(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相巻線を持つ同期電動機の各相に電圧指令に基づいて電圧を印加する回路手段と、トリガ信号に基づいて上記同期電動機の電流パルスの振幅を検出する検出手段と、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を上記回路手段に出力しその電圧指令に同期するトリガ信号を検出手段に出力するとともに上記同期電動機の基準磁極位置を出力する演算手段を備え、上記検出手段は電流パルスの振幅を上記演算手段に出力し、上記演算手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和を各相について演算し、相対的に絶対値が最大になる上記振幅の和に基づいて（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力することを特徴とする同期電動機の磁極位置検出装置。
【請求項２】
多相巻線を持つ同期電動機の各相に電圧指令に基づいて電圧を印加する回路手段と、トリガ信号に基づいて上記同期電動機の電流パルスの振幅を検出する検出手段と、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を上記回路手段に出力しその電圧指令に同期するトリガ信号を検出手段に出力するとともに上記同期電動機の基準磁極位置を出力する演算手段と、上記演算手段から得られた基準磁極位置と上記検出手段から得られた電流パルスの振幅に基づいて修正磁極位置を出力する修正手段を備え、上記検出手段は電流パルスの振幅を上記演算手段と上記修正手段に出力し、上記演算手段は極性が異なる一対の電流パルスの振幅和を各相毎に演算し、その振幅和に基づいて基準磁極位置を出力し、上記修正手段は極性が異なる一対の電流パルスの振幅差を各相毎に演算しその振幅差に基づいて微小磁極位置を得、その微小磁極位置と上記演算手段から得られた基準磁極位置に基づいて修正磁極位置を出力することを特徴とする同期電動機の磁極位置検出装置。
【請求項３】
上記演算手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和の符合を各相について演算し、上記符合に関する各相の組合せに基づいて（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力することを特徴とする請求項２記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
【請求項４】
上記演算手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅の和の符合が特定の組合せになった場合、再度、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令と電流パルスを検出する為のトリガ信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンコーダ等の位置検出器を用いないで静止状態における同期電動機の磁極位置を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静止状態の同期電動機を起動する場合、その静止磁極位置は不可欠である。そこで、同期電動機に電圧パルスを印加することにより、静止磁極位置を得る方法が考案されている。
【０００３】
図１２は、例えば欧州公開特許明細書２５１，７８５号に示された従来のエンコーダを用いない同期電動機の磁極位置検出装置を示す構成図である。
まず、検出原理について説明する。同期電動機を流れる電流パルスの振幅は磁気飽和の影響によって、その相対的な大きさは以下の様に異なる。
・回転子磁束に対して増磁する場合 → 磁気飽和大 → 電流パルスの振幅大
・回転子磁束に対して減磁する場合 → 磁気飽和小 → 電流パルスの振幅小
【０００４】
図１３は同期電動機の磁極位置と後述する電流パルスの振幅 iu1,iv2,iw3,iu4,iv5,iw6 の関係の一例である。図の様に磁気飽和が起因する影響は磁極位置に対して３６０度の周期で変化する。
例えば、磁極位置が６０度の時では、振幅iw6の絶対値が、iu1〜iv5の絶対値より相対的に大きい。また、磁極位置が１２０度の時には振幅iv2の絶対値が他の５つの振幅の絶対値より相対的に大きい。そこで、電流 iu1,iv2,iw3,iu4,iv5,iw6 の中で相対的に絶対値が最も大きい電流パルスの振幅に基づいて磁極位置を出力しても良い。
【０００５】
図１２において、１は回路手段、２は演算手段、３は三相巻線を持つ同期電動機、４は演算手段２から得られたトリガ信号に基づいて同期電動機３の各相の電流パルスの振幅を検出する検出手段である。
演算手段２は各相についてＨもしくはＬの電圧指令を回路手段１に出力する。
図１４は回路手段１の内部構成を示す図である。５〜７は反転器、８，９は電圧ＶDCの直流電圧源、１０はスイッチＳＵＨ、１１はスイッチＳＵＬ、１２はスイッチＳＶＨ、１３はスイッチＳＶＬ、１４はスイッチＳＷＨ、１５はスイッチＳＷＬである。
【０００６】
反転器５は入力がＨの時はＬを出力し、入力がＬの時はＨを出力する。同様に反転器６，７も入力がＨの時はＬを出力し、入力がＬの時はＨを出力する。
