JP5423343B2 - Magnetic pole position estimation device for synchronous motor - Google Patents

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Description

この発明は、同期電動機の磁極位置推定装置に関するものである。   The present invention relates to a magnetic pole position estimation device for a synchronous motor.

同期電動機において、パルス電圧を印加した時の磁気飽和に伴う電流ピーク値の大小関係によって、電気角60度の幅で回転子の初期磁極位置を推定するものが提案されている。これにより、同期電動機は、脱調なく始動し、速度上昇後に誘起電圧による磁極補正を行うことで、安定した運転が可能となっている(例えば、特許文献1参照)。   In a synchronous motor, there has been proposed one that estimates the initial magnetic pole position of a rotor with a width of 60 electrical degrees based on the magnitude relationship between current peak values accompanying magnetic saturation when a pulse voltage is applied. Thereby, the synchronous motor is started without step-out, and stable operation is possible by performing magnetic pole correction by the induced voltage after the speed is increased (see, for example, Patent Document 1).

特許第3663937号公報Japanese Patent No. 3663937

しかし、特許文献1記載のものにおいては、回転子の初期磁極位置が、電気角60度の幅でしか推定されない。このため、エレベータ等、同期電動機の始動時から微妙なトルク制御や十分な加速トルクが要求される用途では、回転子の初期磁極位置の推定精度が悪いという問題があった。   However, in the thing of patent document 1, the initial magnetic pole position of a rotor is estimated only by the width | variety of an electrical angle of 60 degree | times. For this reason, there has been a problem that the estimation accuracy of the initial magnetic pole position of the rotor is poor in an application such as an elevator that requires delicate torque control and sufficient acceleration torque from the start of the synchronous motor.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、回転子の初期磁極位置を精度良く推定することができる同期電動機の磁極位置推定装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic pole position estimation device for a synchronous motor that can accurately estimate an initial magnetic pole position of a rotor. .

この発明に係る同期電動機の磁極位置推定装置は、同期電動機の各相に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧に応答して前記各相に流れる電流値を検出する電流検出手段と、360度を均等分割した位相差を有した同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶した記憶手段と、前記電圧印加手段に、前記電圧指令ベクトルを変換した電圧指令に基づいて、前記各相に複数の磁極位置推定用のパルス電圧を順次切り換えて印加させる電圧制御手段と、前記複数の磁極位置推定用のパルス電圧に同期して前記各相に流れる電流の振幅に基づいて複数の電流ベクトルを演算し、前記複数の電圧指令ベクトルにそれぞれ応答した前記複数の電流ベクトルの平均ベクトルの位相に基づいて、前記回転子の磁極位置を推定する推定手段と、前記推定手段による前記磁極位置の推定後に前記回転子が回転したときに、前記同期電動機に設けられたエンコーダのパルスカウントから得られた前記回転子の回転量を前記磁極位置の推定値に加算して制御位相を演算する位相演算手段と、前記エンコーダの基準信号の入力直前及び直後に前記位相演算手段に演算された制御位相の差分が予め設定された許容誤差内になるように、前記パルス電圧のオン時間を変更するパルス電圧印加条件変更手段と、を備えたものである。   A magnetic pole position estimation device for a synchronous motor according to the present invention includes a voltage application unit that applies a voltage to each phase of the synchronous motor, a current detection unit that detects a current value flowing through each phase in response to the voltage, and 360 Storage means storing a plurality of voltage command vectors of the same amplitude having a phase difference obtained by equally dividing the degree, and a plurality of voltage commands for each phase based on the voltage command obtained by converting the voltage command vector into the voltage application means. Voltage control means for sequentially switching and applying the pulse voltage for estimating the magnetic pole position, and calculating a plurality of current vectors based on the amplitude of the current flowing in each phase in synchronization with the plurality of pulse voltages for estimating the magnetic pole position Estimating means for estimating a magnetic pole position of the rotor based on a phase of an average vector of the plurality of current vectors respectively responding to the plurality of voltage command vectors; and When the rotor rotates after the estimation of the magnetic pole position, the amount of rotation of the rotor obtained from the pulse count of the encoder provided in the synchronous motor is added to the estimated value of the magnetic pole position to control phase The pulse voltage on-time so that the difference between the control phases calculated by the phase calculation means immediately before and immediately after the input of the reference signal of the encoder is within a preset allowable error. And a pulse voltage application condition changing means for changing.

この発明によれば、回転子の初期磁極位置を精度良く推定することができる。   According to the present invention, the initial magnetic pole position of the rotor can be estimated with high accuracy.

