(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するロータ磁極（Ｐ）の位相である位相誤差θを一定とし且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するｄｃ軸の位相を指令する位相誤差指令値θ＊を変化させた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値の最小値および最大値を予め記憶しておき、回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として所定値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値を計測し、その計測値と前記最小値および最大値とから位相誤差θの２つの位相誤差候補値（θａ，θｂ）を算出し、次いで回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として前記所定値を微小変化させた値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値の変化から前記２つの候補値（θａ，θｂ）の１つを選んで位相誤差θとすることを特徴とする同期電動機制御方法。
【請求項２】
回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するｄｃ軸の位相を指令する位相誤差指令値θ＊＝一定値を与え且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するロータ磁極（Ｐ）の位相である位相誤差θを変化させた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値の最小値および最大値を予め記憶しておき、回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として所定値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値を計測し、その計測値と前記最小値および最大値とから位相誤差θの２つの位相誤差候補値（θａ，θｂ）を算出し、次いで回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として前記所定値を微小変化させた値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値の変化から前記２つの候補値（θａ，θｂ）の１つを選んで位相誤差θとすることを特徴とする同期電動機制御方法。
【請求項３】
回転停止中の同期電動機（Ｍ）に高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令値を与える高周波指令値発生手段（２）と、前記高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令に基づいてｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）およびｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）を出力する電流制御手段（６）と、前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）およびｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）に基づいて三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力するｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）と、前記三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を基に三相電力を同期電動機（Ｍ）に給電する三相給電手段（８）と、三相電動機電流（ｉＵ’，ｉＶ’）を検出するための電流検出手段（９，１０）と、前記三相電動機電流（ｉＵ’，ｉＶ’）を基にｄ軸電流計測値（ｉｄ’）を出力するＵＶＷ／ｄｑ変換手段（１１）と、前記ｄ軸電流計測値（ｉｄ’）を基に回転停止中の同期電動機（Ｍ）のステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するロータ磁極の位相である位相誤差θを求める位相誤差推定手段（１２）と、前記位相誤差θの変化に対するｄ軸電流計測値（ｉｄ’）のピーク対ピーク値（ｉｄｈ）の最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）を記憶しているメモリ（１３）とを具備し、
回転停止中に、前記高周波指令値発生手段（２）は高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令値を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）は前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）に対して同期電動機（Ｍ）のステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するｄｃ軸の位相を指令する位相誤差指令値θ＊として所定値を与え、前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）は前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）と前記ｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）と前記位相誤差指令値（θ＊）とを基に三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）はｄ軸電流計測値（ｉｄｃ’）あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値（ｉｄｈ）を計測し且つその計測値と前記メモリ（１３）に記憶している最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）とから位相誤差θの２つの位相誤差候補値（θａ，θｂ）を算出し、