例えば演算手段２から得られたＵ相電圧指令がＨの場合、スイッチＳＵＨ１０にＯＮの指令が入力されると同時に、反転回路５を介してスイッチＳＵＬ１１にＯＦＦの指令が入力される。この時、スイッチＳＵＨ１０は短絡，スイッチＳＵＬ１１は開放であるので、Ｕ相の電圧は＋ＶDCである。また、Ｕ相電圧指令がＬの場合、スイッチＳＵＨ１０へＯＦＦの指令が入力されると同時に、反転回路５を介してスイッチＳＵＬ１１へＯＮの指令が入力される。この時、スイッチＳＵＨ１０は開放，スイッチＳＵＬ１１は短絡であるので、Ｕ相の電圧は−ＶDCである。
【０００７】
同様にＶ相電圧指令がＨの場合Ｖ相の電圧は＋ＶDC、Ｖ相電圧指令がＬの場合Ｖ相の電圧は−ＶDCである。同様にＷ相電圧指令がＨの場合Ｗ相の電圧は＋ＶDC、Ｗ相電圧指令がＬの場合Ｗ相の電圧は−ＶDCである。
この様に回路手段１は、演算手段２から得られたＨ又はＬの電圧指令に基づいて＋ＶDC又は−ＶDCの電圧を同期電動機３の各相に印加する。
【０００８】
図１５は、検出手段４の内部構成を示す図である。１６〜１８は電流検出器、１９〜２１はＡ／Ｄ変換器、２２〜２４はサンプルホールド回路である。
Ａ／Ｄ変換器１９は電流検出器１６から得られたＵ相電流をデジタル信号に変換する。サンプルホールド回路２２は、演算手段２からトリガ信号が入力されるタイミングでＡ／Ｄ変換器１９から得られた電流値をサンプルホールドし、電流パルスの振幅として演算手段２へ出力する。
【０００９】
図３は、回路手段１が同期電動機３の各相に印加する電圧と各相に流れる電流と演算手段２が出力するトリガ信号の様子を示している。
区間ａにおいて演算手段２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流，電圧指令をそれぞれＬの状態から、Ｕ相の電圧指令をＨに変化させる。これに従って回路手段１はＵ相に電圧＋ＶDCを印加する。
時間ΔＴ秒後、演算手段２はトリガ信号を検出手段４に出力する。そして、検出手段４は電流パルスの振幅を出力し、演算手段２はＵ相の電流パルスの振幅iu1を得る。ここで、ΔＴは同期電動機３を磁気飽和させる時間である。
区間ｂにおいて演算手段２はＵ相の電圧指令をＨからＬに変化させ、これに従って回路手段１はＵ相に電圧−ＶDCを印加する。
【００１０】
各相の電流が十分小さくなった後、区間ｃでは同様にＶ相に電圧＋ＶDCを印加する。ΔＴ秒後に演算手段２は検出手段４にトリガ信号を出力する。そして、検出手段４は電流パルスの振幅を出力し、演算手段２はＶ相の電流パルスの振幅iv2を得る。同様に、区間ｅにおいて、演算手段２はＷ相の電流パルスの振幅iw3を得る。
【００１１】
区間ｆにおいて、各相間に電位差はないように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電圧指令をＨの状態にしておく。
区間ｇにおいて、演算手段２はＵ相の電圧指令をＬに変化させる。これに従って回路手段１はＵ相に電圧−ＶDCを印加する。区間ａではＵ相に電圧＋ＶDCを印加したのに対し、区間ｇではＵ相に極性の異なる電圧−ＶDCを印加した。即ち演算手段２の電圧指令に基づいて、区間ａの電圧パルスと区間ｇの電圧パルスという極性の異なる一対の電圧パルスがＵ相に発生した。
【００１２】
ΔＴ秒後、演算手段２はトリガ信号を出力し、検出手段４は電流パルスの振幅を出力する。そして、演算手段２は検出手段４からＵ相の電流パルスの振幅iu4を得る。同様にして、区間ｉ，ｋにおいて演算手段２は、Ｖ相の電流パルスの振幅iv5，Ｗ相の電流パルスの振幅iw6を検出手段４から得る。
そして、演算手段２は、検出手段４から得られた電流 iu1，iv2，iw3，iu4，iv5，iw6の中で絶対値が相対的に最も大きい電流を選択し、図１６に示すテーブルに従って６（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを磁極位置として出力する。
この様にして、従来の同期電動機の磁極位置検出装置はエンコーダ等の位置検出器を用いることなく静止している同期電動機の磁極位置を検出することが可能である。
【００１３】
なお、（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを磁極位置とする上記従来の磁極位置検出装置以外に、精度向上を図った磁極位置検出装置が考案されている。
【００１４】
図１７は、例えば電気学会論文誌Ｄ，１１６巻７号（平成８年）７３６頁に示された従来の同期電動機の磁極位置検出装置の電圧パルスと電流パルスの様子を示す。なお、検出装置の構成は欧州公開特許明細書２５１，７８５号に示された従来のエンコーダを用いない同期電動機の磁極位置検出装置と同一である。
磁極位置θが０近傍では、
θ≒(180/π)×（tan2θ）/2〔度〕                        ・・・（１）
という近似式が成り立つ。そこで、後述する９つの電流パルスの振幅 iu1，iv1，iw1，iu2，iv2，iw2，iu3，iv3，iw3に基づいてここで、iau，ibu，iav，ibv，iaw，ibw，iau0，iav0，iaw0 を次式によって定義する。
【００１５】
【数１】
0003663937.tif 000002
【００１６】
