JP5174205B2 - 同期モータの磁極位置を検出する検出装置およびこれを備える制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ｄ相電流指令およびｑ相電流指令に基づいて制御される同期モータの磁極位置を検出する検出装置およびこれを備える制御装置に関する。

同期モータにおいては、ｄｑ座標制御系を用いてロータの磁極位置に応じて適切な励磁位相巻線に電流を流し、所望のトルクを発生させる。この同期モータには、ロータの磁極位置を検出するためのエンコーダなどの磁極位置センサを有する同期モータと、磁極位置センサを有しない同期モータがある。

このうち磁極位置センサを有しない同期モータの場合、同期モータの電源投入（始動）の度に磁極位置検出処理を行って磁極の初期位置（以下、「磁極初期位置」と称する。）を検出し、この磁極初期位置を基準とした磁極位置に基づいて同期モータの回転を制御する。しかしながら、この電源投入時の磁極位置検出処理の検出精度にバラツキがある場合には、同期モータの駆動時におけるトルク定数にもバラツキが生じることになり、最大トルクを発生できないことがある。特に界磁弱め制御が必要な高速まで回転させる場合には、磁極位置にずれがあると適正なｄ相電流を流すことができず、このため同期モータに印加される駆動電圧が不足し、制御が不安定になる。

この問題に対処するため、同期モータを初めて立ち上げる場合や、モータセンサの交換保守時などの場合に、磁極の基準位置と同期モータの回転センサの基準位置とのずれ量である磁極補正値θｒを、予め不揮発性メモリに記憶しておき、実際に同期モータの電源投入時の磁極位置検出処理後に最初に同期モータの回転センサの基準位置を検出した時には、この基準位置に対応する磁極補正値θｒに基づいて回転制御に用いる磁極位置を補正することで、同期モータの駆動時には常に同じ磁極位置を基準として制御できるようにした方法がある。この方法によれば、センサ基準位置に対応した磁極補正値θｒを不揮発性メモリに予め設定しておき、磁極初期位置を補正することで、それ以降は常にセンサ基準位置に対応する磁極補正値θｒを基準として制御できる。

また、直流励磁してロックしたモータ固定子側の基準点（Ｕ相）にエンコーダの基準点を合わせ、その後初期磁極推定結果およびエンコーダ情報からずれ量を求め、エンコーダのメモリに記憶し、補正する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−０７２９０２号公報

磁極補正値を用いる方法では、同期モータの電源投入時の磁極位置検出処理後に最初に同期モータの回転センサの基準位置を検出した時に、この位置に対応した磁極初期位置を基準とした磁極位置を磁極補正値として設定する。しかしながら、磁極位置検出処理には上述のように検出精度にばらつきがあるので、この検出精度のばらつきに起因する磁極補正値の設定への影響を低減するためには、磁極位置検出処理を複数回行う必要があり、したがって時間がかかるという問題がある。また、この方法では、磁極位置検出処理を何回実行すればよいかといった指標は特になく、磁極補正値内に含まれる誤差を十分に除去できないといった問題がある。

なお、磁極補正値の設定の方法として、同期モータの正回転時と逆回転時とで加速時間やトルク指令の差がでないように微調整パラメータを加減して調整することも考えられる。しかしながら、この方法によれば、ｄ相電流をゼロに制御しｑ相電流でトルク制御を行う非突極性の同期モータにおいては、磁極位置がずれていても正転および逆転で必要な実ｑ相電流（すなわちｑ相電流指令の実ｑ軸への射影分）は絶対値として同じとなってしまうので、トルク指令の絶対値および実トルクに差が出ず、したがってこの方法は非突極性の同期モータには使用できない。

また、特開２００４−０７２９０２号公報（特許文献１）に記載された発明は、初期磁極推定結果を用いてずれ量を求めていることから、初期磁極推定結果がずれた場合にはエンコーダのメモリに記憶されるずれ量は誤差を有したままになるという問題がある。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、ｄ相電流指令およびｑ相電流指令に基づいて回転が制御される磁極位置センサを有しない同期モータに対して、センサ基準位置を検出した時に磁極検出動作で検出された磁極初期位置を補正するために使用される磁極補正値を高精度かつ短時間に検出し、不揮発性メモリに設定することができる検出装置およびこれを備える制御装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、ｄ相電流指令およびｑ相電流指令に基づいて制御される同期モータの磁極位置を検出する検出装置は、同期モータの電源投入時における磁極初期位置の検出後に、所定のｄ相電流指令を与えて同期モータを正転および逆転させたときにそれぞれ生成される同期モータを回転させるための正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差に基づいて磁極補正値を生成する生成手段と、磁極補正値と同期モータのセンサの基準位置であるセンサ基準位置とに基づいて、磁極初期位置を補正する補正手段と、を備える。

