(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同期モータの電気角を検出する電気角検出手段と、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電力変換手段であって、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、
デフォルト初期磁極をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、指令速度波形生成手段と、前記指令速度から前記検出速度を差し引いて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、前記指令速度が第１周期目になった場合はｑ軸制御モード、第２周期目になった場合はｄ軸制御モードに切り換えを行うｄｑモードスイッチと、前記ｑ軸制御モードを選択した場合は前記ｑ軸指令電流に前記指令トルクを入力し、ｄ軸指令電流にゼロを入力した後、前記指令速度が正の一定速度区間にあるかどうかの判断を行う一定速度判断手段と、前記指令速度が前記正の一定速度区間に入った場合にはｑ軸メモリに一定量の瞬時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は前記ｑ軸指令電流にゼロを入力し、前記ｄ軸指令電流に前記指令トルクを入力した後、前記指令速度が正の一定速度区間にあるかどうかの判断を行う一定速度判断手段と、前記指令速度が前記正の一定速度区間に入った場合には前記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前記ｄ軸指令電流の情報を用いて瞬時推定初期磁極を計算する瞬時推定初期磁極演算手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記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ＡＣ同期モータの暴走検出する暴走検出手段と、前記暴走検出手段で暴走を検出すると指令速度をゼロにし、前記ＡＣ同期モータが停止したのを確認して、デフォルト初期磁極に９０°足して、または９０°引い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】
前記暴走検出手段で暴走を検出すると、指令速度をゼロにして、デフォルト初期磁極位置を１８０°反転させる請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項３】
ブレーキがある場合、前記暴走検出手段で暴走を検出すると、指令速度をゼロにすると共に、ブレーキを掛けてモータの暴走を防ぐ請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項４】
前記暴走検出手段で暴走を検出すると、前記ブレーキが利くまでのタイムラグの間だけ、指令速度をゼロにして、デフォルト初期磁極位置を１８０°反転させる請求項３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同期モータの初期磁極推定を行うこと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、初期磁極位置の情報を基にしてＡＣ同期モータを制御している。初期磁極位置の情報がＡＣ同期モータの実際磁極と最大に±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初期磁極位置の情報は重要であり、正確な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１５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。
従来技術特願平2000-7987は、同じ指令速度を２度入力して、１回目はｑ軸電流のみで制御し、２回目はｄ軸電流のみで制御する。そのときの速度一定時のｑ軸電流とｄ軸電流の大きさの比より、初期磁極位置を推定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術は、実際の初期磁極位置が０°〜２７０°の範囲にある場合は、指令トルクの符号とモータの発生トルクの符号が逆向きになり、モータが暴走してしまうので、初期磁極位置推定ができないという問題があった。
そこで、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１）実際の初期磁極位置がどのような場合でも初期磁極推定を行うことができること、２）モータが暴走しても、瞬時に暴走（垂直応用分野の場合は落下）を止めることができるようにすることにある。モータが暴走した場合、瞬時に指令速度をゼロにし、ブレーキ付きモータの場合はブレーキをかけ、モータが停止するまでの間、デフォルト初期磁極位置に＋１８０°することにより逆向きに電流を流してモータの暴走（垂直応用分野の場合は落下）を防ぐ。モータが停止したのを確認して、デフォルト初期磁極に＋９０°（もしくは−９０°）することにより、初期磁極推定が可能な磁極位置関係にして、最初から初期磁極推定をやり直す。
以上により、モータが暴走しても瞬時にモータの暴走を止め、実際の初期磁極位置がどのような場合でも、最悪３回の失敗で初期磁極推定を終了することができる。
【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同期モータの電気角を検出する電気角検出手段と、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電力変換手段であって、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、
