(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段とｄｑ電流制御手段を有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記指令トルク（前記指令電流）をｑ軸電流指令、ｄ軸電流を零とし、前記ｑ軸電流指令に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第１周期区間モードと、
前記指令トルク（前記指令電流）をｄ軸電流指令、ｑ軸電流を零とし、前記ｄ軸電流指令に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、
ｔａｎ-1（前記第１指令電流／第２指令電流）で推定初期磁極検出位置を算出することを特徴とするＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項２】
前記初期磁極推定装置が、前記指令速度に基づいてモード区間の判断処理を行なうモード区間判断手段と、
前記モード区間判断手段の判断結果に基づいて、いずれかのモードを選択するモードスイッチとを備えることを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項３】
前記初期磁極推定装置が、前記第1周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、
前記第１指令電流を記憶する第１メモリ記憶手段とを備え、
前記第1周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第１指令電流を算出することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項４】
前記初期磁極推定装置が、前記第２周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、
前記第２指令電流を記憶する第２メモリ記憶手段とを備え、
前記第２周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第２指令電流を算出することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項５】
前記データ取得用速度区間判断手段が、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行なうことを特徴とする請求項３または４記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項６】
前記指令速度パターン発生手段が、任意の２周期波形を発生することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項７】
前記第１指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであり、
前記第２指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項８】
前記初期磁極推定装置が、初期磁極位置を設定するデフォルト初期磁極位置設定手段を備え、
デフォルト初期磁極位置と前記推定初期磁極位置に基づいて補正初期磁極位置を算出し、
前記補正初期磁極位置を用いてＡＣ同期モータを制御することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項９】
前記ＡＣ同期モータの電気角３６０度をある正の整数ｎで分割し、そのうちのある方向にトルク軸があると仮定して、軸判断用指令速度に基づいて前記ＡＣ同期モータを制御し前記トルク軸の方向を推定することを特徴とする請求項１記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１０】
前記トルク軸の推定が完了するまで、仮定する前記トルク軸の方向を変化させるルーチンによる繰り返しで前記ＡＣ同期モータのトルク軸の方向を推定することを特徴とする請求項９記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１１】
前記ＡＣ同期モータの前記トルク軸の方向を推定した後、前記ＡＣ同期モータの前記初期磁極位置を推定することを特徴とする請求項１または９記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１２】
指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段と３相交流電流制御手段とＡＣ同期モータの相対電気角を検出する電気角検出手段とを有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記検出電気角に０度のシフト角度を加えた（位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、
前記検出電気角に９０度のシフト角度を加えた（９０度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、
前記第１指令電流と前記第２指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出することを特徴とするＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１３】
請求項２〜１１のいずれか１項記載の手段を有し、または、方法を実施することを特徴とする請求項１２記載のＡＣ同期モータの初期磁極推定装置。
【請求項１４】
