JP2004336865A - Initial position detector of synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数相のコイルを備えた突極性を有する同期モータについて位置センサを用いることなくロータ初期位置を検出するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
同期モータを位置センサレスで起動させる際にはロータの位置や速度が分からないと同期運転をすることができないという問題がある。このような問題に鑑みて、従来、位置センサなしにロータ位置を検出する技術として、パルス状の電圧をモータコイルに印加して、そのモータコイルに流れる電流の電流値の変化率からロータ位置を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−55988号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献1に記載された従来技術では電流値の変化率を計る際に正確な電流値が必要なことから、高精度で高価な電流センサが必要不可欠であるためコスト高になるといった問題点がある。
【0005】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、高精度で高価な電流センサを必要とせず、安価な電流極性検出手段を用いて実現可能な同期モータの初期位置検出装置を提供することを解決すべき課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項1に記載の同期モータの初期位置検出装置は、複数相のコイルを備えた突極性を有する同期モータのロータの初期位置を検出するための装置であって、前記複数相のコイルに所定の電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段による電圧印加によって特定相のコイルに流れる電流の極性を検出する電流極性検出手段と、前記電流極性検出手段により検出された電流極性に基づいて前記同期モータのロータ位置を検出するロータ位置判別手段と、を備えたことを特徴とする。
【0007】
従って、電圧印加手段は、複数相のコイルに所定の電圧(好ましくは、パルス電圧)を印加し、電流極性検出手段は、電圧印加手段による電圧印加によって特定相のコイルに流れる電流の極性を検出し、ロータ位置判別手段は、電流極性検出手段により検出された電流極性に基づいて同期モータのロータ位置を判別する。よって、エンコーダ等の位置センサあるいは高精度の電流センサ等を用いることなく、安価な電流極性検出手段を用いて同期モータのロータ初期位置を確実に検出することができる。
【0008】
また、請求項2に記載の同期モータの初期位置検出装置は、前記電圧印加手段が、特定相に直交する方向に所定の電圧を印加し、前記電流極性検出手段は 前記電圧印加手段による前記特定相に直交する方向における電圧印加によって前記特定相のコイルに流れる電流の極性を検出することを特徴とする。
【0009】
従って、電流極性検出手段は 電圧印加手段による特定相に直交する方向における電圧印加によって特定相のコイルに流れる電流の極性を検出し、ロータ位置判別手段は、その特定相における電流極性の正負に基づいて、ロータが特定相に対して0〜90度の位置にあるか、90〜180度の位置にあるかを判別することができる。また、特定相に直交する方向に所定の電圧を印加することで、電流極性を検出する特定相の電流振幅を最大にすることができるため、ノイズによる電流極性の誤検出を低減することができる。
【0010】
また、請求項3に記載の同期モータの初期位置検出装置は、前記電圧印加手段が、前記複数相の各相に対して所定方向にパルス電圧を順次印加し、前記電流極性検出手段は、前記電圧印加手段による前記各相に対する所定方向におけるパルス電圧の印加によって前記各相にそれぞれ流れる電流の極性を順次検出し、前記ロータ位置判別手段は、前記電流極性検出手段によって検出された前記各相の電流極性の組合わせに基づいて前記同期モータのロータ位置を判別することを特徴とする。
【0011】
従って、電圧印加手段が、複数相の各相に対して所定方向にパルス電圧を順次印加し、電流極性検出手段は、電圧印加手段による各相に対する所定方向におけるパルス電圧の印加によって各相にそれぞれ流れる電流の極性を順次検出し、ロータ位置判別手段は、電流極性検出手段によって検出された各相の電流極性の組合わせに基づいて同期モータのロータ位置を判別するので、より高精度にロータ位置を検出することができる。例えば、同期モータが三相である場合、各相の電流極性の正負の組合わせは6通り存在するため、ロータ位置を30度ごとに検出することができる。
【0012】
また、請求項4に記載の同期モータの初期位置検出装置は、前記同期モータのロータ位置と前記各相の電流極性の組合わせとを予め対応づけて記憶する記憶手段、を備え、前記ロータ位置判別手段は、前記電流極性検出手段によって検出された前記各相の電流極性の組合わせに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記電流極性の組合わせに対応するロータ位置を読み出すことにより、前記同期モータのロータ位置を判別することを特徴とする。
【0013】
従って、同期モータのロータ位置と各相の電流極性の組合わせとを予め対応づけて記憶する記憶手段を備え、ロータ位置判別手段が、電流極性検出手段によって検出された各相の電流極性の組合わせに基づいて、記憶手段に記憶された電流極性の組合わせに対応するロータ位置を読み出すことができるので、ロータ位置の計算処理が不要となり、ロータ位置の検出処理を高速に行うことができる。
【0014】
