JP2001204190A - 初期磁極位置推定装置その誤差調整方法 - Google Patents
初期磁極位置推定装置その誤差調整方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エンコーダを同期モータに取り付けた時に存
在する磁極位置のずれを正確に推定してエンコーダの取
りつけ時間の短縮化と取りつけ精度の向上を図る。 【解決手段】 回転子の初期磁極位置を演算する手段を
備えた同期モータの初期磁極位置推定値に基づくその誤
差調整装置において、２相指令電流の中で指令トルク電
流はゼロに設定し、指令磁束電流は任意の有限な繰り返
し波形に設定し（４５〜４８）、検出速度から角加速度
を計算し（５１）、指令磁束電流と検出速度と角加速度
とモータのイナーシャと粘性摩擦と摩擦トルクとの情報
からモータ運動方程式で発生トルクを推定し、この推定
トルクをトルク定数で割ってトルク電流を推定し、指令
磁束電流と推定トルク電流を用いて磁束電流を推定し、
推定磁束電流と推定トルク電流を用いて初期磁極位置を
推定し（５４）、その結果を表示させる（５６）。
在する磁極位置のずれを正確に推定してエンコーダの取
りつけ時間の短縮化と取りつけ精度の向上を図る。 【解決手段】 回転子の初期磁極位置を演算する手段を
備えた同期モータの初期磁極位置推定値に基づくその誤
差調整装置において、２相指令電流の中で指令トルク電
流はゼロに設定し、指令磁束電流は任意の有限な繰り返
し波形に設定し（４５〜４８）、検出速度から角加速度
を計算し（５１）、指令磁束電流と検出速度と角加速度
とモータのイナーシャと粘性摩擦と摩擦トルクとの情報
からモータ運動方程式で発生トルクを推定し、この推定
トルクをトルク定数で割ってトルク電流を推定し、指令
磁束電流と推定トルク電流を用いて磁束電流を推定し、
推定磁束電流と推定トルク電流を用いて初期磁極位置を
推定し（５４）、その結果を表示させる（５６）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面磁石形ＡＣ同
期モータのエンコーダの取り付けによる初期磁極位置誤
差を推定し、ソフト的にその誤差を調整するＡＣ同期モ
ータの初期磁極位置推定装置及びその誤差調整装置に関
するものである。
期モータのエンコーダの取り付けによる初期磁極位置誤
差を推定し、ソフト的にその誤差を調整するＡＣ同期モ
ータの初期磁極位置推定装置及びその誤差調整装置に関
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、検
出初期磁極位置の情報を基にしてＡＣ同期モータが正し
く動く。検出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（電力損失）ため、ＡＣ同期モータが動かな
いことになる問題が生じる。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同期モータとエンコーダとの取り付けの機械的位置
合わせ方法と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との関係を式（１）で示
している。 Ｔ＝ Ｔm × ｃｏｓθerror ・・・（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。 エンコーダ取り付け・調整の従来方法Ｉは機械的位置合
わせ方法で、一般的に下記の手順で調整を行っている。 ・ステップ１：ＡＣ同期モータに直流励磁をかける（Ｕ
相に負「−」極、Ｖ相とＷ相に正「＋」極）。 ・ステップ２：ステップ１によりＡＣ同期モータは任意
方向に動いた後、所定の位置（励磁電流の方向）でロッ
クされる。 ・ステップ３：ＡＣ同期モータの固定子（ステータ）側
の基準点（Ｕ相）にエンコーダの基準点と合わせ、ステ
ップ２でのＡＣ同期モータロック状態（モータの初期磁
極位置）をエンコーダの原点とする。 ・ステップ４：回転子（ロータ）の初期磁極位置に対し
て、取りつけるエンコーダの出力信号（初期磁極位置検
出）が一致する位置までエンコーダを回転させ、その状
態で両者（エンコーダ、モータ）の回転子側と固定子側
のそれぞれを固定する。 ・ステップ５：外部駆動で、モータを回転しながらＥＭ
Ｆ波形とエンコーダからの初期磁極位置情報を比較し
て、一致しなければ取り付けの再調整を行う。 上記の従来技術以外に、特開平６−１５３５７６号公報
に開示された従来技術Ｉは、任意の初期磁極位置に相当
する電圧を印可し、その時のモータの回転方向から前記
初期磁極位置に補正初期磁極位置を加える。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方法で
磁極推定法である。
出器から検出した初期磁極位置の情報が必要であり、検
出初期磁極位置の情報を基にしてＡＣ同期モータが正し
く動く。検出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（電力損失）ため、ＡＣ同期モータが動かな
いことになる問題が生じる。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同期モータとエンコーダとの取り付けの機械的位置
