JP2021083258A - 磁極方向検出装置および磁極方向検出方法 - Google Patents

磁極方向検出装置および磁極方向検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】突極性を有する同期電動機の磁極検出において、高精度な磁極方向検出装置を提供すること。【解決手段】突極性を有する同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出装置であって、前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加部と、前記電動機の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化部と、前記電動機の駆動電流値を検出する駆動電流検出部と、前記励磁位相と、前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向を検出する磁極方向推定部と、前記電動機のインダクタンス値を測定する測定部と、前記測定部が測定したインダクタンス値に基づいて、前記高周波電圧印加部が印加する高周波電圧の周波数を変更する制御部と、を備える磁極方向検出装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、磁極方向検出装置および磁極方向検出方法に関する。
従来、突極性のある同期モータにおいて、モータが停止した状態のまま磁極検出を行う手法が存在する。特許文献１には、モータの励磁位相を変えながら振幅の小さい高周波電圧をモータに印加したときに、各位相でのフィードバック電流値を測定し、その大きさから磁極方向を推定する技術が開示されている。
特開２００５−１３０５８２号公報
しかしながら、インダクタンス値のオーダが大きい場合には得られるフィードバック電流値が小さくなり、ノイズの影響を受けやすくなる。そのため、磁極方向の検出結果に誤差が生じやすく、複数回の磁極方向推定を行っても検出結果のばらつきが大きかった。
本発明の一態様は、突極性を有する同期電動機（例えば、後述の電動機１０）の磁極方向を検出する磁極方向検出装置（例えば、後述の磁極方向検出装置１）であって、前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加部（例えば、後述の高周波電圧印加部２）と、前記電動機の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化部（例えば、後述の励磁位相変化部３）と、前記電動機の駆動電流値を検出する駆動電流検出部（例えば、後述の駆動電流検出部４）と、前記励磁位相と、前記高周波電圧印加下における前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向推定を実行する磁極方向推定部（例えば、後述の磁極方向推定部５）と、前記電動機のインダクタンス値を測定する測定部（例えば、後述の測定部６）と、前記測定部が測定したインダクタンス値に基づいて、前記高周波電圧印加部が印加する高周波電圧の周波数を変更する制御部（例えば、後述の制御部５）と、を備える磁極方向検出装置を提供する。
また本発明の一態様は、突極性を有する同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出方法であって、前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加工程と、前記電動機の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化工程と、前記電動機の駆動電流値を検出する駆動電流検出工程と、前記励磁位相と、前記高周波電圧印加下における前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向推定を実行する磁極方向推定工程と、前記電動機のインダクタンス値を測定する測定工程と、前記測定部が測定したインダクタンス値に基づいて、前記高周波電圧印加部が印加する高周波電圧の周波数を変更する印加電圧周波数変更工程と、を備える磁極方向検出方法を提供する。
