(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ同期モータを駆動するＰＷＭ電力変換手段と、前記ＡＣ同期モータの３相電流を検出する３相電流検出手段と、前記ＡＣ同期モータの位置を検出する位置検出手段と、３相指令電圧と搬送波を比較してＰＷＭゲートパルスを演算するＰＷＭゲートパルス演算手段と、前記ＰＷＭゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交流電圧に変換する前記ＰＷＭ電力変換手段と、前記ＡＣ同期モータの初期磁極を計算する磁極推定手段を備えたＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意設定の現在初期磁極位置をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、位置指令として２周期の有限繰り返し波形を発生する位置指令波形生成手段と、前記位置指令と検出位置から位置誤差を計算する位置誤差演算手段と、前記位置誤差から速度指令を計算する速度指令演算手段と、速度誤差を計算する速度誤差演算手段と、前記速度誤差に基づいて指令トルクを生成する速度比例積分制御手段と、前記位置指令が第１周期の場合にｑ軸制御モードを行うように、第２周期の場合にｄ軸制御モードを行うように選択するｄｑ制御モードスイッチと、
前記ｑ軸制御モードを選択した場合にｑ軸指令電流には前記指令トルクを入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第一位置指令単調増加判断手段と、前記第一位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合にはｑ軸メモリに一定量のｑ軸指令電流を記憶するｑ軸指令記憶手段と、
前記ｄ軸制御モードを選択した場合に前記ｑ軸指令電流にはゼロを入力し、前記ｄ軸指令電流には前記指令トルクを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第二位置指令単調増加判断手段と、第二位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合には前記ｑ軸メモリから呼び出した瞬時ｑ軸呼び出し指令電流と瞬時ｄ軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する初期磁極推定手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記デフォルト初期磁極設定手段で設定された前記デフォルト初期磁極に加えて補正初期磁極を演算する補正初期磁極演算手段とを有し、
前記ｑ軸指令電流が指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を９０°または−９０°とし、前記ｄ軸指令電流が前記指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を０°として最初から初期磁極推定をやり直すＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項２】
前記ｑ軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大ｑ軸指令電流を計算する最大ｑ軸指令電流演算手段と、前記最大ｑ軸指令電流を最大ｑ軸メモリに記憶する最大ｑ軸指令記憶手段と、前記ｄ軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大ｄ軸指令電流を計算する最大ｄ軸指令電流演算手段と、最大ｑ軸メモリから呼び出した最大ｑ軸呼び出し指令電流と前記最大ｄ軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項３】
前記位置指令単調増加区間の代わりに、位置指令単調減少区間を利用する請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項４】
