JP4005775B2

JP4005775B2 - 同期モータの磁極認識方法

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Publication number: JP4005775B2
Application number: JP2001042497A
Authority: JP
Inventors: 彰啓伊藤
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2002247881A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期モータ（同期電動機ともいう）の自動磁極認識方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、ポールセンサ等の位相検出センサを用いずにロータ（回転子ともいう）の磁極位置を認識するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同期モータの制御にはロータの磁極位置の検出が必要であるが、従来、ポールセンサ等の位相検出センサに代え、位置決め用の位置検出センサであるエンコーダを利用し、ロータの磁極位置の検出を行なう方法がある。
【０００３】
例えば、所定の固定子巻線に固定電流を流し、当該固定子巻線に発生した磁界に向かって磁極が引き付けられたときの位置情報を読み取り、以降その位置情報を基として磁極位置を計算する方法がある。
【０００４】
また例えば、特開平２−２４１３８８号では、図４に示す手順で転流角指令（界磁位相指令ともいう。）αを初期化する方法が開示されている。即ち、同期モータの回転磁界を最大とするために励磁電流を最大とし（ステップ１０１）、初期化に必要な微小時間のタイマを設定し（ステップ１０２）、同期モータの出力軸が動いたか否か判定（ステップ１０３）する。出力軸が動いている場合は（ステップ１０３；Ｙｅｓ）、前回と同方向か否か判定し（ステップ１０４）、前回と同方向の場合には（ステップ１０４；Ｙｅｓ）、一定角度をＸとして転流角指令α＝（９０度−Ｘ）だけ前回と同方向に位相をシフトする（ステップ１０７）。前回と逆方向の場合には（ステップ１０４；Ｎｏ）、転流角指令α＝（９０度−Ｘ）だけ前回と逆方向に位相をシフトし（ステップ１０５）、Ｎを任意の所定角度として、（Ｘ＋Ｎ）を新しい角度Ｘとする（ステップ１０６）。同期モータの出力軸が動かなくなるまで上記動作を繰り返し、出力トルク０となる角度αを得る。そして、当該角度αより９０度シフトした角度を最初の初期化転流角指令αとする（ステップ１０８）。
【０００５】
出力トルク０となる回転磁界の位置より電気角で９０度シフトした回転磁界位置が最大トルクとなるから、この位置を流転角指令とすることによって最大効率で同期モータを駆動することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の同期モータの磁極認識方法では次のような問題点がある。即ち、固定電流を流してそこに磁極が引き付けられたときの位置情報を読み取る場合においては、はじめに固定電流を流すことで同期モータが電気角の最大±１８０度の範囲で回転してしまう。このため、例えば同期モータがロボットのアーム制御等に使用されている場合、同期モータの回転範囲内に障害物がある場合等は、磁極位置を認識するに際して障害物に接触してしまう可能性がある。
【０００７】
また、特開平２−２４１３８８号に係わる同期モータの磁極認識方法では、重力による負荷が考慮されていない。例えば同期モータがロボットのアーム制御等に使用されている場合に、常に重力負荷その他の外乱が同期モータのロータに加わったまま、上記操作を行なうと、その外乱分だけ測定値は誤差を持った値となり、精度は著しく劣化する。また、次の励磁の方向（位相）を前回の出力軸の回転方向だけで決めているために、一連のステップ毎の精度が十分であるとはいえず、結果繰り返しステップが多くなり、処理に時間がかかるという欠点がある。
【０００８】