前記ＡＣ同期モータが、回転モータまたはリニアモータであることを特徴とする請求項１または１２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永久磁石型ＡＣ同期モータにおいて磁極センサ（ポールセンサ）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同期モータを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、正しい検出初期磁極位置の情報に基づき、ＡＣ同期モータが指令通りに動く。検出初期磁極位置の情報がＡＣ同期モータの磁極位置と±９０度ずれた場合には、トルクが発生しないためＡＣ同期モータが動かないことと、±９０度以上ずれた場合には指令に対して逆走されること等の問題が生じる。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。初期磁極位置のずれ角と発生トルク（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１６で示している。
Ｔ＝ Ｔm × ｃｏｓ（θerror）                                     （１）
ここで、Ｔは発生トルク、
Ｔmはトルクの最大値、
θerrorは初期磁極位置のずれ角である。
特開平６−１５３５７６の従来技術は、任意の初期磁極位置角に相当する電圧を印加して、その時のモータ回転方向とモータ回転速度の情報から初期磁極位置の推定演算を行う。これを繰り返すことにより正しい初期磁極位置を探して行く初期磁極推定方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術は初期磁極位置の広い推定誤差範囲から狭い推定誤差範囲へ接近しながらＡＣ同期モータの初期磁極位置の真値を推定する試行錯誤的な繰り返し方法で、
▲１▼正確な初期磁極位置を推定できないこと（磁極位置の推定精度範囲が±３０°以内）、
▲２▼初期磁極位置の推定中にモータの動く範囲が大きくなる可能性があること、
▲３▼推定時間が長くかかる可能性があること、
▲４▼大きな静止摩擦やコギングなどの外乱が存在する負荷への適用が難しいこと、
等が問題になった。
そこで、本発明は
▲１▼ 短い時間で磁極位置推定が出来ること、
▲２▼ モータの動く範囲を自由に設定できること、
▲３▼ モータの動く範囲を最小限に抑えできること、
▲４▼ 外乱又は大きなコギングトルクが存在した負荷でも適用可能であること、
▲５▼ 初期磁極位置の真値が正確に推定できること、
で、ＡＣ同期モータの性能及び特性を生かすことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段とｄｑ電流制御手段を有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、
任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、
前記指令トルク（前記指令電流）をｑ軸電流指令、ｄ軸電流を零とし、前記ｑ軸電流指令に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第１周期区間モードと、
前記指令トルク（前記指令電流）をｄ軸電流指令、ｑ軸電流を零とし、前記ｄ軸電流指令に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、
ｔａｎ-1（前記第１指令電流／第２指令電流）で推定初期磁極検出位置を算出する算出するものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、前記指令速度に基づいてモード区間の判断処理を行なうモード区間判断手段と、前記モード区間判断手段の判断結果に基づいて、いずれかのモードを選択するモードスイッチとを備えるものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、前記第1周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、前記第１指令電流を記憶する第１メモリ記憶手段とを備え、前記第1周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第１指令電流を算出するものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、前記第２周期区間モードでの前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、前記第２指令電流を記憶する第２メモリ記憶手段とを備え、前記第２周期区間モードは、前記データ取得用速度区間判断手段の判断結果に基づいて前記第２指令電流を算出するものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３または４記載における前記データ取得用速度区間判断手段が、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行なうものである。
請求項６に記載の発明は、前記指令速度パターン発生手段が、任意の２周期波形を発生するものである。
【０００５】
請求項７に記載の発明は、請求項１記載における前記第１指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであり、前記第２指令電流が、最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流のうちのいずれかであるものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１記載における前記初期磁極推定装置が、初期磁極位置を設定するデフォルト初期磁極位置設定手段を備え、デフォルト初期磁極位置と前記推定初期磁極位置に基づいて補正初期磁極位置を算出し、前記補正初期磁極位置を用いてＡＣ同期モータを制御するものである。