ここで、生成手段において同期モータに与えられる所定のｄ相電流指令は、同期モータが非突極性の同期モータの場合は一定値であり、同期モータが突極性のある同期モータの場合はゼロである。また、補正手段は、磁極補正値からセンサ基準位置に対応した磁極初期位置を基準とした磁極位置を減算した値を磁極初期位置に加えることにより得られた値を、補正後の磁極初期位置として設定する。

ここで、生成手段は、同期モータの電源投入時に検出された磁極初期位置を基準に、磁極補正値の候補値の初期値を設定する初期設定手段と、初期値および磁極初期位置または設定された候補値および磁極位置の下で所定のｄ相電流指令を与えて同期モータを正転および逆転させたときに検出された同期モータに流入するモータ電流のｄ相電流帰還値およびｑ相電流帰還値に基づいて、制御系のｄｑ軸とモータ系のｄｑ軸との軸ずれである磁極位置ずれ量、および正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差、をそれぞれ計算する計算手段と、計算手段により計算された正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差が、所定の閾値内であるか否かを判定する判定手段と、判定手段により上記差が所定の閾値外であると判定されたときの初期値もしくは候補値を磁極位置ずれ量だけ加算して得られる値を、新たなる候補値として設定するとともに、このときの磁極初期位置もしくは磁極位置を磁極位置ずれ量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定する更新手段と、判定手段により上記差が所定の閾値内であると判定されたときの候補値を、確定された磁極補正値としてメモリに記憶する確定手段と、を備え、計算手段および更新手段は、判定手段により上記差が所定の閾値内であると判定されるまで、上記の計算および更新の各処理を実行する。

なお、生成手段は、初期設定手段により設定された初期値、ならびに計算手段により計算された磁極位置ずれ量および上記差、を表示させる表示手段と、外部からの終了指令があったか否かを判定する判定手段と、をさらに備えて、この生成手段内の更新手段が、終了指令がなかったと判定手段により判定されたときの初期値もしくは候補値を外部から入力された量だけ加算して得られる値を、新たなる候補値として設定するとともに、このときの磁極初期位置もしくは磁極位置を外部から入力された量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定し、生成手段内の確定手段が、終了指令があったと判定手段により判定されたときの候補値を、確定された磁極補正値としてメモリに記憶するようにしてもよい。

また、本発明による同期モータの制御装置は、上述の検出装置を備え、この検出装置内の補正手段により設定された補正後の磁極初期位置を基準にして検出された磁極位置に基づいて、同期モータの回転を制御する。

本発明の検出装置によれば、ｄ相電流指令およびｑ相電流指令に基づいて回転が制御される磁極位置センサを有しない同期モータに対して、磁極補正値を高精度かつ短時間に検出することができる。また、本発明の検出装置によれば、同期モータを正転および逆転させて磁極補正値を生成しているので、磁極補正値内に含まれる誤差を従来技術に比べてより一層低減することができる。また、本発明の制御装置によれば、検出装置により生成される磁極補正値内に含まれる誤差は上述のように低減されるので、同期モータを回転制御するに際して同期モータに適正なｄ相電流を流すことができ、印加される駆動電圧が不足になることがなく、同期モータの制御が安定する。また、本発明の検出装置および制御装置は、突極性および非突極性どちらの同期モータにも適用することができる。

本発明の第１の実施例による検出装置の原理ブロック図である。 本発明の第１の実施例による検出装置の動作フローを示すフローチャートである。 制御ｄｑ軸とモータｄｑ軸とのずれを説明する図である。 正転時のトルクと逆転時のトルクとの関係を説明する図である。 本発明の第１の実施例による検出装置を備える同期モータの制御装置を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例による検出装置の原理ブロック図である。 本発明の第２の実施例による検出装置の動作フローを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例による検出装置を備える同期モータの制御装置を示すブロック図である。

図１は、本発明の第１の実施例による検出装置の原理ブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。

ｄ相電流指令およびｑ相電流指令に基づいて制御される同期モータの磁極位置を検出する本発明の第１の実施例による検出装置１は、同期モータの回転を制御する制御装置（図１では示さず）内の１つの機能として設けられる。

検出装置１は、同期モータの電源投入時における磁極初期位置の検出後に、所定のｄ相電流指令を与えて同期モータを正転および逆転させたときにそれぞれ生成される同期モータを回転させるための正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差に基づいて磁極補正値を生成する生成手段１１と、磁極補正値と同期モータのセンサの基準位置であるセンサ基準位置とに基づいて、磁極初期位置を補正する補正手段１２と、を備える。なお、詳細については後述するが、生成手段１１において同期モータに与えられる所定のｄ相電流指令は、同期モータが非突極性の同期モータの場合は一定値であり、同期モータが突極性のある同期モータの場合はゼロである。

生成手段１１は、初期設定手段２１と、計算手段２２と、判定手段２３と、更新手段２４と、確定手段２５と、を備える。

生成手段１１内の初期設定手段２１は、センサ基準位置を検出した時、同期モータの電源投入時に検出された磁極初期位置を基準としたセンサ基準位置に対応した磁極位置を、磁極補正値の候補値の初期値として設定する。後述するように、この候補値の初期値は、更新手段２４によって更新されて新たなる候補値が設定される。

