JP3213751B2

JP3213751B2 - 交流電動機の回転子磁極位置検出方法、回転子磁極位置検出装置および交流電動機制御装置

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Publication number: JP3213751B2
Application number: JP24310990A
Authority: JP
Inventors: 康之杉浦; 勝徳鈴木; 光幸本部; 正治村松
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JPH04125092A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、交流電動機の回転子磁極位置検出方法、回
転子磁極位置検出装置および交流電動機制御装置に係
り、具体的には起動時に回転子の磁極位置を検出し、こ
れに合わせた回転磁束を発生させるのに必要な回転子磁
極位置検出方法等に関する。

［従来の技術］従来、ブラシレス等の交流電動機の回転子磁極位置を
検出する方法は、特開昭63−69484号公報や特願昭58−1
67618号に記載のように、ブラシレス電動機に回転エン
コーダと磁極位置検出器を直結し、この磁極位置検出器
により回転子の磁極位置（以下、単に磁極位置という）
の基準位置を検出するようにしている。そして、前記回
転エンコーダのパルス出力をU/Dカウンタでカウント
し、このカウント値により回転子の磁極位置の変化すな
わち回転を検知し、このU/Dカウンタを前記磁極位置検
出器からの基準位置検出信号によりリセットして、U/D
カウンタのカウント値を磁極位置に１対１で対応させる
ようにしている。このようにして得られた磁極位置に合
わせてPWM制御の変調波（正弦波）の位相を制御し、電
動機の回転磁束と磁極位置とを合わせるようにしてい
る。

また、予め電動機の固定子に発生する誘起電圧に合わ
せて、回転子の磁極位置（回転角）に一致するように磁
極位置検出信号を発生させるように設定し、電動機の電
源投入時に、この磁極位置検出器の信号を測定し、その
位置に相当するカウント値を前記U/Dカウンタに初期設
定するようにして、電動機の電流位相（回転磁束位置）
と磁極位置とを合わすことも行われている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記従来技術によれば、磁極位置の基準位置
をエンコーダとは別に設けた、または一体にして設けた
磁極位置検出器により検出して、エンコーダの検出値と
磁極位置とを対応させるようにしていることから、回転
構造の磁極位置検出器が必要であり、また一般に磁極位
置検出器の検出信号を電動機制御装置に伝送する距離が
長くなり、この伝送路を介してノイズ等が侵入しやすい
という問題が有った。

本発明の目的は、磁極位置検出器を省略してエンコー
ダのみで電動機の回転子の磁極位置を検出することがで
きる磁極位置検出方法と、磁極位置検出装置を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的は、上記磁極位置検出方法を
適用し、交流電動機の固定子と回転子の位相ずれを補正
して制御精度に優れた電動機制御装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］本発明の磁極位置検出方法は、上記目的を達成するた
め、交流電動機の回転子を拘束した状態で、交流電動機
の固定子に印加する電圧ベクトルを調整して、回転磁束
の位相を電気角の１回転以上にわたって順次変化させる
とともに、この変化の過程における電動機電流を計測
し、この電動機電流が最小値を示すときの前記電圧ベク
トルに対応した位置を前記交流電動機の回転子の磁極位
置として検出するようにしたのである。この場合、電動
機電流は、電動機を駆動するインバータ部の直流電流ま
たは電動機に流入する交流電流のいずれか一方によるこ
とができる。

上記方法は、交流電動機の回転子を拘束する手段と、
前記交流電動機の固定子に印加する電圧ベクトルを切り
替えて回転磁束の位相を電気角の１回転以上にわたって
順次変化させる電圧ベクトル指令発生手段と、前記交流
電動機の電動機電流を検出する電流検出手段と、この電
動機電流の計測値を前記電圧ベクトルの変化に対応させ
て記憶する記憶手段と、この記憶手段の内容に基づいて
電動機電流の最小値に対応する前記電圧ベクトルを求
め、この求めた電圧ベクトルに対応した位置を前記交流
電動機の回転子の磁極位置として検出する磁極位置判定
手段とを含んで構成することにより、実現できる。