【０００６】
請求項９に記載の発明は、請求項１記載における前記ＡＣ同期モータの電気角３６０度をある正の整数ｎで分割し、そのうちのある方向にトルク軸があると仮定して、軸判断用指令速度に基づいて前記ＡＣ同期モータを制御し前記トルク軸の方向を推定するものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項９記載における前記トルク軸の推定が完了するまで、仮定する前記トルク軸の方向を変化させるルーチンによる繰り返しで前記ＡＣ同期モータのトルク軸の方向を推定するものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜９記載における前記ＡＣ同期モータの前記トルク軸の方向を推定した後、前記ＡＣ同期モータの前記初期磁極位置を推定するものである。
【０００７】
請求項１２に記載の発明は、指令速度に基づいて指令トルク（指令電流）を算出する速度制御手段と３相交流電流制御手段とＡＣ同期モータの相対電気角を検出する電気角検出手段とを有し、磁極検出器を用いないＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、任意の指令速度パターン波形を発生する指令速度パターン発生手段と、前記検出電気角に０度のシフト角度を加えた（位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第１指令電流を算出しメモリに記憶する第1周期区間モードと、前記検出電気角に９０度のシフト角度を加えた（９０度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流とし、前記指令電流に基づいて第２指令電流を算出しメモリに記憶する第２周期区間モードとを備え、前記第１指令電流と前記第２指令電流に基づいて、推定初期磁極位置を算出するものである。
請求項１３に記載の発明は、請求項２〜１１のいずれか１項記載の手段を有し、または、方法を実施するものである。
請求項１４に記載の発明は、請求項１または１２記載における前記ＡＣ同期モータが、回転モータまたはリニアモータであるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明が扱う初期磁極推定装置を含めた速度制御の概略ブロック図である。図１において、指令トルク通りに電流制御手段６とＰＷＭ電力変換装置７でＡＣモータ１１を駆動する。ＡＣ同期モータ１１は磁極センサ（ポールセンサ）を持たないＡＣ回転モータ又はＡＣリニアーモータである。ＡＣモータ１１の電流Ｉfb を電流検出手段１２で検出し、ＡＣモータの相対電気角（相対位置）θfb を電気角検出手段（エンコーダ）１３で検出する。検出速度演算手段１４は電気角検出手段１３で検出された検出電気角θfb から検出速度ωfb を計算する。本発明の初期磁極推定装置及び方法１は指令速度を発生し、速度制御手段８で指令速度と検出速度の情報から指令トルクを演算し、指令トルクの情報から本発明の初期磁極推定装置及び方法で処理を行ってＡＣ同期モータの推定初期磁極位置を得る。
【０００９】
図２は本発明の実施の形態に係るＡＣ同期モータの初期磁極方法を含めたｄｑ電流制御（ベクトル制御）に基づく速度制御ブロック図である。
図３〜図４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詳細ブロック図である。
図５〜図８は本発明の実施の形態に係る２周期分波形を持つ指令速度パターンに関する図で、
図５は台形波の指令速度パターン、
図６は三角波の指令速度パターン、
図７は矩形波の指令速度パターン、
図８はゼロ速波の指令速度パターンである。
但し、加減速区間での指令速度増減パターンは任意であるが、ここでは１次増減関数を用いて説明する。
図９は図３〜図４に示す初期磁極推定方法の詳細ブロック図でのモードスイッチに関する図である。
図１０〜図１１は本発明の実施の形態に係る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５〜図８に示す２周期分の指令速度パターンに対する区間は下記のように定義する。
▲１▼  ｔ10 〜ｔ20 は第１周期区間、ｔ20 〜ｔ30 は第２周期区間である。これらを表1で示す。
【表１】
0004239372.tif 000002
▲２▼  ｔ10 〜ｔ11 はゼロ速スタート区間、ｔ14 〜ｔ15 は休止区間、ｔ18 〜ｔ21 はモード切り替え区間、ｔ24 〜ｔ25 は休止区間、ｔ28 〜ｔ30 ゼロ速エンド区間であり、以上はゼロ速区間（ゼロ速スタート区間、休止区間、モード切り換え区間、ゼロ速エンド区間で構成）であり、それらの区間を休止区間でも称える。これらを表２で示す。
【表２】
0004239372.tif 000003
▲３▼ ｔ11 〜ｔ12、ｔ13 〜ｔ14、ｔ15 〜ｔ16、ｔ17 〜ｔ18、ｔ21 〜ｔ22、ｔ23〜ｔ24、ｔ25 〜ｔ26、ｔ27 〜ｔ28 は加減速区間であり、これらを表３で示す。
【表３】
0004239372.tif 000004
▲４▼ ｔ12 〜ｔ13、ｔ15 〜ｔ16、ｔ22 〜ｔ23、ｔ25 〜ｔ26 は一定速区間であり、これらを表４で示す。
【表４】
0004239372.tif 000005
【００１０】
上記で定義された各々区間において、用途に合わせて区間に対する時間設定を行うことで、台形波の基本波形（設定時間Ｉ）〜応用波形（設定時間II〜設定時間IV、その他）等が考えられる。これらは表５で示す。
【表５】
0004239372.tif 000006
ここで、5ms、50ms、500ms の時間は任意設定値、指令速度振幅値の 50 は任意設定値で単位は r/min（回転モータの場合）又は mm/sec（リニアモータの場合）である。