デフォルト初期磁極をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、指令速度波形生成手段と、前記指令速度から前記検出速度を差し引いて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、前記指令速度が第１周期目になった場合はｑ軸制御モード、第２周期目になった場合はｄ軸制御モードに切り換えを行うｄｑモードスイッチと、前記ｑ軸制御モードを選択した場合は前記ｑ軸指令電流に前記指令トルクを入力し、ｄ軸指令電流にゼロを入力した後、前記指令速度が正の一定速度区間にあるかどうかの判断を行う一定速度判断手段と、前記指令速度が前記正の一定速度区間に入った場合にはｑ軸メモリに一定量の瞬時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は前記ｑ軸指令電流にゼロを入力し、前記ｄ軸指令電流に前記指令トルクを入力した後、前記指令速度が正の一定速度区間にあるかどうかの判断を行う一定速度判断手段と、前記指令速度が前記正の一定速度区間に入った場合には前記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前記ｄ軸指令電流の情報を用いて瞬時推定初期磁極を計算する瞬時推定初期磁極演算手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記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ＡＣ同期モータの暴走検出する暴走検出手段と、前記暴走検出手段で暴走を検出すると指令速度をゼロにし、前記ＡＣ同期モータが停止したのを確認して、デフォルト初期磁極に９０°足して、または９０°引い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記載の発明において前記暴走検出手段で暴走を検出すると、指令速度をゼロにして、デフォルト初期磁極位置を１８０°反転させるものである。
また、請求項１記載の発明においてブレーキがある場合、前記暴走検出手段で暴走を検出すると、指令速度をゼロにすると共に、ブレーキを掛けてモータの暴走を防ぐものである。
また、請求項３項記載の発明において、前記暴走検出手段で暴走を検出すると、前記ブレーキが利くまでのタイムラグの間だけ、指令速度をゼロにして、デフォルト初期磁極位置を１８０°反転させるものである。
【０００５】
また、モータの初期磁極位置によっては、指令トルク（推力）とモータの発生トルク（推力）の向きが逆向きの時があり、その場合モータが暴走するので、暴走したら瞬時に指令速度をゼロにしモータが停止したのを確認して、デフォルト初期磁極に９０°足して、最初から初期磁極推定をやり直すことを特徴とする。
また、モータの初期磁極位置によっては、指令トルク（推力）とモータの発生トルク（推力）の向きが逆向きの時があり、その場合モータが暴走するので、暴走したら瞬時に指令速度をゼロにしモータが停止したのを確認して、デフォルト初期磁極から９０°引いて、最初から初期磁極推定をやり直すことを特徴とする。
また、モータが暴走した場合、瞬時に指令速度をゼロにし、ブレーキがある場合ブレーキを掛けてモータの暴走（垂直応用分野の場合は落下）を防ぐことを特徴とする。
また、モータが暴走した場合、前記ブレーキが利くまでのタイムラグの間だけ、指令速度をゼロにして、デフォルト初期磁極位置を１８０°反転させることにより電流を逆向きに流して、モータの暴走（垂直応用分野の場合は落下）を防ぐことを特徴とする。
また、ブレーキが付いていないモータが暴走した場合、指令速度をゼロにして、デフォルト初期磁極位置を１８０°反転させることにより電流を逆向きに流して、モータの暴走（垂直応用分野の場合は落下）を防ぐことを特徴とする。
【０００６】
【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ブロック図である。
図４は図２，３の推定初期磁極演算手段１０の詳細な初期磁極推定第１演算手段に関するブロック図である。
図５は図２，３の推定初期磁極演算手段１０の詳細な初期磁極推定第２演算手段に関するブロック図である。
図６〜図８は本発明の実施例の形態に係る指令速度用２周期の有限繰り返し波形に関する図で、図６は長方形波形の指令速度パターン（水平軸応用分野に適用）、図７は台形型波形の指令速度パターン（水平軸応用分野に適用）、図８はゼロ型波形（図６又は図７の指令速度のピーク値をゼロに設定した場合の波形）の指令速度パターン（垂直軸応用分野のみに適用）である。
図９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１０及び図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第１フローチャートである。
図１２及び図１３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第２フローチャートである。
図１４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は初期磁極位置センサを持たないＡＣ回転モータ又はＡＣリニアモータである。
【０００７】