合わせ方法と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との関係を式（１）で示
している。 Ｔ＝ Ｔm × ｃｏｓθerror ・・・（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。 エンコーダ取り付け・調整の従来方法Ｉは機械的位置合
わせ方法で、一般的に下記の手順で調整を行っている。 ・ステップ１：ＡＣ同期モータに直流励磁をかける（Ｕ
相に負「−」極、Ｖ相とＷ相に正「＋」極）。 ・ステップ２：ステップ１によりＡＣ同期モータは任意
方向に動いた後、所定の位置（励磁電流の方向）でロッ
クされる。 ・ステップ３：ＡＣ同期モータの固定子（ステータ）側
の基準点（Ｕ相）にエンコーダの基準点と合わせ、ステ
ップ２でのＡＣ同期モータロック状態（モータの初期磁
極位置）をエンコーダの原点とする。 ・ステップ４：回転子（ロータ）の初期磁極位置に対し
て、取りつけるエンコーダの出力信号（初期磁極位置検
出）が一致する位置までエンコーダを回転させ、その状
態で両者（エンコーダ、モータ）の回転子側と固定子側
のそれぞれを固定する。 ・ステップ５：外部駆動で、モータを回転しながらＥＭ
Ｆ波形とエンコーダからの初期磁極位置情報を比較し
て、一致しなければ取り付けの再調整を行う。 上記の従来技術以外に、特開平６−１５３５７６号公報
に開示された従来技術Ｉは、任意の初期磁極位置に相当
する電圧を印可し、その時のモータの回転方向から前記
初期磁極位置に補正初期磁極位置を加える。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方法で
磁極推定法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来方法Ｉ
では、 エンコーダの取り付け・調整方法が手動調整なので、
取り付け精度がばらついていること。 エンコーダの原点をモータの初期磁極位置と正確に
合わせことが難しいこと。 エンコーダの取り付け誤差θerror の存在により生
じるトルク誤差（１−ｃｏｓθerror）の原因であるこ
と（θerrorは初期磁極位置とずれているエンコーダの
取り付けの検出初期磁極位置誤差を意味する）。 トルク電流誤差は磁束電流（無効電流）なので、電
力損失の原因になること。 従来方法Ｉでのステップ４による再調整は時間がか
かること。 従来技術Ｉは試行錯誤的な繰り返し方法で正確に推
定できないこと（推定磁極誤差の精度範囲が±３０°以
内）。 等が問題になった。そこで、本発明は初期磁極推定式を
用いてエンコーダをＡＣ同期モータに取り付けした時に
存在する初期磁極位置のずれ角を正確に推定し、これを
表示することによって、初期磁極位置を正しく調整する
ことが可能となり、エンコーダ取り付け時間の短縮と取
り付け精度を上げることで品質向上に大きく役割を果た
すことを目的とする。
では、 エンコーダの取り付け・調整方法が手動調整なので、
取り付け精度がばらついていること。 エンコーダの原点をモータの初期磁極位置と正確に
合わせことが難しいこと。 エンコーダの取り付け誤差θerror の存在により生
じるトルク誤差（１−ｃｏｓθerror）の原因であるこ
と（θerrorは初期磁極位置とずれているエンコーダの
取り付けの検出初期磁極位置誤差を意味する）。 トルク電流誤差は磁束電流（無効電流）なので、電
力損失の原因になること。 従来方法Ｉでのステップ４による再調整は時間がか
かること。 従来技術Ｉは試行錯誤的な繰り返し方法で正確に推
定できないこと（推定磁極誤差の精度範囲が±３０°以
内）。 等が問題になった。そこで、本発明は初期磁極推定式を
用いてエンコーダをＡＣ同期モータに取り付けした時に
存在する初期磁極位置のずれ角を正確に推定し、これを
表示することによって、初期磁極位置を正しく調整する
ことが可能となり、エンコーダ取り付け時間の短縮と取
り付け精度を上げることで品質向上に大きく役割を果た
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、請求項１記載の初期磁極位置推定装置は、直流電圧
を任意の交流電圧に変換して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
初期磁極位置と相対電気角を検出する磁極・電気角検出
手段と、前記検出電気角を用いて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３相／２相座標
変換計算手段と、前記検出電気角から検出速度を計算す
る検出速度演算手段と、指令トルク電流と指令磁束電流
で構成された２相指令電流から前記２相検出電流を差し
引いて電流誤差を計算する電流誤差演算手段と、前記電
流誤差に電流比例積分ゲインを掛けて２相指令電圧を計
算する電流比例積分構成部と、前記検出電気角を用いて
前記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２相／３相座標変換計算手段と、前記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し
て該ＰＷＭゲートパルスを前記ＰＷＭ電力変換手段に出
