JP2021191063A - 同期電動機の駆動装置および同期電動機の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の初期磁極位置を高精度に推定する装置を提供する。【解決手段】同期電動機の駆動装置は、同期電動機の各相に正負の電圧を順次印加して前記同期電動機を駆動する電力変換器と、前記同期電動機に流れる相電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された相電流に基づいて、前記同期電動機の回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部とを備えた同期電動機の駆動装置において、前記磁極位置推定部は、前記同期電動機の停止中に、前記相電流の最大値と最小値を取得し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の減算値から第一の磁極位置を演算し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の加算値から第二の磁極位置を演算し、前記第一の磁極位置から前記回転子の磁石の極性を判別し、前記極性と前記第二の磁極位置から前記同期電動機の前記回転子の初期磁極位置を推定する。【選択図】図４

Description

本発明は、同期電動機の駆動装置および同期電動機の駆動方法に関する。

永久磁石同期電動機（以下、同期電動機と称する）は、高効率、高力率、低廉な維持費用等の長所によって、例えば電動車両における主機モータとして使用されている。このような同期電動機を制御するためにインバータである電力変換器が用いられる。そして、電力変換器により同期電動機のトルク及び速度を制御するためには、同期電動機の回転子の磁極の位置を正確に把握する必要がある。

回転子の磁極の位置を検出するための方法として、電圧ベクトルを印加して回転子の磁極位置を推定する方法がある。この場合、電動車両においては、同期電動機が停止中の回転子の初期磁極位置を高い精度で推定することが求められる。

特許文献１には、同期電動機の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に各々電圧ベクトルを印加し、電圧ベクトルの印加によって生じる電流に基づいて回転子の初期磁極位置を推定する技術が開示されている。

特開２０１６−１７１７４１号公報

特許文献１では、同期電動機の磁気飽和特性を利用している。しかし、磁気飽和の度合いは初期磁極位置に対して正弦波状に発生するとは限らない。一般に、同期電動機の回転子に用いられる永久磁石のＮ極方向の磁束と、それに直交する方向の磁束は互いに干渉することが知られており、これに起因して磁気飽和は初期磁極位置に対して歪んだ正弦波状に発生する。例えば、初期磁極位置がＵ相と一致する場合よりも、初期磁極位置がＵ相の近傍にあるときの方が、干渉の影響でより磁気飽和が発生することがある。特に、電動車両における主機モータとして使用される同期電動機は、小型化を要求されるため、このような特性を有することが多い。そのため、特許文献１に記載した技術では、回転子の初期磁極位置の推定に大きな誤差が生じる課題があった。

本発明による同期電動機の駆動装置は、同期電動機の各相に正負の電圧を順次印加して前記同期電動機を駆動する電力変換器と、前記同期電動機に流れる相電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された相電流に基づいて、前記同期電動機の回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部とを備えた同期電動機の駆動装置において、前記磁極位置推定部は、前記同期電動機の停止中に、前記相電流の最大値と最小値を取得し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の減算値から第一の磁極位置を演算し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の加算値から第二の磁極位置を演算し、前記第一の磁極位置から前記回転子の磁石の極性を判別し、前記極性と前記第二の磁極位置から前記同期電動機の前記回転子の初期磁極位置を推定する。
本発明による同期電動機の駆動方法は、同期電動機の各相に正負の電圧を順次印加して前記同期電動機を駆動する電力変換器と、前記同期電動機に流れる相電流を検出する電流検出部とを備えた同期電動機の駆動装置における同期電動機の駆動方法であって、前記同期電動機の停止中に、前記電流検出部により検出された前記相電流の最大値と最小値を取得し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の減算値から第一の磁極位置を演算し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の加算値から第二の磁極位置を演算し、前記第一の磁極位置から前記同期電動機の回転子の磁石の極性を判別し、前記極性と前記第二の磁極位置から前記同期電動機の前記回転子の初期磁極位置を推定する。