また、本発明は、上記磁極位置検出方法を適用して電
動機制御装置を構成することにより、交流電動機の固定
子と回転子の位相ずれを補正して制御精度に優れたもの
としょうとするものである。

［作用］このように構成されることから、本発明によれば、次
の作用により本発明の目的が達成される。

すなわち、電動機の起動時に回転子を固定して動かな
い状態にし、適当な一定時間の間隔で順次位相が異なる
一定電圧の電圧ベクトルを順次、電動機に印加すると、
回転子の磁極と固定子の磁極が一致した所で、インバー
タの直流電流または電動機の入力交流電流が最小値にな
る。したがって、この最小値を検出することにより回転
子の磁極位置を検出できる。また、そのときの電圧ベク
トルに相当する回転磁束の位相を変調波発生手段に初期
値として出力することにより、起動から回転子の磁極位
置に合った回転磁束の電圧ベクトルを電動機に出力でき
る。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の磁極位置検出方法が適用されてな
る一実施例の電動機制御装置である。図において、交流
電源１から供給される交流はインバータ２により、可変
周波数可変電圧の交流に変換されて、ブラシレス電動機
３の固定子巻線に印加される。インバータ２は、交流電
源を直流にする整流部201と、直流を可変電圧、可変周
波数の交流に変換するインバータ部202とを含んで構成
され、それらを接続する直流ラインにインバータ２の直
流電流（電動機電流）を測定するための抵抗203（また
はCT）が挿入されている。この抵抗203の端子電圧は直
流電流検出回路205に入力されている。この検出電流は
電動機制御装置の主要部をなすマイクロコンピュータ等
の演算回路からなる制御装置206に入力されている。こ
の制御装置206は、インバータ２のゲートパルスを生成
するPWM制御手段30、速度制御及び位置制御の演算を行
うCPU40、演算データや測定データ等を記憶する記憶手
段50を含んで構成されている。PWM制御手段30で生成さ
れたPWMパルスは、ゲート回路204を介してインバータ２
に出力される。また、電動機電流（交流電流）は変流器
11,12によって検出され、A/D変換器13を介して制御装置
206に入力されている。一方、電動機３の軸に回転エン
コーダ４が連結されており、このエンコーダ４から出力
される回転数に比例したパルス数を有する２種類のパル
ス信号A,Bとが、アップ・ダウン（U/D）カウンタ７に入
力されている。このパルス信号A,Bは、互いに90゜位相
がずれており、これによってU/Dカウンタ７は電動機の
正転と逆転とを認識して、入力されるパルス信号を増減
カウントするようになっている。また、エンコーダ４、
電動機の１回転ごとに基準信号Ｚを出力するように形成
されており、この基準信号ＺはU/Dカウンタ７のリセッ
ト信号として入力されている。また、制御装置206からU
/Dカウンタ７に初期値などを書き込むデータバス41が設
けられている。

第２図に、第１図実施例の制御装置206の詳細図を中
心とした構成図を示す。図示のように、U/Dカウンタ７
の出力は、回転角変換手段８に入力されている。この回
転角変換手段８は後述する正弦波テーブル９を引くため
に、U/Dカウンタ７から出力される磁極位置の検出値を
電気角に変換するものである。この変換された磁極位置
検出値はモード分けアドレス変換手段10に入力される。
このモード分けアドレス変換手段10は、入力される磁極
位置検出値を予め区分設定されたいくつかの角度範囲
（モード）のどのモードに属するかを判断して、そのモ
ードのアドレスを正弦波テーブル９に出力する。上記モ
ードは例えば90゜ごとの４つのモードに区分すれば、正
弦波のデータはその対称性から、０゜〜90゜までの正弦
波データをテーブル９に格納することにより、０゜〜36
0゜の正弦波データを得ることができる。このようにし
て得られた、磁極位置に対応した位相の正弦波データ
は、3/2相変換手段14とPWM制御手段30に入力されてい
る。この3/2相変換手段14は、A/D変換器13から入力され
る電動機電流を、ｄ軸成分とｑ軸成分とに変換する。ま
た、速度検出手段15はエンコーダ４からのパルス信号に
基づいて電動機の速度を検出する。この検出速度ωｒ
は、速度指令手段19から与えられる速度指令ωｒ＊との
偏差が求められ、この速度偏差は速度制御手段16に入力
され、比例、積分制御によりｑ軸電流指令IQ＊が求めら
れる。このｑ軸電流指令IQ＊と3/2相変換手段14から出
力されるｑ軸電流の検出値IQの偏差を、Ｑ軸電流制御手
段17により比例、積分制御処理し、それに対応する電圧
指令VQ＊をPWM制御手段30に出力する。また、ｄ軸電流
指令値（本実施例では零）ID＊と3/2相変換14の出力ID
の偏差を、Ｄ軸電流制御手段18により比例、積分制御処
理し、それに対応するｄ軸電圧指令VD＊をPWM制御手段3
0に出力する。PWM制御手段30は入力されるVQ＊,VD＊，
変調波に基づいてPWMパルスを生成しインバータ２に出
力する。