力するＰＷＭゲートパルス演算手段と、回転子の初期磁
極位置を演算する初期磁極演算手段とを、備えたＡＣ同
期モータの駆動装置に用いられる初期磁極位置推定装置
であって、該磁極位置推定装置は、前記指令トルク電流
をゼロに設定しかつ指令磁束電流を任意の有限な繰り返
し波形に設定して入力する指令電流波形生成手段と、前
記検出速度から角加速度を演算する角加速度演算手段
と、前記指令磁束電流と前記角加速度とモータのイナー
シャとモータの粘性摩擦とモータの摩擦トルクの情報か
らモータ運動方程式でモータが発生するトルクを推定す
るトルク推定演算手段と、演算された前記推定トルクを
モータのトルク定数で割ってトルク電流を推定するトル
ク電流推定演算手段と、前記指令磁束電流と前記推定ト
ルク電流を用いて磁束電流を推定する磁束電流推定演算
手段と、前記推定磁束電流と前記推定トルク電流を用い
て初期磁極位置を推定する磁極推定演算手段とからなる
ことを特徴としている。そして、請求項２記載の発明
は、前記指令磁束電流の任意の有限な繰り返し波形が三
角波または正弦波であることを特徴とし、請求項３記載
の発明は、前記指令磁束電流の最大値はモータの定格電
流に任意の定数Ｋ（定数Ｋはゼロ〜1間の実数）を掛け
て計算することを特徴としている。また、請求項４記載
の発明は、第ｎ周期まで前記指令磁束電流を前記三角波
または前記正弦波で入力し、それ以降はゼロで入力する
ことを特徴とし、請求５記載の発明は、速度の任意上限
値を設けて、前記検出速度が前記任意上限値を超えたか
どうかを判断することを特徴とし、さらに、請求項６記
載の発明は、移動平均法で瞬時の前記推定初期磁極から
平均推定初期磁極を計算することを特徴としている。さ
らに、請求項７記載のＡＣ同期モータの初期磁極位置誤
差調整方法の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載
の初期磁極位置推定装置で計算した平均推定初期磁極の
結果を表示装置で表示し、組み立て者が該表示装置で確
認した後に初期磁極位置の誤差を修正することを特徴と
しており、請求項８によれば、その表示装置は７セグメ
ント表示器であることを特徴としている。
め、請求項１記載の初期磁極位置推定装置は、直流電圧
を任意の交流電圧に変換して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
初期磁極位置と相対電気角を検出する磁極・電気角検出
手段と、前記検出電気角を用いて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３相／２相座標
変換計算手段と、前記検出電気角から検出速度を計算す
る検出速度演算手段と、指令トルク電流と指令磁束電流
で構成された２相指令電流から前記２相検出電流を差し
引いて電流誤差を計算する電流誤差演算手段と、前記電
流誤差に電流比例積分ゲインを掛けて２相指令電圧を計
算する電流比例積分構成部と、前記検出電気角を用いて
前記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２相／３相座標変換計算手段と、前記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し
て該ＰＷＭゲートパルスを前記ＰＷＭ電力変換手段に出
力するＰＷＭゲートパルス演算手段と、回転子の初期磁
極位置を演算する初期磁極演算手段とを、備えたＡＣ同
期モータの駆動装置に用いられる初期磁極位置推定装置
であって、該磁極位置推定装置は、前記指令トルク電流
をゼロに設定しかつ指令磁束電流を任意の有限な繰り返
し波形に設定して入力する指令電流波形生成手段と、前
記検出速度から角加速度を演算する角加速度演算手段
と、前記指令磁束電流と前記角加速度とモータのイナー
シャとモータの粘性摩擦とモータの摩擦トルクの情報か
らモータ運動方程式でモータが発生するトルクを推定す
るトルク推定演算手段と、演算された前記推定トルクを
モータのトルク定数で割ってトルク電流を推定するトル
ク電流推定演算手段と、前記指令磁束電流と前記推定ト
ルク電流を用いて磁束電流を推定する磁束電流推定演算
手段と、前記推定磁束電流と前記推定トルク電流を用い
て初期磁極位置を推定する磁極推定演算手段とからなる
ことを特徴としている。そして、請求項２記載の発明
は、前記指令磁束電流の任意の有限な繰り返し波形が三
角波または正弦波であることを特徴とし、請求項３記載
の発明は、前記指令磁束電流の最大値はモータの定格電
流に任意の定数Ｋ（定数Ｋはゼロ〜1間の実数）を掛け
て計算することを特徴としている。また、請求項４記載
の発明は、第ｎ周期まで前記指令磁束電流を前記三角波
または前記正弦波で入力し、それ以降はゼロで入力する
ことを特徴とし、請求５記載の発明は、速度の任意上限
値を設けて、前記検出速度が前記任意上限値を超えたか
どうかを判断することを特徴とし、さらに、請求項６記
載の発明は、移動平均法で瞬時の前記推定初期磁極から
平均推定初期磁極を計算することを特徴としている。さ
らに、請求項７記載のＡＣ同期モータの初期磁極位置誤
差調整方法の発明は、請求項１〜６のいずれか１項記載
の初期磁極位置推定装置で計算した平均推定初期磁極の
結果を表示装置で表示し、組み立て者が該表示装置で確
