(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令に基づいて、同期電動機の各相に電圧を印加する電圧印加部と、
印加された電圧に応じて前記同期電動機の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
３６０度を均等分割した位相差を有する同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶する記憶部と、
前記電圧印加部に、前記電圧指令ベクトルを変換した電圧指令に基づいて、前記同期電動機の各相に複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧を、順次切り換えて印加させる電圧制御部と、
前記複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧に同期して前記同期電動機の各相に流れる電流の振幅に基づいて複数の電流ベクトルを演算するとともに、前記複数の電圧指令ベクトルのそれぞれに対応する前記複数の電流ベクトルを平均した平均ベクトルの位相に基づいて、前記同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する推定部と、
を備えた同期電動機の磁極位置推定装置であって、
前記電圧制御部は、前記同期電動機の各相に流れる電流があらかじめ定められた電流目標値で定電流制御されるように前記ＰＷＭ電圧を制御するとともに、前記定電流制御状態において、前記記憶部からのゲート遮断トリガ信号に応じて、前記同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断し、
前記電流検出部は、前記同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートが遮断された後に、前記記憶部からの電流検出トリガ信号に応じて、前記同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出し、
前記推定部は、前記電流検出部で検出された前記同期電動機の各相に流れる減衰中の電流に基づいて、前記回転子の初期磁極位置を推定する
同期電動機の磁極位置推定装置。
【請求項２】
前記電圧制御部は、前記記憶部に記憶された電圧指令ベクトルと、前記電流検出部で検出された前記同期電動機の各相に流れる電流とに基づいて、前記電圧指令ベクトルに対して、前記同期電動機の各相に流れる電流が急峻に変化しないように、出力電圧を制限するレートリミッタを用いて、前記同期電動機の各相に流れる電流を、一定の割合で前記電流目標値まで変化させる
請求項１に記載の同期電動機の磁極位置推定装置。
【請求項３】
前記同期電動機は、３相を有し、
前記記憶部は、３６０度を均等に６分割した位相差を有する複数の電圧指令ベクトルを記憶し、
前記電圧制御部は、前記電圧指令ベクトルの３つの位相を、前記３相の位相に合わせ、前記電圧指令ベクトルの他の３つの位相を、前記３相のうちの隣接する相間の中間位相に合わせる
請求項１または請求項２に記載の同期電動機の磁極位置推定装置。
【請求項４】
電圧指令に基づいて、同期電動機の各相に電圧を印加する電圧印加部と、
印加された電圧に応じて前記同期電動機の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、
３６０度を均等分割した位相差を有する同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶する記憶部と、
前記電圧印加部に、前記電圧指令ベクトルを変換した電圧指令に基づいて、前記同期電動機の各相に複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧を、順次切り換えて印加させる電圧制御部と、
前記複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧に同期して前記同期電動機の各相に流れる電流の振幅に基づいて複数の電流ベクトルを演算するとともに、前記複数の電圧指令ベクトルのそれぞれに対応する前記複数の電流ベクトルを平均した平均ベクトルの位相に基づいて、前記同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する推定部と、
を備えた同期電動機の磁極位置推定装置で実現される磁極位置推定方法であって、
前記同期電動機の各相に流れる電流があらかじめ定められた電流目標値で定電流制御されるように前記ＰＷＭ電圧を制御するステップと、
前記定電流制御状態において、前記記憶部からのゲート遮断トリガ信号に応じて、前記同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断するステップと、
前記同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートが遮断された後に、前記記憶部からの電流検出トリガ信号に応じて、前記同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出するステップと、
前記電流検出部で検出された前記同期電動機の各相に流れる減衰中の電流に基づいて、前記回転子の初期磁極位置を推定するステップと
