【手続補正書】
【提出日】平成17年9月20日(2005.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段とｄｑ電流制御手段を有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記指令トルク（前記指令電流）をｑ軸電流指令、一定値をｄ軸電流指令とし、前記ｑ軸電流指令に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、
前記指令トルク（前記指令電流）をｄ軸電流指令、一定値をｑ軸電流指令とし、前記ｄ軸電流指令に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、
前記第１指令電流と前記第２指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出することを特徴とするＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項２】前記初期磁極推定装置が、前記指令速度に基づいてモード区間の判断処理を行なうモード区間判断手段と、
前記モード区間判断手段の判断結果に基づいて、いずれかのモードを選択するモードスイッチとを備えることを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項３】前記初期磁極推定装置が、前記第1周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、
前記第１指令電流を記憶する第１メモリ記憶手段とを備え、
前記第1周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第１指令電流を算出することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項４】前記初期磁極推定装置が、前記第２周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、
前記第２指令電流を記憶する第２メモリ記憶手段とを備え、
前記第２周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第２指令電流を算出することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項５】前記データ取得用速度区間判断手段が、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行なうことを特徴とする請求項３または４記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項６】前記一定値が、任意の数値であることを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項７】前記指令速度パターン発生手段が、任意の２周期波形を発生することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項８】前記第１指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであり、
前記第２指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項９】前記初期磁極推定装置が、初期磁極位置を設定するデフォルト初期磁極位置設定手段を備え、
デフォルト初期磁極位置と前記推定初期磁極位置に基づいて補正初期磁極位置を算出し、
前記補正初期磁極位置を用いてＡＣ同期モータを制御することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１０】前記推定初期磁極位置は、ｔａｎ−１（前記第1指令電流／前記第２指令電流）で計算すること、または、ｃｏｓ−１とｓｉｎ−１の組み合わせで計算することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１１】前記ＡＣ同期モータの電気角３６０度をある正の整数ｎで分割し、そのうちのある方向にトルク軸があると仮定して、軸判断用指令速度に基づいて前記ＡＣ同期モータを制御し前記トルク軸の方向を推定することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１２】前記トルク軸の推定が完了するまで、仮定する前記トルク軸の方向を変化させるルーチンによる繰り返しで前記ＡＣ同期モータのトルク軸の方向を推定することを特徴とする請求項１１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１３】前記ＡＣ同期モータの前記トルク軸の方向を推定した後、前記ＡＣ同期モータの前記初期磁極位置を推定することを特徴とする請求項１または１１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１４】指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段と３相交流電流制御手段とＡＣ同期モータの相対電気角を検出する電気角検出手段とを有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記検出電気角に０度のシフト角度を加えた（位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、
前記検出電気角に９０度のシフト角度を加えた（９０度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、