ここで、本発明の特徴にかかる磁極位置検出装置400
について説明する。図示のように、この装置は、電圧ベ
クトル指令発生手段401と、U/Dカウンタ設定手段402
と、磁極位置判定手段403と、インバータ２の直流電流
を記憶する記憶手段51と、電動機の交流電流を記憶する
記憶手段52とを含んで構成されている。

このように構成される実施例の動作について次に説明
する。なお、前提となるブラシレス電動機の制御動作を
含めて説明する。

まず、回転界磁形のブラシレス同期電動機を運転する
場合、回転子が回転したときに固定子巻線に誘起する誘
起電圧と、外部から供給する電流との位相差に対してト
ルクが発生する。３相の同期電動機において各誘起電圧
Eu,Ev,Ewと、電流Iu,Iv,Iwと、トルクＴの関係は次のよ
うになる。

Ｔ＝EuIu＋EvIv＋EwIw （１）ここで、各相の誘起電圧Eu,Ev,Ewは次のようになる。

また、各相の電流Iu,Iv,Iwは次のようになる。

ここで、E₀は相の誘起電圧の実効値、I₀相の電流の実
効値である。上記、（１）式から（７）式をまとめると
次のようになる。

Ｔ＝3E₀I₀cosθ （８）この（８）式からcosθ＝１とすると誘起電圧の位相
と電流の位相が一致して最大トルクで運転できる。第３
図は、電動機の誘起電圧と磁束、U/Dカウンタ７のカウ
ント値、正弦波（sinθ,cosθ）テーブルデータの関係
である。U/Dカウンタ７のカウント値の最大値はPEであ
り、電動機の回転機械角360゜に対応させ初期時にＵ相
と位相を一致させてある。また、正弦波テーブル９から
出力される正弦波の値はU/Dカウンタ７のカウント値に
依存している。なお、U/Dカウンタ７のカウント値は機
械角であるから、テーブルをひくため回転角変換手段８
により、電動機の極数に合わせて電気角に変換される。
3/2相変換手段14は、周知のように３相固定電流を２相
の固定子電流に変換し、さらに前述したｑ軸とｄ軸の検
出電流IQ,IDに変換する。ここで、正弦波テーブル９は
電気角で90度分を格納してあるとすれば、モード変換手
段10のモード判断に基づき、表１に従って演算すれば電
流検出値IQ,IDが求まる。

第４図はPWM制御手段30の詳細図である。電動機のＵ
相に加えるべき電圧Vtuを発生する印加電圧発生手段301
は（９）式を用いて演算する。

Vtu＝|VD＊|sinδ＋|VQ＊|cosδ δ＝tan−1|VQ＊/VD＊｜ …（９）電圧時間変換手段302は、磁極位置θと、VQ＊とVD＊
の位相差δからαを求める。

