(57)【要約】【課題】絶対値エンコーダによる位相検出信号からコギングトルクの影響を除去して同期電動機のロータ回転位置を精度良く検出し、絶対値エンコーダの取り付け位置を精度良く自動補正する。【解決手段】ステップＳ１では、同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測し、この計測した絶対値エンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする。ステップＳ２では、サーチしたコギングトルクの影響が小さい検出位相に引き込み電流を流し、そのときの絶対値エンコーダの検出位相を計測してロータ回転位置検出値とする。  このロータ回転位置検出値をインバータの位相制御信号と絶対値エンコーダの絶対位置データの原点との位相差分として補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機のロータ軸に絶対値エンコーダを結合し、この絶対値エンコーダでロータ機械角１回転分の位相を検出し、この検出位相をフィードバック信号とするインバータによって同期電動機の回転位置または速度を制御する同期電動機の位置・速度制御装置において、
同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測する手段と、
前記計測した絶対値エンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする手段と、
前記サーチしたコギングトルクの影響が小さい検出位相に引き込み電流を流し、そのときの絶対値エンコーダの検出位相を計測してロータ回転位置検出値とする手段と、
前記ロータ回転位置検出値をインバータの位相制御信号と絶対値エンコーダの絶対位置データの原点との位相差分として補正する手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の位置・速度制御装置。
【請求項２】
絶対値エンコーダの検出位相を計測する手段は、コギングトルクの影響が小さい検出位相の複数点について計測・演算し、平均値を最終的な検出位相とすることを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の位置・速度制御装置。
【請求項３】
コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする前記手段は、
同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測した計測値と、同期電動機を駆動するインバータの位相制御信号との差分を演算し、この差分の平均値を求める手段と、
前記差分データが前記差分の平均値とクロスする位相をコギングトルクの影響が小さい検出位相とする手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の位置・速度制御装置。
【請求項４】
同期電動機のロータ軸に取り付けた絶対値エンコーダによって、ロータの回転位置を検出する方法であって、
同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測するステップと、
前記計測した絶対値エンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチするステップと、
前記サーチしたコギングトルクの影響が小さい検出位相に引き込み電流を流し、そのときの絶対値エンコーダの検出位相を計測してロータ回転位置検出値とするステップと、
を有することを特徴とする同期電動機の回転位置検出方法。
【請求項５】
絶対値エンコーダの検出位相を計測するステップは、コギングトルクの影響が小さい検出位相の複数点について計測・演算し、平均値を最終的な検出位相とすることを特徴とする請求項４に記載の同期電動機の回転位置検出方法。
【請求項６】
コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする前記ステップは、
同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測した計測値と、同期電動機を駆動するインバータの位相制御信号との差分を演算し、この差分の平均値を求めるステップと、
前記差分データが前記差分の平均値とクロスする位相をコギングトルクの影響が小さい検出位相とするステップと、
を有することを特徴とする請求項４に記載の同期電動機の回転位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機の回転位置（位相）や速度をインバータの出力で制御する位置・速度制御装置、および回転位置センサとして絶対値エンコーダを使用した回転位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、絶対値エンコーダを同期電動機（ＰＭモータ）の回転位置センサとし、同期電動機の回転位置（位相）や速度をインバータで制御する位置・速度制御装置の構成例を示す。同図では、永久磁石を界磁源とする同期電動機１のロータ回転位相を絶対値エンコーダ２で検出し、この検出位相をフィードバック信号とするインバータ（電力変換器）３によって同期電動機１の回転位置または速度を制御する。
【０００３】
絶対値エンコーダは、その１回転である分解能を持つ絶対位置コードを発生し、このデータがシリアル通信等によりインバータに送られ、図４のようにインバータ側でロータの回転角に対応するディジタル値またはアナログ信号に変換され、インバータの出力位相制御に使用される。
【０００４】