本発明によれば、突極性を有する同期電動機の磁極検出において、高精度な磁極方向検出装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る磁極方向検出装置の構成を示すブロック図である。 埋込磁石型電動機における磁極方向について説明する説明図である。 リラクタンス型電動機における磁極方向について説明する説明図である。 埋込磁石型電動機におけるインダクタンスと電流時間微分値の関係についての説明図である。 リラクタンス型電動機におけるインダクタンスと電流時間微分値の関係についての説明図である。 励磁位相の変化に対する電流時間微分値を示す図である。 高い周波数の高周波電圧印加時の推定磁極方向を示すグラフである。 低い周波数の高周波電圧印加時の推定磁極方向を示すグラフである。 高い周波数の高周波電圧印加時の電流時間微分値と電流値の関係を示すグラフである。 低い周波数の高周波電圧印加時の電流時間微分値と電流値の関係を示すグラフである。 インダクタンスの電流値依存性について説明するグラフである。 本発明の一実施形態に係る磁極方向検出方法を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態に係る磁極方向検出装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の磁極方向検出装置１は、高周波電圧印加部２と、励磁位相変化部３と、駆動電流検出部４と、磁極方向推定部５と、測定部６と、制御部７と、磁極位置検出部８と、を備える。磁極方向検出装置１は、突極性を有する同期式電動機１０の磁極方向を高精度に検出可能である。
磁極方向の検出対象となる同期式電動機１０は突極性を有するものであれば特に限定されず、例えば図２Ａに示すようなロータ１１上に鉄芯１２が配置されるとともに内部に永久磁石１３が埋め込まれた埋込磁石型の電動機１０であってもよいし、図２Ｂに示すようなロータ２１上に鉄芯２２のみが配置されたリラクタンス型の電動機２０であってもよい。これらの電動機１０，２０は、ロータ１１，２１に配置された鉄芯１２，２２や永久磁石１３の非対称性によってロータ１１，２１の回転軸周りのインダクタンスが異なる。以下では、主として埋込磁石型の電動機１０を検出対象とした実施形態について説明し、適宜リラクタンス型の電動機２０を検出対象とした場合についても記述する。
高周波電圧印加部２は、電動機１０のロータ１１に高周波電圧を印加可能である。励磁位相変化部３は、高周波電圧印加部２が印加される電動機１０の励磁位相を変化させる。駆動電流検出部４は、高周波電圧の印加により電動機１０に流れる駆動電流を検出する。磁極方向推定部５は、電動機１０の励磁位相と、高周波電圧印加下の駆動電流検出部４によって検出した駆動電流の値に基づいて、電動機１０の磁極方向を推定する。
高周波電圧の印加により電動機１０に流れる駆動電流値は、高周波電圧印加時の電動機１０の励磁位相によって変化する。励磁位相θを励磁位相変化部３によって０≦θ≦１８０°で変化させ、駆動電流検出部４によって駆動電流の値を検出することで、その電圧周波数での励磁位相θに対する駆動電流値ｉの関係を調べることができる。電動機１０の励磁位相は、例えばロータ１１を回転させることによって変化させることができる。
ここで、本実施形態の磁極方向検出装置１が検出する磁極方向について説明する。図２Ａに示すようにロータ１１の回転角をθとする。ロータ１１に外部から磁石のＳ極を向けた場合に、回転して当該Ｓ極を向くロータ１１の角度位置θをロータ１１の磁極位置（Ｄ相）といい、ロータ１１の回転中心と磁極位置を結ぶ直線（Ｄ軸）方向が磁極方向である。また、Ｑ軸はロータ１１の回転面内でＤ軸に直交する。
例えば、図２Ａに示す埋込磁石型の電動機１０のロータ１１では、埋め込まれた永久磁石１３のＮ−Ｓ極に沿って延びる方向が磁極方向となる。また、図２Ｂに示すリラクタンス型の電動機２０のロータ２１では、模式的に長方形で描画された鉄芯１２の長辺方向が磁極方向となる。
上述したように、突極性を有する同期電動機では、Ｄ相インダクタンスＬｄとＱ相インダクタンスＬｑは、ロータ構造の非対称性によって異なる値となっている。インダクタンスは磁束の通りやすさを表す指標であり、埋込磁石型の電動機１０のロータ１１ではＬｄ＜Ｌｑとなり、リラクタンス型の電動機２０のロータ２１ではＬｑ＜Ｌｄとなる。