α＝θ＋δ （10）時間値Vi,Vjは（11）式で求める。

Vi＝Vtu×Kv×sin（60−α） Vj＝Vtu×Kv×sinα Vt＝Tcry−２（Vi−Vj） …（11）（９），（10）式の関係を第５図で説明する。同図
（ａ）のベクトル図で、e_0u,e_0v,e_0wは各相の誘起電圧
である。負荷電流I₁が流れた時のＵ相に加える相電圧は
Vtuである。また、同図（ｂ）のベクトル図で、VQ＊とV
D＊のベクトル和からVtuが求まる。そのときの位相差は
δである。U/Dカウンタ７はe_0uに位相を合わせてあり、
磁束位置は90゜遅れた位置φ１であり、その位相はθで
あるが、実際に加える磁束位置はVtuから90゜遅れた位
置φ２であり位相はαである。（11）式の関係を第６図
で説明する。同図（ａ）はインバータ２及び電動機３の
概要図である。インバータ２は６個のアームの半導体素
子からなり、電動機３はＹ結線の巻線からなる。本例で
は半導体素子はトランジスタからなる。いま、トランジ
スタU,V,WがON,OFF,OFFの時はトランジスタX,Y,ZはOFF,
ON,ONとなり電動機電流はＵ端子から流入しＶ端子とＷ
端子から流出する。この時発生する電圧ベクトルはV1
（100）と表現し、同図（ｂ）に示す電圧ベクトルとす
る。同様に電圧ベクトルはV2（110）,V3（010）,V4（01
1）,V5（001）,V6（101）と表現される。また、トラン
ジスタU,V,Wの全部がONの時をV7（111），全部がOFFの
時をV0（000）で表現する。また、同図（ｂ）に示すよ
うに、θは電気角で360゜回転する。前述したように360
゜を６つに分割して６＜モード＞に分ける。αは各＜モ
ード＞の基準点から決定すれば、αのとりうる範囲は０
から60゜である。＜モード１＞はθが０から60゜、＜モ
ード２＞はθが60から120゜、以下同様に、＜モード６
＞はθが300゜から０゜までの区間である。同図（ｃ）
はφ２が＜モード１＞にあり図示する正転方向にベクト
ルが回転する時、V1（100）とV2（110）ベクトルを合成
してVtuを発生させたベクトル図である。同様にφ２が
＜モード２＞にある時にVtuを発生させるためV2（110）
とV3（010）を用いて行う。以下、＜モード３＞はV3（0
10）とV4（011）、＜モード４＞はV4（011）とV5（00
1）、＜モード５＞はV5（001）とV6（101）、＜モード
６＞はV6（101）とV1（100）を選択する。

次に（９）、（11）式で、磁束位置がφ２にあると
き、V1（100）とV2（110）ベクトルを発生させる順序と
発生させている時間の関係を第７図で説明する。φ２点
でオフセット時間おいた後、（11）式で計算されたVi時
間だけV1（100）ベクトルを発生させ、次にVj時間だけV
2（110）ベクトルを発生させる。ここで、オフセット時
間おいた後、（11）式で計算されたVj時間だけV2（11
0）ベクトルを発生させ、次にVi時間だけV1（100）ベク
トルを発生させる。PWMの搬送波周期をTcryとすれば○
印の点で残りの時間、零電圧ベクトルVz（V0,V7）を発
生することになる。

次に、PWMパルスを発生する手順を＜モード１＞につ
いて説明する。PWMパルスを発生するには３個のタイマ
と６個の比較レジスタを用いる。第４図のレジスタ設定
手段303はVi,Vjから比較レジスタに計算値を設定するた
めの手段であり、PWMパルス発生手段304はタイマとレジ
スタを比較してPWMパルスを発生する。タイマ、レジス
タ305,306,307はそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応す
る。第８図はPWM発生の様子を示すタイムチャートであ
る。タイマはタイマU320とタイマV321とタイマW322を有
しそれぞれのタイマには２個ずつの比較レジスタUREGB
の308、UREGAの309と、比較レジスタVREGBの310、VREGA
の311と、比較レジスタWREGBの312、WREGAの313を有す
る。出力信号U1はタイマU320と比較レジスタUREGB308の
比較一致点で出力を反転する。また、出力信号U2はタイ
マU320と比較レジスタUREGA309の比較一致点で出力を反
転する。PWMパルスＵは出力信号U1と出力信号U2の論理E
NORをとって成り立つ。同様にしてPWMパルスＶとPWMパ
ルスＷが得られる。レジスタの計算は、次の（12）式で
行う。なお、同式で、R0はデータの書変えや計算値が搬
送波周期Tcry以上にならないこと等を考慮したオフセッ
ト値である。

