JP2011166904A - 同期電動機の磁極位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極位置の検出を可能とする必要最低限の印加時間設定値を、簡便かつ確実に検出設定することができる同期電動機の磁極位置検出装置を得ることを目的とする。
【解決手段】印加時間Ｔｉｎの初期値として、磁気飽和が確実に生じない小さい値Ｔ０に設定して加算電流評価値ΔＩｍｉｄを求め加算電流基準値ΔＩｓｔｄとの大小を判定し、更に印加時間Ｔｉｎを順次所定の時間ΔＴｉｎずつ増やして判定動作を繰り返し、判定結果が初めてΔＩｍｉｄ＞ΔＩｓｔｄとなったときの印加時間Ｔｉｎを電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓとして設定する。
【選択図】図１０

Description

この発明は、同期電動機の磁極位置を位置センサを用いることなく得ることが出来る同期電動機の磁極位置検出装置に関するものである。

同期電動機を精度良く制御する場合、同期電動機の磁極位置と同期電動機に流れる電流の情報が必要である。磁極位置情報は、位置センサ等を同期電動機に取付けることにより磁極位置情報を得ていたが、コスト削減、省スペース、信頼性の向上という観点から位置センサレス化が進んできている。
同期電動機の位置センサレス制御法として、例えば、特許文献１のような同期電動機の誘起電圧を利用した位置センサレス制御法や、例えば、特許文献２のような突極性を利用した位置センサレス制御法などがある。誘起電圧を利用した位置センサレス制御は、速度ゼロでは誘起電圧もゼロであるため、正しく回転子位置を推定することが出来ない。また、突極性を利用した位置センサレス制御は、磁極位置推定に利用する突極性が磁極位置の２倍の周期で変わるため、推定位置も磁極位置の２倍の周期となる。即ち、推定位置は同期電動機の磁極位置が０〜１８０度と１８０〜３６０度において、同じ値となって磁極位置を確実に検出するという点で十分とは言えない。

上記のことを勘案すると、少なくとも同期電動機を速度ゼロ付近から起動するときは、突極性を利用した位置センサレス制御法以外に、別途同期電動機の磁極位置情報を推定する方法が必要である。その方法として、例えば、特許文献３のような同期電動機の磁気飽和を利用した方法がある。
この方法は、互いに振幅が等しくかつ等間隔の位相の２ｎ（ｎは相数で３以上の自然数）個の電圧ベクトルを同期電動機に印加したとき、位相が互いに１８０度異なる各一対の電圧ベクトル印加時に流れる電流検出値を互いに加算した加算電流値から磁極位置を検出するもので、この電圧ベクトルの印加により同期電動機が磁気飽和状態となることが前提となる。

また、同じく磁気飽和を利用して磁極位置を検出する方式として、例えば、特許文献４がある。この方法は、パルス電圧を印加したときの電流Ｈレベルのうちの最大値Ｉｍａｘと、Ｉｍａｘと１８０°位相差になるパルス電圧に対する電流Ｈレベルとの差電流ΔＩｂが所定値以上になるようにパルス電圧値を徐々に高めて電圧パルス値を自動調整するものである。

国際公開ＷＯ２００２／０９１５５８号公報 国際公開ＷＯ２００９／０４０９６５号公報 特許第４２７１３９７号公報 特開２００８−０５４４３０号公報

特許文献３の磁極位置検出法を用いる場合、前述したように、同期電動機が磁気飽和するに十分な電流を流す必要がある。これは、磁気飽和が発生していないと、磁極位置に近い位相の電圧ベクトルを印加したときに流れる電流が磁極位置に近い位相に対して１８０度位相が異なる電圧ベクトルを印加したときに流れる電流と等しいが、磁気飽和が発生すると、前者が後者より大きくなり、この差電流から磁極位置の検出が可能になるという原理を利用しているからである。

そのために、同期電動機に印加する電圧ベクトル指令の印加時間を調整して同期電動機に流れる電流を調整する必要がある。ところが同期電動機の磁気飽和は、同期電動機の種類や容量などによって異なるため、特許文献３の方法を用いるためには、あらかじめ、人手を介して電動機毎に調整する必要があるためとても煩雑となる。もっとも、十二分に磁気飽和が起こるように過大な電流を流すことも考えられるが、不要な損失の増大を招き得策とは言えない。

また、特許文献４は、前述した方法を採用して電圧パルス値を自動調整するものであるが、差電流ΔＩｂは、同期電動機の磁極位置に応じてその大きさが変化するため、ある磁極位置で差電流ΔＩｂが所定値を満たしても、別の磁極位置では所定値以上とならない場合もあり、その結果、自動調整を行った電圧パルス値を用いて磁極位置検出を行う場合、磁極位置検出を失敗する可能性がある。

この発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたもので、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の印加時間設定値を、簡便かつ確実に検出設定することができる同期電動機の磁極位置検出装置を得ることを目的とする。

この発明に係る同期電動機の磁極位置検出装置は、ｎ（ｎは３以上の自然数）相の巻線を有する同期電動機に電圧ベクトル指令に基づく電圧ベクトルを印加する回路手段、同期電動機の各相巻線に流れる電流をトリガ信号のタイミングで検出する検出手段、および電圧ベクトル指令として互いに振幅が等しくかつ１周期（３６０度）内に等間隔の位相でそれぞれの印加時間をＴｉｎとする２ｎ個の電圧ベクトルを演算して回路手段に出力するとともに各電圧ベクトルの印加終了時点で検出手段にトリガ信号を出力する演算手段を備え、
更に、演算手段は、電圧ベクトル指令に基づく各電圧ベクトルを同期電動機に印加したとき、位相が互いに１８０度異なる各一対の電圧ベクトル印加時に流れる該電圧ベクトルと同相の電流検出値を互いに加算したｎ個の加算電流値を演算するとともに、電圧ベクトルの印加で同期電動機が磁気飽和するよう印加時間Ｔｉｎを設定することにより、ｎ個の加算電流値に基づき同期電動機の停止時における磁極位置を検出する同期電動機の磁極位置検出装置において、
加算電流値に基づく加算電流評価値が電流検出系の誤差要因に基づき予め設定した加算電流基準値より大きい範囲で最小となるときの印加時間Ｔｉｎを求め、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の印加時間設定値Ｔｉｎｓとして設定する印加時間設定手段を備えたものである。