次いで、前記高周波指令値発生手段（２）は回転停止中の同期電動機（Ｍ）に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）は前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）に対して位相誤差指令値θ＊として前記所定値を微小変化させた値を与え、前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）は前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）と前記ｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）と前記位相誤差指令値（θ＊）とを基に三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）はｄ軸電流計測値（ｉｄｃ’）あるいはｄ軸電圧計測値を計測しその変化から前記２つの候補値（θａ，θｂ）の１つを選んで位相誤差θとすることを特徴とする同期電動機制御装置（１００）。
【請求項４】
請求項３に記載の同期電動機制御装置（１００）において、
回転停止中に、前記高周波指令値発生手段（２）は高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令値を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）は前記位相誤差指令値θ＊を変化させ、前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）は前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）と前記ｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）と前記位相誤差指令値（θ＊）とを基に三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）はｄ軸電流計測値（ｉｄｃ’）あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値（ｉｄｈ）を計測し且つ前記位相誤差指令値θ＊の変化に対する前記ピーク対ピーク値（ｉｄｈ）の変化から前記最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）を取得し、
前記メモリ（１３）は前記最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）を記憶することを特徴とする同期電動機制御装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機制御方法および装置に関し、更に詳しくは、回転停止中の同期電動機のロータ磁極位置を精度高く且つ短時間で推定できる同期電動機制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｄｃ軸，ｄｑ軸に微小電圧変化量ｖｈｄ，ｖｈｑを与えてｄｃ軸，ｄｑ軸での電流変化率ΔＩｄｃ，ΔＩｑｃを計測し、与えた微小電圧変化量ｖｈｄ，ｖｈｑと計測した電流変化率ΔＩｄｃ，ΔＩｑｃとに基づいて推定磁極位置と実際の磁極位置の位相誤差Δθを算出したり、ｄｃ軸に微小電圧変化量ｖｈｄを与えてｄｑ軸での電流変化率ΔＩｑｃを計測し、与えた微小電圧変化量ｖｈｄと計測した電流変化率ΔＩｑｃとに基づいて推定磁極位置と実際の磁極位置の位相誤差Δθを算出する交流電動機の駆動システムが知られている（例えば、特許文献１，２参照。なお、ｄｃ軸〜電流変化率Δθの名称・記号は、特許文献１，２で用いられている名称・記号であり、本願明細書の名称・記号とは必ずしも一致していない。）。
他方、ｄ軸に正弦波の電流指令値ｉｄ１＊を与えて、ｑ’軸での電流値Ｉｑ’を計測することを、磁極位置推定値θ’を変えて繰り返し、電流値Ｉｑ’＝０となるときの磁極位置推定値θ’を実際の磁極位置として得る同期電動機の磁極位置推定方法および電動機制御装置および電気車が知られている（例えば、特許文献３参照。なお、ｄ軸〜磁極位置推定値θ’の名称・記号は、特許文献３で用いられている名称・記号であり、本願明細書の名称・記号とは必ずしも一致していない。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７８３９１号公報
【特許文献２】特開２００２−７８３９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１４３８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１，２では、電流変化率を計測している。しかし、電流変化率にはＰＷＭ（パルス幅変調）回路のスイッチングによるノイズに起因する誤差が発生するため、磁極位置推定精度が低くなる問題点がある。