また、請求項5に記載の同期モータの初期位置検出装置は、前記電圧印加手段が、特定相に対して所定方向に第1の所定時間電圧を印加し、前記電流極性検出手段は、前記所定方向への前記第1の所定時間の電圧印加終了後に前記特定相における電流極性を検出し、前記電圧印加手段は、前記電流極性検出手段による電流極性検出後、前記所定方向とは逆方向に第2の所定時間電圧を印加することを特徴とする。
【0015】
従って、電圧印加手段が、特定相に対して所定方向に第1の所定時間電圧を印加し、電流極性検出手段は、所定方向への第1の所定時間の電圧印加終了後に特定相における電流極性を検出するので、電圧印加に応答して特定相のコイルに流れる電流の極性を確実に検出することができる。さらに、電圧印加手段は、電流極性検出手段による電流極性検出後、所定方向とは逆方向に第2の所定時間電圧を印加することにより、コイルに流れる電流が速やかに0となり、前の電圧印加によってコイルに流れていた電流の影響が残存することがなく、他の特定相における電流極性の誤検出を防止することができる。
【0016】
また、請求項6に記載の同期モータの初期位置検出装置は、前記電圧印加手段が、特定相に対して所定方向にパルス電圧を印加すると共に、前記電流極性検出手段による前記特定相における電流極性の検出後に電圧を印加しない所定時間を設けた後、前記特定相とは異なる他の特定相に対して所定方向にパルス電圧の印加を行うことを特徴とする。
【0017】
従って、電流極性検出手段による特定相における電流極性の検出後に電圧を印加しない所定時間を設けた後、前記特定相とは異なる他の特定相に対して所定方向にパルス電圧の印加を行うので、前の電圧印加によってコイルに流れていた電流の影響が残存することがなく、他の特定相における電流極性の誤検出を防止することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の同期モータの初期位置検出装置を具体化したモータ制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【0019】
本実施形態のモータ制御装置1は、図1に示すように、複数相(3相)のコイルからなるステータと鉄芯ロータとを備えた突極性を有する同期モータとしてのシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM)(以下、単にモータとも称する)2を駆動するために、インバータ回路3と、電流極性検出部4と、マイクロコンピュータ(以下、マイコンと称する)5とから構成されている。
【0020】
インバータ回路3は、図2の回路図に示すように、直流電源30が接続されると共に、モータ2のU相に電力を供給するパワーMOSFET31uh(アーム上段)、センスMOSFET31ul(アーム下段)、V相に電力を供給するパワーMOSFET31vh(アーム上段)、センスMOSFET31vl(アーム下段)、W相に電力を供給するパワーMOSFET31wh(アーム上段)、センスMOSFET31wl(アーム下段)がそれぞれ接続されている。尚、インバータ回路3が本発明の電圧印加手段を構成するものである。
【0021】
電流極性検出部4は、具体的にはインバータ回路3の各相のアーム下段に接続されたセンスMOSFET31ul,31vl,31wlによって構成され、各相のアーム下段のゲート信号がONの時に流れるアーム電流信号を検出する構成となっている。ここで、各相のモータ電流とアーム電流とは同一極性であり、センスMOSFET31ul(31vl、31wl)において各相のアーム電流を分流して電流極性を検出することによって、各相のモータ電流の極性を検出することができる。尚、電流極性検出部5(すなわち、センスMOSFET31ul、31vl、31wl)が、本発明の電流極性検出手段を構成するものである。
【0022】
マイコン5は、CPU5a、ROM5b、RAM5cによって構成され、CPU5aが、ROM5bに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、モータ2のロータ初期位置検出処理及びモータ2の駆動制御処理を実行するように構成されている。尚、マイコン5が本発明のロータ位置判別手段を構成するものである。また、ROM5bにはロータ位置参照テーブル5dが記憶されており、ROM5bが本発明の記憶手段を構成するものである。
【0023】
次に、本実施形態におけるロータ位置検出の原理について、図3〜6を参照しつつ説明する。
【0024】
本実施形態は、突極性を有する同期モータにおいてロータ位置に応じてインダクタンスが異なることを利用してロータ位置の検出を行うものである。図3は、三相同期モータにおけるモータコイルとロータとの関係を模式的に示した図であり、U相を基準にロータが角度θの回転位置にある状態を表している。ここで、ロータ位置が変化するのに伴って、U、V、W相のインダクタンス(Lu、Lv、Lw)が、それぞれ図4に示すように変化することが知られている。例えば、U相に対して直交するように電圧を印加した場合(例えば、V−W間12V、U−V間6V)、インダクタンスLv>Lw(ロータ位置0〜90度、180〜270度)の時には、U相電流Iuの極性が−(負)となる(図5参照)。一方、Lv>Lw(ロータ位置90〜180度、270〜360度)の時には、U相電流Iuの極性は+(正)となる(図6参照)。これは、モータコイルの磁気的抵抗であるインダクタンスが変化することによって電流の流れやすさが変化するためである。本実施形態では、同期モータの特定相について所定方向にパルス電圧を印加することによってその特定相に流れる電流の極性を検出することにより、ロータ位置の検出を行うものである。尚、シンクロナスリラクタンスモータはロータに極性が無く、モータトルク周期が180度であるため、角度θ=0〜180度と180〜360度とは区別されない。
【0025】