この発明は、以上のように、印加時間設定手段を備え、加算電流値に基づく加算電流評価値と電流検出系の誤差要因に基づき予め設定した加算電流基準値とを比較し、前者が後者より大きい範囲で最小となるときの電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを求めることで、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の印加時間設定値Ｔｉｎｓを簡便かつ確実に設定することができる。

本発明による同期電動機の磁極位置検出装置の構成を示す図である。 図１の回路手段３の構成例を示す図である。 図１の演算手段２の内部構成を示す図である。 各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加したときに流れる電流波形およびトリガ信号Ｔｒのタイミングで検出される電流値を示すタイミングチャートである。 電圧ベクトルを示すベクトル図である。 各電圧ベクトルを出力する場合の、回路手段３のスイッチＱ１〜Ｑ６のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。 加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗと磁極位置との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において、磁極位置θを検出する動作を説明するためのフローチャートである。 加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値およびその真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄと磁極位置との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める、図１０とは異なる動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと磁極位置との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２において、３０度間隔の精度で磁極位置θを検出する動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、１５度間隔の精度で磁極位置θを検出する動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める、図１５とは異なる動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める、他の異なる動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める、他の異なる動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める、図１９とは異なる動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める、他の異なる動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める、他の異なる動作を説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による同期電動機の磁極位置検出装置の構成図である。図１において、同期電動機１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線を備えた同期電動機で、回転子に永久磁石を配置した永久磁石同期電動機とする。同期電動機１は、電圧を印加する回路手段３に接続されており、回路手段３と同期電動機１との間には、同期電動機１に流れる巻線電流を検出する検出手段４が接続されている。更に、この検出手段４より検出した巻線電流を取り込んで同期電動機１の磁極位置θを演算するとともに、この発明の要部であり後段で詳述する、電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを設定する印加時間設定手段１０１を有する演算手段２を備えている。また、演算手段２は電圧ベクトル指令Ｖｒを回路手段３へ、トリガ信号Ｔｒを検出手段４へ出力する。

検出手段４は、トリガ信号Ｔｒのタイミングにより、同期電動機１の３相巻線を流れる電流のうち少なくとも２相分の電流から各相の巻線電流を検出し、検出した巻線電流を演算手段２へ出力する。なお、検出手段４は、３相電流のすべてを検出する方法でもよい。その他の方法として、検出手段４は、回路手段３の入力である直流母線電流を検出し、その直流母線電流より巻線電流を演算する方法でもよい。

回路手段３は、演算手段２の出力である電圧ベクトル指令Ｖｒに基づいてＰＷＭインバータなどの電力変換装置により同期電動機１に電圧を印加する。
回路手段３は、同期電動機１が、例えば３相巻線の場合、図２のような半導体スイッチＱ１〜Ｑ６の６つを有し、Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ５、Ｑ３とＱ６はそれぞれ直列接続され、また、Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ５、Ｑ３とＱ６の各対は、直流電源Ｅｄに並列に接続されている。Ｑ１とＱ４の中点ＰＵは、同期電動機１のＵ相巻線に、Ｑ２とＱ５の中点ＰＶは、同期電動機１のＶ相巻線に、Ｑ３とＱ６の中点ＰＷは、同期電動機１のＷ相巻線にそれぞれ接続される。
なお、図２の半導体スイッチＱ１〜Ｑ６は、ＩＧＢＴの図記号で記載しているが、ＭＯＳＦＥＴなどの他の半導体素子でも良い。回路手段３は、演算手段２からの電圧ベクトル指令Ｖｒに基づいて半導体スイッチＱ１〜Ｑ６をＯＮ、ＯＦＦさせる。

演算手段２は、図３のように、検出手段４により検出した巻線電流を入力する電流入力回路５と、同期電動機１の磁極位置θの演算、回路手段３への電圧ベクトル指令Ｖｒの設定、検出手段４へのトリガ信号Ｔｒの設定、そして、印加時間設定手段１０１に基づき回路手段３への電圧ベクトル指令Ｖｒの印加時間を調整するＣＰＵ６と、電圧ベクトル指令Ｖｒの印加パターンおよび電圧ベクトル印加時間を記憶するメモリ７と、ＣＰＵ６からの電圧ベクトル指令Ｖｒを回路手段３へ出力する電圧ベクトル出力回路８と、ＣＰＵ６からのトリガ信号Ｔｒを検出手段４へ出力するトリガ出力回路９と、ＣＰＵ６が演算する磁極位置θを出力する磁極位置出力回路１０と、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを演算し出力する印加時間設定手段１０１とから構成されている。

次に、演算手段２が、６０度間隔の精度で磁極位置θを推定出力する場合における動作の詳細について示す。先ず、その場合の動作原理について説明する。

図４は、演算手段２の動作を示したタイミングチャートであり、図５は、電圧ベクトルを示すベクトル図である。演算手段２は、図４のタイミングチャートのように、電圧ベクトルＶｒとして図５に示した電圧ベクトルＶ０〜Ｖ６を、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ５→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０の順序で出力する。
このとき回路手段３では、演算手段２から出力されるＶ０〜Ｖ６の電圧ベクトル指令Ｖｒに基づいて、図６のように、半導体スイッチＱ１〜Ｑ６をＯＮ、ＯＦＦし、同期電動機１に電圧を印加する。

また、演算手段２は、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ１〜Ｖ６の各電圧ベクトルを出力した直後に、検出手段４へトリガ信号Ｔｒを出力する。検出手段４では、演算手段２からのトリガ信号Ｔｒに基づいて、同期電動機１へ流れるＵ相電流ｉｕ１〜ｉｕ６、Ｖ相電流ｉｖ１〜ｉｖ６、Ｗ相電流ｉｗ１〜ｉｗ６を検出する。

電圧ベクトル指令Ｖｒとして出力するＶ０〜Ｖ６の各電圧ベクトルの出力時間を、同期電動機１の固定子が磁気飽和するのに十分な時間印加した場合、磁気飽和の影響により、例えば、下記（１）式で表される、同期電動機１のＵ相巻線と同位相方向の電圧ベクトルＶ１を印加したときに流れるＵ相電流ｉｕ１と、電圧ベクトルＶ１と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ４を印加したときに流れるＵ相電流ｉｕ４とを加算した加算電流値ΔｉｕはΔｉｕ≠０となる。なお、同期電動機１の固定子が磁気飽和しなければΔｉｕ＝０となる。