生成手段１１内の計算手段２２は、初期値および磁極初期位置または設定された候補値および磁極位置の下で所定のｄ相電流指令を与えて同期モータを正転および逆転させたときに検出された同期モータに流入するモータ電流のｄ相電流帰還値およびｑ相電流帰還値に基づいて、制御系のｄｑ軸とモータ系のｄｑ軸との軸ずれである磁極位置ずれ量を計算するとともに、このときの正転時ｄ相電圧指令、逆転時ｄ相電圧指令、相電流帰還値およびｑ相電流帰還値に基づいて、正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差を計算する。なお、具体的な計算式については後述する。

生成手段１１内の判定手段２３は、計算手段２２により計算された正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差が、所定の閾値内であるか否かを判定する。

生成手段１１内の更新手段２４は、判定手段２３により正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差が所定の閾値外であると判定されたときの磁極補正値の初期値もしくは候補値を磁極位置ずれ量だけ加算して得られる値を、新たなる磁極補正値の候補値として設定するとともに、このときの磁極初期位置もしくは磁極位置を磁極位置ずれ量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定する。

生成手段１１内の確定手段２５は、判定手段２３により正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差が所定の閾値内であると判定されたとき候補値を、確定された磁極補正値としてメモリに記憶する。

生成手段１１内の計算手段２２および更新手段２４は、判定手段２３により正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差が所定の閾値内であると判定されるまで、上記の計算および更新の各処理を実行する。

そして、補正手段１２は、磁極補正値からセンサ基準位置を減算した値を磁極初期位置に加えることにより得られた値を、補正後の磁極初期位置として設定する。

図２は、本発明の第１の実施例による検出装置の動作フローを示すフローチャートである。

上述したように、一般に磁極位置センサを有しない同期モータにおいては、同期モータの回転制御のために、同期モータの電源投入（始動）の度に磁極位置検出処理を行って磁極初期位置を検出する。ステップＳ１０１では、まずこの磁極位置検出処理を実行する。この磁極位置検出処理で検出された磁極初期位置は、この段階では既に述べたように誤差を含むものである。そこで、この後、本発明の第１の実施例の検出装置１が動作することで、磁極初期位置を磁極補正値で補正することで、この誤差を除去する。本明細書では、これ以降、検出装置１が動作するモードを、同期モータが実際に回転制御される通常駆動モードと区別して「調整モード」と称することにする。

ステップＳ１０２において、制御装置は、現在、調整モードにあるか否かを判定する。調整モードにあると判定された場合、制御装置は、検出装置１の動作開始を指示し、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、制御装置は、同期モータに対して、１回転正転するよう指令を与える。このとき同期モータの回転速度についても指令を与える。

ステップＳ１０４では、検出装置１は、同期モータが１回転正転する間に、センサの基準位置（以下、「センサ基準位置」と称する。）を検出する。そして、検出装置１は、ステップＳ１０１で検出された磁極初期位置を基準にして、検出したセンサ基準位置に対応する「磁極補正値の候補値の初期値」を計算し、これをメモリに記憶する。

次いでステップＳ１０５において、制御装置は、同期モータに対して、所定の正転ｄ相電流指令を与えて正転回転させる。このとき同期モータの回転速度についても指令を与える。ここで、同期モータに与えられる所定の正転ｄ相電流指令は、同期モータが非突極性の同期モータの場合は一定値であり、同期モータが突極性のある同期モータの場合はゼロである。

次いでステップＳ１０６において、検出装置１は、同期モータを正転回転させたときに検出された同期モータに流入するモータ電流の正転時ｄ相電流帰還値および正転時ｑ相電流帰還値の各平均値Ｉｄ_PおよびＩｑ_Pを計算し、これをメモリに記憶する。また、検出手段１は、同期モータを正転させたときの正転時ｄ相電圧指令Ｖｄ_Pおよび正転時ｑ相電圧指令Ｖｑ_Pを一定期間における平均値としてそれぞれ計算し、これらをメモリに記憶する。

次いでステップＳ１０７において、制御装置は、同期モータに対して、所定の逆転ｄ相電流指令を与えて逆転回転させる。このとき同期モータの回転速度についても指令を与える。ここで、同期モータに与えられる所定の逆転ｄ相電流指令は、同期モータが非突極性の同期モータの場合は一定値であり、同期モータが突極性のある同期モータの場合はゼロである。

次いでステップＳ１０８において、検出装置１は、同期モータを逆転回転させたときに検出された同期モータに流入するモータ電流の逆転時ｄ相電流帰還値および逆転時ｑ相電流帰還値の各平均値Ｉｄ_NおよびＩｑ_Nを計算し、これをメモリに記憶する。また、検出手段１は、同期モータを逆転させたときの逆転時ｄ相電圧指令Ｖｄ_Nおよび逆転時ｑ相電圧指令Ｖｑ_Nを一定期間における平均値としてそれぞれ計算し、これらをメモリに記憶する。