磁極推定用データを取得するために設けたデータ取得用速度区間は、上記で求めた指令速度パターンに基づき、表６に示す様々な区間から選択できる。これらは表６で示す。
【表６】
0004239372.tif 000007
ここで、○はデータ取得用速度区間の設定可能、
×は設定不可能を示す。
データ取得用速度区間で得られる磁極推定用取得データの種類は、下記の三つから設定できる。
▲１▼  第１と第２最大指令トルク（第１と第２最大指令電流）
▲２▼  第１と第２平均指令トルク（第１と第２平均指令電流）
▲３▼  第１と第２瞬時指令トルク（第１と第２瞬時指令電流）
第１指令電流と第２指令電流は磁極推定用取得データ種類の設定で最大指令トルクと平均指令トルクと瞬時指令トルクから選択ができ、各々データの取得演算は下記の式（２）〜（７）で行う。
Ｉ1 max*  ＝  ＭＡＸ（Ｉ1*[k]）            （２）
Ｉ2 max*  ＝  ＭＡＸ（Ｉ2*[k]）            （３）
Ｉ1 ave*  ＝  Σ（Ｉ1*[k]）／ｋ            （４）
Ｉ2 ave*  ＝  Σ（Ｉ2*[k]）／ｋ            （５）
Ｉ1 inst*[k]  ＝  Ｉ1*[k]                   （６）
Ｉ2 inst*[k]  ＝  Ｉ2*[k]                   （７）
ここで、Ｉ1 max*とＩ1 max* は第１と第２最大指令電流、
Ｉ1 ave*とＩ1 ave* は第１と第２平均指令電流、
Ｉ1 inst*[k]とＩ1 inst*[k] は第１と第２瞬時指令電流、
ＭＡＸは最大値の演算関数、
ｋ は任意データ数である。
【００１１】
以下、ｄｑ電流制御と下記設定に基づく実施例で、本発明の初期磁極推定方法を説明する。
a.  設定１：２周期分の指令速度 ⇒ 台形波の指令速度パターン
b.  設定２：データ取得用速度区間 ⇒ 正の一定速区間
c.  設定３：磁極推定用取得データ ⇒ 最大指令トルク（最大指令電流）
本発明の実施の形態は、図２に示すＡＣ同期モータのｄｑ電流制御手段における速度制御ループで、図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、直流電圧７４を任意の交流電圧に変換するＰＷＭ電力変換手段７２でＡＣ同期モータ１１を駆動し、３相電流検出器１２でＡＣ同期モータの３相電流を検出し、電気角検出器１３でＡＣ同期モータの相対電気角を検出し、電気角の情報を用いた３相／２相座標変換計算手段６１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。検出速度計算手段１４で検出電気角θを用いて検出速度ωの演算を行う。電流誤差計算手段６２で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、２相電流比例積分制御部６３で電流誤差に２相比例積分ゲインを掛けて２相指令電圧を計算し、電気角の情報を用いた２相／３相座標変換計算手段６４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ゲートパルス発生手段７１で３相指令電圧を三角波の搬送波７２と比較してＰＷＭゲートパルスを演算し、それらのパルスを前記ＰＷＭインバータ７３に出力する。次のステップとして、指令速度パターン発生手段１０１で台形波の指令速度パターンを発生させ、速度偏差計算手段８１で指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算し、速度ゲイン制御部８２ で速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する。モード区間判断手段１０２で台形波の指令速度から第１周期区間と第２周期区間のモード区間判断を行い、その判断結果に従ってモードスイッチ１０４でモード区間の切り換え動作を行う。第１周期区間から第２周期区間へ切り替えを行うとき（速度制御手段から演算された指令電流がｑ軸指令電流への入力からｄ軸指令電流への入力になる動作）には、必ずゼロ速区間であるモード切り替え区間で行うように設ける。その理由はゼロ速区間以外の区間（例えば、加減速区間、一定速区間）でモード切り替えを行う場合に速度積分ゲインにより溜まった成分（積分項）で異常動作現象がおきやすいためである。即ち、ｔ18〜ｔ21の間でモードスイッチによるモード切り換えを行う。又、モードスイッチによるモード切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項をクリアするように設ける。第１周期区間を選択した場合、ｑ軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク（指令電流）を入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する。加速区間判断手段１１０２で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第１最大指令トルク（第１最大指令電流）を計算し、第１メモリ記憶手段１１０４でメモリに記憶する。第２周期区間を選択した場合、ｑ軸指令電流にはゼロを入力し、ｄ軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク（指令電流）を入力する。加速区間判断手段１２０２で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第２最大指令トルク（第２最大指令電流）を計算し、第２メモリ記憶手段１２０４でメモリに記憶する。指令速度の第２周期区間以後（ｔ30〜）では、メモリに記憶された第１最大指令電流デ���タと第２最大指令電流データをメモリ呼び出し手段１０６でメモリから呼び出し、呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データからデータ偏差過大判断手段１０６Ａでデータ過大判断を行う。その後、呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データの情報から式（８）の推定初期磁極計算手段１０７で推定初期磁極位置θestの演算を行う。但し、メモリに記憶する時の第１と第２指令電流データ（Ｉ1 data*、Ｉ2 data*）は呼び出された第１と第２指令電流データ（Ｉ1 data* call、Ｉ2 data* call）は同じ値である。