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〜図５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、電気角検出手段１４でＡＣ同期モータの電気角を検出し、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。検出速度演算手段で検出電気角を用いて検出速度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、電流比例積分構成部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。
【０００８】
次に、図２，３のブロック図と図１０及び図１１の第１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、指令速度波形生成手段１０１で生成された一例の波形として２周期の台形型波形を持つ指令速度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７で示す２周期の台形型波形の指令速度パターンを第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 はゼロ速度区間、
ｔ11 〜ｔ12 とｔ13 〜ｔ14 とｔ15 〜ｔ16 とｔ21 〜ｔ22 とｔ23 〜ｔ24 とｔ25 〜ｔ26 とは加・減速区間、
ｔ12 〜ｔ13 とｔ14 〜ｔ15 とｔ22 〜ｔ23 とｔ24 〜ｔ25 は一定任意速度区間を表す。
【０００９】
ｄｑモード判断手段１０２により指令速度が第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、加減速及び一定速度区間(ゼロ速度区間の以外)で行った場合、速度積分による異常現象が起こるため、図７の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、指令速度パターンにおける第１周期目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、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、指令速度パターンにおける第２周期目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、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、速度が定常状態(正の一定速度区間)であるｔ12 〜ｔ13 区間で、ｑ軸メモリ記憶手段１０６により瞬時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。
【００１０】
その後、ｄ軸制御モードに切り換えた場合、速度が定常状態(正の一定速度区間)であるｔ22 〜ｔ23 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 時点の瞬時ｑ軸呼び出し指令電流、
Ｉd*[k] はｋ 時点の瞬時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ことを防ぐために、下記の条件では瞬時推定磁極を±９０度、又は０度とする。
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 は任意指令電流制限値。
【００１１】
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 はフィルタ推定初期磁極、ＬＯＷＦＩＬＴＥＲ はローパスフィルタ関数。
【００１２】
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１１３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。
【００１３】
上記で述べた初期磁極推定の第１演算手段は下記に示す手順で行う。
Ｓ１００：デフォルト初期磁極位置（現在設定の初期磁極位置）はゼロに設定し、指令速度波形生成手段により発生させた台形型波形を指令速度パターンとして入力する。Ｓ１０１へ進む。
Ｓ１０１：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。Ｓ１０２へ進む。
Ｓ１０２：速度比例積分構成部により、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換えが起きた瞬間には速度ゲインの積分項をクリアする。Ｓ１０３へ進む。
Ｓ１０３：指令速度パターンが第１周期目か第２周期目かの判断を行う。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換えを行う。ｑ軸制御モードの場合はＳ１０４へ、ｄ軸制御モードの場合はＳ１１１へ進む。
【００１４】
Ｓ１０４：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。Ｓ１０５へ進む。
Ｓ１０５：暴走検出手段で暴走を検出した場合、Ｓ１０６へ進む。そうでない場合、Ｓ１０９へ進む。
Ｓ１０６：暴走した場合、直ちに指令速度をゼロにし、デフォルト初期磁極に１８０°足し、ブレーキ付きのモータのであれば、ブレーキを作動させる。Ｓ１０７へ進む。
Ｓ１０７：モータが停止したか確認する。停止したならば、Ｓ１０８へ進む。停止してなければ、停止するまで待つ。
Ｓ１０８：デフォルト初期磁極に＋９０°（もしくは−９０°）し、指令速度を最初から作り直し、ｑ軸メモリをクリアし、ブレーキを解除する。Ｓ１０１へ進む。
Ｓ１０９：一定速度判断手段が第１周期目のt12 〜 t13 区間（正の一定速度区間）にあると判断したら、Ｓ１１０へ進む。そうでない場合は、Ｓ１０１へ進む。
Ｓ１１０：ｑ軸指令電流記憶手段により瞬時ｑ軸指令電流Ｉｑ[0] 〜Ｉｑ[n-1]をｑ軸メモリに記憶する。Ｓ１０１へ進む。