本実施形態の磁極方向検出装置１は、電流値ｉを時間ｔで微分した電流時間微分値（ｄｉ／ｄｔ）の振幅に基づいて磁極方向を検出する。電流時間微分値は次の式（１）のように表せ、励磁位相θの変化に伴って周期的に変化する。
Figure 2021083258
…（１）
ただし、
Ｌ０＝（Ｌｄ＋Ｌｑ）／２
Ｌ２＝（Ｌｄ−Ｌｑ）／２
θ（ｔ）：時刻ｔにおける印加電圧の位相
θｐ：磁極位置
Ｖｓｉｎγｔ：高周波電圧
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、インダクタンスの大小は電流時間微分値の振幅の大小と逆相関する。すなわち、例えば埋込磁石型の電動機１０の場合、電流時間微分値の振幅が極小値をとるとき、インダクタンスが極大値Ｌｑをとる。また、電流時間微分値の振幅が極大値をとるとき、インダクタンスが極小値Ｌｄをとる（図３Ａ）。リラクタンス型の電動機２０の場合、電流時間微分値の振幅が極小値をとるとき、インダクタンスが極大値Ｌｄをとる。また、電流時間微分値の振幅が極大値をとるとき、インダクタンスが極小値Ｌｑをとる（図３Ｂ）。
したがって、０°≦θ≦３６０°で励磁位相θを時刻ｔとともに変化させながら電流時間微分値の振幅の極小値または極大値を検出し、その時の励磁位相を出力することで、磁極方向を推定することができる。具体的には、上述の埋込磁石型の電動機１０の場合、電流時間微分値の振幅が極大値をとるときインダクタンスはＬｄをとる。その時の励磁位相をθ１とすると、θ１＋ｎ×１８０°（０°≦θ１≦１８０°、ｎは整数）が磁極方向である。リラクタンス型の電動機２０の場合、電流時間微分値の振幅が極小値をとるときインダクタンスはＬｄをとる。その時の励磁位相をθ２とすると、θ２＋ｎ×１８０°（０°≦θ２≦１８０°、ｎは整数）が磁極方向である。
図４は、駆動電流値と励磁位相の関係を示すグラフである。一定の高周波電圧印加の下、電流値と励磁位相θの変化を経時的に観測し、電流時間微分値の振幅が極小値をとるときの励磁位相θに基づいて磁極方向を推定する。
電流時間微分値はθの増加に伴って周期的に変化し、その極大値および極小値は１周につきそれぞれ２回ずつ現れる。したがって、複数の極大値および極小値に係る励磁位相θの値を推定して平均化することで、より高精度に磁極方向を推定することができるため、励磁位相は１周以上変化させて磁極方向を推定することが好ましい。
磁極方向の推定は電流時間微分値の振幅の極大値と極小値のいずれを検出してもよいが、特に極大値を検出して行うことが好ましい。電流時間微分値の振幅は、極大値の方が極小値と比較して急峻に変化するためノイズの影響を受けにくく、検出精度が向上するためである。Ｌｄ＜Ｌｑである埋込磁石型の電動機１０の場合、検出した極大値をとる励磁位相がそのまま磁極方向と推定される。Ｌｑ＜Ｌｄとなるリラクタンス型の電動機２０の場合、検出した極大値をとる励磁位相から９０°ずらした位相が磁極方向と推定される。このようにして、例えばロータ１１をＳ周させて２Ｓ回現れる極大値について検出し、磁極方向を推定する。
図５Ａおよび図５Ｂには、高周波電圧の周波数を変えて磁極方向の推定を行った結果を示す。図５Ｂでは、図５Ａよりも低い周波数の高周波電圧を印加した際の結果を示している。図５Ｂのほうが検出される電流値が大きく、推定磁極方向のばらつきが小さくなっている。
印加する高周波電圧の周波数の変さらに際し、周波数を低くすると電流値は増加するため、磁極方向がより高精度に検出可能となる。これについて、詳しく説明する。図６Ａおよび図６Ｂは電流時間微分値と電流値の継時変化を並べて表記したグラフであり、図６Ｂでは、図６Ａよりも低い周波数の高周波電圧を印加した際の結果を示している。ｔ１およびｔ２は半周期となる時間ｔを、ｉ１およびｉ２は電流ｉの振幅を表しており、ｔ１＜ｔ２、ｉ１＜ｉ２である。
式（１）より、電流時間微分値の振幅はθとインダクタンスのみに依存するから、高周波電圧の周波数を小さくしても一定である。一方で、周波数が低くなると波長は大きくなるため、ｔ２はｔ１よりも大きくなる。結果、印加電圧の周波数が低くなると電流時間微分値のグラフの網掛け部分の面積は大きくなる。電流値のグラフを時間で微分したものが電流時間微分値のグラフであるから、電流時間微分値のグラフの網掛け部分の面積は、対応する電流値のグラフの振幅の大きさを表す。したがって、印加する高周波電圧の周波数の変さらに際し、周波数を低くすると電流値は増加する。