他方、特許文献３では、ｑ’軸での電流値Ｉｑ’＝０に収束するまで、磁極位置推定値θ’を変えて電流値Ｉｑ’を計測することを繰り返している。このため、収束までに要する平均的時間が長くなる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、回転停止中の同期電動機のロータ磁極位置を精度高く且つ短時間で推定できる同期電動機制御方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の観点では、本発明は、回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するロータ磁極（Ｐ）の位相である位相誤差θを一定とし且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するｄｃ軸の位相を指令する位相誤差指令値θ＊を変化させた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値の最小値および最大値を予め記憶しておき、回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として所定値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値を計測し、その計測値と前記最小値および最大値とから位相誤差θの２つの位相誤差候補値（θａ，θｂ）を算出し、次いで回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として前記所定値を微小変化させた値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値の変化から前記２つの候補値（θａ，θｂ）の１つを選んで位相誤差θとすることを特徴とする同期電動機制御方法を提供する。
上記第１の観点による同期電動機制御方法では、電流変化率を計測する従来技術に比べてＰＷＭ回路のスイッチングノイズの影響が小さいため、高い推定精度が得られる。また、同期電動機の起動直前時には、ｄ軸電流計測値のピーク対ピーク値を２回だけ計測すれば位相誤差θを推定できるので、迅速に同期電動機を起動できるようになる。
そして、ロータの角度を変えることなく最小値および最大値を得るので、実施が容易である。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するｄｃ軸の位相を指令する位相誤差指令値θ＊＝一定値を与え且つステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するロータ磁極（Ｐ）の位相である位相誤差θを変化させた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値の最小値および最大値を予め記憶しておき、回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として所定値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値を計測し、その計測値と前記最小値および最大値とから位相誤差θの２つの位相誤差候補値（θａ，θｂ）を算出し、次いで回転停止中の同期電動機に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊として前記所定値を微小変化させた値を与えた時のｄ軸電流計測値あるいはｄ軸電圧計測値の変化から前記２つの候補値（θａ，θｂ）の１つを選んで位相誤差θとすることを特徴とする同期電動機制御方法を提供する。
上記第２の観点による同期電動機制御方法では、電流変化率を計測する従来技術に比べてＰＷＭ回路のスイッチングノイズの影響が小さいため、高い推定精度が得られる。また、同期電動機の起動直前時には、ｄ軸電流計測値のピーク対ピーク値を２回だけ計測すれば位相誤差θを推定できるので、迅速に同期電動機を起動できるようになる。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、回転停止中の同期電動機（Ｍ）に高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令値を与える高周波指令値発生手段（２）と、前記高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令に基づいてｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）およびｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）を出力する電流制御手段（６）と、前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）およびｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）に基づいて三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力するｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）と、前記三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を基に三相電力を同期電動機（Ｍ）に給電する三相給電手段（８）と、三相電動機電流（ｉＵ’，ｉＶ’）を検出するための電流検出手段（９，１０）と、前記三相電動機電流（ｉＵ’，ｉＶ’）を基にｄ軸電流計測値（ｉｄ’）を出力するＵＶＷ／ｄｑ変換手段（１１）と、前記ｄ軸電流計測値（ｉｄ’）を基に回転停止中の同期電動機（Ｍ）のステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するロータ磁極の位相である位相誤差θを求める位相誤差推定手段（１２）と、前記位相誤差θの変化に対するｄ軸電流計測値（ｉｄ’）のピーク対ピーク値（ｉｄｈ）の最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）を記憶しているメモリ（１３）とを具備し、回転停止中に、前記高周波指令値発生手段（２）は高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令値を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）は前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