そこで、本発明は、同期モータの微小回転により重力負荷等の外乱の影響を受けず高精度にロータの磁極位置を認識できる同期モータの磁極認識方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の同期モータの磁極認識方法は、同期モータの電機子コイルに流す励磁電流によって決まる界磁位相の基準位相θ₀から、ｄ−ｑ軸分解したときのｄ軸の角度がθずれているロータの磁極に対して、界磁位相指令を基準位相θ₀にしたときの第一の変位情報を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀＋１８０度）として第二の変位情報を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀−９０度）として第三の変位情報を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀＋９０度）として第四の変位情報を検出し、第二の変位情報と第一の変位情報との差である変位情報差分Δ１と、第四の変位情報と第三の変位情報との差である変位情報差分Δ２を求め、変位情報差分Δ１を変位情報差分Δ２で除した値の逆正接関数値ｔａｎ^-1（Δ１／Δ２）から角度θを求めて、（θ ₀ ＋θ）を新たな基準位相θ ₀ としてさらに新たな角度θを求め、新たに求めた角度θが十分に０度に近い設定基準値以下となるまで繰り返して角度θを求め、新たに求めた角度θが設定基準値以下となった場合にロータの磁極位置を（θ₀＋θ）であると認識するようにしている。
【００１０】
したがって、下記に説明する原理によってロータの磁極位置を示す情報である角度θを求めることができる。
【００１１】
例えば基準位相θ₀を０度と仮定し、当該基準位相０度を界磁及び計測の基準とする。ロータの磁極は基準位相０度から角度θ度分ずれている。ここで、ロータの磁極に対して任意位相Ｘ度に界磁位相指令したときの発生トルクをＴｘで表し、その時のロータの角加速度をωｘ’で表すものとする。イナーシャ（慣性）をＪで表し、重力荷重や摩擦等の定値外乱をｇで表すと、基準位相０度及び基準位相０度と対角の位相１８０度にそれぞれ界磁位相指令したときの発生トルクＴ_０，Ｔ₁₈₀は、各々数式１及び数式２により表すことができる。
【数１】
Ｔ₀＝Ｊ×ω₀’＋ｇ
【数２】
Ｔ₁₈₀＝Ｊ×ω₁₈₀’＋ｇ
界磁位相指令によるロータの変位が微小である場合、即ちθ±ΔθにおいてΔθが微小である場合は、数式３及び数式４が成立する。
【数３】
ｓｉｎθ≒ｓｉｎ（θ±Δθ）
【数４】
ｃｏｓθ≒ｃｏｓ（θ±Δθ）
また、発生トルクＴ₀，Ｔ₁₈₀は、定数Ｋｔを用いて、各々数式５及び数式６によっても表すことができる。
【数５】
Ｔ₀＝−Ｋｔ×ｓｉｎθ
【数６】
Ｔ₁₈₀＝Ｋｔ×ｓｉｎθ
発生トルクＴ₁₈₀と発生トルクＴ₀との差は、数式１，数式２，数式５，数式６を用いて数式７で表すことができる。
【数７】
Ｔ₁₈₀−Ｔ₀＝２×Ｋｔ×ｓｉｎθ＝Ｊ×（ω₁₈₀’−ω₀’）
ここで、第一の変位情報をω₀’とし、第二の変位情報をω₁₈₀’として、（ω₁₈₀’−ω₀’）をΔ１で表すと、Δ１は数式８で表すことができる。
【数８】
Δ１＝ω₁₈₀’−ω₀’＝｛２×Ｋｔ／Ｊ｝×ｓｉｎθ
一方、基準位相０度及び位相１８０度と直交する位相（−９０度）及び位相（＋９０度）に界磁位相指令したときの発生トルクＴ_-90，Ｔ₊₉₀は、各々数式９及び数式１０により表すことができる。
【数９】
Ｔ_-90＝Ｊ×ω_-90’＋ｇ＝−Ｋｔ×ｃｏｓθ
【数１０】
Ｔ₊₉₀＝Ｊ×ω₊₉₀’＋ｇ＝Ｋｔ×ｃｏｓθ
発生トルクＴ₊₉₀と発生トルクＴ_-90との差は、数式９及び数式１０を用いて数式１１で表すことができる。
【数１１】
Ｔ₊₉₀−Ｔ_-90＝２×Ｋｔ×ｃｏｓθ＝Ｊ×（ω₊₉₀’−ω_-90’）
ここで、第三の変位情報をω_-90’とし、第四の変位情報をω₊₉₀’として、（ω₊₉₀’−ω_-90’）をΔ２で表すと、数式９からΔ２は数式１２で表すことができる。
【数１２】
Δ２＝ω₊₉₀’−ω_-90’＝｛２×Ｋｔ／Ｊ｝×ｃｏｓθ
従って数式８及び数式１２から数式１３に示すようにｔａｎθが求まり、数式１４に示すように逆正接関数を用いて角度θを求めることができる。
【数１３】
Δ１／Δ２＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ
【数１４】
θ＝ｔａｎ^-1（Δ１／Δ２）