認した後に初期磁極位置の誤差を修正することを特徴と
しており、請求項８によれば、その表示装置は７セグメ
ント表示器であることを特徴としている。
【０００５】
【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は本発明の実施例
の形態に係る指令磁束電流の任意の有限な繰り返し波形
に関する図（ａ：三角波、ｂ：正弦波）である。図３は
本発明の実施例の形態に係る初期磁極位置推定及びその
誤差調整に関するフローチャートである。図４は本発明
の実施例の形態に係る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。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（ベクトル電流
制御）上で、初期磁極位置推定装置の適用例である。Ａ
Ｃ同期モータの駆動装置は、図１中のＡＣ同期モータ１
１を除く構成である。即ち、直流電圧２０を任意の交流
電圧に変換してＡＣ同期モータ１１を駆動するＰＷＭ電
力変換手段１２と、ＡＣ同期モータの３相電流を検出す
る３相電流検出手段１３と、ＡＣ同期モータの初期磁極
位置・相対電気角を検出する磁極・電気角検出手段１４
と、電気角を用いて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３相／２相座標変換計算手段
１５と、検出電気角から検出速度を計算する検出速度演
算手段２２と、指令トルク電流（ｑ軸指令電流）と指令
磁束電流（ｄ軸指令電流）で構成された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する電流誤
差演算手段１６と、前記電流誤差に電流比例積分ゲイン
を掛けて２相指令電圧を計算する電流比例積分構成部１
７と、検出電気角を用いて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２相／３相座標変換計
算手段１８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して該ＰＷＭゲートパルスをＰＷＭ
電力変換手段１２に出力するＰＷＭゲートパルス演算手
段２１を備えている。図１の１が本発明によるＡＣ同期
モータの駆動装置に加えられた初期磁極推定・表示・誤
差調整装置であり、これは初期磁極推定・誤差調整装置
１０１と、該初期磁極位置推定装置１０１で計算した平
均推定初期磁極の結果を表示する表示部を有すると共に
該誤差調整装置１０１への入力部を兼ね備えた表示装置
１０２とから構成されている。次に、図３に示すフロー
チャートは、本発明の初期磁極位置推定とその調整方法
を示す図である。初期磁極推定は推定トルク電流（ｑ軸
推定電流））と推定磁束電流（ｄ 軸推定電流）を基に
した式（２）で計算を行う。また、推定トルク電流と推
定磁束電流のいずれかと指令磁束電流を基にした式
（６）と式（７）からも同じ推定初期磁束位置の結果を
導出することができる。式（３）〜式（５）は推定トル
ク電流と推定磁束電流を計算する時、用いられる式であ
る。 θest ＝ ｔａｎ-1（Ｉq est／Ｉd est） ・・・・（２） ここで、θestは推定初期磁極位置、Ｉq est は推定ト
ルク電流、Ｉd est は推定磁束電流、 Ｔest ＝ Ｊ×ｄω／ｄｔ − Ｔfr − D×ω ・・・・（３） ＝ Ｊ×α− Ｔfr − D×ω ここで、Ｔest は推定トルク、Ｊ はモータのイナーシ
ャ、ω はモータの速度、Ｔfr は摩擦トルク定数、Ｄ
はモータの粘性摩擦、α はモータの角加速度、 Ｉq est ＝ Ｔest／Ｋt ・・・・・・ （４） Ｉd est ＝ 〔（Ｉd est）2 ＋（Ｉq est）2〕1/2 ・・・・・ （５） θest ＝ ｓｉｎ-1（Ｉq est／Ｉd*） ・・・・・・・・・ （６） θest ＝ ｃｏｓ-1（Ｉd est／Ｉd*） ・・・・・・・ （７） ここで、Ｋt はモータのトルク定数、Ｉd* は指令磁束
電流 従来方法ＩでエンコーダをＡＣ同期モータに取り付けす
る手段４１と、モータパラメータ（モータのイナーシャ
Ｊと粘性摩擦Ｄと摩擦トルクＴfrとトルク定数Ｋt）の
入力手段４２と、モータの制御モードを位置制御モード
（または速度制御モード）からトルク制御モードに切り
替える制御モード変更手段４３と、トルク制御モード上
で、２相指令電流（Ｉd*、Ｉq*）の中で指令トルク電流
Ｉq*はゼロに設定し、指令磁束電流Ｉd*は任意の有限な
繰り返し波形に設定して入力する指令電流波形生成手段
４５と、検出速度ωから角加速度αを演算する角加速度
演算手段と、指令磁束電流Ｉd*と角加速度αとモータの
イナーシャＪとモータの粘性摩擦Ｄとモータの摩擦トル
クＴfrの情報から式（３）のモータ運動方程式でモータ
の発生トルクＴestを推定するトルク推定演算手段と、
推定トルクＴestをモータのトルク定数 Ｋt で割ってト
ルク電流Ｉq estを推定するトルク電流推定演算手段
と、指令磁束電流Ｉd* と推定トルク電流Ｉq estから式
（５）を用いて磁束電流Ｉd estを推定する磁束電流推
定演算手段と、推定磁束電流Ｉd estと推定トルク電流
Ｉq estから式（２）を用いて初期磁極位置θestを推定