なお、上述のステップＳ１０５およびＳ１０６と、ステップＳ１０７およびＳ１０８とは、入れ替えて実行してもよい。

次いでステップＳ１０９において、検出装置１は、ステップＳ１０６で記憶された正転時ｄ相電流帰還値Ｉｄ_P、正転時ｑ相電流帰還値Ｉｑ_P、逆転時ｄ相電流帰還値Ｉｄ_N、逆転時ｑ相電流帰還値Ｉｑ_Nに基づいて、制御系のｄｑ軸とモータ系のｄｑ軸との軸ずれである磁極位置ずれ量Δθ、および、正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差、をそれぞれ計算する。

ここでステップＳ１０９における、制御系のｄｑ軸（以下、「制御ｄｑ軸」と称する。）とモータ系のｄｑ軸（以下、「モータｄｑ軸」と称する。）との軸ずれである磁極位置ずれ量Δθの、検出装置１による計算についてより詳細に説明する。

図３は、制御ｄｑ軸とモータｄｑ軸とのずれを説明する図である。制御ｄｑ軸とモータｄｑ軸とがΔθだけずれていた場合、磁極位置は制御ｄｑ軸座標系とモータｄｑ軸座標系とではΔθだけずれて検出されることになる。制御ｄｑ軸座標上の値（ｄｃ，ｑｃ）とモータｄｑ軸座標上の値（ｄｍ，ｑｍ）との間の座標変換行列は式１および式２のように表わされる。

また、同期モータに発生するトルクＴは、同期モータの極対数をｐｏｌｅ、周波数をω、逆起電圧をωφ、ｄ相およびｑ相の各インダクタンスをＬｄおよびＬｑ、モータ軸上のｄ相およびｑ相の各電流をＩｄｍおよびＩｑｍとして、式３のように表わされる。

ここで、モータｄｑ軸座標上のｄ相およびｑ相の各電流をＩｄｍおよびＩｑｍと制御ｄｑ軸座標上のｄ相およびｑ相の各電流をＩｄｃおよびＩｑｃとを式１に適用すると、式４が得られる。

式３に式４を代入すると式５が得られる。

ここで、同期モータが非突極性である場合、Ｌｄ＝Ｌｑとなるので式５は式６のように変形できる。

図４は、正転時のトルクと逆転時のトルクとの関係を説明する図である。同期モータを一定回転数で正転および逆転させた時、摩擦などの機械的な条件はどちらの場合も同じであるから、正転時のトルクＴ_Pと逆転時のトルクＴ_Nとでは、極性が異なるだけで絶対値は同じとなるので、式７の関係がある。

リラクタンストルクのない非突極性の同期モータにおいて、ｄ相電流をゼロに制御し、磁極がΔθだけずれた状態で正転および逆転させた場合を考えると、図４（ａ）および（ｂ）のように表わせる。実トルクは速度制御された結果流れるｑ相電流Ｉｑｃが、モータｄｑ軸座標上に射影される分の「Ｉｑｍ＝Ｉｑｃ×ｃｏｓΔθ」で決定され、その値はトルク定数をＫｔとするとトルクＴ＝Ｋｔ×Ｉｑｍとなる。したがって、同期モータの正転および逆転時のトルクの絶対値は同じであるので、磁極がずれていてもトルク指令もしくはｑ相電流や発生トルクの絶対値は同じになり、差が出ない。しかし、一定のｄ相電流Ｉｄｃを流す事で、磁極ずれがある場合はモータｄｑ座標上のｑ軸電流には式６のようにＩｄｃの射影分も含まれ、回転方向で影響が異なるため、速度制御された結果のＩｑｃは回転方向によって、大きさが異なることになる。

したがって、制御ｄｑ軸座標上の正転時のｄ相電流をＩｄｃ_P、ｑ相電流をＩｑｃ_P、逆転時のｄ相電流をＩｄｃ_N、ｑ相電流をＩｑｃ_Nとすると、式６および式７から、式８が得られる。

式８の両辺をｃｏｓΔθで割ると式９が得られる。

よって、非突極性の同期モータの場合、制御ｄｑ軸とモータｄｑ軸とのずれΔθすなわち磁極位置ずれ量Δθは、式１０で求められることになる。

なお、非突極性の同期モータの場合は、ｄ相電流指令Ｉｄをゼロではない一定値とするので、式１０におけるＩｄｃ_PおよびＩｄｃ_Nはともにゼロにはならないので式１０の分母がゼロになることはない。突極性の同期モータの場合は、Ｌｄ≠Ｌｑであって式６を前提とした式１０を利用することはできない。突極性の同期モータの場合は、以下のようにして磁極位置ずれ量Δθを計算する。