本発明によれば、同期電動機の停止中に、同期電動機の回転子の初期磁極位置を高精度に推定することができる。

第１の実施形態に係る駆動装置の構成図である。 第１の実施形態に係る電圧パルス作成部の詳細な構成図である。 第１の実施形態に係る三相の電圧指令と三相電流の関係を示す図である。 第１の実施形態に係る磁極位置推定部の詳細な構成図である。 第２の実施形態に係る磁極位置推定部の詳細な構成図である。 第２の実施形態に係る位置推定器の詳細な構成図である。 第３の実施形態に係る駆動装置の構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

［第１の実施形態]
図１は、本実施形態に係る駆動装置１００の構成図である。
駆動装置１００は、電力変換器３００と、電圧パルス作成部４００と、電流検出部５００と、磁極位置推定部６００とを備え、同期電動機２００を駆動する。

同期電動機２００は、永久磁石型の同期電動機であり、回転子に永久磁石（強磁性体）を、固定子に電機子巻線を用いて構成される。なお、本実施形態では、同期電動機２００の磁極位置を検出する位置センサを備えておらず、代わりに磁極位置を推定する。磁極位置を推定する場合は、同期電動機２００の小型化、コスト低減、信頼性の向上を計ることができる。

電圧パルス作成部４００は、同期電動機２００の駆動時には、入力されたトルク指令Ｔ＊に応答して、同期電動機２００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に正負の電圧を順次印加するための電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊を作成し、電力変換器３００へ出力する。電圧パルス作成部４００は、磁極位置推定部６００で推定した磁極位置に基づいて電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊を作成する。

電力変換器３００は、例えばインバータであり、同期電動機２００の駆動時には、電圧パルス作成部４００からの電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊を、パルス幅変調（ＰＷＭ）して、電力変換器３００の半導体スイッチ素子をオン／オフ制御する。これにより、同期電動機２００に電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを印加して、同期電動機２００を駆動する。

電流検出部５００は、同期電動機２００に流れる三相電流を検出する電流センサ５００Ｕ、５００Ｖ、５００Ｗによって構成される。電流センサ５００Ｕ、５００Ｖ、５００Ｗは、同期電動機２００の各相にそれぞれ配置されている。電流検出部５００は、三相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを検出して、磁極位置推定部６００に出力する。なお、電流センサ５００Ｕ、５００Ｖ、５００Ｗは同期電動機２００の三相それぞれに配置されている例で示しているが、三相交流電流の和がゼロであることを利用して、二相（例えば、Ｕ相とＶ相）のみに配置してもよい。また、電力変換器３００の入力側の直流母線（図示省略）を流れる電流から、同期電動機２００の三相電流を得る構成としてもよい。これらの構成にすると、電流センサの数を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。

磁極位置推定部６００は、電流検出部５００で検出された三相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷに基づいて、同期電動機２００の停止中に、同期電動機２００の回転子の初期磁極位置θｅｓｔを推定する。同期電動機２００の停止中における磁極位置推定部６００の詳細は後述する。

図２は、電圧パルス作成部４００の詳細な構成図である。なお、この構成図は、同期電動機２００の回転子の初期磁極位置θｅｓｔを推定する場合の構成を示す。
電圧パルス作成部４００は、電圧指令作成部４１０と、位相切替器４２０と、指令座標変換部４３０と、を備えている。

電圧指令作成部４１０では、電圧指令Ｖｄ＊およびＶｑ＊を出力する。本実施形態では、後述の図３（Ｂ）に示す正負に交番するＶｄ＊を生成し、Ｖｑ＊はゼロである。
位相切替器４２０は、電圧指令作成部４１０で作成されたＶｄ＊およびＶｑ＊を三相の電圧指令に変換するための位相参照値θ＊を作成する。位相参照値θ＊は、０度、１２０度、２４０度を順に出力する。

