(57)【要約】【課題】空間座標上で任意にγ軸とγ軸から電気角９０°進んだ方向にδ軸を設定し、前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流を観測して永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置を推定する場合、推定の制定時間が長くかかり、磁極位置推定精度が悪くなる場合ががあった。【解決手段】  γ軸電流発生回路１からのγ軸電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流をθγ・θs作成回路７内で観測して、記憶し、このようにして記憶した干渉電流の大小関係より予め磁極位置推定開始位相θSを決定するという手順で処理するようにした。【選択図】図１
2006014423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石形ブラシレスモータの磁極位置推定方法において、空間座標上で任意にγ軸と該γ軸から電気角９０°進んだ方向にδ軸を設定し、γ軸方向の電流制御系をクローズドループで構成するとともにδ軸方向の電流制御系をオープンループで構成し、任意の基準位相θ0から回転子の電機角０〜２πの範囲でΔθずつずらしたそれぞれの位相に対し、前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流を観測して記憶し、前記記憶した該干渉電流の大小関係より予め磁極位置推定開始位相θSを推定することを特徴とする永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置推定方法。
【請求項２】
前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流量ｆγsは、前記γ軸方向の電流指令値を一定とすると（３）および（４）式に示されることを特徴とする請求項１記載の永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置推定方法。
ｆγs＝｜ｌｉｍ∫0∞ｉδｄｔ｜                          ・・・（３）
ｆγs＝｜（（Ｌq−Ｌd）／２ＲS）・ｓｉｎ２θe・ｉγRef  ｜・・・（４）
ここで、ｉδはδ軸方向の干渉電流、
Ｌqはｑ軸インダクタンス、
Ｌd はｄ軸インダクタンス、
Ｒs は電機子巻線抵抗、
θeはγ軸とｄ軸との電気的角度誤差
ｉγRefはγ軸方向の電流指令、である。
【請求項３】
ステップ状のγ軸電流指令を発するγ軸電流発生回路と、前記γ軸電流指令と後記γ軸電流ｉγとの差を入力してγ軸電圧指令を発生するγ軸電流制御部と、δ軸電圧指令を発生するδ軸電流制御部と、前記γ軸電圧指令とδ軸電圧指令とから電圧指令の大きさＶ*と出力位相θvを演算するベクトル制御部と、前記電圧指令の大きさＶ*と出力位相θvから３相電流を永久磁石形ブラシレスモータに出力するインバータ部と、前記３相電流の２相からγ軸電流とδ軸電流を演算する３相２相変換部と、前記γ軸電流指令と前記δ軸電流を入力してγ軸角度θγおよび磁極位置推定開始位相θSを作成するγ軸角度θγ・磁極位置推定開始位相θS作成回路と、を備えて成る永久磁石形ブラシレスモータ制御装置において、
γ軸方向の電流制御系をクローズドループで構成するとともにδ軸方向の電流制御系をオープンループで構成し、
前記γ軸角度θγ・磁極位置推定開始位相θS作成回路が、任意の基準位相θ0から回転子の電機角０〜２πの範囲でΔθずつずらしたそれぞれの位相に対し、前記γ軸電流指令をステップ状交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流を観測して記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶した該干渉電流の大小関係より予め磁極位置推定開始位相θSを推定する開始位相推定部を備えたことを特徴とする永久磁石形ブラシレスモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置の検出に関し、特に、ブラシレスモータの起動時において回転子の磁極位置を検出する方法およびそれを実行する永久磁石形ブラシレスモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のブラシレスモータの起動時における回転子の磁極位置を検出する方法は、本出願人に係る特許文献１に開示されているものが公知である。
