的には、運転周波数が低くなるに従って判定閾値を高くするとともに、運転周波数が高くなるに従って判定閾値を低くする。このようにすれば、速度サーチの精度が一層高まるという効果が得られる。
【００３６】
また、フリーラン状態の電動機の回転速度を同定する速度サーチの方法については、上述した手法に限らずともよく、電動機の端子間電圧に基づいて間接的に回転速度を検出する手法を除いた様々な手法に変更可能である。その場合、それらの速度サーチにおいて速度同定の条件を設定するために用いられるパラメータをティーチングし、最適化を図ればよい。
【００３７】
図９および図１０は、速度サーチの方法を変更した一変形例を示している。図９は、本変形例の構成を示す図１相当図である。図９に示すインバータ装置２１は、図１に示したインバータ装置１と同様に速度センサレス制御により電動機３を駆動する。インバータ装置２１の電動機制御部２２は、図１に示したインバータ装置１の電動機制御部４に対し、速度推定部８および電圧指令演算部９に代えて、電圧指令演算部２３を備えている点が異なる。電圧指令演算部２３は、減算器２４、Ｐ演算器２５、減算器２６、ＰＩ演算器２７、除算器２８および加算器２９を備えている。
【００３８】
減算器２４およびＰ演算器２５は、ｄ軸電流制御を行う。すなわち、減算器２４は、指令ｄ軸電流Ｉｄ＊から検出ｄ軸電流Ｉｄを減じてｄ軸電流偏差を求める。Ｐ演算器２５は、ｄ軸電流偏差に対してＰ演算（比例演算）を行って指令ｄ軸電圧Ｖｄ＊を出力する。減算器２６およびＰＩ演算器２７は、ｑ軸電流制御を行う。すなわち、減算器２６は、指令ｑ軸電流Ｉｑ＊から検出ｑ軸電流Ｉｑを減じてｑ軸電流偏差を求める。ＰＩ演算器２７は、ｑ軸電流偏差に対してＰＩ演算（比例積分演算）を行って指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を出力する。除算器２８は、指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊を係数Ｋで除して周波数ωbemfを求める。加算器２９は、掃引周波数ωscanに周波数ωbemfを加えて一次周波数ω１を求める。その一次周波数ω１は、座標変換部５、６に与えられ、座標変換の基準とされる。
【００３９】
上記構成の電動機制御部２２による速度サーチ機能について図１０を参照して説明する。図１０において、（ａ）は速度サーチが成功した場合における各部の波形を示し、（ｂ）は速度サーチが失敗した場合における各部の波形を示している。フリーラン状態の電動機３の速度を同定する速度サーチが開始されると、指令ｑ軸電流Ｉｑ＊がゼロにクランプされるとともに、図１０に示すような掃引周波数ωscanが与えられる。すなわち、掃引周波数ωscanは、最高周波数から一定の傾き（低減レート）でもって低減される（周波数掃引）。
【００４０】
掃引周波数ωscanが電動機３の実際の回転速度ωｒに近づくと、ｑ軸電流制御の結果である指令ｑ軸電圧Ｖｑ＊が増加する。この状態から掃引周波数ωscanをゼロにしても、一次周波数ω１（＝周波数ωbemf）は、電動機３の実際の回転速度ωｒに相当する値に収束する。つまり、この状態を以って速度同定が完了したとされる（図１０（ａ）参照）。
【００４１】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のケースに比べ、掃引周波数ωscanの低減レートが高くなっている（高速化された事例）。このように低減レートが高い場合には、掃引周波数ωscanおよび回転速度ωｒの同期期間が不足することがある。同期期間が不足すると、周波数ωbemfが十分な上昇に至らず、図１０（ｂ）に示すように速度サーチが失敗するおそれがある。
【００４２】
速度サーチにおける周波数ωbemfの変化（隆起の振る舞い）については、電流制御系の応答、適用する電動機３の特性、掃引周波数ωscanおよび回転速度ωｒの同期期間などと相関関係があると考えられる。本変形例では、これらの整合性をティーチングにより最適化する。つまり、本変形例の電動機制御部２２は、掃引周波数ωscanの低減レート（パラメータに相当）のティーチングを行うティーチング機能を有している。
【００４３】
上記ティーチングの方法の概略は以下のとおりである。すなわち、互いに異なる掃引周波数ωscanの低減レートによる速度サーチを複数回実行する。そして、それら速度サーチが失敗するか成功するかの境界付近の低減レートを求める。その境界付近の低減レートに所定のマージンを加えたレート（マージンαだけ低速化した低減レート）を、ティーチングにより最適化された低減レートとして設定する。このようにティーチングされた掃引周波数ωscanの低減レートでもって速度サーチを実施することにより、速度サーチを確実に成功させることが可能となる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、電動機３は三相の誘導電動機である例を示したが、例えばブラシレスＤＣモータなどの永久磁石モータなど、他の電動機であってもよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、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】
【００４５】
図面中、１、２１はインバータ装置、３は電動機、４、２２は電動機制御部を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転速度を検出する速度検出手段を用いることなく速度センサレス制御により電動機を駆動する電動機制御部を備えたインバータ装置であって、
前記電動機制御部は、
前記電動機がフリーラン状態であるときの回転速度を所定のパラメータを用いた条件に基づいて同定する速度サーチ機能と、
前記電動機を実際の運転条件に基づいて運転させながら前記パラメータをティーチングするティーチング機能と、
を有することを特徴とするインバータ装置。
【請求項１】
電動機の回転速度を検出する速度検出手段を用いることなく速度センサレス制御により電動機を駆動する電動機制御部を備えたインバータ装置であって、
前記電動機制御部は、
前記電動機がフリーラン状態であるときの回転速度を所定のパラメータを用いた条件に基づいて同定する速度サーチ機能と、
前記電動機を実際の運転条件に基づいて運転させながら前記パラメータをティーチングするティーチング機能と、
を有することを特徴とするインバータ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０６４６１（Ｐ２０１３−１０６４６１Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９６３８（Ｐ２０１１−２４９６３８）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（３０２０３８８４４）東芝シュネデール・インバータ株式会社 (78)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（３０２０３８８４４）東芝シュネデール・インバータ株式会社 (78)
【Ｆターム（参考）】
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