Δｉｕ＝ｉｕ１＋ｉｕ４ ・・・（１）

同様に、同期電動機１のＶ相巻線と同位相方向の電圧ベクトルＶ３を印加したときに流れるＶ相電流ｉｖ３と、電圧ベクトルＶ３と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ６を印加したときに流れるＶ相電流ｉｖ６とを加算した加算電流値Δｉｖは、下記（２）式となり、また、同期電動機１のＷ相巻線と同位相方向の電圧ベクトルＶ５を印加したときに流れるＷ相電流ｉｖ５と、電圧ベクトルＶ５と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ２を印加したときに流れるＷ相電流ｉｗ２とを加算した加算電流値Δｉｗは、下記（３）式となり、同期電動機１が磁気飽和する場合、Δｉｖ≠０、Δｉｗ≠０となる。

Δｉｖ＝ｉｖ３＋ｉｖ６ ・・・（２）
Δｉｗ＝ｉｗ５＋ｉｗ２ ・・・（３）

図７は、図４のタイミングチャートに示すように、電圧ベクトル指令Ｖｒとして電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を順次印加した場合におけるΔｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの同期電動機１の磁極位置θに対する変化を表したものであり、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗは、同期電動機１の磁極位置θに応じて、その大きさが変化するという特徴がある。演算手段２では、この加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを利用して、同期電動機１の磁極位置θを演算する。以下にその具体例を示す。

図７から判るように、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗそれぞれの絶対値の大きさより、６０度間隔の精度で同期電動機１の磁極位置を推定することが出来る。例えば、磁極位置θが０のとき、Δｉｕが最大値であり、磁極位置θが６０度のとき、Δｉｗが最小値となる。このように、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値と磁極位置θとの関係は、磁極位置を６０度毎に区分した区分番号ｍを用いると、以下の（４）式となり、磁極位置を６０度間隔の精度で推定することが出来る。

以上の動作原理に基づき、先ず、電圧ベクトル印加時間を調整しない場合における動作について示す。従って、メモリ７には、電圧ベクトル印加時間として、後述する電圧ベクトル指令Ｖｒの印加時間を自動調整したことで得られる印加時間、即ち、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の印加時間設定値が記憶されているものとする。そして、この場合の動作を説明した後、当該印加時間設定値を自動調整で求める場合の動作を詳細に説明するものとする。

メモリ７には、電圧ベクトル指令Ｖｒとして出力する電圧指令値Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６のパターンが記憶されている。
そして、ＣＰＵ６は、メモリ７に記憶されている電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎと電圧指令値Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を読み込んで、図８のフローチャートのように、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間出力した後に、Ｖ１を電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎ間だけ出力する。その後、トリガ信号Ｔｒを出力し、トリガ信号Ｔｒに基づいて検出手段４より検出した巻線電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１を入力する。そして、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間出力する。以上のような動作を電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６まで順次終えるまで、即ち、図中のｎを１〜６まで繰返したのち、上述した（１）〜（３）式に基づいて、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算し、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の最大より、上述した（４）式に従って、６０度間隔の精度で磁極位置θを推定出力する。

次に、印加時間設定手段１０１による、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの自動調整について示す。ＣＰＵ６は、図８のフローチャートに示すように、Ｖ１〜Ｖ６の６種類の電圧ベクトル指令Ｖｒを同期電動機１に印加したときに流れる巻線電流より、Ｖ１〜Ｖ６の各電圧ベクトルと同位相である６通りの巻線電流のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の巻線電流を加算した加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを上述（１）〜（３）式を用いて演算し、上述（４）式に基づいてΔｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値が最大となるものを判別して磁極位置θを演算し出力する。

よって、磁極位置θを正しく求めるためには、０〜３６０度のどの磁極位置においても、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値が最大となるものを良好に判別出来れば良い。Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値が最大となるものを良好に判別するためには、回路手段３が出力する電圧のバラツキや検出手段４の電流センサの測定誤差、オフセット誤差や、電流センサに重畳するノイズによる検出手段４の検出誤差など、これら諸要因を包括して電流検出系の誤差要因と称するものとすると、当該誤差要因があっても、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値が最大となるものを良好に判別出来るようにすればよい。

そこで、この誤差要因を鑑みて加算電流基準値ΔＩｓｔｄなるものを予め設定しておき、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗのうち絶対値が最大となるものをΔＩｍａｘとし、ΔＩｍａｘが下記（５）式を満たすようにすればよい。ΔＩｓｔｄは、誤差要因の大きさを鑑みて、例えば、誤差要因の大きさの５倍、１０倍や、回路手段３の定格出力電流の５％や１０％などとして設定しておいても良い。

ΔＩｍａｘ＞ΔＩｓｔｄ ・・・（５）

一方、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値は、同期電動機１の磁気飽和の度合いによって変わる。同期電動機１が磁気飽和しなければゼロであり、磁気飽和すればするほどΔｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値は大きくなる。同期電動機１の磁気飽和の度合い、即ち、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値は、同期電動機１に流れる電流の大きさによって変わるため、電圧ベクトル指令Ｖｒの印加時間を調整することで、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値を調整することが出来る。

以上のことより、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値が最大となるものを良好に判別するためには、電圧ベクトル印加時間を調整して（５）式を満たすようにすれば良い。しかしながら、ΔＩｍａｘの値は、同期電動機１の磁極位置に依存して変化するため、ある磁極位置で（５）式を満たしても、別の磁極位置では（５）式を満たさない場合もある。

図９は、図７のΔｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの磁極位置に対する変化を絶対値で表したものである。例えば、同期電動機１の磁極位置０度は、ΔＩｍａｘが磁極位置０〜３６０度のうち最も大きくなる点の１つであり、この点で（５）式を満たすように電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを調整し、そのときＩｍａｘとΔＩｓｔｄが図９のような関係になったとする。このとき自動調整により求めた印加時間Ｔｉｎを用いて磁極位置検出を行なう場合、他の磁極位置ではΔＩｍａｘがΔＩｓｔｄより小さくなり、即ち、（５）式を満たさなくなる場合が生じて、良好に磁極位置を検出することが出来ない場合がある。