を有する同期電動機の磁極位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンコーダ等の位置検出器を用いずに同期電動機の磁極位置を推定する同期電動機の磁極位置推定装置および磁極位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期電動機において、磁極位置推定用のパルス電圧である複数の電圧指令ベクトルを印加したときの磁気飽和に伴う電流振幅に基づいて複数の電流ベクトルを演算し、複数の電圧指令ベクトルにそれぞれ応答した複数の電流ベクトルの平均ベクトルの位相に基づいて、回転子の磁極位置を演算する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、同期電動機を脱調なく始動させることができ、速度上昇後に誘起電圧による磁極補正を行うことで、安定した運転が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４１８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
すなわち、エレベータ等、同期電動機の始動時から微妙なトルク制御や十分な加速トルクが要求される用途では、回転子の初期磁極位置の推定精度を確保するために、磁気飽和が発生するだけの電流を流す必要がある。そのため、急峻な電流変化によって、同期電動機の磁気音が生じ、この磁気音が設計上の制約になるという問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転子の初期磁極位置の推定精度を確保しつつ、同期電動機の磁気音による制約を緩和することができる同期電動機の磁極位置推定装置および磁極位置推定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る同期電動機の磁極位置推定装置は、電圧指令に基づいて、同期電動機の各相に電圧を印加する電圧印加部と、印加された電圧に応じて同期電動機の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、３６０度を均等分割した位相差を有する同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶する記憶部と、電圧印加部に、電圧指令ベクトルを変換した電圧指令に基づいて、同期電動機の各相に複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧を、順次切り換えて印加させる電圧制御部と、複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧に同期して同期電動機の各相に流れる電流の振幅に基づいて複数の電流ベクトルを演算するとともに、複数の電圧指令ベクトルのそれぞれに対応する複数の電流ベクトルを平均した平均ベクトルの位相に基づいて、同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する推定部と、を備えた同期電動機の磁極位置推定装置であって、電圧制御部は、同期電動機の各相に流れる電流があらかじめ定められた電流目標値で定電流制御されるようにＰＷＭ電圧を制御するとともに、定電流制御状態において、記憶部からのゲート遮断トリガ信号に応じて、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断し、電流検出部は、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートが遮断された後に、記憶部からの電流検出トリガ信号に応じて、同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出し、推定部は、電流検出部で検出された同期電動機の各相に流れる減衰中の電流に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定するものである。
【０００７】
この発明に係る同期電動機の磁極位置推定方法は、電圧指令に基づいて、同期電動機の各相に電圧を印加する電圧印加部と、印加された電圧に応じて同期電動機の各相に流れる電流を検出する電流検出部と、３６０度を均等分割した位相差を有する同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶する記憶部と、電圧印加部に、電圧指令ベクトルを変換した電圧指令に基づいて、同期電動機の各相に複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧を、順次切り換えて印加させる電圧制御部と、複数の磁極位置推定用のＰＷＭ電圧に同期して同期電動機の各相に流れる電流の振幅に基づいて複数の電流ベクトルを演算するとともに、複数の電圧指令ベクトルのそれぞれに対応する複数の電流ベクトルを平均した平均ベクトルの位相に基づいて、同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する推定部と、を備えた同期電動機の磁極位置推定装置で実現される磁極位置推定方法であって、同期電動機の各相に流れる電流があらかじめ定められた電流目標値で定電流制御されるようにＰＷＭ電圧を制御するステップと、定電流制御状態において、記憶部からのゲート遮断トリガ信号に応じて、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断するステップと、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートが遮断された後に、記憶部からの電流検出トリガ信号に応じて、同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出するステップと、電流検出部で検出された同期電動機の各相に流れる減衰中の電流に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定するステップとを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る同期電動機の磁極位置推定装置によれば、電圧制御部は、同期電動機の各相に流れる電流があらかじめ定められた電流目標値で定電流制御されるようにＰＷＭ電圧を制御するとともに、定電流制御状態において、記憶部からのゲート遮断トリガ信号に応じて、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断し、電流検出部は、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートが遮断された後に、記憶部からの電流検出トリガ信号に応じて、同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出し、推定部は、電流検出部で検出された同期電動機の各相に流れる減衰中の電流に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定する。
また、この発明に係る同期電動機の磁極位置推定方法によれば、同期電動機の各相に流れる電流があらかじめ定められた電流目標値で定電流制御されるようにＰＷＭ電圧を制御するステップと、定電流制御状態において、記憶部からのゲート遮断トリガ信号に応じて、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断するステップと、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートが遮断された後に、記憶部からの電流検出トリガ信号に応じて、同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出するステップと、電流検出部で検出された同期電動機の各相に流れる減衰中の電流に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定するステップとを有している。
そのため、回転子の初期磁極位置の推定精度を確保しつつ、同期電動機の磁気音による制約を緩和することができる同期電動機の磁極位置推定装置および磁極位置推定方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置において、同期電動機のある相に電圧指令ベクトルを印加した場合のモータ電流波形とＰＷＭ電圧指令とを示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置の記憶部に記憶された電圧指令ベクトルを示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置において、同期電動機の各相に電圧指令ベクトルを印加した場合のモータ電流波形と印加電圧と電流検出トリガ信号とを示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置の推定部によって演算された電流ベクトルの軌跡を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明に係る同期電動機の磁極位置推定装置および磁極位置推定方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置を示すブロック構成図である。図１において、この同期電動機の磁極位置推定装置は、同期電動機１と、電圧印加部である回路部２と、電流検出部３と、磁極位置演算部４とを備えている。
【００１２】
同期電動機１の図示しない回転子は、永久磁石からなる。また、同期電動機１は、複数の相を有する。具体的には、同期電動機１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相を有する。これらの各相は、回路部２に接続されている。回路部２は、磁極位置演算部４からのＰＷＭ電圧指令に基づいて、同期電動機１の各相に電圧を印加する。
【００１３】
このとき、印加された電圧に応じた電流が、同期電動機１の各相に流れる。電流検出部３は、磁極位置演算部４からの電流検出トリガ信号に応じて、同期電動機１の各相に流れる電流を検出して磁極位置演算部４に出力する。磁極位置演算部４は、電流検出部３から入力された電流値に基づいて、回転子の磁極位置を演算する。
【００１４】
これにより、磁極位置演算部４からのＰＷＭ電圧指令に基づいて電圧が印加される同期電動機１において、回転子の磁極の位相と印加電圧の位相とが互いに同じ向きの場合、印加電圧によって生じる電流による磁束と回転子の磁石磁束とも互いに同じ向きとなる。この結果、それらの磁束合算値が大きくなり、電動機鉄心に磁気飽和が生じる。また、磁気飽和時には、同期電動機１の相の巻線インダクタンスが小さくなる。そのため、同期電動機１の相に流れる電流の振幅が大きく現れる。
【００１５】
一方、回転子の磁極の位相と印加電圧の位相とが互いに逆向きの場合、印加電圧によって生じる電流による磁束と回転子の磁石磁束とも互いに逆向きとなる。この結果、それらの磁束合算値が小さくなり、電動機鉄心に磁気飽和は生じない。また、非磁気飽和時には、同期電動機１の相の巻線インダクタンスが大きくなる。そのため、同期電動機１の相に流れる電流の振幅が小さく現れる。