前記位置指令の第１周期目のｑ軸制御モードと第２周期目のｄ軸制御モードとの切り換えを行うときに速度ゲインクリア手段で前記速度ゲインの積分項を一時的にクリアする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアと回転機を含んだＡＣ同期モータに関し、特に磁極センサを使用せずにＡＣモータの初期磁極推定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＣ同期モータは起動するときに磁極検出器から検出した初期磁極位置の情報が必要であり、検出初期磁極位置の情報を基にしてＡＣ同期モータを制御する。検出初期磁極位置の情報がＡＣ同期モータの実際磁極と最大で±９０°ずれた最悪の場合にはトルクが発生しないため、ＡＣ同期モータが動かないという問題が生じる。このような理由から、ＡＣ同期モータにおいて正確な検出初期磁極位置の情報は重要であり、正確な検出初期磁極位置の情報を得るためにＡＣ同期モータの初期磁極推定方法がいろいろ工夫されている。初期磁極位置と発生トルク（以下、リニアモータの推力もトルクとして示す）との関係を式（１）と図１３で示している。
Ｔe＝ Ｔm × ｃｏｓθerror                                （１）
ここで、Ｔeは発生トルク、Ｔmはトルクの最大値、θerrorは実際磁極とずれた初期磁極位置である。特願２０００−７９８７の従来技術は、速度制御ループで初期磁極推定を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術は、速度制御ループで初期磁極推定を行っており、位置を制御していないため、推定前の位置と推定後の位置がずれている。また、垂直応用分野の場合、推定中にモータが落下することがある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は初期磁極推定前と推定後で位置ずれを起こさないようにし、たとえ垂直応用分野の場合でも推定中にモータが落下しないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置を提供することにある。さらに１）誤差が電気角±７°以内で初期磁極推定が出来ること、２）トルク損失を最小限に抑えて最大トルクを出すことができること、３）垂直力（重力）がある垂直軸応用分野でも磁極推定ができること、４）モータの動く範囲を最小限に押さえることができる（例えば、水平軸応用分野におけるモータの動く範囲は機械角１２°以内で回転モータの１／３０回転に相当、垂直軸応用分野におけるモータの動きはほぼ停止状態）ようにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため本発明は、ＡＣ同期モータを駆動するＰＷＭ電力変換手段と、前記ＡＣ同期モータの３相電流を検出する３相電流検出手段と、前記ＡＣ同期モータの位置を検出する位置検出手段と、３相指令電圧と搬送波を比較してＰＷＭゲートパルスを演算するＰＷＭゲートパルス演算手段と、前記ＰＷＭゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交流電圧に変換する前記ＰＷＭ電力変換手段と、前記ＡＣ同期モータの初期磁極を計算する磁極推定手段を備えたＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意設定の現在初期磁極位置をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、位置指令として２周期の有限繰り返し波形を発生する位置指令波形生成手段と、前記位置指令と検出位置から位置誤差を計算する位置誤差演算手段と、前記位置誤差から速度指令を計算する速度指令演算手段と、速度誤差を計算する速度誤差演算手段と、前記速度誤差に基づいて指令トルクを生成する速度比例積分制御手段と、前記位置指令が第１周期の場合にｑ軸制御モードを行うように、第２周期の場合にｄ軸制御モードを行うように選択するｄｑ制御モードスイッチと、
前記ｑ軸制御モードを選択した場合にｑ軸指令電流には前記指令トルクを入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第一位置指令単調増加判断手段と、前記第一位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合にはｑ軸メモリに一定量のｑ軸指令電流を記憶するｑ軸指令記憶手段と、
前記ｄ軸制御モードを選択した場合に前記ｑ軸指令電流にはゼロを入力し、前記ｄ軸指令電流には前記指令トルクを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第二位置指令単調増加判断手段と、第二位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合には前記ｑ軸メモリから呼び出した瞬時ｑ軸呼び出し指令電流と瞬時ｄ軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する初期磁極推定手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記デフォルト初期磁極設定手段で設定された前記デフォルト初期磁極に加えて補正初期磁極を演算する補正初期磁極演算手段とを有し、