次に、本実施形態におけるロータ位置検出処理の流れについて説明する。ロータ位置検出の概略は、U、V、W相にそれぞれ直交するパルス電圧を順次印加し、パルス電圧を印加した直後にパルス電圧に直交する相の電流極性を計測し、U、V、W相の電流極性の組み合わせに基づいてロータ位置を30度精度で検出するものである。以下、図7のフローチャートを参照しつつ、ロータ位置検出処理の流れの詳細についてロータ位置が15度である場合を例として説明する。
【0026】
まず、ステップ101(以下、S101と称する。他のステップも同様。)において、nに初期値1を代入する。S102において、U相に直交するパルス電圧を印加する。Vu6[V]、Vv0[V]、Vw12[V]またはPWMを行っている場合はU,V,WのDutyを50%、0%、100%とする(図5参照)。パルス電圧を所定時間(T1)印加した後、S103においてU相の電流極性を検出し(負を検出)、電流極性検出結果をS104においてRAM5c内に記憶する。次に、電流を速やかに0とするために、S105で逆方向に所定時間(T1)パルス電圧を印加する。Vu6[V]、Vv12[V]、Vw0[V]またはPWMを行っている場合はU,V,WのDutyを50%、100%、0%とする。同様にしてn=3となるまで、V,W相についても直交するパルス電圧を順次印加し、それぞれ電流極性を検出する。S107において、次の相の検出処理に移る前に所定時間間隔(T2)を設ける。この様子を時系列で表すと図8のようになる。尚、図8の電流波形に丸印が付されたタイミングで電流極性の検出を行う。尚、順方向にパルス電圧を印加する所定時間が本発明の第1の所定時間に、逆方向にパルス電圧を印加する所定時間が第2の所定時間に相当する。
【0027】
そして、U相直交パルス電圧では電流極性の正負でロータ位置が0〜90度(180〜270度)であるか90〜180度(270〜360度)であるかを判別でき、これをU,V,W相でそれぞれ行うことにより、各相の電流極性の組合わせに基づいてロータ位置を判別することが可能である。本実施形態では、図9に示す各相の電流極性の組合わせとロータ位置とを対応づけたロータ位置参照テーブル5dが予めROM5bに記憶されており、S109において、ロータ位置参照テーブル5dを参照して各相の電流極性の組合わせに対応するロータ位置を読み出すことによりロータ位置を判別する。例えば、ロータ位置15度の例では、U,V,W相の電流極性が(−、−、+)となるため、ロータ位置が0〜30度の範囲に存在することが判別される(図9参照)。
【0028】
ここで、S105において逆方向のパルス電圧を印加する理由について説明する。パルス電圧を印加した直後に逆のパルス電圧を印加しない場合には、電流が速やかに0にならず誤検出をする可能性があるからである。例えば、図10は電流極性の誤検出例を示している。図10は、図8と同様にロータ位置15度である場合の検出結果であるが、W相で電流が0になる前に電流極性を検出をしているため、本来、+(正)と判断すべきであるのに、−(負)と誤検出されている。本実施形態では、図8に示すように、正確に電流極性の検出をすることができる。
【0029】
また、S107において電圧を印加しない所定時間間隔T2を設ける理由は、パルス電圧を印加した直後は実際には完全に電流が0になっていないため(図11参照)、直ちに次の相の電流極性の検出を行うと誤検出する恐れがあるからである。
【0030】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、インバータ回路3が複数相のコイルに所定の電圧(パルス電圧)を印加し、電流極性検出部4(センスMOSFET31ul,31vl,31wl)が、電圧印加によって特定相のコイルに流れる電流の極性を検出し、マイコン5が、電流極性検出部4により検出された電流極性に基づいてモータ2のロータ位置を判別する。よって、エンコーダ等の位置センサあるいは高精度の電流センサ等を用いることなく、安価な電流極性検出手段を用いてモータ2のロータ初期位置を確実に検出することができる。
【0031】
また、本実施形態によれば、インバータ回路2による特定相に直交する方向における電圧印加によって特定相のコイルに流れる電流の極性を電流極性検出部4により検出し、マイコン5は、その特定相における電流極性の正負に基づいて、ロータが特定相に対して0〜90度の位置にあるか、90〜180度の位置にあるかを判別することができる。また、特定相に直交する方向に所定の電圧を印加することで、電流極性を検出する特定相の電流振幅を最大にすることができるため、ノイズによる電流極性の誤検出を低減することができる。
【0032】
また、本実施形態によれば、インバータ回路2が、複数相の各相に対して所定方向にパルス電圧を順次印加し、電流極性検出部4は、電圧印加手段による各相に対する所定方向におけるパルス電圧の印加によって各相にそれぞれ流れる電流の極性を順次検出し、マイコン5は、電流極性検出部4によって検出された各相の電流極性の組合わせに基づいてモータ2のロータ位置を判別するので、より高精度にロータ位置を検出することができる。上述した実施形態では、モータ2が三相であり、各相の電流極性の正負の組合わせは6通り存在するため、ロータ位置を30度ごとに検出することができる。
【0033】
また、本実施形態によれば、モータ2のロータ位置と各相の電流極性の組合わせとを対応づけたロータ位置参照テーブル5dを予めROM5bにて記憶し、電流極性検出部4によって検出された各相の電流極性の組合わせに基づいて、ロータ位置参照テーブル5dより電流極性の組合わせに対応するロータ位置を読み出すことができるので、ロータ位置の計算処理が不要となり、ロータ位置の検出処理を高速に行うことができる。
【0034】
