(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて前記電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法において、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、時刻ｔにおける前記電機子位置状態量をΦ（ｔ）とし、前記電気角指令をψ（ｔ）としたとき、
周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を生成する電磁力指令生成ステップＳ１と、
時刻ｔの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω（ｔ）を生成するスリップ指令生成ステップＳ２と、
所定時間のあいだ、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ（ｔ）と前記スリップ指令ω（ｔ）とに基づいて前記電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、前記所定時間のあいだにおける前記可動子の速度状態量ｖ（ｔ）を測定する測定ステップＳ３と、
前記可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する前記状態量の比から応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出して、この応答比ｒｅｑ（ｔ）と前記スリップ指令ω（ｔ）とを比較して前記磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップＳ４と、
の手順にて磁極検出運転を行い、
実運転時では、前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ（ｔ）と前記磁極オフセット量θとに基づいて前記電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させることを特徴とする電動機の制御方法。
【請求項２】
前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期は、その制御装置の制御演算周期の２ｎ倍（但し、ｎは自然数である）としたことを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御方法。
【請求項３】
前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、台形波、矩形波、三角波あるいは正弦波なる周期関数としたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の制御方法。
【請求項４】
前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、前記測定ステップＳ３の開始時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数としたことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項５】
前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、前記測定ステップＳ３の終了時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数としたことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項６】
前記スリップ指令ω（ｔ）は、前記所定時間のあいだに少なくとも電気角１／２回転以上の変化を持たせた関数としたことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項７】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、
前記応答比ｒｅｑ（ｔ）は、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、前記時刻ｔの近傍で前記速度状態量ｖ（ｔ）の１階微分値ｄｖ（ｔ）／ｄｔが極値をとる時刻をｔ’としたとき、
ｒｅｑ（ｔ）＝（ｄｖ（ｔ’）／ｄｔ）／Ｔ（ｔ）
によって算出することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項８】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、
前記応答比ｒｅｑ（ｔ）は、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の１階積分値ＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、前記時刻ｔの近傍で前記速度状態量ｖ（ｔ）が極値をとる時刻をｔ’としたとき、
ｒｅｑ（ｔ）＝ｖ（ｔ’）／ＳＴ（ｔ）
によって算出することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項９】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４に先立って、前記速度状態量ｖ（ｔ）を積算した位置状態量ｘ（ｔ）を算出しておき、前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、
前記応答比ｒｅｑ（ｔ）は、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の２階積分値ＳＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、前記時刻ｔの近傍で前記位置状態量ｘ（ｔ）が極値をとる時刻をｔ’としたとき、
ｒｅｑ（ｔ）＝ｘ（ｔ’）／ＳＳＴ（ｔ）
によって算出することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１０】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、
前記応答比ｒｅｑ（ｔ）は、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、前記時刻ｔの近傍で前記速度状態量ｖ（ｔ）の１階微分値ｄｖ（ｔ）／ｄｔが同符号となる時間領域において、前記１階微分値ｄｖ（ｔ）／ｄｔを積算した値をＳｄｖ（ｔ）として、
ｒｅｑ（ｔ）＝Ｓｄｖ（ｔ）／Ｔ（ｔ）
によって算出することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１１】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、
前記応答比ｒｅｑ（ｔ）は、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の１階積分値ＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、前記時刻ｔの近傍で前記速度状態量ｖ（ｔ）が同符号となる時間領域において、前記速度状態量ｖ（ｔ）を積算した値をＳｖ（ｔ）として、
ｒｅｑ（ｔ）＝Ｓｖ（ｔ）／ＳＴ（ｔ）
によって算出することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１２】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４に先立って、前記速度状態量ｖ（ｔ）を積算した位置状態量ｘ（ｔ）を算出しておき、前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、前記応答比ｒｅｑ（ｔ）は、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の２階積分値ＳＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、前記時刻ｔの近傍で前記位置状態量ｘ（ｔ）が同符号となる時間領域において、前記位置状態量ｘ（ｔ）を積算した値をＳｘ（ｔ）として、
ｒｅｑ（ｔ）＝Ｓｘ（ｔ）／ＳＳＴ（ｔ）
によって算出することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１３】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４では、前記所定時間のあいだにおける前記応答比の絶対値｜ｒｅｑ（ｔ）｜の最大値、あるいは前記応答比の絶対値｜ｒｅｑ（ｔ）｜の平均値にπ／２を乗じた値をｒｅｑｍａｘとしたとき、ｒｅｑｍａｘ×ｃｏｓ（ω（ｔ）−θ’）−ｒｅｑ（ｔ）の絶対値、平方した値などを評価量とし、前記所定時間のあいだでこの評価量を積分した値が最小となるようなθ’の値を算出して、この値θ’を前記磁極オフセット量θとすることを特徴とする請求項１から１２までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１４】
前記磁極オフセット量算出ステップＳ４に先立って、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期以外の周波数成分を除去するフィルタに、前記速度状態量ｖ（ｔ）あるいは前記位置状態量ｘ（ｔ）を通過させた補正速度状態量ｖ’（ｔ）あるいは補正位置状態量ｘ’（ｔ）を算出して、前記速度状態量ｖ（ｔ）あるいは前記位置状態量ｘ（ｔ）の値をこの補正速度状態量ｖ’（ｔ）あるいは補正位置状態量ｘ’（ｔ）の値に置き換えることを特徴とする請求項１から１３までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１５】
前記励磁電流と前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）とのあいだに遅れ時間がある場合には、前記磁極オフセット量算出ステップＳ４に先立って、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に前記遅れ時間を持たせた補正磁極検出時電磁力指令Ｔ’（ｔ）を算出して、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）をこの補正磁極検出時電磁力指令Ｔ’（ｔ）の値に置き換えることを特徴とする請求項１から１４までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１６】