突極性をもつ同期電動機の場合（１）式を利用した図１８に示すテーブルに従えば、磁極位置θを０〜１８０度もしくは１８０〜３６０度の区間内で演算可能である。例えば、iau0の符合が＋，iav0の符合が−，iaw0の符合が＋の場合、
θ−３０度≒(180/π)×（tan2θ）/2                      ・・・（８）
の近似式が成り立つので、図１８のテーブルに従い磁極位置θを次式で与える。
0003663937.tif 000003
【００１７】
図１９は上記磁極位置検出装置の処理の概要を示すフローチャートであり、第１ステップでは、演算手段２から得られた電圧指令に従って回路手段１は印加時間ΔＴの電圧を印加する。ここで、印加時間ΔＴは磁気飽和の影響が現れない十分短い時間である。
検出手段４は、図１７に示した９つの電流パルスの振幅 iu1，iv1，iw1，iu2，iv2，iw2，iu3，iv3，iw3を検出する。そして演算手段２は、上記９つ電流パルスの振幅iu1,‥,iw3に基づいて、図１８に示すテーブルに従い０〜１８０度もしくは１８０〜３６０度の区間内での磁極位置θを演算する。
次に、図１９の第２ステップでは、図１８のテーブルに従って電圧パルスを印加する相を一つ決定する。
【００１８】
例えばiau0の符合が＋，iav0の符合が−，iaw0の符合が＋の場合、電圧パルスを印加する相はＵ相に決定される。そして、図１７の様に演算手段２は回路手段１へ区間判定の為の電圧指令を出力し、回路手段１は極性が異なる一対の電圧パルスをＴ秒間Ｕ相に印加する。なお、Ｔ秒はΔＴ秒より十分大きく、同期電動機３を磁気飽和させる時間である。
【００１９】
演算手段は検出手段４から電流パルスの振幅iu4，iu5を得、その絶対値の大小により電気角が０〜１８０度もしくは１８０〜３６０度のいずれの区間内に属するかを特定する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
欧州公開特許明細書２５１，７８５号に示された従来の磁極位置検出装置では、混入する測定ノイズによって正しく動作しない問題があった。
【００２１】
図２０は、電気学会論文誌Ｄ，１１６巻７号（平成８年）７３６頁に示された突極性を持つ永久磁石型同期電動機の磁極位置と iu1,iv2,iw3,iu4,iv5,iw6 の関係を示す。
【００２２】
図１３の様な突極性を持たない同期電動機では、例えば磁極位置が６０度の場合、iw6がiu1,…,iw6の中で絶対値が相対的に最大である。検出手段４へ測定ノイズが混入する等によってiw6を最大振幅と認識できなくても絶対値が二番目に大きな電流は、iu1,iv2のいずれかであるから、磁極位置検出誤差は高々±６０度程度である。
【００２３】
しかし、突極性をもつ同期電動機の場合、突極性が起因する影響は磁極位置に対して１８０度の周期で変化する。図２０において、磁極位置が６０度の場合、iw6がiu1,…,iw6の中で絶対値が相対的に最大であるものの、絶対値が二番目に大きな電流はiw3である。検出手段４に測定ノイズが混入してiw6を最大と認識できない場合、最大電流をiw3と誤認し、検出誤差が１８０度に達してしまう。
一般的に±６０度程度の磁極位置検出誤差であれば、スムーズさに欠けながらも同期電動機を起動することが出来る。しかし、磁極位置検出が１８０度も誤差を持ってしまうと、同期電動機を起動することはできない。このように上記従来装置では混入する測定ノイズによって、同期電動機を起動することができない問題あった。
【００２４】
また、上記電気学会論文誌Ｄ，１１６巻７号（平成８年）７３６頁に示された従来の磁極位置検出装置では、ある程度のサンプリング時間を必要とする廉価の計算機を用いると正確に磁極位置を検出できない問題があった。
これはサンプリング時間を十分短くできないと、第１ステップの電圧パルスの印加時間も十分短くすることが出来ない。従って、第１ステップに用いる電流パルスの振幅は磁気飽和の影響を受け、磁極位置検出値の精度が劣化する。
また、第２ステップで０〜１８０度と１８０〜３６０度のいずれの区間内に属するかを特定する。この第２ステップでは、磁極位置検出の区間が１８０度という大雑把な値であり、電流検出時のノイズの混入等により第２ステップで電流パルスの振幅を誤検出した場合、磁極検出値は実際の値と１８０度異なることになる。
上述した通り、磁極位置検出値に１８０度の誤差を持ってしまうと、同期電動機は起動できない。即ち、電流検出時のノイズの混入等により同期電動機が起動出来ない問題があった。
この発明は上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、廉価な計算機を用いても正確に磁極位置を検出でき、またノイズ混入等によって誤差が発生してもその大きさを抑制することのできる同期電動機の磁極位置検出装置を提供しようとするものである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る同期電動機の磁極位置検出装置は、多相巻線を持つ同期電動機の各相に電圧指令に基づいて電圧を印加する回路手段と、トリガ信号に基づいて上記同期電動機の電流パルスの振幅を検出する検出手段と、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を上記回路手段に出力しその電圧指令に同期するトリガ信号を検出手段に出力するとともに上記同期電動機の基準磁極位置を出力する演算手段を備え、上記検出手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和を各相について演算し、相対的に絶対値が最大になる上記振幅の和に基づいて（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力するものである。