a.  メモリのルーチンＩ：Ｉ1 data* → メモリ → Ｉ2 data* call
b.  メモリのルーチンII：Ｉ2 data* → メモリ → Ｉ2 data* call
θest ＝ ＦＮＣ（Ｉ1 data*、Ｉ2 data*）
＝ ｔａｎ- 1 （Ｉ1 data*／Ｉ2 data*）
＝ ｔａｎ- 1 （第１最大指令電流／第２最大指令電流）          （８）
ここで、θest は推定初期磁極位置、ＦＮＣ は任意関数、Ｉ1 data* は第１指令電流データ（第１指令トルクデータ）、Ｉ2 data* は第２指令電流データ（第２指令トルクデータ）である。最後に、式（９）を用いた補正初期磁極演算手段１０９で推定初期磁極位置θestをデフォルト初期磁極位置設定手段１０８で設定されたデフォルト初期磁極位置θ0に加えて、補正初期磁極位置θcompの演算を行う。
θcomp ＝ θ0 ＋ θest          （９）
ここで、θcomp は補正初期磁極位置、θ0 は初期設定のデフォルト初期磁極位置（任意値）である。推定初期磁極位置の演算に用いる第１指令電流データと第２指令電流データが最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流である場合、下記の式（１０）〜（１２）で推定初期磁極位置θest （θest max、θest ave、θest inst）を求める。
θest max ＝ ｔａｎ- 1 （Ｉ1 max* ／Ｉ2 max*）          （１０）
θest ave ＝ ｔａｎ- 1 （Ｉ1 ave*／Ｉ2 ave*）          （１１）
θest inst ＝ Σ（ｔａｎ- 1 （Ｉ1 inst*[k]／Ｉ2 inst*[k]））／ｋ        （１２）
【００１２】
図１２は、本発明の実施形態に係わるトルク軸または磁束軸の領域を判断するためのフローチャートである。
図１３は、図１２のフローチャートにおけるＳ１０８の「トルク軸の方向判断用サブルーチン」に関するフローチャートである。
図１４は、図１３のフローチャートの（Ａ）の部分に続くフローチャートである。
図１５は、本発明の実施形態に係わる３６０度を８分割し、各方向を表わす図である。
ＡＣ同期モータのトルク軸の方向判断処理を含めて、上記で述べた初期磁極の推定演算手段に対する手順を下記のよう示す。
まず、図１２のフローチャートに基づいて次のようにトルク軸の方向（領域）を判断する。
【００１３】
＜トルク軸の方向（領域）判断用メインルーチン＞
・ Ｓ１００：デフォルト初期磁極位置（現在設定の初期磁極位置）をゼロに設定する。また、safe#area判定フラグを0に設定する。Ｓ１０１へ進む。
・ Ｓ１０１：指令速度波形発生手段により発生させた波形の第1周期分を軸判断用指令速度パターンとして入力する。Ｓ１０２へ進む。
・ Ｓ１０２：速度偏差演算手段により、軸判断用指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算する。Ｓ１０３へ進む。
・ Ｓ１０３：速度比例積分制御部により、速度偏差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する。但し、トルク軸の方向を切り換えた瞬間には速度積分ゲインの積分項をクリアする。Ｓ１０４へ進む。
・ Ｓ１０４：ｑ軸指令電流には指令トルク（指令電流）を入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する。Ｓ１０５へ進む。
・ Ｓ１０５：速度偏差過大判断手段による結果が「速度偏差≧速度偏差制限レベル」ならば、Ｓ１０７へ進む。そうでなければ、Ｓ１０６へ進む。
・ Ｓ１０６：指令速度終了ならば、Ｓ１０８へ進む。そうでなければ、Ｓ１０１へ進む。
・ Ｓ１０７：sp#errに１を代入する。Ｓ１０８へ進む。
・ Ｓ１０８：「トルク軸の方向判断用サブルーチン」で指令トルク（指令電流）を流す方向を決定する。Ｓ１０９へ進む。
・  Ｓ１０９：safe#area判定フラグが０ならば、Ｓ１１０へ進む。1ならば、Ｓ１１１へ進む。
・  Ｓ１１０：指令速度を最初から入力し直す。Ｓ１０１へ進む。
・  Ｓ１１１：「初期磁極推定ルーチン」のステップ１へ進む。
＜トルク軸の方向判断用サブルーチン＞
・Ｆ１：図１５において▲１▼の方向にＡＣ同期モータのトルク軸があると仮定(θ０を０度に設定)する。O.K.ならば、Ｆ１１へ進む。N.G.ならば、Ｆ１２へ進む。
・Ｆ１０：図１５において▲４▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を１３５度に設定)する。O.K.ならば、Ｆ１０１へ進む。N.G.ならば、Ｆ１０２へ進む。
・Ｆ１１：図１５において▲８▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を３１５度に設定)する。O.K.ならば、Ｆ１１１へ進む。N.G.ならば、Ｆ１１２へ進む。
・Ｆ１２：すぐにトルク軸判断用指令速度を０にして、次の軸判断用指令速度までの間、何もしない。Ｆ１０へ進む。