また、本実施形態によれば、インバータ回路2が、特定相に対して所定方向に第1の所定時間電圧を印加し、電流極性検出部4は、所定方向への第1の所定時間T1の電圧印加終了後に特定相における電流極性を検出するので、電圧印加に応答して特定相のコイルに流れる電流の極性を確実に検出することができる。さらに、インバータ回路2は、電流極性検出部4による電流極性検出後、所定方向とは逆方向に第2の所定時間T1に亘って電圧を印加することにより、コイルに流れる電流が速やかに0となり、前の電圧印加によってコイルに流れていた電流の影響が残存することがなく、他の特定相における電流極性の誤検出を防止することができる。
【0035】
また、本実施形態によれば、電流極性検出部4による特定相における電流極性の検出後に電圧を印加しない所定時間T2を設けた後、前記特定相とは異なる他の特定相に対して所定方向にパルス電圧の印加を行うので、前の電圧印加によってコイルに流れていた電流の影響が残存することがなく、他の特定相における電流極性の誤検出を防止することができる。
【0036】
そして、上述したロータ位置の検出結果に基づいてモータ2を駆動制御することにより、モータ2において所望のトルクを発生させることが可能となる。また、上述したように、モータ電流の極性情報のみを用いるので、高精度で高価な電流センサを用いる必要が無く、安価なセンスMOSFETを電流極性検出手段として用いることができるので、モータ制御装置1の製造コストを低く抑えることができる。
【0037】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【0038】
例えば、前記実施形態では、本発明をシンクロナスリラクタンスモータの制御装置とした例を示したが、突極性を有する他の種類の同期モータの制御装置として構成することも可能である。例えば、永久磁石をロータ鉄心内に収納してなる内部磁石型永久磁石同期モータ(IPMモータ)の制御装置に本発明を適用してもよい。尚、図12(a)はシンクロナスリラクタンスモータにおけるロータの構成を、同図(b)はIPMモータにおけるロータの構成をそれぞれ示す図である。ロータに磁石を用いないシンクロナスリラクタンスモータでは、モータトルク周期が180度であるので(図13のリラクタンストルクのグラフ参照)、本実施形態を用いることにより0〜180度で30度ごとにロータ位置を検出することができた。一方、IPMモータにおいては、図13に示すように、周期180度のリラクタンストルクと周期360度のマグネットトルクとが合成されてモータトルク(IPMトルク)が生成されるため、モータトルク周期が360度となっており、本発明を適用することにより磁極位置を0〜180度又は180〜360度において30度ごとに検出することができる。さらに、特開2002−10679号公報等に記載された磁極の極性(N極、S極)を判定する技術と組み合わせることにより、ロータ位置が0〜180度の領域であるか180〜360度の領域であるかが判別され、ロータ位置を0〜360度において30度ごとに検出することが可能となる。
【0039】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の同期モータの初期位置検出装置によれば、コイルへの電圧印加によって特定相のコイルに流れる電流の極性を検出し、電流極性の検出結果に基づいて同期モータのロータ位置を判別するので、エンコーダ等の位置センサあるいは高精度の電流センサ等を用いることなく、安価な電流極性検出手段を用いて同期モータのロータ初期位置を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】インバータ回路の回路図である。
【図3】モータコイルとロータとの関係を示す模式図である。
【図4】ロータ位置とインダクタンスとの関係を示すグラフである。
【図5】U相電流の極性が負である場合のモータコイルにおける電流とロータ位置との関係を示すである。
【図6】U相電流の極性が正である場合のモータコイルにおける電流とロータ位置との関係を示すである。
【図7】ロータ位置検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】パルス電圧及び電流応答の一例を時系列的に示す図である。
【図9】ロータ位置参照テーブルの一例を示す表である。
【図10】電流極性の誤検出例を説明する図である。
【図11】パルス電圧の印加によって生じる電流の変化を説明する図である。
【図12】(a)はシンクロナスリラクタンスモータにおけるロータの構成を、(b)はIPMモータにおけるロータの構成をそれぞれ示す図である。
【図13】モータトルクの周期を説明する図である。
【符号の説明】
1…モータ制御装置(同期モータの位置検出装置)、2…シンクロナスリラクタンスモータ(突極性を有する同期モータ)、3…インバータ回路(電圧印加手段)、31ul,31vl,31wl…センスMOSFET(電流極性検出手段)、4…電流極性検出部(電流極性検出手段)、5…マイクロコンピュータ(ロータ位置判別手段)、5a…CPU、5b…ROM(記憶手段)、5c…RAM、5d…ロータ位置参照テーブル(記憶手段)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for detecting a rotor initial position without using a position sensor for a synchronous motor having saliency and having coils of a plurality of phases.
[0002]
[Prior art]
