(57)【要約】交流モータ５の移動子３と固定子２との相対的な位置を検出する位置検出器１０と、コイル３ａ，３ｂに、移動子３が複数の安定点に移動するように複数の異なる位相の電流を流す位相更新指令部５２と、位相更新指令部５２により移動子３の移動した方向と反転するようにコイル３ａ，３ｂに電流を流す反転指令部５６と、位置検出器１０が移動子３の移動を検出すると、コイル３ａ，３ｂの電流を遮断する電流遮断指令部５４と、位相更新指令部５２に基づく移動子３の移動した方向を位置検出器１０の位置検出信号により判定すると共に、判定された方向が前回と今回とで反転したことを判定する反転判定部６４と、反転判定部６４が反転と判定した際の移動子３に流れていた電流の位相を安定点とみなす安定点擬制手段とを備えたものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動子と固定子とのいずれかに各相コイルを有する同期型交流モータと、
前記移動子と前記固定子との相対的な位置を検出するための位置検出信号を発生する位置検出手段と、
この位置検出手段の位置検出信号に基づいて前記移動子が移動したことを判定すると移動信号を発生する移動判定手段と、
前記移動子が複数の安定点に移動するように複数の異なる位相の電流を流す第１の電流指令信号を発生すると共に、前記第１の電流指令信号に基づいて前記移動子が移動した方向と反転する位相の電流を流す第２の電流指令信号を発生する電流指令発生手段と、
前記第１及び第２の電流指令信号に基づいて前記各相コイルに電流を流す電流制御手段と、
前記移動判定手段の移動信号により前記各相コイルに流れている電流を遮断する電流遮断手段と、
前記第１の電流指令信号に基づく前記移動子の移動した方向を前記位置検出手段の検出値に基づいて判定すると共に、判定された方向が前回と今回とで反転したことを判定する反転判定手段と、
この反転判定手段が反転と判定した際における前記第１の電流指令信号の位相又は、前記反転の際から一つ前の前記位相により定まる安定点を移動子の位置とみなす安定点擬制手段と、
を備えたことを特徴とする同期型交流モータの磁極検出装置。
【請求項２】
移動子と固定子とのいずれかに各相コイルを有する同期型交流モータと、前記移動子と前記固定子との相対的な位置を検出するための位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記移動子が複数の安定点に移動するように複数の異なる位相の電流を流す第１の電流指令信号を発生すると共に、前記第１の電流指令信号に基づいて前記移動子が移動した方向と反転する位相の電流を流す第２の電流指令信号を発生する電流指令発生手段と、前記第１及び第２の電流指令信号に基づいて前記各相コイルに電流を流す電流制御手段と、を備え、
第１の電流指令信号に基づいて第１の安定点に前記移動子が移動するように前記電流制御手段により第１の位相を有する電流を前記各相コイルに流す第１のステップと、
移動判定手段が前記位置検出信号に基づいて前記移動子の移動を検出すると、電流遮断手段により前記電流を遮断する第２のステップと、
第２の電流指令信号に基づいて前記移動子の移動した方向と反転するように前記電流制御手段により第２の位相を有する電流を前記各相コイルに流す第３のステップと、
前記移動手段により前記移動子の移動を検出すると、前記電流遮断手段により前記電流を遮断する第４のステップと、
前記第１の電流指令信号の位相を、前記第１の安定点と異なる第２の安定点して前記電流制御手段により電流を前記各相コイルに流す第５のステップと、
前記第１の電流指令信号に基づく前記移動子の移動する方向を、前記位置検出手段の位置検出信号に基づいて判定すると共に、判定された方向が前回と今回とで反転したか否かを判定する第６のステップとを備え、前記第１から第６のステップを順に実行すると共に、安定点擬制手段により前記反転判定手段が反転と判定した際における前記第１の電流指令信号の前記位相又は、前記反転の際から一つ前の前記位相により定まる前記安定点を前記移動子の位置とみなす、
ことを特徴とする同期型交流モータの磁極位置検出方法。
【請求項３】
前記第１又は第２の電流指令信号の発生から所定時間経過したら電流遮断指令信号を発生する遮断信号発生手段と、
前記電流遮断手段は、前記遮断信号発生手段の電流遮断指令信号によっても、前記各相コイルの電流を遮断する、
ことを特徴とする請求の範囲１に記載の同期型交流モータの磁極検出装置。
【請求項４】
安定点擬制手段に代えて、前記反転判定手段の反転したとの判定に基づいて前記電流遮断手段を無効にすると共に、前記位置検出手段からの検出信号に基づいて前記移動子が停止したと判定するまで前記各相コイルに前記反転した際の位相の電流又は、前記反転の際から一つ前の前記位相の電流を流し続ける電流継続手段を、
備えたことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の同期型交流モータの磁極検出装置。
【請求項５】
前記第１又は第２の電流指令信号における電流の位相は、前記同期型交流モータから発生する正弦波状のコギングトルクのほぼゼロになる位相とする、
ことを特徴とする請求の範囲１から４の何れかに記載の同期型交流モータの磁極検出装置。
【請求項６】
前記位相更新手段は、前記第１の電流指令信号の位相をΔθきざみで更新しており、
前記電流制御手段は、前記第１の電流指令信号により前記各相コイルに電流を流しても、移動子が停止したままの前記位相を有しており、