前記第１指令電流と前記第２指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出することを特徴とするＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１５】請求項２乃至１３のいずれか１項記載の手段を有し、または、方法を実施することを特徴とする請求項１４記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１６】前記ＡＣ同期モータが、回転モータまたはリニアモータであることを特徴とする請求項１または１４記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段とｄｑ電流制御手段を有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、前記指令トルク（前記指令電流）をｑ軸電流指令、一定値をｄ軸電流指令とし、前記ｑ軸電流指令に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、前記指令トルク（前記指令電流）をｄ軸電流指令、一定値をｑ軸電流指令とし、前記ｄ軸電流指令に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、前記第１指令電流と前記第２指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出するものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、前記指令速度に基づいてモード区間の判断処理を行なうモード区間判断手段と、前記モード区間判断手段の判断結果に基づいて、いずれかのモードを選択するモードスイッチとを備えるものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、前記第1周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、前記第１指令電流を記憶する第１メモリ記憶手段とを備え、前記第1周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第１指令電流を算出するものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、前記第２周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、前記第２指令電流を記憶する第２メモリ記憶手段とを備え、前記第２周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第２指令電流を算出するものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３または４記載における前記データ取得用速度区間判断手段が、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行なうものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１記載における前記一定値が、任意の数値であるものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１記載における前記指令速度パターン発生手段が、任意の２周期波形を発生するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
請求項８に記載の発明は、請求項１記載における前記第１指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであり、前記第２指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであるものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、初期磁極位置を設定するデフォルト初期磁極位置設定手段を備え、デフォルト初期磁極位置と前記推定初期磁極位置に基づいて補正初期磁極位置を算出し、前記補正初期磁極位置を用いてＡＣ同期モータを制御するものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項１記載における前記推定初期磁極位置は、ｔａｎ−１（前記第1指令電流／前記第２指令電流）で計算すること、または、ｃｏｓ−１とｓｉｎ−１の組み合わせで計算するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１記載における前記ＡＣ同期モータの電気角３６０度をある正の整数ｎで分割し、そのうちのある方向にトルク軸があると仮定して、軸判断用指令速度に基づいて前記ＡＣ同期モータを制御し前記トルク軸の方向を推定するものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載における前記トルク軸の推定が完了するまで、仮定する前記トルク軸の方向を変化させるルーチンによる繰り返しで前記ＡＣ同期モータのトルク軸の方向を推定するものである。
請求項１３に記載の発明は、請求項１または１１記載における前記ＡＣ同期モータの前記トルク軸の方向を推定した後、前記ＡＣ同期モータの前記初期磁極位置を推定するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項１４に記載の発明は、指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段と３相交流電流制御手段とＡＣ同期モータの相対電気角を検出する電気角検出手段とを有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、前記検出電気角に０度のシフト角度を加えた（位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、前記検出電気角に９０度のシフト角度を加えた（９０度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、前記第１指令電流と前記第２指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出するものである。
請求項１５に記載の発明は、請求項２乃至１３のいずれか１項記載の手段を有し、または、方法を実施するものである。