前記ｑ軸指令電流が指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を９０°または−９０°とし、前記ｄ軸指令電流が前記指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を０°として最初から初期磁極推定をやり直すものである。
また、請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、前記ｑ軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大ｑ軸指令電流を計算する最大ｑ軸指令電流演算手段と、前記最大ｑ軸指令電流を最大ｑ軸メモリに記憶する最大ｑ軸指令記憶手段と、前記ｄ軸制御モードにおいて位置指令単調増加区間での最大ｄ軸指令電流を計算する最大ｄ軸指令電流演算手段と、最大ｑ軸メモリから呼び出した最大ｑ軸呼び出し指令電流と前記最大ｄ軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算したものである。
また、請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、前記位置指令単調増加区間の代わりに、位置指令単調減少区間を利用したものである。
また、請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、  前記位置指令の第１周期目のｑ軸制御モードと第２周期目のｄ軸制御モードとの切り換えを行うときに速度ゲインクリア手段で前記速度ゲインの積分項を一時的にクリアしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施例の形態に係るｄｑ電流制御（ベクトル電流制御）によるＡＣ同期モータの電流制御ブロック図である。 図２、３は本発明の実施例の形態に係るＡＣ同期モータの初期磁極推定方法に関する図である。
図４、５、６は本発明の実施例の形態に係る位置指令用２周期の有限繰り返し波形に関する図である。図４は三角波形の位置指令パターン（水平軸応用分野に適用）、５はＳ字型波形の位置指令パターン（水平軸応用分野に適用）、図６はゼロ型波形の位置指令パターン（垂直軸応用分野のみに適用）である。
図７は図２、３に示す初期磁極推定ブロック図におけるｄｑモードスイッチに関する図である。図８、９、１０、１１は本発明の実施例の形態に係るＡＣ同期モータの初期磁極推定方法に関するフローチャートである。図８、９は瞬時推定初期磁極，平均推定初期磁極，フィルタ推定初期磁極の内の一つを補正初期磁極として用いるときのフローチャート、図１０、１１は最大ｑ軸指令電流と最大ｄ軸指令電流を用いて初期磁極推定を行うときのフローチャートである。図１２はＰＷＭインバータにおいて、ＰＷＭゲートパルス発生器に関する制御ブロック図である。
図１において、ＡＣ同期モータ１１は磁極位置センサを持たないＡＣ回転モータまたはＡＣリニアモータである。
本発明の実施の形態は、図１に示すＡＣ同期モータのｄｑ電流制御上で、図２、３に示す初期磁極推定方法を行うものである。ＡＣ同期モータのｄｑ電流制御は、図１中のＡＣ同期モータ１１を除く構成である。即ち、ＰＷＭ電力変換手段１２でＡＣ同期モータ１１を駆動し、３相電流検出器１３でＡＣ同期モータの３相電流を検出し、位置検出手段１４の検出位置を用いて電気角を計算し、電気角の情報から３相／２相座標変換計算手段１５で３相検出電流から２相検出電流への３相／２相座標変換を行う。検出速度演算手段３１で検出位置を用いて検出速度ωの演算を行う。２相指令電流から２相検出電流を差し引いて電流誤差を計算し、電流比例積分制御部１７で電流誤差に第１の比例積分ゲインを掛けて２相指令電圧を計算し、電気角の情報から２相／３相座標変換計算手段１８で２相指令電圧から３相指令電圧への２相／３相座標変換を行う。ＰＷＭゲートパルス演算手段で３相指令電圧と搬送波１９を比較してＰＷＭゲートパルスを演算して、ＰＷＭゲートパルスを前記ＰＷＭ電力変換手段１２に入力して直流電圧２０を任意の交流電圧に変換することを備える。
次に、図２、３のブロック図と図８、９、１０、１１のフローチャートは本発明の初期磁極推定方法を示す図である。一例として、位置指令波形生成手段１０１で生成された波形として２周期のＳ字型波形を持つ位置指令パターンを用いて下記のようにＡＣ同期モータの初期磁極推定処理を説明する。