同期モータが突極性である場合、Ｌｄ≠Ｌｑであるが、式５を簡単にするためｄ相の電流Ｉｄｃをゼロとすると、式５および式７から式１１が得られる。

式１１を整理すると式１２が得られる。

さらに式１２を整理すると式１３が得られる。

よって、突極性の同期モータの場合、制御ｄｑ軸とモータｄｑ軸とのずれΔθすなわち磁極位置ずれ量Δθは、式１４で求められることになる。

続いてステップＳ１０９における正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差の検出装置１による計算についてより詳細に説明する。なお、以下の式１５〜１８は正転時および逆転時で共通である。

モータｄｑ軸上で、同期モータの回路方程式は、抵抗をＲ、周波数をω、逆起電圧をωφ、ｄ相およびｑ相の各インダクタンスをＬｄおよびＬｑ、ｄ相およびｑ相の各電流をＩｄｍおよびＩｑｍ、ｄ相およびｑ相の各電圧をＶｄｍおよびＶｑｍとして、式１５のように表わせる。ここで、微分項であるＬｄｔ／ｄｉは無視する。

式２を用いて式１５を制御ｄｑ軸上に変換すると、式１６のようになる。

ｄ相電圧指令Ｖｄｃは式１７のように表わすことができる。

一方、ｑ相電圧指令Ｖｑｃは式１８のように表わすことができる。

したがって、正転時ｄ相電圧指令Ｖｄｃ_Pは式１９、逆転時ｄ相電圧指令Ｖｄｃ_Nは式２０のようにそれぞれ表わすことができる。

なお、調整モードは、界磁弱めが不要な電圧的には余裕のある回転域で実行されるので、ｄ相電流は指令通りに流れてＩｄｃ_pはＩｄｃ_Nとほぼ一致する。一方、ｑ相電流は速度制御した結果として流れるものであるので、磁極位置ずれ量Δθが存在することにより発生トルクＴは同じ大きさとなるが、Ｉｑｃ_P＝−Ｉｑｃ_Nとはならない。

なお、特に非突極性のモータの場合は、Ｌｄ＝Ｌｑであるので、式１９および式２０は、Ｌｄ＝Ｌｑ＝Ｌとして、それぞれ式２１および式２２のように表わせる。この時、Δθずれた状態で速度制御されているため、ω_P＝−ω_N、Ｉｄｃ_P＝Ｉｄｃ_N、ω_P・Ｉｑｃ_P≠ω_N・Ｉｑｃ_Nとなるので、回転方向の違いでｄ相電圧指令が異なることになる。

図２のステップＳ１１０において、検出手段１は、ステップＳ１０９において計算した正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差「Ｖｄｃ_P−Ｖｄｃ_N」の絶対値が、所定の閾値内であるか否かを判定する。差「Ｖｄｃ_P−Ｖｄｃ_N」の絶対値が、所定の閾値外であればステップＳ１１１へ進み、所定の閾値内であればステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１１において、検出手段１は、ステップＳ１１０において正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差「Ｖｄｃ_P−Ｖｄｃ_N」の絶対値が所定の閾値外であると判定されたときの初期値もしくは候補値を磁極位置ずれ量だけ加算して得られる値を、新たなる候補値として設定するとともに、このときの磁極初期位置もしくは磁極位置を磁極位置ずれ量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定する。

ステップＳ１１２では、検出手段１は、ステップＳ１１０において正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差「Ｖｄｃ_P−Ｖｄｃ_N」の絶対値が所定の閾値内であると判定されたとき候補値を、確定された磁極補正値として確定し、これをメモリに記憶する。

上記Ｓ１０５〜Ｓ１１２の各処理は、ステップＳ１１０において正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差「Ｖｄｃ_P−Ｖｄｃ_N」の絶対値が所定の閾値内であると判定されるまで、繰り返し実行される。

ステップＳ１１２において確定された磁極補正値は、ステップＳ１１３において、ステップＳ１０１の磁極位置検出処理で検出された磁極初期位置の補正に用いられる。上述のようにステップＳ１０１で検出された磁極初期位置は誤差を含むものである。この誤差は、主としてS１０１における磁極初期位置の検出誤差に起因すると考えられるので、ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２において確定された磁極補正値からセンサ基準位置を減算した値を、磁極初期位置へ加えることで、磁極初期位置に含まれていた誤差分を除去する。これより得られた値を、補正後の磁極初期位置として設定し、メモリに記憶する。上述の各処理を経て得られた、補正後の磁極初期位置は、磁極位置センサを有しない同期モータの回転制御の際の磁極位置の基準として用いられる。

ここで、ステップＳ１０１で検出された磁極初期位置をθ₀、同期モータの極対数をｐｏｌｅ、同期モータのセンサの位置フィードバックの差分をΔｆｂとしたとき、磁極位置θは、式２３で表わされる。

確定した磁極補正値をθｒ、センサ基準位置に対応した磁極初期位置を基準とした磁極位置をθ₁、磁極位置ずれ量をΔθとすると、Δθ補正量＝Δθ＝θr−θ₁となり、補正後の磁極位置θは、式２４で表わされる。