前記測定ステップＳ３において、
前記速度状態量ｖ（ｔ）を測定した結果、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合、あるいは前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、前記応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出した結果、前記応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が零もしくは極めて小さな値であった場合には、前記電磁力指令生成ステップＳ１に戻って、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の振幅が大きくなるように生成し直して、再び前記測定ステップＳ３を行うことを特徴とする請求項１から１５までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１７】
前記測定ステップＳ３において、
前記速度状態量ｖ（ｔ）を測定した結果、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合、あるいは前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、前記応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出した結果、前記応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が零もしくは極めて小さな値であった場合には、前記電磁力指令生成ステップＳ１に戻って、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期を短くあるいは長くなるように生成し直して、再び前記測定ステップＳ３を行うことを特徴とする請求項１から１６までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１８】
前記測定ステップＳ３において、
前記速度状態量ｖ（ｔ）を測定した結果、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合、あるいは前記磁極オフセット量算出ステップＳ４において、前記応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出した結果、前記応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合には、エラー状態とし、前記磁極検出運転を中止することを特徴とする請求項１から１７までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項１９】
前記測定ステップＳ３において、
前記速度状態量ｖ（ｔ）を測定した後に、前記可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量を周波数分析して、その周波数分析結果から求まるスペクトルのうち、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期と異なるピークがあった場合にはエラー状態とし、前記磁極検出運転を中止することを特徴とする請求項１から１８までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項２０】
前記電磁力指令生成ステップＳ１から磁極オフセット量算出ステップＳ４までの手順を複数回行って、前記磁極オフセット量を複数個算出させて、前記磁極オフセット量のばらつきが大きかった場合にはエラー状態とし、前記磁極検出運転を中止することを特徴とする請求項１から１９までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項２１】
前記磁極検出運転を行った後に実運転を行う場合において、
実運転を開始してからしばらくの間は、前記電機子位置状態量Φ（ｔ）あるいは前記速度状態量ｖ（ｔ）を監視しておき、前記可動子が前記電磁力指令と逆の方向に動作した場合にはエラー状態とし、前記実運転を中止することを特徴とする請求項１から２０までのいずれかに記載の電動機の制御方法。
【請求項２２】
電動機の速度検出器から出力された速度状態量を積分して電機子位置状態量に変換する積分器と、目標値と前記電機子位置状態量および／または前記速度状態量に基づいて電磁力指令を出力するフィードバック制御器と、電磁力指令切替器と、電気角切替器と、電流変換器と、加算器と、磁極オフセット量同定器と、を内部に備え、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量を同定する場合には、はじめに前記積分器の値がクリアされ、前記磁極オフセット量同定器から出力される磁極検出時電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力されるスリップ指令が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記スリップ指令の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記磁極検出時電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力され、前記磁極オフセット量同定器は前記速度状態量が入力される状態として前記磁極オフセット量を同定する前記磁極検出運転を行い、
実運転時では、前記フィードバック制御器から出力された前記電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力される前記磁極オフセット量が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記磁極オフセット量の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力されることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２３】
前記磁極オフセット量同定器は、前記エラー状態となった場合にエラー信号を出力して前記磁極検出運転を中止する機能を有し、さらに前記エラー信号に基づいてエラー状態を外部出力する表示器を内部に備えたことを特徴とする請求項２２に記載の電動機の制御装置。
【請求項２４】
前記フィードバック制御器は、前記エラー状態となった場合に、エラー信号を出力して実運転を中止する機能を有し、さらに前記エラー信号に基づいてエラー状態を外部出力する表示器を内部に備えたことを特徴とする請求項２２または２３に記載の電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法およびその制御装置に関し、特に磁極位置センサを用いないで電動機の通常運転（実運転）に先立って行われる電動機の磁極検出を短時間かつ高精度に行うための技術に関するものである。
なお、本発明における電磁力指令とは、リニアモータにおいてはインバータ制御装置の推力指令であり、回転型電動機においてはトルク指令を意味する。即ち、推力指令とトルク指令両方を含む概念として電磁力指令を定義して用いている。
【０００２】
【従来の技術】
電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法およびその制御装置では、電動機の可動子と固定子との相対位置を求めて、その可動子位置において効率よく電磁力が発生するように通電する電流の電気角指令を決定している。
電動機の可動子と固定子との相対位置を求めるには、電動機の内部に磁極位置センサを設置して可動子の磁極位置を検出する手段、電動機の内部に絶対値エンコーダ（たとえば、回転型の電動機で用いられる可動子の回転角度の絶対位置を検出する装置のことなどを言う）を設置して可動子の絶対位置を検出する手段、あるいは電流検出器を設置してコイルに流れる各相の電流値を測定して各相電流の位相差を検出する手段などがある。しかし、これらの検出器を電動機に内挿し、あるいはその周辺部に設置して、検出器の信号線を制御装置に接続する必要があるため、コスト、小型軽量化あるいは信頼性などの問題点がある。
【０００３】
磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、電動機の可動子と固定子との相対位置を求める手段として、特許第３１１４８１７号による従来例（以下、第１従来例という）がある。
図１３は第１従来例を示す説明図である。
第１従来例で用いている電動機は、Ｕ、ＶおよびＷ相の３相固定子巻線を有する回転型の電動機であって、例としてＵ、ＶおよびＷ相巻線に図１３（ａ）のように正弦波状に変化する電流（励磁電流）ｉｕ、ｉｖおよびｉｗを通電すると、電動機の発生トルクＴ、回転角速度ｄθ／ｄｔおよび回転角度θは、それぞれ図１３（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）のようになる。つまり、励磁周波数で正弦波状に変化するトルクと、励磁電流との位相差は停止している磁極位置によって変化するので、この発生トルクまたはこれによって生じる回転角速度または回転角度を検出して、これと励磁電流との位相差（図１３（ｂ）では位相差がπ／２となっている）から、電動機の可動子と固定子との相対位置を求めている。
【０００４】
このほか、磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、可動子と固定子との相対位置を求める手段として、本願の出願人が出願した特開平７−３２２６７８号による従来例（以下、第２従来例という）がある。
第２従来例で用いている電動機は、ベクトル制御で駆動されるものであって、界磁極の位置φが不明な場合で、一方向しか電動機を駆動できないときに、発生電磁力が希望する駆動方向に加速させるときは、位置データｘより界磁極位置を求めて通電する励磁電流の位相ρを決定する際に加える位相オフセット量γをしばらくの間保持した後、次の位相オフセット量γに更新し、発生電磁力が、希望する駆動方向と逆に加速させるときは、すぐに次の位相オフセット量に更新する手段を備えたものである。
図１４は第２従来例の流れを示すフローチャートである。