）に対して同期電動機（Ｍ）のステータＵ相位置（ｄｃ０）に対するｄｃ軸の位相を指令する位相誤差指令値θ＊として所定値を与え、前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）は前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）と前記ｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）と前記位相誤差指令値（θ＊）とを基に三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）はｄ軸電流計測値（ｉｄｃ’）あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値（ｉｄｈ）を計測し且つその計測値と前記メモリ（１３）に記憶している最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）とから位相誤差θの２つの位相誤差候補値（θａ，θｂ）を算出し、次いで前記高周波指令値発生手段（２）は回転停止中の同期電動機（Ｍ）に高周波電流指令値あるいは高周波電圧指令値を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）は前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）に対して位相誤差指令値θ＊として前記所定値を微小変化させた値を与え、前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）は前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）と前記ｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）と前記位相誤差指令値（θ＊）とを基に三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）はｄ軸電流計測値（ｉｄｃ’）あるいはｄ軸電圧計測値を計測しその変化から前記２つの候補値（θａ，θｂ）の１つを選んで位相誤差θとすることを特徴とする同期電動機制御装置（１００）を提供する。
上記第３の観点による同期電動機制御装置では、電流変化率を計測する従来技術に比べてＰＷＭ回路のスイッチングノイズの影響が小さいため、高い推定精度が得られる。また、同期電動機の起動直前時には、ｄ軸電流計測値のピーク対ピーク値を２回だけ計測すれば位相誤差θを推定できるので、迅速に同期電動機を起動できるようになる。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による同期電動機制御装置（１００）において、回転停止中に、前記高周波指令値発生手段（２）は高周波電流指令値（ｉｈ＊）あるいは高周波電圧指令値を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）は前記位相誤差指令値θ＊を変化させ、前記ｄｑ／ＵＶＷ変換手段（７）は前記ｄ軸電圧指令値（ｖｄ＊）と前記ｑ軸電圧指令値（ｖｑ＊）と前記位相誤差指令値（θ＊）とを基に三相電圧指令値（ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊）を出力し、前記位相誤差推定手段（１２）はｄ軸電流計測値（ｉｄｃ’）あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値（ｉｄｈ）を計測し且つ前記位相誤差指令値θ＊の変化に対する前記ピーク対ピーク値（ｉｄｈ）の変化から前記最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）を取得し、前記メモリ（１３）は前記最小値（ｉｄｈｍｉｎ）および最大値（ｉｄｈｍａｘ）を記憶することを特徴とする同期電動機制御装置（１００）を提供する。
上記第４の観点による同期電動機制御装置では、ロータの角度を変えることなく最小値および最大値を得るので、実施が容易である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の同期電動機制御方法および装置によれば、回転停止中の同期電動機のロータ磁極位置を精度高く且つ短時間で推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る同期電動機制御装置を示す構成説明図である。
【図２】位相誤差θの説明図である。
【図３】回転停止中のリラクタンス電動機にｄ軸電流指令値ｉｄｃ＊を与えてｄ軸電流計測値ｉｄｃ’を観測した波形の例示図である。
【図４】位相誤差θの変化に対するｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈの変化をプロットした特性曲線図である。
【図５】回転停止中の永久磁石電動機にｄ軸電流指令値ｉｄｃ＊を与えてｄ軸電流計測値ｉｄｃ’を観測した波形の例示図である。
【図６】実施例１に係るピーク対ピーク最大値最小値計測処理を示すフロー図である。
【図７】図４の特性曲線に対応するｄｃ軸（破線矢印）と位相誤差指令値θ＊に対応するｄｃ軸（実線矢印）の関係を示す概念図である。
【図８】位相誤差指令値θ＊の変化に対するｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈの変化をプロットした特性曲線図である。
【図９】図４の特性曲線に対応するｄｃ軸（破線矢印）と位相誤差指令値θ＊＝θ＊ｍｉｎ＋９０°に対応するｄｃ軸（実線矢印）の関係を示す概念図である。
【図１０】実施例１に係るロータ磁極位置推定処理を示すフロー図である。
【図１１】ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈの計測値ｉｄｈ１から得られる２つの磁極誤差候補値θａ，θｂを示す説明図である。