・Ｆ１００：図１５において▲５▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を１８０度に設定)する。O.K.ならば、Ｆ１００１へ進む。N.G.ならば、Ｆ１００２へ進む。
・Ｆ１０１：図１５において▲３▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を９０度に設定)する。O.K.ならば、Ｆ１０１１へ進む。N.G.ならば、Ｆ１０１２へ進む。
・Ｆ１０２：すぐに軸判断用指令速度を０にして、次の軸判断用指令速度までの間、図１５において▲６▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を２２５度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、Ｆ１００へ進む。
・Ｆ１１０：図１５において▲３▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を９０度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１１１：図１５において▲７▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を２７０度に設定)する。O.K.ならば、Ｆ１１１１へ進む。N.G.ならば、Ｆ１１１２へ進む。
・Ｆ１１２：すぐに軸判断用指令速度を０にして、次の軸判断用指令速度までの間、図１５において▲２▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を４５度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、Ｆ１１０へ進む。
・Ｆ１０００：図１５において▲８▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を３１５度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１００１：図１５において▲７▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を２７０度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１００２：すぐに軸判断用指令速度を０にして、次の軸判断用指令速度までの間、図１５において▲７▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を２７０度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、Ｆ１０００へ進む。
・Ｆ１０１０：図１５において▲６▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を２２５度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１０１１：図１５において▲２▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を４５度に設定)する。O.K.ならば、Ｆ１０１１１へ進む。N.G.ならば、Ｆ１０１１２へ進む。
・Ｆ１０１２：すぐに軸判断用指令速度を０にして、次の軸判断用指令速度までの間、図１５において▲５▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を１８０度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、Ｆ１０１０へ進む。
・Ｆ１１１０：図１５において▲２▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を４５度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１１１１：図１５において▲１▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を０度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１１１２：すぐに軸判断用指令速度を０にして、次の軸判断用指令速度までの間、図１５において▲１▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を０度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、Ｆ１１１０へ進む。
・Ｆ１０１１０：図１５において▲５▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を１８０度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１０１１１：図１５において▲４▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を１３５度に設定)し、safe#area判定フラグを１に設定する。
・Ｆ１０１１２：すぐに軸判断用指令速度を０にして、次の軸判断用指令速度までの間、図１５において▲４▼の方向にトルク軸があると仮定(θ０を１３５度に設定)する。次の軸判断用指令速度が来たら、Ｆ１０１１０へ進む。
【００１４】
＜初期磁極推定ルーチン＞
・ステップ１：デフォルト初期磁極位置θ0 は任意角として設定する（Ｅ１０１）。
・ステップ１Ａ：データ偏差制限レベルの設定を行う（Ｅ１０１Ａ）。
・ステップ２：指令速度パターン発生手段では、指令速度パターンの設定（指令速度の振幅値、加速区間時間、一定速区間時間、休止区間時間、モード切り換え区間時間）を行い、適用する応用分野に最適な指令速度パターン（台形波、三角形、矩形波、ゼロ速波、正弦波）を発生する（Ｅ１０２，Ｅ１０５）。
