(57)【要約】【課題】稼動範囲に物理的な制限がある、すなわち稼動終端においても精度よく磁極位置推定が行える磁極位置推定方法を提供する。【解決手段】複数の電流位相で電動機の巻線に電流を印加し、移動方向から磁極位置を推定する過程において、移動方向が０のときだけ、電流の極性を反転して移動方向を再判定し、電流の極性反転後の移動方向が０の場合は、電流の極性反転前の移動方向も０であると判定し、＋または−の場合は、電流の極性反転前の移動方向は、極性反転後の移動方向の反対であると判定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機に取付けた位置検出器の位置検出信号から移動方向（＋，０，−）を判別する移動方向判別器と、前記移動方向判別器の出力から磁極位置を推定する磁極位置推定器と、前記磁極位置推定器の出力指令で前記同期電動機の巻線電流を制御する電流制御器とを備え、複数の電流位相で前記電動機の巻線に電流を印加し、移動方向から磁極位置を推定する過程において、移動方向が０のときだけ、電流の極性を反転して移動方向を再判定し、電流の極性反転後の移動方向が０の場合は、電流の極性反転前の移動方向も０であると判定し、＋または−の場合は、電流の極性反転前の移動方向は、極性反転後の移動方向の反対であると判定することを特徴とする磁極位置推定方法。
【請求項２】
同期電動機に取付けた位置検出器の位置検出信号から加速度の極性（＋，０，−）を判別する加速度判別器と、前記加速度判別器の出力から磁極位置を推定する磁極位置推定器と、前記磁極位置推定器の出力指令で前記同期電動機の巻線電流を制御する電流制御器とを備え、複数の電流位相で前記電動機の巻線に電流を印加し、加速度の極性から磁極位置を推定する過程において、加速度の極性が０のときだけ、電流の極性を反転して加速度の極性を再判定し、電流の極性反転後の加速度が０の場合は、電流の極性反転前の加速度も０であると判定し、＋または−の場合は、電流の極性反転前の加速度の極性は、極性反転後の加速度の極性の反対であると判定することを特徴とする磁極位置推定方法。
【請求項３】
電流の極性を反転するのではなく、電流位相を１８０度ずらして移動方向または加速度の極性を再判定し、電流位相を１８０度ずらした後の移動方向または加速度の極性が０の場合は、電流位相を１８０度ずらす前の移動方向または加速度の極性も０であると判定し、＋または−の場合は、電流位相を１８０度ずらす前の移動方向または加速度の極性は、電流位相を１８０度ずらした後の移動方向または加速度の極性の反対であると判定する請求項１または請求項２に記載の磁極位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機のベクトル制御方法に関し、特に始動時の磁極位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、同期電動機のベクトル制御は、絶対位置検出器（レゾルバやアブソリュートエンコーダ）やホール素子によるポールセンサ等の磁極位置検出器により磁極位置を検出し、磁極位置に同期した位相の正弦波電流の振幅及び位相の制御を行いながら電磁力制御を行うものである。
【０００３】
しかし、上記検出器を用いた場合、コストアップや保守点検作業が必要になる等の問題がある。そこで、最近では上記検出器を省略してセンサレスとし、ソフトウェアによって磁極位置推定を行う例が多く提案されている。
【０００４】
基本的に発生トルクが最大になる電流位相γｍａｘは、印加する電流によらず発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎを９０°ずらしたものである。この電流位相を求める方法として、発生トルクの極性に応じて電流位相γを更新していく方法が提案されており、電流位相γを変化させて、印加する電流の大きさにかかわらず発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎを加速度の極性より判定して求め、電流位相γｍｉｎと位置検出器で検出された仮の磁極位置δを用いて発生電磁力が最大となる電流位相γｍａｘを決定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
これに対して、短時間で高精度な同期電動機の磁極位置推定方法を提供するため、始動位置である仮の磁極位置に基づき印加する電流位相を決定する同期電動機の磁極位置推定方法が提案されており、仮の磁極位置を基準に電気角半周期をＮ分割した位相に電流を印加し、そのときの移動方向Ｄ（＋，０，−）を判定するステップ１と、移動方向Ｄの符号が反転する電気角領域を２分割した位相に電流を印加し、そのときの移動方向Ｄ１を判定するステップ２と、移動方向が＋から０および０から−に変化する電気角領域をそれぞれ２分割した位相に電流を印加し、そのときの移動方向Ｄ２を判定するステップ３と、移動方向が０となる電気角領域の中間点を発生電磁力が零となる位相と決定するステップ４とを備え、ステップ４における零位置を基準にして電流位相を決定する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−８８１６４号公報