前記第１の電流指令信号に基づいて電流を前記各相コイルに流して前記位置検出手段からの位置検出信号に基づいて前記移動子が停止したと判定すると停止信号を発生する停止判定手段と、
前記停止信号が発生した際の前記第１の電流指令信号における第１の位相に基づく第１の安定点に等しい第１の位置を求める第１の位置演算手段と、
前記反転判定手段の判定した際の前記第１の電流指令信号における第２の位相に基づく第２の安定点に等しい第２の位置を求める第２の位置演算手段と、
前記第１及び第２の位置に基づいて前記安定点の位置を求める安定点演算手段を備えた、
ことを特徴とする請求の範囲１から４の何れか一つに記載の同期型交流モータの磁極検出装置。
【請求項７】
前記電流制御手段から発生する電流が、前記同期型交流モータの抵抗分、インダクタンス分により定まる時定数よりも、長い時定数を有する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の同期型交流モータの磁極検出装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、同期型交流モータの磁極検出装置（以下、適宜「磁極検出装置」という。）及びその磁極検出方法において、初期磁極検出をする際の改良に関するものである。
背景技術
同期型交流モータでは、各相コイルに流す電流の位相を決定するために、磁極位置を検知する必要がある。このため、各相電流をあるパターンで流し、対応する安定点まで移動子を移動させて磁極位置を検出する磁極検出装置が知られている。
かかる従来の磁極検出装置について、日本国特開平３−８９８８６号公報を参照して説明する。該公報によれば、磁極検出装置は、２相交流モータの移動子に形成されたα相コイル、β相コイルに流れるα相電流Ｉα，β相電流Ｉβの位相を移動子の移動距離に伴い、移動方向とは逆位相に変化させて、移動子が所望の安定点に移動することにより初期の磁極位置を検出している。
すなわち、α相コイル、β相コイルに上記公報に記載の（４），（５）式のα相電流Ｉα、β相電流Ｉβを流して、移動子に所定の力Ｆ［同公報に記載の（６）式］）が作用して、移動子に作用する力がゼロとなる安定点に移動子を移動させて磁極位置を検出している。
かかる場合、移動子が移動する移動量ΔＸは、移動子の位置をＸ、磁極ピッチをτ、移動子の位置を、フィードバックする際のフィードバック定数をＫとすると下式となる（［同公報に記載の（８）式］）。
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この式より、移動子の移動量ΔＸは、フィードバック定数Ｋにほぼ反比例して減少できるので、フィードバック定数Ｋを大きな値に設定することにより移動距離ΔＸを短くできる。
かかる場合、移動子の位置を、フィードバックして移動子を安定点に移動するようにしているので、移動子が安定点近傍で振動的になり、この振動は、フィードバック定数Ｋを大きな値にすることにより増大する。このため、上記公報に記載のように位相補正器を設けて、移動子の移動量に対応して変化する電流位相を、移動子の移動速度に対応して補正することにより振動を抑制している。
しかしながら、従来の磁極検出装置は、移動子の振動を抑制するために、移動子の移動速度を検出する速度検出器、移動子の移動速度により電流位相を補正する位相補正器を備えなければならず、しかも、移動子の速度フィードバック値を調整しなければならないので、磁極検出装置が複雑になるという問題点があった。
発明の開示
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、移動子の位置、速度等をフィードバックすることがないオープンループ制御系を採用し、しかも、安定点まで移動子が移動する距離を短くすると共に、制御系に起因して生じる移動子の振動を抑制する簡易な磁極検出装置及びその磁極検出方法を提供することを目的とする。
第１の発明に係る磁極検出装置は、移動子と固定子とのいずれかに各相コイルを有する同期型交流モータと、前記移動子と前記固定子との相対的な位置を検出するための位置検出信号を発生する位置検出手段と、この位置検出手段の位置検出信号に基づいて前記移動子が移動したことを判定すると移動信号を発生する移動判定手段と、前記移動子が複数の安定点に移動するように複数の異なる位相の電流を流す第１の電流指令信号を発生すると共に、前記第１の電流指令信号に基づいて前記移動子が移動した方向と反転する位相の電流を流す第２の電流指令信号を発生する電流指令発生手段と、前記第１及び第２の電流指令信号に基づいて前記各相コイルに電流を流す電流制御手段と、前記移動判定手段の移動信号により前記各相コイルに流れている電流を遮断する電流遮断手段と、前記第１の電流指令信号に基づく前記移動子の移動した方向を前記位置検出手段の検出値に基づいて判定すると共に、判定された方向が前回と今回とで反転したことを判定する反転判定手段と、この反転判定手段が反転と判定した際における前記第１の電流指令信号の位相又は、前記反転の際から一つ前の前記位相により定まる安定点を移動子の位置とみなす安定点擬制手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる磁極検出装置によれば、電流指令発生手段は、移動子が複数の安定点に移動するように複数の異なる位相の電流を有する第１の電流指令信号を発生し、該第１の電流指令信号に基づいて電流制御手段を介して各相コイルに電流を流し、位置検出手段が移動子の移動を検出し、電流遮断手段が各相コイルに流れる電流を遮断する。反転判定手段が第１の電流指令信号に基づく移動子の移動した方向が、前回と今回とで反転したことを判定すると、安定点擬制手段が反転した際における第１の電流指令信号の位相又は、反転の際から一つ前の前記位相により定まる安定点に移動子が停止しているとみなすので、移動子の位置、速度等をフィードバックすることなく、オープンループの制御系の構成により、移動子の安定点を検知できる。