When starting the synchronous motor without a position sensor, there is a problem that the synchronous operation cannot be performed unless the position and speed of the rotor are known. In view of such problems, conventionally, as a technique for detecting a rotor position without a position sensor, a pulse-like voltage is applied to a motor coil, and the rotor position is determined from the rate of change of the current value of the current flowing through the motor coil. A detection method has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-55988
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art described in
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an initial position detecting device for a synchronous motor that can be realized using an inexpensive current polarity detecting unit without requiring an accurate and expensive current sensor. Is an issue to be solved.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve this object, an apparatus for detecting an initial position of a synchronous motor according to
[0007]
Therefore, the voltage application unit applies a predetermined voltage (preferably, a pulse voltage) to the coils of the plurality of phases, and the current polarity detection unit detects the polarity of the current flowing through the coil of the specific phase by applying the voltage by the voltage application unit. The rotor position determining means determines the rotor position of the synchronous motor based on the current polarity detected by the current polarity detecting means. Therefore, the rotor initial position of the synchronous motor can be reliably detected by using inexpensive current polarity detection means without using a position sensor such as an encoder or a high-precision current sensor.
[0008]
Further, in the synchronous motor initial position detecting device according to
[0009]
Accordingly, the current polarity detecting means detects the polarity of the current flowing through the coil of the specific phase by applying a voltage in a direction orthogonal to the specific phase by the voltage applying means, and the rotor position determining means determines the polarity of the current polarity in the specific phase. Thus, it can be determined whether the rotor is at a position of 0 to 90 degrees or a position of 90 to 180 degrees with respect to a specific phase. Also, by applying a predetermined voltage in a direction orthogonal to the specific phase, the current amplitude of the specific phase for detecting the current polarity can be maximized, so that erroneous detection of the current polarity due to noise can be reduced. .