即ち、（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令を短期間に行って、同期モータを微小回転させる。換言すれば、短期間の内に、対角な界磁位相指令をペアで発生し、更にこれら界磁位相指令と直交する界磁位相指令をペアで発生して、同期モータを微小回転させる。この間に、界磁位相指令に対応する変位情報として、上記した角加速度ω₀’，ω₁₈₀’，ω_-90’，ω₊₉₀’若しくは角加速度ω₀’，ω₁₈₀’，ω_-90’，ω₊₉₀’に相当する変位に関する情報を得るようにする。得られた４つ変位情報から、変位情報差分Δ１と変位情報差分Δ２を算出し、逆正接関数値ｔａｎ^-1（Δ１／Δ２）から角度θを求めることができる。ここで、本発明方法によれば、角度θの導出の過程で、重力荷重や摩擦等の定値外乱ｇの項は相殺されており、求めた角度θの値から重力荷重や摩擦等の定値外乱ｇによる誤差が排除される。
【００１２】
なお、上記原理よりｔａｎθを求め、これより逆正接関数を用いて角度θを求めるものであれば、上記した（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令の順番は、次のものであっても良いのは勿論である。即ち、（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀＋９０度）→（θ₀−９０度）という一連の界磁位相指令の順番、（θ₀＋１８０度）→（θ₀＋０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令の順番、（θ₀＋１８０度）→（θ₀＋０度）→（θ₀＋９０度）→（θ₀−９０度）という一連の界磁位相指令の順番、（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）→（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）という一連の界磁位相指令の順番、（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀＋０度）という一連の界磁位相指令の順番、（θ₀＋９０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）という一連の界磁位相指令の順番、（θ₀＋９０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀＋０度）という一連の界磁位相指令の順番、のいずれであっても、上記原理よりｔａｎθを求め、これより逆正接関数を用いて角度θを求めれば、結果は同じである。
【００１３】
さらに、請求項１記載の同期モータの磁極認識方法では、求めた基準位相θ₀からの角度θにより、（θ₀＋θ）を新たな基準位相θ₀として、さらに新たな角度θを求め、当該新たに求めた角度θが十分に０度に近い設定基準値以下となるまで、繰り返して角度θを求めるようにしている。この場合、数式１５に示すように、同期モータの電機子コイルに流す励磁電流によって決まる界磁位相の基準位相θ₀に上記方法より求めた角度θを加算して、当該加算結果を新たな基準位相θ₀とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の同期モータの磁極認識方法において、新たな角度θを求める毎に、界磁位相指令における励磁量を増加していくようにしている。したがって、同期モータの回転量を必要最低限の微小回転量に抑えることができる。また、磁極位置を認識するに際して、同期モータが急に大きく回転してしまうことも回避される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１から図３に本発明の同期モータの磁極認識方法の実施の一形態を示す。この同期モータ１の磁極認識方法では、同期モータ１の電機子コイルに流す励磁電流によって決まる界磁位相の基準位相θ₀から、ｄ−ｑ軸分解したときのｄ軸の角度がθずれているロータ２の磁極に対して、界磁位相指令を基準位相θ₀にしたときの第一の変位情報Ｖ₀を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀＋１８０度）として第二の変位情報Ｖ₁₈₀を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀−９０度）として第三の変位情報Ｖ_-90を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀＋９０度）として第四の変位情報Ｖ₊₉₀を検出し、第二の変位情報Ｖ₁₈₀と第一の変位情報Ｖ₀との差である変位情報差分Δ１と、第四の変位情報Ｖ₊₉₀と第三の変位情報Ｖ_-90との差である変位情報差分Δ２を求め、変位情報差分Δ１を変位情報差分Δ２で除した値の逆正接関数値ｔａｎ^-1（Δ１／Δ２）から角度θを求めて、ロータ２の磁極位置を（θ₀＋θ）であると認識するようにしている。
