JP3912449B2 - 同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソフトウェアによって界磁極位置の補正を行いつつ同期電動機を制御する同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法に係り、特に、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制御対象の同期電動機において、今、実際の界磁極位置をφ、検出した界磁極位置をθ、界磁極位置φとθの差をδ1、印加する電流の位相をρ、電流位相の補正量をγ、実際の界磁極位置φと印加する電流の位相差をδとすると、以下の（１）式から（３）式が成立する。
φ＝θ＋δ1 …（１）
ρ＝θ＋γ …（２）
δ＝φ―ρ＝δ1 ―γ …（３）
また、界磁極の大きさをΦ、印加する電流の大きさをＩとすると、発生電磁力Ｔは、
Ｔ＝Ｋ×Φ×Ｉ×COS（δ） …（４）
となる。ただし、Ｋは正の定数である。また、発生電磁力Ｔは、回転形の同期電動機の場合には発生トルクであり、直動形の同期電動機の場合には発生推力である。以下では、直動形の同期電動機について説明を行う。発生推力が最大になる電流位相の補正量γ（＝δ1）は、印加する電流によらず、発生電磁力Ｔが零になる電流位相の補正量δ0を９０［゜］ずらしたものである。
【０００３】
従来の磁極位置センサを具備しない同期電動機の制御装置における界磁極位置の補正方法には、ソフトウェアによって界磁極位置の補正処理を行うものとして、特開平８−１８２３９９号公報に開示されたものがある。図６は、従来の界磁極位置補正処理が適用される同期電動機（３相）のベクトル制御による駆動装置の構成図を示す。また、図７は、従来の同期電動機の制御装置における界磁極位置の補正方法を説明するフローチャートである。
図６において、位置センサ１０６は、同期電動機１０５の回転位置を検出する。ＣＰＵ６０１は、トルク指令ｉとカウンタ６０７で検出された同期電動機１０５の位置ｘを用いて演算を行い、２相の電流指令Ｉｕ，ＩｖをそれぞれＤ／Ａ変換器６０２ａ，６０２ｂによってデジタル／アナログ変換して２相／３相変換回路６１０に出力する。２相／３相変換回路６１０は、入力した２相の電流指令を３相の電流指令ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに変換し、パワーアンプ１０３を制御する。パワーアンプ１０３は、これら３相の電流指令ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに対応した電流を同期電動機１０５に供給して同期電動機１０５を起動する。
界磁極位置の補正方法について、その詳細は省略するが、要点を以下に説明する。印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ0）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、この電流位相補正量（δ0）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ1）を導出し、この電流の位相の補正量（δ1）と位置検出器で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ）を決定して同期電動機１０５を制御するものであって、電磁力指令を仮の目標値まで単調増加させて、加速度が大きいときは目標値を小さく、また加速度が小さいときは目標値を大きくするものである。
すなわち、加速度が大きいときは、発生電磁力が大きいので電磁力指令を小さくしても外乱に打ち勝つことができ、その結果回転量（移動量）を小さくすることができ、また、加速度が小さいときは、回転量（移動量）が小さいので電磁力指令を大きくすることができ、発生電磁力の極性の判断精度を上げることを可能としたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法にあっては、ソフトウェアにより上記のように発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ0）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ1）を導出して同期電動機を制御するものであるため、例えば、可動子に永久磁石を配置し固定子に電機子を持った同期電動機を制御しようとする際、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも、発生電磁力が零であるとみなして界磁極位置の補正処理を終了してしまう。その結果、界磁極位置を誤補正のまま同期電動機を制御することとなり、適切に同期電動機の制御が行えないという問題点があった。
また、上記従来の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法にあっては、例えば、可動子に永久磁石を配置し固定子に電機子を持った同期電動機を制御しようとする際、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合（システムとしては異常状態といえる）でも発生電磁力が零であるとみなして界磁極位置の補正処理を終了してしまう。その結果、界磁極位置を誤補正のまま同期電動機を制御することとなり、適切に同期電動機の制御が行えないという問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することを目的としている。
また、本発明の他の目的は、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ 0 ）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、該電流位相補正量（δ 0 ）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ 1 ）を導出し、該電流位相の補正量（δ 1 ）と前記位置検出手段で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ 1 ）を決定する界磁極位置補正処理をし、該電流の位相（ρ 1 ）を持つ電流指令により前記同期電動機を制御する制御手段と、を備えた同期電動機の制御装置において、前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正処理が十分か否かを判断する動作確認手段を備え、前記動作確認手段が前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断した場合のみ、再度、前記界磁極位置補正処理をするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における所定方向の前記推力指令で前記同期電動機を駆動した際、前記動作確認手段が、前記可動子移動量が前記所定方向とは逆方向の所定移動量より大きい場合、または、前記可動子移動時間が所定時間より長い場合、前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断し、前記可動子移動量が前記所定方向に所定移動量以上、かつ、可動子移動時間が所定時間以内の場合、前記界磁極位置補正処理が十分であると判断するものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令に代わり、前記電流指令に基づく正方向および負方向の位置指令で前記同期電動機を駆動するものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令に代わり、前記電流指令に基づく正方向および負方向の速度指令で前記同期電動機を駆動するものである。
請求項５に記載の発明は、同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、電流の位相（ρ 1 ）を持つ電流指令により前記同期電動機を制御する制御手段とを備え、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ 0 ）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、該電流位相補正量（δ 0 ）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ 1 ）を導出し、該電流位相の補正量（δ 1 ）と前記位置検出手段で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する前記電流の位相（ρ 1 ）を決定する界磁極位置補正処理をする同期電動機の制御装置の界磁極位置補正方法において、前記界磁極位置補正処理後、前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正処理が十分か否かを判断する動作確認処理をし、前記動作確認処理で前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断した場合のみ、再度、前記界磁極位置補正処理をするのである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明における所定方向の前記推力指令で前記同期電動機を駆動した際、前記動作確認処理は、前記可動子移動量が前記所定方向とは逆方向の所定移動量より大きい場合、または、前記可動子移動時間が所定時間より長い場合、前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断し、前記可動子移動量が前記所定方向に他の所定移動量以上、かつ、可動子移動時間が所定時間以内の場合、前記界磁極位置補正処理が十分であると判断するのである。
請求項７に記載の発明は、同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、ソフトウェアによって界磁極位置補正した界磁極位置に基づいて前記同期電動機を制御する制御手段と、を備えた同期電動機の制御装置において、所定方向の位置指令、速度指令、推力指令のうち、いずれか１つの指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正が十分か否かを判断する動作確認手段を備えたも のである。
【０００７】
本発明の請求項１、２、３および４に係る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法では、制御手段による界磁極位置の補正処理を行った後、制御手段より制御できる開閉手段として例えば継電器を設け、該継電器を開放した状態で同期電動機の誘起電圧を十分検出可能となるような所定速度で同期電動機を駆動し、該同期電動機の端子に現れる誘起電圧を検出する。この誘起電圧と電流位相補正後の電流指令とを減算して、誘起電圧と第１の電流指令との位相差である磁極検出誤差（δ2）を求め、該磁極検出誤差（δ2）と仮補正量（γ）より最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を決定し、該電流位相補正量（γ＋δ2）と仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ2）を決定し、該電流の位相（ρ2）を持つ第２の電流指令により同期電動機を制御するので、第１の電流指令による駆動制御における界磁極位置補正よりもより確実な界磁極位置補正を行うことができ、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現できる。また、誘起電圧と電流位相補正後の第１の電流指令による界磁極位置の再補正を、同期電動機を制御する前の最終段階としているため、界磁極位置の誤補正を判断することも可能である。