したがって、本発明の磁極検出装置は、移動子を安定点まで移動するのに従来のように位置等のフィードバックに起因する移動子の振動が発生しないので、移動子の振動を極めて抑制できる。しかも、移動子が移動したことを検出し、電流遮断手段が各相コイルに流れる電流を遮断しているので、移動子の安定点を検知するのに、移動子の移動距離を短くできる。よって、簡易な磁極検出装置を得ることができるという効果がある。
第２の発明に係る磁極検出方法は、第１の電流指令信号に基づいて第１の安定点に前記移動子が移動するように前記電流制御手段により第１の位相を有する電流を前記各相コイルに流す第１のステップと、移動判定手段が前記位置検出信号に基づいて前記移動子の移動を検出すると、電流遮断手段により前記電流を遮断する第２のステップと、第２の電流指令信号に基づいて前記移動子の移動した方向と反転するように前記電流制御手段により第２の位相を有する電流を前記各相コイルに流す第３のステップと、前記移動手段により前記移動子の移動を検出すると、前記電流遮断手段により前記電流を遮断する第４のステップと、前記第１の電流指令信号の位相を、前記第１の安定点と異なる第２の安定点して前記電流制御手段により電流を前記各相コイルに流す第５のステップと、前記第１の電流指令信号に基づく前記移動子の移動する方向を、前記位置検出手段の位置検出信号に基づいて判定すると共に、判定された方向が前回と今回とで反転したか否かを判定する第６のステップとを備え、前記第１から第６のステップを順に実行すると共に、安定点擬制手段により前記反転判定手段が反転と判定した際における前記第１の電流指令信号の前記位相又は、前記反転の際から一つ前の前記位相により定まる前記安定点を前記移動子の位置とみなす、ことを特徴とするものである。
かかる磁極検出方法によれば、位置検出手段により移動子が移動したことを検出し、電流遮断手段によりコイルに流れる電流を遮断し、反転判定手段により移動子の移動方向が前回と今回とで反転したことを検出する。したがって、本発明の磁極検出方法は、移動子を安定点まで移動するのに従来のように位置等のフィードバックに起因する移動子の振動が発生しないので、移動子の振動を極めて抑制した簡易な装置を得ることができる。しかも、電流遮断手段が移動子の電流を速やかに遮断するので、移動子の安定点を検知するのに移動子の移動距離が短くできるという効果がある。
第３の発明に係る磁極検出装置は、第１又は第２の電流指令信号の発生から所定時間経過したら電流遮断指令信号を発生する遮断信号発生手段と、電流遮断手段は、前記遮断信号発生手段の電流遮断指令信号によっても、前記各相コイルの電流を遮断する、ことを特徴とするものである。
ここで、反転判定手段における前回の移動方向とは、第１の電流指令信号により各相コイルに電流を流しても、移動子が停止した場合には、第１の電流指令信号により各相コイルに電流を流して移動子が移動した直前の移動方向をいう。
かかる磁極検出装置によれば、移動子の吸引力がゼロとなる点に移動子が停止しても、簡易に移動子の位置を検出できるという効果がある。第４の発明に係る磁極検出装置は、第１又は第２の発明における安定点擬制手段に代えて、反転判定手段の反転したとの判定に基づいて電流遮断手段を無効にすると共に、位置検出手段からの検出信号に基づいて移動子が停止したと判定するまで各相コイルに反転した際の位相の電流又は、前記反転の際から一つ前の前記位相の電流を流し続ける電流継続手段を、備えたことを特徴とするものである。
かかる磁極検出装置によれば、電流継続手段は、位置検出手段からの検出信号に基づいて移動子が停止したと判定するまで各相コイルに反転した際の位相の電流又は、前記反転の際から一つ前の前記位相の電流を流し続けるので、移動子を安定点まで確実に移動できる。したがって、移動子の安定点の検出精度が向上するという効果がある。
第５の発明に係る磁極検出装置において、第１又は第２の電流指令信号における電流の位相は、前記同期型交流モータから発生する正弦波状のコギングトルクのほぼゼロになる位相とする、ことを特徴とするものである。
かかる磁極検出装置によれば、移動子の安定点を検出するのに同期型交流モータから発生するコギングトルクの影響を受けにくいという効果がある。
第６の発明に係る磁極検出装置における位相更新手段は、第１の電流指令信号の位相をΔθきざみで更新しており、電流制御手段は、前記第１の電流指令信号により各相コイルに電流を流しても、移動子が停止したままの前記位相を有しており、前記第１の電流指令信号に基づいて電流を前記各相コイルに流して位置検出手段からの位置検出信号に基づいて前記移動子が停止したと判定すると停止信号を発生する停止判定手段と、前記停止信号が発生した際の前記第１の電流指令信号における第１の位相に基づく第１の安定点に等しい第１の位置を求める第１の位置演算手段と、反転判定手段の判定した際の前記第１の電流指令信号における第２の位相に基づく第２の安定点に等しい第２の位置を求める第２の位置演算手段と、前記第１及び第２の位置に基づいて前記安定点の位置を求める安定点演算手段を備えたことを特徴とするものである。