【００１７】
本実施形態の同期モータ１は、図示しないが、例えばＵ，Ｖ，Ｗの三相電気子巻線を有し、当該三相電気子巻線に図示しない駆動回路から指令電流を供給し所期の励磁を行なって、例えば永久磁石より成るロータ２の回転制御を行なう。また、本実施形態では例えば既知のｄ−ｑ軸変換を行ないロータ２の回転制御を行なう。図２はロータ２の磁極位置をロータ２のｄ軸及びｑ軸を用いて模式的に表したものである。
【００１８】
基準位相θ₀は、界磁及び計測の基準となる位相であり、例えば初期値は０度とする。実際のロータ２のｄ軸が界磁０度（即ち基準位相θ₀）から角度θずれているとして、当該角度θを求めることでロータ２の磁極位置を（θ₀＋θ）であると認識することができる。
【００１９】
また、例えば本実施形態の同期モータ１は、図示しないが、位置（速度）指令に応じて所定の電流指令を形成する位置・速度制御装置と、同期モータ１の回転軸に取り付けられロータ２の回転位置を検出できるエンコーダとを備えており、エンコーダの出力を検出することで、界磁位相指令に応じた変位情報を得ることができる。
【００２０】
変位情報は、例えば界磁位相指令に対応するロータ２の角加速度、若しくは当該角加速度に相当する変位に関する情報である。例えば本実施形態では、ロータ２のｄ軸を基準位相θ₀に界磁位相指令した時の微小変位（即ち速度に相当）を速度Ｖ₀として測定し、第一の変位情報とする。同様に、第二の変位情報として、ロータ２のｄ軸を位相（θ₀＋１８０度）に界磁位相指令した時の微小変位即ち速度Ｖ₁₈₀を測定する。第三の変位情報として、ロータ２のｄ軸を位相（θ₀−９０度）に界磁位相指令した時の微小変位即ち速度Ｖ_-90を測定する。第四の変位情報として、ロータ２のｄ軸を位相（θ₀＋９０度）に界磁位相指令した時の微小変位即ち速度Ｖ₊₉₀を測定する。
【００２１】
ここで、ロータ２のｄ軸をある位相Ｘに界磁位相指令するとは、例えばロータ２のｄ軸を当該位相Ｘに吸引するように励磁する制御指令を行なうとの意味である。ただし、速度Ｖ₀，Ｖ₁₈₀，Ｖ_-90，Ｖ₊₉₀は、ロータ２のｄ軸をそれぞれ位相θ₀度，（θ₀＋１８０度），位相（θ₀−９０度），位相（θ₀＋９０度）に界磁位相指令した時の微小変位であって、同期モータ１を微小回転させれば測定できる。例えば本実施形態では、界磁位相指令の励磁電流値Ｉの初期値Ｉ₀として同期モータ１が微小に回転する程度の小さい値を設定し、後述する処理の過程の中で界磁位相指令の励磁電流値Ｉを徐々に増加するようにしている。なお、励磁電流値Ｉの初期値Ｉ₀及びその増分値ΔＩは、例えば、同期モータ１や負荷等の条件に見合った量（事例により具体的な数値は異なる）に、また、ロータ２が不都合なほど（例えば不具合を生じるほど）大きく一方へ回転してしまうことが無い程度に設定する。また、（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令を、ロータ２が不都合なほど（例えば不具合を生じるほど）大きく一方へ回転してしまうことがないように短期間（短時間）に行って、同期モータ１を微小回転させるようにする。
【００２２】
本実施形態における第二の変位情報と第一の変位情報との差である変位情報差分Δ１、即ち速度Ｖ₁₈₀と速度Ｖ₀の差は加速度に相当し、定数Ｋｖを用いて数式８を変形し、数式１６で表すことができる。
【数１６】
Δ１＝Ｖ₁₈₀−Ｖ₀＝２×Ｋｖ×ｓｉｎθ
同様に、本実施形態における第四の変位情報と第三の変位情報との差である変位情報差分Δ２、即ち速度Ｖ₊₉₀と速度Ｖ_-90の差は加速度に相当し、定数Ｋｖを用いて数式１２を変形し、数式１７で表すことができる。
【数１７】
Δ２＝Ｖ₊₉₀−Ｖ_-90＝２×Ｋｖ×ｃｏｓθ
従って、変位情報差分Δ１と変位情報差分Δ２を算出し、逆正接関数値ｔａｎ^-1（Δ１／Δ２）から角度θを求めることができる。
【００２３】
また、例えば本実施形態では、求めた基準位相θ₀からの角度θにより、（θ₀＋θ）を新たな基準位相θ₀として、さらに新たな角度θを求め、当該新たに求めた角度θが十分に０度に近い設定基準値Ｎ以下となるまで、繰り返して角度θを求めるようにしている。
【００２４】
さらに、例えば本実施形態では、新たな角度θを求める毎に、界磁位相指令における励磁量、例えば界磁位相指令における励磁電流値Ｉの値を増加していくようにしている。
【００２５】
