JP4876525B2 - 同期電動機の磁極検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、同期電動機のベクトル制御方法に関し、特に始動時の磁極検出方法に関する。

従来、同期電動機のベクトル制御は、絶対位置検出器（レゾルバやアブソリュートエンコーダ）により磁極位置を検出し、磁極位置に同期した位相の正弦波電流の振幅及び位相の制御を行いながら電磁力制御を行うものである。

基本的に発生トルクが最大になる電流位相γｍａｘは、印加する電流によらず発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎを９０°ずらしたものである。この電流位相を求める方法として、発生トルクの極性に応じて電流位相γを更新していく方法がある（例えば、特許文献１参照）。

この方法は、電流位相γを変化させて、印加する電流の大きさにかかわらず発生電磁力が零になる電流位相γｍｉｎを加速度の極性より判定して求め、電流位相γｍｉｎと位置検出器で検出された仮の磁極位置δを用いて発生電磁力が最大となる電流位相補正量γｍａｘを決定する。
特開２００３−８８１６４号公報

しかしながら、上述した技術では、電源投入時毎に電流を印加して磁極位置推定を行う必要があり、電流位相の推定精度を高めるためには長い推定時間を必要とし、推定時間の短縮を図ると推定精度が低くなるという課題があった。

また、磁極位置推定により得られた電流位相の誤差には、磁極位置推定毎にばらつきが生じるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、一度磁極位置推定を行えば、次回電源投入時からは電流を印加することなく電流位相を短時間で導出し、検出毎での電流位相誤差のない磁極検出方法を提供することを目的とする。

始動位置である仮の磁極位置に基づき印加する電流位相を決定する同期電動機の磁極検出方法において、磁極位置推定後のアブソリュートスケール絶対位置とその位置における電流位相をあるアブソリュートスケール絶対位置での電流位相、あるいはある電流位相でのアブソリュートスケール絶対位置を記憶装置に保存し、次回電源投入時からは記憶装置に保存しておいたアブソリュートスケール絶対位置と電流位相の関係から、電源投入時アブソリュートスケール絶対位置での電流位相を計算により導出する磁極検出方法である。

本発明の同期電動機の磁極検出方法によれば、一度磁極位置推定を行えば、次回電源投入時からは電流を印加する必要なく短時間で磁極検出を行うことができ、磁極検出毎での電流位相誤差のばらつきをなくすことができる。

同期電動機の絶対位置を検出する位置検出器と、電流位相を検出する磁極検出器と、前記磁極検出器の出力指令で前記同期電動機の巻線電流を制御する電流制御器と、検出した
電流位相と同期電動機のアブソリュートスケール絶対位置との関係を記憶する記憶装置とを備え、磁極位置推定により得られた電流位相と同期電動機のアブソリュートスケール絶対位置の関係を記憶装置に保存し、次回電源投入時からは保存しておいた電流位相と同期電動機のアブソリュートスケール絶対位置との関係より電源投入時での同期電動機アブソリュートスケール絶対位置での電流位相を計算により導出する磁極検出方法である。

以下、本発明の実施例１について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係わる同期電動機の磁極検出方法による検出処理のフローチャートである。

図２は、同期電動機の磁極検出方法が適用される同期電動機１（３相）のベクトル制御による駆動装置の回路構成を表すブロック図である。図中の位置検出器２は、同期電動機の回転位置を検出する。磁極位置推定器３は、たとえば特許文献１の方法による磁極位置推定を用いて同期電動機の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置との関係を推定し、その関係を記憶装置４に保存する。磁極検出器５は、位置検出器２で検出された同期電動機１の位置情報と記憶装置４に保存されている同期電動機の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置関係から演算を行い、トルク指令と位相指令を出力する。電流制御器６は、入力したトルク指令と位相指令から３相の電流指令ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを演算し、これら３相の電流指令を同期電動機１に供給して同期電動機１を駆動する。
図３は図１に示す同期電動機の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置関係保存処理における同期電動機の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置関係図である。図中Ｐ１、Ａ１は磁極位置推定終了時の同期電動機のアブソリュートスケール絶対位置、電流位相を表す。図中Ｐ２、Ａ２は電源再投入時の同期電動機のアブソリュートスケール絶対位置、電流位相を表す。図中Ａｍａｘは、電流位相の最大値を表す。図中Ｑは、電流位相１周期分に相当するアブソリュートスケール長さを表す。

次に、本実施の形態における磁極検出方法を図１のフローチャートを参照しながら説明する。

処理１１では、磁極位置推定を行うかどうかを判定する。磁極位置推定を行う場合は処置１２へ、磁極位置推定を行わない場合は処理２１に進む。

処理１２では、磁極位置推定を用いて電流位相の推定を行う。処理１３に進む。

処理１３では、磁極位置推定後の同期電動機１の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置との関係を記憶装置４に保存する。同期電動機１の基準となる電流位相でのアブソリュートスケール絶対位置、あるいは基準となるアブソリュートスケール絶対位置での同期電動機１の電流位相のどちらかを保存することで、記憶装置４へ保存する情報量を少なくできる。磁極位置推定により得られた電流位相を用いて同期電動機を駆動する。（磁極検出終了）
処理２１では、位置検出器２から位置情報を、記憶装置４から同期電動機１の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置との関係を取得する。処理２２へ進む。

処理２２では、位置検出器２より得られた位置での電流位相を導出する。記憶装置に保存されているアブソリュートスケール絶対位置をＰ１、同期電動機の電流位相をＡ１、電源再投入時でのアブソリュートスケール絶対位置をＰ２とすると、アブソリュートスケー
ル絶対位置Ｐ２における電流位相Ａ２は電流位相の最大値Ａｍａｘ、電流位相１周期分に相当するアブソリュートスケール長さＱを用いて式１より導出できる。

ここで、Ａ２には式２の制約条件があるので、式２を満足するように係数ｎを調節する。

導出された電流位相を用いて同期電動機を駆動する。（磁極検出終了）
なお、同期電動機の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置との関係を図３に示す。

本発明の同期電動機の磁極検出方法は、回転形同期電動機のみならず、トルクを推力に置き換えることで短時間かつ高精度な磁極検出が可能であり、直動形同期電動機（リニアモータ）の磁極検出などにも有用である。

本発明の実施例１における磁極検出のフローチャート 本発明の実施例１における同期電動機のベクトル制御回路のブロック図 本発明の実施例１における同期電動機の電流位相とアブソリュートスケール絶対位置関係図

符号の説明

１ 同期電動機
２ 位置検出器
３ 磁極位置推定器
４ 記憶装置
５ 磁極検出器
６ 電流制御器

Claims (1)

1. ＣＳ信号を用いずに始動位置である仮の磁極位置に基づき印加する電流位相を決定する同期電動機の磁極検出方法において、磁極位置推定により得られたアブソリュートスケールの絶対位置情報と前記電流位相との関係を記憶装置に初期保存するステップ１と、次回の電源投入時から前記アブソリュートスケールの絶対位置情報に基づき、初期保存しておいた前記アブソリュートスケールの絶対位置情報と前記電流位相の関係から逆に前記電流位相をこの電流位相の最大値とこの電流位相１周期分に相当する前記アブソリュートスケールの長さとの関係を用いた制約条件を満たす計算により導出し、同期電動機を駆動するステップ２とを備えた磁極検出方法。