一方で、電流値が大きくなりすぎると電動機１０の発熱が大きくなるなどの弊害が生じるため、電動機１０への印加電流として適切な電流値の範囲で印加電圧の周波数を変更することが好ましい。さらに、電動機１０がリミッターを有し、過電流防止のために電動機１０に流れる電流値の上限値が設定されているような場合には、電流値が大きくなりすぎると継時的変化を正確に測定できず、電流時間微分値の極大値および極小値を高精度に検出できなくなる。したがってこの場合には、電流値が設定された上限値未満となる範囲で印加電圧の周波数を変更することが好ましい。
検出対象の電動機が埋込磁石型の電動機１０の場合、磁極位置検出部９によってさらに磁極位置を検出可能であることが好ましい。磁極位置の検出方法としては従来公知の方法を用いることができ、例えば次のような方法で検出可能である。まず、電動機１０に、磁極方向検出装置１によって検出された磁極方向に対して平行に、外部磁界を印加する。続いて、前記外部磁界の符号を反転させる。外部磁界の印加方向が永久磁石１３によって形成される磁界と同方向である場合には磁気飽和が起こり、逆方向の磁界を印加した時と比較してインダクタンスが低下するため、電流値の変化が大きくなる。この性質を利用して、磁極位置を検出することができる。
さらに図７に示すように、インダクタンス値は電流値に依存し、電流値が大きくなるとインダクタンス値は低下する。すなわち、電流時間微分値の振幅が大きい励磁位相ほど電流値が大きくなりインダクタンスが低下するため、電流時間微分値の振幅はさらに大きくなる。結果、電流時間微分値の振幅は極大値において極小値よりも急峻に変化するためノイズの影響を受けにくく、磁極方向を高精度に検出できる。
測定部６は、高周波電圧を印加した電動機１０について、励磁位相を変化させながらインダクタンス値を測定する。測定方法としては特に限定されず、例えば測定した電圧と電流値からインダクタンス値を算出する従来公知の方法を用いることができる。インダクタンス値はオーダレベルで測定できればよい。
制御部７は測定部６で測定したインダクタンス値に基づいて、高周波電圧印加部２が印加する高周波電圧の周波数を変更する。予めインダクタンスの閾値を定めておき、インダクタンスが閾値より大きい場合には電流値が小さく検出時のノイズの影響を受けやすいため、印加電圧の周波数を低く変更する。これにより電流値を増大させ、電流値の検出精度を向上させる。
以下に、本実施形態に係る磁極方向検出の一例について、図８のフローチャートを用いて説明する。
まず、目的の精度に応じて、ばらつき算出結果の閾値を設定する（ステップＳ１）。次いで、高周波電圧印加工程において、高周波電圧印加部２は電動機１０のロータ１１に周波数Ａの高周波電圧を印加する（ステップＳ２）。次いで、励磁位相変化工程において電動機１０の励磁位相θを励磁位相変化部３によってＳ周変化させ、駆動電流検出工程において電動機１０に流れる駆動電流を駆動電流検出部４によって検出する。次いで、磁極方向検出工程において、駆動電流検出部４によって２Ｓ回検出した駆動電流とその時の励磁位相θとに基づいて、磁極方向推定部５は電動機１０の磁極方向を推定する。次いで、測定工程において、測定部６が周波数Ａの印加電圧における電動機１０のインダクタンス値を測定する（ステップＳ３）。
続いて、判定部７は周波数Ａの印加電圧について測定したインダクタンス値をステップＳ１で設定した閾値と比較する（ステップＳ４）。前記ばらつきが所定の閾値以下である場合には、前記インダクタンス値に係る磁極方向推定結果を電動機１０の磁極方向検出結果として出力する（ステップＳ６）。前記インダクタンス値が所定の閾値より大きい場合には、高周波電圧印加工程で印加する高周波電圧の周波数を、周波数Ａよりも低い周波数Ｂに変更して、ステップＳ２〜ステップＳ４を再試行する（ステップＳ５）。
これを前記インダクタンス値が所定の閾値以下となるまで印加電圧の周波数を低くして繰り返し、前記ばらつきが所定の閾値以下となったところで、前記インダクタンス値に係る磁極方向推定結果を磁極方向検出結果として出力する（ステップＳ６）。