する初期磁極推定演算手段を備えたことからなる構成で
ある。指令磁束電流Ｉd* が三角波または正弦波である
ことからなる構成である。指令磁束電流の最大値Ｉd* m
ax はモータの定格電流に任意の定数Ｋ（定数Ｋはゼロ
〜1間の実数）を掛けて計算することからなる構成であ
る。第ｎ周期（１≦ｎ）まで指令磁束電流Ｉd*を三角波
または正弦波で入力し、それ以降はゼロで入力すること
からなる構成である。速度の任意上限値ωlimitを設け
て、検出速度ωが任意上限値ωlimitを超えたかどうか
を判断することからなる構成である。移動平均法で瞬時
の推定初期磁極θestから平均推定初期磁極θave estを
計算することからなる構成である。移動平均法で計算し
た平均推定磁極θave estの情報を７セグメントで表示
し、初期磁極位置の誤差を修正することからなる構成で
ある。上記で述べた磁極推定は手段を下記に示す手順で
行う。 ・ステップ１：従来方法Ｉと同じように、エンコーダを
ＡＣ同期モータに取り付ける。 ・ステップ２：モータパラメータの情報（モータのイナ
ーシャＪと粘性摩擦Ｄと摩擦トルクＴfrとトルク定数Ｋ
t）を入力する。 ・ステップ３：制御モードを位置制御モード（速度制御
モード）からトルク制御モードに切り替える。 ・ステップ４：トルク制御モード上で、指令トルク電流
Ｉq* をゼロに設定すると共に、エンコーダ取り付けの
現在の任意磁極位置情報θ0 を利用し、指令磁束電流を
図２のように三角波または正弦波で入力する。但し、指
令磁束電流Ｉd*は第１周期〜第ｎ周期（例の定数ｎは２
に設定）まで入力した値、磁束電流指令の最大値Ｉd* m
axはモータの定格電流値に任意定数Ｋ（定数Ｋはゼロ〜
1間の実数、例の定数Ｋは0.2に設定）を掛けて計算した
値である。 ・ステップ５：指令磁束電流Ｉd*、角加速度α、速度ω
の情報を取得する。 ・ステップ６：下記の条件（Ａ）が満たされた場合、式
（２）〜式（５）でトルク推定電流Ｉq estを演算した
後に推定磁極θestの演算を行う。しかし、下記の条件
が満たさなかった場合に初期磁極位置の推定演算を行わ
ず、任意定数Ｋの値を下げてステップ３から再度に行
う。 （Ａ）任意上限設定の速度以下：ω≦ωlimit ・ステップ７：ステップ６で計算した推定初期磁極θes
tの値は瞬時値であり、その瞬時推定磁極を平均推定磁
極θave estに求めるために移動平均法で平均推定初期
磁極の演算を行う。 ・ステップ８：デフォルトの初期磁極情報θ0と推定磁
極情報θestが任意上限設定の磁極範囲θlimit（例のθ
limitは±20°に設定）以外の場合、エンコーダの取り
付けのステップ１を再度に行った後、ステップ５以降か
ら行う。 ・ステップ９：最後に、上記ステップで求めた平均推定
初期磁極θave estを初期磁極位置のパラメータに自動
的に書き直す。また、サーボアンプの７セグメントに平
均推定磁極θave estの結果を表示し、組み立て者が確
認した後、修正を行う。平均推定磁極θave estの結果
を表示するには、この場合、７セグメントが判読し易
く、しかもコスト安であり、最適である。本発明は正確
なモータパラメータの情報を与えた前提条件で行う方法
である。
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は本発明の実施例
の形態に係る指令磁束電流の任意の有限な繰り返し波形
に関する図（ａ：三角波、ｂ：正弦波）である。図３は
本発明の実施例の形態に係る初期磁極位置推定及びその
誤差調整に関するフローチャートである。図４は本発明
の実施例の形態に係る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。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（ベクトル電流
制御）上で、初期磁極位置推定装置の適用例である。Ａ
Ｃ同期モータの駆動装置は、図１中のＡＣ同期モータ１
１を除く構成である。即ち、直流電圧２０を任意の交流
電圧に変換してＡＣ同期モータ１１を駆動するＰＷＭ電
力変換手段１２と、ＡＣ同期モータの３相電流を検出す
る３相電流検出手段１３と、ＡＣ同期モータの初期磁極
位置・相対電気角を検出する磁極・電気角検出手段１４
と、電気角を用いて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３相／２相座標変換計算手段
１５と、検出電気角から検出速度を計算する検出速度演
算手段２２と、指令トルク電流（ｑ軸指令電流）と指令
磁束電流（ｄ軸指令電流）で構成された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する電流誤
差演算手段１６と、前記電流誤差に電流比例積分ゲイン
を掛けて２相指令電圧を計算する電流比例積分構成部１
７と、検出電気角を用いて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２相／３相座標変換計
算手段１８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して該ＰＷＭゲートパルスをＰＷＭ
電力変換手段１２に出力するＰＷＭゲートパルス演算手
段２１を備えている。図１の１が本発明によるＡＣ同期