これは、空間座標上で任意にγ軸とγ軸から電気角９０°進んだ方向にδ軸を設定し、γ軸方向の電流制御系をクローズドループで構成するとともにδ軸方向の電流制御系をオープンループで構成し、前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流を観測し、永久磁石形モータの速度零時の状態方程式より導出された（１）、（２）式のうち（１）式より前記干渉電流の積分値とγ軸電流指令値との積（ｆγ）の符号が正のときはγ軸を微小角Δθ１だけ進め、前記符号が負のときは微小角Δθ１だけ位相を遅らせることによりγ軸を真磁軸ｄ軸もしくは真磁軸から１８０°進んだ−ｄ軸に一致させるようにするものである。
【特許文献１】特許第３２８２６５７号公報
【０００３】
そして具体的には、（１）、（２）式において、γ軸方向の電流指令をｉγRef、δ軸方向の干渉電流をｉδ、ｑ軸インダクタンスをＬq 、ｄ軸インダクタンスをＬd 、電機子巻線抵抗をＲs 、およびγ軸とｄ軸との電気的角度誤差をθe としている。
ｆγ＝ｓｉｇｎ（ｉγRef）・ｌｉｍ∫０∞ｉδｄｔ        ・・・（１）
ｆγ＝ｓｉｇｎ（ｉγRef）・（（Ｌq−Ｌd）／２ＲS）・ｓｉｎ２θe・ｉγRef
・・・（２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の初期磁極位置推定方法では、（１）式より該干渉電流の積分値とγ軸電流指令値との積（ｆｒ）の符号が正のときはγ軸を微小角Δθ１だけ進め、前記符号が負のときは微小角Δθ1だけ位相を遅らせることによりγ軸を真磁軸ｄ軸もしくは真磁軸から１８０°進んだ−ｄ軸に一致させる方式のため、回転子の電機角０〜２πの範囲において、γ軸とｄ軸との電気的角度誤差θeが０°、π／２、π、３π／２あるいは２πの位相では該干渉電流の積分値とγ軸電流指令値との積（ｆｒ）が０となる。
そして、０°あるいはπあるいは２πの位相が磁極位置推定開始位相θSの場合、本来求めるべき真磁軸ｄ軸もしくは真磁軸から１８０°進んだ−ｄ軸と一致しているため、推定処理を完了して問題ない。
ところが、π／２あるいは３π／２の位相が磁極位置推定開始位相θSの場合、γ軸を真磁軸ｄ軸もしくは真磁軸から１８０°進んだ−ｄ軸に一致させるまでの制定時間が長くかかるという問題があった。
また、制定時間を固定で使用した場合には、磁極位置推定精度が悪くなるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、予め磁極位置推定開始位相θSを推定することにより、初期磁極の推定を開始する基準位相θ0の電気角によらず、γ軸を真磁軸ｄ軸もしくは真磁軸から１８０°進んだ−ｄ軸に一致させるまでの制定時間を短く固定化でき、磁極位置推定精度を向上できる装置および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】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１記載の永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置推定方法の発明は、永久磁石形ブラシレスモータの磁極位置推定方法において、空間座標上で任意にγ軸と該γ軸から電気角９０°進んだ方向にδ軸を設定し、γ軸方向の電流制御系をクローズドループで構成するとともにδ軸方向の電流制御系をオープンループで構成し、任意の基準位相θ0から回転子の電機角０〜２πの範囲でΔθずつずらしたそれぞれの位相に対し、前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流を観測して記憶し、前記記憶した該干渉電流の大小関係より予め磁極位置推定開始位相θSを推定することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置推定方法において、前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流量ｆγsが、前記γ軸方向の電流指令値を一定とすると（３）および（４）式に示されることを特徴としている。
ｆγs＝｜ｌｉｍ∫0∞ｉδｄｔ｜                          ・・・（３）
ｆγs＝｜（（Ｌq−Ｌd）／２ＲS）・ｓｉｎ２θe・ｉγRef  ｜・・・（４）
ここで、ｉδはδ軸方向の干渉電流、
Ｌqはｑ軸インダクタンス、
Ｌd はｄ軸インダクタンス、
Ｒs は電機子巻線抵抗、
θeはγ軸とｄ軸との電気的角度誤差
ｉγRefはγ軸方向の電流指令、である。
【０００６】
