(57)【要約】【課題】  モータを停止させたままで、且つ電気的なパラメータを正確に把握できなくても、さらにドライバの出力電圧精度が悪くても高速に初期磁極位置を推定する方法を提供する。【解決手段】  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、それぞれの軸方向の電流制御系をクローズドループで構成し、γ軸方向の電流指令をステップ状の交番電流指令ｉγＲｅｆとして与えたときのδ軸方向に発生する干渉電流ｉδを観測し、該干渉電流の積分値とγ軸電流指令値との積の符号が正のときはγ軸を微小角Δθだけ進め、前記符号が負のときは微小角Δθ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進んだ−ｄ軸に一致させることで永久磁石形ブラシレスモータの初期磁極推定し、その推定結果の成否を判定し、成功するまで初期磁極推定動作を繰り返す機能を備える。【選択図】      図１
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【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、該干渉電流の積分値とγ軸電流指令値との積の符号が正のときはγ軸を微小角Δθだけ進め、前記符号が負のときは微小角Δθ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進んだ−ｄ軸に一致させ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推定方法において、出力電圧誤差による出力電流の位相ずれを抑えるため、δ軸方向の電流制御系をクローズドループに変更し、出力電流の位相ずれを抑え、初期磁極推定を磁極推定を開始する初期値をそれぞれ違う値にて２度実施し、その推定結果を比較することで推定の失敗を判定し、再度推定が成功するまで推定動作を繰り返す機能を備えている事を特徴とする永久磁石形ブラシレスモータの磁極位置推定方法。
【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磁極位置推定位置の検出方法に関し、特に、磁極位置が不明な時の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ドライバの出力電圧の精度が悪い時にも、失敗することなく検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の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、該干渉電流の積分値とγ軸電流指令値との積の符号が正のときはγ軸を微小角Δθだけ進め、前記符号が負のときは微小角Δθ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進んだ−ｄ軸に一致させることで磁極位置を推定している。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は特許文献１に開示の永久磁石型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り、γ軸電流発生回路１から出力するステップ状の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、θγ作成回路７でγ軸電流指令ｉγＲｅｆとδ軸の干渉電流ｉδから補正角θｅを決定して、γ軸の角度θγを更新する。この場合に、干渉電流ｉδの積分値とγ軸電流指令値との積ｆγと、γ軸とｄ軸との電気的角度誤差θｅとの間の特性から、ｆγ≧０の時は、γ軸をΔθｅだけ進め、ｆγ＜０の時は、γ軸をΔθｅだけ遅らせるように調節すれば、指定したγ軸は最終的にｄ軸又は−ｄ軸に漸近・収束して、磁極位置を推定できる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の永久磁石形ブラシレスモータの磁極位置推定方法は、δ軸方向の電流制御系をオープンループで構成されているため、ドライバの出力電圧の精度が悪い場合、正確にγ軸上に電流を流すことができないので、δ軸上で観測される干渉電流が所望の特性を示さないため、誤った位置に収束してしまい、正確な磁極位置の検出ができないという問題があった。
また、磁極位置の推定結果が間違っていてもそれを判定することができず、最悪モータの起動を失敗するというような問題もあった。
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、ドライバの出力電圧精度が悪い場合でも初期磁極推定の失敗を減らすとともに、さらに失敗を判定し、成功するまで推定動作を繰り返すことで精度を向上させることができる永久磁石形ブラシレスモータの磁極位置推定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】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、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、該干渉電流の積分値とγ軸電流指令値との積の符号が正のときはγ軸を微小角Δθだけ進め、前記符号が負のときは微小角Δθ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進んだ−ｄ軸に一致させ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推定方法において、出力電圧誤差による出力電流の位相ずれを抑えるため、δ軸方向の電流制御系クローズドループに変更し、出力電流の位相ずれを抑え、初期磁極推定を磁極推定を開始する初期値をそれぞれ違う値にて２度実施し、その推定結果を比較することで推定の失敗を判定し、再度推定が成功するまで推定動作を繰り返す機能を備えている事を特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ドライバの出力電圧精度が悪くても正確に永久磁石形ブラシレスモータの磁極位置推定をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