【００１６】
すなわち、回転子の磁極の位相と印加電圧の位相との関係により、電動機鉄心の磁気飽和の度合いが異なり、同期電動機１の相に流れる電流の振幅が異なる。この同期電動機の磁極位置推定装置は、この現象を利用して回転子の初期磁極位置を推定している。
【００１７】
磁極位置演算部４は、記憶部４１と、タイミング制御部４２と、電圧制御部４３と、推定部４４とを有している。記憶部４１は、３６０度を均等分割した位相差を有する同振幅の複数の電圧指令ベクトルと、定電流制御時間およびゲート遮断後の電流検出時間とを記憶している。なお、記憶部４１は、同期電動機１が磁気飽和する電流値を、電圧指令ベクトルのかたちで記憶している。
【００１８】
タイミング制御部４２は、記憶部４１からの定電流制御時間およびゲート遮断後の電流検出時間と、電圧制御部４３からの定電流制御移行済信号とに基づいて、電圧制御部４３にゲート遮断トリガ信号を出力するとともに、電流検出部３に電流検出トリガ信号を出力する。なお、ゲートは、同期電動機１の各相のスイッチング素子のゲートを指している。
【００１９】
電圧制御部４３は、記憶部４１からの電圧指令ベクトルと、電流検出部３から電流帰還値として入力された電流値とに基づいて、ＰＷＭ電圧指令を生成して回路部２に出力し、同期電動機１の各相に、複数の磁極位置推定用の電圧を順次切り換えて印加させる。また、電圧制御部４３は、タイミング制御部４２からのゲート遮断トリガ信号に応じて、ゲート遮断指令を回路部２に出力し、ゲートを遮断させる。
【００２０】
推定部４４は、電流検出部３から入力されたゲート遮断後の電流検出時間（Δｔ）経過時の電流減衰振幅検出値に基づいて、電流ベクトルを演算する。その後、推定部４４は、複数の電圧指令ベクトルのそれぞれに対応する複数の電流ベクトルを平均した平均ベクトルの位相に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定する。
【００２１】
以下、上記構成の同期電動機の磁極位置推定装置の機能について説明する。まず、磁気飽和する電流値に応じた電圧指令に対して、電流制御を行う点について説明する。なお、電圧制御部４３は、電圧制御によって所望の電流制御を実現している。
【００２２】
同期電動機１が磁気飽和する電流値は、あらかじめ記憶部４１の内部に電圧指令ベクトルとして記憶されている。ここで、回転子の初期磁極位置推定時には、電圧制御部４３は、記憶部４１に記憶された電圧指令ベクトルと、同期電動機１の各相に流れる電流を検出する電流検出部３からの電流帰還値とに基づいて、回路部２にＰＷＭ電圧指令を出力する。回路部２は、電圧制御部４３から入力されたＰＷＭ電圧指令に基づいて、直流電圧をスイッチングする。
【００２３】
電圧制御部４３には、記憶部４１からの電圧指令ベクトルに対して電流が急峻に変化しないように、出力電圧を制限するレートリミッタが設けられており、電流を電流目標値まで一定の割合で変化させる。また、電流目標値に到達した後は、ゲート遮断するまで定電流制御が行われる。なお、記憶部４１の電圧指令は、個々の同期電動機１について設定され、精度良く磁極位置の推定結果が得られるような、磁気飽和に十分な電流値に対応して記憶されている。
【００２４】
ここで、図２を参照しながら、上述した電圧制御部４３の動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置において、同期電動機１のある相に電圧指令ベクトルを印加した場合のモータ電流波形とＰＷＭ電圧指令とを示す説明図である。図２において、上述した電圧制御部４３の動作は、モータ電流波形における区間１および区間２に対応する。
【００２５】
区間１は、電圧制御部４３から出力されるＰＷＭ電圧指令に基づいて、電流目標値まで一定の割合で電流を立ち上げる区間である。また、区間２は、電圧制御部４３から出力されるＰＷＭ電圧指令に基づいて、電流目標値で定電流制御を行う区間である。この区間１のレートリミッタの比率、および区間２の時間は、制御系のオーバーシュート等の過渡現象を考慮して決められる設計的要素であり、区間２をなしとする構成も可能である。
【００２６】
次に、磁気飽和する電流目標値に到達した後に、同期電動機１の各相のスイッチング素子のゲートを遮断し、磁極位置推定用の電流を取得する点について説明する。
【００２７】
電圧制御部４３は、電流が電圧指令ベクトルに対応した電流目標値に到達した後は、定電流制御を実行している。また、記憶部４１に記憶されている定電流制御時間は、タイミング制御部４２に出力されている。このとき、電圧制御部４３は、定電流制御状態を検出すると、定電流制御移行済信号をタイミング制御部４２に出力し、タイミング制御部４２は、定電流制御のタイマを始動する。
【００２８】
その後、タイミング制御部４２は、定電流制御時間が経過したことを検出すると、電圧制御部４３に対して、ゲート遮断トリガ信号を出力する。また、電圧制御部４３は、ゲート遮断トリガ信号が入力されると、回路部２に出力するＰＷＭ電圧指令を停止するとともに、ゲート遮断指令を出力する。
【００２９】
ここで、回路部２がゲート遮断によりスイッチングしなくなると、同期電動機１に流れる電流は、回路部２の帰還ダイオードとモータコイルと間の閉回路を流れることになる。すなわち、ゲート遮断時に流れていた定電流は、この閉回路の抵抗およびインダクタンスによって減衰し、最終的にゼロ電流となる。