また、請求項５、６、７および８に係る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法では、制御手段による界磁極位置補正ステップ終了後、動作確認ステップとして、正方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、負方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、負方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、正方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、界磁極位置補正ステップの電流の位相（ρ1）を持つ電流指令により同期電動機を制御するので、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法の実施の形態について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。同図において、図６（従来例）と重複する部分には同一の符号を附する。同図において、本実施形態の同期電動機の制御装置は、ＣＰＵ（制御手段）１０１、Ｄ／Ａ変換器１０２、パワーアンプ１０３、継電器（開閉手段）１０４、同期電動機１０５、位置センサ（位置検出手段）１０６、カウンタ１０７、相電圧検出回路（電圧検出手段）１０８およびコンパレータ１０９を備えて構成されている。位置センサ１０６は、同期電動機１０５の回転位置を検出する。ＣＰＵ１０１は、マイクロプロセッサ等であって、トルク指令ｉとカウンタ１０７で検出された同期電動機１０５の位置情報（計数値）とを用いて演算を行い、電流指令ＩＵｒｅｆ，ＩＶｒｅｆ，ＩＷｒｅｆをそれぞれＤ／Ａ変換器１０２によってデジタル／アナログ変換して電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに変換し、パワーアンプ１０３に供給する。パワーアンプ１０３は、これら電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対応した電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを継電器１０４を介して同期電動機１０５に供給して同期電動機１０５を起動する。継電器１０４は、ＣＰＵ１０１からの開閉コントロール信号によって開閉制御され、継電器１０４を開放することにより、同期電動機１０５の端子に現れる誘起電圧が相電圧検出回路１０８によって検出される。相電圧検出回路１０８は、例えばＵ相の相電圧検出値ｅｕを出力し、コンパレータ９において接地電位ＧＮＤとの比較により生成される方形波ＥＵがカウンタ１０７に供給される。カウンタ１０７では、この方形波ＥＵの立ち上がりエッジのタイミングで位置検出値（計数値）がラッチされ、ＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶される。
【０００９】
本実施形態の同期電動機の制御装置においては、「通常制御モード」と「磁極検出モード」の２つのモードを有しており、図２のフローチャートに示すように、電源投入後、まず、磁極検出モード（ステップＳ２００）において、界磁極位置の補正処理（ステップＳ２１０〜Ｓ２２７）を行い、該処理が完了した後、通常制御モード（ステップＳ２３０）で同期電動機１０５を制御するシーケンスとなっている。
まず、磁極検出モードにおける界磁極位置の補正処理ついて説明する。ステップＳ２１０〜２１２では、従来例として示したソフトウェアによる界磁極位置補正方法により、仮の界磁界位置補正処理を行い、仮電流位相補正量γ（＝δ1）を求める。
すなわち、ステップＳ２１１の仮界磁界位置補正処理は、図７に示したフローチャートの処理を実行するものであり、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ0）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、この電流位相補正量（δ0）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ1）を導出し、この電流の位相の補正量（δ1）と位置検出器で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ）を決定して電動機を制御するものであって、電磁力指令を仮の目標値まで単調増加させて、加速度が大きいときは目標値を小さく、また加速度が小さいときは目標値を大きくするものである。
図７において、ステップＳ７０１では初期値を設定する。すなわち、電流位相補正量γ＝０［゜］、推定回数ｊ＝１、トルク指令ｉの計算や加速度の測定等の処理の基準となる時間ｔ＝−ｍ・Δｔ（ｍは正整数）とする。ステップＳ７０２ではトルク指令ｉを計算する。
ステップＳ７０３では時間ｔを判定する。時間ｔ＝０の場合には、ステップＳ７０４に進んで加速度Ａｃｃ１を測定し、さらにステップＳ７０５に進んで、加速度Ａｃｃ１と予め設定している加速度Ａｃｃ２（＞０）とを比較して大きいほうを基準加速度Ａｃｃ０（＞０）として、ステップＳ７１１に進む。
また、時間ｔ＝ｋ・Δｔの場合には、ステップＳ７０６に進んで加速度Ａｃｃ３を測定し、さらにステップＳ７０７に進んで、加速度Ａｃｃ３の絶対値と基準加速度Ａｃｃ０を比較して、加速度Ａｃｃ３の絶対値が基準加速度Ａｃｃ０より大きいときはステップＳ７０９へ、そうでないときはステップＳ７１１に進む。
また時間ｔ＝ｔ1maxの場合には、ステップＳ７０８に進んで加速度Ａｃｃ３を測定し、さらにステップＳ７０９に進んで位置補正量（γ）の更新を行い、ステップＳ７１０でトルク指令ｉを作成する基準時間ｔ1をｔ1＝ｔとした後、ステップＳ７１１に進む。ここで、ｔは加速度Ａｃｃ３の絶対値が基準加速度Ａｃｃ０より大きくなった時間か或いはｔ1maxである。
また、時間ｔ＝ｔ8（ｔ8＝８・ｔ1max）の場合には、ステップＳ７１２に進んで、時間を初期値に戻すべくｔ＝−ｍ・Δｔとして、ステップＳ７１３に進む。さらに、ステップＳ７０３のｔの判定で、上記以外のその他の場合には、ステップＳ７１１に進んで、ｔ＝ｔ＋Δｔとして時間を更新して、ステップＳ７０２に戻る。
次に、ステップＳ７１３では、推定回数ｊと最大推定回数ｊmaxとを比較する。推定回数ｊが最大推定回数ｊmaxより小さいときは、ステップＳ７１４に進んでｊ＝ｊ＋１として推定回数を更新する。また、推定回数ｊが最大推定回数ｊmaxに達したときは、ステップＳ７１５に進んで、仮の電流位相補正量（δ1）を決定する。
尚、上記説明中、トルク指令ｉの計算（ステップＳ７０２）、電流位相補正量（γ）の更新（ステップＳ７０９）および仮の電流位相補正量（δ1）の決定（ステップＳ７１５）の各処理についての詳細は、特開平８−１８２３９９号公報に記載のものと同等であり、ここでは省略する。
つまり、磁極検出モードでは、この仮電流位相補正量（γ）に相当する第０計数値ＣＮ０と位置センサ１０６で検出された第１計数値ＣＮ１（仮の界磁極位置（θ））とにより、以下に示す（５）式で印加する電流の位相（ρ）を決定し、同期電動機１０５を駆動する。
ρ＝θ＋γ＋δ2 …（５）
ここで、δ2は後述する誘起電圧と仮界磁極位置補正後電流指令との界磁極位置検出誤差であり、初期値は零である。
また、この時点で、仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値（第０計数値ＣＮ０＋第１計数値ＣＮ１）は、ＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶される。尚、ストロークが同期電動機１０５の極ピッチの２倍（電気角３６０［゜］）以上ある場合には、計数値は少なくとも１つ以上あるため、その分だけＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶することとなる。
次に、同期電動機１０５を駆動し、速度が電動機誘起電圧のゼロクロスが検出可能な基準速度以上となった（ステップＳ２２１）時点で、ＣＰＵ１０１から開閉コントロール信号を発して継電器１０４が開放となるよう制御する（ステップＳ２２２）。継電器１０４を開放することにより、同期電動機１０５の端子には誘起電圧が表れ、この誘起電圧は３相各相の相電圧を検出する相電圧検出回路１０８に入力される。相電圧検出回路１０８は、例えばＵ相の相電圧検出値ｅｕを出力し、コンパレータ１０９により方形波ＥＵに変換される。またカウンタ１０７は、この方形波ＥＵの立ち上がりエッジのタイミングで位置検出値をラッチし、第２計数値ＣＮ２としてＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶される。
ＣＰＵ１０１は、位置センサ１０６で検出された第１計数値ＣＮ１（仮の界磁極位置（θ））と第０計数値ＣＮ０（仮電流位相補正量（γ））より（５）式で求められる電流位相（ρ1）を持つ第１の電流指令により同期電動機１０５を駆動する。
方形波ＥＵの立ち上がりエッジのタイミングで第２計数値ＣＮ２がメモリ内に記憶された時点で、（ステップＳ２２３において第２計数値ＣＮ２がラッチされたと判断されて、）ステップＳ２２５に進んで、第２計数値ＣＮ２と先にメモリ内に記憶した仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値（第０計数値ＣＮ０＋第１計数値ＣＮ１）（＝θ＋γ）との差δ2を算出する。ここで、仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値が複数ある場合は、第２計数値ＣＮ２に最も近い仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値を用いてδ2を算出する。このδ2が、誘起電圧と仮界磁極位置補正後の電流指令との界磁極位置検出誤差となる。尚、ステップＳ２２３の判断において第２計数値ＣＮ２がラッチされていない場合には、ステップＳ２２４で継電器１０４が閉成制御された後、ステップＳ２２１に戻って処理を繰り返す。
さらにステップＳ２２６では、算出された界磁極位置検出誤差δ2と仮電流位相補正量（γ）から最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を求め、（５）式により印加する電流の位相（ρ2）を決定する。また、ステップＳ２２７では、ＣＰＵ１０１から開閉コントロール信号を発して継電器１０４が閉成となるよう制御して、通常制御モード（ステップＳ２３０）に備える。
以上のようにして最終的に求められた印加すべき電流の位相（ρ2）は、等価的にＵ相誘起電圧ｅｕの立ち上がりとＵ相電流指令の立ち上がりとを一致させることができる。
また、誘起電圧と仮電流位相補正後の電流指令による界磁極位置補正量（δ2）が求まらない場合（第２計数値ＣＮ２がラッチしない）、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合は、磁極検出モードを終了せず、最初からもしくはソフトウェアによる仮界磁極位置補正後から処理を繰り返すシーケンスとする。
