(57)【要約】【課題】  ロータ回転位置推定のための定数に含まれる誤差を削減する。【解決手段】  回転磁界を掛け、モータを所定の速度で回転させた場合に、位置検出部に設定されたモータの機器定数、電流検出部、電圧検出部の定数に誤差があれば、位置検出部に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒを初期値よりも小さくして再度起動処理を行い、さらに位置検出部に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒを初期値よりも大きくして再度起動処理を行う。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータ（４）に供給してモータ（４）を駆動するモータ駆動方法において、
ロータ回転位置に拘わらず強制的にステータに回転磁界を加えてモータ（４）を起動し、
起動失敗を検出したことに応答して、ロータ回転位置の推定のために設定された機器定数を変えて再起動を行う
ことを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項２】
推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータ（４）に供給してモータ（４）を駆動するモータ駆動装置において、
ロータ回転位置に拘わらず強制的にステータに回転磁界を加えてモータ（４）を起動する起動手段と、
起動失敗を検出したことに応答して、ロータ回転位置の推定のために設定された機器定数を変えて再起動を行う再起動手段と
を含むことを特徴とするモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はモータ駆動方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、モータに供給される電流、電圧とモータの機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するモータ駆動方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高温、高圧のような過酷な環境下でモータを駆動する場合に好適な装置として、モータに供給される電流、電圧とモータの機器定数とを用いてロータ回転位置を推定し、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置が提案されている。
【０００３】
そして、このようなモータ駆動装置においては、モータの機器定数は、設計時の値がそのまま採用され、または生産時に調整された値が採用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のモータ駆動装置は、モータの機器定数を同定する機能を全く有していないので、設定された機器定数が誤差を含んでいる場合には、ロータ回転位置の推定精度が低下してしまい、所望のモータ駆動（例えば、所望の効率でのモータ駆動など）を行うことができず、また運転可能範囲が狭くなってしまうなどの不都合を生じてしまう。
【０００５】
運転可能範囲が狭くなるという不都合を解消しようとすれば、例えば、より大出力のモータを採用すればよいが、必然的にコストアップを招いてしまうという不都合を生じる。
【０００６】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロータ回転位置推定のための定数に含まれる誤差を削減することができるとともに、モータの起動を達成することができるモータ駆動方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１のモータ駆動方法は、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するに当たって、
ロータ回転位置に拘わらず強制的にステータに回転磁界を加えてモータを起動し、起動失敗を検出したことに応答して、ロータ回転位置の推定のために設定された機器定数を変えて再起動を行う方法である。
【０００８】
容易に機器定数の誤差削減およびモータの起動を達成することができる。
【０００９】
請求項２のモータ駆動装置は、推定したロータ回転位置に基づいて電流もしくは電圧を制御し、制御された電流もしくは電圧をモータに供給してモータを駆動するものにおいて、
ロータ回転位置に拘わらず強制的にステータに回転磁界を加えてモータを起動する起動手段と、起動失敗を検出したことに応答して、ロータ回転位置の推定のために設定された機器定数を変えて再起動を行う再起動手段とを含むものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明は、容易に機器定数の誤差削減およびモータの起動を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００１１】
請求項２の発明は、容易に機器定数の誤差削減およびモータの起動を達成することができるという特有の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、この発明のモータ駆動方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は固定座標モータ逆モデルを用い、ロータ回転位置を検出するセンサを用いることなくモータを駆動する装置の一例を示すブロック図である。
【００１４】
このモータ駆動装置は、交流電源１を整流回路２に供給して直流化し、平滑用コンデンサ２ａにより平滑化し、次いで３相インバータ３により３相交流化して３相モータ４に供給している。
【００１５】
そして、電流検出部５ａにより各相モータ電流を検出するとともに、電圧検出部５ｂにより各相モータ電圧を検出し、３相分のモータ電流を第１の３相→２相変換部５ｃに供給して２相分のモータ電流に変換するとともに、３相分のモータ電圧を第２の３相→２相変換部５ｄに供給して２相分のモータ電圧に変換する。
【００１６】
そして、２相分のモータ電流および２相分のモータ電圧を固定座標モータ逆モデル部５ｅに供給し、固定座標モータ逆モデル部５ｅからの出力を位置算出部５ｆに供給することによりロータ回転位置を出力する。
【００１７】
このロータ回転位置を微分部５ｇに供給して速度を算出し、算出された速度と速度指令とを速度制御部５ｈに供給して速度制御演算を行い、電流指令を出力する。
【００１８】
この電流指令と位相指令とを位相制御部５ｉに供給して位相制御演算を行って最終電流指令を出力し、最終電流指令、３相分のモータ電流およびロータ回転位置を電流制御部５ｊに供給して電流制御演算を行って電圧指令を出力し、３相インバータ３に供給する。
【００１９】
なお、前記両３相→２相変換部５ｃ、５ｄは、３相モータ電流、３相モータ電圧に対して数１を乗算することによって２相直交固定子座標におけるαβ電流ベクトル、αβ電圧ベクトルを出力する。
【００２０】
【数１】
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前記固定座標モータ逆モデル部５ｅは、αβ電流ベクトルに相抵抗を乗算して電圧降下分を算出する抵抗乗算部５ｅ１と、αβ電圧ベクトルから電圧降下分を減算する第１減算部５ｅ２と、第１減算部５ｅ２からの出力を積分する積分部５ｅ３と、αβ電流ベクトルにｑ軸インダクタンスを乗算するインダクタンス乗算部５ｅ４と、積分結果からｑ軸インダクタンス乗算結果を減算する第２減算部５ｅ５とを有している。
【００２１】
前記位置算出部５ｆは、固定座標モータ逆モデル部５ｅからの出力に対してｔａｎ−１処理を行ってロータ回転位置を出力する。
【００２２】
なお、以下においては、両３相→２相変換部５ａ、５ｂ、固定座標モータ逆モデル部５ｅ、および位置算出部５ｆを位置検出部５と総称する。
【００２３】
このモータ駆動装置に含まれる固定座標モータ逆モデル部５ａにおいて設定される相抵抗およびｑ軸インダクタンスが正確であり、かつ電流検出部５ａおよび電圧検出部５ｂが正確であれば、ロータ回転位置を正確に推定することができ、推定されたロータ回転位置を用いてモータ４を安定にかつ正確に運転することができる。
【００２４】
しかし、一般的には、ばらつき、温度変化などが原因となって、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂが誤差を有し、および／または固定座標モータ逆モデル部５ｅに設定されるモータ機器定数が誤差を有しているので、ロータ回転位置の推定結果が不正確になり、モータ４を安定にかつ正確に運転することができなくなってしまう。
【００２５】
このような不都合を解消するために、この発明は、負荷の大きさに対してモータ電流過大、かつモータ電流が遅れ位相の状態において、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数（例えば、ゲイン）、モータ機器定数のうち、少なくとも１つの誤差を削減する誤差削減部６を設けている。
【００２６】
さらに説明する。
【００２７】
電流位相に対するモータトルクの一例を図２に示す。なお、この例は、永久磁石を内部に埋め込んでなるロータを有するブラシレスＤＣモータに基づくものである。
【００２８】
図２において、電流位相０°はｑ軸方向にモータ電流が流れている場合（誘起電圧と同位相である場合）であり、プラス側が位相進みを示している。
【００２９】
負荷に対してモータ電流が大きく、しかも位相遅れの場合には、モータ電流に対してトルクの出にくい電流位相（図２中の丸を参照）で運転される。
【００３０】
また、負荷の大きさに対してモータ電流過大、かつモータ電流が遅れ位相の状態におけるベクトルシミュレーションの一例を図３に示す。
【００３１】
ｄ軸は磁石の磁束の方向であり、ｑ軸はそれから電気的に９０度進んだ位相（つまり誘起電圧と同位相）に取られている。Ｉはモータ電流ベクトルであり、ｑ軸に対して遅れている。Ｅは磁石磁束による誘起電圧、ωは回転角周波数（電気角）、Ｌｑ、Ｌｄはｑ軸、ｄ軸インダクタンス、Ｉｄ、Ｉｑはモータ電流Ｉのｄ軸、ｑ軸成分、Ｒは巻線抵抗、Ｖはモータ電圧、φは巻線鎖交磁束を示している。なお、添え字ｍで表した文字はモータの値であって、制御での値と区別している。
【００３２】
そして、図１に示すモータ駆動装置では、モータに供給されるモータ電流、モータ電圧と巻線抵抗Ｒ、ｑ軸インダクタンスＬｑに基づいてｄ軸方向の長さがφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄのベクトルを算出し、そのベクトルの角度によりロータ位置を検出している。
【００３３】
図４に電流位相に対するφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄの振幅の関係を示す。なお、この関係は、Ｌｄ＝１１．０ｍＨ、Ｌｑ＝２３．９ｍＨ、Ｒ＝０．７９４５Ω、φ＝０．１４９ｗｂに設定して得たものである。
【００３４】
また、極対数をＰｎとしたときモータトルクは
｛φｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ｝Ｉｄ＊Ｐｎ＝φＩｓｉｎθφ−ＩＰｎ    
ここでθφ−Ｉは巻線鎖交磁束φとモータ電流Ｉとの成す角で、トルクに対して電流が大きい場合には図３に示したようにＩｑ≠０のためφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄが極めて小さくなる。このため、負荷の大きさに対して電流過大の場合には、モータの機器定数や電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数の誤差により極めて大きな角度誤差を生じることになり、このような条件では安定な位置検出を行うことが極めて困難となる。しかし、逆に、誤差が大きな角度偏差として現れるため、この運転条件を用いれば誤差削減部６によって、極めて容易にモータの機器定数、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数の誤差削減を実現することができる。
【００３５】
この場合において、誤差の削減はロータ位置にかかわらずステータに強制的に回転磁界を加えて行うことが好ましい。
【００３６】
さらに説明する。
【００３７】