【００３０】
このとき、記憶部４１に記憶されているゲート遮断後の電流検出時間は、タイミング制御部４２に出力されている。また、タイミング制御部４２は、電圧制御部４３に対してゲート遮断トリガ信号を出力した時点からタイマを始動する。
【００３１】
その後、タイミング制御部４２は、ゲート遮断後の電流検出時間が経過したことを検出すると、電流検出部３に対して、電流検出トリガ信号を出力する。これにより、電流検出部３は、同期電動機１の各相に流れる減衰中の電流を取得する。電流検出部３は、取得した電流値を推定部４４に出力する。
【００３２】
ここで、再び図２を参照しながら、上述した電圧制御部４３の動作について説明する。図２において、上述した電圧制御部４３の動作は、モータ電流波形における区間３に対応する。
【００３３】
区間３は、電圧制御部４３から回路部２に出力されるＰＷＭ電圧指令を停止するとともに、ゲート遮断され、ゲート遮断時に流れていた定電流が減衰している区間である。電流検出部３は、タイミング制御部４２から電流検出トリガ信号を受信すると、同期電動機１の各相に流れる電流を、ゲート遮断後の電流検出時間（Δｔ）のタイミングで取得する。
【００３４】
ゲート遮断後の電流検出時間（Δｔ）経過時における電流減衰の速さは、ゲート遮断時前の定電流値の磁気飽和の状態によって変化する。磁気飽和が発生していると、同期電動機１の相の巻線インダクタンスが小さくなっているので、電流の減衰速度が速くなる。一方、磁気飽和が発生していないと、同期電動機１の相の巻線インダクタンスが磁気飽和時と比較して大きいので、電流の減衰速度が遅くなる。このように、減速速度が異なることから、ゲート遮断から同一タイミングで電流検出トリガ信号を受信したときの電流減衰振幅検出値は、互いに異なり、この振幅差を利用して磁極位置が推定される。
【００３５】
続いて、磁極位置推定用の電流を取得した後、回転子の初期磁極位置を推定する点について説明する。
【００３６】
推定部４４は、電流検出部３で取得されたゲート遮断後の電流検出時間（Δｔ）経過時の電流減衰振幅検出値に基づいて、電流ベクトルを演算するとともに、複数の電圧指令ベクトルのそれぞれに対応する複数の電流ベクトルを平均した平均ベクトルの位相に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定する。
【００３７】
なお、ここまでは、同期電動機１のある相に電圧指令ベクトルを印加した場合のモータ電流波形とＰＷＭ電圧指令とを示す説明図を用いてきたが、以下、図３および図４を参照しながら、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相において使用する電圧指令ベクトルを用いて説明する。
【００３８】
図３は、この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置の記憶部４１に記憶された電圧指令ベクトルを示す説明図である。図３には、電圧指令ベクトルＶ１〜Ｖ６が示されている。図３において、これらの電圧指令ベクトルは、３６０度を均等に６分割した位相差を有している。具体的には、電圧指令ベクトルＶ１、Ｖ３、Ｖ５は、それぞれ同期電動機１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の位相に合わせるように設定されている。また、電圧指令ベクトルＶ２、Ｖ４、Ｖ６は、これらの相のうちの隣接する相間の中間位相に合わせるように設定されている。
【００３９】
図４は、この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置において、同期電動機の各相に電圧指令ベクトルを印加した場合のモータ電流波形と印加電圧と電流検出トリガ信号とを示す説明図である。図３に示した電圧指令ベクトルＶ１〜Ｖ６を図４のように印加すると、電圧制御部４３は、これらの電圧指令ベクトルに対応した電流制御を行うので、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に流れる電流は、位相が６０ｄｅｇ毎にずれた電圧指令に追従するように電流制御される。
【００４０】
電流検出部３は、この電圧指令ベクトルＶ１〜Ｖ６のそれぞれに対して、ゲート遮断後の電流検出時間（Δｔ）経過時の電流検出トリガ信号を受信すると、その時点のＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流を検出し、電流減衰振幅検出値として推定部４４に出力する。この電流減衰振幅検出値は、電圧指令ベクトルＶ１〜Ｖ６のＵ、Ｖ、Ｗの組合せの計１８のデータとして出力される。
【００４１】
図５は、この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置の推定部４４によって演算された電流ベクトルの軌跡を示す説明図である。すなわち、図５は、電流検出部３で取得された電流減衰振幅検出値から、電流ベクトルの軌跡を説明するための図である。
【００４２】
推定部４４は、電流検出部３で取得されたＵ相電流ＩｕとＶ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗとから、α−β座標系に変換した電流値ＩαとＩβを得る。図５の横軸をＩαの電流値とし、縦軸をＩβの電流値として、Ｖ１〜Ｖ６の６電圧指令ベクトルについて示したものである。
【００４３】