【００２６】
請求項２に係る同期電動機の磁極位置検出装置は、多相巻線を持つ同期電動機の各相に電圧指令に基づいて電圧を印加する回路手段と、トリガ信号に基づいて上記同期電動機の電流パルスの振幅を検出する検出手段と、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を上記回路手段に出力しその電圧指令に同期するトリガ信号を検出手段に出力するとともに上記同期電動機の基準磁極位置を出力する演算手段と、上記演算手段から得られた基準磁極位置と上記検出手段から得られた電流パルスの振幅に基づいて修正磁極位置を出力する修正手段を備え、上記検出手段は電流パルスの振幅を上記演算手段と上記修正手段に出力し、上記演算手段は極性が異なる一対の電流パルスの振幅和を各相毎に演算し、その振幅和に基づいて基準磁極位置を出力し、上記修正手段は極性が異なる一対の電流パルスの振幅差を各相毎に演算しその振幅差に基づいて微小磁極位置を得、その微小磁極位置と上記演算手段から得られた基準磁極位置に基づいて修正磁極位置を出力するものである。
【００２８】
請求項３に係る同期電動機の磁極位置検出装置は、請求項１又は請求項２において、その演算手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和の符合を各相について演算し、上記符合に関する各相の組合せに基づいて（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力するものである。
【００２９】
請求項４に係る同期電動機の磁極位置検出装置は、演算手段が、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅の和の符合が特定の組合せになった場合、再度、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令と電流パルスを検出する為のトリガ信号を出力するものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における同期電動機の磁極位置検出装置を示すもので、図において、１，３，４は上記従来装置と同一のものであり、その説明は省略する。２ａは演算手段である。
ここで、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δiu，Δiv，Δiwを後述する電流パルスの振幅 iu1，iv2，iw3，iu4，iv5，iw6 を用いた次式で定義する。
Δiu＝iu1＋iu4                                        ・・・（１０）
Δiv＝iv2＋iv5                                        ・・・（１１）
Δiw＝iw3＋iw6                                        ・・・（１２）
【００３１】
図２は同期電動機の磁極位置と電流パルスの振幅 iu1,iv2,iw3,iu4,iv5,iw6 及び極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δiu，Δiv，Δiw の関係の一例である。図において、例えば磁極位置が６０度の時では、Δiu，Δiv，Δiw，−Δiu，−Δiv，−Δiwの中で振幅和−Δiwが他の振幅和より相対的に大きい。また、１２０度の時には振幅和Δivが他の５つの振幅和より相対的に大きい。
以上の様にして振幅和Δiu，Δiv，Δiw，−Δiu，−Δiv，−Δiwの中で相対的に最も大きい振幅和に基づいて磁極位置を決定してもよいことが分かる。
【００３２】
図１において、演算手段２ａは、極性が異なる一対の電圧パルスをＵ，Ｖ，Ｗの各相に発生させる為の電圧指令を回路手段１に出力し、その電圧指令に同期するトリガ信号を検出手段４に出力する。
【００３３】
図３は、回路手段１が同期電動機３の各相に印加する電圧と各相に流れる電流の様子を示している。図において、区間ａ，ｇでは極性が異なり電位差の絶対値が等しい一対の電圧パルスをＵ相に印加し、区間ｃ，ｉでは極性が異なり電位差の絶対値が等しい一対の電圧パルスをＶ相に印加している。さらに、区間ｅ，ｋでは極性が異なり電位差の絶対値が等しい一対の電圧パルスをＷ相に印加している。
【００３４】
このように、区間ａ，ｇでは極性が異なる一対の電圧パルスがＵ相に印加され、極性が異なる一対の電流パルスがＵ相に発生する。同様に、区間ｃ，ｉでは極性が異なる一対の電圧パルスがＶ相に印加され、極性が異なる一対の電流パルスがＶ相に発生する。同様に、区間ｅ，ｋでは極性が異なる一対の電圧パルスがＷ相に印加され、極性が異なる一対の電流パルスがＷ相に発生する。
【００３５】