次に、通常制御モード（ステップＳ２３０）について説明する。上記のように磁極検出モード下における界磁極位置の補正処理により、最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を求めることができ、（５）式により印加すべき電流の位相（ρ2）が決定された。通常制御モード（ステップＳ２３０）では、この電流位相（δ）に応じた各相の電流指令（第２の電流指令）を、Ｄ／Ａ変換器１０２より出力し、パワーアンプ１０３でパワー変換し、同期電動機１０５を制御することとなる。
最後に、図３の説明図を参照して、本実施形態における界磁極位置の補正処理を概念的に説明する。Ｕ相の誘起電圧波形ｅｕ｛ｅｕ（sinφ）｝、コンパレータ１０９の出力である方形波ＥＵ、並びに、仮界磁極位置補正処理前の検出した界磁極位置（θ）によるＵ相電流指令Ｉｒｅｆ’｛Ｉｒｅｆ’（sinθ）｝が、図３のように表される場合、仮界磁極位置補正処理（ステップＳ２１１）後の検出した界磁極位置（θ）と仮電流位相補正量（γ）によるＵ相電流指令は、Ｉｒｅｆ｛Ｉｒｅｆ（sin（θ＋γ））｝となる。さらに、磁極検出モードの最終段階として、誘起電圧と仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令との界磁極位置検出誤差δ2から電流位相補正量（δ2＋γ）とするＵ相電流指令は、等価的にＵ相の誘起電圧波形ｅｕの位相と一致したものとなる。
【００１０】
以上述べたように、本実施形態の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、ＣＰＵ１０１の制御による界磁極位置の補正処理を行った後、継電器１０４を開放した状態で同期電動機１０５の誘起電圧を十分検出可能となるような所定速度で同期電動機を駆動し、同期電動機１０５の端子に現れる誘起電圧を検出し、この誘起電圧と電流位相補正後の電流指令とを減算して、誘起電圧と第１の電流指令との位相差である磁極検出誤差（δ2）を求め、該磁極検出誤差（δ2）と仮補正量（γ）より最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を決定し、該電流位相補正量（γ＋δ2）と仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ2）を決定し、該電流の位相（ρ2）を持つ第２の電流指令により同期電動機を制御するので、磁極検出モードの最終段階として、誘起電圧と仮電流位相補正後の電流指令による界磁極位置を補正し、新たな電流位相補正量を得ることにより、等価的にＵ相誘起電圧ｅｕの立ち上がりと電流指令の立ち上がりとを一致させることができ、第１の電流指令による駆動制御における界磁極位置補正よりもより確実な界磁極位置補正を行うことができ、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現できる。
また、磁極検出モードにおいて、誘起電圧と電流位相補正後の第１の電流指令による界磁極位置の再補正を、同期電動機を制御する前の最終段階としているため、界磁極位置の誤補正を判断することも可能である。
以上、直動形の同期電動機について説明したが、発生電磁力Ｔを発生推力として扱っていたところを発生トルクとして扱うこととすれば、回転形の同期電動機においても同様の構成および方法により、同等の効果を得ることができる。
【００１１】
〔第２の実施形態〕
図４は本発明の第２の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。同図において、図１（第１の実施形態）と重複する部分には同一の符号を附する。同図において、本実施形態の同期電動機の制御装置は、ＣＰＵ（制御手段）４０１、Ｄ／Ａ変換器１０２、パワーアンプ１０３、同期電動機１０５、位置センサ（位置検出手段）１０６およびカウンタ４０７を備えて構成されている。
位置センサ１０６は、同期電動機１０５の回転位置を検出する。ＣＰＵ１０１は、マイクロプロセッサ等であって、トルク指令ｉとカウンタ４０７で検出された同期電動機１０５の位置情報（計数値）とを用いて演算を行い、電流指令ＩＵｒｅｆ，ＩＶｒｅｆ，ＩＷｒｅｆをそれぞれＤ／Ａ変換器１０２によってデジタル／アナログ変換して電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに変換し、パワーアンプ１０３に供給する。パワーアンプ１０３は、これら電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対応した電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを同期電動機１０５に供給して同期電動機１０５を起動する。
【００１２】
本実施形態の同期電動機の制御装置においても、「通常制御モード」と「磁極検出モード」の２つのモードを有しており、図５のフローチャートに示すように、電源投入後、まず、磁極検出モード（ステップＳ５００）において、界磁極位置の補正処理（ステップＳ５１０〜Ｓ５１２）を行い、該補正処理が終了した後、動作確認処理（ステップＳ５２０〜Ｓ５３５）により同期電動機１０５の駆動制御が可能かどうかの判断を行い、可能と判断された場合のみ通常制御モード（ステップＳ５４０）で同期電動機１０５を制御するシーケンスとなっている。
まず、磁極検出モードにおける界磁極位置の補正処理ついて説明する。ステップＳ５１０〜５１２では、従来例として示したソフトウェアによる界磁極位置補正方法により、仮の界磁界位置補正処理を行い、仮電流位相補正量γ（＝δ1）を求める。ステップＳ５１１の界磁界位置補正処理は、図７に示したフローチャートの処理を実行するもので、第１の実施形態で説明した通りである。
次に、動作確認処理（ステップＳ５２０〜Ｓ５３５）により同期電動機１０５の駆動制御が可能かどうかの判断を行うが、まず、ステップＳ５２１では、動作確認処理の開始として、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆをα、例えば５０［Ｎ］として同期電動機１０５を駆動し、ステップＳ５２２に進む。ここでの推力指令ｆ＿ｒｅｆは、可動子が静止摩擦力に打ち勝って動くことができる最低の推力以上の推力指令とする。
次に、ステップＳ５２２では、現在のサンプリング時にカウンタ４０７から読み込んだ計数値を現在検出位置ｘ＿ｆｂとし、前回のサンプリング時に所定メモリ領域に格納しておいたカウンタ４０７から読み込んだ計数値をｘ＿ｆｂ＿ｐｒｅとしたとき、これらの減算結果を可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋとしてメモリに格納し、ステップＳ５２３に進む。
次に、ステップＳ５２３では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の負方向に、所定移動量β、例えば１０［パルス］より多く移動した場合には、界磁極位置補正が不十分として、ステップＳ５１１に戻る。また、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが、所定時間ε、例えば５０［サンプリング］より長く経過した場合にも、界磁極位置補正が不十分として、ステップＳ５１１に戻る。尚、サンプリング時間が１［ｍｓ］であれば、可動子移動時間を判定するための所定時間εは５０［ｍｓ］となる。
一方、ステップＳ５２３において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ正方向に移動する場合、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の負方向の移動が所定移動量β以内の場合、あるいは、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが所定時間ε以内の場合には、ステップＳ５２４に進む。
ステップＳ５２４では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ正方向に所定移動量κ、例えば１０［パルス］より少なく移動した場合には、ステップＳ５２３に戻って、再度、所定移動量βまたは所定時間εに基づく判定を行う。一方、ステップＳ５２４において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ正方向に所定移動量κ以上だけ、可動子移動時間が所定時間ε以内で移動した場合には、界磁極位置補正が十分として、ステップＳ５３１に進む。
ステップＳ５３１からステップＳ５３４の処理は、同期電動機１０５を駆動する推力指令ｆ＿ｒｅｆを負方向とした場合であり、一連の流れは正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動する場合と同様である。
すなわち、ステップＳ５３１では、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆを−α［Ｎ］として同期電動機１０５を駆動し、ステップＳ５３２では、現在の計数値（現在検出位置）ｘ＿ｆｂと前回の計数値ｘ＿ｆｂ＿ｐｒｅとの減算結果を可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋとしてメモリに格納し、ステップＳ５３３に進む。
ステップＳ５３３では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の正方向に所定移動量β以上移動した場合、あるいは、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが所定時間εより長く経過した場合には、界磁極位置補正が不十分として、ステップＳ５１１に戻る。一方、ステップＳ５３３において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ負方向に移動する場合、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の正方向の移動が所定移動量β以内の場合、あるいは、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが所定時間ε以内の場合には、ステップＳ５３４に進む。
ステップＳ５３４では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ負方向に所定移動量κより少なく移動した場合には、ステップＳ５３３に戻って、再度、所定移動量βまたは所定時間εに基づく判定を行う。一方、ステップＳ５３４において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ負方向に所定移動量κ以上だけ、可動子移動時間が所定時間ε以内で移動した場合には、界磁極位置補正が十分として、ステップＳ５３５に進む。
以上のようにして、正負両方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動し、界磁極位置補正が十分と判断された場合のみ動作確認処理終了（ステップＳ５３５）とし、通常制御モード（ステップＳ５４０）へ進む。