UREGB＝R0 VREGB＝R0＋Vi WREGB＝R0＋Vi＋Vj WREGA＝R0＋Vi＋Vj＋R0 VREGA＝R0＋Vi＋Vj＋R0＋Vj UREGA＝R0＋Vi＋Vj＋R0＋Vj＋Vi …（12）（12）式より、Ｂレジスタ群のUREGB、VREGB、WREGB
はＡレジスタ群のUREGA、VREGA、WREGAより時間が短く
なるように選択した。また、第７図で説明したベクトル
と時間の関係は、第８図のPWMパルスU,V,Wから考察する
と初めにU,V,Wが（000）で零電圧ベクトル（R0），次に
UVWが100、110、111、110、100、000でV1、V2、V7、V
2、V1、V0を選択していることがわかる。

以上の説明は、ブラシレス電動機の誘起電圧と電動機
電流の位相が一致していると仮定した時の駆動方法であ
る。しかし、ブラシレス電動機の電源投入時は固定子に
発生する誘起電圧と電動機の電流位相は一致していな
い。

ここで、本発明の特徴にかかる磁極位置検出とそれに
基づく磁極位置合わせについての動作を、第２図と、第
９図〜第11図を参照して説明する。まず、本実施例の磁
極位置検出の原理について説明する。インバータ202か
ら、前記した電圧ベクトルV1（100）からV6（101）を変
化させて、順次電動機３の巻線に加えて固定子が発生す
る回転磁束の位相を変化させていくと、第10図（ｂ）に
示すように固定子に発生する磁極と回転子の磁極が一致
するところで電動機の固定子のリアクタンスが最大にな
り、位置が一致しないとリアクタンスが小さくなる。そ
こで、電動機の始動時に回転子を固定（ロック）した状
態にして、予め演算回路206から一定時間毎に電圧ベク
トルのモードV1、V2、V3、V4、V5、V6と順序よく変化さ
せると、回転磁束の位相θが変化していく。これによ
り、第10図（ａ）に示すようにインバータ202に流れる
電動機電流に相当する直流電流が変化する。この電流が
最小値を示す電圧ベクトルのモードに対応する回転磁極
の位相θに、回転子の対応する磁極があると検出でき
る。

ここで、上記方法を実施する第２図実施例に沿って説
明する。磁極位置検出装置400は、交流電源１が投入し
て電動機３を起動する前に作動する。このとき、機械的
なブレーキ等により電動機の回転子を拘束する。電圧ベ
クトル指令発生手段401は、記憶手段51,52、U/Dカウン
タ設定手段402、磁極位置判定手段403に、それぞれトリ
ガをかけて作動させる。そして、電圧ベクトル指令発生
手段401は、電圧ベクトルのモードV1〜V6を順次変化さ
せる指令を、U/Dカウンタ設定手段402に出力する。U/D
カウンタ設定手段402は指令にかかる電圧ベクトルに対
応するカウント値をU/Dカウンタ７にセットする。これ
により、PWM制御手段30とインバータ２を介して、電動
機３の固定子の回転磁束位相θが順次変化される。この
変化の過程におけるインバータ２の直流電流が電圧ベク
トルのモードに対応させて記憶手段51に記憶される。磁
極位置判定手段403は、記憶手段51のデータを取り込み
上記直流電流が最小値を示す電圧ベクトルのモードを求
めることによって、回転子の磁極位置を検出する。そし
て、そのモードの電圧ベクトルのデータをU/Dカウンタ
設定手段402に出力して、U/Dカウンタ７に初期磁極位置
のカウント値を書き込む。例えば、第10図例では、電圧
ベクトルV1のカウント値を書き込む。これにより、電動
機起動時の回転磁束と回転子の磁極位置とを合わせるこ
とができ、必要な起動トルクが得られる。第９図に上記
手順のフローチャートを示す。