図５は、同期電動機の速度制御装置の構成例を示す。ＡＳＲ制御部１１は速度指令に速度検出値が追従するように速度制御するもので、通常は比例積分（ＰＩ）演算を行い、演算結果をトルクに比例した電流指令とする。ＡＣＲ制御部１２は電流指令に電流検出が追従するように電流制御するもので、通常はＰＩ演算を行い、演算結果を電圧指令とする。座標変換部１３はエンコーダによる検出位相θにより、電圧指令を逆回転座標変換すると共に、２相／３相変換も行い、これにより２軸成分の直流量の電圧指令を３相交流電圧指令（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に変換する。
【０００５】
ＰＷＭ制御部１４は３相交流の電圧指令をパルス幅変調（ＰＷＭ）する。主回路部１５はＩＧＢＴ等をスイッチング素子としてインバータに構成され、ＰＷＭ指令を電力増幅して、モータ駆動電圧を出力する。電流検出器（ＣＴ）１６は主回路部１５の出力電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。位相演算部１７はエンコーダ２からの絶対値データに対応する位相θに変換する。座標変換部１８は、エンコーダによる位置検出位相θにより、検出電流Ｉｕ，Ｉｖを回転座標変換すると共に３相／２相変換し、電流指令とする。微分演算部１９は検出位相θを時間微分または時間差分演算により検出速度に変換する。
【０００６】
ここで、主回路部（インバータ）１５の位相指令（モータのＵ相巻線を基準）と同期電動機１のロータ軸に取り付けた絶対値エンコーダ２の絶対位置データの原点は、図６のように一致していないため、これを測定し、位相演算部１７に位相補正値として設定し、位相補正を行う。
【０００７】
インバータとエンコーダの位相差の自動計測に、トルクリプルの影響をキャンセルする手法として、エンコーダによる位相検出に対するトルクリプルの影響はモータの機械角３６０°間でキャンセルされることに着目し、機械角３６０°間の位相指令と検出位相との差分値の平均化処理により求めた検出位相から、エンコーダの原点位置を計測するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−４８８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＰＭモータには、永久磁石とステータの相互作用（磁気吸引力）により脈動トルクが発生する。これがコギングトルクといわれているものである。
【０００９】
前記の特許文献１では、インバータの位相制御信号とエンコーダの絶対位置データとの位相差を自動で計測する際に、ある１相の巻線上の制御軸に電流を流して引き込んだ状態から、位相指令によりＰＭモータを回転させてエンコーダの位相信号を計測する。その際、コギングトルクの影響により正確な位相補正が出来ない問題がある。
【００１０】
すなわち、特許文献１では、電流を流して引き込んだ状態から位相指令により回転させて、一定周期でエンコーダの検出位相をサンプルした場合、実際のモータ回転軸の動きとしては、“磁気吸引力の大きな位置に近づくと瞬時に引き込まれる”⇔“しばらく停滞する”の繰り返しの動きとなるため、図７のように、停滞部分の位相を検出する割合が高く、平均化してもコギングトルクの影響を除去しきれない問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、絶対値エンコーダによる位相検出信号からコギングトルクの影響を除去して同期電動機のロータ回転位置を精度良く検出し、絶対値エンコーダの取り付け位置を精度良く自動補正できる同期電動機の位置・速度制御装置、および回転位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記の課題を解決するため、同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測し、この計測した絶対値エンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチし、このコギングトルクの影響が小さい検出位相に引き込み電流を流し、そのときの絶対値エンコーダの検出位相を計測してロータ回転位置検出値とするもので、以下の装置および方法を特徴とする。
【００１３】
（１）同期電動機のロータ軸に絶対値エンコーダを結合し、この絶対値エンコーダでロータ機械角１回転分の位相を検出し、この検出位相をフィードバック信号とするインバータによって同期電動機の回転位置または速度を制御する同期電動機の位置・速度制御装置において、
同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測する手段と、
前記計測した絶対値エンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする手段と、
前記サーチしたコギングトルクの影響が小さい検出位相に引き込み電流を流し、そのときの絶対値エンコーダの検出位相を計測してロータ回転位置検出値とする手段と、
前記ロータ回転位置検出値をインバータの位相制御信号と絶対値エンコーダの絶対位置データの原点との位相差分として補正する手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（２）絶対値エンコーダの検出位相を計測する手段は、コギングトルクの影響が小さい検出位相の複数点について計測・演算し、平均値を最終的な検出位相とすることを特徴とする。
【００１５】
（３）コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする前記手段は、
同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測した計測値と、同期電動機を駆動するインバータの位相制御信号との差分を演算し、この差分の平均値を求める手段と、
前記差分データが前記差分の平均値とクロスする位相をコギングトルクの影響が小さい検出位相とする手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（４）同期電動機のロータ軸に取り付けた絶対値エンコーダによって、ロータの回転位置を検出する方法であって、