モータの駆動装置に加えられた初期磁極推定・表示・誤
差調整装置であり、これは初期磁極推定・誤差調整装置
１０１と、該初期磁極位置推定装置１０１で計算した平
均推定初期磁極の結果を表示する表示部を有すると共に
該誤差調整装置１０１への入力部を兼ね備えた表示装置
１０２とから構成されている。次に、図３に示すフロー
チャートは、本発明の初期磁極位置推定とその調整方法
を示す図である。初期磁極推定は推定トルク電流（ｑ軸
推定電流））と推定磁束電流（ｄ 軸推定電流）を基に
した式（２）で計算を行う。また、推定トルク電流と推
定磁束電流のいずれかと指令磁束電流を基にした式
（６）と式（７）からも同じ推定初期磁束位置の結果を
導出することができる。式（３）〜式（５）は推定トル
ク電流と推定磁束電流を計算する時、用いられる式であ
る。 θest ＝ ｔａｎ-1（Ｉq est／Ｉd est） ・・・・（２） ここで、θestは推定初期磁極位置、Ｉq est は推定ト
ルク電流、Ｉd est は推定磁束電流、 Ｔest ＝ Ｊ×ｄω／ｄｔ − Ｔfr − D×ω ・・・・（３） ＝ Ｊ×α− Ｔfr − D×ω ここで、Ｔest は推定トルク、Ｊ はモータのイナーシ
ャ、ω はモータの速度、Ｔfr は摩擦トルク定数、Ｄ
はモータの粘性摩擦、α はモータの角加速度、 Ｉq est ＝ Ｔest／Ｋt ・・・・・・ （４） Ｉd est ＝ 〔（Ｉd est）2 ＋（Ｉq est）2〕1/2 ・・・・・ （５） θest ＝ ｓｉｎ-1（Ｉq est／Ｉd*） ・・・・・・・・・ （６） θest ＝ ｃｏｓ-1（Ｉd est／Ｉd*） ・・・・・・・ （７） ここで、Ｋt はモータのトルク定数、Ｉd* は指令磁束
電流 従来方法ＩでエンコーダをＡＣ同期モータに取り付けす
る手段４１と、モータパラメータ（モータのイナーシャ
Ｊと粘性摩擦Ｄと摩擦トルクＴfrとトルク定数Ｋt）の
入力手段４２と、モータの制御モードを位置制御モード
（または速度制御モード）からトルク制御モードに切り
替える制御モード変更手段４３と、トルク制御モード上
で、２相指令電流（Ｉd*、Ｉq*）の中で指令トルク電流
Ｉq*はゼロに設定し、指令磁束電流Ｉd*は任意の有限な
繰り返し波形に設定して入力する指令電流波形生成手段
４５と、検出速度ωから角加速度αを演算する角加速度
演算手段と、指令磁束電流Ｉd*と角加速度αとモータの
イナーシャＪとモータの粘性摩擦Ｄとモータの摩擦トル
クＴfrの情報から式（３）のモータ運動方程式でモータ
の発生トルクＴestを推定するトルク推定演算手段と、
推定トルクＴestをモータのトルク定数 Ｋt で割ってト
ルク電流Ｉq estを推定するトルク電流推定演算手段
と、指令磁束電流Ｉd* と推定トルク電流Ｉq estから式
（５）を用いて磁束電流Ｉd estを推定する磁束電流推
定演算手段と、推定磁束電流Ｉd estと推定トルク電流
Ｉq estから式（２）を用いて初期磁極位置θestを推定
する初期磁極推定演算手段を備えたことからなる構成で
ある。指令磁束電流Ｉd* が三角波または正弦波である
ことからなる構成である。指令磁束電流の最大値Ｉd* m
ax はモータの定格電流に任意の定数Ｋ（定数Ｋはゼロ
〜1間の実数）を掛けて計算することからなる構成であ
る。第ｎ周期（１≦ｎ）まで指令磁束電流Ｉd*を三角波
または正弦波で入力し、それ以降はゼロで入力すること
からなる構成である。速度の任意上限値ωlimitを設け
て、検出速度ωが任意上限値ωlimitを超えたかどうか
を判断することからなる構成である。移動平均法で瞬時
の推定初期磁極θestから平均推定初期磁極θave estを
計算することからなる構成である。移動平均法で計算し
た平均推定磁極θave estの情報を７セグメントで表示
し、初期磁極位置の誤差を修正することからなる構成で
ある。上記で述べた磁極推定は手段を下記に示す手順で
行う。 ・ステップ１：従来方法Ｉと同じように、エンコーダを
ＡＣ同期モータに取り付ける。 ・ステップ２：モータパラメータの情報（モータのイナ
ーシャＪと粘性摩擦Ｄと摩擦トルクＴfrとトルク定数Ｋ
t）を入力する。 ・ステップ３：制御モードを位置制御モード（速度制御
モード）からトルク制御モードに切り替える。 ・ステップ４：トルク制御モード上で、指令トルク電流
Ｉq* をゼロに設定すると共に、エンコーダ取り付けの
現在の任意磁極位置情報θ0 を利用し、指令磁束電流を
図２のように三角波または正弦波で入力する。但し、指
令磁束電流Ｉd*は第１周期〜第ｎ周期（例の定数ｎは２
に設定）まで入力した値、磁束電流指令の最大値Ｉd* m
axはモータの定格電流値に任意定数Ｋ（定数Ｋはゼロ〜
1間の実数、例の定数Ｋは0.2に設定）を掛けて計算した
値である。 ・ステップ５：指令磁束電流Ｉd*、角加速度α、速度ω
の情報を取得する。 ・ステップ６：下記の条件（Ａ）が満たされた場合、式
（２）〜式（５）でトルク推定電流Ｉq estを演算した
後に推定磁極θestの演算を行う。しかし、下記の条件
が満たさなかった場合に初期磁極位置の推定演算を行わ
ず、任意定数Ｋの値を下げてステップ３から再度に行
う。 （Ａ）任意上限設定の速度以下：ω≦ωlimit ・ステップ７：ステップ６で計算した推定初期磁極θes