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磁極位置推定方法の概念ブロック図である。
図２は、図１に示すブラシレスモータの初期磁極推定方法のフローチャートである。
図３は図１に示すγ軸電流指令の波形図である。
図４は図１に示すγ軸とｄ軸の関係を示す図である。
図５は図２に示すθeとfγの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ＰＷＭ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を、γ軸電流制御部２へ入力して電圧指令vγ*を発生する。δ軸電流制御部３は、iδをゼロにするためδ軸方向電圧指令vδ＊が発生し、iγが正確にγ軸上にのみ流れるようにする。次に、θγ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ＰＷＭ部５に与える。
【００１０】
電圧精度が良く指令した電流がγ軸上にのみ流れれば、問題ないが、電圧精度不足により位相がずれた位置に流れることにより、δ軸上に干渉電流以外の電流が流れることになったり（図４参照）、また、出力電圧にオフセットが乗っている場合、検出する出力電流にもオフセットが乗ってしまい、電流の符号情報により磁極位置の推定を行う方法においては、正確な符号の判定が不可能になる。そこで、本発明では、δ軸電流方向の電流制御系をクローズドループに変更し、ゼロ電流制御することでこれらの妨害電流を抑え、誤った情報を含んだδ軸電流iδの検出を防止する（本発明の図１では従来例の図６でδ軸がオープンループであったものを、クローズドループに改善している）。この際、ゼロ電流制御を行っても、推定に必要な干渉電流の情報は失われない。
【００１１】
つぎに図２のフローチャートを参照して動作について説明する。
先ず、推定動作に入る前に磁極推定開始位置θγを設定する（Ｓ１〜Ｓ３）。初期磁極推定の成否を判定するために、推定動作を二度実施する。この時、２度とも推定を失敗することを防止するために１度目と２度目で推定開始位置を変えている。これは、図５の特性図から分かるように、fγ（ｉδの積分値とγ軸電流指令値との積）の絶対量が小さい領域があり、この領域は、出力電圧誤差の影響を受けやすく、推定値が狂いやすくなるためである。
【００１２】
図３に示すようなステップ状のｉγＲｅｆ（ｋ）を作成、入力して（Ｓ４）、永久ブラシレスモータ８の２相分、例えば、ｕ、ｖ相電流のｋ・Ｔｓ秒時（ｋ：現在、Ｔｓ：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（Ｓ５）。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）とｉδ（ｋ）を導出する（Ｓ６）。続いて、図３に示したステップ状の電流指令ｉγＲｅｆ（ｋ）の値によって分岐させる（Ｓ７）。Ｓ７の判断で、ｉγＲｅｆ（ｋ）＝０で無い場合は、ｉδの積分値とｉγＲｅｆの積で表すｆγ＝Ｓｉｇｎ（ｉγＲｅｆ（ｋ））・ｉδｄｔ、を演算して、ｆγ（ｔ）に格納する（Ｓ８）。
【００１３】
次に、ｆγ（ｔ）≧０か否かを判断して（Ｓ９）、ｆγ（ｔ）≧０ならば、θγの変更量Δθｅは正となる（Ｓ１０）。また、ｆγ（ｔ）＞０の場合は、変更量Δθｅは負となる（Ｓ１１）。初回の磁極位置推定が終了したかを判断する（Ｓ１７）。終了していれば、推定処理が１回目かを判断する（Ｓ１８）、推定処理が１回目の場合は、更に、２回目の推定を行う（Ｓ１９）。推定処理が２回目まで終了した場合は１回目θ１と２回目θ２を比較し（Ｓ２１）、その推定値が２０°以上離れていれば初期磁極推定失敗とし、再度始めから初期磁極推定を行い（Ｓ２２）、成功するまでこれを繰り返し実行することで、出力電圧精度不足により初期磁極推定が失敗することを防止する。
【００１４】
また、Ｓ７の判断で、ｉγＲｅｆ（ｋ）＝０の場合には（Ｓ１３）、前回のγ軸電流指令ｉγＲｅｆ（ｋ−１）によって処理を変えるようにしたもので、ｉγＲｅｆ（ｋ−１）＝０、ならば、θγ（ｋ＋１）＝θγ（ｋ）のままとする（Ｓ１４）。また、ｉγＲｅｆ（ｋ−１）が０では無い場合は、先のＳ６〜Ｓ１１で決定したΔθｅによりγ軸の位置θγを更新する（Ｓ１５）。Ｓ１３〜Ｓ１５の分岐ルーチンで１回だけθγを更新することになる。次に、次処理のためにｉδの積分項をリセットする（Ｓ１６）。
【００１５】
以上のように本発明が従来の特許文献１と異なる部分は、δ軸方向の電流制御系をクローズドループで構成することで電圧精度不足を補い,さらに磁極位置の推定結果の誤りを判定し,成功するまで繰り返す機能を備えた部分である。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
モータを回転させることなく、失敗することなく初期磁極位置を推定することができるので、永久磁石形ブラシレスモータを適用した用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る永久磁石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ｆγの特性曲線である。
【図６】従来のブラシレスモータの初期磁極位置推定方法の概略ブロック図である。
【符号の説明】
【００１８】
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  ＰＷＭ部
６  ３相２相変換部
７  θγ作成回路
８  ブラシレスモータ
【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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【図６】
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