本実施形態での同期モータ１の磁極認識方法による処理の一例を図１に示す。これらの処理は、例えばプログラムされて同期モータ１の図示しない制御装置に組み込まれており自動処理される。これにより、同期モータ１の自動磁極認識が可能となる。以下、フローチャートに従って処理の一例を説明する。
【００２６】
先ず、同期モータ１の電機子コイルに流す励磁電流によって決まる界磁位相の基準位相θ₀を設定する。ここでは初期値は例えば０度とする（ステップ１）。界磁位相指令における励磁電流値Ｉの初期値Ｉ₀を設定する（ステップ２）。例えば、初期値Ｉ₀は同期モータ１が微小に回転する程度の小さい値とする。
【００２７】
位相θ度にある磁極に対して、励磁電流値Ｉで基準位相θ₀に界磁位相指令し速度Ｖ₀を測定する（ステップ３）。次に励磁電流値Ｉで位相（θ₀＋１８０度）に界磁位相指令し速度Ｖ₁₈₀を測定する（ステップ４）。次に励磁電流値Ｉで位相（θ₀−９０度）に界磁位相指令し速度Ｖ_-90を測定する（ステップ５）。次に励磁電流値Ｉで位相（θ₀＋９０度）に界磁位相指令し速度Ｖ₊₉₀を測定する（ステップ６）。なお、（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令（ステップ３〜ステップ６）は短期間（短時間）に行って、同期モータ１を微小回転させるようにする。
【００２８】
第二の変位情報（即ち本実施形態では速度Ｖ₁₈₀）と第一の変位情報（即ち本実施形態では速度Ｖ₀）との差である変位情報差分Δ１を算出する（ステップ７）。また、第四の変位情報（即ち本実施形態では速度Ｖ₊₉₀）と第三の変位情報（即ち本実施形態では速度Ｖ_-90）との差である変位情報差分Δ２を算出する（ステップ８）。そして、逆正接関数値ｔａｎ^-1（Δ１／Δ２）から角度θを求める（ステップ９）。なお、角度θの値は（−１８０度〜＋１８０度）の範囲をとる。
【００２９】
そして、角度θの測定値が十分に０度に近い設定基準値Ｎ以下となるまで、つまりθ₀≒θ₀＋θとなるまで、繰り返して角度θを求めるべく、例えば、求めた角度θと設定基準値Ｎとを比較する（ステップ１０）。なお、設定基準値Ｎは、例えば同期モータ１の使用条件等による許容誤差の範囲等により任意に設定可能である。
【００３０】
求めた角度θが設定基準値Ｎより大きければ（ステップ１０；Ｙｅｓ）、基準位相θ₀に求めた角度θを加算して、当該加算結果を新たな基準位相θ₀として設定する（ステップ１１）。さらに、界磁位相指令時における励磁量を前回界磁位相指令時における励磁量よりも増加するべく、励磁電流値Ｉの値に増分値ΔＩを加算する（ステップ１２）。この増加された励磁電流値Ｉによって、新たに角度θを求めるようにする（ステップ３〜ステップ９）。
【００３１】
やがて、角度θが設定基準値Ｎ以下となり（ステップ１０；Ｎｏ）、所期の精度で、ロータ２の磁極位置を（θ₀＋θ）であると認識することができる（ステップ１３）。
【００３２】
図３に、界磁位相指令のシーケンスのイメージを表す。丸印３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、第一回目の界磁位相指令を（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）の順番に行なうことを表す。また、丸印３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが描く円の半径は指令電流値即ち励磁電流値Ｉの大きさを表す。また、図中の矢印は界磁位相指令の方向を表す。丸印４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、第一回目で求まったθを新たに基準として開始して（即ちθ₀＝θ₀＋θとして）、第二回目の界磁位相指令を（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）の順番に行なうことを表す。第二回目では指令電流値即ち励磁電流値Ｉが大きくなっているので、丸印４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが描く半径も大きくして丸印３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄより外側に記してある。
【００３３】