かかる磁極検出装置によれば、補正手段により第１及び第２の位置に基づいて安定点の位置を補正するので、移動子と固定子との摩擦力の影響により安定点の変動を抑制できるという効果がある。
第７の発明に係る磁極検出装置は、電流制御手段から発生する電流が、同期型交流モータの抵抗分、インダクタンス分により定まる時定数よりも、長い時定数を有する、ことを特徴とするものである。
かかる磁極検出装置によれば、同期型交流モータに流れる電流が滑らかに立ち上がり、移動子の吸引力が除々に増加するので、移動子の堕走距離を短縮できるという効果がある。
発明を実施するための最良の形態
＜移動子の位置検出原理の説明＞
本発明の磁極位置検出器による移動子の位置検出原理を第１図によって説明する。第１図は、移動子の位置検出原理を示す移動子の吸引トルク対位相の特性曲線図である。
（１）基本原理
二相のα相のコイル、β相のコイルを有する移動子と固定子とから成る同期型交流モータにおいて、電流指令信号に基づいてα相のコイル，β相のコイルにそれぞれ電流の位相−ｎΔθを流すと、移動子に働く吸引力Ｆと移動子の安定点の位置をＸとすると下式となる。
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ここに、Ａ：φ・ｃｏｓ（２πＸ／τ＋２πΔＸ／τ）
Ｂ：Φ・ｃｏｓ（２πＸ／τ＋２πΔＸ／τ＋π／２）
τ：磁極ピッチ（ｍ）
上記（１）式を整理すると、吸引力Ｆは下式となる。
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いま、第１図に示すように移動子が位置Ｘｓに停止しており、上記（２）式において、電流Ｉｃの位相ｎΔθを変化させた場合の吸引力Ｆと位相との曲線図が第１図のようになる。すなわち、位相ｎΔθをΔθきざみで変化させると吸引力はＦ０，Ｆ１，Ｆ２・・・と変化する。
そして、位相２Δθまでは、移動子に正方向の吸引力Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２が働き、移動子が正方向に移動するが、位相３Δθからは、移動子に負方向の吸引力Ｆ３が働き、移動子が負方向に反転移動する。この反転を移動子の位置検出器の位置信号によって検出することにより位相２Δθから位相３Δθの間に移動子が存在していると判定できる。すなわち、移動子の位置が検出できる。
しかしながら、このような位置検出では精度的に不十分な場合には、移動子の反転を検出すると、反転した際における位相３Δθ又は、反転した際の一つ前の位相２Δθの電流を移動子３が停止するまでα相，β相のコイルに流し続け、移動子３を位置Ｘ１又は位置Ｘ２まで移動させて移動子の位置を精度良く検出できる。
このように移動子を移動する場合、移動子の移動距離の最大値ΔＸｍａｘは、吸引力Ｆがゼロとなる、すなわち、上記（２）式がゼロとなる条件より求めると、下記となる。
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したがって、移動子の位置が所定の範囲にあることを検出してから、移動子を必要最小限だけ移動させることにより移動子の位置検出精度も向上できる。
（２）移動子のもとの位置への復帰
α相，β相のコイルに位相ｎΔθの電流を流し続けると、移動子は吸引力Ｆがゼロとなる位置（安定点）まで移動し、移動子の移動距離が長くなるので、適当でない。これを防ぐために、移動子が移動すると、移動子の位置検出器の位置検出信号に基づいてα相，β相のコイルに流れる電流を遮断し、移動子の吸引力をゼロとして移動子が移動しないようにしている。
しかしながら、移動子が移動してから、移動子の吸引力をゼロとしても、移動子は、移動子の有する動摩擦係数等で決定される自然減速度により減速して、例えば数μｍ堕走して停止する。このため、位相ｎΔθ＋πの電流をα相，β相のコイルに流して移動子が反転移動すると、位置検出器の位置検出信号に基づいてα相，β相のコイルに流れる電流を遮断して、移動子をもとの位置に復帰することにより移動子の停止位置が移動しないようにしている。
（３）吸引力Ｆのゼロ点Ｘｃに移動子が停止している場合の位置検出
□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
について説明した。しかしながら、稀に移動子の吸引力Ｆがゼロとなる位置（安定点）と移動子の停止位置とが一致することがある。例えば、位置Ｘｃに移動子が停止している場合には、吸引力Ｆ２による移動子の安定点と、移動子の位置Ｘｃとが一致する。したがって、位相２Δθによる吸引力Ｆ２が発生すると、移動子には吸引力が働かず停止したままとなるので、移動子の移動方向が存在しない。したがって、α相，β相のコイルに電流を流す電流指令発生から所定時間後、例えば、１００（ｍｓｅｃ）後に、α相，β相のコイルの電流を遮断し、次に、α相，β相のコイルに流れる電流の位相を一つ更新した位相３Δθとして、新しい安定点Ｘ２に向かって移動子を移動させるようにする。このようにして必ず移動子を移動させるようにしている。
移動子の反転の判定は、α相，β相のコイルに流れる電流の位相をΔθきざみで変化させて移動子が前回と今回とで反転したことを判定する。しかしながら、電流の位相２Δθでは、移動子が停止していたので、前回の移動方向が存在しないことになる。したがって、このように前回において、移動子が停止した場合には、前々回の移動子の移動方向を前回とする。すなわち、移動子が直前に移動した方向を前回の移動方向とすることにより反転を判定する。
さらに、移動子が位置Ｘ０に停止している場合もあるので、電流の位相ｎΔθが２πを越えてα相，β相のコイルに電流を流して、必ず移動子が反転すようにしている。