この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定に関する部分の基本構成図である。It is a basic block diagram of the part regarding the magnetic pole position estimation of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic pole position estimation method of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic pole position estimation result of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置が印加するパルス電圧を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pulse voltage which the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention applies. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の電流検出手段が検出した相電流応答波形を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the phase current response waveform which the current detection means of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention detected. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置のα相電流応答波形を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the alpha phase current response waveform of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置のβ相電流応答波形を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the beta phase current response waveform of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置によって検出された電流ベクトルの軌跡を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the locus | trajectory of the current vector detected by the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置による磁極推定値の収束演算を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the convergence calculation of the magnetic pole estimated value by the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the magnetic pole position estimation procedure of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の全体構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a whole block diagram of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の基準信号入力時ラッチ手段を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the latch means at the time of the reference signal input of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置によって行われる回転子の初期磁極位置の推定精度確認を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation accuracy confirmation of the initial magnetic pole position of a rotor performed by the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2における同期電動機の磁極位置推定装置の推定誤差を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation error of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における同期電動機の磁極位置推定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the magnetic pole position estimation apparatus of the synchronous motor in Embodiment 2 of this invention.

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。   A mode for carrying out the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.

実施の形態1.
まず、図1〜図10を用いて、本実施の形態における同期電動機の磁極位置推定装置による回転子の磁極位置推定方法について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定に関する部分の基本構成図である。
図1において、1は同期電動機である。この同期電動機1の回転子(図示せず)は、永久磁石からなる。また、同期電動機1は、複数の相を有する。具体的には、同期電動機1は、U相、V相、W相を有する。これらの相は、回路手段2に接続される。この回路手段2はインバータからなる。この回路手段2は、演算手段3の電圧指令に基づいて、同期電動機1の各相に電圧を印加する電圧印加手段として機能する。このとき、当該印加電圧に応答した電流が、同期電動機1の各相に流れる。これらの電流は、電流検出手段4で検出され、演算手段3に入力される。演算手段3は、検出電流値に基づいて、磁極位置を演算する。
Embodiment 1 FIG.
First, the rotor magnetic pole position estimation method by the synchronous motor magnetic pole position estimation apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
1 is a basic configuration diagram of a portion related to magnetic pole position estimation of a synchronous motor magnetic pole position estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a synchronous motor. The rotor (not shown) of the synchronous motor 1 is made of a permanent magnet. The synchronous motor 1 has a plurality of phases. Specifically, the synchronous motor 1 has a U phase, a V phase, and a W phase. These phases are connected to the circuit means 2. This circuit means 2 comprises an inverter. The circuit means 2 functions as a voltage applying means for applying a voltage to each phase of the synchronous motor 1 based on a voltage command from the computing means 3. At this time, a current in response to the applied voltage flows in each phase of the synchronous motor 1. These currents are detected by the current detection means 4 and input to the calculation means 3. The calculating means 3 calculates the magnetic pole position based on the detected current value.

上記制御により、演算手段3の電圧指令に基づきパルス電圧が印加される同期電動機1においては、回転子の磁極の位相と印加電圧の位相が同じ向きの場合、印加電圧で生ずる電流による磁束と回転子の磁石磁束も同じ向きとなる。このため、その磁束合算値が大きくなり、電動機鉄心に磁気飽和が生じる。そして、磁気飽和時では、同期電動機1の相の巻線インダクタンスが小さくなる。このため、同期電動機1の相に流れる電流振幅が大きく現れる。   With the above control, in the synchronous motor 1 to which a pulse voltage is applied based on the voltage command of the arithmetic means 3, when the phase of the magnetic pole of the rotor and the phase of the applied voltage are in the same direction, the magnetic flux and rotation caused by the current generated by the applied voltage The magnetic flux of the child is also in the same direction. For this reason, the magnetic flux total value becomes large, and magnetic saturation occurs in the motor core. And at the time of magnetic saturation, the winding inductance of the phase of the synchronous motor 1 becomes small. For this reason, the amplitude of the current flowing in the phase of the synchronous motor 1 appears greatly.

一方、回転子の磁極の位相と印加電圧の位相が逆向きの場合、印加電圧で生ずる電流による磁束と回転子の磁石磁束も違う向きとなる。このため、磁束合算値は小さくなり、電動機鉄心に磁気飽和が生じない。そして、非磁気飽和時では、同期電動機1の相の巻線インダクタンスが大きくなる。このため、同期電動機1の相に流れる電流振幅が小さく現れる。即ち、回転子の磁極の位相と電圧印加の位相との関係により、電動機鉄心の磁気飽和の度合いが異なり、同期電動機1の相に流れる電流振幅が異なる。   On the other hand, when the phase of the magnetic pole of the rotor is opposite to the phase of the applied voltage, the magnetic flux generated by the current generated by the applied voltage and the magnet magnetic flux of the rotor are in different directions. For this reason, the total magnetic flux value becomes small, and magnetic saturation does not occur in the motor core. And at the time of nonmagnetic saturation, the winding inductance of the phase of the synchronous motor 1 becomes large. For this reason, the amplitude of the current flowing in the phase of the synchronous motor 1 appears small. That is, depending on the relationship between the phase of the magnetic poles of the rotor and the phase of voltage application, the degree of magnetic saturation of the motor core is different, and the amplitude of the current flowing through the phase of the synchronous motor 1 is different.