指令座標変換部４３０は、電圧指令作成部４１０で作成された電圧指令Ｖｄ＊およびＶｑ＊と、位相切替器から出力される位相参照値θ＊とを入力し、三相の電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊に座標変換する。座標変換は、以下の式（１）（２）（３）に従って行う。
ＶＵ＊＝２／３×（Ｖｄ＊×ｃｏｓ（θ＊）−Ｖｑ＊×ｓｉｎ（θ＊））・・・（１）
ＶＶ＊＝２／３×（Ｖｄ＊×ｃｏｓ（θ＊−２π／３）−Ｖｑ＊×ｓｉｎ（θ＊−２π／３））・・・（２）
ＶＷ＊＝２／３×（Ｖｄ＊×ｃｏｓ（θ＊−４π／３）−Ｖｑ＊×ｓｉｎ（θ＊−４π／３））・・・（３）

図３（Ａ）〜図３（Ｈ）は、三相の電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊と同期電動機２００に流れる三相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの関係を示す図である。図３（Ａ）は、位相切替器４２０より出力された位相参照値θ＊を、図３（Ｂ）は、電圧指令作成部４１０で作成された電圧指令Ｖｄ＊を示す。図３（Ｃ）〜図３（Ｅ）は、それぞれ指令座標変換部４３０より出力された三相の電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊を示す。図３（Ｆ）〜図３（Ｈ）は、それぞれ電流検出部５００により検出され、磁極位置推定部６００に入力される三相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを示す。

図３（Ａ）に示すように、位相切替器４２０より位相参照値θ＊が、０度、１２０度、２４０度の順に出力される。指令座標変換部４３０の出力である三相の電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊は、図３（Ｃ）〜図３（Ｅ）に示すように、位相参照値θ＊が０度であるときはＵ相に、位相参照値θ＊が１２０度であるときはＶ相に、位相参照値θ＊が２４０度であるときはＷ相に、正負に交番する電圧として印加される。これにより、図３（Ｆ）〜図３（Ｈ）に示すように、三相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷが同期電動機２００に流れる。

図４は、磁極位置推定部６００の詳細な構成図である。
磁極位置推定部６００は、ピーク値検出器６１０と、絶対値演算部６２０と、減算部６３０と、加算部６４０と、座標変換部６５０Ａおよび６５０Ｂと、極性判別器６６０と、位置推定器６７０を備える。

ピーク値検出器６１０は、電流検出部５００によって検出された電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを入力とし、各相の電流ピーク値ＩＵ＋、ＩＵ−、ＩＶ＋、ＩＶ−、ＩＷ＋、ＩＷ−を検出する。

電流ピークＩＵ＋は、図３（Ｆ）において、位相参照値θ＊が０度でＵ相に正の電圧を印加しているときのＵ相電流の最大値である。電流ピークＩＵ−は、図３（Ｆ）において、位相参照値θ＊が０度でＵ相に負の電圧を印加しているときのＵ相電流の最小値である。

電流ピークＩＶ＋は、図３（Ｇ）において、位相参照値θ＊が１２０度でＶ相に正の電圧を印加しているときのＶ相電流の最大値である。電流ピークＩＶ−は、図３（Ｇ）において、位相参照値θ＊が１２０度でＶ相に負の電圧を印加しているときのＶ相電流の最小値である。

電流ピークＩＷ＋は、図３（Ｈ）において、位相参照値θ＊が２４０度でＷ相に正の電圧を印加しているときのＷ相電流の最大値である。電流ピークＩＷ−は、図３（Ｈ）において、位相参照値θ＊が２４０度でＷ相に負の電圧を印加しているときのＷ相電流の最小値である。