なお、上記処理において（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令におけるロータ２の回転量（初期位置から回転してしまう最大の変化量）が、ある一定値（例えばこれ以上回転して初期位置から移動すると何らかの不具合が発生する値）以上変化することのないように、ロータ２の角度を上記処理の開始から監視することで、同期モータ１の初期回転量を微小に抑えることができる。
【００３４】
なお、角度θの値が０度に近づくと、位相（θ₀＋０度）や位相（θ₀＋１８０度）では殆どロータ２は動作しなくなり（即ち、角度θが０度の場合は変位情報差分Δ１は０となる）、位相（θ₀−９０度）と位相（θ₀＋９０度）で最大の動作をするようになる（即ち、角度θが０度の場合は変位情報差分Δ２は最大値となる）。即ち、角度θの値が０度に近づく程に、直交する位相の変化の違い、即ち変位情報差分Δ１と変位情報差分Δ２との違いが明確となるため、微小変化であっても磁極位置の検出が可能になる。そして、対角な界磁位相指令をペアで順次発生することにより、微小回転量として尚且つ回転位置が元に戻るようになる。
【００３５】
以上のように、本発明の同期モータ１の磁極認識方法によれば、角度θの導出の過程で、重力荷重や摩擦等の外乱の影響は理論的に相殺されており、求めた角度θの値から重力荷重や摩擦等の外乱による誤差が排除される。従って、例えば同期モータ１がロボットのアーム制御等に使用される場合であってロータ２に大きな重力負荷がかかっている場合であっても、当該重力負荷の影響を受けずにロータ２の磁極位置を示す情報である角度θを精度良く求めることができる。
【００３６】
さらに、本発明によれば、（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令における変位情報から直接的に、ロータ２の磁極位置を示す情報である角度θを求めているので、当初から比較的精度良い値が得られる。更に求めた角度θから新たに角度θを繰り返し求めるようにすれば一繰返し処理毎にロータ２の磁極位置を示す（θ₀＋θ）は高精度化されていく。したがって、例えば、次回励磁方向（位相）を前回の出力軸の回転方向だけで決めるようにする従来法に比すれば、繰り返しステップ数はずっと少なくて済む。
【００３７】
さらに、本発明によれば、（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令を短期間（時間）に行うことで、総合的な回転量を減らすことができる。即ち、同期モータ１や負荷等の条件に見合った量に対応するように界磁位相指令の大きさとなる電機子電流値即ち励磁電流値Ｉを適当に小さく、また、ロータ２が不都合なほど（例えば不具合を生じるほど）大きく一方へ回転してしまうことがないように適当に短い時間だけ指令する（即ち電流を流す）ことで、ロータ２の回転量を十分小さくすることができる。
【００３８】
何故なら、０度と１８０度、−９０度と＋９０度というように、対角な界磁位相指令をペアで順次発生し更に直交する対角な界磁位相指令をペアで順次発生することにより、一度その指令の方向に動こうとしても、すぐ次に逆方向の指令を発生させるようにしているため大きく回転することはないからである。即ち、その時の回転量を微小にしつつ回転位置を元に戻すことができるから、各界磁位相指令によるロータ２の回転位置の総和は０に近く、モータ軸の総移動量はきわめて少ない。また、角度θの値が０度に近づく程に、直交する位相の変化の違い、即ち変位情報差分Δ１と変位情報差分Δ２との違いが明確となるため、微小変化であっても磁極位置の検出は容易である。したがって、微小時間の微小指令により高精度に磁極位置を認識するとともに、同期モータ１の初期回転量を微小にすることができ、従来のように大きな初期回転を発生しなくて済む。さらに、徐々に界磁位相指令における励磁量を増加していくことで、同期モータの回転量を必要最低限の微小回転量に抑えることができ、また磁極位置を認識するに際して、同期モータ１が急に大きく回転してしまうことも回避できる。これにより例えば同期モータ１がロボットのアーム制御等に使用されている場合に、磁極位置を認識するに際してアームが障害物に接触してしまうといった事故を防止できる。
【００３９】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００４０】