なお、上記実施例では、60゜の位相差が有る６つの電
圧ベクトルを用いたことから、実際の磁極位置と最大30
゜の誤差が有る。しかし、この程度のずれであれば、お
よそ86.6％のトルクが得られるので、負荷を背負っても
十分に起動できる。また、この差は、定常運転に入りエ
ンコーダ４のＺ相信号を検出して、正転ならばU/Dカウ
ンタ７の値を零にリセットし、逆転ならばU/Dカウンタ
７の値を前記PEにリセットする通常の処理により磁極位
置は完全に一致する。

また、前記実施例では、電圧ベクトルモードをV1〜V6
の６個を用いて行ったが、それらの電圧ベクトルVi、Vj
を合成すれば、６個以上の位相の異なる電圧ベクトルの
モードを選択することができる。このばあいは、合成電
圧ベクトル中でインバータの直流電流が最小になった合
成電圧ベクトルの位相をU/Dカウンタ７に書き込む。こ
れにより、初期設定の磁極位置の精度が向上する。

また、前記実施例では、磁極位置の一致の判断をイン
バータの直流電流でおこなったが、第１図に示す電動機
のＵ、Ｖ、Ｗ相の交流電流に基づいて、同様に判断して
も同一の効果が有る。この場合は、第２図の記憶手段52
のデータに基づいて判断する。第11図は、各電圧ベクト
ルのモードに対応させて電動機の巻線電流を示したもの
である。例えば、第６図（ａ）、（ｂ）図に示したのよ
うに、トランジスタインバータから電圧ベクトルを変化
させて印加したとき、電動機の巻線に流れる電流の様子
である。V1（100）モードはＵ巻線の電流、V2（110）モ
ードは−Ｗ巻線の電流、V3（010）モードはＶ巻線の電
流、V4（011）モードは−Ｕ巻線の電流、V5（001）モー
ドはＷ巻線の電流、V4（101）モードは−Ｖ巻線の電流
を、記憶手段52に記憶させて、その値の最小値の電圧ベ
クトルモードの位相に相当するカウント値をU/Dカウン
タ７に書き込めば誘起電圧と電動機の電流の位相を一致
させ、磁極位置と回転磁束の位相とを合わせることがで
きる。

第12図に、本発明の他の実施例の全体構成図を示す。
前記各実施例は、回転子を拘束（ロック）した状態で磁
極位置決めを行ったが、本実施例は回転子を磁束（ロッ
ク）できない場合に好適な方法であり、位置制御系を利
用して磁極位置の一致を判定しようというものである。
第12図において、第２図と異なる点は、速度指令手段19
に代えて、位置検出手段20と位置指令手段21と位置制御
手段22からなる速度制御系が設けられ、また磁極位置検
出装置400に位置偏差の記憶手段53が設けられているこ
とに有る。位置検出手段20はエンコーダ４のパルス信号
から回転子の回転位置を検出するようになっている。そ
して、位置制御手段22は、位置指令値と位置検出値の偏
差に基づいて、速度指令ωｒ＊を出力する。その他の基
本動作は、第２図実施例とどうようであることから説明
を省略し、磁極位置検出にかかる部分について説明す
る。