すなわち、ステップ１４１は駆動させたい方向と一致する推力指令を与え、ステップ１４２は位相オフセット量γを変更するための時間の初期化を行い、ステップ１４３は励磁電流の位相オフセット量γの初期設定を与え、ステップ１４４は通電する励磁電流の位相ρを演算する。通電する励磁電流の位相ρは位置データｘより演算する界磁極位置θと位相オフセット量γとから求める。
ステップ１４５は加速度の極性を判定する。加速度は位置の２階微分あるいは速度の１階微分から求めることができる。もし加速度の極性がステップ１４１で与えた推力指令で駆動させたい方向と一致するなら、ステップ１４６に進み、一致しない場合はステップ１４８に進む。ステップ１４６では時間を判定する。そのオフセット量を変更せずに与えることのできる時間ｔｍａｘ以下かどうかを判定する。もし与えることのできる時間ｔｍａｘ以下ならば、ステップ１４７に進む。ステップ１４７では時間を更新する。ステップ１４８では位相オフセット量γを更新する。ステップ１４９はステップ１４２と同じことを行う。
このように、加速度をみて駆動方向を確認して、加速度の極性が推力指令で駆動させたい方向と一致しない場合には位相オフセット量γを更新しているので、電動機は特定方向に駆動される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（第１課題）  磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに磁極検出を行う場合には、励磁電流を通電しながら、電動機の可動子を動作させて、その可動子の位置あるいは速度を検出する必要がある。したがって、その位置あるいは速度の状態量を検出できるくらいの十分な大きさを持つ励磁電流で可動子を動作させなければならない。しかし、可動子の位置あるいは速度が大きくなると、それに応じて可動子が大きく動いてしまうこととなり、場合によっては、電動機によって動作する制御対象が障害物などと接触してしまう危険性がある。
第１従来例では、図１３（ａ）のように正弦波状で変化する電流（励磁電流）ｉｕ、ｉｖおよびｉｗを通電し、その位置あるいは速度の状態量と励磁電流との位相差を検出している。また、第２従来例では、動作させたときの位置あるいは速度を検出して、その位置の２階微分あるいは速度の１階微分から加速度を求めている。
このときには、可動子が大きく動作しないようにするために、通電する励磁電流の振幅（大きさ）をある程度小さくする手段を講じなければならない。しかし、励磁電流の振幅を小さくすると、摩擦やコギングなどといった外力の影響で、可動子の速度が小さくなって、可動子の位置あるいは速度の状態量が検出できなくなるといった問題がある。また、摩擦などの原因で生じる機械的なロス要因が小さくて、可動子と接続されたケーブルについて、そのケーブルテンション（ケーブルによって可動子に作用する力のことを言う）が大きい状態にある場合（たとえば、空気浮上式の軸受を用いている場合）やコギング力（Cogging  Torque：回転子の永久磁石と固定子鉄心歯部との吸引力変化により生じる力）が大きい場合などには、ケーブルテンションあるいはコギング力が、通電された励磁電流によって生じる電磁力を上回る場合があり、作用する電磁力と逆の方向に可動子が動いてしまい、正しい位相差が検出されなかったり、加速度の向きと作用した電磁力の向きとが一致しない場合があり、精度よく磁極検出ができなくなるといった問題がある。また、可動子が空気浮上型や磁気浮上型の軸受によって案内されるようなリニアモータにおいては、静止摩擦力が動摩擦力を大きく上回るため、可動子に急峻な加速度が作用してしまうことがあり、可動子が大きく動いてしまうといった問題がある。
結局、精度よく磁極検出を行うために、振幅の大きな励磁電流を通電して可動子を動作させなければならず、その結果、可動子が大きく動作してしまうことによって、制御対象が障害物などと接触してしまう場合があるという問題があった。
【０００６】
（第２課題）  第１従来例において、可動子が大きく動作しないようにするためには、通電する励磁電流の振幅を小さくするほかに、励磁電流として通電する正弦波を高い周波数とする手段が考えられる。通電する励磁電流の周波数が高くなれば、その１階積分である速度あるいはその２階積分である位置は、周波数が低い場合に比べて小さくなり、また一定方向に作用する力は短時間しか作用しないので、その力によって生ずる速度は摩擦などの外乱などにより低減されるので、可動子の動作量が少なくなり、制御対象が障害物などと接触する可能性が低くなる。
しかし、通電する励磁電流の周波数を高くすると、測定された位置あるいは速度と、通電した励磁電流との位相差を精度よく求めることは不可能となる。
【０００７】
この理由を図１５により説明する。
図１５は励磁電流として通電する正弦波を高い周波数とし、第１従来例に基づいて磁極検出したときに現れる励磁電流と可動子速度を時系列データで示したものである。
この例では、制御装置の制御演算周期を０．５ｍｓとし、通電する励磁電流を１６６．７Ｈｚの正弦波として、回転角速度を検出しようとしている。このとき通電される励磁電流は、図１５（ａ）、測定された回転角速度は図１５（ｂ）のようになる。制御装置では、図１５（ａ）で示す理想的な電流指令ｉｕ’、ｉｖ’およびｉｗ’を通電しようとしているが、制御装置の制御演算周期が０．５ｍｓであるため、実際に通電される励磁電流は、ｉｕ、ｉｖおよびｉｗのようになり、ステップ状に変化する粗い波形となる。測定された回転角速度は、図１５（ｂ）のようになるが、制御装置の制御演算周期が０．５ｍｓであるため、この速度もステップ状に変化する粗い波形となる。
このような粗い波形どうしから、その位相差を求めた場合には、大きな誤差を含むこととなってしまう。図１５で示した例では、制御装置の制御演算周期を０．５ｍｓ、通電する励磁電流の周波数を１６６．７Ｈｚとしているが、１６６．７Ｈｚの正弦波が制御演算周期０．５ｍｓの間に進む位相角は、１６６．７×０．０００５×３６０＝３０ｄｅｇｒｅｅであって、磁極検出結果には、少なくともこの範囲内で誤差を含むこととなり、精度よく位相差を求めることは不可能となる。
一般に、磁極検出の精度は電気角で±７ｄｅｇｒｅｅ以内にあることが好ましいとされている。したがって、第１従来例を実施するにあたって、この精度を保つためには、少なくとも３９Ｈｚ以下の正弦波を通電する必要がある。
結局、精度よく磁極検出を行うために、低い周波数による励磁電流を通電して可動子を動作させなければならず、その結果、可動子が大きく動作してしまうことによって、制御対象が障害物などと接触してしまう場合があるという問題があった。
【０００８】
（第３課題）  第２従来例では、動作させたときの位置あるいは速度を検出して、その位置の２階微分あるいは速度の１階微分から加速度を求めているが、この場合には、磁極検出の開始時に可動子の速度が零に近い値にあることが前提となる。しかし、ケーブルテンションが大きい場合などには、可動子が完全に静止していない場合が多く、可動子の速度が零に近い値になるまで、磁極検出そのものが実行できないという問題があった。
【０００９】
（第４課題）  第２従来例では、電流を通電しながら可動子を動作させ、図１４のステップ１４５において加速度の極性を判定して、ステップ１４８において位相オフセット量γを更新するという手順を、加速度の極性と駆動させたい方向とが一致するまで繰り返し行う必要がある。
このため、初期の磁極位置によっては、位相オフセット量γが適切な値になるまでに長い時間を要することがあり、短時間で磁極検出できないという問題があった。
【００１０】
そこで、前記第１課題から第４課題までを解決するために、本発明は磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、磁極検出時に可動子を大きく動かすことなしに、またその逆に磁極検出時に可動子が動いているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる電動機の制御方法およびその制御装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１課題から第４課題までを解決するために、本発明は磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、磁極検出時に可動子が大きく動かすことなしに、またその逆に磁極検出時に可動子が動いているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる電動機の制御方法およびその制御装置を提供することを目的としたものであり、本発明の基幹をなすところは、周期が短い周期関数である磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に比例するように通電する電流の大きさを決定して、時刻ｔの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω（ｔ）と電機子位置状態量Φ（ｔ）とに基づいて電流の電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、そのときの可動子の速度状態量ｖ（ｔ）を測定し、可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する状態量の比から応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出して、この応答比ｒｅｑ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）とを比較して磁極オフセット量θを同定する手順によって、磁極検出運転を行うところにある。