同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測するステップと、
前記計測した絶対値エンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチするステップと、
前記サーチしたコギングトルクの影響が小さい検出位相に引き込み電流を流し、そのときの絶対値エンコーダの検出位相を計測してロータ回転位置検出値とするステップと、
を有することを特徴とする。
【００１７】
（５）絶対値エンコーダの検出位相を計測するステップは、コギングトルクの影響が小さい検出位相の複数点について計測・演算し、平均値を最終的な検出位相とすることを特徴とする。
【００１８】
（６）コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする前記ステップは、
同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測した計測値と、同期電動機を駆動するインバータの位相制御信号との差分を演算し、この差分の平均値を求めるステップと、
前記差分データが前記差分の平均値とクロスする位相をコギングトルクの影響が小さい検出位相とするステップと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のとおり、本発明によれば、同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測し、この計測した絶対値エンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチし、このコギングトルクの影響が小さい検出位相に引き込み電流を流し、そのときの絶対値エンコーダの検出位相を計測してロータ回転位置検出値とするため、絶対値エンコーダによる位相検出信号からコギングトルクの影響を除去して同期電動機のロータ回転位置を精度良く検出できる。
【００２０】
また、インバータの位相制御信号（モータのＵ相巻線を基準）とエンコーダの絶対位置データの原点との位相差の自動測定・補正処理を、ＰＭモータのコギングトルク（磁気吸引力）の影響を低減して実施することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示す同期電動機のロータ回転位置検出手順であり、各手順はＣＰＵやプログラムメモリなどのコンピュータ資源を使用したソフトウェアとして実現される。
【００２２】
まず、ステップＳ１では、従来の方法と同様に、同期電動機のある１相の巻線上の制御軸に引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測し、この計測したエンコーダ検出位相から、コギングトルクの影響が小さい検出位相をサーチする。
【００２３】
コギングトルクの影響が小さい検出位相のみをサーチするのは、コギングトルク（磁気吸引力）の大きな位置に引き込み電流を流しても、電流を流している位相と実際の位相が異なることになるので、この位置での測定データは破棄するためである。
【００２４】
次に、ステップＳ２では、ステップＳ１で見つけた“コギングトルクの影響が小さい検出位相”に引き込み電流を流し、その時のエンコーダの検出位相を計測する。
【００２５】
したがって、絶対値エンコーダの位相検出データのうち、コギングトルクの影響が小さい検出位相のみを位相検出データとして使用することにより、コギングトルクの影響を除去して、同期電動機の回転位置を精度良く検出できる。
【００２６】
また、上記の回転位置の計測により、図７におけるインバータの位相制御信号（モータのＵ相巻線を基準）とエンコーダの絶対位置データの原点との位相差データとして、位相演算部１７の演算処理において補正をかけることにより、モータのコギングトルク（磁気吸引力）の影響を低減してエンコーダの取付け位相調整が自動でできる。
【００２７】
なお、位相差検出精度を上げるため、ステップＳ２の計測は、“コギングトルクの影響が小さい検出位相”の複数点について計測・演算し、平均値を最終的な検出位相とし、インバータの位相制御信号との差データとすることができる。
【００２８】
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１における絶対値エンコーダの位相検出データから、コギングトルクの影響が小さい検出位相のサーチ方法を提案する。
【００２９】
まず、図２の（ａ）に示すように、引き込み電流を流した状態で、同期電動機のロータ機械角１回転分の位相を絶対値エンコーダで計測する。
【００３０】
次に、図２の（ｂ）に示すように、同期電動機を駆動するインバータの位相制御信号と計測したエンコーダ検出位相の差分を演算し、コギングトルクによる振動成分を抽出する。この平均値を求めると、差分データが求めた平均値を正から負にクロスする点が、絶対値エンコーダで検出する検出位相から求める“コギングトルクの影響が小さい検出位相”となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態を示す同期電動機のロータ回転位置検出手順図。
【図２】コギングトルクの影響が小さい検出位相のサーチ説明図。
【図３】同期電動機の位置・速度制御装置の構成例。
【図４】絶対値エンコーダの検出位相の波形例。
【図５】同期電動機の速度制御装置の構成例。
【図６】インバータの位相制御信号とエンコーダの位相検出データの例。
【図７】従来のエンコーダによる位相検出方法の説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１  同期電動機
２  絶対値エンコーダ
３  インバータ
【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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