【図１２】位相誤差指令値θ＊をψだけ変化させたときに得られるｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈの計測値ｉｄｈ２を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
−実施例１−
図１は、同期電動機制御装置１００を示す構成説明図である。
この同期電動機制御装置１００は、突極性をもつ同期電動機Ｍの速度制御およびトルク制御を行うためのｄ軸電流制御値ｉｄ０＊およびｑ軸電流指令値ｉｑ＊を出力するベクトル制御器１と、回転停止中の同期電動機Ｍのロータの磁極位置を検出するための高周波電流指令値ｉｈ＊を出力する高周波電流指令値発生器２と、ｄ軸電流制御値ｉｄ０＊に高周波電流指令値ｉｈ＊を加算してｄ軸電流指令値ｉｄ＊を出力する加算器３と、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊とｄ軸電流計測値ｉｄ’の差分であるｄ軸電流差分値を出力する差分器４と、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊とｑ軸電流計測値ｉｑ’の差分であるｑ軸電流差分値を出力する差分器５と、ｄ軸電流差分値およびｑ軸電流差分値を基にｄ軸電圧指令値ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値ｖｑ＊を出力する電流制御器６と、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値ｖｑ＊と位相誤差指令値θ＊を基に三相電圧指令値ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊を出力するｄｑ／ＵＶＷ変換器７と、三相電圧指令値ｖＵ＊，ｖＶ＊，ｖＷ＊を基に三相電力を同期電動機Ｍに給電するＰＷＭインバータ８と、Ｕ相電動機電流ｉＵ’を検出するための電流検出器９と、Ｖ相電動機電流ｉＶ’を検出するための電流検出器１０と、Ｕ相電動機電流ｉＵ’およびＶ相電動機電流ｉＶ’を基にｄ軸電流計測値ｉｄ’およびｑ軸電流計測値ｉｑ’を出力するＵＶＷ／ｄｑ変換器１１と、ｄ軸電流計測値ｉｄ’を基に回転停止中の同期電動機ＭのステータＵ相位置とロータの磁極位置の位相誤差θを求める位相誤差推定器１２と、位相誤差θの変化に対するｄ軸電流計測値ｉｄ’のピーク対ピーク値ｉｄｈの最大値ｉｄｈｍａｘおよび最小値ｉｄｈｍｉｎを記憶しているメモリ１３と、同期電動機Ｍのロータが永久磁石型である場合に回転停止中の同期電動機ＭのステータＵ相位置に最も近い磁極の極性を判別する極性判別器１４とを具備している。
【００１３】
図２は、位相誤差θの説明図である。なお、（ａ）〜（ｃ）は４極リラクタンス電動機を示し、（Ａ）〜（Ｄ）は４極永久磁石電動機を示す。
図２の（ａ）に示すように、回転停止中の４極リラクタンス電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータの磁極Ｐの位置が合致している状態を位相誤差θ＝０°とする。
図２の（ｂ）に示すように、回転停止中の４極リラクタンス電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータの磁極Ｐの位置が機械的に２２．５°ずれている状態を位相誤差θ＝４５°とする。
図２の（ｃ）に示すように、回転停止中の４極リラクタンス電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータの磁極Ｐの位置が機械的に４５°ずれている状態を位相誤差θ＝９０°とする。
【００１４】
図２の（Ａ）に示すように、回転停止中の４極永久磁石電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータのＮ極Ｎの位置が合致している状態を位相誤差θ＝０°とする。
図２の（Ｂ）に示すように、回転停止中の４極永久磁石電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータのＮ極Ｎの位置が機械的に２２．５°ずれている状態を位相誤差θ＝４５°とする。
図２の（Ｃ）に示すように、回転停止中の４極永久磁石電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータのＮ極Ｎの位置が機械的に４５°ずれている状態を位相誤差θ＝９０°とする。
図２の（Ｄ）に示すように、回転停止中の４極永久磁石電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータのＳ極Ｓの位置が合致している状態を位相誤差θ＝１８０°とする。
【００１５】
図２に示す実線矢印は、ロータ磁極位置の推定座標系のｄｃ軸の位相を表している。
位相誤差推定器１２から位相誤差指令値θ＊＝０°を与えると、ｄｑ／ＵＶＷ変換器７は、ｄｃ軸をステータＵ相位置ｄｃ０に合致させる。
【００１６】
図２の（ａ）に示すように、位相誤差θ＝０°の状態のときに、位相誤差指令値θ＊＝０°を与え、ｄ軸電流制御値ｉｄ０＊＝０とし、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊＝０とし、高周波電流指令値ｉｈ＊として例えば周期３ｍｓ，ピーク対ピーク値１０Ａの正弦波を与えると、図３の（ａ）に示す如きｄ軸電流計測値ｉｄｃ’が観測される。なお、回転停止中のｄ軸電流計測値ｉｄ’であることを表すため、記号をｉｄｃ’としている。
図２の（ｂ）に示すように、位相誤差θ＝４５°の状態のときに、同様の条件を与えると、図３の（ｂ）に示す如きｄ軸電流計測値ｉｄｃ’が観測される。
図２の（ｃ）に示すように、位相誤差θ＝９０°の状態のときに、同様の条件を与えると、図３の（ｃ）に示す如きｄ軸電流計測値ｉｄｃ’が観測される。
【００１７】
図４は、位相誤差θの変化に対するｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈの変化をプロットした特性曲線図である。