Ｓ１１１：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。Ｓ１１２へ進む。
Ｓ１１２：暴走検出手段で暴走を検出した場合、Ｓ１１３へ進む。そうでない場合、Ｓ１１６へ進む。
Ｓ１１２：暴走した場合、直ちに指令速度をゼロにし、デフォルト初期磁極に１８０°足し、ブレーキ付きのモータのであれば、ブレーキを作動させる。Ｓ１１４へ進む。
Ｓ１１４：モータが停止したか確認する。停止したならば、Ｓ１１５へ進む。停止してなければ、停止するまで待つ。
【００１５】
Ｓ１１５：デフォルト初期磁極に＋９０°（もしくは−９０°）し、指令速度を最初から作り直し、ｑ軸メモリをクリアし、ブレーキを解除する。Ｓ１０１へ進む。
Ｓ１１６：一定速度判断手段が第２周期目のt22 〜 t23 区間（正の一定速度区間）にあると判断したら、Ｓ１１７へ進む。そうでない場合は、Ｓ１０１へ進む。
Ｓ１１７：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。Ｓ１１８へ進む。
【００１６】
Ｓ１１８：Ｓ１１７の瞬時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。Ｓ１１９，Ｓ１２０，Ｓ１２１へ進む。
Ｓ１１９：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により、平均推定初期磁極θest aveの演算を行う。Ｓ１２１へ進む。
Ｓ１２０：瞬時推定初期磁極 θest instant[k] から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。Ｓ１２１へ進む。
Ｓ１２１：指令速度が終わった場合は、Ｓ１２２へ進む。そうでない場合は、Ｓ１０１へ進む。
Ｓ１２２：推定初期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。Ｓ１２３，Ｓ１２４，Ｓ１２５のいづれかへ進む。
Ｓ１２３：瞬時推定初期磁極の最終値θest instantを任意推定初期磁極θest auxとする。Ｓ１２６へ進む。
Ｓ１２４：平均推定初期磁極θest aveを任意推定初期磁極θest auxとする。Ｓ１２６へ進む。
Ｓ１２５：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。Ｓ１２６へ進む。
Ｓ１２６：最後に、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。
【００１７】
図２，３および図５のブロック図と図１２及び図１３の第２フローチャートで示す初期磁極推定の第２演算手段は、一定速度判断手段１０５が第１周期目のt12 〜 t13 区間（正の一定速度区間）にあると判断したら、最大ｑ軸指令電流演算手段１２０１により最大ｑ軸指令電流の演算を行い、ｑ軸メモリ１０６に最大ｑ軸指令電流Ｉq max* を記憶する。その後、一定速度判断手段１０８が第２周期目のt22 〜 t23 区間（正の一定速度区間）にあると判断したら、ｑ軸メモリ１０９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１２０２で求めた最大ｄ軸指令電流Ｉｄ max* の情報から、最大電流推定初期磁極演算手段１２０３での式（９）により最大電流推定初期磁極θest currentmax の演算を行う。
【００１８】
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度、又は０度とする。
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。
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 として扱って、補正初期磁極演算手段１１３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（６）で行う。
θest aux  ＝  θest currentmax                                  （６）
【００１９】
上記で述べた初期磁極推定の第２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（現在設定の初期磁極位置）はゼロに設定し、指令速度波形生成手段により発生させた台形型波形を指令速度パターンとして入力する。Ｓ２０１へ進む。
Ｓ２０１：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。Ｓ２０２へ進む。
Ｓ２０２：速度比例積分構成部により、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。Ｓ２０３へ進む。
Ｓ２０３：指令速度パターンが第１周期目か第２周期目かの判断を行う。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。但し、ｑ軸制御モードの場合はＳ２０４へ、ｄ軸制御モードの場合はＳ２１２へ進む。
【００２０】
Ｓ２０４：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。Ｓ２０５へ進む。
Ｓ２０５：暴走検出手段で暴走を検出した場合、Ｓ２０６へ、そうでない場合、Ｓ２０９へ進む。
Ｓ２０６：暴走した場合、直ちに指令速度をゼロにし、デフォルト初期磁極に１８０°足し、ブレーキ付きのモータのであれば、ブレーキを作動させる。Ｓ２０７へ進む。
Ｓ２０７：モータが停止したか確認する。停止したならば、Ｓ２０８へ進む。停止してなければ、停止するまで待つ。