まず、図５に示す２周期のＳ字型波形の位置指令パターンを第１周期目はｔ10〜ｔ20の区間、第２周期目はｔ20〜ｔ30 の区間に分けて、ｔ10〜ｔ11 とｔ16〜ｔ21 とｔ26〜ｔ30は位置指令ゼロ区間、ｔ11〜ｔ12 とｔ13〜ｔ14 とｔ15〜ｔ16 とｔ21〜ｔ22 とｔ23〜ｔ24 とｔ25〜ｔ26 は位置指令２次曲線増加・減少区間、ｔ12〜ｔ13 とｔ14〜ｔ15 とｔ22〜ｔ23 とｔ24〜ｔ25 は位置指令単調増加・減少区間を表す。
ｄｑモード判断手段１０２により位置指令が第１周期目（ｑ軸制御モード）か第２周期目(ｄ軸制御モード)かの判断を行い、第１周期目になった場合はｑ軸制御モードへ、第２周期目になった場合はｄ軸制御モードへの切り替えをｄｑモードスイッチ１０３で行う。ｑ軸指令電流からｄ軸指令電流への瞬時切り換えが、位置指令２次曲線増加・減少区間及び位置指令単調増加・減少区間(位置指令ゼロ区間の以外)で行った場合、速度積分項による異常現象が起こるため、ｔ16とｔ21の真中であるｔ20でｄｑモードスイッチを作動、切り換わるように設定する。
ｑ軸制御モードの場合、位置指令パターンにおける第１周期目の位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算し、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算して、その指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算し、その速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算して、その指令トルクをｄｑモードスイッチの切り換えでｑ軸指令電流として入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する。
ｄ軸制御モードの場合、位置指令パターンにおける第２周期目の位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算し、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算して、その指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算し、その速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算して、その指令トルクをｄｑモードスイッチの切り換えでｄ軸指令電流として入力し、ｑ軸指令電流にはゼロを入力する。
ｑ軸制御モードでは、位置指令が単調増加であるｔ12 〜ｔ13の区間で、ｑ軸メモリ記憶手段１０６によりｑ軸指令電流Ｉｑ[0] 〜Ｉｑ[n-1]をコントローラのｑ軸メモリに記憶する。
その後、ｄ軸制御モードに切り換えた場合、位置指令が単調増加であるｔ22 〜ｔ23の 区間での瞬時ｄ軸指令電流Ｉｄ*[0]〜Ｉｄ*[n-1]とｑ軸メモリ呼び出し手段１０９によりｑ軸メモリから呼び出した瞬時ｑ軸呼び出し指令電流Ｉｑ call*[0]〜Ｉｑ call*[n-1]の情報から瞬時推定初期磁極演算手段１１０１で式（２）を用いて、瞬時推定初期磁極θest instant[k]の演算を行う。
θest instant[k] ＝ ｔａｎ-1（Ｉq call*[k]／Ｉd*[k]）            （２）
ここで、θest instant[k]は瞬時推定初期磁極、Ｉｑ call*[k]はｋ時点のｑ軸呼び出し指令電流、Ｉd*[k]はｋ時点のｄ軸指令電流、ｋは0〜[n-1]の定数である。
また、推定誤差が大きくなるのを防ぐために、下記の条件では瞬時推定初期磁極を±９０度、又は０度にする。
Ｉｑ call*[k] ≧ Ｉlimitの場合、 θest instant[k] ＝ ±９０°    （３）
Ｉｄ*[k] ≧ Ｉlimitの場合、 θest instant[k] ＝ ０°              （４）
但し、Ｉlimit は電流指令制限値。
求めた瞬時推定初期磁極θest instant[k]から平均推定初期磁極演算手段１１０２により、次の式（５）で平均推定初期磁極θest ave の演算を行う。
θest ave ＝ Σ（θest instant[k]）／n                          （５）
但し、θest ave は平均推定初期磁極、n はデータ数。