ここで、Ｖ１〜Ｖ６の６電圧指令ベクトルに対応した電流ベクトルは、四角で示されている。また、これらの電流ベクトルの積算値、すなわち平均ベクトルは、三角で示されている。磁石のＮ極であるｄ軸方向にある電流ベクトルが伸長する方向に磁極位置があるので、平均ベクトルもｄ軸の方向を示している。このｄ軸の方向を示す平均ベクトルを算出することによって、磁極位置が推定される。
【００４４】
次に、図６のフローチャートを参照しながら、磁極位置推定装置の動作について説明する。図６は、この発明の実施の形態１に係る同期電動機の磁極位置推定装置の動作を示すフローチャートである。
【００４５】
まず、磁極位置推定用の電圧が同期電動機１の各相に印加され、ＰＷＭ電圧指令に基づいて、電流目標値まで一定の割合、すなわちレートリミッタで電流が立ち上げられるとともに、電流目標値に到達すると定電流制御が行われる（ステップＳ１）。
【００４６】
続いて、ステップＳ１における定電流制御から定電流制御時間が経過すると、電圧制御部４３は、回路部２に出力するＰＷＭ電圧指令を停止するとともに、ゲート遮断指令を出力する（ステップＳ２）。
【００４７】
次に、ステップＳ２におけるゲート遮断指令の出力からゲート遮断後の電流検出時間（Δｔ）が経過すると、電流検出部３は、その時点のＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電流を検出し、電流減衰振幅検出値として推定部４４に出力する（ステップＳ３）。
【００４８】
続いて、電流検出部３で検出されたＵ相電流ＩｕとＶ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗとが、α−β座標系の電流値Ｉαおよび電流値Ｉβに変換される（ステップＳ４）。
【００４９】
次に、６つの電圧指令ベクトルすべてが同期電動機１の各相に印加されたか否かが判定される（ステップＳ５）。
【００５０】
ステップＳ５において、６つの電圧指令ベクトルすべてが同期電動機１の各相に印加されていない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ１に移行する。
【００５１】
一方、ステップＳ５において、６つの電圧指令ベクトルすべてが同期電動機１の各相に印加され（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、６つの電圧指令ベクトルで検出した電流値Ｉαおよび電流値Ｉβの電流積算値Ｉ０（Ｉ０α、Ｉ０β）が演算される（ステップＳ６）。
【００５２】
続いて、回転子の初期磁極位置の推定値が収束演算により求められ（ステップＳ７）、図６の処理が終了する。
【００５３】
このように、推定部４４は、複数の電圧指令ベクトル印加後のゲート遮断時の電流減衰振幅検出値に基づいて、それぞれ応答した複数の電流ベクトルの平均ベクトルを検出し、その平均ベクトルの位相に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定する。そのため、電気角６０度毎の幅よりも高い精度で、回転子の初期磁極位置を検出することができる。
【００５４】
また、ゲート遮断時の電流減衰振幅検出値を使用して磁極位置推定を行う構成なので、スイッチング時に誤差要因となるデッドタイム（Ｔｄ）補正の影響を排除することが可能であり、すなわち、Ｔｄ補正の影響を考慮した複雑な処理が不要であり、新たな装置を必要とせずに磁極位置推定装置の小型化を図ることができるので、コストアップや推定時間の増大なく磁極位置を推定することが可能である。
【００５５】
また、電圧指令ベクトルに対して、電流が急峻に変化しないように、出力電圧を制限するレートリミッタを使用して電流目標値まで一定の割合で変化させ、電流目標値に到達後は、ゲート遮断するまで定電流制御を行い、ゲート遮断時の電流減衰振幅検出値を使用して磁極位置推定を行う構成なので、パルス電圧印加手法による急峻な電流変化に伴う電動機の磁気音発生を抑制することが可能であり、推定精度を確保しながら、電動機磁気音の設計上の制約を緩和することが可能である。
【００５６】
以上のように、実施の形態１によれば、電圧制御部は、同期電動機の各相に流れる電流があらかじめ定められた電流目標値で定電流制御されるようにＰＷＭ電圧を制御するとともに、定電流制御状態において、記憶部からのゲート遮断トリガ信号に応じて、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートを遮断し、電流検出部は、同期電動機の各相のスイッチング素子のゲートが遮断された後に、記憶部からの電流検出トリガ信号に応じて、同期電動機の各相に流れる減衰中の電流を検出し、推定部は、電流検出部で検出された同期電動機の各相に流れる減衰中の電流に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定する。
そのため、回転子の初期磁極位置の推定精度を確保しつつ、同期電動機の磁気音による制約を緩和することができる同期電動機の磁極位置推定装置および磁極位置推定方法を得ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  同期電動機、２  回路部（電圧印加部）、３  電流検出部、４  磁極位置演算部、４１  記憶部、４２  タイミング制御部、４３  電圧制御部、４４  推定部。
【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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