絶対値演算部６２０は、各相の電流ピーク値ＩＵ＋、ＩＵ−、ＩＶ＋、ＩＶ−、ＩＷ＋、ＩＷ−を入力とし、それぞれの絶対値を計算する。
減算部６３０は各相の電流ピーク値の絶対値の差を以下の式（４）、（５）、（６）に従って計算し、ＰＵ−、ＰＶ−、ＰＷ−を出力する。
ＰＵ−＝｜ＩＵ＋｜−｜ＩＵ−｜・・・（４）
ＰＶ−＝｜ＩＶ＋｜−｜ＩＶ−｜・・・（５）
ＰＷ−＝｜ＩＷ＋｜−｜ＩＷ−｜・・・（６）

このＰＵ−、ＰＶ−、ＰＷ−は、正の電圧を印加した時の電流値と、負の電圧を印加した時の電流値のそれぞれの絶対値の差であるので、同期電動機２００の磁気飽和の度合いを示す値となる。

座標変換部６５０Ａは、各相の電流ピーク値の絶対値の差であるＰＵ−、ＰＶ−、ＰＷ−を、以下の式（７）、（８）を用いて変換し、ＰＡ−、ＰＢ−として出力する。
ＰＡ−＝２／３×（（ＰＵ−）−１／２×（ＰＶ−）−１／２×（ＰＷ−））・・・（７）
ＰＢ−＝２／３×（√（３）／２×（ＰＶ−）−√（３）／２×（ＰＷ−））・・・（８）

ここで、電流ピーク値の絶対値の差を演算することで、同期電動機２００の磁気飽和特性を利用した初期磁極位置の推定を行った場合について述べる。例えば、特許文献１に記載の技術は、Ｕ相に正の電圧を印加した後に、Ｕ相に負の電圧を印加し、それぞれの電流ピーク値を取得している。Ｖ相、Ｗ相に対しても、同様に正の電圧と負の電圧を印加して、それぞれの電流ピーク値を取得している。これらの電流ピーク値の絶対値の差を演算することで、ＰＭモータの磁気飽和特性を利用した初期磁極位置の推定を行っている。

この場合、例えば、初期磁極位置がＵ相に近いときにＵ相に正の電圧を印加すると、Ｕ相に流れる電流による磁束と、永久磁石による磁束が同じ方向となるため、磁束が過密になり磁気飽和が発生する。磁気飽和が発生すると、同期電動機２００のインダクタンスが低下するため、電流値が大きくなる。

このように、特許文献１に記載した技術を用いた場合は、磁気飽和の度合いが初期磁極位置に対して正弦波状に発生せず、磁気飽和の度合いが非正弦波であるために、回転子の初期磁極位置の推定に大きな誤差が生じてしまう。

本実施形態では、図４に示すように、加算部６４０と、座標変換部６５０Ｂと、極性判別器６６０と、位置推定器６７０を新たに備えている。
これにより、例えば、初期磁極位置がＵ相に近いときにＵ相に正の電圧を印加すると、Ｕ相に流れる電流による磁束と、永久磁石による磁束が同じ方向となるが、Ｕ相に負の電圧を印加した場合には永久磁石による磁束と、Ｕ相に流れる電流による磁束が互いに逆方向となるため、磁気飽和は発生しない。すなわち、Ｕ相に正の電圧を印加した場合と、負の電圧を印加した場合とで、電流ピーク値の絶対値は変化する。したがって、各相に正の電圧を印加したときの電流ピーク値の絶対値と、各相に負の電圧を印加したときの電流ピーク値の絶対値の差をとることで、同期電動機２００の磁気飽和特性の度合いを得ることができ、これを基に回転子の初期磁極位置を推定する。

図４に示す加算部６４０は、絶対値演算部６２０から出力される各相の電流ピーク値ＩＵ＋、ＩＵ−、ＩＶ＋、ＩＶ−、ＩＷ＋、ＩＷ−の絶対値を、次式（９）、（１０）、（１１）に従って相ごとに加算し、ＰＵ＋、ＰＶ＋、ＰＷ＋として出力する。
ＰＵ＋＝｜ＩＵ＋｜＋｜ＩＵ−｜・・・（９）
ＰＶ＋＝｜ＩＶ＋｜＋｜ＩＶ−｜・・・（１０）
ＰＷ＋＝｜ＩＷ＋｜＋｜ＩＷ−｜・・・（１１）