実施例１．
上記した移動子の位置検出原理を具現化させる本発明の一実施例を第２図によって説明する。第２図は、同期型交流モータの磁極検出装置の全体構成図である。
第２図において、磁極検出装置１は、固定子２を有し、固定子２に対向すると共に、所定の空隙を有するように配置された各相コイルとしてのα相のコイル３ａ、β相のコイル３ｂを有する移動子３から成る二相でリニア式の同期型交流モータ（以下、交流モータという。）５と、移動子３の位置を検出する位置検出器１０と、交流モータ５に流す電流指令信号を生成すると共に、位置検出器１０からの位置検出信号に基づいて所定の処理を実行するマイクロコンピュータ２０と、マイクロコンピュータ２０の出力に接続されると共に、マイクロコンピュータ２０からの電流指令信号に基づく電流を、コイル３ａ，３ｂに流したり、遮断したりする電流生成部３０と、電流生成部３０の出力に接続されると共に、電流生成部３０からの電流をコイル３ａ，３ｂに流すように制御する電流制御部３２，３４と、電流制御部３２，３４に入力されると共に、コイル３ａ，３ｂに流れる電流を検出するＣＴ３６，３８とを備えている。位置検出器１０は、固定子２との相対的な移動子３の位置を、位置検出信号として検出する位置検出手段としての機能を有しており、移動子３の移動領域に水平に張られると共に、移動子３が水平方向に移動したことを検出する位置情報を有するリニアスケール１２と、このリニアスケール１２を挟むように設けられると共に、発光ダイオードにより光を発生する光発生部１４ａと、該光をフォトトランジスタで受光する受光部１４ｂと、移動子３の表面に固定された凹形状の検出部１４とを備えている。なお、移動子３は、固定子２と対向して水平方向に移動するようにリニアガイド１３が固定子２に対して水平に張られている。
マイクロコンピータ２０は、入力インターフェイス（以下、インターフェイスを「Ｉ／Ｆ」という。）２２に位置検出器１０の検出部１４の出力が接続され、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２７、電流生成部３０の入力に接続される出力Ｉ／Ｆ２８から成っている。
電流指令部５０は、マイクロコンピュータ２０の機能をブロック図としたもので、移動子３が複数の安定点に移動できるように位相の異なる正転電流指令信号（第１の電流指令信号）を生成する位相更新指令部５２と、コイル３ａ，３ｂに流れている電流を遮断する電流遮断指令信号を生成する電流遮断指令部５４と、位相更新指令部５２からの正転電流指令信号に基づいて移動子３の移動した前回の方向と反転するようにコイル３ａ，３ｂに電流を流すための反転電流指令信号（第２の電流指令信号）を生成する反転指令部５６と、移動子３の安定点が所定の範囲にあることを検知した場合、特定位相の電流指令信号を移動子３が停止するまで発生し続ける安定点移動指令部５８とを備え、位相更新指令部５２、電流遮断指令部５４、反転指令部５６、安定点移動指令部５８のどれか一つのみの指令信号が電流生成部３０に与えられるように形成されている。
また、電流指令手段は、位相更新指令部５２と反転指令部５６とからなり、電流制御手段は、電流生成部３０と電流制御部３６，３８から成り、電流遮断手段は、電流遮断指令部５４と電流生成部３０とから成り、電流継続手段は、安定点移動指令部５８と電流生成部３０、電流制御部３６，３８とから成っている。
位置判定部６０は、マイクロコンピュータ２０の機能をブロック図としたもので、位置検出器１０から発生する位置検出信号の所定の変化に基づいて移動子３が停止から移動したことにより移動信号を発生し、移動から停止したことにより停止信号を発生する移動判定部（移動判定手段、停止判定手段）６２と、移動子３が前回と今回とで反転したことを判定すると共に、該判定により反転信号を発生する反転判定部（反転判定手段）６４とを備えている。
反転判定部６４は、位相更新指令部５２からの正転電流指令信号に基づく移動子３の移動した方向を位置検出器１０の位置検出信号に基づき移動子３が前回と今回とで反転したことを判定している。より具体的には、移動子３が第１図の右方向に移動すると、位置検出信号に基づき移動子３の位置の値が増加し、第１図の左方向に移動すると、位置検出信号に基づき移動子３の位置の値が減少することを利用して、前回と今回との位置の差が増加した場合、移動子３が正転したと判定し、該差が減少した場合、移動子３が前回と今回とで反転したと判定している。
加えて、反転判定部６４は、前回で、移動子３が停止していた場合には、移動子３が直前に移動した方向を前回の移動方向とすることにより反転を判定する。
なお、反転判定部６４は、反転指令部５６からの反転電流指令信号に基づいて移動子３が反転したものでは、反転と判定しないようになっている。該反転は、移動子３の位置検出とは関係ないからである。
位相更新指令部５２は、電流の位相をΔθとし、移動子３を一定の方向に移動する動作回数をｎとして、例えば第１図の右方向の動作回数をｎとすると、−ｎΔθ（ｎ：正の整数）の位相を有する電流をコイル３ａ，３ｂに流すように、位相Δθきざみで更新しながら正転電流指令信号を生成している。これにより移動子３が電流の位相−ｎΔθに対応した安定点、すなわち、移動子３が複数の安定点に移動できるように複数の異なる位相の電流を流すように形成されている。
かかる位相Δθが、移動子３の安定点の検出精度を示し、交流モータ５の負荷角を例えば最大値±１０°とすると、位相Δθを１０°に設定している。位相更新指令部５２からの正転電流指令信号によりコイル３ａ、３ｂに流す電流をそれぞれ電流Ｉα，Ｉβとし、電流Ｉα，Ｉβの定常状態での最大電流をＩｃとすると下式となる。