なお、演算手段２ａは検出手段４から得られた電流パルスの振幅に基づいて、Ｕ相の極性が異なる一対の電流パルス（iu1,iu4），Ｖ相の極性が異なる一対の電流パルス（iv2,iv5），Ｗ相の極性が異なる一対の電流パルス（iv3,iv6）の振幅を得る。そして、Δiu，Δiv，Δiw，−Δiu，−Δiv，−Δiwの中で相対的に最大になる振幅和に基づいて６（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力する。
【００３６】
図４のフローチャートは、演算手段２ａの処理の概要である。図４において、ステップ１０１では変数ｎを０に設定する。ステップ１０２では電圧パルスを発生させる為に以下の様に変数ｎに基づいて回路手段１へ電圧指令を出力する。
ｎ＝０→Ｕ相Ｈ：Ｖ相Ｌ：Ｗ相Ｌ
ｎ＝１→Ｕ相Ｌ：Ｖ相Ｈ：Ｗ相Ｌ
ｎ＝２→Ｕ相Ｌ：Ｖ相Ｌ：Ｗ相Ｈ
ｎ＝３→Ｕ相Ｌ：Ｖ相Ｈ：Ｗ相Ｈ
ｎ＝４→Ｕ相Ｈ：Ｖ相Ｌ：Ｗ相Ｈ
ｎ＝５→Ｕ相Ｈ：Ｖ相Ｈ：Ｗ相Ｌ
【００３７】
この結果、例えば変数ｎが１の場合は、図３の区間ａに示す電圧が各相に印加される。同様に変数ｎが２の場合は区間ｃに示す電圧が各相に印加される。ステップ１０３では、ΔＴ秒後にトリガ信号を検出手段４へ出力する。これに従って、例えば変数ｎが１の場合、図３の区間ａの終点でトリガ信号が出力される。
【００３８】
図４のステップ１０４では、検出手段４から変数ｎに基づいて以下の電流パルスの振幅を得、ステップ１０５ではその値を記憶する。
ｎ＝０ → Ｕ相の電流パルスの振幅 iu1 を記憶
ｎ＝１ → Ｖ相の電流パルスの振幅 iv2 を記憶
ｎ＝２ → Ｗ相の電流パルスの振幅 iw3 を記憶
ｎ＝３ → Ｕ相の電流パルスの振幅 iu4 を記憶
ｎ＝４ → Ｖ相の電流パルスの振幅 iv5 を記憶
ｎ＝５ → Ｗ相の電流パルスの振幅 iw6 を記憶
【００３９】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相に同一の電圧指令を与えると、各相間の電位差は零となり電圧パルスは終息する。そこで図４のステップ１０６では以下の様に変数ｎに基づいて回路手段１へ電圧指令を出力する。
ｎ＝０→Ｕ相Ｌ：Ｖ相Ｌ：Ｗ相Ｌ
ｎ＝１→Ｕ相Ｌ：Ｖ相Ｌ：Ｗ相Ｌ
ｎ＝２→Ｕ相Ｈ：Ｖ相Ｈ：Ｗ相Ｈ
ｎ＝３→Ｕ相Ｈ：Ｖ相Ｈ：Ｗ相Ｈ
ｎ＝４→Ｕ相Ｈ：Ｖ相Ｈ：Ｗ相Ｈ
ｎ＝５→Ｕ相Ｈ：Ｖ相Ｈ：Ｗ相Ｈ
この結果、例えば変数ｎが１の場合は、図３の区間ｂに示す電圧が各相に印加される。
【００４０】
図４のステップ１０７では、変数ｎに１を加算する。
そしてｎ＝６の時、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる動作が完了する。即ち、図３の区間ａ，ｇでは極性が異なり電位差の絶対値が等しい一対の電圧パルスがＵ相に印加され、また、区間ｃ，ｉでは極性が異なり電位差の絶対値が等しい一対の電圧パルスがＶ相に印加される。さらに、区間ｅ，ｋでは極性が異なり電位差の絶対値が等しい一対の電圧パルスがＷ相に印加される。
【００４１】
そこで、ステップ１０８ではｎ＝６が成立するかを判断し、成立しない場合は、引続き極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の動作を継続する。
【００４２】
ステップ１０９では、Ｕ相の極性が異なる一対の電流パルスの振幅和（iu1＋iu4），Ｖ相の極性が異なる一対の電流パルスの振幅和（iv2＋iv5），Ｗ相の極性が異なる一対の電流パルスの振幅和（iv3＋iv6）を演算する。
【００４３】
そしてステップ１１０では、図５に示すテーブルに従って０度，６０度，１２０度，１８０度，２４０度，３００度の６通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力する。
なお、例えば磁極位置が６０度の時、−Δiwの次に大きい振幅和はΔiuかΔivであるので、電流パルスの振幅に測定ノイズが混入した場合でも、磁極位置検出誤差は高々±６０度程度である。
【００４４】
また、図６は突極性を持つ永久磁石型同期電動機の磁極位置と電流パルスの振幅 iu1,iv2,iw3,iu4,iv5,iw6 及び 極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δiu，Δiv，Δiw の関係の一例である。図６の様な突極性をもつ永久磁石型同期電動機の場合でも、Δiu，Δiv，Δiw，−Δiu，−Δiv，−Δiwの関係は図２と同じであるから、同様に電流パルスの振幅に測定ノイズが混入した場合でも、磁極位置検出誤差は高々±６０度程度である。
【００４５】
このように、従来の磁極位置検出装置では電流パルスの振幅に測定ノイズが混入し、磁極位置検出の誤差が１８０度になる場合があったが、本実施の形態１においてはそのような場合でも磁極位置検出誤差は高々±６０度程度であり、同期電動機を起動することが可能である。
【００４６】
実施の形態２．
本実施の形態は、実施の形態１の構成において、演算手段２ａの代わりに演算手段２ｂ（図示せず）を用いる。
図２において、例えば、磁極位置が６０度の時では、Δiu，Δiv，Δiwの符合の組合せは＋，＋，−であり、また、１２０度の時のΔiu，Δiv，Δiwの符合の組合せは−，＋，−である。
【００４７】
以上の様に磁極位置に応じて上記符合の組合せが変化するので、符合の組合せに基づいて基準磁極位置を出力してもよいことが分かる。