請求項１６に記載の発明は、請求項１または１４記載における前記ＡＣ同期モータが、回転モータまたはリニアモータであるものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明が扱う初期磁極推定装置を含めた速度制御の概略ブロック図である。図１において、指令トルク通りに電流制御手段６とＰＷＭ電力変換装置７でＡＣモータ１１を駆動する。ＡＣ同期モータ１１は磁極センサ（ポールセンサ）を持たないＡＣ回転モータ又はＡＣリニアーモータである。ＡＣモータ１１の電流Ｉfb を電流検出手段１２で検出し、ＡＣモータの相対電気角（相対位置）θfb を電気角検出手段（エンコーダ）１３で検出する。検出速度演算手段１４は電気角検出手段１３で検出された検出電気角θfb から検出速度ωfb を計算する。本発明の初期磁極推定装置及び方法１は指令速度を発生し、速度制御手段８で指令速度と検出速度の情報から指令トルクを演算し、指令トルクの情報から本発明の初期磁極推定装置及び方法で処理を行ってＡＣ同期モータの推定初期磁極位置を得る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
以下、ｄｑ電流制御と下記設定に基づく実施例で、本発明の初期磁極推定方法を説明する。
a.  設定１：２周期分の指令速度 ⇒ 台形波の指令速度パターン
b.  設定２：データ取得用速度区間 ⇒ 正の一定速区間
c.  設定３：磁極推定用取得データ ⇒ 最大指令トルク（最大指令電流）
本発明の実施の形態は、図２に示すＡＣ同期モータのｄｑ電流制御手段における速度制御ループで、図３に示す初期磁極推定方法を行うものである。ＡＣ同期モータのｄｑ電流制御は、図１中のＡＣ同期モータ１１を除く構成である。即ち、直流電圧７４を任意の交流電圧に変換するＰＷＭ電力変換手段７２でＡＣ同期モータ１１を駆動し、３相電流検出器１２でＡＣ同期モータの３相電流を検出し、電気角検出器１３でＡＣ同期モータの相対電気角を検出し、電気角の情報を用いた３相／２相座標変換計算手段６１で３相検出電流から２相検出電流への３相／２相座標変換を行う。検出速度計算手段１４で検出電気角θを用いて検出速度ωの演算を行う。電流誤差計算手段６２で２相指令電流から２相検出電流を差し引いて電流誤差を計算し、２相電流比例積分制御部６３で電流誤差に２相比例積分ゲインを掛けて２相指令電圧を計算し、電気角の情報を用いた２相／３相座標変換計算手段６４で２相指令電圧から３相指令電圧への２相／３相座標変換を行う。ＰＷＭゲートパルス発生手段７１で３相指令電圧を三角波の搬送波７２と比較してＰＷＭゲートパルスを演算し、それらのパルスを前記ＰＷＭインバータ７３に出力する。次のステップとして、指令速度パターン発生手段１０１で台形波の指令速度パターンを発生させ、速度偏差計算手段８１で指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算し、速度ゲイン制御部８２ で速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する。モード区間判断手段１０２で台形波の指令速度から第１周期区間と第２周期区間のモード区間判断を行い、その判断結果に従ってモードスイッチ１０４でモード区間の切り換え動作を行う。第１周期区間から第２周期区間へ切り替えを行うとき（速度制御手段から演算された指令電流がｑ軸指令電流への入力からｄ軸指令電流への入力になる動作）には、必ずゼロ速区間であるモード切り替え区間で行うように設ける。その理由はゼロ速区間以外の区間（例えば、加減速区間、一定速区間）でモード切り替えを行う場合に速度積分ゲインにより溜まった成分（積分項）で異常動作現象がおきやすいためである。即ち、ｔ18〜ｔ21の間でモードスイッチによるモード切り換えを行う。又、モードスイッチによるモード切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項をクリアするように設ける。第１周期区間を選択した場合、ｑ軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク（指令電流）を入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する。加速区間判断手段１１０２で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第１最大指令トルク（第１最大指令電流）を計算し、第１メモリ記憶手段１１０４でメモリに記憶する。第２周期区間を選択した場合、ｑ軸指令電流にはゼロを入力し、ｄ軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク（指令電流）を入力する。加速区間判断手段１２０２で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第２最大指令トルク（第２最大指令電流）を計算し、第２メモリ記憶手段１２０４でメモリに記憶する。指令速度の第２周期区間以後（ｔ30〜）では、メモリに記憶された第１最大指令電流デ���タと第２最大指令電流データをメモリ呼び出し手段１０６でメモリから呼び出し、呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データからデータ偏差過大判断手段１０６Ａでデータ過大判断を行う。その後、呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データの情報から式（８）の推定初期磁極計算手段１０７で推定初期磁極位置θestの演算を行う。但し、メモリに記憶する時の第１と第２指令電流データ（Ｉ1 data*、Ｉ2 data*）は呼び出された第１と第２指令電流データ（Ｉ1 data* call、Ｉ2 data* call）は同じ値である。
a.  メモリのルーチンＩ：Ｉ1 data* → メモリ → Ｉ2 data* call
b.  メモリのルーチンII：Ｉ2 data* → メモリ → Ｉ2 data* call
θest ＝ ＦＮＣ（Ｉ1 data*、Ｉ2 data*）
＝ ｔａｎ- 1 （Ｉ1 data*／Ｉ2 data*）
＝ ｔａｎ- 1 （第１最大指令電流／第２最大指令電流）          （８）