この特性曲線は、図４から判るように次式で表される。
ｉｄｈ＝（ｉｄｈｍａｘ＋ｉｄｈｍｉｎ）／２−｛（ｉｄｈｍａｘ−ｉｄｈｍｉｎ）／２｝ｃｏｓ（２・θ）
最大値ｉｄｈｍａｘおよび最小値ｉｄｈｍｉｎは、高周波電流指令値ｉｈ＊や同期電動機Ｍの巻線抵抗やインダクタンスなどにより異なる値になる。
【００１８】
図４の特性曲線は、図２の（Ａ）〜（Ｄ）に示す４極永久磁石電動機の場合でも同じである。
但し、回転停止中の４極永久磁石電動機のステータＵ相位置ｄｃ０とロータのＮ極Ｎの位置が合致している状態を位相誤差θ＝０°とし、ステータＵ相位置ｄｃ０とロータのＳ極Ｓの位置が合致している状態を位相誤差θ＝１８０°とするので、０°≦θ＜３６０°の範囲となる。
他方、４極リラクタンス電動機の場合は、極性の区別が無いので、０°≦θ＜１８０°の範囲となる。
【００１９】
また、図５に示すように、ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’の波形は位相誤差θに応じて正負非対称になる。
すなわち、図５の（ａ）に示すように、０°≦θ＜１８０°では、ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’が正値になる正期間Ｔｐよりもｄ軸電流計測値ｉｄｃ’が負値になる負期間Ｔｎの方が長くなる。
他方、図５の（ｂ）に示すように、１８０°≦θ＜３６０°では、正期間Ｔｐの方が負期間Ｔｎよりも長くなる。
【００２０】
図６は、ピーク対ピーク最大値最小値計測処理を示すフロー図である。ｄ軸電流制御値ｉｄ０＊＝０、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊＝０として、この処理を開始する。
ステップＨ１では、高周波電流指令値発生器２から一定の高周波電流指令値ｉｈ＊を出力しておき、位相誤差推定器１２から位相誤差指令値θ＊＝０°を出力し、ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈを計測する。
【００２１】
図７の（ａ）に示すように、図４の特性曲線に対応するｄｃ軸（図７の破線矢印であり、ｄ軸と合致している。）と位相誤差指令値θ＊＝０°に対応するｄｃ軸（実線矢印）の位相差θ’は、例えば実際の位相誤差θ＝６２°ならば、θ’＝θ＊−θ＝０°−６２°＝−６２°になる。従って、計測されるピーク対ピーク値ｉｄｈは、図４におけるθ＝−６２°＝１１８°でのピーク対ピーク値になる。これは、図８の（ａ）に示すａ点に相当する。
【００２２】
続いて、位相誤差推定器１２から位相誤差指令値θ＊をδ１（例えば１５°）ずつ増加させてｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈを計測することを、ピーク対ピーク値ｉｄｈの最小値ｉｄｈｍｉｎが見つかるまで繰り返し、最小値ｉｄｈｍｉｎが得られるときの位相誤差指令値θ＊ｍｉｎを求める。
【００２３】
図７の（ｂ）に示すように、図４に示す特性曲線におけるｄｃ軸（図７の破線矢印であり、ｄ軸と合致している。）と位相誤差指令値θ＊＝４５°のときのｄｃ軸（実線矢印）の位相差θ’は、例えば位相誤差θ＝６２°ならば、θ’＝θ＊−θ＝４５°−６２°＝−１７°になる。従って、計測されるピーク対ピーク値ｉｄｈは、図４におけるθ＝−１７°＝１６３°でのピーク対ピーク値になる。これは、図８の（ａ）に示すｂ点に相当する。
【００２４】
図７の（ｃ）に示すように、図４に示す特性曲線におけるｄｃ軸（図７の破線矢印であり、ｄ軸と合致している。）と位相誤差指令値θ＊＝９０°のときのｄｃ軸（実線矢印）の位相差θ’は、例えば位相誤差θ＝６２°ならば、θ’＝θ＊−θ＝９０°−６２°＝２８°になる。従って、計測されるピーク対ピーク値ｉｄｈは、図４におけるθ＝２８°でのピーク対ピーク値になる。これは、図８の（ａ）に示すｃ点に相当する。
【００２５】
図８の（ａ）に示す如き曲線のようにピーク対ピーク値ｉｄｈの計測値が変化したならば、位相誤差指令値θ＊＝０°から９０°くらいまで計測を繰り返せば、位相誤差指令値θ＊ｍｉｎ＝６０°が見つかる。ステップＨ１で計測を繰り返す回数は、例えばδ１＝１５°でθ＊＝０°から９０°くらいまで繰り返すならば、７回くらいになる。また、ステップＨ１で見つかる位相誤差指令値θ＊ｍｉｎの分解能はδ１になる。
【００２６】
図６に戻り、ステップＨ２では、一定の高周波電流指令値ｉｈ＊を出力しておき、位相誤差指令値θ＊＝θ＊ｍｉｎを中心とする所定範囲Ｒ１で、位相誤差指令値θ＊をδ２（例えば３°）ずつ変化させてｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈを計測することを、ピーク対ピーク値ｉｄｈの最小値ｉｄｈｍｉｎが見つかるまで繰り返し、最小値ｉｄｈｍｉｎが得られるときの位相誤差指令値θ＊ｍｉｎを求める。なお、δ２はδ１より小さな値とし、Ｒ１はδ２の整数倍とする。
【００２７】
図８の（ｂ）に示すように、例えばステップＨ１で見つけた位相誤差指令値θ＊ｍｉｎ＝６０°、Ｒ１＝２４°、δ２＝３°とするなら、ステップＨ２で計測を繰り返す回数は９回になる。この繰り返しで位相誤差指令値θ＊ｍｉｎ＝６３°が見つかる。ステップＨ２で見つかる位相誤差指令値θ＊ｍｉｎの分解能はδ２になる。
【００２８】
図６に戻り、ステップＨ３では、一定の高周波電流指令値ｉｈ＊を出力しておき、位相誤差指令値θ＊＝θ＊ｍｉｎを中心とする所定範囲Ｒ２で、位相誤差指令値θ＊をδ３ずつ変化させてｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈを計測することを、ピーク対ピーク値ｉｄｈの最小値ｉｄｈｍｉｎが見つかるまで繰り返し、最小値ｉｄｈｍｉｎおよび位相誤差指令値θ＊ｍｉｎを求める。なお、δ３はδ２より小さな値とし、Ｒ２はδ３の整数倍とする。
【００２９】