理想的には、ΔＩｍａｘが最小となる磁極位置、例えば、磁極位置３０度において、（５）式を満たすように電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整行うことが出来れば、すべての磁極位置において（５）式を満たすことになる。しかし、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整するときは、同期電動機１の磁極位置は分からないため、ΔＩｍａｘを用いて（５）式を満たすように電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整しても、すべての磁極位置において、良好に磁極位置検出を行うための電圧ベクトル印加時間が得られるとは限らない。

そこで、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値のうち真ん中の大きさとなる値ΔＩｍｉｄ（第１の加算電流評価値）を用いて、このΔＩｍｉｄが下記（６）式を満たすように電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整するようにする。

ΔＩｍｉｄ＞ΔＩｓｔｄ ・・・（６）

ΔＩｍｉｄは、図９の太線のように、磁極位置に応じてその大きさが変化する。ΔＩｍｉｄの波形を見て分かるように、ΔＩｍｉｄは、常にΔＩｍａｘの最大値以下の値となり、かつ、ΔＩｍｉｄは、ΔＩｍａｘの最小値に近い値を取る。よって、（６）式を満たすように電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの自動調整を行い、自動調整により求めたＴｉｎにより磁極位置検出を行えば、同期電動機１の磁極位置によらず常に（５）式を満たすため、良好に磁極位置検出を行うことが出来る。

具体的には、図１０のフローチャートのように行う。
先ず、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎに、メモリ７に記憶されている電圧ベクトル印加時間では無く、磁気飽和が確実に生じない任意の小さい値の時間Ｔ０を初期設定する。
例えば、同期電動機１に流れる電流が、同期電動機１の定格電流の５０％くらいになるようにＴ０を設定する。この場合、下記（７）式のように、同期電動機１の定数を用いた近似式より求めたＴ０を電圧ベクトル印加時間の初期値としてＴｉｎに設定するとよい。

Ｔｉｎ＝Ｌｄ×（（√３）×０．５×Ｉｓ）／Ｖｄｃ ・・・（７）

但し、Ｉｓ：定格電流（実効値）、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｖｄｃ：直流母線電圧である。

図１０に示すように、予め設定した電圧ベクトル印加時間Ｔ０により、印加時間設定手段１０１に基づきＣＰＵ６は、メモリ７に記憶されている電圧指令値Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を読み込んで、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間出力した後に、Ｖ１を初期設定した電圧ベクトル印加時間Ｔ０間だけ出力する。その後、トリガ信号Ｔｒを出力し、トリガ信号Ｔｒに基づいて検出手段４より検出した巻線電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１を入力する。そして、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間出力する。以上のような動作を電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６まで順次出力し終えるまで繰返したのち、上述（１）〜（３）式に基づいて加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算し、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄを演算する。

そして、ΔＩｍｉｄが（６）式を満たさない場合は、初期設定したＴ０に任意の時間ΔＴｉｎだけ加算して電圧ベクトル印加時間を増やし、再度、電圧ベクトルＶ０とＶ１〜Ｖ６まで順次出力してΔＩｍｉｄを演算、（６）式を満たすか判定する。このように、Ｖ１〜Ｖ６までの６種類の電圧ベクトル指令を順次印加→ΔＩｍｉｄを演算→ΔＩｍｉｄが（６）式を満たすかの判別を１セットとして、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを変化させて、複数セット繰り返してΔＩｍｉｄが（６）式を満たすまで行い、ΔＩｍｉｄが（６）式を満たした時のＴｉｎを自動調整により得た、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓとしてメモリ７に記憶する。

自動調整した後の磁極位置検出では、メモリ７に記憶したＴｉｎｓを電圧ベクトル印加時間とし、図８のフローチャートに基づいて磁極位置検出を行う。

図１０のフローチャートは、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの初期値Ｔ０を十分小さな値に設定し、ＴｉｎをＴ０から順次増やすようにしてＴｉｎを自動調整しているが、図１１のフローチャートに示すように、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの初期値であるＴ０として、磁気飽和が確実に生じる大きい値に設定しておき、ＴｉｎをＴ０から順次ΔＴｉｎずつ減らすようにして、ΔＩｍｉｄが、下記（８）式を満たすかどうか判別し、ΔＩｍｉｄが（８）式を満たしたときのＴｉｎにΔＴｉｎを加算した値を電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓとしてメモリ７に記憶するようにしても良い。

ΔＩｍｉｄ＜ΔＩｓｔｄ ・・・（８）

以上のように、この発明の実施の形態１においては、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄと電流検出系の誤差要因に基づき予め設定した加算電流基準値ΔＩｓｔｄとの比較演算に基づく自動調整により、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを簡便確実に得ることができ、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの内の最大値を確実に判別することができる。その結果、同期電動機の磁極位置を６０度間隔の精度で推定検出する場合に通電する電流値を必要最低限の値に留めることが可能となり、低損失で長期使用に有利となる。

なお、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの内の最大値から磁極位置を推定する限りにおいては、６０度に限らず他の角度間隔の精度での磁極位置検出も可能なことは言うまでもない。

実施の形態２．
ここでは、磁極位置を３０度、１５度間隔、更には７．５度間隔の精度で推定検出する場合の、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを自動調整で求める同期電動機の磁極位置検出装置について説明する。なお、回路構成は、実施の形態１の場合と同様であるので説明は省略する。

実施の形態１の場合と同様、先ず、演算手段２が、３０度間隔の精度で磁極位置θを推定する場合の動作原理について説明する。
磁極位置を３０度間隔で推定するために、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に直交する成分の電流値を用いる。演算手段２からの電圧ベクトル指令Ｖｒとして、同期電動機１のＵ相巻線と同位相方向の電圧ベクトルＶ１を印加したときに流れる電流において、電圧ベクトルＶ１と直交する電流成分ｉｕｘ１は、電圧ベクトルＶ１を印加した時にＶ相巻線に流れる電流ｉｖ１とＷ相巻線に流れる電流ｉｗ１を用いて下記（９）式により求めることが出来る。

ｉｕｘ１＝ｉｖ１−ｉｗ１ ・・・（９）

同様にして、電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６を同期電動機１に印加したときの、各電圧ベクトルに直交する電流ｉｗｘ２〜ｉｖｘ６は、下記（１０）〜（１４）式で表すことが出来る。