座標変換部６５０Ｂは、座標変換部６５０Ａと同様の構成であり、次式（１２）、（１３）に従ってＰＵ＋、ＰＶ＋、ＰＷ＋をＰＡ＋、ＰＢ＋に変換して出力する。
ＰＡ＋＝２／３×（（ＰＵ＋）−１／２×（ＰＶ＋）−１／２×（ＰＷ＋））・・・（１２）
ＰＢ＋＝２／３×（√（３）／２×（ＰＶ＋）−√（３）／２×（ＰＷ＋））・・・（１３）

ＰＵ＋、ＰＶ＋、ＰＷ＋は、電流ピーク値の絶対値の加算であるため、図３（Ｆ）〜図３（Ｈ）に示す、電流のピークｔｏピーク値（すなわち、電流の振幅）と等価である。一般に、電動車両に頻繁に用いられる永久磁石型の同期電動機は、インダクタンスの回転角依存性（突極性）を有している。インダクタンスが回転角（＝初期磁極位置）に依存して変化するため、本実施形態における電流のピークｔｏピーク値も、初期磁極位置に依存して変化する。また、磁気飽和の度合いが非正弦波状に発生する場合であっても、電流のピークｔｏピーク値を得ることで、その影響はキャンセルされ、突極性に起因したインダクタンスの変化が、電流のピークｔｏピーク値の変化として現れる。このため、磁気飽和の度合いが非正弦波状になっている場合でも、回転子の初期磁極位置をより高い精度で推定することができる。

一方で、一般に同期電動機２００は、突極性によるインダクタンスの変化は回転角に対して１／２倍の周期で現れることが知られている。すなわち、突極性を利用した方法では、初期磁極位置が０〜１８０度の範囲でしか推定することができず、回転子の磁石の極性がＮ極なのかＳ極なのかを判別することが出来ない。

本実施形態では、回転子の磁石の極性を判別するために、極性判別器６６０を備えている。極性判別器６６０は、磁気飽和の度合いから求まるＰＡ−、ＰＢ−を入力として、次式（１４）より第一の磁極位置θｅｓｔ１を計算する。
θｅｓｔ１＝ａｔａｎ（（ＰＢ−）／（ＰＡ−））・・・（１４）

磁気飽和の度合いから求まる第一の磁極位置θｅｓｔ１は、０〜３６０度の範囲で（すなわち、回転子の磁石の極性も含めて）推定することができるので、これにより極性を判別し極性ＮＳとして出力する。そして、第一の磁極位置θｅｓｔ１が所定の範囲にあるときはＮ極とし、所定の範囲外にあるときはＳ極と判定する。ここで、所定の範囲とは、例えば第一の磁極位置θｅｓｔ１が０〜１８０度の範囲である。具体的には、第一の磁極位置が０〜１８０度の場合はＮ極とし、第一の磁極位置が１８０〜３６０度の場合はＳ極として判定する。

位置推定器６７０は、極性ＮＳと、各相の電流ピークｔｏピーク値から求まるＰＡ＋、ＰＢ＋を入力として、初期磁極位置θｅｓｔを計算する。まず、位置推定器６７０では、ＰＡ＋とＰＢ＋に基づいて、次式（１５）により第二の磁極位置θｅｓｔ２を推定する。
θｅｓｔ２＝ａｔａｎ（−（ＰＡ＋）／（ＰＢ＋））・・・（１５）

第二の磁極位置θｅｓｔ２は０〜１８０度の範囲でしか得られないが、これに極性判別器６６０による判別の結果である極性ＮＳを利用する。極性ＮＳが、Ｎ極と判定された場合には、第二の磁極位置θｅｓｔ２をそのまま初期磁極位置θｅｓｔとして出力する。一方、極性ＮＳが、Ｓ極と判定された場合には、第二の磁極位置θｅｓｔ２に、１８０度を加算した値を、初期磁極位置θｅｓｔとして出力する。

