(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出器が取り付けられた同期電動機を制御するモータ駆動装置において、
位置検出器からの位置検出信号を検出方向切替信号により方向を切替えて位置情報として出力する検出方向切替器と、
起動信号によりトルク指令を出力するトルク指令生成器と、
前記起動信号により磁極位置指令を出力する磁極位置設定器と、
前記トルク指令と前記磁極位置指令によりＵＶＷ指令電圧を出力する電流制御器と、
前記位置情報と前記磁極位置指令から検出方向切替信号を出力する位置検出方向設定器を備え、
前記位置検出方向設定器において、前記磁極位置指令と前記位置情報の変化により前記検出方向切替信号を設定することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記磁極位置設定器において、前記磁極位置指令を初期値から少しずつ変化させ、
前記位置検出方向設定器において、前記磁極位置指令が初期値の時の前記位置情報と、前記磁極位置指令が初期値から電気角で１８０度より大きくなったときの位置情報との差が、
あらかじめ想定した方向と一致しなければ前記検出方向切替信号を切替え、一致すれば切替えないことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記磁極位置設定器において、前記磁極位置指令を一定時間初期値の状態とし、一定時間経過後に少しずつ変化させ、
前記位置検出方向設定器において、前記磁極位置指令の変化開始後の前記位置情報の変化方向があらかじめ想定した方向と一致しなければ前記検出方向切替信号を切替え、一致すれば切替えないことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記トルク指令生成器において、トルク指令を目標値まで一定の変化量で大きくしていくことを特徴とした請求項１、２、３記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
位置検出器が取り付けられた同期電動機を制御するモータ駆動装置において、
位置検出器からの位置検出信号を検出方向切替信号により方向を切替えて位置情報として出力する検出方向切替器と、
起動信号によりトルク指令を出力するトルク指令生成器と、
前記起動信号と前記位置情報により磁極位置指令を出力する磁極位置設定器と、
前記トルク指令と前記磁極位置指令によりＵＶＷ指令電圧を出力する電流制御器と、
前記位置情報と前記磁極位置指令から検出方向切替信号を出力する位置検出方向設定器を備え、
前記磁極位置設定器において、前記磁極位置指令を初期値のままで、前記位置情報の変化が一定値未満になるまで待ち、その後前記磁極位置指令を少しずつ変化させ、
前記位置検出方向設定器において、前記磁極位置指令の変化開始後の前記位置情報の変化方向があらかじめ想定した方向と一致しなければ前記検出方向切替信号を切替え、一致すれば切替えないことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記トルク指令生成器において、トルク指令を目標値まで一定の変化量で大きくしていくことを特徴とした請求項５記載のモータ駆動装置。
【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、特に始動時の位置検出器方向の設定方法に関する。
【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）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】
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ある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この方法は、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Ｐを基準にして電流位相を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１６７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術は、位置検出器を介して移動方向を判定するため、位置検出器とモータの相順に関する初期設定が正しく設定されていることが前提となり、初期設定を間違えた場合には正しい磁極位置を検出できないという問題がある。
モータを制御するには、位置検出器のカウント方向とモータの相順を合わせておく必要があり、モータの相順がＵ相→Ｖ相→Ｗ相となる方向にモータを動かしたときに位置検出器のカウント方向が正方向とする、などの初期設定を必要とする。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、位置検出器とモータの相順に関する初期設定を自動で設定できるモータ駆動装置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】
【０００８】
位置検出器が取り付けられた同期電動機を制御するモータ駆動装置において、