次に、瞬時推定初期磁極θest instant[k]からローパスフィルタ関数の式（６）を用いて、ローパスフィルタ推定初期磁極演算手段１１０３によるフィルタ推定初期磁極θest filter の演算を行う。
θest filter ＝ ＬＯＷＦＩＬＴＥＲ（θest instant[k]）            （６）
但し、θest filter はフィルタ初期磁極、ＬＯＷＦＩＬＴＥＲ はローパスフィルタ関数。
最後に、演算した瞬時推定初期磁極の最終値θest instant[n-1]と平均推定初期磁極θest ave とフィルタ推定初期磁極θest filter の中から、どの推定初期磁極を選択するかを推定初期磁極オプションスイッチ１１０４で決定する。選択した任意推定初期磁極θest aux を補正初期磁極演算手段１１１によりデフォルト初期磁極位置（現在設定の初期磁極位置）θ0に加えて、補正初期磁極θcomp の演算を式（７）で行う。
θcomp ＝ θ0 ＋ θest aux                                    （７）
ここで、θcomp は補正初期磁極、θ0 はデフォルト初期磁極位置、θest aux は任意推定初期磁極。
上記で述べた初期磁極推定は下記に示す手順で行う。
・Ｓ１００：デフォルト初期磁極位置（任意設定の現在初期磁極位置）をゼロに設定し、位置指令波形生成手段により発生させたＳ字型波形を位置指令パターンとして入力する。Ｓ１０１へ進む。
・Ｓ１０１：位置誤差演算手段により、位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算する。Ｓ１０２へ進む。
・Ｓ１０２：位置比例制御により、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算する。Ｓ１０３へ進む。
・Ｓ１０３：速度誤差演算手段により、指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算する。Ｓ１０４へ進む。
・Ｓ１０４：速度比例積分制御により、速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算する。但し、ｄｑモードスイッチでｑ軸制御モードからｄ軸制御モードへの切り替えが起きた瞬間には速度ゲインの積分項をクリアする。Ｓ１０５へ進む。
・Ｓ１０５：位置指令パターンが第１周期目か第２周期目かの判断を行う。その判断結果により、ｄｑモードスイッチでｑ軸制御モードまたはｄ軸制御モードへの切り替えを行う。ｑ軸制御モードの場合はＳ１０６へ、ｄ軸制御モードの場合はＳ１０９へ進む。
・Ｓ１０６：指令トルクをｑ軸指令電流に入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する。Ｓ１０７へ進む。
・Ｓ１０７：位置指令単調増加判断手段が第１周期目のt12 〜 t13 区間にあると判断したら、Ｓ１０８へ進む。そうでない場合は、Ｓ１０１へ進む。
・Ｓ１０８：ｑ軸指令電流記憶手段によりｑ軸指令電流Ｉq*をｑ軸メモリに記憶する。Ｓ１０１へ進む。
・Ｓ１０９：指令トルクをｄ軸指令電流に入力し、ｑ軸指令電流にはゼロを入力する。Ｓ１１０へ進む。
・Ｓ１１０：位置指令単調増加判断手段が第２周期目のt22 〜 t23 区間にあると判断したら、Ｓ１１１へ進む。そうでない場合は、Ｓ１０１へ進む。
・Ｓ１１１：ｑ軸メモリから呼び出した瞬時ｑ軸呼び出し指令電流Ｉｑ call*[0]〜Ｉｑ call*[n-1]と瞬時ｄ軸指令電流Ｉｄ*[0]〜Ｉｄ*[n-1]の情報を得る。Ｓ１１２へ進む。
・Ｓ１１２：瞬時ｑ軸呼び出し指令電流と瞬時ｄ軸指令電流の情報から、瞬時推定初期磁極演算手段により瞬時推定初期磁極θest instant[k]の演算を行う。Ｓ１１３，Ｓ１１４，Ｓ１１５へ進む。
・Ｓ１１３：瞬時推定磁極θest instant[k]から平均推定初期磁極演算手段により、平均推定初期磁極θest aveの演算を行う。Ｓ１１５へ進む。
・Ｓ１１４：瞬時推定磁極θest instant[k]からローパスフィルタ関数によりローパスフィルタ関数でフィルタ推定初期磁極θest filterの演算を行う。Ｓ１１５へ進む。
・Ｓ１１５：位置指令がすべて終了したか判断して、終わっていればＳ１１６へ、終わっていなければＳ１０１へ行く。
・Ｓ１１６：推定磁極オプションスイッチで、瞬時推定初期磁極の最終値θest instant[n-1]と平均推定初期磁極θest ave とフィルタ推定初期磁極θest filterの中から出力する任意推定初期磁極θest auxを選択する。Ｓ１１７，Ｓ１１８，Ｓ１１９のいづれかへ進む。