そこで、演算手段２ｂは演算手段２ａと同様、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相について極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を回路手段３へ、電流パルスを検出する為のトリガ信号を検出手段４へ、それぞれ出力する。
演算手段２ｂは上記演算手段２ａと同様、図２に示すような電圧指令を発生し、検出手段４からＵ相の極性が異なる一対の電流パルス（iu1,iu4），Ｖ相の極性が異なる一対の電流パルス（iv2,iv5），Ｗ相の極性が異なる一対の電流パルス（iv3,iv6）の振幅を得る。
【００４８】
続いて、（１０）〜（１２）式に従って上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和Δiu，Δiv，Δiwを得、その符合を演算する。そして、演算手段２ｂは図７に示す表に従って６通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力する。
具体的な処理の概要としては、実施の形態１で示した図４のフローチャートにおいて、ステップ１１０で図５のテーブルの代わりに図７に示したテーブルに従って基準磁極位置を出力する点が演算手段２ａと異なる。
【００４９】
このようにして、演算手段２ｂは上記符合に関する各相の組合せに基づいて６（相数３×２）通りの位置うちいずれか一つを基準磁極位置として出力する。
なお、例えば磁極位置が６０度の時、測定ノイズが混入してΔivの符合を＋でなく−と誤検出しても、磁極位置検出誤差は高々±６０度程度である。
また、図６の様な突極性をもつ永久磁石型同期電動機の場合でも、Δiu，Δiv，Δiwの関係は図２と同じであるから、同様に電流パルスの振幅に測定ノイズが混入した場合でも、磁極位置検出誤差は高々±６０度程度である。
【００５０】
このように、従来の磁極位置検出装置では電流パルスの振幅に測定ノイズが混入し、磁極位置検出誤差が１８０度になる場合があったが、本実施の形態２においてはそのような場合でも磁極位置検出誤差は高々±６０度程度であり、同期電動機を起動することが可能である。
【００５１】
実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態２の構成において、演算手段２ｂの代わりに演算手段２ｃ（図示せず）を用いる。
上記実施の形態２において、Δiu，Δiv，Δiwの組合せとして（＋，＋，＋）または（−，−，−）はありえない。即ち、演算手段２ｂで演算した各相について上記一対の極性が異なる電流パルスの振幅の和の符合の組合せが（＋，＋，＋）または（−，−，−）の場合は測定ノイズが混入したと考えられる。
【００５２】
そこで、演算手段２ｃでは上記組合せが（＋，＋，＋）または（−，−，−）の場合は、再度、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を回路手段１に出力するとともに、電流パルスを検出する為のトリガ信号を検出手段４に出力して基準磁極位置を再検出する。
【００５３】
例えば磁極位置が６０度の時、測定ノイズが混入してΔiwの符合を−でなく＋と誤検出しても、特定の符合の組合せ（＋，＋，＋）となるので、再検出により測定ノイズの影響を抑制することができる。
これにより、電流パルスの振幅の和の符合がありえない特定の組合せの場合でも、演算手段２ｃは基準磁極位置を出力することができる。
【００５４】
実施の形態４．
図６の様な突極性をもつ同期電動機の場合、磁気飽和の影響は磁極位置に関して３６０度の周期関数となっている。そこで、後述する電流パルスの振幅（iu1,iv1,iw1,iu2,iv2,iw2,iu3,iv3,iw3,iu4,iv4,iw4,iu5,iv5,iw5,iu6,iv6,iw6）を用いて、上記一対の極性が異なる電流パルスの振幅の差Δiu1，Δiv1，Δiw1，Δiu2，Δiv2，Δiw2，Δiu3，Δiv3，Δiw3，Δiau，Δiav，Δiaw を次式で定義する。
【００５５】
Δiu1 ＝ iu1 − iu4                                    ・・・（１３）
Δiv1 ＝ iv1 − iv4                                    ・・・（１４）
Δiw1 ＝ iw1 − iw4                                    ・・・（１５）
Δiu2 ＝ iu2 − iu5                                    ・・・（１６）
Δiv2 ＝ iv2 − iv5                                    ・・・（１７）
Δiw2 ＝ iw2 − iw5                                    ・・・（１８）
Δiu3 ＝ iu3 − iu6                                    ・・・（１９）
Δiv3 ＝ iv3 − iv6                                    ・・・（２０）
Δiw3 ＝ iw3 − iw6                                    ・・・（２１）
【００５６】