以上により、ばらつきが小さく高精度な磁極方向検出結果が得られる。なお、検出対象の電動機が埋込磁石型の電動機１０の場合には、ステップＳ６の後に磁極位置検出部９によって電動機１０に対して磁極方向と平行な双方向に外部磁界を印加することで、さらに磁極位置を検出してもよい。
以上、本発明の一態様である磁極方向検出装置１について説明した。本発明によれば、以下のような効果が得られる。
本発明の一態様は、突極性を有する同期電動機１０の磁極方向を検出する磁極方向検出装置１であって、電動機１０に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加部２と、電動機１０の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化部３と、電動機１０の駆動電流値を検出する駆動電流検出部４と、前記励磁位相と、前記高周波電圧印加下における前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向推定を実行する磁極方向推定部５と、電動機１０のインダクタンス値を測定する測定部６と、測定部６が測定したインダクタンス値に基づいて、高周波電圧印加部２が印加する高周波電圧の周波数を変更する制御部７と、を備える磁極方向検出装置１である。これにより、高精度な磁極方向検出が可能である。
磁極方向検出装置１はさらに、電動機１０に対して、検出された前記磁極方向に平行な双方向に外部磁界を印加可能な磁極位置検出部８を備える。これにより、高精度に磁極位置を検出できる。
磁極方向検出装置１はさらに、励磁位相変化部３が電動機１０をＳ周（Ｓは１以上の整数）回転させる。これにより、ばらつき算出の精度が向上するため、より高精度に磁極方向検出が可能である。
磁極方向検出装置１はさらに、磁極方向推定部５が、駆動電流時間微分値が極大となる励磁位相を検出し、Ｌｄ＜Ｌｑの場合には当該励磁位相を、Ｌｑ＜Ｌｄの場合には当該励磁位相から９０°変化させた位相を、磁極方向として推定する。これにより、電流値検出の精度が向上するため、より高精度に磁極方向検出が可能である。
また本開示の一態様は、突極性を有する同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出方法であって、前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加工程と、前記電動機の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化工程と、前記電動機の駆動電流値を検出する駆動電流検出工程と、前記励磁位相と、前記高周波電圧印加下における前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向推定を実行する磁極方向推定工程と、前記電動機のインダクタンス値を測定する測定工程と、前記測定部が測定したインダクタンス値に基づいて、前記高周波電圧印加部が印加する高周波電圧の周波数を変更する印加電圧周波数変更工程と、を備える磁極方向検出方法を提供する。これにより、高精度な磁極方向検出が可能である。
１ …磁極方向検出装置
２ …高周波電圧印加部
３ …励磁位相変化部
４ …駆動電流検出部
５ …磁極方向推定部
６ …測定部
７ …制御部
８ …磁極位置検出部
１０，２０ …電動機
１１，２１ …ロータ
１２，２２ …鉄芯
１３ …永久磁石
印加する高周波電圧の周波数の変更に際し、周波数を低くすると電流値は増加するため、磁極方向がより高精度に検出可能となる。これについて、詳しく説明する。図６Ａおよび図６Ｂは電流時間微分値と電流値の継時変化を並べて表記したグラフであり、図６Ｂでは、図６Ａよりも低い周波数の高周波電圧を印加した際の結果を示している。ｔ１およびｔ２は半周期となる時間ｔを、ｉ１およびｉ２は電流ｉの振幅を表しており、ｔ１＜ｔ２、ｉ１＜ｉ２である。
式（１）より、電流時間微分値の振幅はθとインダクタンスのみに依存するから、高周波電圧の周波数を小さくしても一定である。一方で、周波数が低くなると波長は大きくなるため、ｔ２はｔ１よりも大きくなる。結果、印加電圧の周波数が低くなると電流時間微分値のグラフの網掛け部分の面積は大きくなる。電流値のグラフを時間で微分したものが電流時間微分値のグラフであるから、電流時間微分値のグラフの網掛け部分の面積は、対応する電流値のグラフの振幅の大きさを表す。したがって、印加する高周波電圧の周波数の変更に際し、周波数を低くすると電流値は増加する。