すなわち、本発明の電動機の制御方法は、電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて前記電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法において、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、時刻ｔにおける前記電機子位置状態量をΦ（ｔ）とし、前記電気角指令をψ（ｔ）としたとき、周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を生成する電磁力指令生成ステップＳ１と、時刻ｔの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω（ｔ）を生成するスリップ指令生成ステップＳ２と、所定時間のあいだ、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ（ｔ）と前記スリップ指令ω（ｔ）とに基づいて前記電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、前記所定時間のあいだにおける前記可動子の速度状態量ｖ（ｔ）を測定する測定ステップＳ３と、前記可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する前記状態量の比から応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出して、この応答比ｒｅｑ（ｔ）と前記スリップ指令ω（ｔ）とを比較して前記磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップＳ４と、の手順にて磁極検出運転を行い、実運転時では、前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ（ｔ）と前記磁極オフセット量θとに基づいて前記電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させるものである。
また、本発明の電動機の制御装置は、電動機の速度検出器から出力された速度状態量を積分して電機子位置状態量に変換する積分器と、目標値と前記電機子位置状態量および／または前記速度状態量に基づいて電磁力指令を出力するフィードバック制御器と、電磁力指令切替器と、電気角切替器と、電流変換器と、加算器と、磁極オフセット量同定器と、を内部に備え、
前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量を同定する場合には、はじめに前記積分器の値がクリアされ、前記磁極オフセット量同定器から出力される磁極検出時電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力されるスリップ指令が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記スリップ指令の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記磁極検出時電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力され、前記磁極オフセット量同定器は前記速度状態量が入力される状態として前記磁極オフセット量を同定する前記磁極検出運転を行い、
実運転時では、前記フィードバック制御器から出力された前記電磁力指令が前記電磁力指令切替器を経由して前記電流変換器に入力され、前記磁極オフセット量同定器から出力される前記磁極オフセット量が前記電気角切替器を経由して前記電機子位置状態量とともに前記加算器に入力され、前記加算器は入力された前記電機子位置状態量および前記磁極オフセット量の和を演算し電気角指令が出力され、前記電流変換器では前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさが決定され前記電気角指令に基づいて励磁電流が出力するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例を図１から図５までに基づいて説明する。図１は本発明の第１実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。図２は本発明の第１実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。図３および図４は本発明の第１実施例に基づいて、磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものであり、図４は図３の一部時間を拡大したものである。図５は本発明の第１実施例に基づいて、磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
図１において、１０１は制御装置であり、励磁電流１０２を電動機１０３に通電させることによって、電動機１０３に電磁力を発生させる。
電動機１０３の速度は速度検出器１０４によって検出され、検出した速度状態量ｖ（ｔ）を制御装置１０１に帰還させる。ただし、ｔは時刻を意味している。
制御装置１０１はその内部に、速度状態量ｖ（ｔ）を積分して電機子位置状態量Φ（ｔ）に変換する積分器１０７、図示しない目標値生成手段で生成された目標値１０８と電機子位置状態量Φ（ｔ）および／または速度状態量ｖ（ｔ）に基づいて電磁力指令１１０を出力するフィードバック制御器１１１、電磁力指令切替器１１２、電気角切替器１１３、電流変換器１１４、加算器１１５および磁極オフセット量θを出力する磁極オフセット量同定器１１７を有する。
通常運転時（実運転時）では、電磁力指令切替器１１２および電気角切替器１１３がともにａの位置にあり、フィードバック制御器１１１から出力された電磁力指令１１０が電磁力指令切替器１１２を経由して電流変換器１１４に入力される。また、磁極オフセット量θは電気角切替器１１３を経由し、電機子位置状態量Φ（ｔ）とともに加算器１１５に入力される。加算器１１５では、磁極オフセット量θと電機子位置状態量Φ（ｔ）との和である電気角指令Ψ（ｔ）＝θ＋Φ（ｔ）を出力して、電流変換器１１４に入力する。電流変換器１１４では、電磁力指令１１０に比例するように通電する電流の大きさを決定して電気角指令Ψ（ｔ）に基づいて励磁電流１０２を出力する。
【００１３】
ここで、速度検出器１０４は、たとえばインクリメンタル式のエンコーダであり、制御装置１０１の始動時（例えば、制御装置１０１の電源を投入したときなどのことをいう）には、電動機１０３における可動子と固定子との相対位置が不明であるため、電動機１０３の実運転に先立って、電動機１０３における可動子と固定子との相対位置から決まる磁極オフセット量θを同定する。
すなわち、図示しないリセット信号によって、積分器１０７の値をクリアし、電磁力指令切替器１１２および電気角切替器１１３をともにｂの位置に切替える。そして、速度状態量ｖ（ｔ）を磁極オフセット量同定器１１７に入力可能な状態とし、磁極オフセット量同定器１１７から出力される磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）が電磁力指令切替器１１２を経由して電流変換器１１４に入力され、磁極オフセット量同定器１１７から出力されるスリップ指令ω（ｔ）が電気角切替器１１３を経由して電機子位置状態量Φ（ｔ）とともに加算器１１５に入力される状態とする。加算器１１５では、スリップ指令ω（ｔ）と電機子位置状態量Φ（ｔ）との和である電気角指令Ψ（ｔ）＝ω（ｔ）＋Φ（ｔ）を出力して、電流変換器１１４に入力する。電流変換器１１４では磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に比例するように通電する電流の大きさを決定し、電気角指令Ψ（ｔ）に基づいて励磁電流１０２を出力して磁極検出運転を行い、磁極オフセット量θを同定する。最後に、電磁力指令切替器１１２および電気角切替器１１３をともにａの位置に戻して、実運転に入る。
【００１４】
磁極検出運転は、図２に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器１１７によって行われる。
電磁力指令生成ステップＳ１では、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を生成する。
磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、周期関数とし、制御対象が障害物などと接触することのないように、この周期関数の周期を短くする。
この周期関数の周期は、制御装置１０１の制御演算周期の２ｎ倍（但し、ｎは自然数である）とすることが好ましい。
また、この周期関数は、台形波、矩形波、三角波あるいは正弦波などとすることが好ましい。
なお、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）が制御演算周期毎に離散化される影響により、この周期関数の周期が制御装置１０１の制御演算周期に近くなると、この周期関数が台形波、矩形波あるいは三角波に近い波形となるが、特に問題は生じない。
【００１５】
また、磁極検出運転の開始時には、可動子が過渡的に大きく動作する場合があるので、この過渡現象を取り除くために、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、後記測定ステップＳ３の開始時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数とすればよい。
さらに、磁極検出運転の終了時における過渡現象が懸念される場合には、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、後記測定ステップＳ３の終了時には、その振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数とすればよい。
このような条件を満たす磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の一例としては、次のような関数が考えられる。
Ｔ（ｔ）＝ａ（ｔ）×ｓｉｎ（２πｆｔ）
ただし、ｆは磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周波数（周期の逆数をとったもの）であって、関数ａ（ｔ）は振幅をあらわし、例えば、台形波あるいは台形波にスムージングをかけたものなどである。
【００１６】
このように、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を周期の短い周期関数（たとえば、台形波、矩形波、三角波あるいは正弦波など）とし、この周期関数の周期を制御装置１０１の制御演算周期の２ｎ倍（但し、ｎは自然数である）とし、磁極検出運転時に可動子を滑らかに動作させることで、可動子が大きく動作することなく磁極検出を行うことができる。
【００１７】
また、測定ステップＳ３の開始時に磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまではその振幅が緩やかに単調増加し、測定ステップＳ３の終了時にその振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数とすることで、磁極検出運転における過渡現象がなくるので、可動子が大きく動作することなく磁極検出を行うことができる。