Ｓ２０８：デフォルト初期磁極に＋９０°（−９０°）し、指令速度を最初から作り直し、ｑ軸メモリをクリアし、ブレーキを解除する。Ｓ２０１へ進む。
Ｓ２０９：一定速度判断手段が第１周期目のt12 〜 t13 区間（正の一定速度区間）にあると判断したら、Ｓ２１０へ進む。そうでない場合は、Ｓ２０１へ進む。
Ｓ２１０：最大ｑ軸指令電流演算手段によりｑ軸指令電流が最大かどうか判断する。最大ならば、Ｓ２１１へ進む。そうでなければ、Ｓ２０１へ進む。
Ｓ２１１：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。
【００２１】
Ｓ２１２：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。Ｓ２１３へ進む。
Ｓ２１３：暴走検出手段で暴走を検出した場合、Ｓ２１４へ、そうでない場合、Ｓ２１７へ進む。
Ｓ２１４：暴走した場合、直ちに指令速度をゼロにし、デフォルト初期磁極に１８０°足し、ブレーキ付きのモータのであれば、ブレーキを作動させる。Ｓ２１５へ進む。
Ｓ２１５：モータが停止したか確認する。停止したならば、Ｓ２１６へ進む。停止してなければ、停止するまで待つ。
Ｓ２１６：デフォルト初期磁極に＋９０°（−９０°）し、指令速度を最初から作り直し、ｑ軸メモリをクリアし、ブレーキを解除する。Ｓ２０１へ進む。
Ｓ２１７：一定速度判断手段が第２周期目のt22 〜 t23 区間（正の一定速度区間）にあると判断したら、Ｓ２１８へ進む。そうでない場合は、Ｓ２０１へ進む。
Ｓ２１８：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、Ｓ２１９へ進む。そうでなければ、Ｓ２０１へ進む。
【００２２】
Ｓ２１９：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Ｓ２１８より最大ｄ軸指令電流Ｉｄ max*を得る。Ｓ２２０へ進む。
Ｓ２２０：最大ｑ軸指令電流と最大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。Ｓ２２１へ進む。
Ｓ２２１：指令速度が終わった場合は、Ｓ２２２へ進む。そうでない場合は、Ｓ２０１へ進む。
Ｓ２２２：最大電流推定初期磁極θest currentmaxを任意推定初期磁極θest auxとする。Ｓ２２３へ進む。
Ｓ２２３：最後に、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。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、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同期モータの電気角を検出する電気角検出手段と、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電力変換手段であって、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、
デフォルト初期磁極をゼロに設定するデフォルト初期磁極設定手段と、指令速度波形生成手段と、前記指令速度から前記検出速度を差し引いて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、前記指令速度が第１周期目になった場合はｑ軸制御モード、第２周期目になった場合はｄ軸制御モードに切り換えを行うｄｑモードスイッチと、前記ｑ軸制御モードを選択した場合は前記ｑ軸指令電流に前記指令トルクを入力し、ｄ軸指令電流にゼロを入力した後、前記指令速度が正の一定速度区間にあるかどうかの判断を行う一定速度判断手段と、前記指令速度が前記正の一定速度区間に入った場合にはｑ軸メモリに一定量の瞬時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は前記ｑ軸指令電流にゼロを入力し、前記ｄ軸指令電流に前記指令トルクを入力した後、前記指令速度が正の一定速度区間にあるかどうかの判断を行う一定速度判断手段と、前記指令速度が前記正の一定速度区間に入った場合には前記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前記ｄ軸指令電流の情報を用いて瞬時推定初期磁極を計算する瞬時推定初期磁極演算手段と、
前記瞬時推定初期磁極を前記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ＡＣ同期モータの暴走検出する暴走検出手段と、前記暴走検出手段で暴走を検出すると指令速度をゼロにし、前記ＡＣ同期モータが停止したのを確認して、デフォルト初期磁極に９０°足して、または９０°引いて最初から初期磁極推定をやり直すので、１）実際の初期磁極位置がどのような場合でも初期磁極推定を行うことができること、２）モータが暴走しても、瞬時に暴走（垂直応用分野の場合は落下）を止めることができるという効果がある。
更にモータが暴走した場合、瞬時に指令速度をゼロにし、ブレーキ付きモータの場合はブレーキをかけ、モータが停止するまでの間、デフォルト初期磁極位置に＋１８０°することにより逆向きに電流を流してモータの暴走（垂直応用分野の場合は落下）を防ぐ。モータが停止したのを確認して、デフォルト初期磁極に＋９０°（もしくは−９０°）することにより、初期磁極推定が可能な磁極位置関係にして、最初から初期磁極推定をやり直す。
以上により、モータが暴走しても瞬時にモータの暴走を止め、実際の初期磁極位置がどのような場合でも、最悪３回の失敗で初期磁極推定を終了することができる。
【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である。