位置検出器からの位置検出信号を検出方向切替信号により方向を切替えて位置情報として出力する検出方向切替器と、
起動信号によりトルク指令を出力するトルク指令生成器と、
前記起動信号により磁極位置指令を出力する磁極位置設定器と、
前記トルク指令と前記磁極位置指令によりＵＶＷ指令電圧を出力する電流制御器と、
前記位置情報と前記磁極位置指令から検出方向切替信号を出力する位置検出方向設定器を備え、
前記位置検出方向設定器において、前記磁極位置指令と前記位置情報の変化により前記検出方向切替信号を設定する。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載のモータ駆動装置によれば、磁極位置指令を変化させたときの位置情報の変化方向から正しい位置検出方向を自動設定できる。
【００１０】
また、請求項２に記載のモータ駆動装置によれば、磁極位置指令の変化量を電気角１８０度より大きくすることでトルク指令印加時の初期動作の影響を除去でき、安定した位置検出方向の自動設定ができる。
【００１１】
また、請求項３に記載のモータ駆動装置によれば、磁極位置指令の変化開始までに一定の待ち時間を設け、トルク指令印加時の初期動作が完了してから位置情報の変化の検出を行うことでより安定した位置検出方向の自動設定ができる。 
【００１２】
さらに、請求項４に記載のモータ駆動装置によれば、トルク指令印加時に一定の傾きをもたせることで、初期動作時の衝撃を小さくすることができる。
【００１３】
また、請求項５に記載のモータ駆動装置によれば、トルク指令印加時の初期動作の完了を位置情報の変化量で判定することで、初期動作完了をすばやく検出でき、効率のよい位置検出方向の自動設定ができる。
【００１４】
さらに、請求項６に記載のモータ駆動装置によれば、トルク指令印加時に一定の傾きをもたせることで、初期動作時の衝撃を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の主要部ブロック図
【図２】（ａ）は同トルク指令印加時におけるモータ回転方法詳細説明図、（ｂ）は同ロック状態におけるモータ回転方法詳細説明図、（ｃ）は同回転状態におけるモータ回転方法詳細説明図
【図３】本発明の実施例２におけるモータ駆動装置の主要部ブロック図
【図４】（ａ）は同トルク指令印加時におけるリニアモータ動作方法詳細説明図、（ｂ）は同ロック状態におけるリニアモータ動作方法詳細説明図、（ｃ）は同動作状態におけるリニアモータ動作方法詳細説明図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施例１）
図１は、請求項１〜４に記載のモータ駆動装置のブロック図であり、起動信号１１からトルク指令１２を出力するトルク指令生成器１と、起動信号１１から磁極位置指令１３を出力する磁極位置設定器２と、磁極位置指令１３と位置情報１７から検出方向切替信号１５を出力する位置検出方向設定器３と、検出方向切替信号１５と位置検出信号１６から位置情報１７を出力する検出方向切替器４と、トルク指令１２と磁極位置指令１３からＵＶＷ指令電圧１４を出力する電流制御器５を備えている。
【００１７】
まず、トルク指令１２と磁極位置指令１３によりモータを回転させる方法について説明する。ここでは固定子側に電磁石（電機子）、回転子側に永久磁石を用いたモータで説明する。起動信号１１によりトルク指令１２と磁極位置指令１３が出力され電流制御器５により電流制御が行われる。通常同期型のモータを制御する場合、位置情報１７を介してモータの磁極位置を検出し、その位置に応じて指令電圧を正弦波状に印加し、固定子側に回転磁界を作り出すことで回転子を回転させる。しかしながら、本方式では磁極位置を検出
しておらず、磁極位置指令１３を固定値にした状態でトルク指令１２を印加すると、図２(a)、(b)に示すように固定子１８側には一定の磁極方向を持つ磁界１９が発生するため、回転子２０はその磁極方向と一致する位置まで移動し停止する（ロック状態）。その状態から磁極位置指令１３を少しずつ変化させると、図２(c)に示すように固定子１８側に発生していた磁界１９が少しずつ動くため、回転子２０もその磁界１９の動きにあわせて回転する。つまり、トルク指令１２を印加し、磁極位置指令１３を変化させることで位置情報１７を使用せずにモータを回転させることができる。位置情報１７を使用しないことで、検出方向切替信号１５の影響をうけずにモータを物理的に一定の方向へ回転させることができる。これにより、例えばモータの相順がＵ→Ｖ→Ｗの順番になる方向へ動作させる、あるいはＵ→Ｗ→Ｖの方向へ動作させるということが、磁極位置指令１３の変化方向を変えるだけで実現できる。
【００１８】
次に、磁極位置指令１３と位置情報１７から検出方向切替信号１５を設定する方法について説明する。通常位置情報１７の変化方向とモータの相順との関係は一意に決まっている。その方向が逆になっているとモータの制御が正常に行われない。前述の説明より、磁極位置指令１３を変化させることで、モータの相順を指定した動作が可能となるため、そのときの位置情報１７の変化方向を確認すれば、検出方向切替信号１５が正しいかどうかを判定することができる。正しければそのままとし、逆であれば検出方向切替信号１５を逆に設定することで検出方向の自動設定が可能となる。