ｉｗｘ２＝ｉｕ２−ｉｖ２ ・・・（１０）
ｉｖｘ３＝ｉｗ３−ｉｕ３ ・・・（１１）
ｉｕｘ４＝ｉｖ４−ｉｗ４ ・・・（１２）
ｉｗｘ５＝ｉｕ５−ｉｖ５ ・・・（１３）
ｉｖｘ６＝ｉｗ６−ｉｕ６ ・・・（１４）

更に、下記（１５）〜（１７）式のように、電圧ベクトルＶ１を印加したときに、電圧ベクトルＶ１と直交する電流成分ｉｕｘ１と、電圧ベクトルＶ１と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ４を印加したときに、電圧ベクトルＶ４と直交する電流成分ｉｕｘ４とを加算した直交加算電流値ｉｕｘ、電圧ベクトルＶ３を印加したときに、電圧ベクトルＶ３と直交する電流成分ｉｖｘ３と、電圧ベクトルＶ３と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ６を印加したときに、電圧ベクトルＶ６と直交する電流成分ｉｖｘ６とを加算した直交加算電流値ｉｖｘ、電圧ベクトルＶ２を印加したときに、電圧ベクトルＶ２と直交する電流成分ｉｗｘ２と、電圧ベクトルＶ２と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ５を印加したときに、電圧ベクトルＶ５と直交する電流成分ｉｗｘ５とを加算した直交加算電流値ｉｗｘを演算する。

ｉｕｘ＝ｉｕｘ１−ｉｕｘ４ ・・・（１５）
ｉｖｘ＝ｉｖｘ３−ｉｖｘ６ ・・・（１６）
ｉｗｘ＝ｉｗｘ２−ｉｗｘ５ ・・・（１７）

図１２は、同期電動機１の磁極位置θに対するｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの変化を表したものである。図１２に示すように、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘは、磁極位置θに対し、１８０度の周期で変化するものとなる。
３０度の間隔で磁極位置を推定するためには、先の（４）式により求めることができる、６０度間隔で推定する磁極位置に対し、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの大小関係を併用することにより、３０度間隔の精度で磁極位置の推定を行う。

直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘにおいて、その大小関係に着目すると、下記（１８）式の関係があることが分かる。

（１８）式において、例えば、区分番号ｍ１が１ａ（区間：−３０度〜０度）と区分番号ｍ１が４ａ（区間：１５０度〜１８０度）において、両者とも大小関係がｉｕｘ＜０で同じになるが、（４）式のΔｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの関係より求めた区分番号ｍを用いることで両者のいずれに該当するかを判別することが出来る。
即ち、磁極位置を３０度間隔の精度で推定するためには下記（１９）式を用いる。

また、磁極位置を更に細かく１５度間隔の精度で推定したい場合は、上記（１９）式と、下記（２０）式を併用することで求めることが出来る。

ここには記載を省略するが、特許文献３によれば、同様の方法を進めることにより、７．５度間隔の精度で磁極位置を推定することも可能である。

以上の動作原理に基づき、先ず、電圧ベクトル印加時間を調整しない場合における動作について示す。従って、メモリ７には、電圧ベクトル印加時間として、後述する電圧ベクトル指令Ｖｒの印加時間を自動調整したことで得られる印加時間、即ち、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の印加時間設定値が記憶されているものとする。そして、この場合の動作を説明した後、当該印加時間設定値を自動調整で求める場合の動作を詳細に説明するものとする。

メモリ７には、電圧ベクトル指令Ｖｒとして出力する電圧指令値Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６のパターンが記憶されている。
そして、ＣＰＵ６は、メモリ７に記憶されている電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎと電圧指令値Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を読み込んで、図１３（３０度間隔で磁極位置推定）や図１４（１５度間隔で磁極位置推定）のフローチャートに示すように、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間出力した後に、Ｖ１を電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎ間だけ出力する。その後、トリガ信号Ｔｒを出力し、トリガ信号Ｔｒに基づいて検出手段４より検出した巻線電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１を入力する。そして、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間出力する。以上のような動作を電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６まで順次終えるまで繰返したのち、（１）〜（３）式に基づいて加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算し、（１５）〜（１７）式に基づいて直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算する。そして、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の最大とｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの大小関係より（１９）、（２０）式に従って、３０度または１５度間隔の精度で磁極位置θを出力する。

次に、印加時間設定手段１０１による、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの自動調整について示す。３０度、１５度の間隔で磁極位置検出を行う場合、加算電流値ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗの絶対値の最大値を用いた判別の他に、例えば、３０度の間隔で磁極位置検出を行う場合は、式（１９）のように、直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの正負を判別、即ち、ゼロクロス点を判別して磁極位置検出を行い、１５度間隔で磁極位置検出を行う場合は、直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの大小関係を判別、即ち、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点を判別して磁極位置検出を行う。よって、３０度、１５度の間隔で磁極位置検出を行う場合は、ΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗの絶対値の最大値が良好に判別出来るようにする以外に、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのゼロクロス点とｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点を良好に判別出来るようにしなければならない。

直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのゼロクロス点とｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点を良好に判別するためには、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点の大きさが、回路手段３が出力する電圧のバラツキや検出手段４の電流センサの測定誤差、オフセット誤差や、電流センサに重畳するノイズによる検出手段４の検出誤差などの電流検出系の誤差要因があっても、正または負の値どちらか一方の値にしかならないようすれば、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのゼロクロス点を良好に判別出来る。また、上記のように、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点の大きさが、同誤差要因があっても、正または負の値どちらか一方の値にしかならないようになれば、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点を良好に判別することが出来る。

そこで、この誤差要因を鑑みて直交加算電流基準値Ｉｘ＿ｓｔｄなるものを予め設定しておき、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点の大きさをＩｘ＿ｎｄ（第２の加算電流評価値）とし、このＩｘ＿ｎｄが下記（２１）式を満たすよう電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整すれば良い。Ｉｘ＿ｓｔｄは、誤差要因の大きさを鑑みて、例えば、誤差要因の大きさの５倍、１０倍や、回路手段３の定格出力電流の５％や１０％などとして設定しておいても良い。