第13図に、電圧ベクトルのモードと出力トルクの関係
を示す。同図（ａ）は、V1（100）ベクトルを与えたと
きに、固定子の回転磁束の磁極と回転子の磁極の位置が
一致していた場合の固定子と回転子の配置図である。こ
のとき、同図（ｇ）に示すように出力トルクは最大値を
示す。また、回転子の位置に対し電圧ベクトルのモード
を同図（ｂ）から同図（ｆ）に示すように変化すると、
出力トルクは同図（ｇ）のように変化する。そこで、電
動機の始動時に回転子を自由（フリー）にした状態にし
て、一定時間毎に電圧ベクトルのモードをV1、V2、V3、
V4、V5、V6と順次出力するとともに、これに合わせて各
モード毎に位置指令手段21から数パルス分の位置送り指
令を出力する。そして、各電圧ベクトルを印加したとき
の位置検出手段20の出力を記憶手段53に格納し、このデ
ータに基づいて磁極位置判定手段403で磁極位置を判定
する。この判定の原理は、電圧ベクトルのモードV3,V4,
V5を印加したときは、指令方向に対して逆方向に移動す
るので除外でき、V6とV2はを印加したときは出力トルク
が小さいので目標位置に到達する時間がかかり、磁極位
置が一致しているV1モードを印加したときに、短時間に
目標位置に到達することになる。そこで、各電圧ベクト
ルのモードでパルス送りをしたときの進んだ方向と到達
時間をメモリに格納し、最も早く目標位置に到達したモ
ードの電圧ベクトルの位相に、回転子の磁極位置が有る
ことがわかる。次いで、その電圧ベクトルに相当するカ
ウント値をU/Dカウンタ７に書き込めば誘起電圧と電動
機の電流の位置を一致させることができる。第14図に、
上記第12図実施例の磁極位置検出方法の処理手順のフロ
ーチャートを示す。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、磁極位置検出
器を省略して回転エンコーダの出力のみに基づいて回転
子の磁極位置を検出することができる。また、これによ
り回転磁束と回転子の磁極位置とを合わせることがで
き、固定子の誘起電圧と電動機の電流の位相を一致させ
ることができる。この結果、制御装置と電動機を結ぶ線
が少なくなり、ノイズの影響が少なくなるとともに、安
定性が増す。また、磁極位置検出器が不要なことから、
電動機組立て時に誘起電圧と磁極位置検出器との機械的
位置合わせが省略でき、製作工数を低減して原価低減に
寄与する。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明が適用された一実施例の電動機制御装置
の全体構成図、第２図は第１図実施例の制御装置本体部
分を中心に具体的に示した構成図、第３図は誘起電圧と
U/Dカウンタと正弦波テーブルとの関係を説明する線
図、第４図はPWM制御手段の詳細構成図、第５図は誘起
電圧のベクトルと位相との関係を示す図、第６図はイン
バータ及び電動機と電圧ベクトルのモードとの関係を説
明する図、第７図は電圧ベクトルの組合せにより所定の
回転磁束を得る説明図、第８図はPWMパルスを生成する
動作を説明するタイムチャート、第９図は第２図実施例
の磁極位置検出装置の処理手順を示すフローチャート、
第10図は第２図実施例の動作を説明するタイムチャー
ト、第11図は電動機の交流電流により磁極位置を判定す
る方法を説明する図、第12図は本発明の他の実施例の全
体構成図、第13図は第12図実施例の原理を説明するため
の電圧ベクトルのモードと出力トルクの関係を示す図、
第14図は第12図実施例の磁極位置検出方法の手順を示す
フローチャートである。１……交流電源、２……インバータ、３……ブラシレス
電動機、４……回転エンコーダ、７……U/Dカウンタ、
８……回転角変換手段、９……正弦波テーブル、10……
モード分けアドレス変換手段、13……A/D変換器、14…
…3/2相変換手段、15……速度検出手段、16……速度制
御手段、17……Ｑ軸電流制御手段、18……Ｄ軸電流制御
手段、19……速度指令手段、20……位置検出手段、21…
…位置指令手段、22……速度制御手段、30……PWM制御
手段、40……CPU、41……データバス、50,51,52,53……
記憶手段、201……整流部、202……インバータ部、400
……磁極位置検出装置、401……電圧ベクトル指令発生