【特許文献２】特開２００６−２９６０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１、２の技術では、同期電動機の稼動範囲に物理的な制限がある（端が存在する）場合、磁極位置推定を行える範囲に制約が発生する。すなわち、稼動範囲の端付近で磁極位置推定を行った場合に、磁極位置推定中に稼動部が端に当たっていると、発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎ付近に電流を印加したためモータが止まっているのか、それとも端に当たって物理的に止まっているのかが判別できないからである。
【０００７】
その結果、磁極位置推定アルゴリズムが正常に機能せず、磁極位置推定により得られた電流位相γｍａｘに誤差が発生し、発生電磁力が減少、または発生電磁力が指令と反対の極性となり、同期電動機が暴走する可能性がある。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、稼動範囲に物理的な制限がある、すなわち稼動終端においても精度よく磁極位置推定が行える磁極位置推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため請求項１に記載の磁極位置推定方法は、同期電動機に取付けた位置検出器の位置検出信号から移動方向（＋，０，−）を判別する移動方向判別器と、前記移動方向判別器の出力から磁極位置を推定する磁極位置推定器と、前記磁極位置推定器の出力指令で前記同期電動機の巻線電流を制御する電流制御器とを備え、複数の電流位相で前記電動機の巻線に電流を印加し、移動方向から磁極位置を推定する過程において、移動方向が０のときだけ、電流の極性を反転して移動方向を再判定し、電流の極性反転後の移動方向が０の場合は、電流の極性反転前の移動方向も０であると判定し、＋または−の場合は、電流の極性反転前の移動方向は、極性反転後の移動方向の反対であると判定する。
【００１０】
また、請求項２に記載の磁極位置推定方法は、同期電動機に取付けた位置検出器の位置検出信号から加速度の極性（＋，０，−）を判別する加速度判別器と、前記加速度判別器の出力から磁極位置を推定する磁極位置推定器と、前記磁極位置推定器の出力指令で前記同期電動機の巻線電流を制御する電流制御器とを備え、複数の電流位相で前記電動機の巻線に電流を印加し、加速度の極性から磁極位置を推定する過程において、加速度の極性が０のときだけ、電流の極性を反転して加速度の極性を再判定し、電流の極性反転後の加速度が０の場合は、電流の極性反転前の加速度も０であると判定し、＋または−の場合は、電流の極性反転前の加速度の極性は、極性反転後の加速度の極性の反対であると判定する。
【００１１】
また、請求項３に記載の磁極位置推定方法は、電流の極性を反転するのではなく、電流位相を１８０度ずらして移動方向または加速度の極性を再判定し、電流位相を１８０度ずらした後の移動方向または加速度の極性が０の場合は、電流位相を１８０度ずらす前の移動方向または加速度の極性も０であると判定し、＋または−の場合は、電流位相を１８０度ずらす前の移動方向または加速度の極性は、電流位相を１８０度ずらした後の移動方向または加速度の極性の反対であると判定する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の磁極位置推定方法によれば、移動方向から磁極位置を推定する過程において、移動方向が０のときだけ、電流の極性を反転して移動方向を再判定するため、同期電動機の稼動範囲に物理的な制限がある終端においても、精度よく磁極位置推定が行える。
【００１３】
また、請求項２に記載の磁極位置推定方法によれば、加速度の極性から磁極位置を推定する過程において、加速度の極性が０のときだけ、電流の極性を反転して加速度の極性を再判定するため、同期電動機の稼動範囲に物理的な制限がある終端においても、精度よく磁極位置推定が行える。
【００１４】
また、請求項３に記載の磁極位置推定方法によれば、移動方向または加速度の極性から磁極位置を推定する過程において、移動方向または加速度の極性が０のときだけ、電流位相を１８０度ずらして再判定するため、同期電動機の稼動範囲に物理的な制限がある終端においても、精度よく磁極位置推定が行える。
【００１５】
このように、再判定によって稼動範囲の全ての場所で精度よく磁極位置推定が行えるよ
うになり、磁極位置推定の誤判定による暴走がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