tの値は瞬時値であり、その瞬時推定磁極を平均推定磁
極θave estに求めるために移動平均法で平均推定初期
磁極の演算を行う。 ・ステップ８：デフォルトの初期磁極情報θ0と推定磁
極情報θestが任意上限設定の磁極範囲θlimit（例のθ
limitは±20°に設定）以外の場合、エンコーダの取り
付けのステップ１を再度に行った後、ステップ５以降か
ら行う。 ・ステップ９：最後に、上記ステップで求めた平均推定
初期磁極θave estを初期磁極位置のパラメータに自動
的に書き直す。また、サーボアンプの７セグメントに平
均推定磁極θave estの結果を表示し、組み立て者が確
認した後、修正を行う。平均推定磁極θave estの結果
を表示するには、この場合、７セグメントが判読し易
く、しかもコスト安であり、最適である。本発明は正確
なモータパラメータの情報を与えた前提条件で行う方法
である。
【０００６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、 １） エンコーダをモータの初期磁極位置の電気角±１
°誤差以内に合わせることが出来ること、 ２） トルク誤差を最小限に抑えることで最大トルクを
発生することができること、 ３） エンコーダの取り付け誤差・調整の時間を短縮する
ことができること、 ４） 組み立ての生産ラインで取り付け精度を上げるこ
とで品質向上に大きく役割を果たすことができること、 ５） 現場でエンコーダ故障があった場合に新しいエン
コーダを簡単に取り付けして調整ができること、という
効果がある。
°誤差以内に合わせることが出来ること、 ２） トルク誤差を最小限に抑えることで最大トルクを
発生することができること、 ３） エンコーダの取り付け誤差・調整の時間を短縮する
ことができること、 ４） 組み立ての生産ラインで取り付け精度を上げるこ
とで品質向上に大きく役割を果たすことができること、 ５） 現場でエンコーダ故障があった場合に新しいエン
コーダを簡単に取り付けして調整ができること、という
効果がある。
【図１】ｄｑ電流制御によるＡＣ同期モータの電流制御
ブロック図。
ブロック図。
【図２】本発明における指令磁束電流Ｉd*の任意の有限
な繰り返し波形関する図（ａ：三角波、ｂ：正弦波）。
な繰り返し波形関する図（ａ：三角波、ｂ：正弦波）。
【図３】本発明における磁極推定及びその調整方法に関
するフローチャート。
するフローチャート。
【図４】ＡＣ同期モータにおいて、初期磁極位置のずれ
角と発生トルクとの関係を示す図。
角と発生トルクとの関係を示す図。
＊ 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 Ｉq*，Ｉd* ２相座標に於いてｄ軸とｑ軸の指令電流 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軸の検出電流 ΔＩq，ΔＩd ２相座標に於いてｑ軸とｄ軸の電流誤差 θ 相対検出電気角 θlimit 任意上限設定の磁極範囲 θest 推定初期磁極位置（実際磁極原点からずれた推
定初期磁極位置） θave est 平均推定初期磁極位置 ωlimit 任意上限設定の速度範囲 ω 検出速度 α 角加速度 Ｔest 推定トルク Ｉq est 推定トルク電流 Ｉd est 推定磁束電流 Ｔfr 摩擦トルク Ｋt トルク定数 Ｊ モータのイナーシャ ＰＷＭ ＩＮＶＥＲＴＥＲ ＰＷＭインバータ Ｇau, Ｇad, Ｇbu, Ｇbd, Ｇcu, Ｇcd ＰＷＭインバー
タのゲート６パルス １ 本発明による初期磁極推定・表示・誤差調整装置 １１ ＡＣ同期モータ １２ ＰＷＭ電力変換手段 １３ 三相交流電流センサ（CT） １４ 初期磁極位置・相対位置センサ（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 ２１ ＰＷＭゲートパルス発生器 ２２ 速度演算部 １０１ 本発明の初期磁極推定装置・その調整方法 １０２ ７セグメント
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 Ｉq*，Ｉd* ２相座標に於いてｄ軸とｑ軸の指令電流 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軸の検出電流 ΔＩq，ΔＩd ２相座標に於いてｑ軸とｄ軸の電流誤差 θ 相対検出電気角 θlimit 任意上限設定の磁極範囲 θest 推定初期磁極位置（実際磁極原点からずれた推
定初期磁極位置） θave est 平均推定初期磁極位置 ωlimit 任意上限設定の速度範囲 ω 検出速度 α 角加速度 Ｔest 推定トルク Ｉq est 推定トルク電流 Ｉd est 推定磁束電流 Ｔfr 摩擦トルク Ｋt トルク定数 Ｊ モータのイナーシャ ＰＷＭ ＩＮＶＥＲＴＥＲ ＰＷＭインバータ Ｇau, Ｇad, Ｇbu, Ｇbd, Ｇcu, Ｇcd ＰＷＭインバー
タのゲート６パルス １ 本発明による初期磁極推定・表示・誤差調整装置 １１ ＡＣ同期モータ １２ ＰＷＭ電力変換手段 １３ 三相交流電流センサ（CT） １４ 初期磁極位置・相対位置センサ（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 ２１ ＰＷＭゲートパルス発生器 ２２ 速度演算部 １０１ 本発明の初期磁極推定装置・その調整方法 １０２ ７セグメント