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ここに、ｎ：移動子の一定方向の動作回数
Ｃ：時定数（秒）、ｔ：時間（秒）
上記（１），（２）式のように時間に対して所定の傾きを有する一次遅れの電流Ｉｃ（１−ε−ｃｔ）をコイル３ａ，３ｂに流すのは、移動子３が動き出してから、移動子３に流れる電流を遮断するまでの間に移動子３が堕走して移動する距離を抑制するためである。すなわち、交流モータ５の抵抗分、インダクタンス分により定まる時定数よりも、長い時定数を有するように電流を立ち上げるもので、交流モータ５にステップ電圧を印加すると、電流が時定数で例えば数μｓｅｃ程度遅れるのを、一次遅れの電流をコイル３ａ、３ｂに流すことにより時定数で数ｍｓｅｃ程度に延長させるためである。
電流遮断指令部５４は、電流指令信号（正転電流指令信号、反転電流信号の双方を含む。）により移動子３が移動したこと、或いは、電流指令信号の発生から所定時間経過しても、移動子３が移動しないことを位置検出器１０の位置検出信号に基づいて検出することにより上記電流遮断指令信号を発生するように形成されている。
反転指令部５６は、移動子３のコイル３ａ，３ｂに下式による電流が流れるように反転電流指令信号を生成して、この反転電流指令信号に基づいて移動子３を前回の移動方向と反転して移動させることにより移動子３を最初の位置に復帰させるものである。これは、移動子３が移動すると、移動子３の正確な位置を検出できないからである。
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安定点移動指令部５８は、４反転判定部６４の移動子３が反転したとの判定に基づいて電流遮断指令部５４を無効にすると共に、コイル３ａ，３ｂに反転した際の位相−ｎΔθ又は、反転した際における位相の一つ前となる位相−（ｎ−１）Δθの電流指令信号を生成し、電流生成部３０に与えて、位置検出器１０からの位置検出信号に基づいて移動子３が停止したと判定するまで電流指令信号を発生し続けるものである。
上記のように構成された磁極検出装置の動作を第１図乃至第３図によって説明する。
移動子３が第１図の位置Ｘｓに停止した状態において、位相更新指令部５２から交流モータ５に、動作回数ｎを「１」として位相−Δθの正転電流指令信号を電流生成部３０に与えると、電流生成部３０は、該電流指令信号に基づいて電流制御部３２，３４を介し、移動子３のコイル３ａ，３ｂに位相−Δθの電流Ｉα，Ｉβを流して吸引力Ｆ１を発生させる（ステップＳ１００，第１のステップ）。これにより移動子３は、第１の安定点に向けてゆっくりと移動を開始する（ステップＳ１０２）。
位置検出器１０は、移動子３が移動したことを位置検出信号として入力Ｉ／Ｆ２２を介してＣＰＵ２４に与えると、移動判定部６２は、移動子３が移動したと判定して判定信号を電流遮断指令部５４に与える。電流遮断指令部５４は、コイル３ａ，３ｂに流れている電流Ｉα，Ｉβを、遮断する電流遮断指令信号を電流生成部３０に与え、電流生成部３０は、電流制御部３２，３４を介してコイル３ａ，３ｂに流れている電流を速やかに遮断する（ステップＳ１０４，第２のステップ）。コイル３ａ，３ｂの電流が遮断されると、移動子３は、動摩擦係数等で決定される自然減速度により減速して僅かに堕走して停止する。
反転判定部６４は、位置検出器１０からの位置検出信号により移動子３の方向が反転したか判定するが（ステップＳ１０６）、移動子３が始めて移動するので、反転していない。次に、上記のように僅かに移動子３が動いた方向と逆方向に移動させて、移動子３をもとの位置に復帰させるために、反転指令部５６は、位相−Δθ＋πの反転電流指令信号を電流生成部３０に与えると、電流生成部３０は、移動子３のコイル３ａ，３ｂに電流制御部３２，３４を介して位相−Δθ＋πの電流Ｉα，Ｉβを流す（ステップＳ１０８，第３のステップ）。これにより移動子３は、電流Ｉα，Ｉβの位相−Δθ＋πにより定まる安定点に向けて移動を開始し、ステップＳ１００における移動子３の移動方向と反転する。なお、この反転では、反転判定部６４は、移動子３が反転したと判定しない。これは、反転指令部５６の反転電流指令信号に基づく反転だからである。
反転の際、位置検出器１０からの位置検出信号を、入力Ｉ／Ｆ２２を介してＣＰＵ２４に与えると、電流遮断指令部５４は、電流Ｉα，Ｉβを遮断する電流遮断指令信号を電流生成部３０に与え、電流生成部３０は、電流制御部３２，３４を介してコイル３ａ，３ｂに流れている電流を遮断する（ステップＳ１１２，第４のステップ）。ＣＰＵ２４は、動作回数ｎに＋１を加算して新たな動作回数を「２」とする（ステップＳ１１４）。電流の位相−２Δθの正転電流指令信号によってステップＳ１００を実行すると、移動子３に吸引力Ｆ２が発生して移動子３が移動するが、反転しない（ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６）。したがって、上記ステップＳ１０８〜Ｓ１１２を実行して動作回数ｎに＋１を加算して「３」とする（ステップＳ１１４）。
電流の位相−３Δθの正転電流指令信号によってステップＳ１００を実行すると、電流生成器３０は、コイル３ａ，３ｂに位相−３Δθの電流Ｉα，Ｉβを流して吸引力Ｆ３が発生する。この吸引力Ｆ３により移動子３を第２の安定点に向けて移動して移動子３の方向が反転する（ステップＳ１０２，Ｓ１０４、第５のステップ）。