同期電動機に取付けた位置検出器の位置検出信号から移動方向（＋，０，−）を判別する移動方向判別器と、前記移動方向判別器の出力から磁極位置を推定する磁極位置推定器と、前記磁極位置推定器の出力指令で前記同期電動機の巻線電流を制御する電流制御器とを備え、複数の電流位相で前記電動機の巻線に電流を印加し、移動方向から磁極位置を推定する過程において、移動方向が０のときだけ、電流の極性を反転して移動方向を再判定し、電流の極性反転後の移動方向が０の場合は、電流の極性反転前の移動方向も０であると判定し、＋または−の場合は、電流の極性反転前の移動方向は、極性反転後の移動方向の反対であると判定する。以下、具体的な実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１は、複数の電流位相で電動機の巻線に電流を印加し、位置検出信号の移動方向（＋，０，−）から磁極位置を推定する過程において、移動方向が０のときだけ、電流の極性を反転して移動方向を再判定する点に特徴がある。
【００１７】
図１は実施の形態１の磁極位置推定方法が適用される同期電動機駆動装置のベクトル制御回路、図２は実施の形態１における全体のフローチャート、図３は実施の形態１における移動方向判定処理のフローチャート、図７は従来の磁極位置推定方法における全体のフローチャートである。
【００１８】
図１において、同期電動機１（３相）は、回転子に位置検出器２を備えており、同期電動機１の回転位置を検出する。ベクトル制御回路は、移動方向判別器３と、磁極位置推定器４と、電流制御器５とで構成される。
【００１９】
位置検出器２の出力である位置検出信号は、移動方向判別器３に入力され、移動方向（＋，０，−）を判別する。
【００２０】
磁極位置推定器４は、移動方向判別器３で検出された同期電動機１の移動方向から演算を行い、トルク指令と電流位相指令を出力する。電流制御器５は、磁極位置推定器４の出力であるトルク指令と位相指令とから３相の電流指令ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを演算し、これら３相の電流指令によって同期電動機１を駆動する。
【００２１】
ここで、移動方向判別器３の出力に基づき磁極位置推定器４が磁極位置を推定するステップについて、フローチャートを用いて説明する。なお、実施の形態１の磁極位置推定方法と、従来の磁極位置推定方法とは、途中まで同じである。
【００２２】
まず、従来の磁極位置推定方法を示した図７について説明する。図７において、処理１２では特定のトルク指令パターンを電流制御器５に印加し、トルク指令印加終了後に処理１３へ進む。このトルク指令パターンには様々なパターンを準備しており、トルク指令印加時の衝撃を和らげるためにトルク指令に加減速を設ける等の工夫をしている。
【００２３】
処理１３では同期電動機が停止（具体的には速度がある閾値以下）するまで待ち、停止後に処理１４へ進む。処理１４では移動方向判別器３より得られた同期電動機の移動方向が＋または−方向の場合は処理１５へ進み、０（移動せず）の場合は磁極位置推定を終了する。
【００２４】
処理１５では電流を印加する位相をずらして処理１２へ進む。この一連の処理を繰り返し行うことで移動方向が０、すなわち発生電磁力が零となる電流位相γｍｉｎを特定し、前期電流位相γｍｉｎを９０度ずらした位相を発生電磁力が最大となる電流位相γｍａｘ
と推定する。
【００２５】
次に、本発明の磁極位置推定方法を示した図２について説明する。図２において、処理１２、処理１３、処理１５は、図７と同じでよいため説明を省略する。
【００２６】
処理１１において、カウントｉを０に初期化し、処理１２へ進む。処理２４では移動方向判定器３より得られた同期電動機の移動方向（＋、−、０）から処理１２へ進む、処理１５へ進む、または磁極位置推定を終了するかを判定する。
【００２７】
ここで、処理２４について図３を用いて詳しく説明する。図３において、処理３１では移動方向が０であった場合は処理３２へ、＋または−であった場合は処理３５へ進む。処理３２ではカウントｉが０であれば処理３３へ、０以外であった場合は磁極位置推定を終了する。
【００２８】
処理３３ではカウントｉを＋１して処理３４へ進む。処理３４ではトルク指令（つまり電流指令）の極性を反転して処理１２へ進む。処理３５ではカウントｉを０クリアして処理３６へ進む。処理３６ではトルク指令の極性を反転前の状態（反転されていない場合はそのまま）に戻して処理１５へ進む。
【００２９】
このように、トルク指令の極性を反転して再度移動方向を判定することで、移動方向が０であった場合の要因が判定できる。つまり、トルク指令の極性反転後も移動方向が０であった場合は、電流位相は発生電磁力が零となる位相γｍｉｎ付近であるためであり、トルク指令の極性反転後の移動方向が＋または−であった場合は、トルク指令の極性反転前は物理的な制限により同期電動機が移動できなかったということがわかる。よって、物理的な制限がなければトルク指令の極性反転前の移動方向は極性反転後の移動方向の反対方向であることが分かる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、複数の電流位相で電動機の巻線に電流を印加し、位置検出信号の移動方向（＋，０，−）から磁極位置を推定したが、実施の形態２は、複数の電流位相で電動機の巻線に電流を印加し、位置情報から得られる加速度の符号（＋，０，−）から磁極位置を推定する。その結果、加速度の符号が０のときだけ、トルク指令（つまり電流指令）の極性を反転して移動方向を再判定する。