ここで、最終的に界磁極位置補正が十分と判断される条件について、上記具体例における値を用いて説明する。正負各方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動し、界磁極位置補正が十分として判断される最低条件は、与える推力指令ｆ＿ｒｅｆと同方向に可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋとして所定移動量κ（＝１０［パルス］）だけ、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋとして所定時間ε（＝５０［ｍｓ］）で移動した場合である。これは、位置センサ１０６の分解能が１［μｍ／パルス］とすると、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋ＝５０［ｍｓ］の時点で、可動子速度が０．４［ｍｍ／ｓ］（＝２×１０［パルス］／５０［ｍｓ］）となる、すなわち、可動子の質量が５［ｋｇ］とすると、可動子加速度が０．００８［ｍ／ｓ2 ］、推力が少なくとも０．０４［Ｎ］出たことを意味する。しかし、実際の同期電動機の制御装置では、ＣＰＵ４０１が電流指令を払い出すまでの演算時間および電流制御系等の遅れが存在するため、設定される可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋの所定時間ε（＝５０［ｍｓ］）よりも短い時間で、設定される可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋの所定移動量κ（＝１０［パルス］）以上動いている、すなわち、計算上の実際の推力最低０．０４［Ｎ］よりも多く出ていることになる。
実際の推力値ｆは、界磁極位置検出誤差δと推力指令ｆ＿ｒｅｆより
ｆ＝ｆ＿ｒｅｆ×COSδ …（６）
と計算できる。（６）式は、界磁極位置補正処理（ステップＳ５１１）による界磁極位置検出誤差δを例えば１０［゜］とすると、実際の推力値ｆは、最大で推力指令ｆ＿ｒｅｆの約９８［％］となり、約２［％］の推力低下となることを意味している。
ここで、上記の具体例の場合、推力指令ｆ＿ｒｅｆ＝５０［Ｎ］に対して、実際の推力値ｆは最低０．０４［Ｎ］である。この数値だけをみると、大幅な推力低下に見えるが、界磁極位置補正処理は、別手法（例えば、第１の実施形態におけるような相誘起電圧と界磁極位置補正処理後の相電流指令の比較）にて、界磁極位置検出誤差δが１０［゜］以下となることが確認されている。
また、多くの同期電動機の制御装置を用いるシステムにおいては、界磁極位置検出を行う際に、可動子の移動量ができるだけ少ない方が望まれる。よって、多くの界磁極位置補正処理を用いる同期電動機の制御装置の動作確認処理は、上記の具体例のように、少なくとも推力指令方向と逆の方向には動かず、ある程度の最低推力で同じ方向に動くことを十分条件とした設定値としている。
しかし、界磁極位置補正処理による界磁極位置検出誤差δが、例えば１０［゜］以下であることを確認しなければならない場合には、動作確認処理の設定値を上記の具体例より厳しい値、例えば可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋを１２．３［ｍｍ］（＝１２３００［パルス］）にすれば、推力指令ｆ＿ｒｅｆ＝５０［Ｎ］に対して、実際の推力値ｆは最低４９［Ｎ］となり、その界磁極位置検出誤差δは１０［゜］以下であることを確認できる。
以上、動作確認処理の際、正負両方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動する場合について説明したが、正負両方向の位置指令ｘ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動し、位置決め時の偏差パルス（位置指令と位置検出値との差）を設定値として界磁極位置補正が十分として判断する場合でも同様のことがいえる。また、正負両方向の速度指令ｖ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動する場合でも同様のことがいえる。
次に、通常制御モードについて説明する。上述のように、磁極検出モード下の界磁極位置補正処理（ステップＳ５１１）により電流位相補正量（γ）を求めることができ、印加する電流の位相（ρ）が決定される。また、動作確認処理（ステップＳ５２０〜ステップＳ５３５）で界磁極位置補正が十分とされたときの印加する電流の位相（ρ）に応じた各相の電流指令を、Ｄ／Ａ変換器１０２を介して出力し、パワーアンプ１０３でパワー変換した後、同期電動機１０５を制御する。
【００１３】
以上述べたように、本実施形態の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、ＣＰＵ１０１の制御による界磁極位置補正処理終了後、動作確認処理として、正方向の推力指令で同期電動機１０５を駆動して、負方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正処理をやり直し、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、負方向の推力指令で同期電動機１０５を駆動して、正方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正処理をやり直し、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、界磁極位置補正処理による電流の位相を持つ電流指令により同期電動機１０５を制御するので、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現できる。
以上、直動形の同期電動機について説明したが、発生電磁力Ｔを発生推力として扱っていたところを発生トルクとして扱うことにより、回転形の同期電動機においても同様の構成および方法により、同等の効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、制御手段による界磁極位置の補正処理を行った後、開閉手段を開放した状態で同期電動機の誘起電圧を十分検出可能となるような所定速度で同期電動機を駆動し、該同期電動機の端子に現れる誘起電圧を検出し、該誘起電圧と電流位相補正後の電流指令とを減算して、誘起電圧と第１の電流指令との位相差である磁極検出誤差（δ2）を求め、該磁極検出誤差（δ2）と仮補正量（γ）より最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を決定し、該電流位相補正量（γ＋δ2）と仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ2）を決定し、該電流の位相（ρ2）を持つ第２の電流指令により同期電動機を制御するので、第１の電流指令による駆動制御における界磁極位置補正よりもより確実な界磁極位置補正を行うことができ、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することができる。また、誘起電圧と電流位相補正後の第１の電流指令による界磁極位置の再補正を、同期電動機を制御する前の最終段階としているため、界磁極位置の誤補正を判断することも可能である。
また、本発明の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、制御手段による界磁極位置補正ステップ終了後、動作確認ステップとして、正方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、負方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、負方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、正方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、界磁極位置補正ステップの電流の位相を持つ電流指令により同期電動機を制御するので、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。
【図２】第１の実施形態の同期電動機の制御装置における磁極検出モードおよび通常制御モードにおける動作を説明するフローチャートである。
【図３】第１の実施形態における界磁極位置の補正処理を概念的に説明する説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。
【図５】第２の実施形態の同期電動機の制御装置における磁極検出モードおよび通常制御モードにおける動作を説明するフローチャートである。
【図６】従来の界磁極位置補正処理が適用される同期電動機（３相）のベクトル制御による駆動装置の構成図である。
【図７】従来の同期電動機の制御装置における界磁極位置の補正方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０１，４０１ ＣＰＵ（制御手段）
１０２ Ｄ／Ａ変換器
１０３ パワーアンプ
１０４ 継電器（開閉手段）
１０５ 同期電動機
１０６ 位置センサ（位置検出手段）
１０７，４０７ カウンタ
１０８ 相電圧検出回路（電圧検出手段）
１０９ コンパレータ
ＩＵｒｅｆ，ＩＶｒｅｆ，ＩＷｒｅｆ 電流指令
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 電流指令
ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ 電流
ｅｕ Ｕ相の相電圧検出値
ＧＮＤ 接地電位
ＥＵ 方形波
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソフトウェアによって界磁極位置の補正を行いつつ同期電動機を制御する同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法に係り、特に、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制御対象の同期電動機において、今、実際の界磁極位置をφ、検出した界磁極位置をθ、界磁極位置φとθの差をδ1、印加する電流の位相をρ、電流位相の補正量をγ、実際の界磁極位置φと印加する電流の位相差をδとすると、以下の（１）式から（３）式が成立する。
φ＝θ＋δ1 …（１）
ρ＝θ＋γ …（２）
δ＝φ―ρ＝δ1 ―γ …（３）
また、界磁極の大きさをΦ、印加する電流の大きさをＩとすると、発生電磁力Ｔは、
Ｔ＝Ｋ×Φ×Ｉ×COS（δ） …（４）
となる。ただし、Ｋは正の定数である。また、発生電磁力Ｔは、回転形の同期電動機の場合には発生トルクであり、直動形の同期電動機の場合には発生推力である。以下では、直動形の同期電動機について説明を行う。発生推力が最大になる電流位相の補正量γ（＝δ1）は、印加する電流によらず、発生電磁力Ｔが零になる電流位相の補正量δ0を９０［゜］ずらしたものである。
【０００３】
従来の磁極位置センサを具備しない同期電動機の制御装置における界磁極位置の補正方法には、ソフトウェアによって界磁極位置の補正処理を行うものとして、特開平８−１８２３９９号公報に開示されたものがある。図６は、従来の界磁極位置補正処理が適用される同期電動機（３相）のベクトル制御による駆動装置の構成図を示す。また、図７は、従来の同期電動機の制御装置における界磁極位置の補正方法を説明するフローチャートである。
図６において、位置センサ１０６は、同期電動機１０５の回転位置を検出する。ＣＰＵ６０１は、トルク指令ｉとカウンタ６０７で検出された同期電動機１０５の位置ｘを用いて演算を行い、２相の電流指令Ｉｕ，ＩｖをそれぞれＤ／Ａ変換器６０２ａ，６０２ｂによってデジタル／アナログ変換して２相／３相変換回路６１０に出力する。２相／３相変換回路６１０は、入力した２相の電流指令を３相の電流指令ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに変換し、パワーアンプ１０３を制御する。パワーアンプ１０３は、これら３相の電流指令ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに対応した電流を同期電動機１０５に供給して同期電動機１０５を起動する。