すなわち、干渉電流量ｆγsは、前記γ軸方向の電流指令値を一定とすると、回転子の電機角０〜２πの範囲において、（４）式よりγ軸とｄ軸との電気的角度誤差θeがｎ・π／２＋π／４（ｎ＝０，１，２，３）で最大値となる。すなわち、回転子の電機角π／２毎に前記干渉電流量ｆγsの最大値が存在するが、基準位相θ0に最も近い前記干渉電流量ｆγsの最大値の位相をみつければ良いため、任意の基準位相θ0から回転子の電機角０〜π／２の範囲でΔθずつ位相をずらし、それぞれの位相に対する干渉電流量ｆγsを観測して記憶し、記憶した干渉電流量ｆγsのうち最大値なる位相を磁極位置推定開始位相θSとするものである。
また、前記θeがπ／２の位相を磁極位置推定開始位相θSとする場合を回避できればよいので、Δθは精度を要求されない。
【０００７】
請求項３記載の発明は、ステップ状のγ軸電流指令を発するγ軸電流発生回路と、前記γ軸電流指令と後記γ軸電流ｉγとの差を入力してγ軸電圧指令を発生するγ軸電流制御部と、δ軸電圧指令を発生するδ軸電流制御部と、前記γ軸電圧指令とδ軸電圧指令とから電圧指令の大きさＶ*と出力位相θvを演算するベクトル制御部と、前記電圧指令の大きさＶ*と出力位相θvから３相電流を永久磁石形ブラシレスモータに出力するインバータ部と、前記３相電流の２相からγ軸電流とδ軸電流を演算する３相２相変換部と、前記γ軸電流指令と前記δ軸電流を入力してγ軸角度θγおよび磁極位置推定開始位相θSを作成するγ軸角度θγ・磁極位置推定開始位相θS作成回路と、を備えて成る永久磁石形ブラシレスモータ制御装置において、γ軸方向の電流制御系をクローズドループで構成するとともにδ軸方向の電流制御系をオープンループで構成し、前記γ軸角度θγ・磁極位置推定開始位相θS作成回路が、任意の基準位相θ0から回転子の電機角０〜２πの範囲でΔθずつずらしたそれぞれの位相に対し、前記γ軸電流指令をステップ状交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流を観測して記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶した該干渉電流の大小関係より予め磁極位置推定開始位相θSを推定する開始位相推定部を備えたことを特徴としている。
このような構成の永久磁石形ブラシレスモータ制御装置によれば、本発明に係る初期磁極位置推定方法が実施可能となり、磁極位置推定の精度が良くなる。
【発明の効果】
【０００８】
このように、上記構成の発明によると、空間座標上で任意にγ軸とγ軸から電気角９０°進んだ方向にδ軸を設定し、任意の基準位相θ0から回転子の電機角０〜π／２の範囲でΔθずつずらしたそれぞれの位相に対し、前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流量ｆγsを観測して記憶し、前記記憶した干渉電流量ｆγsのうち最大値なる位相を磁極位置推定開始位相θSとすることにより、初期磁極の推定を開始する基準位相θ0の電機角によらずγ軸を真磁軸ｄ軸もしくは真磁軸から１８０°進んだ−ｄ軸に一致させるまでの制定時間が固定にでき、磁極位置推定精度が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係る永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置推定方法の概念ブロック図、図２は図１に示すブラシレスモータの初期磁極位置推定方法のフローチャート、図３は図１に示すγ軸電流指令の波形図、図４は図１に示すγ軸とｄ軸の関係を示す図、図５は図２に示すθe特性を示す特性図である。
図１において、γ軸電流発生回路１から出力する図３に示すようなステップ状のγ軸電流指令ｉγRefと、ブラシレスモータ８を駆動するインバータ部５の電流ｉu、ｉvを電流センサ等を介して入力し、３相２相変換部６で変換して得られるγ軸方向の電流ｉγとの差をγ軸電流制御部２へ入力して電圧指令ｖγ*を発生する。
一方、δ軸電流制御部３からも、δ軸電流指令とδ軸電流ｉδとの差からδ軸方向電圧指令ｖδ*が発生するが、δ軸方向の制御系はオープンループとしてゲインは０としているために、ｖδ*＝０である。
次に、γ軸角度θγ・磁極位置推定開始位相θS作成回路（略して「θγ・θs作成回路」）７でγ軸電流指令ｉγRefとδ軸電流ｉδより、補正角θeを決定して（図４参照）、γ軸の角度θγを更新する。
これによって、ベクトル制御部４からは電圧指令の大きさＶ*と出力位相θvをインバータ部５に与えるが、ｖδ*＝０のために、Ｖ*＝｜ｖγ*｜、θＶ＝θγとなる。
【００１１】
つぎに動作について説明する。
図２のフローチャートを参照して、先ず、初期位相θγを、モータの磁極との相対関係が分からない任意の基準位相θ０とする（Ｓ１００）。