【数２】
0003663937.tif 000004
【００５７】
ここで、極性が異なる電流パルスの振幅iu1とiu4は磁極位置に関して１８０度異なっているので、Ｕ相について一対の極性が異なる電流パルスの振幅差Δiu1には磁気飽和の影響がキャンセルされ、突極性が起因する影響だけが現れる。同様にΔiv1〜Δiw3についても磁気飽和による影響はキャンセルされて含まれない。
そこで、従来の磁極位置検出装置で用いていた電流パルスの振幅 iu1，iv1，iw1，iu2，iv2，iw2，iu3，iv3，iw3 の代わりに、電流パルスの振幅差 Δiu1，Δiv1，Δiw1，Δiu2，Δiv2，Δiw2，Δiu3，Δiv3，Δiw3 を用いても良い。図８はこの発明の実施の形態４における同期電動機の磁極位置検出装置を示すもので、図において、１，２ａ，３，４は上記実施の形態と同一のものであり、その説明は省略する。３１は修正手段である。
【００５８】
図９において、演算手段２ａは上記実施の形態と同様に、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を回路手段１に出力するとともに電流パルスを検出する為のトリガ信号を検出手段４に出力する。
そして、検出手段４は上記トリガ信号に基づいて、図９に示した電流パルスの振幅（iu1,iv1,iw1,iu2,iv2,iw2,iu3,iv3,iw3,iu4,iv4,iw4,iu5,iv5,iw5,iu6,iv6,iw6）を出力する。
【００５９】
演算手段２ａは、検出手段４からＵ相の極性が異なる一対の電流パルス（iu1,iu4），Ｖ相の極性が異なる一対の電流パルス（iv2,iv5），Ｗ相の極性が異なる一対の電流パルス（iv3,iv6）の振幅を得、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅の和に基づいて６（相数３×２）通りの位置うちいずれか一つを基準磁極位置θ１として出力する。
【００６０】
図１０は修正手段３１の構成を示す。３２は正接演算器、３３は増幅器、３４はリミッタ、３５は加算器である。
正接演算器３２は演算手段２ａが出力する６（相数３×２）通りの基準磁極位置θ１に応じて正接（tan2Δθ１）／２を演算し、微小磁極位置Δθ１〔rad〕として出力する。
正接演算器３２が基準磁極位置θ１と電流パルスの振幅とに基づいて微小磁極位置Δθ１を出力するためのテーブルを図１１に示す。このテーブルに従って正接演算器３２は、基準磁極位置θ１及び電流パルスの振幅に基づいて微小磁極位置Δθ１を出力する。なお、微小磁極位置Δθ１の単位は〔ｒａｄ〕であるので、増幅器３３によって（１８０／π）倍することによって単位を〔度〕に変換する。
【００６１】
なお、微小磁極位置Δθ２〔度〕は基準磁極位置の間隔の１／２、即ち±３０度以内でなければならない。増幅器３３が出力する微小磁極位置Δθ２の絶対値が３０度を越えないように、Δθ２をリミッタ３４へ入力する。Δθ２を±３０度以内に制限するリミッタ３４の出力と基準磁極位置θ１を加算器３５により加算する。加算器３５の出力を修正磁極位置θ２とし、このθ２を利用することにより、より良い精度で同期電動機を起動することが出来る。
【００６２】
従来の磁極位置検出装置ではある程度のサンプリング時間を必要とする廉価の計算機を用いると磁極位置の２倍の正接tan2θを演算する過程でiu1,iv1,iw1,iu2,iv2,iw2,iu3,iv3,iw3を用いる為に磁気飽和の影響を受けたが、本実施の形態では、上記一対の極性が異なる電流パルスの振幅の差Δiu1，Δiv1，Δiw1，Δiu2，Δiv2，Δiw2，Δiu3，Δiv3，Δiw3を用いるので修正磁極位置Δθを演算する過程で磁気飽和の影響を受けない。
【００６３】
また、従来の磁極位置検出装置はノイズ混入ににより、１８０度の誤差を持つことがあった。しかし、本実施の形態では、基準磁極位置θ１の誤差は高々６０度程度であり、微小磁極位置Δθ２は±３０度以内であることから、修正磁極位置θ２の誤差は高々９０度以内である。
【００６４】
実施の形態５．
上記実施の形態５において、演算手段２ａの代わりに２ｂ，２ｃを用いてもその効果は同じである。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１に係る同期電動機の磁極位置検出装置は、多相巻線を持つ同期電動機の各相に電圧指令に基づいて電圧を印加する回路手段と、トリガ信号に基づいて上記同期電動機の電流パルスの振幅を検出する検出手段と、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を上記回路手段に出力しその電圧指令に同期するトリガ信号を検出手段に出力するとともに上記同期電動機の基準磁極位置を出力する演算手段を備え、上記検出手段は電流パルスの振幅を上記演算手段に出力し、上記演算手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和を各相について演算し、相対的に絶対値が最大になる上記振幅の和に基づいて（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力するので、廉価な計算機で構成することが可能であり、ノイズ混入等によって誤差が発生してもその大きさを抑制する効果がある。