【００３０】
図４は実施の形態２の磁極位置推定方法が適用される同期電動機駆動装置のベクトル制御回路である。以下、相違点を中心に説明する。
【００３１】
実施の形態１との違いは、移動方向判別器３が加速度判別器６に変わった点のみである。加速度判別器６では位置検出器３から得られる位置情報から加速度の符号（＋，０，−）を出力する。磁極位置推定器は前期加速度の符号から演算を行い、トルク指令と電流位相指令を出力する。
【００３２】
図５は実施の形態２における磁極位置推定方法を示している。以下、相違点を中心に説明する。
【００３３】
実施の形態１との違いは処理２４が処理３４に変わった点にある。図５において処理１１、処理１２、処理１３、処理１５は図２と同じでよいため説明を省略する。
【００３４】
処理３４では加速度判定器６より得られた同期電動機の加速度の符号（＋、−、０）から処理１２へ進む、処理１５へ進む、または磁極位置推定を終了するかを判定する。
【００３５】
ここで、処理３４について図６を用いて詳しく説明する。なお、図６において処理３２、処理３２、処理３３、処理３４、処理３５、処理３６は図３と同じでよいため説明を省略する。処理４１では加速度の符号が０であった場合は処理３２へ、＋または−であった場合は処理３５へ進む。
【００３６】
このように、トルク指令の極性を反転して再度移動方向を判定することで、加速度の符号が０であった場合の要因が判定できる。つまり、トルク指令の極性反転後も加速度の符号が０であった場合は、電流位相は発生電磁力が零となる位相γｍｉｎ付近であるためであり、トルク指令の極性反転後の加速度の符号が＋または−であった場合は、トルク指令の極性反転前は物理的な制限により同期電動機が移動できなかったということがわかる。よって、物理的な制限がなければトルク指令の極性反転前の加速度の符号は極性反転後の加速度の符号の反対であることが分かる。
（実施の形態３）
実施の形態１、実施の形態２では処理３４においてトルク指令の極性を反転することで、同期電動機の移動方向または加速度の符号を反転させていたが、実施の形態３では電流位相を１８０度ずらすことで同期電動機の移動方向または加速度の符号を反転させる。
【００３７】
実施の形態３の磁極位置推定方法が適用される同期電動機駆動装置のベクトル制御回路は図１または図４と同じでよいため説明を省略する。
【００３８】
実施の形態３における磁極位置推定方法について、実施の形態１または実施の形態２との違いを説明する。実施の形態１または実施の形態２では、処理３４においてトルク指令の極性を反転させているが、実施の形態３では電流位相を１８０度ずらす処理を行う。また、実施の形態１または実施の形態２では、処理３６においてトルク指令の極性を元に戻していたが、実施の形態３では電流位相を１８０度ずらす（電流位相を元に戻す）処理を行う。上記処理により、実施の形態１または実施の形態２と同様の機能を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の磁極位置推定方法は、回転形同期電動機のみならず、トルクを推力に置き換えることで精度の高い磁極位置推定が可能であり、直動形同期電動機（リニアモータ）の磁極位置推定などにも有用であり、移動方向に変えて加速度の極性から磁極位置推定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるベクトル制御回路のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における全体のフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における移動方向判定処理のフローチャート
【図４】本発明の実施の形態２におけるベクトル制御回路のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２における全体のフローチャート
【図６】本発明の実施の形態２における加速度判定処理のフローチャート
【図７】従来の磁極位置推定方法における全体のフローチャート
【符号の説明】
【００４１】
１  同期電動機
２  位置検出器
３  移動方向判定器
４  磁極位置検出器
５  電流制御器
６  加速度判定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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