図８の（ｃ）に示すように、例えばステップＨ２で見つけた位相誤差指令値θ＊ｍｉｎ＝６３°、Ｒ２＝１０°、δ３＝１°とするなら、ステップＨ３で計測を繰り返す回数は１１回になる。この繰り返しで位相誤差指令値θ＊ｍｉｎ＝６２°が見つかる。この位相誤差指令値θ＊ｍｉｎ＝６２°が位相誤差θである。ステップＨ３で得られる位相誤差指令値θ＊ｍｉｎの分解能はδ３になる。
【００３０】
図６に戻り、ステップＨ４では、一定の高周波電流指令値ｉｈ＊を出力しておき、位相誤差指令値θ＊＝θ＊ｍｉｎ＋９０°を出力し、ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈを計測し、計測値をピーク対ピーク値ｉｄｈの最大値ｉｄｈｍａｘとする。
【００３１】
図９に示すように、ステップＨ３で得られる位相誤差指令値θ＊ｍｉｎが位相誤差θであるから、これに９０°を加えた位相にあるｄｃ軸（実線矢印）は、図４に示す特性曲線における位相誤差θ＝９０°に相当する。従って、ここで計測されるピーク対ピーク値ｉｄｈが最大値ｉｄｈｍａｘである。
【００３２】
ステップＨ５では、位相誤差推定器１２は、最小値ｉｄｈｍｉｎおよび最大値ｉｄｈｍａｘをメモリ１３に記憶する。
なお、メモリ１３には、同期電動機Ｍがリラクタンス電動機か永久磁石電動機かも予め記憶されている。
【００３３】
図１０は、ロータ磁極位置推定処理を示すフロー図である。ｄ軸電流制御値ｉｄ０＊＝０、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊＝０として、この処理を開始する。
ステップＨ１１では、高周波電流指令値発生器２から一定の高周波電流指令値ｉｈ＊を出力しておき、位相誤差推定器１２から位相誤差指令値θ＊＝０°を出力し、ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈおよび正値期間Ｔｐおよび負値期間Ｔｎを計測する。ステップＨ１１で計測されたピーク対ピーク値ｉｄｈ＝ｉｄｈ１とする。
【００３４】
ステップＨ１２では、次式により位相誤差候補値θａ（＜９０°）とθｂ（≧９０°）を求める。
【数１８】
0005645902.tif 000002
【００３５】
図１１から判るように、計測された１つのピーク対ピーク値ｉｄｈに対して２つの位相誤差候補値θａ（＜９０°）とθｂ（≧９０°）が算出される。例えば、θａ＝６２°，θｂ＝１１８°である。
【００３６】
図１０に戻り、ステップＨ１３では、高周波電流指令値発生器２から一定の高周波電流指令値ｉｈ＊を出力しておき、位相誤差推定器１２から位相誤差指令値θ＊＝−ψを出力し、ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈを計測する。ステップＨ１３で計測されたピーク対ピーク値ｉｄｈ＝ｉｄｈ２とする。
なお、ψは、例えば最小値ｉｄｈｍｉｎおよび最大値ｉｄｈｍａｘを求めた時の最高分解能δ３とする。
【００３７】
ステップＨ１４では、ｉｄｈ２＞ｉｄｈ１か否かを判定し、ｉｄｈ２＞ｉｄｈ１ならステップＨ１５へ進み、ｉｄｈ２≦ｉｄｈ１ならステップＨ１６へ進む。
図１２に示すように、ステップＨ１３で位相誤差指令値θ＊＝−ψとしたことは見かけ上の位相誤差θがψだけ大きくなったことになるから、真の位相誤差θがθａならｉｄｈ２＞ｉｄｈ１となり、真の位相誤差θがθｂならｉｄｈ２≦ｉｄｈ１となる。
【００３８】
ステップＨ１５では、位相誤差θ＝θａとする。そして、ステップＨ１７へ進む。
【００３９】
ステップＨ１６では、位相誤差θ＝θｂとする。そして、ステップＨ１７へ進む。
【００４０】
ステップＨ１７では、同期電動機Ｍがリラクタンス電動機か永久磁石電動機かを判定する。そして、リラクタンス電動機なら処理を終了し、永久磁石電動機ならステップＨ１８へ進む。
【００４１】
ステップＨ１８では、ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’の正値期間Ｔｐおよび負値期間Ｔｎを比較し、Ｔｎ＞Ｔｐなら図５の（ａ）の場合であるので処理を終了し、Ｔｎ≦Ｔｐなら図５の（ｂ）の場合であるのでステップＨ１９へ進む。
【００４２】
ステップＨ１９では、位相誤差θ＝θ＋１８０°とし、処理を終了する。
【００４３】
実施例１に係る同期電動機制御装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）電流変化率を計測する従来技術に比べてＰＷＭインバータ８のスイッチングノイズの影響が小さいため、高い推定精度が得られる。
（２）同期電動機Ｍの起動直前時にはｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈを２回だけ計測すれば位相誤差θを推定できるので、迅速に同期電動機Ｍを起動できるようになる。
（３）長時間の使用などにより同期電動機Ｍの特性が変化した場合でも、ピーク対ピーク最大値最小値計測処理を再度行うことで、推定精度を保つことが可能となる。
（４）ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’のピーク対ピーク値ｉｄｈの最小値ｉｄｈｍｉｎおよび最大値ｉｄｈｍａｘのみを予め求めて記憶しておけばよいので、メモリ１３の使用量を少なく出来る。
（５）ｄ軸電流計測値ｉｄｃ’を計測してベクトル制御を行っている既存の同期電動機制御装置においては、ハードウエアを追加する必要がないため、容易に実施できる。
【００４４】
次に、数学モデルにより本発明を論証する。
同期電動機の電圧方程式は次式で表される。
次式で、ｖｄはｄ軸電圧、ｖｑはｑ軸電圧、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、Ｒは電機子巻線抵抗、ｐは微分演算子、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、ωは同期電動機の電気角回転数、φは界磁鎖交磁束である。
【数１】
0005645902.tif 000003
【００４５】
回転停止中の同期電動機の電圧方程式は、ω＝０であるので、次式のようになる。
【数２】