・ステップ３：Ｅ１０２で求めた指令速度パターンに基づき、データ取得用速度区間（表２を参考）とそのデータ取得用速度区間で得られる磁極推定用取得データ（最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流）の設定を行う（Ｅ１０３，Ｅ１０４）。
・ステップ４：指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算する（Ｅ１０６）。
・ステップ５：速度偏差に速度ゲイン（速度比例ゲイン、速度比例積分ゲイン、速度積分ゲインのいずれか一つ）を乗じ、指令トルク（指令電流）を演算する（Ｅ１０７）。
・ステップ６：モード区間判断手段で指令速度からでモード区間（第１周期区間と第２周期区間）の判断処理を行い、その結果に従って第１周期区間から第２周期区間に切り替え動作をモードスイッチで行う（Ｅ１０９）。
・モードスイッチによるモード切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項処理（積分項のクリア、ホールド、その他）を速度積分処理手段で行う（Ｅ１０８）。
・ステップ７：Ｅ１０９で求めた第１周期区間にはステップ８Ａ〜ステップ８Ｃ（Ｅ１１０１〜Ｅ１１０４）までの動作を行い、又、Ｅ１０７で求めた第２周期区間にはステップ９Ａ〜ステップ９Ｃ（Ｅ１２０１〜Ｅ１２０５）までの動作を行う。
・ステップ８Ａ：ｑ軸指令電流にはステップ５で演算された指令トルク（指令電流）を入力し、ｄ軸指令電流にはゼロを入力する（Ｅ１１０１）。
・ステップ８Ｂ：指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第１指令電流データ（第１指令トルクデータ）の演算を行う（Ｅ１１０２、Ｅ１１０３）。
・ステップ８Ｃ：第１指令電流データを第１メモリ記憶手段でメモリに記憶する（Ｅ１１０４）。
・ステップ９Ａ：ｑ軸指令電流にはゼロを入力し、ｄ軸指令電流にはステップ５で演算された指令トルク（指令電流）を入力する（Ｅ１２０１）。
・ステップ９Ｂ：指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第２指令電流データ（第２指令トルクデータ）の演算を行う（Ｅ１２０２、Ｅ１２０３）。
・ステップ９Ｃ：第２指令電流データを第２メモリ記憶手段でメモリに記憶する（Ｅ１２０４）。
・ステップ１０：指令速度の第２周期区間終了以後、メモリから第１と第２指令電流データを呼び出す（Ｅ１２０５、Ｅ１１０）。
・ステップ１１：Ｅ１１０で呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データとの差分をデータ偏差として演算する（Ｅ１１１０）。
・ステップ１２：データ偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差≧データ偏差制限レベル」である場合は、予め定めた位相へ変更を行った後、Ｅ１０５から再度処理演算を行う（Ｅ１１２０、Ｅ１１３０）。
・ステップ１０Ｃ：データ偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差＜データ偏差制限レベル」である場合は、Ｅ１１０で呼び出した第１指令電流データと第２指令電流データを用い、式（８）を用いた推定初期磁極計算手段で推定初期磁極位置の演算を行う（Ｅ１１１）。
・ステップ１３：式(９)を用いた補正初期磁極演算手段で、推定初期磁極位置θestをデフォルト初期磁極位置θ0に加えて補正初期磁極位置θcompの演算を行う（Ｅ１１２）。
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、１）短い推定時間で正確な初期磁極位置推定が出来、２）トルク損失を最初現に抑えて最大トルクを出すことが出来、３）モータの動く範囲を最小限に抑えることが出来るという効果がある。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、
1)   短い推定時間で正確な初期磁極位置推定が出来ることと、
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と、
3)   モータの動く範囲を最小限に押さえることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が扱う初期磁極推定装置を含めた速度制御の概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＡＣ同期モータの初期磁極方法を含めたｄｑ電流制御（ベクトル制御）に基づく速度制御ブロック図である。
【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る詳細ブロック図である。
【図４】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詳細ブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る２周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（台形波）に関する図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る２周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（三角波）に関する図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る２周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（矩形波）に関する図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る２周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（ゼロ速波）に関する図である。