Claims (8)
- 【請求項１】 直流電圧を任意の交流電圧に変換してＡ
Ｃ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同期モータの初期磁極位置と相対電気角を検出
する磁極・電気角検出手段と、 前記検出電気角を用いて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３相／２相座標変換計算
手段と、 前記検出電気角から検出速度を計算する検出速度演算手
段と、 指令トルク電流と指令磁束電流で構成された２相指令電
流から前記２相検出電流を差し引いて電流誤差を計算す
る電流誤差演算手段と、 前記電流誤差に電流比例積分ゲインを掛けて２相指令電
圧を計算する電流比例積分構成部と、 前記検出電気角を用いて前記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２相／３相座標変換
計算手段と、 前記３相指令電圧と搬送波を比較してＰＷＭゲートパル
スを演算して該ＰＷＭゲートパルスを前記ＰＷＭ電力変
換手段に出力するＰＷＭゲートパルス演算手段と、 回転子の初期磁極位置を演算する初期磁極演算手段と
を、備えたＡＣ同期モータの駆動装置に用いられる初期
磁極位置推定装置であって、 該磁極位置推定装置は、前記指令トルク電流をゼロに設
定しかつ指令磁束電流を任意の有限な繰り返し波形に設
定して入力する指令電流波形生成手段と、 前記検出速度から角加速度を演算する角加速度演算手段
と、 前記指令磁束電流と前記角加速度とモータのイナーシャ
とモータの粘性摩擦とモータの摩擦トルクの情報からモ
ータ運動方程式でモータが発生するトルクを推定するト
ルク推定演算手段と、 演算された前記推定トルクをモータのトルク定数で割っ
てトルク電流を推定するトルク電流推定演算手段と、 前記指令磁束電流と前記推定トルク電流を用いて磁束電
流を推定する磁束電流推定演算手段と、 前記推定磁束電流と前記推定トルク電流を用いて初期磁
極位置を推定する磁極推定演算手段とからなることを特
徴とするＡＣ同期モータの初期磁極位置推定装置。 - 【請求項２】 前記指令磁束電流の任意の有限な繰り返
し波形が三角波または正弦波であることを特徴とする請
求項１記載の初期磁極位置推定装置。 - 【請求項３】 前記指令磁束電流の最大値はモータの定
格電流に任意の定数Ｋ（定数Ｋはゼロ〜１間の実数）を
掛けて計算することを特徴とする請求項１記載の初期磁
極位置推定装置。 - 【請求項４】 第ｎ周期まで前記指令磁束電流を前記三
角波または前記正弦波で入力し、それ以降はゼロで入力
することを特徴とする請求項１記載の初期磁位置極推定
装置。 - 【請求項５】 速度の任意上限値を設けて、前記検出速
度が前記任意上限値を超えたかどうかを判断することを
特徴とする請求項１記載の初期磁極位置推定装置。 - 【請求項６】 移動平均法で瞬時の前記推定初期磁極か
ら平均推定初期磁極を計算することを特徴とする請求項
１記載の初期磁極位置推定装置。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載の初期
磁極位置推定装置で計算した平均推定初期磁極の結果を
表示装置で表示し、組み立て者が該表示装置で確認した
後に初期磁極位置の誤差を修正することを特徴とするＡ
Ｃ同期モータの初期磁極位置誤差調整方法。 - 【請求項８】 前記表示装置は７セグメント表示器であ
ることを特徴とする請求項７記載の初期磁極位置誤差調
整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000007987A JP2001204190A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | 初期磁極位置推定装置その誤差調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000007987A JP2001204190A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | 初期磁極位置推定装置その誤差調整方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001204190A true JP2001204190A (ja) | 2001-07-27 |
Family
ID=18536333
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|---|---|---|---|
| JP2000007987A Pending JP2001204190A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | 初期磁極位置推定装置その誤差調整方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2001204190A (ja) |
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