【００６６】
請求項２に係る同期電動機の磁極位置検出装置は、多相巻線を持つ同期電動機の各相に電圧指令に基づいて電圧を印加する回路手段と、トリガ信号に基づいて上記同期電動機の電流パルスの振幅を検出する検出手段と、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令を上記回路手段に出力しその電圧指令に同期するトリガ信号を検出手段に出力するとともに上記同期電動機の基準磁極位置を出力する演算手段と、上記演算手段から得られた基準磁極位置と上記検出手段から得られた電流パルスの振幅に基づいて修正磁極位置を出力する修正手段を備え、上記検出手段は電流パルスの振幅を上記演算手段と上記修正手段に出力し、上記演算手段は極性が異なる一対の電流パルスの振幅和を各相毎に演算し、その振幅和に基づいて基準磁極位置を出力し、上記修正手段は上記演算手段は極性が異なる一対の電流パルスの振幅差を各相毎に演算しその振幅差に基づいて微小磁極位置を得、上記基準磁極位置と微小磁極位置に基づいて修正磁極位置を出力するので、磁気飽和の影響を受けることなく、精度の良い修正磁極位置を得ることが出来る。
【００６８】
請求項３に係る同期電動機の磁極位置検出装置の演算手段は、演算手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅和の符合を各相について演算し、上記符合に関する各相の組合せに基づいて（相数×２）通りの位置のうちいずれか一つを基準磁極位置として出力するので、廉価な計算機で構成することが可能であり、ノイズ混入等によって誤差が発生してもその大きさを抑制する効果がある。
【００６９】
請求項４に係る同期電動機の磁極位置検出装置の演算手段は、上記極性が異なる一対の電流パルスの振幅の和の符合が特定の組合せになった場合、再度、極性が異なる一対の電圧パルスを各相に発生させる為の電圧指令と電流パルスを検出する為のトリガ信号を出力するので、ノイズ混入等によって極性が異なる一対の電流パルスの振幅の和の符合が特定の組合せになっても磁極位置が検出できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による同期電動機の磁極位置検出装置を示すブロック図である。
【図２】  突極性を持たない同期電動機の電流パルスの振幅を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１の動作を説明する電圧と電流の関係を示す図である。
【図４】  この発明の演算手段２ａの演算過程を示すフローチャートである。
【図５】  この発明の実施の形態１の演算手段が基準磁極位置を出力するためのテーブルである。
【図６】  突極性を持つ同期電動機の電流パルスの振幅を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態２又は実施の形態３の演算手段が基準磁極位置を出力するためのテーブルである。
【図８】  この発明の実施の形態４による同期電動機の磁極位置検出装置を示すブロック図である。
【図９】  この発明の実施の形態４の動作を説明する電圧と電流の関係を示す図である。
【図１０】  図７の修正手段３１の内部構成を示すブロック図である。
【図１１】  この発明の実施の形態４又は実施の形態５の修正手段が修正磁極位置を出力するためのテーブルである。
【図１２】  従来の同期電動機の磁極位置検出装置を示すブロック図である。
【図１３】  突極性を持たない同期電動機の電流パルスの振幅を示す図である。
【図１４】  図１２の回路手段１を示す内部構成図である。
【図１５】  図１２の検出手段４を示す内部構成図である。
【図１６】  従来の演算手段が磁極位置を出力するためのテーブルである。
【図１７】  従来の同期電動機の磁極位置検出装置の動作を説明する電圧と電流の関係を示す図である。
【図１８】  従来の演算手段が磁極位置とステップ２で印加する電圧を出力するためのテーブルである。
【図１９】  従来の同期電動機の磁極位置検出装置の作業工程を示すフローチャートである。
【図２０】  突極性を持つ同期電動機の電流パルスの振幅を示す図である。
【符号の説明】
１  回路手段、２，２ａ，２ｂ，２ｃ  演算手段、３  同期電動機、４  検出手段、３１  修正手段、θ，θ１  基準磁極位置、θ２  修正磁極位置、Δθ１，Δθ２  微小磁極位置。
【図１】
0003663937.tif 000005
【図２】
0003663937.tif 000006
【図３】
0003663937.tif 000007
【図４】
0003663937.tif 000008
【図５】
0003663937.tif 000009
【図６】
0003663937.tif 000010
【図７】
0003663937.tif 000011
【図８】
0003663937.tif 000012
【図９】
0003663937.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003663937.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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