【００１９】
具体的には、磁極位置指令１３を正方向に動作させたときにモータの相順がＵ→Ｖ→Ｗに回転し、かつモータの相順がＵ→Ｖ→Ｗのときに位置情報１７が正方向に変化しなければならないモータ駆動装置を例に説明する。
【００２０】
磁極位置指令１３を初期値から一定の変化量で正方向に変化させる。最初は回転子の磁極と固定子側に発生している磁極とが一致する方向に動作する。この初期動作は最大電気角１８０度で正方向／負方向どちらにも動作しうる。一度固定子側の磁極と一致すればその後は磁極位置指令１３の変化方向が正方向であるため、回転子は相順がＵ→Ｖ→Ｗとなる方向に回転する。よって磁極位置指令１３を電気角の１８０度より大きく変化させれば、最初の位置情報１７からの変化方向は、初期動作による最大１８０度の変化分を打ち消し、磁極位置指令１３の変化方向によるものと判断することができる。したがって、磁極位置指令１３の変化量が電気角１８０度より大きくなった状態で位置情報１７の変化方向が正方向であれば位置検出方向は正しいと判断でき、負方向であれば、検出方向切替信号１５を逆方向に設定することで検出方向を正しく設定することができる。同様に磁極位置指令１３を初期値から一定の変化量で負方向に変化させた場合は、最終的に位置情報１７の変化方向が負方向であれば位置検出方向は正しく、正方向であれば検出方向切替信号１５を逆方向に設定することで検出方向を正しく設定することができる。磁極位置指令１３の変化方向は片方向だけでも検出方向の自動設定は可能であるが、両方向で判定することでより安定した自動設定も可能となる。
【００２１】
また、上記初期動作の影響を減らすために、トルク指令１２を印加してから一定時間の磁極位置指令１３を初期値のままとし、その後磁極位置指令１３を変化させる。磁極位置指令１３の変化開始後からの位置情報１７の変化方向を判定することで検出方向の自動設定に要するモータの移動量を最小限に抑えることができる。
【００２２】
また、トルク指令１２の印加時に一定の傾きをもたせることで、初期動作の衝撃を和らげることができる。
【００２３】
（実施例２）
図３は、請求項５〜６に記載のモータ駆動装置のブロック図であり、起動信号１１から
トルク指令１２を出力するトルク指令生成器１と、起動信号１１と位置情報１７から磁極位置指令１３を出力する磁極位置設定器２と、磁極位置指令１３と位置情報１７から検出方向切替信号１５を出力する位置検出方向設定器３と、検出方向切替信号１５と位置検出信号１６から位置情報１７を出力する検出方向切替器４と、トルク指令１２と磁極位置指令１３からＵＶＷ指令電圧１４を出力する電流制御器５を備えている。
【００２４】
基本的動作は実施例１と同じであり、ここでは相違点のみ説明する。実施例１との相違点は、磁極位置設定器２で起動信号１１だけでなく位置情報１７を用いて磁極位置指令１３を生成する点である。
【００２５】
具体的には、位置情報１７を用いてトルク指令印加時の初期動作の完了を検出してから、磁極位置指令１３を変化させる。ロック状態の検出方法は位置情報１７の変化量が一定値以下になればモータはほぼ停止しており、ロック状態にあると判断する。これにより、ロック状態をすばやく検出でき、効率のよい位置検出方向の自動設定が実現できる。
【００２６】
また、トルク指令１２の印加時に一定の傾きをもたせることで、初期動作の衝撃を和らげることができる。
【００２７】
なお、起動信号１１には、電源投入後の最初のモータ通電開始入力や前面パネル操作による入力、外部からのＩ／Ｆ入力、通信からの起動入力などが考えられる。
【００２８】
また、磁極位置指令１３の１回の変化量を調整することで、位置検出方向の自動判定時の動作速度を自由に調整できる。
【００２９】
また、本説明は便宜上回転モータによる記載をしているが、図４に示すようにリニアモータなどの直線型のモータでも本手法を用いることで同様に位置検出方向の自動設定が可能である。なお、図４におけるリニアモータの場合の動作方法は、図２におけるモータの回転子２０の回転運動が、図４における可動子２１の直線運動に変わっただけで同様であるため、説明を省略する。
【００３０】
また、本説明は便宜上固定子側が電磁石で、回転子側が永久磁石の場合で説明しているが、固定子側が永久磁石で、回転子側が電磁石の場合でも同様の考え方で位置検出方向の自動設定が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のモータ駆動装置は、同期電動機と位置検出器の組合せ異常の検出などにも有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１  トルク指令生成器
２  磁極位置設定器
３  位置検出方向設定器
４  検出方向切替器
５  電流制御器
１１  起動信号
１２  トルク指令
１３  磁極位置指令
１４  ＵＶＷ指令電圧
１５  検出方向切替信号
１６  位置検出信号
１７  位置情報
１８  固定子
１９  磁界
２０  回転子
２１  可動子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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