【００１８】
スリップ指令生成ステップＳ２では、時刻ｔの経過とともに一定範囲で変化するスリップ指令ω（ｔ）を生成する。スリップ指令ω（ｔ）は後記測定ステップＳ３における所定時間のあいだに、少なくとも電気角１／２回転以上の変化を持たせた関数とする。
【００１９】
このように、スリップ指令ω（ｔ）を、所定時間のあいだに少なくとも電気角１／２回転以上の変化を持たせた関数とすることで、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対して電磁力がもっとも強くなる電気角を少なくとも１つ以上含むようになるので、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる。
【００２０】
測定ステップＳ３では、所定時間のあいだ、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に比例するように通電する電流の大きさを決定して、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）とに基づいて電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、所定時間のあいだにおける可動子の速度状態量ｖ（ｔ）を測定する。具体的には、以下のステップＳ３１からＳ３６までを行う。まず、ステップＳ３１で時刻ｔをｔ＝０とし、積分器１０７に格納された電機子位置状態量の値をΦ（０）＝０として初期化する。次に、ステップＳ３２で電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）との和を加算器１１５で演算して電気角指令Ψ（ｔ）＝Φ（ｔ）＋ω（ｔ）を決定する。次に、ステップＳ３３で磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に基づいて励磁電流の大きさを決定して、電気角指令ψ（ｔ）に基づいて、電流変換器１１４において励磁電流を発生させる。次に、ステップＳ３４でこのときの可動子の速度状態量ｖ（ｔ）を速度検出器１０４によって測定する。次に、ステップＳ３５で所定時間に達しているかどうかを判定する。この継続条件を満たしていなければＳ３６に進み、継続条件を満たしていれば測定ステップＳ３を終了する。ステップＳ３６では、時刻ｔの値をｔ＝ｔ＋ＤＴによって更新する。ここで、ＤＴは制御装置１０１の制御演算周期である。
【００２１】
磁極オフセット量算出ステップＳ４では、可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する状態量の比から応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出して、この応答比ｒｅｑ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）とを比較して磁極オフセット量θを同定する。具体的には、以下のステップＳ４１およびＳ４２を行う。
まず、ステップＳ４１では、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出する。
応答比ｒｅｑ（ｔ）の算出にあたっては、例として以下の方法１から方法６までが考えられる。
【００２２】
［方法１］応答比ｒｅｑ（ｔ）は、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、時刻ｔの近傍で速度状態量ｖ（ｔ）の１階微分値ｄｖ（ｔ）／ｄｔが極値をとる時刻をｔ’としたとき、
ｒｅｑ（ｔ）＝（ｄｖ（ｔ’）／ｄｔ）／Ｔ（ｔ）
によって算出する。
【００２３】
［方法２］応答比ｒｅｑ（ｔ）は、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の１階積分値ＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、時刻ｔの近傍で速度状態量ｖ（ｔ）が極値をとる時刻をｔ’としたとき、
ｒｅｑ（ｔ）＝ｖ（ｔ’）／ＳＴ（ｔ）
によって算出する。
【００２４】
［方法３］あらかじめ速度状態量ｖ（ｔ）を積算した位置状態量ｘ（ｔ）を算出しておき、応答比ｒｅｑ（ｔ）は、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の２階積分値ＳＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、時刻ｔの近傍で位置状態量ｘ（ｔ）が極値をとる時刻をｔ’としたとき、
ｒｅｑ（ｔ）＝ｘ（ｔ’）／ＳＳＴ（ｔ）
によって算出する。
【００２５】
［方法４］応答比ｒｅｑ（ｔ）は、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、時刻ｔの近傍で速度状態量ｖ（ｔ）の１階微分値ｄｖ（ｔ）／ｄｔが同符号となる時間領域において、１階微分値ｄｖ（ｔ）／ｄｔを積算した値をＳｄｖ（ｔ）として、
ｒｅｑ（ｔ）＝Ｓｄｖ（ｔ）／Ｔ（ｔ）
によって算出する。
【００２６】
［方法５］応答比ｒｅｑ（ｔ）は、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の１階積分値ＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、時刻ｔの近傍で速度状態量ｖ（ｔ）が同符号となる時間領域において、速度状態量ｖ（ｔ）を積算した値をＳｖ（ｔ）として、
ｒｅｑ（ｔ）＝Ｓｖ（ｔ）／ＳＴ（ｔ）
によって算出する。
【００２７】
［方法６］あらかじめ速度状態量ｖ（ｔ）を積算した位置状態量ｘ（ｔ）を算出しておき、応答比ｒｅｑ（ｔ）は、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の２階積分値ＳＳＴ（ｔ）が極値となる時刻ｔのみで定義され、時刻ｔの近傍で位置状態量ｘ（ｔ）が同符号となる時間領域において、位置状態量ｘ（ｔ）を積算した値をＳｘ（ｔ）として、
ｒｅｑ（ｔ）＝Ｓｘ（ｔ）／ＳＳＴ（ｔ）
によって算出する。
【００２８】
このように、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の応答比ｒｅｑ（ｔ）を、方法１から方法６までのいずれかの方法によって算出することで、応答比ｒｅｑ（ｔ）は電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角で±π／２ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を有するので、高精度に磁極検出を行うことができる。
また、応答比の算出方法として、方法１から方法６までを開示したが、この方法に限られることはなく、応答比ｒｅｑ（ｔ）は電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角で±π／２ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を有する特徴量となっていれば、高精度な磁極オフセット量が同定できることは言うまでもない。
【００２９】
次に、ステップＳ４２では、応答比ｒｅｑ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）とを比較して磁極オフセット量θを同定する。同定方法の一例としては、所定時間のあいだにおける応答比の絶対値｜ｒｅｑ（ｔ）｜の最大値、あるいは応答比の絶対値｜ｒｅｑ（ｔ）｜の平均値にπ／２を乗じた値をｒｅｑｍａｘとしたとき、ｒｅｑｍａｘ×ｃｏｓ（ω（ｔ）−θ’）−ｒｅｑ（ｔ）の絶対値、平方した値などを評価量とし、所定時間のあいだでこの評価量を積分した値が最小となるようなθ’の値を算出して、この値θ’を磁極オフセット量θとすればよい。
【００３０】
このように、所定時間のあいだで評価量を積分して、この積分値が最小となるようなθ’の値を算出して、この値を磁極オフセット量θとすることで、高精度に磁極検出を行うことができる。
なお、Ｓ４２の積分時間は、所定時間としたが、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を、測定ステップＳ３の開始時においてその振幅が零に近いものとし、ある時刻に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数とした場合、あるいは磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を、測定ステップＳ３の終了時においてその振幅が零に近いものとし、ある時刻に達してからは、その振幅が緩やかに単調減少する関数とした場合には、その増加中、あるいは減少中の速度に大きな誤差要素が含まれることがあるので、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の振幅ａ（ｔ）が一定値となっていない時間領域においては、積分を行わないようにするとより好適である。
また、磁極オフセット量θの同定方法として、前述した評価量を積分して、この積分値が最小となるようなθ’を算出する方法を開示したが、この方法に限られることはなく、例えば、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が最大となる時刻におけるスリップ指令の値ω（ｔ）を磁極オフセット量θとしたり、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が最小となる時刻におけるスリップ指令の値に電気角１／２回転分の位相を加えた値ω（ｔ）＋πを磁極オフセット量θとしたり、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が零となる時刻におけるスリップ指令の値に電気角±１／４回転分の位相を加えた値ω（ｔ）±π／２を磁極オフセット量θとしたりする方法でも、高精度な磁極オフセット量θが同定できることは言うまでもない。また、このほかにも、応答比ｒｅｑ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）の特徴を抽出して、その特徴から磁極オフセット量θを同定する方法は数多く考えられる。
以上のステップにて磁極検出運転が行われると、もっとも好適な磁極オフセット量θが同定されることとなる。
【００３１】