界磁極位置の補正方法について、その詳細は省略するが、要点を以下に説明する。印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ0）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、この電流位相補正量（δ0）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ1）を導出し、この電流の位相の補正量（δ1）と位置検出器で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ）を決定して同期電動機１０５を制御するものであって、電磁力指令を仮の目標値まで単調増加させて、加速度が大きいときは目標値を小さく、また加速度が小さいときは目標値を大きくするものである。
すなわち、加速度が大きいときは、発生電磁力が大きいので電磁力指令を小さくしても外乱に打ち勝つことができ、その結果回転量（移動量）を小さくすることができ、また、加速度が小さいときは、回転量（移動量）が小さいので電磁力指令を大きくすることができ、発生電磁力の極性の判断精度を上げることを可能としたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法にあっては、ソフトウェアにより上記のように発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ0）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ1）を導出して同期電動機を制御するものであるため、例えば、可動子に永久磁石を配置し固定子に電機子を持った同期電動機を制御しようとする際、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも、発生電磁力が零であるとみなして界磁極位置の補正処理を終了してしまう。その結果、界磁極位置を誤補正のまま同期電動機を制御することとなり、適切に同期電動機の制御が行えないという問題点があった。
また、上記従来の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法にあっては、例えば、可動子に永久磁石を配置し固定子に電機子を持った同期電動機を制御しようとする際、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合（システムとしては異常状態といえる）でも発生電磁力が零であるとみなして界磁極位置の補正処理を終了してしまう。その結果、界磁極位置を誤補正のまま同期電動機を制御することとなり、適切に同期電動機の制御が行えないという問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することを目的としている。
また、本発明の他の目的は、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ 0 ）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、該電流位相補正量（δ 0 ）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ 1 ）を導出し、該電流位相の補正量（δ 1 ）と前記位置検出手段で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ 1 ）を決定する界磁極位置補正処理をし、該電流の位相（ρ 1 ）を持つ電流指令により前記同期電動機を制御する制御手段と、を備えた同期電動機の制御装置において、前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正処理が十分か否かを判断する動作確認手段を備え、前記動作確認手段が前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断した場合のみ、再度、前記界磁極位置補正処理をするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における所定方向の前記推力指令で前記同期電動機を駆動した際、前記動作確認手段が、前記可動子移動量が前記所定方向とは逆方向の所定移動量より大きい場合、または、前記可動子移動時間が所定時間より長い場合、前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断し、前記可動子移動量が前記所定方向に所定移動量以上、かつ、可動子移動時間が所定時間以内の場合、前記界磁極位置補正処理が十分であると判断するものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令に代わり、前記電流指令に基づく正方向および負方向の位置指令で前記同期電動機を駆動するものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令に代わり、前記電流指令に基づく正方向および負方向の速度指令で前記同期電動機を駆動するものである。
請求項５に記載の発明は、同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、電流の位相（ρ 1 ）を持つ電流指令により前記同期電動機を制御する制御手段とを備え、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ 0 ）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、該電流位相補正量（δ 0 ）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ 1 ）を導出し、該電流位相の補正量（δ 1 ）と前記位置検出手段で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する前記電流の位相（ρ 1 ）を決定する界磁極位置補正処理をする同期電動機の制御装置の界磁極位置補正方法において、前記界磁極位置補正処理後、前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正処理が十分か否かを判断する動作確認処理をし、前記動作確認処理で前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断した場合のみ、再度、前記界磁極位置補正処理をするのである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明における所定方向の前記推力指令で前記同期電動機を駆動した際、前記動作確認処理は、前記可動子移動量が前記所定方向とは逆方向の所定移動量より大きい場合、または、前記可動子移動時間が所定時間より長い場合、前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断し、前記可動子移動量が前記所定方向に他の所定移動量以上、かつ、可動子移動時間が所定時間以内の場合、前記界磁極位置補正処理が十分であると判断するのである。
請求項７に記載の発明は、同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、ソフトウェアによって界磁極位置補正した界磁極位置に基づいて前記同期電動機を制御する制御手段と、を備えた同期電動機の制御装置において、所定方向の位置指令、速度指令、推力指令のうち、いずれか１つの指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正が十分か否かを判断する動作確認手段を備えたも のである。
【０００７】
本発明の請求項１、２、３および４に係る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法では、制御手段による界磁極位置の補正処理を行った後、制御手段より制御できる開閉手段として例えば継電器を設け、該継電器を開放した状態で同期電動機の誘起電圧を十分検出可能となるような所定速度で同期電動機を駆動し、該同期電動機の端子に現れる誘起電圧を検出する。この誘起電圧と電流位相補正後の電流指令とを減算して、誘起電圧と第１の電流指令との位相差である磁極検出誤差（δ2）を求め、該磁極検出誤差（δ2）と仮補正量（γ）より最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を決定し、該電流位相補正量（γ＋δ2）と仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ2）を決定し、該電流の位相（ρ2）を持つ第２の電流指令により同期電動機を制御するので、第１の電流指令による駆動制御における界磁極位置補正よりもより確実な界磁極位置補正を行うことができ、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現できる。また、誘起電圧と電流位相補正後の第１の電流指令による界磁極位置の再補正を、同期電動機を制御する前の最終段階としているため、界磁極位置の誤補正を判断することも可能である。
また、請求項５、６、７および８に係る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法では、制御手段による界磁極位置補正ステップ終了後、動作確認ステップとして、正方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、負方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、負方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、正方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、界磁極位置補正ステップの電流の位相（ρ1）を持つ電流指令により同期電動機を制御するので、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法の実施の形態について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。同図において、図６（従来例）と重複する部分には同一の符号を附する。同図において、本実施形態の同期電動機の制御装置は、ＣＰＵ（制御手段）１０１、Ｄ／Ａ変換器１０２、パワーアンプ１０３、継電器（開閉手段）１０４、同期電動機１０５、位置センサ（位置検出手段）１０６、カウンタ１０７、相電圧検出回路（電圧検出手段）１０８およびコンパレータ１０９を備えて構成されている。位置センサ１０６は、同期電動機１０５の回転位置を検出する。ＣＰＵ１０１は、マイクロプロセッサ等であって、トルク指令ｉとカウンタ１０７で検出された同期電動機１０５の位置情報（計数値）とを用いて演算を行い、電流指令ＩＵｒｅｆ，ＩＶｒｅｆ，ＩＷｒｅｆをそれぞれＤ／Ａ変換器１０２によってデジタル／アナログ変換して電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに変換し、パワーアンプ１０３に供給する。パワーアンプ１０３は、これら電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対応した電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを継電器１０４を介して同期電動機１０５に供給して同期電動機１０５を起動する。継電器１０４は、ＣＰＵ１０１からの開閉コントロール信号によって開閉制御され、継電器１０４を開放することにより、同期電動機１０５の端子に現れる誘起電圧が相電圧検出回路１０８によって検出される。相電圧検出回路１０８は、例えばＵ相の相電圧検出値ｅｕを出力し、コンパレータ９において接地電位ＧＮＤとの比較により生成される方形波ＥＵがカウンタ１０７に供給される。カウンタ１０７では、この方形波ＥＵの立ち上がりエッジのタイミングで位置検出値（計数値）がラッチされ、ＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶される。