[0010]
Also, in the synchronous motor initial position detecting device according to
[0011]
Therefore, the voltage applying means sequentially applies a pulse voltage to each of the plurality of phases in a predetermined direction, and the current polarity detecting means applies a pulse voltage to each of the phases by the voltage applying means in the predetermined direction. Since the polarity of the flowing current is sequentially detected, and the rotor position determining means determines the rotor position of the synchronous motor based on the combination of the current polarities of the respective phases detected by the current polarity detecting means, so that the rotor position can be more accurately determined. Can be detected. For example, when the synchronous motor has three phases, there are six positive / negative combinations of current polarities of each phase, so that the rotor position can be detected every 30 degrees.
[0012]
Further, the synchronous motor initial position detecting device according to claim 4, further comprising: storage means for storing a rotor position of the synchronous motor and a combination of the current polarities of the respective phases in advance in association with each other; The determining unit reads the rotor position corresponding to the combination of the current polarities stored in the storage unit based on the combination of the current polarities of the respective phases detected by the current polarity detecting unit. The rotor position of the synchronous motor is determined.
[0013]
Therefore, a storage means is provided for storing a combination of the rotor position of the synchronous motor and the combination of the current polarities of the respective phases in advance, and the rotor position determining means stores the set of the current polarities of the respective phases detected by the current polarity detecting means. Since the rotor position corresponding to the combination of the current polarities stored in the storage means can be read out based on the matching, the calculation processing of the rotor position becomes unnecessary, and the detection processing of the rotor position can be performed at high speed.
[0014]
Further, in the synchronous motor initial position detecting device according to
[0015]
Therefore, the voltage applying means applies a voltage to the specific phase in a predetermined direction for a first predetermined time, and the current polarity detecting means sets the current polarity in the specific phase after the application of the voltage for the first predetermined time in the predetermined direction. Is detected, the polarity of the current flowing through the coil of the specific phase in response to the voltage application can be reliably detected. Further, the voltage application means applies a voltage in a direction opposite to the predetermined direction for a second predetermined time after the current polarity detection means detects the current polarity, so that the current flowing through the coil quickly becomes 0, and Thus, the influence of the current flowing through the coil does not remain, and erroneous detection of the current polarity in another specific phase can be prevented.
[0016]
Further, in the synchronous motor initial position detecting device according to claim 6, the voltage applying means applies a pulse voltage to a specific phase in a predetermined direction, and the current polarity detecting means detects a current polarity in the specific phase. After a predetermined period of time during which no voltage is applied after the detection of a specific phase, a pulse voltage is applied in a predetermined direction to another specific phase different from the specific phase.
[0017]
Therefore, after providing a predetermined time during which no voltage is applied after the detection of the current polarity in the specific phase by the current polarity detection means, a pulse voltage is applied in a predetermined direction to another specific phase different from the specific phase. The influence of the current flowing through the coil due to the previous voltage application does not remain, and erroneous detection of the current polarity in another specific phase can be prevented.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a motor control device embodying a synchronous motor initial position detection device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
As shown in FIG. 1, a
[0020]
As shown in the circuit diagram of FIG. 2, the
[0021]
The current polarity detection unit 4 is specifically constituted by sense MOSFETs 31ul, 31vl, 31wl connected to the lower stage of each phase arm of the
[0022]
The
[0023]
Next, the principle of rotor position detection in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0024]
The present embodiment detects the rotor position by using the fact that the inductance differs depending on the rotor position in a synchronous motor having saliency. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a relationship between a motor coil and a rotor in a three-phase synchronous motor, and illustrates a state where the rotor is at a rotational position of an angle θ with respect to the U phase. Here, it is known that the inductances of the U, V, and W phases (Lu, Lv, Lw) change as shown in FIG. 4 as the rotor position changes. For example, when a voltage is applied so as to be orthogonal to the U phase (for example, 12 V between V and W, 6 V between U and V), the inductance Lv> Lw (
[0025]
Next, the flow of the rotor position detection process in the present embodiment will be described. The outline of the rotor position detection is as follows. Pulse voltages orthogonal to the U, V, and W phases are sequentially applied, and immediately after the pulse voltage is applied, the current polarities of the phases orthogonal to the pulse voltage are measured, and the U, V, and W phases are measured. The rotor position is detected with an accuracy of 30 degrees based on the combination of the current polarities. Hereinafter, the flow of the rotor position detection process will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
[0026]
First, in step 101 (hereinafter, referred to as S101; other steps are the same), an
[0027]
Then, in the U-phase orthogonal pulse voltage, it is possible to determine whether the rotor position is 0 to 90 degrees (180 to 270 degrees) or 90 to 180 degrees (270 to 360 degrees) depending on the polarity of the current polarity. By performing each of the V and W phases, it is possible to determine the rotor position based on the combination of the current polarities of each phase. In the present embodiment, a rotor position reference table 5d in which the combinations of the current polarities of the respective phases and the rotor positions shown in FIG. 9 are associated with each other is stored in the
[0028]
Here, the reason for applying the pulse voltage in the reverse direction in S105 will be described. This is because, if the reverse pulse voltage is not applied immediately after the application of the pulse voltage, the current does not quickly become 0 and erroneous detection may occur. For example, FIG. 10 shows an example of erroneous detection of the current polarity. FIG. 10 shows the detection result when the rotor position is 15 degrees as in FIG. 8. However, since the current polarity is detected before the current becomes zero in the W phase, it is originally + (positive). Although it should be determined, it is erroneously detected as-(negative). In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the current polarity can be accurately detected.