図５は、本発明の第１の実施例による検出装置を備える同期モータの制御装置を示すブロック図である。本発明の第１の実施例による検出装置１は、同期モータの回転を制御する制御装置１００内の１つの機能として設けられる。

指令選択部３１および３２は、調整モードと通常駆動モードとで指令を切り替えるためのものである。指令選択部３１は、検出装置１からの選択信号に基づき、通常駆動モード時では外部からの速度指令が、調整モード時では検出装置１からの正転および逆転の向きおよび速度指令が、速度制御部３３に入力されるように切り替える。また、指令選択部３２は、検出装置１からの選択信号に基づき、通常駆動モード時ではＤＱ電流生成部３４からのｄ相電流指令Ｉｄが、調整モード時では検出装置１からのからのｄ相電流指令Ｉｄが、ＤＱ相電流制御部３５に入力されるように切り替える。

速度制御部３３は、通常駆動モード時では外部からの速度指令と、調整モード時では検出装置１からの正転および逆転の向きおよび速度指令とに基づいて、ＤＱ電流生成部３４に対してトルク指令を出力する。

ＤＱ電流生成部３４は、速度制御部３３からのトルク指令と、同期モータ２の回転速度を示す速度検出部３９からの速度帰還信号とに基づいて、ｄ相電流指令Ｉｄおよびｑ相電流指令Ｉｑを生成する。

ＤＱ電流制御部３５は、ＤＱ電流生成部３４からのｑ相電流指令Ｉｑと、通常駆動モード時におけるＤＱ電流生成部３４からのｄ相電流指令Ｉｄまたは調整モード時における検出装置１からのｄ相電流指令Ｉｄと、ｄ相電流帰還値Ｉｄと、ｑ相電流帰還値Ｉｑとに基づいて、ｄ相電圧指令Ｖｄおよびｑ相電圧指令Ｖｑを生成する。

ＤＱ−３相変換部３６は、入力されたｄ相電圧指令Ｖｄおよびｑ相電圧指令Ｖｑを、検出装置１により生成された補正後の磁極初期位置を基準とした磁極位置でＤＱ−３相変換し、３相電圧指令を生成して電力増幅部３７へ出力する。

電力増幅部３７は、入力された３相電圧指令に基づき同期モータ２に対して３相の駆動電圧を印加する。

３相−ＤＱ変換部３８は、３相の駆動電圧が印加された同期モータ２に流入する電流（例えｕ相電流Ｉｕおよびｖ相電流Ｉｖ）を検出してこれを検出装置１により生成された補正後の磁極初期位置を基準とした磁極位置で３相−ＤＱ変換し、ｄ相電流帰還値Ｉｄおよびｑ相電流帰還値Ｉｑを生成して検出装置１へ出力する。

速度検出部３９は、センサ４１からのセンサ位置に関する信号から速度帰還信号を生成する。

同期モータ２は、印加された３相の駆動電圧に基づき回転する。同期モータ２は、通常駆動モード時では、外部からの速度指令に基づき、検出装置１により設定された補正後の磁極初期位置を基準にして検出された磁極位置に基づいて回転制御されることになる。また、同期モータ２は、調整モード時では検出装置１からの指令に回転することになる。

センサ４１は、モータ磁極0度位置に対してセンサ基準位置が任意の位置で取付けられており、同期モータ２の回転位置およびセンサ基準位置を出力する。

検出装置１は、センサ４１からの現在位置信号およびセンサ基準位置信号と、ｄｑ相帰還（もしくは指令）電流ＩｄおよびＩｑと、ｄｑ相電圧指令ＶｄおよびＶｑとに基づいて、上述した処理に基づき、「補正後の磁極初期位置」に関する信号を生成し、出力する。

図６は、本発明の第２の実施例による検出装置の原理ブロック図である。本発明の第２の実施例は、図１を参照して説明した第１の実施例において、計算された磁極位置ずれ量および正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差「Ｖｄｃ_P−Ｖｄｃ_N」の絶対値をディスプレイ装置に表示してユーザに視認できるようにし、ユーザが入力したデータを磁極初期位置の補正に反映させるようにしたものである。

本発明の第２の実施例による検出装置１は、生成手段１１内に、図１を参照して説明した初期設定手段２１、計算手段２２、更新手段２４および確定手段２５に加え、初期設定手段２１により設定された初期値、ならびに計算手段２２により計算された磁極位置ずれ量および正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差、を外部表示装置に表示させる表示手段２６と、外部より終了指令があったか否かを判定する判定手段２７と、をさらに備える。表示手段２６により表示指示される外部表示装置は公知のディスプレイ装置でよい。また、特に図示しないが、キーボードおよび座標入力装置などの各種入力装置からユーザが外部入力できる構成とする。