・Ｓ１１７：瞬時推定初期磁極θest instantの最終値を任意推定初期磁極θest
auxとする。Ｓ１２０へ進む。
・Ｓ１１８：平均推定初期磁極θest aveを任意推定初期磁極θest auxとする。Ｓ１２０へ進む。
・Ｓ１１９：フィルタ推定初期磁極θest filterを任意推定初期磁極θest auxとする。Ｓ１２０へ進む。
・Ｓ１２０：任意推定初期磁極θest auxをデフォルト初期磁極位置θ0に加えて補正初期磁極θcompを演算する。
初期磁極推定演算のもう一つは、請求項２で記述した通りに、位置指令単調増加判断手段が第１周期目のt12 〜 t13 区間にあると判断したら、最大ｑ軸指令電流演算手段によりｑ軸メモリに最大ｑ軸指令電流Ｉq max* を記憶する。その後、位置指令単調増加判断手段が第２周期目のt22 〜 t23 区間にあると判断したら、ｑ軸メモリから呼び出した最大ｑ軸呼び出し指令電流Ｉｑ call max* と最大ｄ軸指令電流演算手段で求めた最大ｄ軸指令電流Ｉｄ max* の情報をから、最大電流推定初期磁極演算手段で式（９）により最大電流推定初期磁極θest currentmaxの演算を行う。
Ｉq max*  ＝  ＭＡＸ（Ｉq*[k]）                            （７）
Ｉd max*  ＝  ＭＡＸ（Ｉd*[k]）                            （８）
θest currentmax ＝ ｔａｎ-1（Ｉq call max*／Ｉd max*）    （９）
但し、Ｉq max* はｑ軸制御モード時の最大ｑ軸指令電流、Ｉd max* はｄ軸制御モード時の最大ｄ軸指令電流。
また、推定誤差が大きくなることを防ぐために、下記の条件では最大電流推定初期磁極を±９０°または０°にする。
Ｉｑ call max* ≧ Ｉlimit  の場合、θest currentmax ＝ ±９０°（１０）
Ｉｄ max* ≦ Ｉlimit  の場合、θest currentmax ＝ ０°        （１１）
但し、Ｉlimitは任意指令電流制限値である。
最後に、演算した最大電流推定初期磁極θest currentmax を任意推定初期磁極θest aux として補正初期磁極演算手段１１０によりデフォルト初期磁極位置（現在設定の初期磁極位置）θ0 に加えて、補正初期磁極θcomp の演算を式（１２）で行う。
θest aux ＝θest currentmax                                （１２）
上記で述べた最大電流初期磁極推定の演算手段は下記に示す手順で行う。
・Ｓ２００：デフォルト初期磁極位置（任意設定の現在初期磁極位置）はゼロに設定し、位置指令波形生成手段により発生させたＳ字型波形を位置指令パターンとして入力する。Ｓ２０１へ進む。
・Ｓ２０１：位置誤差演算手段により，位置指令から検出位置を差し引いて位置誤差を計算する。Ｓ２０２へ進む。
・Ｓ２０２：位置比例制御により、位置誤差に位置比例ゲインを乗じて指令速度を計算する。Ｓ２０３へ進む。
・Ｓ２０３：速度誤差演算手段により、指令速度から検出速度を差し引いて速度誤差を計算する。Ｓ２０４へ進む。
・Ｓ２０４：速度比例積分制御により、速度誤差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルクを計算する。但し、ｄｑモードスイッチでｑ軸制御モードからｄ軸制御モードへの切り替えが起きた瞬間には速度ゲインの積分項をクリアする。Ｓ２０５へ進む。
・Ｓ２０５：位置指令パターンが第１周期目か第２周期目かの判断を行う。その判断結果により、ｄｑモードスイッチでｑ軸制御モードまたはｄ軸制御モードへの切り替えを行う。ｑ軸制御モードの場合はＳ２０６へ、ｄ軸制御モードの場合はＳ２１０へ移行する。
・Ｓ２０６：指令トルクをｑ軸指令電流に入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する。Ｓ２０７へ進む。
・Ｓ２０７：位置指令単調増加判断手段が第１周期目のt12 〜 t13 区間にあると判断したら、Ｓ２０８へ進む。
・Ｓ２０８：最大ｑ軸指令電流演算手段によりｑ軸指令電流が最大がどうか判断する。最大ならば、Ｓ２０９へ進む。そうでなければ、Ｓ２０１へ進む。
・Ｓ２０９：ｑ軸指令電流記憶手段により最大ｑ軸指令電流Ｉq max* をｑ軸メモリに記憶する。Ｓ２０１へ進む。
・Ｓ２１０：指令トルクをｄ軸指令電流に入力し、ｑ軸指令電流にはゼロを入力する。Ｓ２１１へ進む。
・Ｓ２１１：位置指令単調増加判断手段が第２周期目のt22 〜 t23 区間にあると判断したら、Ｓ２１２へ進む。そうでない場合は、Ｓ２０１へ進む。