このように、電動機の実運転に先立って電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を生成する電磁力指令生成ステップＳ１と、時刻ｔの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω（ｔ）を生成するスリップ指令生成ステップＳ２と、所定時間の間、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に比例するように通電する電流の大きさを決定して、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）とに基づいて電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、所定時間の間における可動子の速度状態量ｖ（ｔ）を測定する測定ステップＳ３と、可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する状態量の比から応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出して、この応答比ｒｅｑ（ｔ）とスリップ指令ω（ｔ）とを比較して磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップＳ４との手順にて磁極検出運転を行うことで、高周波の励磁電流が通電されるので、可動子が大きく動作することなく、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる。また、短時間で磁極検出を行うことができるため、磁極検出運転における励磁電流が大きな場合でも、可動子や電流変換器からの発熱量も少なくてすむ。
【００３２】
この磁極検出運転を、Ｕ、ＶおよびＷ相の３相巻線を有するリニアモータにて実施した結果について説明する。この実験におけるリニアモータの制御装置は、制御演算周期がＤＴ＝３１２．５μ秒であり、時間ＤＴ秒ごとに電磁力指令を出力し、速度状態量ｖ（ｔ）を測定するものである。また、電磁力指令生成ステップＳ１で生成する磁極検出時電磁力指令を、
Ｔ（ｔ）＝ａ（ｔ）×ｓｉｎ（２π×４００×ｔ），
ａ（ｔ）＝ａ×ｔ／０．２５（ｔ＜０．２５），ａ（ｔ≧０．２５）
とし、制御演算周期を８倍した４００Ｈｚの周期を持つ正弦波とする。ただし、ａは通電する電磁力指令の最大振幅（推力）［Ｎ］であり、ｔは時刻［秒］である。なお、この磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、測定ステップＳ３の開始時に、その振幅が零に近いものとし、時刻ｔ＝０．２５秒に達するまでは、その振幅が緩やかに単調増加する関数である。
スリップ指令生成ステップＳ２で生成するスリップ指令をω（ｔ）＝２πｔなる０．５秒の間で電気角１／２回転の変化を持たせた関数とし、ステップＳ３５の継続条件を０≦ｔ≦０．７５としている。
図３は、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）と、Ｕ、ＶおよびＷ相の３相巻線に通電された励磁電流ｉｕ（ｔ）、ｉｕ（ｔ）およびｉｗ（ｔ）と、そのときの可動子の速度状態量ｖ（ｔ）および位置状態量ｘ（ｔ）を時系列データで示したものであり、図４は図３の一部時間を拡大したものである。
磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）は、図３（ａ）および図４（ａ）のような波形であり、矢印Ａ部で示す０秒から０．２５秒の間にその振幅が緩やかに単調増加している。
測定ステップＳ３では、電流変換器１１４によって、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）および電気角指令Ψ（ｔ）＝ω（ｔ）＋Φ（ｔ）が励磁電流１０２に変換される。
励磁電流１０２はｉｕ（ｔ）＝Ｔ（ｔ）＊ｓｉｎ（Ψ（ｔ））、ｉｖ（ｔ）＝Ｔ（ｔ）＊ｓｉｎ（Ψ（ｔ）＋２π／３）、ｉｗ（ｔ）＝Ｔ（ｔ）＊ｓｉｎ（Ψ（ｔ）＋４π／３）に基づいて発生するので、図３（ｂ）および図４（ｂ）のような波形となる。
この励磁電流１０２が通電されると、可動子の速度状態量ｖ（ｔ）は図３（ｃ）および図４（ｃ）のような波形となり、可動子の位置状態量ｘ（ｔ）は図３（ｄ）および図４（ｄ）のような波形となる。
なお、図３（ｄ）で示す通り、可動子が大きく動作しないような場合には、電機子位置状態量Φ（ｔ）がスリップ指令ω（ｔ）に比べると非常に小さいため、電気角指令Ψ（ｔ）はスリップ指令ω（ｔ）とほぼ等しい値となる。
ここで、０．２５秒から０．７５秒までの０．５秒間に、スリップ指令ω（ｔ）は電気角１／２回転以上の変化を持っているので、この間において磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対して電磁力がもっとも強くなる電気角指令を含むこととなる。すなわち、速度状態量ｖ（ｔ）の振幅が最大となる図３の矢印Ｂの付近で電磁力がもっとも強くなっていることが判る。
磁極オフセット量算出ステップＳ４では、ステップＳ４２にて、例えば、方法５によって応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出すると、その波形は、図５（ａ）のようになる。さらに、ｒｅｑｍａｘを、時間区間０．２５≦ｔ≦０．７５における応答比ｒｅｑ（ｔ）の正または負の最大値とし、ｒｅｑｍａｘ×ｃｏｓ（ω（ｔ）−θ’）−ｒｅｑ（ｔ）の絶対値を評価量とし、この評価量を時間区間０．２５≦ｔ≦０．７５で積分して、この積分した値が最小となるようなθ’の値を算出すると、θ’に対する積分値の変化は図５（ｂ）のようになる。すなわち、図５（ｂ）では、矢印Ｄで示す通りθ’＝０．２２７８π（＝４１ｄｅｇｒｅｅ）で積分値が最小となっていることを意味しており、図５（ａ）に示す関数ｒｅｑｍａｘ×ｃｏｓ（ω（ｔ）−０．２２７８π）は、応答比ｒｅｑ（ｔ）に近い波形となるので、同定すべき磁極オフセット量は、θ＝０．２２７８π（＝４１ｄｅｇｒｅｅ）とすれば良いことになる。
なお、この実験では、磁極検出の精度は電気角で±１ｄｅｇｒｅｅ以内で同定されており、要求される磁極検出の精度（±７ｄｅｇｒｅｅ以内）を十分満足している。また、可動子の位置状態量ｘ（ｔ）は、図３の矢印Ｃで示した通り最大で７１μｍの変化を持つが、この程度の変化であれば、電動機によって動作する制御対象が、障害物などと接触する可能性が限りなく低くなる。
【００３３】
［第２実施例］次に、本発明の第２実施例を図６および図７に基づいて説明する。なお、第１実施例の説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図６は本発明の第２実施例に基づいて磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものであり、図７は磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
第２実施例における電動機の制御装置の構成および磁極検出運転の流れは、図１または図２と同じである。
第２実施例は、可動子と接続されたケーブルについて、そのケーブルテンションが大きい状態にある場合の一例である。第１実施例と同様に、ステップＳ３４で速度状態量ｖ（ｔ）を測定した結果、可動子の速度状態量ｖ（ｔ）は図６（ａ）に示す通り、不定な速度を持って推移している。
そこで、このような場合には、磁極オフセット量算出ステップＳ４に先立って、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期以外の周波数成分を除去するフィルタに、速度状態量ｖ（ｔ）（前述した方法３や方法６によって応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出する場合などには「位置状態量ｘ（ｔ）」、以下同じ）を通過させた補正速度状態量ｖ’（ｔ）（前述した方法３や方法６によって応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出する場合などには「補正位置状態量ｘ’（ｔ）」、以下同じ）を算出して、速度状態量ｖ（ｔ）の値をこの補正速度状態量ｖ’（ｔ）の値に置き換えるとよい。
具体的には、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期（４００Ｈｚ）以外の周波数成分を除去するために、まず、速度状態量ｖ（ｔ）をハイパスフィルタに通し、速度のオフセット成分を取り除く。次に、この速度状態量ｖ（ｔ）をＦｏｕｒｉｅｒ変換（ＦＦＴ）したのち、そのスペクトルから磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期以外の成分をカットして、逆Ｆｏｕｒｉｅｒ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＦＦＴ）することで、補正速度状態量ｖ’（ｔ）を算出するとよい。その結果、補正速度状態量ｖ’（ｔ）は図６（ｂ）の通りとなる。
速度状態量ｖ（ｔ）の値をこの補正速度状態量ｖ’（ｔ）の値に置き換えたのちに、例として、方法５によって応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出した結果は、図７（ａ）のようになり、応答比ｒｅｑ（ｔ）は電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角で±π／２ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を持つようになる。第１実施例と同様に、ｒｅｑｍａｘを、時間区間０．２５≦ｔ≦０．７５における応答比ｒｅｑ（ｔ）の正または負の最大値とし、ｒｅｑｍａｘ×ｃｏｓ（ω（ｔ）−θ’）−ｒｅｑ（ｔ）の絶対値を評価量とし、この評価量を時間区間０．２５≦ｔ≦０．７５で積分して、この積分した値が最小となるようなθ’の値を算出すると、θ’に対する積分値の変化は図７（ｂ）のようになる。すなわち、図７（ｂ）では、矢印Ｅで示す通りθ’＝１．７７７８π（＝３２０ｄｅｇｒｅｅ）で積分値が最小となっていることを意味しており、図７（ａ）に示す関数ｒｅｑｍａｘ×ｃｏｓ（ω（ｔ）−１．７７７８π）は、応答比ｒｅｑ（ｔ）に近い波形となるので、同定すべき磁極オフセット量は、θ＝１．７７７８π（＝３２０ｄｅｇｒｅｅ）とすれば良いことになる。
【００３４】