[0029]
The reason why the predetermined time interval T2 in which no voltage is applied in S107 is that the current is not completely zero immediately after the application of the pulse voltage (see FIG. 11), so that the current polarity of the next phase is immediately set. This is because there is a risk of erroneous detection if the detection is performed.
[0030]
As is clear from the above, according to the present embodiment, according to the present embodiment, the
[0031]
Further, according to the present embodiment, the polarity of the current flowing through the coil of the specific phase is detected by the current polarity detection unit 4 by applying a voltage in the direction orthogonal to the specific phase by the
[0032]
Further, according to the present embodiment, the
[0033]
Further, according to the present embodiment, the rotor position reference table 5 d in which the rotor position of the
[0034]
Further, according to the present embodiment, the
[0035]
Further, according to the present embodiment, after the predetermined period T2 during which no voltage is applied after the current polarity detection unit 4 detects the current polarity in the specific phase, the specific direction is determined with respect to another specific phase different from the specific phase. Since the pulse voltage is applied to the first phase, the influence of the current flowing through the coil due to the previous voltage application does not remain, and erroneous detection of the current polarity in another specific phase can be prevented.
[0036]
Then, by controlling the driving of the
[0037]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
[0038]
For example, in the above-described embodiment, an example has been described in which the present invention is a control device for a synchronous reluctance motor. However, the present invention can be configured as a control device for another type of synchronous motor having saliency. For example, the present invention may be applied to a control device of an internal magnet type permanent magnet synchronous motor (IPM motor) having a permanent magnet housed in a rotor core. FIG. 12A is a diagram illustrating a configuration of a rotor in a synchronous reluctance motor, and FIG. 12B is a diagram illustrating a configuration of a rotor in an IPM motor. In a synchronous reluctance motor that does not use a magnet for the rotor, the motor torque cycle is 180 degrees (see the graph of the reluctance torque in FIG. 13). Could be detected. On the other hand, in the IPM motor, as shown in FIG. 13, the reluctance torque having a period of 180 degrees and the magnet torque having a period of 360 degrees are combined to generate a motor torque (IPM torque). By applying the present invention, the magnetic pole position can be detected every 30 degrees from 0 to 180 degrees or from 180 to 360 degrees. Further, by combining with the technique of determining the polarity (N pole, S pole) of the magnetic pole described in JP-A-2002-10679 or the like, the rotor position is in the range of 0 to 180 degrees or 180 to 360 degrees. It is determined whether the area is the area, and the rotor position can be detected every 30 degrees from 0 to 360 degrees.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the synchronous motor initial position detecting device of the present invention, the polarity of the current flowing through the coil of a specific phase by applying a voltage to the coil is detected, and the rotor of the synchronous motor is detected based on the detection result of the current polarity. Since the position is determined, the initial rotor position of the synchronous motor can be reliably detected by using inexpensive current polarity detection means without using a position sensor such as an encoder or a high-precision current sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a motor control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of an inverter circuit.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a motor coil and a rotor.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a rotor position and an inductance.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the current in the motor coil and the rotor position when the polarity of the U-phase current is negative.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a current in a motor coil and a rotor position when the polarity of a U-phase current is positive.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a flow of a rotor position detection process.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a pulse voltage and current response in a time series.