例えば、上述の実施形態では、新たな角度θを求める毎に、界磁位相指令における励磁量を小さなものから徐々に大きくしていくようにしたが、必ずしもこの例に限定されず、初回から励磁を最大にして界磁位相指令をおこなうようにしても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の同期モータの磁極認識方法によれば、角度θの導出の過程で重力荷重や摩擦等の外乱の影響は理論的に相殺され、当該重力等の影響を受けることなく精度良く磁極位置を認識することができる。さらに、（θ₀＋０度）→（θ₀＋１８０度）→（θ₀−９０度）→（θ₀＋９０度）という一連の界磁位相指令を短期間に行うことで、磁極認識における同期モータの総合的な回転量を減らすことができる。したがって、高精度に磁極位置を認識するとともに、同期モータの初期回転量を微小にすることができる。
【００４２】
さらに、請求項１に記載の同期モータの磁極認識方法では、求めた基準位相θ₀からの角度θにより、（θ₀＋θ）を新たな基準位相θ₀として、さらに新たな角度θを求め、当該新たに求めた角度θが十分に０度に近い設定基準値以下となるまで、繰り返して角度θを求めるようにしているので、所期の精度でロータの磁極位置を（θ₀＋θ）であると認識することができる。
【００４３】
本発明では、一連の界磁位相指令における変位情報から直接的に角度θを求めているので、当初から比較的精度良い値が得られ、更に求めた角度θから新たに角度θを繰り返し求めることで一繰返し処理毎にロータの磁極位置を示す（θ₀＋θ）は高精度化されていく。したがって、例えば、次回励磁方向（位相）を前回の出力軸の回転方向だけで決め、徐々に真値に近づける従来法に比すれば、繰り返しステップ数はずっと少なくて済む。
【００４４】
また、角度θの値が０度に近づく程に、直交する位相の変化の違い、即ち変位情報差分Δ１と変位情報差分Δ２との違いが明確となるため、微小変化であっても磁極位置の検出は容易である。したがって、高精度に磁極位置を認識するとともに、同期モータの初期回転量を微小にすることができる。
【００４５】
さらに、請求項２に記載の同期モータの磁極認識方法では、新たな角度θを求める毎に界磁位相指令における励磁量を増加していくようにしているので、同期モータの回転量を必要最低限の微小回転量に抑えることができ、また磁極位置を認識するに際して同期モータが急に大きく回転してしまうことも回避できる。これにより、例えば同期モータがロボットのアーム制御等に使用されている場合に、磁極位置を認識するに際してアームが障害物に接触してしまうといった事故を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期モータの磁極認識方法による処理の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明を適用した同期モータにおいてロータの磁極位置をｄ軸及びｑ軸を用いて表した模式図である。
【図３】本発明を適用した同期モータにおいてロータの磁極位置を表した模式図であり、界磁位相指令のシーケンスのイメージを表す模式図である。
【図４】従来の転流角指令を初期化する方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１同期モータ
２ロータ

Claims

同期モータの電機子コイルに流す励磁電流によって決まる界磁位相の基準位相θ₀から、ｄ−ｑ軸分解したときのｄ軸の角度がθずれているロータの磁極に対して、界磁位相指令を上記基準位相θ₀にしたときの第一の変位情報を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀＋１８０度）として第二の変位情報を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀−９０度）として第三の変位情報を検出し、次に界磁位相指令を（θ₀＋９０度）として第四の変位情報を検出し、前記第二の変位情報と前記第一の変位情報との差である変位情報差分Δ１と、前記第四の変位情報と前記第三の変位情報との差である変位情報差分Δ２を求め、前記変位情報差分Δ１を前記変位情報差分Δ２で除した値の逆正接関数値ｔａｎ^-1（Δ１／Δ２）から前記角度θを求めて、（θ ₀ ＋θ）を新たな基準位相θ ₀ としてさらに新たな角度θを求め、当該新たに求めた角度θが十分に０度に近い設定基準値以下となるまで繰り返して角度θを求め、新たに求めた角度θが前記設定基準値以下となった場合に前記ロータの磁極位置を（θ₀＋θ）であると認識することを特徴とする同期モータの磁極認識方法。
新たな角度θを求める毎に、上記界磁位相指令における励磁量を増加していくことを特徴とする請求項１記載の同期モータの磁極認識方法。