このように、速度状態量ｖ（ｔ）あるいは位置状態量ｘ（ｔ）から、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期以外の周波数成分を除去することで、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する可動子の位置、速度または加速度の状態量の応答比ｒｅｑ（ｔ）は、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが一致している場合には最大となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角で±π／２ずれている場合には零となり、電機子位置状態量Φ（ｔ）とスリップ角ωとが電気角でπずれている場合には最小となるという性質を有するので、高精度に磁極検出を行うことができる。また、磁極検出時に可動子が動作しているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる。
【００３５】
また、電動機１０３の巻線抵抗およびリアクタンスによって、励磁電流１０３と磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）との間に遅れが生じるが、この遅れ時間が磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期と比べて大きい値となっている場合には、実際に可動子に作用する電磁力と、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）との間の位相差が大きくなって、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値に誤差を含んでしまうことになる。
そこで、このような場合には、磁極オフセット量算出ステップＳ４に先立って、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に遅れ時間を持たせた補正磁極検出時電磁力指令Ｔ’（ｔ）を算出して、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）をこの補正磁極検出時電磁力指令Ｔ’（ｔ）の値に置き換えるようにするとよい。
具体的には、Ｒを巻線抵抗［Ω］、Ｌをリアクタンス［Ｈ］としたとき、例として遅れ時間がｔｅ＝Ｌ／Ｒ［秒］なる時定数で表されるので、遅れ時間ｔｅの１次遅れフィルタなどに磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を透過させた値を補正磁極検出時電磁力指令Ｔ’（ｔ）とすればよい。
このように、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に遅れ時間を持たせることで、応答比ｒｅｑ（ｔ）の精度が高くなるので、高精度に磁極検出を行うことができる。
【００３６】
第２実施例は、速度状態量ｖ（ｔ）にケーブルテンションの影響などに不定な速度成分が含まれているような例について説明しているが、こういった場合に限られることなく、重力の影響や、線形・非線型の摩擦力、トルクリップル等のあらゆる外乱に対して効果を発揮することはいうまでもない。
【００３７】
［第３実施例］次に、本発明の第３実施例を図８に基づいて説明する。なお、第１実施例または第２実施例の説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図８は本発明の第３実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
第３実施例における電動機の制御装置の構成は図１と同じである。
磁極検出運転は、図８に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器１１７によって行われる。
電磁力指令生成ステップＳ１、スリップ指令生成ステップＳ２、および測定ステップＳ３は、第１実施例あるいは第２実施例と同じ手順で行われる。
磁極オフセット量算出ステップＳ４は、第１実施例で説明したステップＳ４１およびステップＳ４２のほか、ステップＳ４３、ステップＳ４４およびステップＳ４５が加わる。
ステップＳ４３はステップＳ４１に先立って行われるものであって、可動子状態量の判定を行う。すなわち、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップＳ４５へ進み、可と判定された場合はステップＳ４１へ進む。
ステップＳ４４はステップＳ４２に先立って行われるものであって、応答比ｒｅｑ（ｔ）の判定を行う。すなわち、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップＳ４５へ進み、可と判定された場合はステップＳ４２へ進む。
ステップＳ４５は、電磁力指令生成ステップＳ１と同様、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を生成する。すなわち、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の振幅が大きくなるように生成し直し、あるいは磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期を短くあるいは長くなるように生成し直し、測定ステップＳ３へ進む。
この手段は、始動時における電動機の可動子位置に応じて、ケーブルテンションや摩擦、コギング力などの外力が変化するような電動機においてきわめて有効な手段であって、例えば、磁極検出運転の開始時は、外力が小さい場合に対応できるくらい磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を十分小さな振幅あるいは十分短い周期とし、小さな振幅あるいは短い周期では、十分な速度が検出されず、あるいは精度良く磁極オフセット量θが同定できないおそれがある場合には、ステップＳ４５を通過する度に、順次この振幅を大きくし、あるいはこの周期を長くするように設定しておけば良い。
【００３８】
このように、測定ステップＳ３において、速度状態量ｖ（ｔ）を測定した結果、可動子状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合、あるいは磁極オフセット量算出ステップＳ４において、応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出した結果、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が零もしくは極めて小さな値であった場合には、電磁力指令生成ステップＳ１に戻って、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の振幅が大きくなるように生成し直し、あるいは磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期を短くあるいは長くなるように生成し直して再び測定ステップＳ３を行うことで、可動子が必要以上に大きく動作することなく、高精度に磁極検出を行うことができる。
【００３９】
［第４実施例］次に、本発明の第４実施例を図９および図１０に基づいて説明する。なお、第１実施例から第３実施例までの説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図９は本発明の第４実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
図１０は本発明の第４実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
第４実施例における電動機の制御装置の構成は、図９に示す通りであって、図１の構成に加え、表示器１２１を有する。磁極オフセット量同定器１１７は後記エラー状態時にエラー信号１２２を出力して磁極検出運転を中止する機能を有し、そのエラー信号１２２に基づいて表示器１２１がエラー状態を外部に出力する機能を有する。
磁極検出運転は、図１０に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器１１７によって行われる。
電磁力指令生成ステップＳ１、スリップ指令生成ステップＳ２、および測定ステップＳ３は、第１実施例から第３実施例までと同じ手順で行われる。
磁極オフセット量算出ステップＳ４は、第１実施例で説明したステップＳ４１、ステップＳ４２、第２実施例で説明したステップＳ４５を有し、第３実施例で説明したステップＳ４３およびステップＳ４４にかわってステップＳ４３’およびステップＳ４４’が加わる。
ステップＳ４３’はステップＳ４１に先立って行われるものであって、可動子状態量の判定を行う。すなわち、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、状態量の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合は異常と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップＳ４５へ進み、異常と判定された場合にはエラー状態として磁極検出運転を中止し、可と判定された場合はステップＳ４１へ進む。
ステップＳ４４’はステップＳ４２に先立って行われるものであって、応答比ｒｅｑ（ｔ）の判定を行う。すなわち、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が零もしくは極めて小さな値であった場合を否と判定し、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合は異常と判定し、それ以外の場合を可と判定し、否と判定された場合はステップＳ４５へ進み、異常と判定された場合にはエラー状態とし、磁極検出運転を中止し、可と判定された場合はステップＳ４２へ進む。
このほか、ステップＳ４３’では、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量をＦＦＴなどの手段によって周波数分析して、その周波数分析結果から求まるスペクトルのうち、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期と異なるピークがあった場合には、異常と判定する手順を附加しても良い。
この手段は、始動時における電動機の可動子位置に応じて、可動子のケーブルテンションやコギング力などの外力が変化するような電動機においてきわめて有効な手段であって、電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常を検出するのに適している。