本実施形態によれば、電圧パルス作成部４００により同期電動機２００の各相に正負の電圧を順次印加したときの電流のピーク値を検出し、電流ピーク値の絶対値の減算値と加算値を計算する構成とした。絶対値の減算から、磁気飽和の度合いを抽出し、絶対値の加算から、突極性に起因する電流の振幅変化を得るようにした。これにより、磁気飽和の度合いと突極性に起因する電流の振幅変化を同時に得ることができる。また、磁気飽和の度合いから回転子の磁石の極性がＮ極であるかＳ極であるかを判別することができ、突極性に起因する電流の振幅変化から、磁気飽和の影響をキャンセルして精度良く回転子の初期磁極位置θｅｓｔを推定できる。したがって本実施形態では、初期磁極位置θｅｓｔの推定に要する時間は従来と変わらないまま、推定精度を向上することができる。高い精度で初期磁極位置θｅｓｔを推定することができるため、同期電動機２００のセンサレス制御も高い精度で実施することができる。例えば、同期電動機２００を電動車両に用いた場合も、主機モータとしての制御性能が向上し、乗員に快適な乗り心地を提供することができる。

［第２の実施形態]
図５は、本実施形態に係る磁極位置推定部６００’の詳細な構成図である。第１の実施形態における磁極位置推定部６００と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。なお、図１に示す同期電動機２００の駆動装置１００の構成図、図２に示す電圧パルス作成部４００の詳細な構成図、図３に示す三相の電圧指令と三相電流の関係を示す図は、本実施形態においても同様である。
第１の実施形態では、極性判別に第一の磁極位置のみを利用したが、本実施形態では第一の磁極位置および第二の磁極位置から極性ＮＳを求める。

本実施形態では、図５に示すように、磁極位置推定部６００’は、位置推定器６８０を備える。位置推定器６８０には、座標変換部６５０ＡからＰＡ−、ＰＢ−が、座標変換部６５０ＢからＰＡ＋、ＰＢ＋が入力される。

図６は、位置推定器６８０の詳細な構成図である。位置推定器６８０は、第一の磁極位置算出部６８１、第二の磁極位置算出部６８２、減算処理部６８３、絶対値処理部６８４、閾値判定部６８５、初期磁極位置算出部６８６を備える。

第一の磁極位置算出部６８１は、ＰＡ−、ＰＢ−を入力として、式（１４）より第一の磁極位置θｅｓｔ１を算出する。第二の磁極位置算出部６８２は、ＰＡ＋、ＰＢ＋を入力として、式（１５）により第二の磁極位置θｅｓｔ２を算出する。

減算処理部６８３は、第一の磁極位置θｅｓｔ１と第二の磁極位置θｅｓｔ２との差を求める。絶対値処理部６８４は、第一の磁極位置θｅｓｔ１と第二の磁極位置θｅｓｔ２との差の絶対値を求める。そして、閾値判定部６８５は、第一の磁極位置θｅｓｔ１と第二の磁極位置θｅｓｔ２との差の絶対値が所定の範囲にあるときはＳ極とし、所定の範囲外にあるときはＮ極と判定する。ここで、所定の範囲とは、第一の磁極位置θｅｓｔ１の誤差を考慮して設定しておけば良く、例えば第一の磁極位置θｅｓｔ１と第二の磁極位置θｅｓｔ２の差の絶対値が９０〜２７０の範囲である。

初期磁極位置算出部６８６は、閾値判定部６８５でＳ極と判定された場合は、第二の磁極位置θｅｓｔ２に１８０度を加算した値を、Ｎ極と判定された場合は、第二の磁極位置θｅｓｔ２を初期磁極位置θｅｓｔとして出力する。