・Ｓ２１２：最大ｄ軸指令電流演算手段によりｄ軸指令電流が最大かどうか判断する。最大ならば、Ｓ２１３へ進む。そうでなければ、Ｓ２０１へ進む。
・Ｓ２１３：ｑ軸メモリから呼び出した最大ｑ軸呼び出し指令電流Ｉｑ call max*とＳ２１２より最大ｄ軸指令電流Ｉｄ max*を得る。Ｓ２１４へ進む。
・Ｓ２１４：最大ｑ軸呼び出し指令電流と最大ｄ軸指令電流の情報から、最大電流推定初期磁極演算手段により最大電流推定初期磁極θest currentmaxの演算を行う。Ｓ２１５へ進む。
・Ｓ２１５：位置指令がすべて終了したか判断して、終わっていればＳ２１６へ、終わっていなければＳ２０１へ行く。
・Ｓ２１６：最大電流推定初期磁極θest currentmaxを任意推定磁極θest auxとする。Ｓ２１７へ進む。
・Ｓ２１７：任意推定磁極θest auxをデフォルト初期磁極位置θ0に加えて補正初期磁極θcompを演算する。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ＡＣ同期モータを駆動するＰＷＭ電力変換手段と、前記ＡＣ同期モータの３相電流を検出する３相電流検出手段と、前記ＡＣ同期モータの位置を検出する位置検出手段と、３相指令電圧と搬送波を比較してＰＷＭゲートパルスを演算するＰＷＭゲートパルス演算手段と、前記ＰＷＭゲートパルスを入力して直流電圧を任意の交流電圧に変換する前記ＰＷＭ電力変換手段と、前記ＡＣ同期モータの初期磁極を計算する磁極推定手段を備えたＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意設定の現在初期磁極位置をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、位置指令として２周期の有限繰り返し波形を発生する位置指令波形生成手段と、前記位置指令と検出位置から位置誤差を計算する位置誤差演算手段と、前記位置誤差から速度指令を計算する速度指令演算手段と、速度誤差を計算する速度誤差演算手段と、前記速度誤差に基づいて指令トルクを生成する速度比例積分制御手段と、前記位置指令が第１周期の場合にｑ軸制御モードを行うように、第２周期の場合にｄ軸制御モードを行うように選択するｄｑ制御モードスイッチと、
前記ｑ軸制御モードを選択した場合にｑ軸指令電流には前記指令トルクを入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第一位置指令単調増加判断手段と、前記第一位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合にはｑ軸メモリに一定量のｑ軸指令電流を記憶するｑ軸指令記憶手段と、
前記ｄ軸制御モードを選択した場合に前記ｑ軸指令電流にはゼロを入力し、前記ｄ軸指令電流には前記指令トルクを入力した後、前記位置指令が単調増加区間にあるかどうかの判断を行う第二位置指令単調増加判断手段と、第二位置指令単調増加判断手段により前記位置指令が単調増加区間にあると判断した場合には前記ｑ軸メモリから呼び出した瞬時ｑ軸呼び出し指令電流と瞬時ｄ軸指令電流の情報から瞬時推定初期磁極を計算する初期磁極推定手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記デフォルト初期磁極設定手段で設定された前記デフォルト初期磁極に加えて補正初期磁極を演算する補正初期磁極演算手段とを有し、
前記ｑ軸指令電流が指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を９０°または−９０°とし、前記ｄ軸指令電流が前記指令電流制限値以上の場合には前記瞬時推定初期磁極を０°として最初から初期磁極推定をやり直すので、推定前と推定後でモータの位置がずれることがなくなり、垂直応用分野でも推定中にモータが落下することがなくなる。さらに１）誤差が電気角±７°以内で初期磁極推定が出来ること、２）トルク損失を最小限に抑えて最大トルクを出すことができること、３）垂直力（重力）がある垂直軸応用分野でも磁極推定ができること、４）モータの動く範囲を最小限に押さえることができる（例えば、水平軸応用分野におけるモータの動く範囲は機械角１２°以内で回転モータの１／３０回転に相当、垂直軸応用分野におけるモータの動きはほぼ停止状態）という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の形態に係るｄｑ電流制御（ベクトル電流制御）によるＡＣ同期モータの電流制御ブロック図。