【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ブロック図である。
【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ブロック図である。
【図４】図２，３の推定初期磁極演算手段１０に関する詳細な初期磁極推定の第１演算手段のブロック図である。
【図５】図２，３の推定初期磁極演算手段１０に関する詳細な初期磁極推定の第２演算手段のブロック図である。
【図６】本発明の実施例の形態に係る指令速度用２周期の有限繰り返し波形に関する図で、特に台形型波形の指令速度パターン（水平軸応用分野に適用）を示す図である。
【図７】本発明の実施例の形態に係る指令速度用２周期の有限繰り返し波形に関する図で、特に長方形波形の指令速度パターン（水平軸応用分野に適用）を示す図である。
【図８】本発明の実施例の形態に係る指令速度用２周期の有限繰り返し波形に関する図で、特にゼロ型波形（図６又は図７の指令速度のピーク値をゼロに設定した場合の波形）の指令速度パターン（垂直軸応用分野のみに適用）を示す図である。
【図９】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である。
【図１０】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第１フローチャートの前半である。
【図１１】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第１フローチャートの後半である。
【図１２】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第２フローチャートの前半である。
【図１３】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第２フローチャートの後半である。
【図１４】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１５】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である。
【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相座標に於いてｄ軸とｑ軸の指令電圧
Ｖa*，Ｖb*，Ｖc*  ３相座標に於いてａ軸、ｂ軸、ｃ軸の指令電圧
Ｖa，Ｖb，Ｖc  ３相座標に於いて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(推力)、トルク損失
Ｉｑ*，Ｉｄ*  ２相座標に於いてｄ軸とｑ軸の指令電流
Ｉｑ call*[k]，Ｉｄ*[k]  ２相座標に於いてｋ時点での瞬時ｑ軸呼び出し指令電流と瞬時ｄ軸指令電流
Ｉｑ call max*, Id max*  ２相座標に於いて最大ｑ軸呼び出し指令電流と最大ｄ軸指令電流
Ｉq，Ｉd  ２相座標に於いてｄ軸とｑ軸の実際電流
Ｉa，Ｉb，Ｉc  ３相座標に於いてａ軸、ｂ軸、ｃ軸の実際電流
Ｉafd，Ｉbfd，Ｉcfd  ３相座標に於いてａ軸、ｂ軸、ｃ軸のフィードバック（検出）電流
ΔＩq，ΔＩd  ２相座標に於いて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（現在設定の初期磁極位置）
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  瞬時推定初期磁極、平均推定初期磁極、フィルタ推定初期磁極
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構成部
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   指令速度波形生成手段
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正の一定速度区間の判断手段
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正の一定速度区間の判断手段
１０９  ｑ軸メモリ呼び出し手段
１１０  推定初期磁極演算手段
１１１  デフォルト初期磁極設定手段
１１２  速度ゲインの積分クリア手段
１１３  補正初期磁極手段
１１４  暴走検出
１１５  デフォルト初期磁極変更およびブレーキオン処理
１１６  モータ停止確認
１１７  暴走時の磁極推定初期化処理
１１８  暴走検出
１１９  デフォルト初期磁極変更およびブレーキオン処理
１２０  モータ停止確認
１２１  暴走時の磁極推定初期化処理
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
１２０１  最大ｑ軸指令電流判断手段
１２０２  最大ｄ軸指令電流判断手段
１２０３  最大電流推定初期磁極演算手段
１２０４  任意推定初期磁極演算手段
２０１  ＰＷＭゲートパルス発生器
【図１】
0004766361.tif 000002
【図２】
0004766361.tif 000003
【図３】
0004766361.tif 000004
【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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【図１４】
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【図１５】
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