ここで、第１の実施形態で述べたように、第一の磁極位置θｅｓｔ１のみから極性ＮＳを判別した場合、第一の磁極位置θｅｓｔ１は精度が低いため、極性ＮＳを誤るおそれがある。そして、第一の磁極位置θｅｓｔ１が０〜１８０度の場合にＮ極、第一の磁極位置θｅｓｔ１が１８０〜３６０度の場合にＳ極と決定すると、初期磁極位置θｅｓｔと第一の磁極位置θｅｓｔ１には誤差があるため、初期磁極位置θｅｓｔが１８０度付近或いは３６０度付近において極性を誤ってしまうおそれがある。

一方で、本実施形態に示すように、第一の磁極位置θｅｓｔ１および第二の磁極位置θｅｓｔ２から極性ＮＳを判別することにより、第一の磁極位置θｅｓｔ１の誤差を考慮することができるため、極性ＮＳを誤らずに回転子の初期磁極位置θｅｓｔを推定することができる。

［第３の実施形態]
図７は、本実施形態に係る駆動装置１００’の構成図である。図１に示す第１の実施形態に係る駆動装置１００の構成図と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。

本実施形態では、同期電動機２００は、同期電動機２００の磁極位置を検出する位置センサ２１０を備えている。位置センサ２１０で検出された磁極位置は、比較部７００の一方へ入力される。比較部７００の他方には、第１の実施形態もしくは第２の実施形態で述べた磁極位置推定部６００もしくは磁極位置推定部６００’で推定した初期磁極位置θｅｓｔが入力される。比較部７００は、同期電動機２００が停止中に、推定した初期磁極位置θｅｓｔと位置センサ２１０で検出された磁極位置とを比較し、比較結果に基づいて位置センサ２１０の異常の有無を判定する。

レゾルバなどの位置センサ２１０は、その出力巻線の断線或いは短絡によって故障することがある。同期電動機２００が回転している場合には、その故障を検出できるが、同期電動機２００が停止中には故障を検出することは困難であった。第１の実施形態もしくは第２の実施形態で説明した磁極位置推定部６００、６００’は、同期電動機２００の停止中に初期磁極位置θｅｓｔを推定できるので、同期電動機２００が停止している場合にも位置センサ２１０の故障を検知することができる。これにより、より信頼性の高い同期電動機２００の駆動装置１００’を提供することができる。

第１の実施形態から第３の実施形態では、電圧パルス作成部４００、磁極位置推定部６００、６００’、比較部７００等はハードウエアとして説明したが、コンピュータとプログラムによってその機能を実現してもよい。そして、プログラムを、ＣＰＵ、メモリなどを備えたコンピュータにより処理することができる。その全部の処理、または一部の処理をハードロジック回路により実現してもよい。更に、このプログラムは、記憶媒体やデータ信号（搬送波）などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給してもよい。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）同期電動機２００の駆動装置１００、１００’は、同期電動機２００の各相に正負の電圧を順次印加して同期電動機２００を駆動する電力変換器３００と、同期電動機２００に流れる相電流を検出する電流検出部５００と、電流検出部５００で検出された相電流に基づいて、同期電動機２００の回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部６００、６００’とを備える。そして、磁極位置推定部６００、６００’は、同期電動機２００の停止中に、相電流の最大値と最小値を取得し、最大値と最小値のそれぞれの絶対値の減算値から第一の磁極位置θｅｓｔ１を演算し、最大値と最小値のそれぞれの絶対値の加算値から第二の磁極位置θｅｓｔ２を演算し、第一の磁極位置θｅｓｔ１から回転子の磁石の極性を判別し、極性と第二の磁極位置θｅｓｔ２から同期電動機２００の回転子の初期磁極位置θｅｓｔを推定する。これにより、同期電動機２００の停止中に、同期電動機２００の回転子の回転子の初期磁極位置θｅｓｔを高精度に推定することができる。