手段、U/Dカウンタ設定手段、403……磁極位置判定手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村松正治千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献特開平３−173394（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/06 H02P 6/16 H02P 6/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電動機の回転子を機械的ブレーキで拘
束固定し、交流電動機の固定子に印加する電圧ベクトル
の位相を電気角の360度以上にわたって変化させて回転
磁束を発生させながら、電動機電流を計測し、該電動機
電流が最小値を示すときの前記電圧ベクトルの位相に対
応した位置を、前記交流電動機の回転子の磁極位置とし
て検出する交流電動機の回転子磁極位置検出方法。
【請求項２】前記電動機電流は、前記電動機を駆動する
インバータ部の直流電流又は前記電動機に流入する交流
電流であることを特徴とする請求項１に記載の交流電動
機の回転子磁極位置検出方法。
【請求項３】交流電動機の回転子を拘束固定する機械的
ブレーキ手段と、前記交流電動機の固定子に印加する電圧ベクトルの位相
を切り替えて回転磁束の位相を電気角の１回転以上にわ
たって順次変化させる電圧ベクトル指令発生手段と、前記交流電動機の電動機電流を計測する電流検出手段
と、この電動機電流の計測値を記憶する記憶手段と、この記憶手段の内容に基づいて電動機電流の最小値に対
応する前記電圧ベクトルを求め、この求めた電圧ベクト
ルの位相に対応した位置を前記交流電動機の回転子の磁
極位置として検出する磁極位置判定手段とを含んでなる
交流電動機の回転子磁極位置検出装置。
【請求項４】交流電動機の回転子の磁極位置の検出値に
基づいて、PWM制御手段により位相が異なる複数の電圧
ベクトルの中から前記磁極位置の検出値に一致させた位
相の回転磁束を発生させる電圧ベクトル又はその組合せ
を選択し、この選択された電圧ベクトルにより駆動され
る交流電動機の回転子の磁極位置を検出する回転磁極位
置検出装置において、交流電動機の回転子を機械的に拘束固定するブレーキ手
段と、前記交流電動機の固定子に印加する電圧ベクトルの位相
を電気角の１回転以上にわたって順次変化させる指令
を、前記PWM制御手段に出力する電圧ベクトル指令発生
手段と、前記交流電動機の電動機電流を計測する電流検出手段
と、この電動機電流の計測値を前記電圧ベクトルの位相に対
応させて記憶する記憶手段と、この記憶手段の内容に基づいて電動機電流の最小値に対
応する前記電圧ベクトルを求め、この求めた電圧ベクト
ルの位相に対応した位置を前記磁極位置の検出値として
前記PWM制御手段に出力する磁極位置判定手段とを含ん
でなる交流電動機の回転子磁極位置検出装置。
【請求項５】前記電動機電流は、前記電動機を駆動する
インバータ部の直流電流又は前記電動機に流入する交流
電流であることを特徴とする請求項３、４いずれかに記
載の交流電動機の回転子磁極位置検出装置。
【請求項６】交流電動機の回転子の磁極位置検出値に基
づいて磁極位置の回転に一致した位相の正弦波状の変調
波を発生する変調波発生手段と、この変調波と所定の搬送波とを比較して位相が異なる複
数の電圧ベクトルの中から前記磁極位置の検出値に一致
させた位相の回転磁束を発生させる電圧ベクトル又はそ
の組合せを選択し、この選択された電圧ベクトルに相当
するPWMパルスを発生するPWM制御手段と、この生成されたPWMパルスにより駆動されるインバータ
とを備え、このインバータにより交流電動機を駆動する交流電動機
の制御装置において、前記交流電動機の回転子を拘束固定する機械的ブレーキ
手段と、前記交流電動機の固定子に印加する電圧ベクトルの位相
を電気角の１回転以上にわたって順次変化させる指令
を、前記変調波発生手段に出力する電圧ベクトル指令発
生手段と、前記交流電動機の電動機電流を計測する電流検出手段
と、この電動機電流の計測値を前記電圧ベクトルの位相に対
応させて記憶する記憶手段と、この記憶手段の内容に基づいて電動機電流の最小値に対
応する前記電圧ベクトルを求め、この求めた電圧ベクト
ルの位相に対応した位置を前記磁極位置の検出値として
前記変調波発生手段に出力する磁極位置判定手段とを含
んでなる交流電動機の制御装置。
【請求項７】前記電動機電流は、前記電動機を駆動する
インバータの直流電流又は前記電動機に流入する交流電
流であることを特徴とする請求項６に記載の交流電動機
の制御装置。