次に、永久磁石形ブラシレスモータ８の３相電流のうちの少なくとも２相分の電流、ここではｕ相電流とｖ相電流（他の組み合わせでもよい）のＫ・Ｔs秒時（Ｔsは電流ループサンプリングタイム）の電流ｉu（Ｋ）、ｉv（Ｋ）を入力する（Ｓ１０１）。
次に、γ軸のα相からの位置（図４参照）θγ（Ｋ）に従って、２相３相変換を実行し、ｉγ（Ｋ）、ｉδ（Ｋ）を導出する（Ｓ１０２）。
続いて、（３）式に基づきｆγs（ｔ）＝∫ｉδｄｔを計算し（Ｓ１０３）、このときのθγ（Ｋ）とｆγs（ｔ）を記憶する（Ｓ１０４）。
次に、前もって決められた位相更新量Δθだけ位相を更新し（Ｓ１０５）、来るＳ１０１〜Ｓ１０４のルーチンのために、ｉδの積分項をリセットする（Ｓ１０６）。
又、タイマ割り込みにより（Ｋ＋１）Ｔｓ秒間の電流指令を作成する（Ｓ１０７）。
以上、Ｓ１０１〜Ｓ１０７の処理をｎ回繰り返す（Ｓ１０８）。
そして、Ｓ１０４で記憶したｆγs（ｔ）の最も大きい値のときのθγ（Ｋ）を磁極位置推定開始位相θSにセットする（Ｓ１０９）。
その後、Ｓ１０９でセットした位相θSを基準として、モータの真の磁極を推定する処理を実行する。
Ｓ１０８の繰り返し回数ｎ回は、回転子の電機角０〜π／２を刻む回数であり、Ｓ１０５の位相更新量Δθも繰り返し回数で決定する。
仮に図３に基づき、ｎ＝９回、ｉδの積分時間＝４ｍｓとすると、２０ｄｅｇずつの位相更新量Δθとなり、０．１ｓ以下で磁極位置推定開始位相θSを決定することが可能である。
【００１２】
このように、本発明によれば、空間座標上で任意にγ軸と該γ軸から電気角９０°進んだ方向にδ軸を設定し、γ軸方向の電流制御系をクローズドループで構成するとともにδ軸方向の電流制御系をオープンループで構成し、任意の基準位相θ0から回転子の電機角０〜２πの範囲でΔθずつずらしたそれぞれの位相に対し、前記γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流を観測して記憶し、前記記憶した該干渉電流の大小関係より予め磁極位置推定開始位相θSを推定するようにしている。
そして、γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令として与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流量ｆγsは、前記γ軸方向の電流指令値を一定とすると（３）および（４）式に示されることが特徴である。
ｆγs＝｜ｌｉｍ∫0∞ｉδｄｔ｜                          ・・・（３）
ｆγs＝｜（（Ｌq−Ｌd）／２ＲS）・ｓｉｎ２θe・ｉγRef  ｜・・・（４）
ここで、ｉδはδ軸方向の干渉電流、Ｌqはｑ軸インダクタンス、
Ｌd はｄ軸インダクタンス、Ｒs は電機子巻線抵抗、
θeはγ軸とｄ軸との電気的角度誤差、ｉγRefはγ軸方向の電流指令、である。
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、空間座標系に任意にγ軸とγ軸から電気角９０ｄｅｇ進んだ方向にδ軸を設定して、γ電流制御系をクローズドループで、δ軸電流制御系をオープンループで構成し、γ軸方向の電流指令ｉγRefをステップ状の交番電流指令として与えたときのδ方向に発生する干渉電流ｉδを観測して初期磁極位置を検出する手法に比べ、基準位相θ0に関わらず高速に磁極位置推定開始位相θSを検出することができ、基準位相θ0に関わらずγ軸を真磁軸ｄ軸もしくは真磁軸から１８０°進んだ−ｄ軸に一致させるまでの制定時間が固定にでき、磁極位置推定精度が良くなる。
このように、センサの追加が必要なく、高速で高精度な初期磁極位置を検出できるようになるため、始動時からトルク精度が要求される用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極位置推定方法の概念ブロック図である。
【図２】図１に示すブラシレスモータの初期磁極位置推定方法のフローチャートである。
【図３】図１に示すγ軸電流指令の波形図である。
【図４】図１に示すγ軸とｄ軸の関係を示す図である。
【図５】図２に示すθeとｆγsの特性曲線である。
【符号の説明】
【００１５】
１  γ軸電流発生回路
２  γ軸電流制御部
３  δ軸電流制御部
４  ベクトル制御部
５  インバータ部
６  ３相２相変換部
７  θγ、θs作成回路
８  ブラシレスモータ
【図１】
2006014423.tif 000003
【図２】
2006014423.tif 000004
【図３】
2006014423.tif 000005
【図４】
2006014423.tif 000006
【図５】
2006014423.tif 000007