【０００９】
本実施形態の同期電動機の制御装置においては、「通常制御モード」と「磁極検出モード」の２つのモードを有しており、図２のフローチャートに示すように、電源投入後、まず、磁極検出モード（ステップＳ２００）において、界磁極位置の補正処理（ステップＳ２１０〜Ｓ２２７）を行い、該処理が完了した後、通常制御モード（ステップＳ２３０）で同期電動機１０５を制御するシーケンスとなっている。
まず、磁極検出モードにおける界磁極位置の補正処理ついて説明する。ステップＳ２１０〜２１２では、従来例として示したソフトウェアによる界磁極位置補正方法により、仮の界磁界位置補正処理を行い、仮電流位相補正量γ（＝δ1）を求める。
すなわち、ステップＳ２１１の仮界磁界位置補正処理は、図７に示したフローチャートの処理を実行するものであり、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ0）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、この電流位相補正量（δ0）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ1）を導出し、この電流の位相の補正量（δ1）と位置検出器で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ）を決定して電動機を制御するものであって、電磁力指令を仮の目標値まで単調増加させて、加速度が大きいときは目標値を小さく、また加速度が小さいときは目標値を大きくするものである。
図７において、ステップＳ７０１では初期値を設定する。すなわち、電流位相補正量γ＝０［゜］、推定回数ｊ＝１、トルク指令ｉの計算や加速度の測定等の処理の基準となる時間ｔ＝−ｍ・Δｔ（ｍは正整数）とする。ステップＳ７０２ではトルク指令ｉを計算する。
ステップＳ７０３では時間ｔを判定する。時間ｔ＝０の場合には、ステップＳ７０４に進んで加速度Ａｃｃ１を測定し、さらにステップＳ７０５に進んで、加速度Ａｃｃ１と予め設定している加速度Ａｃｃ２（＞０）とを比較して大きいほうを基準加速度Ａｃｃ０（＞０）として、ステップＳ７１１に進む。
また、時間ｔ＝ｋ・Δｔの場合には、ステップＳ７０６に進んで加速度Ａｃｃ３を測定し、さらにステップＳ７０７に進んで、加速度Ａｃｃ３の絶対値と基準加速度Ａｃｃ０を比較して、加速度Ａｃｃ３の絶対値が基準加速度Ａｃｃ０より大きいときはステップＳ７０９へ、そうでないときはステップＳ７１１に進む。
また時間ｔ＝ｔ1maxの場合には、ステップＳ７０８に進んで加速度Ａｃｃ３を測定し、さらにステップＳ７０９に進んで位置補正量（γ）の更新を行い、ステップＳ７１０でトルク指令ｉを作成する基準時間ｔ1をｔ1＝ｔとした後、ステップＳ７１１に進む。ここで、ｔは加速度Ａｃｃ３の絶対値が基準加速度Ａｃｃ０より大きくなった時間か或いはｔ1maxである。
また、時間ｔ＝ｔ8（ｔ8＝８・ｔ1max）の場合には、ステップＳ７１２に進んで、時間を初期値に戻すべくｔ＝−ｍ・Δｔとして、ステップＳ７１３に進む。さらに、ステップＳ７０３のｔの判定で、上記以外のその他の場合には、ステップＳ７１１に進んで、ｔ＝ｔ＋Δｔとして時間を更新して、ステップＳ７０２に戻る。
次に、ステップＳ７１３では、推定回数ｊと最大推定回数ｊmaxとを比較する。推定回数ｊが最大推定回数ｊmaxより小さいときは、ステップＳ７１４に進んでｊ＝ｊ＋１として推定回数を更新する。また、推定回数ｊが最大推定回数ｊmaxに達したときは、ステップＳ７１５に進んで、仮の電流位相補正量（δ1）を決定する。
尚、上記説明中、トルク指令ｉの計算（ステップＳ７０２）、電流位相補正量（γ）の更新（ステップＳ７０９）および仮の電流位相補正量（δ1）の決定（ステップＳ７１５）の各処理についての詳細は、特開平８−１８２３９９号公報に記載のものと同等であり、ここでは省略する。
つまり、磁極検出モードでは、この仮電流位相補正量（γ）に相当する第０計数値ＣＮ０と位置センサ１０６で検出された第１計数値ＣＮ１（仮の界磁極位置（θ））とにより、以下に示す（５）式で印加する電流の位相（ρ）を決定し、同期電動機１０５を駆動する。
ρ＝θ＋γ＋δ2 …（５）
ここで、δ2は後述する誘起電圧と仮界磁極位置補正後電流指令との界磁極位置検出誤差であり、初期値は零である。
また、この時点で、仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値（第０計数値ＣＮ０＋第１計数値ＣＮ１）は、ＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶される。尚、ストロークが同期電動機１０５の極ピッチの２倍（電気角３６０［゜］）以上ある場合には、計数値は少なくとも１つ以上あるため、その分だけＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶することとなる。
次に、同期電動機１０５を駆動し、速度が電動機誘起電圧のゼロクロスが検出可能な基準速度以上となった（ステップＳ２２１）時点で、ＣＰＵ１０１から開閉コントロール信号を発して継電器１０４が開放となるよう制御する（ステップＳ２２２）。継電器１０４を開放することにより、同期電動機１０５の端子には誘起電圧が表れ、この誘起電圧は３相各相の相電圧を検出する相電圧検出回路１０８に入力される。相電圧検出回路１０８は、例えばＵ相の相電圧検出値ｅｕを出力し、コンパレータ１０９により方形波ＥＵに変換される。またカウンタ１０７は、この方形波ＥＵの立ち上がりエッジのタイミングで位置検出値をラッチし、第２計数値ＣＮ２としてＣＰＵ１０１のメモリ内に記憶される。
ＣＰＵ１０１は、位置センサ１０６で検出された第１計数値ＣＮ１（仮の界磁極位置（θ））と第０計数値ＣＮ０（仮電流位相補正量（γ））より（５）式で求められる電流位相（ρ1）を持つ第１の電流指令により同期電動機１０５を駆動する。
方形波ＥＵの立ち上がりエッジのタイミングで第２計数値ＣＮ２がメモリ内に記憶された時点で、（ステップＳ２２３において第２計数値ＣＮ２がラッチされたと判断されて、）ステップＳ２２５に進んで、第２計数値ＣＮ２と先にメモリ内に記憶した仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値（第０計数値ＣＮ０＋第１計数値ＣＮ１）（＝θ＋γ）との差δ2を算出する。ここで、仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値が複数ある場合は、第２計数値ＣＮ２に最も近い仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令立ち上がり方向のゼロクロスの計数値を用いてδ2を算出する。このδ2が、誘起電圧と仮界磁極位置補正後の電流指令との界磁極位置検出誤差となる。尚、ステップＳ２２３の判断において第２計数値ＣＮ２がラッチされていない場合には、ステップＳ２２４で継電器１０４が閉成制御された後、ステップＳ２２１に戻って処理を繰り返す。
さらにステップＳ２２６では、算出された界磁極位置検出誤差δ2と仮電流位相補正量（γ）から最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を求め、（５）式により印加する電流の位相（ρ2）を決定する。また、ステップＳ２２７では、ＣＰＵ１０１から開閉コントロール信号を発して継電器１０４が閉成となるよう制御して、通常制御モード（ステップＳ２３０）に備える。
以上のようにして最終的に求められた印加すべき電流の位相（ρ2）は、等価的にＵ相誘起電圧ｅｕの立ち上がりとＵ相電流指令の立ち上がりとを一致させることができる。
また、誘起電圧と仮電流位相補正後の電流指令による界磁極位置補正量（δ2）が求まらない場合（第２計数値ＣＮ２がラッチしない）、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合は、磁極検出モードを終了せず、最初からもしくはソフトウェアによる仮界磁極位置補正後から処理を繰り返すシーケンスとする。
次に、通常制御モード（ステップＳ２３０）について説明する。上記のように磁極検出モード下における界磁極位置の補正処理により、最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を求めることができ、（５）式により印加すべき電流の位相（ρ2）が決定された。通常制御モード（ステップＳ２３０）では、この電流位相（δ）に応じた各相の電流指令（第２の電流指令）を、Ｄ／Ａ変換器１０２より出力し、パワーアンプ１０３でパワー変換し、同期電動機１０５を制御することとなる。
最後に、図３の説明図を参照して、本実施形態における界磁極位置の補正処理を概念的に説明する。Ｕ相の誘起電圧波形ｅｕ｛ｅｕ（sinφ）｝、コンパレータ１０９の出力である方形波ＥＵ、並びに、仮界磁極位置補正処理前の検出した界磁極位置（θ）によるＵ相電流指令Ｉｒｅｆ’｛Ｉｒｅｆ’（sinθ）｝が、図３のように表される場合、仮界磁極位置補正処理（ステップＳ２１１）後の検出した界磁極位置（θ）と仮電流位相補正量（γ）によるＵ相電流指令は、Ｉｒｅｆ｛Ｉｒｅｆ（sin（θ＋γ））｝となる。さらに、磁極検出モードの最終段階として、誘起電圧と仮界磁極位置補正後のＵ相電流指令との界磁極位置検出誤差δ2から電流位相補正量（δ2＋γ）とするＵ相電流指令は、等価的にＵ相の誘起電圧波形ｅｕの位相と一致したものとなる。
【００１０】
以上述べたように、本実施形態の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、ＣＰＵ１０１の制御による界磁極位置の補正処理を行った後、継電器１０４を開放した状態で同期電動機１０５の誘起電圧を十分検出可能となるような所定速度で同期電動機を駆動し、同期電動機１０５の端子に現れる誘起電圧を検出し、この誘起電圧と電流位相補正後の電流指令とを減算して、誘起電圧と第１の電流指令との位相差である磁極検出誤差（δ2）を求め、該磁極検出誤差（δ2）と仮補正量（γ）より最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を決定し、該電流位相補正量（γ＋δ2）と仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ2）を決定し、該電流の位相（ρ2）を持つ第２の電流指令により同期電動機を制御するので、磁極検出モードの最終段階として、誘起電圧と仮電流位相補正後の電流指令による界磁極位置を補正し、新たな電流位相補正量を得ることにより、等価的にＵ相誘起電圧ｅｕの立ち上がりと電流指令の立ち上がりとを一致させることができ、第１の電流指令による駆動制御における界磁極位置補正よりもより確実な界磁極位置補正を行うことができ、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現できる。
また、磁極検出モードにおいて、誘起電圧と電流位相補正後の第１の電流指令による界磁極位置の再補正を、同期電動機を制御する前の最終段階としているため、界磁極位置の誤補正を判断することも可能である。