【図２】本発明の実施例の形態に係るＡＣ同期モータの初期磁極推定方法に関する図。
【図３】本発明の実施例の形態に係るＡＣ同期モータの初期磁極推定方法に関する図。
【図４】三角波形の位置指令パターン（水平軸応用分野に適用）図。
【図５】Ｓ字型波形の位置指令パターン（水平軸応用分野に適用）図。
【図６】ゼロ型波形の位置指令パターン（垂直軸応用分野のみに適用）図。
【図７】図２、３に示す初期磁極推定ブロック図のｄｑモードスイッチに関する図。
【図８】瞬時推定初期磁極，平均推定初期磁極，フィルタ推定初期磁極の内の一つを補正初期磁極として用いるときのフローチャートである。
【図９】瞬時推定初期磁極，平均推定初期磁極，フィルタ推定初期磁極の内の一つを補正初期磁極として用いるときのフローチャートである。
【図１０】最大ｑ軸指令電流と最大ｄ軸指令電流を用いて初期磁極推定を行うときのフローチャートである。
【図１１】最大ｑ軸指令電流と最大ｄ軸指令電流を用いて初期磁極推定を行うときのフローチャートである。
【図１２】ＰＷＭゲートパルス発生器に関する制御ブロック図。
【図１３】ＡＣ同期モータの発生トルクＴeとずれ磁極位相との関係を示す図。
【符号の説明】
＊  指令を表す添字
fb  検出を表す添字
ｄ−ｑ  ２相座標系
ａ−ｂ−ｃ  ３相座標系
Ｖt  搬送波電圧
Ｖｄｃ  ＰＷＭインバータの直流電圧
Ｖq*，Ｖd*  ２相座標におけるｄ軸とｑ軸の指令電圧
Ｖa*，Ｖb*，Ｖc*  ３相座標におけるａ軸、ｂ軸、ｃ軸の指令電圧
Ｖa，Ｖb，Ｖc  ３相座標におけるａ軸、ｂ軸、ｃ軸のインバータの出力電圧Ｔ*  指令トルク
Ｔm, Ｔe, Ｔloss  トルクの最大値、発生トルク、トルク損失
Ｉｑ*，Ｉｄ*  ２相座標におけるｄ軸とｑ軸の指令電流
Ｉｑ call*[k]，Ｉｄ*[k]  ２相座標におけるｋ時点での瞬時ｑ軸呼び出し指令電流とｄ軸指令電流
Ｉｑ call max*, Id max*  ２相座標における最大ｑ軸呼び出し指令電流と最大ｄ軸指令電流
Ｉq，Ｉd  ２相座標におけるｄ軸とｑ軸の実際電流
Ｉa，Ｉb，Ｉc  ３相座標におけるａ軸、ｂ軸、ｃ軸の実際電流
Ｉafd，Ｉbfd，Ｉcfd  ３相座標におけるａ軸、ｂ軸、ｃ軸のフィードバック（検出）電流
ΔＩq，ΔＩd  ２相座標におけるｑ軸とｄ軸の電流誤差
θerror  ずれ磁極位相（初期磁極誤差）
θ0  デフォルト初期磁極位置（任意設定の現在初期磁極位置）
θest aux， θest  currentmax  任意推定初期磁極、最大電流推定初期磁極
θcomp  補正初期磁極
θest instant, θest ave, θest filter  瞬時推定磁極、平均推定磁極、フィルタ推定磁極
ω*， ω  指令速度と検出速度
Δω  速度誤差
ＬＯＷＦＩＬＴＥＲ  ローパスフィルタ関数
ＰＷＭ ＩＮＶＥＲＴＥＲ  ＰＷＭインバータ
Ｇａｕ, Ｇｂｕ, Ｇｃｕ, Ｇａｄ, Ｇｂｄ, Ｇｃｄ  ＰＷＭインバータのゲート６パルス
１  本発明の初期磁極推定方法
１１  ＡＣ同期モータ（回転モータとリニアモータ）
１２  ＰＷＭ電力変換手段
１３  三相交流電流センサ（ＣＴ）
１４  磁極と位置センサ（ポールセンサなしのインクリメンタルエンコーダ）
１５  ３／２座標変換計算手段
１６  減算器
１７  ２相座標での電流比例積分制御部
１８  ２／３座標変換計算手段
１９  三角搬送波
２０  直流電源装置
３１  検出速度演算手段
３２  減算器
３３  速度比例積分制御部
１０１  位置指令波形生成手段
１０２  ｄｑモード・ｄｑモード瞬時切り替え判断手段
１０３  ｄｑモードスイッチ
１０４  ｑ時制御モード（ｑ軸指令電流←指令トルク、ｄ軸指令電流←０）
１０５  ｑ軸制御モード時における位置指令単調増加区間の判断手段
１０６  ｑ軸メモリ記憶手段
１０７  ｄ時制御モード（ｑ軸指令電流←０、ｄ軸指令電流←指令トルク）
１０８  ｄ軸制御モード時における位置指令単調増加区間の判断手段
１０９  ｑ軸メモリ呼び出し手段
１１０  推定初期磁極演算手段
１１１  補正初期磁極手段
１１２  速度ゲインの積分クリア手段
１１３  デフォルト初期磁極設定手段
１１０１  瞬時初期磁極演算手段
１１０２  平均推定初期磁極演算手段
１１０３  ローパスフィルタ推定初期磁極演算手段
１１０４  推定初期磁極オプションスイッチ
２０１  ＰＷＭゲートパルス発生器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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