前述したように負荷の大きさに対して電流過大であり、かつ電流が遅れ位相である運転条件では位置検出部５の出力は極めて不安定であって、位置検出部５の出力によりモータを運転すると不安定になって、最悪発散停止してしまう。そこで、位置検出部の出力を用いずに強制的にステータに回転磁界を加えてモータを回転させた状態で誤差の削減を行うことで、不安定を解消できる。また、通常は、強制的な回転磁界による運転を行うと、トルク変動などによって脱調してしまうことが懸念されるが、この場合には負荷に比べて十分大きな電流を流しているため脱出トルクに十分余裕があり、したがって、脱調の問題も発生しない。
【００３８】
特に強制的にステータに回転磁界を加える場合、図２から分かるように進め位相側（略９０゜のポイント）でトルクに対して電流の大きな部分が出現するが、進め位相側はロータが回転することにより位相が遅れ側に動きトルクが出てさらに位相が遅れるという不安定なポイントであるので、結局遅れ位相側でしか安定することがない。このため、位相制御せず強制的に回転磁界を加えれば、自動的に遅れ位相で運転される。この結果、不安定を解消でき、しかも誤差を削減することができる。
【００３９】
さらに、位置検出部５の出力を用いずに強制的にステータに回転磁界を加えてモータを回転させて起動するようにするとともに、モータの機器定数、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数の誤差の削減を起動時に行うことが好ましい。  すなわち、強制的にステータに回転磁界を加えてモータを回転させて起動する場合には、起動時の負荷トルクが脱出トルク以下でかつ起動時には位置検出部５を用いずに駆動を行っているので、前述の何れかの条件を容易に実現することができ、誤差の削減に好適である。
【００４０】
図５はモータ駆動方法の一実施形態を説明するフローチャートである。
【００４１】
ステップＳＰ１において、起動処理を行い、ステップＳＰ２において、起動失敗か否かを判定する。
【００４２】
起動失敗である場合には、ステップＳＰ３において、１回目の起動失敗であるか否かを判定する。
【００４３】
１回目の起動失敗である場合には、ステップＳＰ４において、位置検出部５に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒを初期値よりも小さくし、再びステップＳＰ１の処理を行う。
【００４４】
１回目の起動失敗でないと判定された場合には、ステップＳＰ５において、２回目の起動失敗であるか否かを判定する。
【００４５】
２回目の起動失敗である場合には、ステップＳＰ６において、位置検出部５に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒを初期値よりも大きくし、再びステップＳＰ１の処理を行う。
【００４６】
ステップＳＰ２において起動失敗でないと判定された場合には、そのまま起動処理を終了する。すなわち、その後は、ロータ回転位置の検出結果に基づくモータの駆動を行う。
【００４７】
ステップＳＰ５において２回目の起動失敗であると判定された場合には、起動不良として異常終了の処理を行う。
【００４８】
前記ステップＳＰ１における起動処理としては、種々の文献に示されているように、回転磁界を掛け、モータを所定の速度で回転させた後、位置検出部５によりロータ回転位置検出を行い、ロータ回転位置検出結果に合わせた制御に切り替えを行う処理が採用される。
【００４９】
前記ステップＳＰ２における判定処理としては、ロータ回転位置検出結果に合わせた制御に切り替えを行うことができたか否かを判定する処理が採用される。
【００５０】
さらに説明する。
【００５１】
回転磁界を掛け、モータを所定の速度で回転させた場合に、位置検出部５に設定されたモータの機器定数、電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂの定数に誤差があれば、ロータ回転位置検出結果に合わせた制御に切り替えを行うことができないことがある。
【００５２】
このような場合に、直ちに起動不良として異常終了処理を行うのではなく、位置検出部５に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒを初期値よりも小さくして再度起動処理を行い、さらに位置検出部５に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒを初期値よりも大きくして再度起動処理を行うのであるから、モータを起動できる可能性を高くすることができる。もちろん、位置検出部５に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒの誤差削減を行うことができる。
【００５３】
ここでは、位置検出部５に設定されているｑ軸インダクタンスＬｑ、巻線抵抗Ｒの補正を大小各１回としたが、もちろん数回に分けてより広範囲に探索することも可能である。また、位置検出部５に設定されている各機器定数を独立かつ網羅的に変更することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】固定座標モータ逆モデルを用い、ロータ回転位置を検出するセンサを用いることなくモータを駆動する装置の一例を示すブロック図である。
【図２】電流位相に対するモータトルクの一例を示す図である。
【図３】負荷の大きさに対してモータ電流過大、かつモータ電流が遅れ位相の状態におけるベクトルシミュレーションの一例を示す図である。
【図４】電流位相に対するφｍ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄの振幅の関係を示す図である。
【図５】この発明のモータ駆動方法の一実施形態の要部を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
４  モータ    
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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