【００４０】
このように、測定ステップＳ３において、速度状態量ｖ（ｔ）を測定した結果、可動子状態量の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合や、磁極オフセット量算出ステップＳ４において、応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出した結果、応答比ｒｅｑ（ｔ）の値が異常に小さな値あるいは大きな値であった場合や、可動子の位置、速度あるいは加速度の状態量を周波数分析して、その周波数分析結果から求まるスペクトルのうち、磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）の周期と異なるピークがあった場合には、エラー状態とし、磁極検出運転を中止することで、実運転で異常な動作を呈することなく、安定した制御が期待できるとともに、実運転に先立って電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常があった場合には、その異常をいち早く検出することができ、電動機およびその制御対象の安全性が確保される。
【００４１】
［第５実施例］次に、本発明の第５実施例を図１１および図１２に基づいて説明する。なお、第１実施例から第４実施例までの説明と同じ機能を有するものについては、同一の符号を附し、説明は省略する。
図１１は本発明の第５実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
図１２は本発明の第５実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
第５実施例における電動機の制御装置の構成は、図１１に示す通りであって、図９の構成に加えて、フィードバック制御器１１１は後記エラー状態時にエラー信号１２３を出力して実運転を中止する機能を有し、そのエラー信号１２３に基づいて表示器１２１がエラー状態を外部に出力する機能を有する。
磁極検出運転および実運転は、図１２に示すフローチャートに従い、磁極オフセット量同定器１１７およびフィードバック制御器１１１によって行われる。
電磁力指令生成ステップＳ１スリップ指令生成ステップＳ２、測定ステップＳ３および磁極オフセット量算出ステップＳ４は、第１実施例から第４実施例までと同じ手順で行われる。
このステップＳ１からＳ４までを複数回実施するために、繰り返し判定Ｓ５でその繰り返し判定を行う。このようにステップＳ１からステップＳ５までを繰り返し行うことにより、複数の磁極オフセット量θが同定される。ばらつき判定Ｓ６では、これら複数個の磁極オフセット量θのばらつきを判定する。ばらつきが大きい場合には、エラー状態として磁極検出運転を中止し、ばらつきが小さい場合には、磁極検出運転を終了して、実運転に入る。
【００４２】
実運転を開始してからしばらくの間は、電機子位置状態量Φ（ｔ）あるいは速度状態量ｖ（ｔ）を監視しておく。具体的には、フィードバック制御演算するステップＳ７を行った後に、電機子位置状態量Φ（ｔ）あるいは速度状態量ｖ（ｔ）を測定するステップＳ８を行い、ステップＳ９で監視判定を行う。
ステップＳ９では、時刻が一定の時間に達していれば監視終了と判定し、時刻が一定の状態に達していなければ監視継続と判定し、可動子が電磁力指令と逆の方向に動作した場合は異常と判定し、監視終了と判定された場合はこの監視状態から抜けて実運転を継続し、異常と判定された場合にはエラー状態として実運転を中止し、監視継続と判定された場合はステップＳ７へ進む。
この手段は、始動時における電動機の可動子位置に応じて、ケーブルテンションやコギング力などの外力が変化するような電動機においてきわめて有効な手段であって、例えば、電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常を検出するのに適している。
【００４３】
このように、電磁力指令生成ステップＳ１から磁極オフセット量算出ステップＳ４までの手順を複数回行って、磁極オフセット量を複数個算出させて、磁極オフセット量のばらつきが大きかった場合には、エラー状態とし、磁極検出運転を中止することで、実運転で異常な動作を呈することなく、安定した制御が期待できるとともに、実運転に先立って電動機あるいは制御装置の異常や、電動機の制御対象が障害物と接触している状態などの異常があった場合には、その異常をいち早く検出することができ、電動機およびその制御対象の安全性が確保される。また、磁極検出運転を行った後に、実運転を行う場合において、実運転を開始してからしばらくの間は、電機子位置状態量Φ（ｔ）あるいは速度状態量ｖ（ｔ）を監視して、可動子が電磁力指令と逆の方向に動作した場合には、エラー状態とし、実運転を中止することで、実運転で異常な動作を呈したとしても、その異常をいち早く検出することができ、電動機およびその制御装置の安全性が確保される。
【００４４】
なお、第１実施例から第５実施例までに示した電動機は、Ｕ、ＶおよびＷ相の３相巻線を有するリニアモータであったが、これと同様の構成および手順によって、回転型の電動機などに適用できることは言うまでもない。また、制御装置の構成は、図１、図９あるいは図１１の構成に拘束されている必要はなく、同様の機能を有するものであれば、どのような構成をとっていても良い。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の電動機の制御方法は、電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、可動子の電機子位置状態量に基づいて前記電流の電気角指令を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させる電動機の制御方法において、前記電動機の実運転前に前記電動機の磁極オフセット量θを同定する場合には、時刻ｔにおける前記電機子位置状態量をΦ（ｔ）とし、前記電気角指令をψ（ｔ）としたとき、周期が短い周期関数によって磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）を生成する電磁力指令生成ステップＳ１と、時刻ｔの経過とともに一定の範囲で変化するスリップ指令ω（ｔ）を生成するスリップ指令生成ステップＳ２と、所定時間のあいだ、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ（ｔ）と前記スリップ指令ω（ｔ）とに基づいて前記電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させ、前記所定時間のあいだにおける前記可動子の速度状態量ｖ（ｔ）を測定する測定ステップＳ３と、前記可動子の位置、速度あるいは加速度を状態量として、前記磁極検出時電磁力指令Ｔ（ｔ）に対する前記状態量の比から応答比ｒｅｑ（ｔ）を算出して、この応答比ｒｅｑ（ｔ）と前記スリップ指令ω（ｔ）とを比較して前記磁極オフセット量θを同定する磁極オフセット量算出ステップＳ４と、の手順にて磁極検出運転を行い、実運転時では、前記電磁力指令に比例するように通電する電流の大きさを決定して、前記電機子位置状態量Φ（ｔ）と前記磁極オフセット量θとに基づいて前記電気角指令ψ（ｔ）を決定して励磁電流を発生させ、この励磁電流を通電することによって電磁力を発生させるようにしたので、磁極位置センサ、絶対値エンコーダあるいは電流検出器などを使用せずに、磁極検出時に可動子を大きく動かすことなしに、またその逆に磁極検出時に可動子が動いているような場合でも、短時間かつ高精度に磁極検出を行うことができる電動機の制御方法およびその制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施例に基づいて、磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものである。
【図４】本発明の第１実施例に基づいて、磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものであり、図３の一部時間を拡大したものである。
【図５】本発明の第１実施例に基づいて、磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施例に基づいて磁極検出運転を実施したときの結果を時系列データで示したものである。
【図７】磁極オフセット量を同定した結果を示す説明図である。
【図８】本発明の第３実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第５実施例を示す電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５実施例における磁極検出運転の流れを示すフローチャートである。
【図１３】第１従来例を示す説明図である。
【図１４】第２従来例の流れを示すフローチャートである。
【図１５】励磁電流として通電する正弦波を高い周波数とし、第１従来例に基づいて磁極検出したときに現れる励磁電流と可動子速度を時系列データで示したものである。
【符号の説明】
１０１  制御装置
１０２  励磁電流
１０３  電動機
１０４  速度検出器
１０７  積分器
１０８  目標値
１１０  電磁力指令
１１１  フィードバック制御器
１１２  電磁力指令切替器
１１３  電気角切替器
１１４  電流変換器
１１５  加算器
１１７  磁極オフセット量同定器
１２１  表示器
１２２、１２３  エラー信号
ｖ（ｔ）  速度状態量
Φ（ｔ）  電機子位置状態量
θ  磁極オフセット量
Ψ（ｔ）  電気角指令
Ｔ（ｔ）  磁極検出時電磁力指令
ω（ｔ）  スリップ指令
【図１】
0003979102.tif 000002
【図２】
0003979102.tif 000003
【図３】
0003979102.tif 000004
【図４】
0003979102.tif 000005
【図５】
0003979102.tif 000006
【図６】
0003979102.tif 000007
【図７】
0003979102.tif 000008
【図８】
0003979102.tif 000009
【図９】
0003979102.tif 000010
【図１０】
0003979102.tif 000011
【図１１】
0003979102.tif 000012
【図１２】
0003979102.tif 000013
【図１３】
0003979102.tif 000014
【図１４】
0003979102.tif 000015
【図１５】
0003979102.tif 000016