（２）同期電動機２００の駆動方法は、同期電動機２００の各相に正負の電圧を順次印加して同期電動機２００を駆動する電力変換器３００と、同期電動機２００に流れる相電流を検出する電流検出部５００とを備えた同期電動機２００の駆動装置１００、１００’における同期電動機２００の駆動方法であって、同期電動機２００の停止中に、相電流の最大値と最小値を取得し、最大値と最小値のそれぞれの絶対値の減算値から第一の磁極位置θｅｓｔ１を演算し、最大値と最小値のそれぞれの絶対値の加算値から第二の磁極位置θｅｓｔ２を演算し、第一の磁極位置θｅｓｔ１から同期電動機２００の回転子の磁石の極性を判別し、極性と第二の磁極位置θｅｓｔ２から同期電動機２００の回転子の初期磁極位置θｅｓｔを推定する。これにより、同期電動機２００の停止中に、同期電動機２００の回転子の回転子の初期磁極位置θｅｓｔを高精度に推定することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えてもよく、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えてもよい。

１００、１００’…駆動装置、２００…同期電動機、３００…電力変換器、４００…電圧パルス作成部、４１０…電圧指令作成部、４２０…位相切替器、４３０…指令座標変換部、５００…電流検出部、６００、６００’…磁極位置推定部、６１０…ピーク値検出器、６２０…絶対値演算部、６３０…減算部、６４０…加算部、６５０Ａ、６５０Ｂ…座標変換部、６６０…極性判別器、６７０…位置推定器、６８０…位置推定器、６８１…第一の磁極位置算出部、６８２…第二の磁極位置算出部、６８３…減算処理部、６８４…絶対値処理部、６８５閾値判定部、６８６初期磁極位置算出部。

Claims (4)

1. 同期電動機の各相に正負の電圧を順次印加して前記同期電動機を駆動する電力変換器と、前記同期電動機に流れる相電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された相電流に基づいて、前記同期電動機の回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部とを備えた同期電動機の駆動装置において、
   前記磁極位置推定部は、前記同期電動機の停止中に、前記相電流の最大値と最小値を取得し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の減算値から第一の磁極位置を演算し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の加算値から第二の磁極位置を演算し、前記第一の磁極位置から前記回転子の磁石の極性を判別し、前記極性と前記第二の磁極位置から前記同期電動機の前記回転子の初期磁極位置を推定する同期電動機の駆動装置。
2. 請求項１に記載の同期電動機の駆動装置において、
   前記磁極位置推定部は、前記第一の磁極位置および前記第二の磁極位置から前記磁石の極性を判別し、前記極性と前記第二の磁極位置から前記同期電動機の前記回転子の初期磁極位置を推定する同期電動機の駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の同期電動機の駆動装置において、
   前記同期電動機は、前記同期電動機の磁極位置を検出する位置センサを備え、
   前記同期電動機の駆動装置は、前記磁極位置推定部により得られる前記初期磁極位置と、前記位置センサにより得られる磁極位置とを比較する比較部を備え、
   前記比較部は、前記同期電動機が停止中に、前記比較部による比較結果に基づいて前記位置センサの異常の有無を判定する同期電動機の駆動装置。
4. 同期電動機の各相に正負の電圧を順次印加して前記同期電動機を駆動する電力変換器と、前記同期電動機に流れる相電流を検出する電流検出部とを備えた同期電動機の駆動装置における同期電動機の駆動方法であって、
   前記同期電動機の停止中に、前記電流検出部により検出された前記相電流の最大値と最小値を取得し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の減算値から第一の磁極位置を演算し、前記最大値と前記最小値のそれぞれの絶対値の加算値から第二の磁極位置を演算し、前記第一の磁極位置から前記同期電動機の回転子の磁石の極性を判別し、前記極性と前記第二の磁極位置から前記同期電動機の前記回転子の初期磁極位置を推定する同期電動機の駆動方法。

Images