以上、直動形の同期電動機について説明したが、発生電磁力Ｔを発生推力として扱っていたところを発生トルクとして扱うこととすれば、回転形の同期電動機においても同様の構成および方法により、同等の効果を得ることができる。
【００１１】
〔第２の実施形態〕
図４は本発明の第２の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。同図において、図１（第１の実施形態）と重複する部分には同一の符号を附する。同図において、本実施形態の同期電動機の制御装置は、ＣＰＵ（制御手段）４０１、Ｄ／Ａ変換器１０２、パワーアンプ１０３、同期電動機１０５、位置センサ（位置検出手段）１０６およびカウンタ４０７を備えて構成されている。
位置センサ１０６は、同期電動機１０５の回転位置を検出する。ＣＰＵ１０１は、マイクロプロセッサ等であって、トルク指令ｉとカウンタ４０７で検出された同期電動機１０５の位置情報（計数値）とを用いて演算を行い、電流指令ＩＵｒｅｆ，ＩＶｒｅｆ，ＩＷｒｅｆをそれぞれＤ／Ａ変換器１０２によってデジタル／アナログ変換して電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに変換し、パワーアンプ１０３に供給する。パワーアンプ１０３は、これら電流指令Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対応した電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを同期電動機１０５に供給して同期電動機１０５を起動する。
【００１２】
本実施形態の同期電動機の制御装置においても、「通常制御モード」と「磁極検出モード」の２つのモードを有しており、図５のフローチャートに示すように、電源投入後、まず、磁極検出モード（ステップＳ５００）において、界磁極位置の補正処理（ステップＳ５１０〜Ｓ５１２）を行い、該補正処理が終了した後、動作確認処理（ステップＳ５２０〜Ｓ５３５）により同期電動機１０５の駆動制御が可能かどうかの判断を行い、可能と判断された場合のみ通常制御モード（ステップＳ５４０）で同期電動機１０５を制御するシーケンスとなっている。
まず、磁極検出モードにおける界磁極位置の補正処理ついて説明する。ステップＳ５１０〜５１２では、従来例として示したソフトウェアによる界磁極位置補正方法により、仮の界磁界位置補正処理を行い、仮電流位相補正量γ（＝δ1）を求める。ステップＳ５１１の界磁界位置補正処理は、図７に示したフローチャートの処理を実行するもので、第１の実施形態で説明した通りである。
次に、動作確認処理（ステップＳ５２０〜Ｓ５３５）により同期電動機１０５の駆動制御が可能かどうかの判断を行うが、まず、ステップＳ５２１では、動作確認処理の開始として、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆをα、例えば５０［Ｎ］として同期電動機１０５を駆動し、ステップＳ５２２に進む。ここでの推力指令ｆ＿ｒｅｆは、可動子が静止摩擦力に打ち勝って動くことができる最低の推力以上の推力指令とする。
次に、ステップＳ５２２では、現在のサンプリング時にカウンタ４０７から読み込んだ計数値を現在検出位置ｘ＿ｆｂとし、前回のサンプリング時に所定メモリ領域に格納しておいたカウンタ４０７から読み込んだ計数値をｘ＿ｆｂ＿ｐｒｅとしたとき、これらの減算結果を可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋとしてメモリに格納し、ステップＳ５２３に進む。
次に、ステップＳ５２３では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の負方向に、所定移動量β、例えば１０［パルス］より多く移動した場合には、界磁極位置補正が不十分として、ステップＳ５１１に戻る。また、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが、所定時間ε、例えば５０［サンプリング］より長く経過した場合にも、界磁極位置補正が不十分として、ステップＳ５１１に戻る。尚、サンプリング時間が１［ｍｓ］であれば、可動子移動時間を判定するための所定時間εは５０［ｍｓ］となる。
一方、ステップＳ５２３において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ正方向に移動する場合、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の負方向の移動が所定移動量β以内の場合、あるいは、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが所定時間ε以内の場合には、ステップＳ５２４に進む。
ステップＳ５２４では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ正方向に所定移動量κ、例えば１０［パルス］より少なく移動した場合には、ステップＳ５２３に戻って、再度、所定移動量βまたは所定時間εに基づく判定を行う。一方、ステップＳ５２４において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ正方向に所定移動量κ以上だけ、可動子移動時間が所定時間ε以内で移動した場合には、界磁極位置補正が十分として、ステップＳ５３１に進む。
ステップＳ５３１からステップＳ５３４の処理は、同期電動機１０５を駆動する推力指令ｆ＿ｒｅｆを負方向とした場合であり、一連の流れは正方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動する場合と同様である。
すなわち、ステップＳ５３１では、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆを−α［Ｎ］として同期電動機１０５を駆動し、ステップＳ５３２では、現在の計数値（現在検出位置）ｘ＿ｆｂと前回の計数値ｘ＿ｆｂ＿ｐｒｅとの減算結果を可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋとしてメモリに格納し、ステップＳ５３３に進む。
ステップＳ５３３では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の正方向に所定移動量β以上移動した場合、あるいは、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが所定時間εより長く経過した場合には、界磁極位置補正が不十分として、ステップＳ５１１に戻る。一方、ステップＳ５３３において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ負方向に移動する場合、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆとは逆の正方向の移動が所定移動量β以内の場合、あるいは、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋが所定時間ε以内の場合には、ステップＳ５３４に進む。
ステップＳ５３４では、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ負方向に所定移動量κより少なく移動した場合には、ステップＳ５３３に戻って、再度、所定移動量βまたは所定時間εに基づく判定を行う。一方、ステップＳ５３４において、可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋが、負方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆと同じ負方向に所定移動量κ以上だけ、可動子移動時間が所定時間ε以内で移動した場合には、界磁極位置補正が十分として、ステップＳ５３５に進む。
以上のようにして、正負両方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動し、界磁極位置補正が十分と判断された場合のみ動作確認処理終了（ステップＳ５３５）とし、通常制御モード（ステップＳ５４０）へ進む。
ここで、最終的に界磁極位置補正が十分と判断される条件について、上記具体例における値を用いて説明する。正負各方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動し、界磁極位置補正が十分として判断される最低条件は、与える推力指令ｆ＿ｒｅｆと同方向に可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋとして所定移動量κ（＝１０［パルス］）だけ、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋとして所定時間ε（＝５０［ｍｓ］）で移動した場合である。これは、位置センサ１０６の分解能が１［μｍ／パルス］とすると、可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋ＝５０［ｍｓ］の時点で、可動子速度が０．４［ｍｍ／ｓ］（＝２×１０［パルス］／５０［ｍｓ］）となる、すなわち、可動子の質量が５［ｋｇ］とすると、可動子加速度が０．００８［ｍ／ｓ2 ］、推力が少なくとも０．０４［Ｎ］出たことを意味する。しかし、実際の同期電動機の制御装置では、ＣＰＵ４０１が電流指令を払い出すまでの演算時間および電流制御系等の遅れが存在するため、設定される可動子移動時間ｔｉｍｅ＿ｃｈｅｃｋの所定時間ε（＝５０［ｍｓ］）よりも短い時間で、設定される可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋの所定移動量κ（＝１０［パルス］）以上動いている、すなわち、計算上の実際の推力最低０．０４［Ｎ］よりも多く出ていることになる。
実際の推力値ｆは、界磁極位置検出誤差δと推力指令ｆ＿ｒｅｆより
ｆ＝ｆ＿ｒｅｆ×COSδ …（６）
と計算できる。（６）式は、界磁極位置補正処理（ステップＳ５１１）による界磁極位置検出誤差δを例えば１０［゜］とすると、実際の推力値ｆは、最大で推力指令ｆ＿ｒｅｆの約９８［％］となり、約２［％］の推力低下となることを意味している。
ここで、上記の具体例の場合、推力指令ｆ＿ｒｅｆ＝５０［Ｎ］に対して、実際の推力値ｆは最低０．０４［Ｎ］である。この数値だけをみると、大幅な推力低下に見えるが、界磁極位置補正処理は、別手法（例えば、第１の実施形態におけるような相誘起電圧と界磁極位置補正処理後の相電流指令の比較）にて、界磁極位置検出誤差δが１０［゜］以下となることが確認されている。
また、多くの同期電動機の制御装置を用いるシステムにおいては、界磁極位置検出を行う際に、可動子の移動量ができるだけ少ない方が望まれる。よって、多くの界磁極位置補正処理を用いる同期電動機の制御装置の動作確認処理は、上記の具体例のように、少なくとも推力指令方向と逆の方向には動かず、ある程度の最低推力で同じ方向に動くことを十分条件とした設定値としている。
しかし、界磁極位置補正処理による界磁極位置検出誤差δが、例えば１０［゜］以下であることを確認しなければならない場合には、動作確認処理の設定値を上記の具体例より厳しい値、例えば可動子移動量ａｃｃ＿ｃｈｅｃｋを１２．３［ｍｍ］（＝１２３００［パルス］）にすれば、推力指令ｆ＿ｒｅｆ＝５０［Ｎ］に対して、実際の推力値ｆは最低４９［Ｎ］となり、その界磁極位置検出誤差δは１０［゜］以下であることを確認できる。