Ｉｘ＿ｎｄ＞Ｉｘ＿ｓｔｄ ・・・（２１）

直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘは、図１２のように、ほぼ同期電動機１の磁極位置に対して２倍の周期で変化する３相平衡の正弦波状となるので、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点の大きさＩｘ＿ｎｄは、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの振幅｜Ｉｘ｜の１／２となる。また、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘは、３相平衡の正弦波状であるため、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの振幅｜Ｉｘ｜は、下記（２２）式より求めることでき、Ｉｘ＿ｎｄは（２３）式となる。

｜Ｉｘ｜＝√（２×（ｉｕｘ^２＋ｉｖｘ^２＋ｉｗｘ^２）／３） ・・・（２２）
Ｉｘ＿ｎｄ＝｜Ｉｘ｜／２ ・・・（２３）

結局のところ、直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのゼロクロス点とｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点を良好に判別出来るようにするためには、下記（２４）式を満たすように電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整すれば良い。

｜Ｉｘ｜／２＞Ｉｘ＿ｓｔｄ ・・・（２４）

具体的な自動調整は、以下のように図１５のフローチャートに従って行う。
印加時間設定手段１０１に基づきＣＰＵ６は、先ず、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎに任意の時間を初期設定する。図１５のフローチャートに示すように行う場合、Ｔｉｎを増加させてゆくため、初期設定する電圧ベクトル印加時間の初期値Ｔ０は、磁気飽和が確実に生じない小さい値に設定する。例えば、実施の形態１の（７）式のように、同期電動機１の定数を用いた近似式より求めたＴ０を電圧ベクトル印加時間の初期値としてＴｉｎに設定するとよい。

以上で設定した電圧ベクトル印加時間Ｔ０により、ＣＰＵ６は、メモリ７に記憶されている電圧指令値Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を読み込んで、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間出力した後に、Ｖ１を初期設定した電圧ベクトル印加時間Ｔ０間だけ出力する。その後トリガ信号Ｔｒを出力し、トリガ信号Ｔｒに基づいて検出手段４より検出した巻線電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１を入力する。そして、電圧ベクトル指令ＶｒとしてＶ０を一定時間Ｔ０出力する。以上のような動作を電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６まで順次終えるまで繰返したのち、（１）〜（３）式に基づいて加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算し、Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄを演算する。

次に、上述（１５）〜（１７）式に基づいて、直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算し、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの振幅｜Ｉｘ｜を演算する。そして、ΔＩｍｉｄが（６）式を、｜Ｉｘ｜が（２４）式を満たすか判定する。（６）式、（２４）式を満たさない場合は、初期設定したＴ０に任意の時間ΔＴｉｎだけ加算して電圧ベクトル印加時間を増やして、再度、電圧ベクトルＶ０とＶ１〜Ｖ６まで順次出力して、ΔＩｍｉｄを演算、｜Ｉｘ｜を演算、（６）式、（２４）式を満たすか判定する。このように、Ｖ１〜Ｖ６までの６種類の電圧ベクトル指令を順次印加→ΔＩｍｉｄを演算→｜Ｉｘ｜を演算→ΔＩｍｉｄが（６）式、｜Ｉｘ｜が（２４）式を満たすかの判別を１セットとして、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを変化させて、複数セット繰り返してΔＩｍｉｄが（６）式、かつ｜Ｉｘ｜が（２４）式を満たすまで行い、ΔＩｍｉｄが（６）式、｜Ｉｘ｜が（２４）式を満たした時のＴｉｎを自動調整により得た電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓとしてメモリ７に記憶する。

自動調整した後の磁極位置検出では、メモリ７に記憶したＴｉｎｓを電圧ベクトル印加時間とし、図１３、図１４のフローチャートに基づいて磁極位置検出を行う。

図１５のフローチャートは電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの初期値Ｔ０を十分小さな値に設定し、ＴｉｎをＴ０から順次増やすようにしてＴｉｎを自動調整しているが、図１６のフローチャートに示すように、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの初期値であるＴ０として、磁気飽和が確実に生じる大きい値に設定しておき、ＴｉｎをＴ０から順次ΔＴｉｎずつ減らすようにして、ΔＩｍｉｄが（８）式、｜Ｉｘ｜が下記（２５）式を満たすかどうかを判別し、ΔＩｍｉｄが（８）式を満たしているか、または、｜Ｉｘ｜が（２５）式を満たしたときのＴｉｎにΔＴｉｎを加算した値を電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓとしてメモリ７に記憶するようにして、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整しても良い。

｜Ｉｘ｜／２＜Ｉｘ＿ｓｔｄ ・・・（２５）

また、Ｔｉｎを増やして電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整する場合において、ΔＩｍｉｄが（６）式を満たすことで必然的に｜Ｉｘ｜が（２４）式を満たすならば、図１５のフローチャートではなく、図１０のフローチャートに従ってＴｉｎの自動調整を行ってもよく、逆に、｜Ｉｘ｜が（２４）式を満たすことで必然的にΔＩｍｉｄが（６）式を満たすならば、図１５のフローチャートではなく、図１７のフローチャートに従ってＴｉｎの自動調整を行ってもよい。

また、Ｔｉｎを減らして電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整する場合においても同様に、ΔＩｍｉｄが（８）式を満たすことで必然的に｜Ｉｘ｜が（２５）式を満たすならば、図１６のフローチャートではなく、図１１のフローチャートに従ってＴｉｎの自動調整を行ってもよく、逆に、｜Ｉｘ｜が（２５）式を満たすことで必然的にΔＩｍｉｄが（８）式を満たすならば、図１６のフローチャートではなく、図１８のフローチャートに従ってＴｉｎの自動調整を行ってもよい。

以上のように、この発明の実施の形態２においては、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄと電流検出系の誤差要因に基づき予め設定した加算電流基準値ΔＩｓｔｄとの比較演算、および直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの振幅｜Ｉｘ｜／２＝Ｉｘ＿ｎｄと電流検出系の誤差要因に基づき予め設定した加算電流基準値Ｉｘ＿ｓｔｄとの比較演算に基づく自動調整により、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓを簡便確実に得ることができ、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの内の最大値、および直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのゼロクロス点とｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点を確実に判別することができる。その結果、同期電動機の磁極位置を３０度、１５度間隔の精度更には７．５度間隔の精度で推定検出する場合に通電する電流値を必要最小限の値に留めることが可能となる。