FIG. 9 is a table showing an example of a rotor position reference table.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of erroneous detection of a current polarity.
FIG. 11 is a diagram illustrating a change in current caused by application of a pulse voltage.
12A is a diagram illustrating a configuration of a rotor in a synchronous reluctance motor, and FIG. 12B is a diagram illustrating a configuration of a rotor in an IPM motor.
FIG. 13 is a diagram illustrating a cycle of a motor torque.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数相のコイルに所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段による電圧印加によって特定相のコイルに流れる電流の極性を検出する電流極性検出手段と、
前記電流極性検出手段により検出された電流極性に基づいて前記同期モータのロータ位置を判別するロータ位置判別手段と、
を備えたことを特徴とする同期モータの初期位置検出装置。An apparatus for detecting an initial position of a rotor of a synchronous motor having saliency with coils of a plurality of phases,
Voltage applying means for applying a predetermined voltage to the multi-phase coil,
Current polarity detection means for detecting the polarity of the current flowing through the coil of the specific phase by the voltage application by the voltage application means,
Rotor position determining means for determining the rotor position of the synchronous motor based on the current polarity detected by the current polarity detecting means,
An initial position detecting device for a synchronous motor, comprising:
前記電流極性検出手段は 前記電圧印加手段による前記特定相に直交する方向における電圧印加によって前記特定相のコイルに流れる電流の極性を検出することを特徴とする請求項1に記載の同期モータの初期位置検出装置。The voltage applying means applies a predetermined voltage in a direction orthogonal to the specific phase,
2. The synchronous motor according to claim 1, wherein the current polarity detection unit detects the polarity of a current flowing through the coil of the specific phase by applying a voltage in a direction orthogonal to the specific phase by the voltage application unit. 3. Position detection device.
前記電流極性検出手段は、前記電圧印加手段による前記各相に対する所定方向におけるパルス電圧の印加によって前記各相にそれぞれ流れる電流の極性を順次検出し、
前記ロータ位置判別手段は、前記電流極性検出手段によって検出された前記各相の電流極性の組合わせに基づいて前記同期モータのロータ位置を判別することを特徴とする請求項1又は2に記載の同期モータの初期位置検出装置。The voltage applying means sequentially applies a pulse voltage to each of the plurality of phases in a predetermined direction,
The current polarity detection means sequentially detects the polarity of the current flowing through each phase by applying a pulse voltage in a predetermined direction to each phase by the voltage application means,
3. The rotor position determination unit according to claim 1, wherein the rotor position determination unit determines the rotor position of the synchronous motor based on a combination of the current polarities of the respective phases detected by the current polarity detection unit. 4. Initial position detector for synchronous motor.
を備え、
前記ロータ位置判別手段は、前記電流極性検出手段によって検出された前記各相の電流極性の組合わせに基づいて、前記記憶手段に記憶された前記電流極性の組合わせに対応するロータ位置を読み出すことにより、前記同期モータのロータ位置を判別することを特徴とする請求項3に記載の同期モータの初期位置検出装置。Storage means for storing a combination of the rotor position of the synchronous motor and the combination of the current polarities of the respective phases in advance;
With
The rotor position determining means reads a rotor position corresponding to the combination of the current polarities stored in the storage means based on the combination of the current polarities of the respective phases detected by the current polarity detecting means. 4. The synchronous motor initial position detecting device according to claim 3, wherein the rotor position of the synchronous motor is determined by the following.
前記電流極性検出手段は、前記所定方向への前記第1の所定時間の電圧印加終了後に前記特定相における電流極性を検出し、
前記電圧印加手段は、前記電流極性検出手段による電流極性検出後、前記所定方向とは逆方向に第2の所定時間電圧を印加することを特徴とする請求項3又は4に記載の同期モータの初期位置検出装置。The voltage applying means applies a voltage in a predetermined direction to a specific phase for a first predetermined time,
The current polarity detection means detects a current polarity in the specific phase after the end of the voltage application for the first predetermined time in the predetermined direction,
5. The synchronous motor according to claim 3, wherein the voltage application unit applies a voltage in a direction opposite to the predetermined direction for a second predetermined time after the current polarity detection unit detects the current polarity. 6. Initial position detector.
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2003
- 2003-05-06 JP JP2003128267A patent/JP2004336865A/en active Pending
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