反転判定部６４は、位置検出器１０からの位置検出信号に基づいて移動子３の位置の値が増加から減少に転じたことにより、移動子３の移動した方向が前回と今回とで反転したものと判定して反転信号を発生し（ステップＳ１０６，第６のステップ）、この反転信号を安定点移動指令部５８に与えると、安定点移動指令部５８は、電流遮断指令部５４を無効にすると共に、コイル３ａ，３ｂに反転した際の位相−３Δθ又は−２Δθの電流を流す電流指令信号を生成して電流生成部３０に与え、電流生成部３０は、位相−３Δθ又は−２Δθの電流Ｉα，Ｉβをコイル３ａ，３ｂに流し、これにより移動子３には、吸引力が発生して移動子３を位置Ｘ２まで移動させる（ステップＳ１１６）。ここで、移動子３を安定点まで移動させるのは、検出精度を向上させるためである。
次に、移動判定部６２は、位置検出器１０からの位置検出信号に基づいて移動子３の停止を判定した停止信号により安定点移動指令部５８から発生する電流指令信号をゼロ（電流遮断指令信号）として電流生成器３０に与える。電流生成部３０は、コイル３ａ，３ｂに流れている電流を遮断し（ステップＳ１１８）、ステップＳ１１６において、位相−３Δθ（−２Δθ）の電流Ｉα，Ｉβをコイル３ａ，３ｂに流すことにより、移動子３の磁極位置を３Δθ（２Δθ）としてＲＡＭ４８に記憶して終了する（ステップＳ１２０）。そして、交流モータ５にＲＡＭ２７に記憶した３Δθ（２Δθ）をπ／２だけずらして交流モータ５を駆動する。
なお、上記実施例では、移動子３に発生した吸引力Ｆがゼロとなる位置（安定点）と移動子３との停止位置とが一致していないとの前提により説明したが、稀に、移動子３の吸引力Ｆがゼロとなる位置と移動子３との停止位置が一致することが起こり得る。すなわち、第１図に示すように移動子３が位置Ｘｃに存在することがある。
このような位置Ｘｃに移動子３が停止している場合、移動子３が吸引力Ｆ２によって移動しないので、電流指令信号の発生から所定時間経過後に、電流遮断指令部５４は、電流遮断指令信号を発生して電流生成部３０に与え（ステップＳ１０２，Ｓ１１０）、電流生成部３０は、電流制御部３２，３４を介してコイル３ａ，３ｂに流れている電流を速やかに遮断する（ステップ１０４，１１２）。これによりステップＳ１１４において、動作回数ｎを一つ加算して「３」とし、位相更新指令部５２から−３Δθの位相をコイル３ａ，３ｂに流して移動子３が反転方向に移動する（ステップＳ１００〜Ｓ１０４）。そして、ステップＳ１０６において、反転判定部６４は、移動子３の前回と今回との移動方向により反転を判定するが、前回では移動子３が停止したままであるので、前回の移動方向が存在しない。したがって、前回の移動方向として、移動子３が停止した前回の移動方向、すなわち、直前の移動方向と今回の移動方向とにより反転を判定して反転信号を発生する。
なお、上記実施例では、安定点移動指令部５８が、コイル３ａ，３ｂに反転した際の位相−ｎΔθの電流となる反転電流指令信号を生成して電流生成部３０に与え、位置検出器１０からの位置検出信号に基づいて移動子３が停止したと判定するまで反転電流指令信号を発生し続けるように位相更新指令部５２に指令を出して移動子３を安定点まで移動させたが、安定点移動指令部５８の代りに、反転判定部６４が反転と判定した際の移動子３に流れていた電流の位相−３Δθ又は、反転の際から一つ前の電流の位相−２Δθにより定まる安定点を移動子の位置とみなす安定点擬制部を用いて、磁極検出装置１を簡易に構成しても良い。
実施例２．
本発明の他の実施例を主として第４図によって説明する。上記実施例では、交流モータ５から発生するコギングトルクの影響を無視して説明したが、実際には、第４図に示すように正弦波状のコギングトルクＴｃが発生する。したがって、本実施例では、コギングトルクＴｃの影響を受けにくい精度の良い磁極検出装置を説明する。
正弦波状のコギングトルクＴｃの最大値は、移動子３の電気角度で２πの間に、固定子２のスロット数と２倍の極対数ｐｔとの最小公倍数をｍとすると、ｍ回生じることが知られている。ここで、たとえば固定子２が１２スロット、８極であれば、この最小公倍数ｍは、２４であるので、１５°毎にコギングトルクＴｃの正負のピーク値が生じ電気角度θ１，θ２，（２θ１），θ３（３θ１）・・・のごとく７．５°毎にコギングトルクＴｃがゼロとなる。
ここで、電気角度θ１，θ２，θ３・・・を一般化して表現すると、電気角度θｎ＝ｎｃθ１（ｎｃ：正の整数）の関係を有している。
したがって、位相更新指令部５２から発生する電流指令の位相ｎΔθを、コギングトルクが少なくなる電気角度、好ましくはゼロとなる電気角度（位相）として例えば上記の例によれば７．５°に設定することによりコギングトルクの影響を受けにくくすることができる。
実施例３．
上記実施例１，２では、移動子３の位置の検出について摩擦の影響を無視して説明した。しかしながら、実際には、移動子３が移動するのに摩擦が存在するので、移動子３の安定点と移動子３の停止位置とが異なる。このような摩擦の影響を減少させるために、移動子３のコイル３ａ，３ｂに流れる電流を増加して移動子３の吸引力を上昇させる手段もあるが、流れる電流を大きくすると、電流生成部３０を形成する半導体素子の定格電流が大きくなり適切でない。
したがって、移動子３の磁極位置の検出精度をコイル３ａ，３ｂに流れる電流を増加させることなく、向上させる磁極検出装置を第５図によって説明する。第５図は、移動子３の吸引トルク、静摩擦トルクＴＬ，ＴＬ´対位相（距離）を示す特性曲線図である。