0005645902.tif 000004
【００４６】
同期電動機の回転座標系ｄｑ軸（＝実際にロータの磁極がある位置をｄ軸とした座標系）と推定座標系ｄｃｑｃ軸（＝ステータＵ相位置ｄｃ０にロータのｄ軸の位置が合致していると推定した座標系）とに位相誤差θがある場合、ｄｑ軸とｄｃｑｃ軸の関係は次式となる。
【数３】
0005645902.tif 000005
【００４７】
従って、ｄｑ軸での電圧ｖｄ，ｖｑとｄｃｑｃ軸での電圧ｖｄｃ，ｖｑｃの関係は次式となる。
【数４】
0005645902.tif 000006
【００４８】
また、ｄｑ軸での電流ｉｄ，ｉｑとｄｃｑｃ軸での電流ｉｄｃ，ｉｑｃの関係も次式となる。
【数５】
0005645902.tif 000007
【００４９】
これらを（数２）式に代入すると次式が得られる。
【数６】
0005645902.tif 000008
【００５０】
ここで、次式の関係がある。
【数７】
0005645902.tif 000009
【００５１】
（数７）式の右辺を（数６）式の右辺に掛け、（数７）式の左辺を（数６）式の左辺に掛けると次式が得られる。
次式で、Ｌａ＝（Ｌｄ＋Ｌｑ）／２、Ｌｂ＝（Ｌｄ−Ｌｑ）／２とすると次式が得られる。
【数８】
0005645902.tif 000010
【００５２】
【数９】
0005645902.tif 000011
【００５３】
さらに、電圧ｖｄｃを電圧指令値ｖｄｃ＊に、電圧ｖｑｃを電圧指令値ｖｑｃ＊に、電流ｉｄｃを電流指令値ｉｄｃ＊に、電流ｉｄｃを電流指令値ｉｄｃ＊に置換すると次式が得られる。
【数１０】
0005645902.tif 000012
【００５４】
単純に指令値と検出値の差の比例制御のみと考えると次式が成立する。
次式で、Ｋｄはｄ軸電流比例ゲイン、Ｋｑはｑ軸電流比例ゲインである。
【数１１】
0005645902.tif 000013
【００５５】
（数１１）式を（数１０）式に代入すると次式になる。
【数１２】
0005645902.tif 000014
【００５６】
ここで、次式が成立する。
【数１３】
0005645902.tif 000015
【００５７】
Δ＝Ｌａ2−Ｌｂ2 とすると次式になる。突極性のある同期電動機を想定すればΔ≠０である。
【数１４】
0005645902.tif 000016
【００５８】
さらに、ｑｃ軸電流指令値ｉｑｃ＊＝０とすると、ｄｃ軸電流指令値ｉｄｃ＊に対するｄｃ軸電流計測値ｉｄｃ’，ｑｃ軸電流計測値ｉｑｃ’の関係は次式となる。
【数１５】
0005645902.tif 000017
【００５９】
（数１５）式から判るように、ｄｃ軸電流計測値ｉｄｃ’およびｑｃ軸電流計測値ｉｑｃ’は磁束位置に依存するインダクタンスＬｄ，Ｌｑと位相誤差θによって変化するため、ｄｃ軸電流指令値ｉｄｃ＊によって発生するｄｃ軸電流計測値ｉｄｃ’を計測することで位相誤差θを推定できる。
【００６０】
−実施例２−
（数１０）式からｄ軸電圧指令値ｖｄｃ＊とｄｃ軸電流計測値ｉｄｃ’の関係は次式のようになる。
【数１６】
0005645902.tif 000018
【００６１】
さらに、ｑｃ軸電圧指令値ｖｑｃ＊＝０とすると、ｄｃ軸電圧指令値ｖｄｃ＊に対するｄｃ軸電流計測値ｉｄｃ’，ｑｃ軸電流計測値ｉｑｃ’の関係は次式となる。
【数１７】
0005645902.tif 000019
【００６２】
（数１７）式から判るように、ｄｃ軸電圧指令値ｖｄｃ＊によって発生するｄｃ軸電流計測値ｉｄｃ’を計測することで位相誤差θを推定できる。
【００６３】
−実施例３−
実施例２と同様に、ｄｃ軸電圧指令値ｖｄｃ＊によって発生するｄｃ軸電圧計測値ｖｄｃ’を計測することでも位相誤差θを推定できる。
【００６４】
−実施例４−
高周波電流指令値ｉｈ＊は矩形波でもよい。
【００６５】
−実施例５−
回転停止中の同期電動機Ｍに高周波電流指令値ｉｈ＊あるいは高周波電圧指令値を与え且つ位相誤差指令値θ＊＝０°を与え且つロータの角度を変えて位相誤差θを変化させた時のｄ軸電流計測値ｉｄｃ’あるいはｄ軸電圧計測値のピーク対ピーク値の最小値ｉｄｈｍｉｎおよび最大値ｉｄｈｍａｘを求めて、メモリ１３に予め記憶しておいてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の同期電動機制御方法および装置は、例えば射出成形装置に利用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１                    ベクトル制御器
２                    高周波電流指令値発生器
３                    加算器
４，５                差分器
６                    電流制御器
７                    ｄｑ／ＵＶＷ変換器
８                    ＰＷＭインバータ
９，１０              電流検出器
１１                  ＵＶＷ／ｄｑ変換器
１２                  位相誤差推定器
１３                  メモリ
１４                  極性判別器
１００                同期電動機制御装置
Ｍ                    同期電動機
【図１】
0005645902.tif 000020
【図２】
0005645902.tif 000021
【図３】
0005645902.tif 000022
【図４】
0005645902.tif 000023
【図５】
0005645902.tif 000024
【図６】
0005645902.tif 000025
【図７】
0005645902.tif 000026
【図８】
0005645902.tif 000027
【図９】
0005645902.tif 000028
【図１０】
0005645902.tif 000029
【図１１】
0005645902.tif 000030
【図１２】
0005645902.tif 000031