まず、目的の精度に応じて、インダクタンスの閾値を設定する（ステップＳ１）。次いで、高周波電圧印加工程において、高周波電圧印加部２は電動機１０のロータ１１に周波数Ａの高周波電圧を印加する（ステップＳ２）。次いで、励磁位相変化工程において電動機１０の励磁位相θを励磁位相変化部３によってＳ周変化させ、駆動電流検出工程において電動機１０に流れる駆動電流を駆動電流検出部４によって検出する。次いで、磁極方向検出工程において、駆動電流検出部４によって２Ｓ回検出した駆動電流とその時の励磁位相θとに基づいて、磁極方向推定部５は電動機１０の磁極方向を推定する。次いで、測定工程において、測定部６が周波数Ａの印加電圧における電動機１０のインダクタンス値を測定する（ステップＳ３）。
続いて、判定部７は周波数Ａの印加電圧について測定したインダクタンス値をステップＳ１で設定した閾値と比較する（ステップＳ４）。前記インダクタンス値が所定の閾値以下である場合には、前記インダクタンス値に係る磁極方向推定結果を電動機１０の磁極方向検出結果として出力する（ステップＳ６）。前記インダクタンス値が所定の閾値より大きい場合には、高周波電圧印加工程で印加する高周波電圧の周波数を、周波数Ａよりも低い周波数Ｂに変更して、ステップＳ２〜ステップＳ４を再試行する（ステップＳ５）。
これを前記インダクタンス値が所定の閾値以下となるまで印加電圧の周波数を低くして繰り返し、前記インダクタンス値が所定の閾値以下となったところで、前記インダクタンス値に係る磁極方向推定結果を磁極方向検出結果として出力する（ステップＳ６）。
また本開示の一態様は、突極性を有する同期電動機１０の磁極方向を検出する磁極方向検出方法であって、電動機１０に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加工程と、電動機１０の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化工程と、電動機１０の駆動電流値を検出する駆動電流検出工程と、前記励磁位相と、前記高周波電圧印加下における前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向推定を実行する磁極方向推定工程と、電動機１０のインダクタンス値を測定する測定工程と、前記測定工程において測定したインダクタンス値に基づいて、前記高周波電圧印加工程において印加する高周波電圧の周波数を変更する印加電圧周波数変更工程と、を備える磁極方向検出方法を提供する。これにより、高精度な磁極方向検出が可能である。

Claims (5)

  1. 突極性を有する同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出装置であって、
    前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加部と、
    前記電動機の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化部と、
    前記電動機の駆動電流値を検出する駆動電流検出部と、
    前記励磁位相と、前記高周波電圧印加下における前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向推定を実行する磁極方向推定部と、
    前記電動機のインダクタンス値を測定する測定部と、
    前記測定部が測定したインダクタンス値に基づいて、前記高周波電圧印加部が印加する高周波電圧の周波数を変更する制御部と、を備える磁極方向検出装置。
  2. 前記磁極方向検出装置はさらに、前記電動機に対して、検出された前記磁極方向に平行な双方向に外部磁界を印加可能な磁極位置検出部を備える、請求項１に記載の磁極方向検出装置。
  3. 前記励磁位相変化部は、前記励磁位相を３６０°以上変化させる、請求項１または２に記載の磁極方向検出装置。