生成手段１１内の判定手段２７は、外部より終了指令があったか否かを判定する。終了指令は上述の各種入力装置から入力される。

生成手段１１内の更新手段２４は、終了指令がなかったと判定手段２７により判定されたときの初期値もしくは候補値を「外部から入力された量」だけ加算して得られる値を、新たなる候補値として設定するとともに、このときの磁極初期位置もしくは磁極位置を外部から入力された量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定する。なお、上記「外部から入力された量」は、ユーザにより任意に設定可能である。また、第２の実施例も、第１の実施例の場合同様、生成手段１１において同期モータに与えられる所定のｄ相電流指令は、同期モータが非突極性の同期モータの場合は一定値であり、同期モータが突極性のある同期モータの場合はゼロである。

生成手段１１内の確定手段２５は、終了指令があったと判定手段２７により判定されたときの候補値を、確定された磁極補正値としてメモリに記憶する。

なお、これ以外の回路構成要素については図５に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。

生成手段１１内の計算手段２２および更新手段２４は、終了指令があったと判定手段２７により判定されるまで、上記の計算および更新の各処理を実行する。

そして、補正手段１２は、磁極補正値からセンサ基準位置を減算した値を磁極初期位置へ加算することにより得られた値を、補正後の磁極初期位置として設定する。

図７は、本発明の第２の実施例による検出装置の動作フローを示すフローチャートである。本発明の第２の実施例において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９およびＳ１１２の各処理は、上述した第１の実施例におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０９およびＳ１１２の各処理と同様である。

ステップＳ１２１では、検出装置１は、ステップＳ１０９において計算された磁極位置ずれ量および正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差をディスプレイに表示させる。なお、ステップＳ１２１においては、ステップＳ１０４におけるセンサ基準位置、および磁極補正値の候補値の初期値についてもディスプレイ装置に表示させるようにしてもよい。

ステップＳ１２２では、検出装置１は、外部から終了指令があったか否かを判定する。終了指令がなければステップＳ１２３へ進み、終了指令があれステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１２３において、検出手段１は、初期値もしくは候補値を「外部から入力された量」だけ加算して得られる値を、新たなる候補値として設定するとともに、このときの磁極初期位置もしくは磁極位置を外部から入力された量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定する。なお、上記「外部から入力された量」は、ユーザにより任意に設定可能である。

ステップＳ１１２では、検出手段１は、終了指令があったと判定されたとき候補値を、確定された磁極補正値として確定し、これを不揮発性メモリに記憶する。

上記Ｓ１０５〜Ｓ１０９、Ｓ１１２、およびＳ１２１〜Ｓ１２３の各処理は、ステップＳ１２２において外部から終了指令があったと判定されるまで、繰り返し実行される。

ステップＳ１１２において確定された磁極補正値は、ステップＳ１１３において、ステップＳ１０１の磁極位置検出処理で検出された磁極初期位置の補正に用いられる。上述のようにステップＳ１０１で検出された磁極初期位置は誤差を含むものである。この誤差は、主として磁極初期位置検出時の検出誤差に起因すると考えられるので、ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２において確定し、不揮発性メモリに格納された磁極補正値からセンサ基準位置に対応した磁極位置を減算した値を、磁極初期位置へ加える事で、誤差分を除去する。これより得られた値を、補正後の磁極初期位置として設定し、制御上の磁極位置として使用する。上述のようにユーザにより「外部から入力された量」が磁極補正値の生成に用いられるので、ユーザが入力したデータを磁極初期位置の補正に反映させることができる。上述の各処理を経て得られた、補正後の磁極初期位置は、磁極位置センサを有しない同期モータの回転制御の際の磁極位置の基準として用いられる。

図８は、本発明の第２の実施例による検出装置を備える同期モータの制御装置を示すブロック図である。本発明の第２の実施例による検出装置１も、第１の実施例の場合同様、同期モータの回転を制御する制御装置１００内の１つの機能として設けられる。

検出装置１は、外部表示装置４３に対して、表示データを出力する。表示データには、磁極位置ずれ量、正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差、センサ基準位置、補正後の磁極初期位置、補正前の磁極初期位置、確定した磁極補正値、磁極補正値の候補値およびその初期値、ならびに終了指令などがあるが、これら以外情報であってもよい。

なお、これ以外の回路構成要素については図５に示す回路構成要素と同様であるので、同一の回路構成要素には同一符号を付して当該回路構成要素についての詳細な説明は省略する。なお、制御装置１００に、通常駆動モードと調整モードとを選択できるようモード選択部４２を設けてもよい。

本発明は、磁極位置センサを有しない同期モータに適用することができる。この同期モータは突極性および非突極性のいずれであってもよい。

１ 検出装置
２ モータ
１１ 生成手段
１２ 補正手段
２１ 初期設定手段
２２ 計算手段
２３ 判定手段
２４ 更新手段
２５ 確定手段
２６ 表示手段
２７ 判定手段
３１ 指令選択部
３２ 指令選択部
３３ 速度制御部
３４ ＤＱ電流生成部
３５ ＤＱ相電流制御部
３６ ＤＱ−３相変換部
３７ 電力増幅部
３８ ３相−ＤＱ変換部
３９ 速度検出部
４１ センサ
４２ モード選択部
４３ 外部表示装置
１００ 制御装置