なお、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの内の最大値および直交加算電流値ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのゼロクロス点とｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘそれぞれの交点から磁極位置を推定する限りにおいては、上述の３０、１５、７．５度に限らず他の角度間隔の精度での磁極位置検出も可能なことは言うまでもない。

実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態１に示した自動調整法において、さらに精度よく電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを求める方法について示す。
６０度間隔で磁極位置検出を行う場合、図８のフローチャートに示すように、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値で最大のΔＩｍａｘより磁極位置検出を行う。よって、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整するためには、ΔＩｍａｘを利用すればよい。しかしながら、ΔＩｍａｘは、同期電動機１の磁極位置によって大きさが変化するため、ある磁極位置で自動調整行い、自動調整により求めた印加時間Ｔｉｎを用いて、別の磁極位置で磁極位置検出を行ったときに、良好に磁極位置検出が出来るとは限らない。

電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整するときは、同期電動機１の磁極位置は分からないため、ΔＩｍａｘを用いて電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整しても、すべての磁極位置において、良好に、即ち、磁極位置の検出を可能とする必要最低限の電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎが得られるとは限らない。
そこで、実施の形態１では、加算電流値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値のうち真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄを用いて電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整していた。実施の形態１の方法では、自動調整するときの磁極位置によらず、すべての磁極位置において、良好に磁極位置検出を行うための電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを得ることが出来る。

しかるに、この必要最低限という要求を更に追求すると、自動調整で電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを検出するときの条件によっては必ずしも十二分と言えない場合が存在する。
即ち、先の図９から判るように、３０度、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度の磁極位置では、ΔＩｍａｘ＝ΔＩｍｉｄであるため、磁極位置検出に必要最低限な電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを求めることが出来るが、３０度、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度以外の磁極位置ではΔＩｍａｘ≧ΔＩｍｉｄであるため、自動調整により求めた電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎは磁極位置検出に必要最低限な電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎより大きな値となる。

勿論、必要最低限な電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎより大きな値となっても、磁極位置検出は良好に行うことが出来るが、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎが大きくなるということは、同期電動機１に流れる電流値も大きくなる。即ち、必要最低限な電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎより大きな値で磁極位置検出を行うと、同期電動機１に余分に電流を流すことになり損失が増加する。

そこで本実施の形態３では、同期電動機１が同期電動機１単体もしくは同期電動機１に結合されている負荷が軽く、同期電動機１の軸が動くことが出来る場合において、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎの自動調整を開始するときの磁極位置がどこにあろうとも、同期電動機１の磁極位置を３０度、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度のいずれか、従って、ΔＩｍａｘ＝ΔＩｍｉｄが成立する磁極位置に動かしてから電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整する方法について示す。

同期電動機１は、回転子に永久磁石を配置した永久磁石同期電動機である。永久磁石同期電動機１に任意のγ軸方向に直流電圧を印加して直流電流を流すと、回転子の永久磁石磁束と固定子に直流電圧を印加して直流電流が流れることにより生じる固定子磁束とが作用し、同期電動機１の磁極位置は直流電圧を印加したγ軸方向に吸引されて磁極位置≒γ軸となる。この特徴を利用し、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを自動調整で求める時に、任意のγ軸として３０度、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度のいずれかの１つの方向に直流電圧を印加することで、自動調整を開始するときの同期電動機１の磁極位置がどこにあろうとも、磁極位置を３０度、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度のいずれかに設定出来る。磁極位置をずらした後は、実施の形態１と同様の方法により自動調整を行えばよい。

具体的な方法として、実施の形態１において図１０のように電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを順次増やして自動調整する場合、図１９のフローチャートに示すように、印加時間設定手段１０１によりＣＰＵ６は、先ず、３０×（２ｋ−１）度方向（ｋ＝１、２、・・・６）に直流電圧ベクトル指令Ｖｓｄを回路手段３へ出力する。その後は、図１０のフローチャートと同様に、Ｖ１〜Ｖ６までの６種類の電圧ベクトル指令を順次印加→ΔＩｍｉｄを演算→ΔＩｍｉｄが（６）式を満たすかの判別を１セットとして、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを変化させて、複数セット繰り返してΔＩｍｉｄが（６）式を満たすまで行い、ΔＩｍｉｄが（６）式を満たした時のＴｉｎを自動調整により得た電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓとしてメモリ７に記憶する。

また、磁極位置が３０度、９０度、１５０度、２１０度、２７０度、３３０度ではΔＩｍａｘ＝ΔＩｍｉｄであるため、図２０のフローチャートに示すように、ＣＰＵ６は、３０×（２ｋ−１）度方向（ｋ＝１、２、・・・６）に直流電圧ベクトル指令Ｖｓｄを回路手段３へ出力し、Ｖ１〜Ｖ６までの６種類の電圧ベクトル指令を順次印加→ΔＩｍａｘを演算→ΔＩｍａｘが（５）式を満たすか判別を１セットとして、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを変化させて、複数セット繰り返してΔＩｍａｘが（５）式を満たすまで行い、ΔＩｍａｘが（５）式を満たした時のＴｉｎを自動調整により得た電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎｓとしてメモリ７に記憶するようにしてもよい。

図１９、図２０のフローチャートでは、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを順次増やして自動調整しているが、電圧ベクトル印加時間Ｔｉｎを順次減らして自動調整する場合は、図２１、図２２のフローチャートに示すように自動調整を行う。

直流電圧ベクトルＶｓｄの大きさは、あらかじめ任意の値に設定しておいてもよいが、同期電動機１の種類（抵抗値）によって流れる電流値が異なってくる。同期電動機１に流れる電流値が変化すると固定子磁束の大きさも変化するため、回転子の永久磁石磁束と固定子磁束との作用による吸引力も変化し、場合によっては、磁極位置を動かすに十分な吸引力が得られなくなる。即ち、永久磁石磁束と固定子磁束の作用を利用して磁極位置を任意の方向に設定したい場合は、永久磁石磁束と固定子磁束の作用による吸引力が十分に得られるような電流値になるように、直流電圧ベクトルＶｓｄを設定することが望ましい。