  4. 前記磁極方向検出部は、前記駆動電流値の時間微分値が極大となる前記励磁位相を検出し、前記検出した励磁位相から９０°変化させた位相を磁極方向として推定する、請求項１から３のいずれかに記載の磁極方向検出装置。
  5. 突極性を有する同期電動機の磁極方向を検出する磁極方向検出方法であって、
    前記電動機に対して高周波電圧を印加する高周波電圧印加工程と、
    前記電動機の励磁位相を任意の位相に変化させる励磁位相変化工程と、
    前記電動機の駆動電流値を検出する駆動電流検出工程と、
    前記励磁位相と、前記高周波電圧印加下における前記駆動電流値と、に基づいて磁極方向推定を実行する磁極方向推定工程と、
    前記電動機のインダクタンス値を測定する測定工程と、
    前記測定部が測定したインダクタンス値に基づいて、前記高周波電圧印加部が印加する高周波電圧の周波数を変更する印加電圧周波数変更工程と、を備える磁極方向検出方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000083393A (ja) * 1998-09-03 2000-03-21 Mitsubishi Electric Corp センサレスモータの回転子位置検出装置
JP2002058283A (ja) * 2000-08-10 2002-02-22 Toyo Electric Mfg Co Ltd 交流電動機の制御装置
JP2005130582A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Fanuc Ltd 磁極位置検出装置及び方法
JP2010093971A (ja) * 2008-10-09 2010-04-22 Toshiba Corp モータ磁極位置検出装置，モータ制御装置，モータ駆動システム及び洗濯機
JP2014117092A (ja) * 2012-12-11 2014-06-26 Shimadzu Corp 同期電動機制御装置
JP2015029383A (ja) * 2013-07-30 2015-02-12 株式会社安川電機 モータ、モータシステムおよびモータの機械角検出方法
JP2016021800A (ja) * 2014-07-14 2016-02-04 株式会社リコー 位置推定装置、モータ駆動制御装置及び位置推定方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5644820B2 (ja) * 2012-08-17 2014-12-24 株式会社安川電機 モータ制御装置
JP6158115B2 (ja) * 2013-02-21 2017-07-05 株式会社東芝 磁石磁束量推定装置、異常減磁判定装置、同期電動機駆動装置および電動車両

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000083393A (ja) * 1998-09-03 2000-03-21 Mitsubishi Electric Corp センサレスモータの回転子位置検出装置
JP2002058283A (ja) * 2000-08-10 2002-02-22 Toyo Electric Mfg Co Ltd 交流電動機の制御装置
JP2005130582A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Fanuc Ltd 磁極位置検出装置及び方法
JP2010093971A (ja) * 2008-10-09 2010-04-22 Toshiba Corp モータ磁極位置検出装置，モータ制御装置，モータ駆動システム及び洗濯機
JP2014117092A (ja) * 2012-12-11 2014-06-26 Shimadzu Corp 同期電動機制御装置
JP2015029383A (ja) * 2013-07-30 2015-02-12 株式会社安川電機 モータ、モータシステムおよびモータの機械角検出方法
JP2016021800A (ja) * 2014-07-14 2016-02-04 株式会社リコー 位置推定装置、モータ駆動制御装置及び位置推定方法

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