【図９】図３に示す初期磁極推定方法の詳細ブロック図での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１１】本発明の実施の形態に係る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１２】本発明の実施形態に係わるトルク軸または磁束軸の領域を判断するためのフローチャートである。
【図１３】図１２のフローチャートにおけるＳ１０８の「トルク軸の方向判断用サブルーチン」に関するフローチャートである。
【図１４】図１３のフローチャートの（Ａ）の部分に続くフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態に係わる３６０度を８分割し、各方向を表わす図である。
【図１６】初期磁極位置のずれ角と発生トルク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  搬送三角波電圧
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相、ｂ相、ｃ相の指令電圧
Ｖa，Ｖb，Ｖc  ３相座標に於いてａ相、ｂ相、ｃ相のインバータの出力電圧
Ｔ*  指令トルク
Ｉ*  指令電流
Ｔm, Ｔ, 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ｑ軸とｄ軸の指令電流
Ｉa，Ｉb，Ｉc  ３相座標に於いてａ相、ｂ相、ｃ相の実際電流
Ｉafb，Ｉbfb，Ｉcfb  ３相座標に於いてａ相、ｂ相、ｃ相の検出電流
ΔＩq，ΔＩd  ２相座標に於いてｑ軸とｄ軸の電流誤差
Ｉ1 data*，Ｉ2 data*  第１指令電流データと第２指令電流データ
Ｉ1 data* call，Ｉ2 data* call  呼び出し第１指令電流データと呼び出し第２指令電流データ
Ｉ1 max*、Ｉ2 max*  第１最大指令電流、第２最大指令電流
Ｉ1 ave*、Ｉ2 ave*  第１平均指令電流、第２平均指令電流
Ｉ1 inst*[k]、Ｉ2 inst*[k]  ｋ時点での第１瞬時指令電流、ｋ時点での第２瞬時指令電流
θerror  初期磁極位置のずれ角
θ0  初期設定時のデフォルト初期磁極位置
θest、θcomp  推定初期磁極位置、補正初期磁極位置
θest max、θest ave、θest inst  最大指令電流で計算された推定初期磁極位置、平均指令電流で計算された推定初期磁極位置、瞬時指令電流で計算された推定初期磁極位置
ω*， ωfb  指令速度と検出速度
Δω  速度偏差
ＭＡＸ  最大値演算関数
ＦＮＣ  任意関数
ＡＢＳ  絶対値演算関数
Ｇａｕ, Ｇｂｕ, Ｇｃｕ, Ｇａｄ, Ｇｂｄ, Ｇｃｄ  ＰＷＭインバータのゲート６パルス
sp#err  速度偏差判定フラグ
safe#area  軸方向判定フラグ
１  本発明の初期磁極推定装置及び方法
６  電流制御手段
７  ＰＷＭ電力変換装置
８  速度制御手段
１１  ＡＣ同期モータ（回転モータ又はリニアモータ）
１２  三相交流電流検出器（ＣＴ）
１３  エンコーダ
１４  検出速度演算手段
１５  補正初期磁極位置演算手段
６１  ３／２座標変換計算手段
６２  減算器（電流誤差計算手段）
６３  電流比例積分制御部
６４  ２／３座標変換計算手段
７１  ＰＷＭゲートパルス発生器
７２  三角搬送波
７３  ＰＷＭインバータ
７４  直流電源装置
８１  減算器（速度偏差計算手段）
８２  速度ゲイン制御部
１０１   指令速度パターン発生手段
１０２  モード区間判断手段
１０３  速度積分ゲインの処理手段
１０４  モードスイッチ
１１０１  第１周期区間（ｑ軸指令電流←指令トルク、ｄ軸指令電流←０）
１１０２  データ取得用速度区間判断手段
１１０３  第１指令電流演算手段
１１０４  第１メモリ記憶手段
１２０１  第２周期区間（ｑ軸指令電流←０、ｄ軸指令電流←指令トルク）
１２０２  データ取得用速度区間判断手段
１２０３  第２指令電流演算手段
１２０４  第２メモリ記憶手段
１０５  指令速度終了判断手段
１０６  メモリ呼び出し手段
１０６Ａ  データ偏差過大判断手段
１０７  推定初期磁極位置演算手段
１０８  デフォルト初期磁極位置設定手段
１０９  補正初期磁極位置演算手段
【図１】
0004239372.tif 000008
【図２】
0004239372.tif 000009
【図３】
0004239372.tif 000010
【図４】
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【図５】
0004239372.tif 000012
【図６】
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【図７】
0004239372.tif 000014
【図８】
0004239372.tif 000015
【図９】
0004239372.tif 000016
【図１０】
0004239372.tif 000017
【図１１】
0004239372.tif 000018
【図１２】
0004239372.tif 000019
【図１３】
0004239372.tif 000020
【図１４】
0004239372.tif 000021
【図１５】
0004239372.tif 000022
【図１６】
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