第５図において、移動子３が位置Ｘｓに停止しているとすると、吸引力Ｆ０，Ｆ１によって正方向に移動子３が移動するが、吸引力Ｆ２では加速トルクが移動子３に生じないので、移動子３が停止したままとなる。
ここで、吸引力Ｆ１が発生させるのに必要なコイル３ａ，３ｂに流れる電流の位相ｎΔθに基づいて吸引力Ｆ１がゼロとなる停止の起点としての第１の位置Ｘｓ１（第１の安定点）求める。すなわち、上記（３）式において、移動距離ΔＸｍａｘを、位相Δθの距離ΔＸθと等しいとして移動子３の第１の位置Ｘｓ１を求めると下式となる。
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次に、上記実施例１のように位相更新指令部５２から電流の位相Δθを順次更新して吸引力Ｆ４により移動子３が反転する。この反転した際の電流の位相に基づいて上記位置Ｘｓ１と同様に上記（８）式から第２の位置Ｘｓ２（第２の安定点）を求めることができる。このようにして求めた位置Ｘｓ１，Ｘｓ２から移動子３の安定点Ｘｓを下式により近似的に求めるものである。
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上記のようにして移動子３の位置となる安定点Ｘｓ０を、磁極検出装置によって検出する動作を第２図、第５図、第６図のフローチャートによって説明する。第６図中、第３図と同一符号は、同一又は相当部分の動作を示し、適宜説明を省略する。
移動子３が第５図の位置Ｘｓに停止した状態において、電流生成部３０は、位相更新指令部５２からの位相−Δθの正転電流指令信号により電流制御部３２，３４を介してコイル３ａ，３ｂに電流を流すと（ステップＳ１００）、移動子３に吸引力Ｆ１が発生して移動子３が動作し（ステップＳ１０１）、ステップＳ１０４〜Ｓ１１２を実行して動作回数に１を加算してｎを２とする（ステップＳ１１４）。
電流生成部３０は、位相更新指令部５２からの位相−２Δθの正転電流指令信号により電流制御部３２，３４を介してコイル３ａ，３ｂに電流を流すと（ステップＳ１００）、移動子３に吸引力Ｆ２が発生するが、吸引力Ｆ２＜静摩擦トルクＴＬであるので、移動子３が移動しない（ステップＳ１０１）。移動子３は、正転電流指令信号による最初の停止となり（ステップＳ１２１）、ＣＰＵ２４は、該位相−２Δθにより上記（８）式により、すなわち、第１の位置演算手段を実行し第１の位置Ｘｓ１を求めてＲＡＭ２７に記憶する（ステップＳ１２２）。電流生成部３０は、コイル３ａ，３ｂに電流が所定時間以上流れると、電流遮断指令部５４からの電流遮断指令信号により流れている電流を遮断する（ステップＳ１２４，Ｓ１０４）。ステップＳ１０６〜Ｓ１１２を実行して動作回数に１を加算してｎを３とする（ステップＳ１１４）。
上記ステップＳ１００を実行してコイル３ａ，３ｂに位相−３Δθの電流が流れると（ステップＳ１００）、移動子３に吸引力Ｆ３が発生するが、吸引力Ｆ２＜静摩擦トルクＴＬ´であるので、移動子３は停止したままである（ステップＳ１０１）。移動子３の停止は、正転電流指令信号における電流位相の更新による停止であるので、最初の停止ではない（ステップＳ１２１）。したがって、ステップＳ１２４，Ｓ１０４〜Ｓ１１２を実行して動作回数に１を加算してｎを４とする（ステップＳ１１４）。上記ステップＳ１００を実行してコイル３ａ，３ｂに位相−４Δθの電流が流れると（ステップＳ１００）、移動子３に吸引力Ｆ４が発生して、吸引力Ｆ４＞静摩擦トルクＴＬ´となって、移動子３は反転して移動する（ステップＳ１０１）。コイル３ａ，３ｂに流れている電流を遮断し（ステップＳ１０４）、移動子３の移動方向を反転したか判定し（ステップＳ１０６）、反転したので、ＣＰＵ２４は、電流位相−４Δθにより上記（８）式により、すなわち、第２の位置演算手段により第２の位置Ｘｓ２を求めてＲＡＭ２７に記憶し（ステップＳ１３２）、上記（９）式により、安定点Ｘｓ０を求めて（安定点演算手段）、移動子３の初期磁極位置とする（ステップＳ１３４）。
上記実施例は、二相式の同期型の交流モータ５について説明したが、本発明はＮ相の交流モータについても適用でき、また、上記実施例はコイル（巻線）移動型であるが、磁極移動型であっても良い。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る同期型交流モータの磁極検出装置及びその磁極検出方法は、同期型交流モータの初期磁極位置を検出する用途に適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施例による移動子位置の検出原理を示す移動子の吸引トルク対位相（距離）の特性曲線図である。
第２図は、本発明の一実施例を示す交流型モータの磁極検出装置の全体構成図である。
第３図は、第２図に示す交流型モータの磁極検出装置の動作を示すフローチャートである。
第４図は、本発明の他の実施例による交流モータのコギングトルクの波形と安定点との関係を示す曲線図である。
第５図は、本発明の他の実施例による移動子の吸引トルク、静摩擦トルク対位相（距離）を示す特性曲線図である。
第６図は、第５図のように静摩擦トルクを考慮した安定点を検出する動作を示すフローチャートである。
【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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【国際調査報告】
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