そこで、直流電圧ベクトルＶｓｄを印加したときに吸引力が十分に得られるような電流値を電流指令値Ｉｓｄとしてあらかじめ設定しておき、検出手段４により検出した巻線電流をフィードバックし、フィードバックした巻線電流を直流電圧ベクトルＶｓｄを印加する方向と同位相方向に換算した電流値と電流指令値Ｉｓｄとの差分を比例積分制御することにより得られる電圧指令値、いわゆる電流フィードバックにより得られる電圧指令値をＶｓｄとすることで、同期電動機１の種類によらず、電流指令値どおりに電流を流すための直流電圧指令Ｖｓｄを設定することが出来る。
電流指令値Ｉｓｄは、磁極位置を動かすに十分な吸引力が得られる電流値として、例えば、同期電動機１の定格電流値にするなど、ある程度大きな値に設定しておくことで、吸引力が強くなり、直流電圧ベクトル指令Ｖｓｄを印加した方向と磁極位置とを確実に一致させることが出来る。

なお、本実施の形態３の同期電動機１は、３相巻線を有する同期電動機として説明したが、ｎ相巻線の同期電動機の場合、直流電圧ベクトル指令Ｖｓｄは下記（２６）式の方向にすれば良い。

９０×（２×ｋ−１）／ｎ ・・・（２６）
但し、ｋ＝１、２、・・２ｎである。

以上のように、この発明の実施の形態３においては、自動調整で印加時間設定値Ｔｉｎｓの設定動作を開始する前に、同期電動機１に所定の直流電圧を印加することにより、同期電動機１の磁極位置が、３０、９０、１５０、２１０、２７０、３３０度のいずれかとなる位置まで同期電動機１を回動させるようにしたので、これらの位置では、加算電流値Δｉｕ，Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の最大値ΔＩｍａｘと第１の加算電流評価値ΔＩｍｉｄとが一致し、磁極位置の検出を可能とする、より厳格な意味における必要最低限の電圧ベクトル印加時間設定値Ｔｉｎｓが得られる。

１ 同期電動機、２ 演算手段、３ 回路手段、４ 検出手段、５ 電流入力回路、
６ ＣＰＵ、７ メモリ、８ 電圧ベクトル出力回路、９ トリガ出力回路、
１０ 磁極位置出力回路、１０１ 印加時間設定手段。

Claims (6)

1. ｎ（ｎは３以上の自然数）相の巻線を有する同期電動機に電圧ベクトル指令に基づく電圧ベクトルを印加する回路手段、前記同期電動機の各相巻線に流れる電流をトリガ信号のタイミングで検出する検出手段、および前記電圧ベクトル指令として互いに振幅が等しくかつ１周期（３６０度）内に等間隔の位相でそれぞれの印加時間をＴｉｎとする２ｎ個の電圧ベクトルを演算して前記回路手段に出力するとともに前記各電圧ベクトルの印加終了時点で前記検出手段に前記トリガ信号を出力する演算手段を備え、
   更に、前記演算手段は、前記電圧ベクトル指令に基づく各電圧ベクトルを前記同期電動機に印加したとき、位相が互いに１８０度異なる各一対の電圧ベクトル印加時に流れる該電圧ベクトルと同相の電流検出値を互いに加算した前記ｎ個の加算電流値を演算するとともに、前記電圧ベクトルの印加で前記同期電動機が磁気飽和するよう前記印加時間Ｔｉｎを設定することにより、前記ｎ個の加算電流値に基づき前記同期電動機の停止時における磁極位置を検出する同期電動機の磁極位置検出装置において、
   前記加算電流値に基づく加算電流評価値が電流検出系の誤差要因に基づき予め設定した加算電流基準値より大きい範囲で最小となるときの前記印加時間Ｔｉｎを求め、前記磁極位置の検出を可能とする必要最低限の印加時間設定値Ｔｉｎｓとして設定する印加時間設定手段を備えたことを特徴とする同期電動機の磁極位置検出装置。
2. 前記印加時間設定手段は、前記印加時間Ｔｉｎの初期値として、前記磁気飽和が確実に生じない小さい値に設定して前記加算電流評価値を求め前記加算電流基準値との大小を判定し、更に前記印加時間Ｔｉｎを順次所定の時間ΔＴｉｎずつ増やして前記判定動作を繰り返し、前記判定結果が初めて（前記加算電流評価値＞前記加算電流基準値）となったときの前記印加時間Ｔｉｎを前記印加時間設定値Ｔｉｎｓとして設定することを特徴とする請求項１記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
3. 前記印加時間設定手段は、前記印加時間Ｔｉｎの初期値として、前記磁気飽和が確実に生じる大きい値に設定して前記加算電流評価値を求め前記加算電流基準値との大小を判定し、更に前記印加時間Ｔｉｎを順次所定の時間ΔＴｉｎずつ減らして前記判定動作を繰り返し、前記判定結果が初めて（前記加算電流評価値＜前記加算電流基準値）となったときの前記印加時間Ｔｉｎに前記時間ΔＴｉｎを加算した値を前記印加時間設定値Ｔｉｎｓとして設定することを特徴とする請求項１記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
4. 前記ｎ＝３の場合、
   前記印加時間設定手段は、前記加算電流評価値として前記３個の加算電流値Δｉｕ，Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄ（第１の加算電流評価値）を設定するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
5. 前記ｎ＝３の場合、
   前記印加時間設定手段は、前記加算電流評価値として前記３個の加算電流値Δｉｕ，Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の真ん中の大きさの値ΔＩｍｉｄ（第１の加算電流評価値）を設定するとともに、
   位相が互いに１８０度異なる各一対の電圧ベクトル印加時に流れる該電圧ベクトルと直交する位相の電流検出値を互いに加算した３個の直交加算電流値ｉｕｘ，ｉｖｘ、ｉｗｘに基づき算出されるＩｘ＿ｎｄ（第２の加算電流評価値）およびこの第２の加算電流評価値Ｉｘ＿ｎｄとの大小を判定するための、電流検出系の誤差要因に基づき予め設定した直交加算電流基準値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
6. 前記印加時間設定手段は、前記印加時間設定値Ｔｉｎｓの設定動作を開始する前に、前記同期電動機の巻線に所定の直流電圧を印加することにより、前記同期電動機の磁極位置が、下式が成立する３０、９０、１５０、２１０、２７０、３３０度のいずれかとなる位置まで前記同期電動機を回動させるようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
   ΔＩｍａｘ（前記加算電流値Δｉｕ，Δｉｖ、Δｉｗの絶対値の最大値）＝前記第１の加算電流評価値ΔＩｍｉｄ

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