以上、動作確認処理の際、正負両方向の推力指令ｆ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動する場合について説明したが、正負両方向の位置指令ｘ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動し、位置決め時の偏差パルス（位置指令と位置検出値との差）を設定値として界磁極位置補正が十分として判断する場合でも同様のことがいえる。また、正負両方向の速度指令ｖ＿ｒｅｆで同期電動機１０５を駆動する場合でも同様のことがいえる。
次に、通常制御モードについて説明する。上述のように、磁極検出モード下の界磁極位置補正処理（ステップＳ５１１）により電流位相補正量（γ）を求めることができ、印加する電流の位相（ρ）が決定される。また、動作確認処理（ステップＳ５２０〜ステップＳ５３５）で界磁極位置補正が十分とされたときの印加する電流の位相（ρ）に応じた各相の電流指令を、Ｄ／Ａ変換器１０２を介して出力し、パワーアンプ１０３でパワー変換した後、同期電動機１０５を制御する。
【００１３】
以上述べたように、本実施形態の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、ＣＰＵ１０１の制御による界磁極位置補正処理終了後、動作確認処理として、正方向の推力指令で同期電動機１０５を駆動して、負方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正処理をやり直し、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、負方向の推力指令で同期電動機１０５を駆動して、正方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正処理をやり直し、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、界磁極位置補正処理による電流の位相を持つ電流指令により同期電動機１０５を制御するので、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現できる。
以上、直動形の同期電動機について説明したが、発生電磁力Ｔを発生推力として扱っていたところを発生トルクとして扱うことにより、回転形の同期電動機においても同様の構成および方法により、同等の効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、制御手段による界磁極位置の補正処理を行った後、開閉手段を開放した状態で同期電動機の誘起電圧を十分検出可能となるような所定速度で同期電動機を駆動し、該同期電動機の端子に現れる誘起電圧を検出し、該誘起電圧と電流位相補正後の電流指令とを減算して、誘起電圧と第１の電流指令との位相差である磁極検出誤差（δ2）を求め、該磁極検出誤差（δ2）と仮補正量（γ）より最終的な電流位相補正量（γ＋δ2）を決定し、該電流位相補正量（γ＋δ2）と仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ2）を決定し、該電流の位相（ρ2）を持つ第２の電流指令により同期電動機を制御するので、第１の電流指令による駆動制御における界磁極位置補正よりもより確実な界磁極位置補正を行うことができ、例えば、可動子が固定された状態あるいは可動子がなく固定子のみの状態（即ち、位置検出値が固定）の場合でも確実な界磁極位置補正を行い、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することができる。また、誘起電圧と電流位相補正後の第１の電流指令による界磁極位置の再補正を、同期電動機を制御する前の最終段階としているため、界磁極位置の誤補正を判断することも可能である。
また、本発明の同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法によれば、制御手段による界磁極位置補正ステップ終了後、動作確認ステップとして、正方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、負方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、正方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、負方向の推力指令、速度指令または位置指令で同期電動機を駆動して、正方向に可動子が所定移動量以上動いた場合、または、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動かない場合には、界磁極位置補正ステップをやり直し、負方向に可動子が一定時間内に所定移動量以上動いた場合には、界磁極位置補正ステップの電流の位相を持つ電流指令により同期電動機を制御するので、界磁極位置の誤補正を判断して確実な界磁極位置補正を行うことができ、適切な同期電動機の制御を実現し得る同期電動機の制御装置および界磁極位置補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。
【図２】第１の実施形態の同期電動機の制御装置における磁極検出モードおよび通常制御モードにおける動作を説明するフローチャートである。
【図３】第１の実施形態における界磁極位置の補正処理を概念的に説明する説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る同期電動機の制御装置の構成図である。
【図５】第２の実施形態の同期電動機の制御装置における磁極検出モードおよび通常制御モードにおける動作を説明するフローチャートである。
【図６】従来の界磁極位置補正処理が適用される同期電動機（３相）のベクトル制御による駆動装置の構成図である。
【図７】従来の同期電動機の制御装置における界磁極位置の補正方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０１，４０１ ＣＰＵ（制御手段）
１０２ Ｄ／Ａ変換器
１０３ パワーアンプ
１０４ 継電器（開閉手段）
１０５ 同期電動機
１０６ 位置センサ（位置検出手段）
１０７，４０７ カウンタ
１０８ 相電圧検出回路（電圧検出手段）
１０９ コンパレータ
ＩＵｒｅｆ，ＩＶｒｅｆ，ＩＷｒｅｆ 電流指令
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ 電流指令
ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ 電流
ｅｕ Ｕ相の相電圧検出値
ＧＮＤ 接地電位
ＥＵ 方形波
Claims (7)
- 同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ 0 ）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、該電流位相補正量（δ 0 ）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ 1 ）を導出し、該電流位相の補正量（δ 1 ）と前記位置検出手段で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する電流の位相（ρ 1 ）を決定する界磁極位置補正処理をし、該電流の位相（ρ 1 ）を持つ電流指令により前記同期電動機を制御する制御手段と、を備えた同期電動機の制御装置において、
前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正処理が十分か否かを判断する動作確認手段を備え、
前記動作確認手段が前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断した場合のみ、再度、前記界磁極位置補正処理をすることを特徴とする同期電動機の制御装置。 - 所定方向の前記推力指令で前記同期電動機を駆動した際、前記動作確認手段が、前記可動子移動量が前記所定方向とは逆方向の所定移動量より大きい場合、または、前記可動子移動時間が所定時間より長い場合、前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断し、
前記可動子移動量が前記所定方向に所定移動量以上、かつ、可動子移動時間が所定時間以内の場合、前記界磁極位置補正処理が十分であると判断することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の制御装置。 - 前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令に代わり、正方向および負方向の位置指令で前記同期電動機を駆動することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の制御装置。
- 前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令に代わり、正方向および負方向の速度指令で前記同期電動機を駆動することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の制御装置。
- 同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、電流の位相（ρ 1 ）を持つ電流指令により前記同期電動機を制御する制御手段とを備え、印加する電流の位相（ρ）の補正量（γ）を変化させて、印加する電流の大きさに関わらず発生電磁力が零になる電流位相補正量（δ 0 ）を、発生電磁力の極性を加速度の極性より判定して求め、該電流位相補正量（δ 0 ）を用いて発生電磁力が最大になる電流位相の補正量（δ 1 ）を導出し、該電流位相の補正量（δ 1 ）と前記位置検出手段で検出された仮の界磁極位置（θ）より印加する前記電流の位相（ρ 1 ）を決定する界磁極位置補正処理をする同期電動機の制御装置の界磁極位置補正方法において、
前記界磁極位置補正処理後、前記電流指令に基づく正方向および負方向の推力指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正処理が十分か否かを判断する動作確認処理をし、
前記動作確認処理で前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断した場合のみ、再度、前記界磁極位置補正処理をすることを特徴とする同期電動機の制御装置の界磁極位置補正方法。 - 所定方向の前記推力指令で前記同期電動機を駆動した際、前記動作確認処理は、前記可動子移動量が前記所定方向とは逆方向の所定移動量より大きい場合、または、前記可動子移動時間が所定時間より長い場合、前記界磁極位置補正処理が十分でないと判断し、
前記可動子移動量が前記所定方向に他の所定移動量以上、かつ、可動子移動時間が所定時間以内の場合、前記界磁極位置補正処理が十分であると判断することを特徴とする請求項５に記載の同期電動機の制御装置の界磁極位置補正方法。 - 同期電動機の位置を検出する位置検出手段と、ソフトウェアによって界磁極位置補正した界磁極位置に基づいて前記同期電動機を制御する制御手段と、を備えた 同期電動機の制御装置において、
所定方向の位置指令、速度指令、推力指令のうち、いずれか１つの指令で前記同期電動機を駆動して、可動子移動量または可動子移動時間に基づいて、前記界磁極位置補正が十分か否かを判断する動作確認手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
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