Claims (3)

1. ｄ相電流指令およびｑ相電流指令に基づいて制御される同期モータの磁極位置を検出する検出装置であって、
   前記同期モータの電源投入後に磁極検出処理で磁極初期位置を検出した後、所定のｄ相電流指令を与えて前記同期モータを正転および逆転させたときにそれぞれ生成される前記同期モータを回転させるための正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差に基づいて磁極補正値を生成する生成手段と、
   前記磁極補正値と、前記同期モータのセンサの基準位置であるセンサ基準位置と、に基づいて、前記磁極初期位置を補正する補正手段と、
   を備える検出装置において、
   前記生成手段は、
   前記同期モータの電源投入後、磁極検出処理で検出された前記磁極初期位置を基準とした磁極補正値の候補値の初期値を設定する初期設定手段と、
   前記初期値および前記磁極初期位置または設定された前記候補値および磁極位置の下で所定のｄ相電流指令を与えて前記同期モータを正転および逆転させたときに検出された前記同期モータに流入するモータ電流のｄ相電流帰還値とｑ相電流帰還値およびｄ相電圧指令とｑ相電圧指令に基づいて、制御系のｄｑ軸とモータ系のｄｑ軸との軸ずれである磁極位置ずれ量、および前記正転時ｄ相電圧指令と前記逆転時ｄ相電圧指令との差、をそれぞれ計算する計算手段と、
   前記計算手段により計算された前記正転時ｄ相電圧指令と前記逆転時ｄ相電圧指令との差が、所定の閾値内であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記差が前記所定の閾値外であると判定されたときの前記初期値もしくは前記候補値を前記磁極位置ずれ量だけ加算して得られる値を、新たなる前記候補値として設定するとともに、このときの前記磁極初期位置もしくは前記磁極位置を前記磁極位置ずれ量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定する更新手段と、
   前記判定手段により前記差が前記所定の閾値内であると判定されたときの前記候補値を、確定された前記磁極補正値としてメモリに記憶する確定手段と、
   を備え、
   前記計算手段および前記更新手段は、前記判定手段により前記差が前記所定の閾値内であると判定されるまで、前記の計算および更新の各処理を実行することを特徴とする検出装置。
2. ｄ相電流指令およびｑ相電流指令に基づいて制御される同期モータの磁極位置を検出する検出装置であって、
   前記同期モータの電源投入後に磁極検出処理で磁極初期位置を検出した後、所定のｄ相電流指令を与えて前記同期モータを正転および逆転させたときにそれぞれ生成される前記同期モータを回転させるための正転時ｄ相電圧指令と逆転時ｄ相電圧指令との差に基づいて磁極補正値を生成する生成手段と、
   前記磁極補正値と、前記同期モータのセンサの基準位置であるセンサ基準位置と、に基づいて、前記磁極初期位置を補正する補正手段と、
   を備える検出装置において、
   前記生成手段は、
   前記同期モータの電源投入時後、磁極検出処理で検出された前記磁極初期位置を基準とした磁極補正値の候補値の初期値を設定する初期設定手段と、
   前記初期値および前記磁極初期位置または設定された前記候補値および磁極位置の下で所定のｄ相電流指令を与えて前記同期モータを正転および逆転させたときに検出された前記同期モータに流入するモータ電流のｄ相電流帰還値とｑ相電流帰還値およびｄ相電圧指令とｑ相電圧指令とに基づいて、制御系のｄｑ軸とモータ系のｄｑ軸との軸ずれである磁極位置ずれ量、および前記正転時ｄ相電圧指令と前記逆転時ｄ相電圧指令との差、をそれぞれ計算する計算手段と、
   前記初期設定手段により設定された前記初期値、ならびに前記計算手段により計算された前記磁極位置ずれ量および前記差、を表示させる表示手段と、
   外部からの終了指令があったか否かを判定する判定手段と、
   前記終了指令がなかったと前記判定手段により判定されたときの前記初期値もしくは前記候補値を外部から入力された量だけ加算して得られる値を、新たなる前記候補値として設定するとともに、このときの前記磁極初期位置もしくは前記磁極位置を外部から入力された量だけずらして得られる位置を、新たなる磁極位置として設定する更新手段と、
   前記終了指令があったと前記判定手段により判定されたときの前記候補値を、確定された前記磁極補正値としてメモリに記憶する確定手段と、
   を備え、
   前記計算手段および前記更新手段は、前記判定手段により前記終了指令があったと判定されるまで、前記の計算および更新の各処理を実行することを特徴とする検出装置。
3. 前記生成手段において前記同期モータに与えられる前記所定のｄ相電流指令は、前記同期モータが非突極性の同期モータの場合はゼロではない一定値であり、前記同期モータが突極性のある同期モータの場合はゼロである請求項１または２に記載の検出装置。

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