ここで、θest は推定初期磁極位置、ＦＮＣ は任意関数、Ｉ1 data* は第１指令電流データ（第１指令トルクデータ）、Ｉ2 data* は第２指令電流データ（第２指令トルクデータ）である。最後に、式（９）を用いた補正初期磁極演算手段１０９で推定初期磁極位置θestをデフォルト初期磁極位置設定手段１０８で設定されたデフォルト初期磁極位置θ0に加えて、補正初期磁極位置θcompの演算を行う。
θcomp ＝ θ0 ＋ θest          （９）
ここで、θcomp は補正初期磁極位置、θ0 は初期設定のデフォルト初期磁極位置（任意値）である。推定初期磁極位置の演算に用いる第１指令電流データと第２指令電流データが最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流である場合、下記の式（１０）〜（１２）で推定初期磁極位置θest （θest max、θest ave、θest inst）を求める。
θest max ＝ ｔａｎ- 1 （Ｉ1 max* ／Ｉ2 max*）          （１０）
θest ave ＝ ｔａｎ- 1 （Ｉ1 ave*／Ｉ2 ave*）          （１１）
θest inst ＝ Σ（ｔａｎ- 1 （Ｉ1 inst*[k]／Ｉ2 inst*[k]））／ｋ        （１２）
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
＜初期磁極推定ルーチン＞
・ステップ１：デフォルト初期磁極位置θ0 は任意角として設定する（Ｅ１０１）。
・ステップ１Ａ：データ偏差制限レベルの設定を行う（Ｅ１０１Ａ）。
・ステップ２：指令速度パターン発生手段では、指令速度パターンの設定（指令速度の振幅値、加速区間時間、一定速区間時間、休止区間時間、モード切り換え区間時間）を行い、適用する応用分野に最適な指令速度パターン（台形波、三角形、矩形波、ゼロ速波、正弦波）を発生する（Ｅ１０２，Ｅ１０５）。
・ステップ３：Ｅ１０２で求めた指令速度パターンに基づき、データ取得用速度区間（表２を参考）とそのデータ取得用速度区間で得られる磁極推定用取得データ（最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流）の設定を行う（Ｅ１０３，Ｅ１０４）。
・ステップ４：指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算する（Ｅ１０６）。
・ステップ５：速度偏差に速度ゲイン（速度比例ゲイン、速度比例積分ゲイン、速度積分ゲインのいずれか一つ）を乗じ、指令トルク（指令電流）を演算する（Ｅ１０７）。
・ステップ６：モード区間判断手段で指令速度からでモード区間（第１周期区間と第２周期区間）の判断処理を行い、その結果に従って第１周期区間から第２周期区間に切り替え動作をモードスイッチで行う（Ｅ１０９）。
・モードスイッチによるモード切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項処理（積分項のクリア、ホールド、その他）を速度積分処理手段で行う（Ｅ１０８）。
・ステップ７：Ｅ１０９で求めた第１周期区間にはステップ８Ａ〜ステップ８Ｃ（Ｅ１１０１〜Ｅ１１０４）までの動作を行い、又、Ｅ１０７で求めた第２周期区間にはステップ９Ａ〜ステップ９Ｃ（Ｅ１２０１〜Ｅ１２０５）までの動作を行う。
・ステップ８Ａ：ｑ軸指令電流にはステップ５で演算された指令トルク（指令電流）を入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する（Ｅ１１０１）。
・ステップ８Ｂ：指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第１指令電流データ（第１指令トルクデータ）の演算を行う（Ｅ１１０２、Ｅ１１０３）。
・ステップ８Ｃ：第１指令電流データを第１メモリ記憶手段でメモリに記憶する（Ｅ１１０４）。
・ステップ９Ａ：ｑ軸指令電流にはゼロを入力し、ｄ軸指令電流にはステップ５で演算された指令トルク（指令電流）を入力する（Ｅ１２０１）。
・ステップ９Ｂ：指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第２指令電流データ（第２指令トルクデータ）の演算を行う（Ｅ１２０２、Ｅ１２０３）。
・ステップ９Ｃ：第２指令電流データを第２メモリ記憶手段でメモリに記憶する（Ｅ１２０４）。
・ステップ１０：指令速度の第２周期区間終了以後、メモリから第１と第２指令電流データを呼び出す（Ｅ１２０５、Ｅ１１０）。
・ステップ１１：Ｅ１１０で呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データとの差分をデータ偏差として演算する（Ｅ１１１０）。
・ステップ１２：データ偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差≧データ偏差制限レベル」である場合は、予め定めた位相へ変更を行った後、Ｅ１０５から再度処理演算を行う（Ｅ１１２０、Ｅ１１３０）。
・ステップ１０Ｃ：データ偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差＜データ偏差制限レベル」である場合は、Ｅ１１０で呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データを用い、式（８）を用いた推定初期磁極計算手段で推定初期磁極位置の演算を行う（Ｅ１１１）。
・ステップ１３：式(９)を用いた補正初期磁極演算手段で、推定初期磁極位置θestをデフォルト初期磁極位置θ0に加えて補正初期磁極位置θcompの演算を行う（Ｅ１１２）。
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、１）短い推定時間で正確な初期磁極位置推定が出来、２）トルク損失を最初現に抑えて最大トルクを出すことが出来、３）モータの動く範囲を最小限に抑えることが出来るという効果がある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2001157482.tif 000001