本実施の形態においては、上記現象が利用され、回転子の初期磁極位置が推定される。以下、本実施の形態特有の構成を説明する。図1に示すように、演算手段3は、記憶手段5、推定手段6を備える。記憶手段5は、360度を均等分割した位相差を有した同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶する。   In the present embodiment, the above phenomenon is used to estimate the initial magnetic pole position of the rotor. Hereinafter, a configuration unique to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the calculation unit 3 includes a storage unit 5 and an estimation unit 6. The storage means 5 stores a plurality of voltage command vectors having the same amplitude and having a phase difference obtained by equally dividing 360 degrees.

そして、演算手段3は、回転子の回転始動時、回路手段2に、電圧指令ベクトルを変換した電圧指令に基づいて、同期電動機1の各相に複数の磁極位置推定用のパルス電圧を順次切り換えて印加させる電圧制御手段として機能する。このとき、演算手段3は、電圧指令を回路手段2に出力するとともに、この電圧指令に同期したトリガ信号を電流検出手段4に出力する。これにより、電流検出手段4は、パルス電圧に同期して同期電動機1の各相に流れる電流パルスを検出する。   Then, the arithmetic means 3 sequentially switches a plurality of magnetic pole position estimation pulse voltages to each phase of the synchronous motor 1 based on the voltage command obtained by converting the voltage command vector to the circuit means 2 when the rotor starts rotating. Function as voltage control means to be applied. At this time, the calculation means 3 outputs a voltage command to the circuit means 2 and outputs a trigger signal synchronized with the voltage command to the current detection means 4. Thereby, the current detection means 4 detects a current pulse flowing in each phase of the synchronous motor 1 in synchronization with the pulse voltage.

推定手段6は、電流パルスの振幅に基づいて電流ベクトルを演算する。その後、推定手段6は、複数の電圧指令ベクトルにそれぞれ応答した複数の電流ベクトルの平均ベクトルの位相に基づいて、回転子の初期磁極位置を推定する。   The estimation means 6 calculates a current vector based on the amplitude of the current pulse. Thereafter, the estimating means 6 estimates the initial magnetic pole position of the rotor based on the phase of the average vector of the plurality of current vectors respectively responding to the plurality of voltage command vectors.

次に、図2及び図3を用いて、回転子の初期磁極位置の推定方法の手順を説明する。
図2はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定方法を説明するための図である。図3はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定結果を説明するための図である。
Next, the procedure of the method for estimating the initial magnetic pole position of the rotor will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram for explaining a magnetic pole position estimation method of the synchronous motor magnetic pole position estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the magnetic pole position estimation results of the synchronous motor magnetic pole position estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図2(a)、(b)には、α−β座標系と、モータ座標系が示される。α−β座標系は、固定座標系である。具体的には、α−β座標系は、直交したα軸及びβ軸で表される。モータ座標系は、回転子に対応した回転座標系である。具体的には、モータ座標系は、直交したd軸、q軸で表される。以下では、このモータ座標系と固定座標系との位相差を推定対象とする。   2A and 2B show an α-β coordinate system and a motor coordinate system. The α-β coordinate system is a fixed coordinate system. Specifically, the α-β coordinate system is represented by an orthogonal α axis and β axis. The motor coordinate system is a rotational coordinate system corresponding to the rotor. Specifically, the motor coordinate system is expressed by orthogonal d-axis and q-axis. In the following, the phase difference between the motor coordinate system and the fixed coordinate system is to be estimated.

まず、α−β座標系において、位相角0(deg)で、パルス状のパイロット電圧が印加される。図2(a)では、パイロット電圧は、Vα=V、Vβ=0である。このとき、モータ座標系上では、以下の(1)、(2)式の電圧が印加されることになる。
V’d1=V×cosθ (1)
V’q1=V×sinθ (2)
First, in the α-β coordinate system, a pulsed pilot voltage is applied at a phase angle of 0 (deg). In FIG. 2A, the pilot voltages are V α = V p and V β = 0. At this time, the following voltages (1) and (2) are applied on the motor coordinate system.
V ′ d1 = V p × cos θ 1 (1)
V ′ q1 = V p × sin θ 1 (2)

そして、図2(b)に示すように、パイロット電圧に対するモータ電流応答Iα1
β1は、以下の(3)、(4)式で表される。
Iα1=Iα11+Iα12=I’d1×cosθ+I’q1×sinθ (3)
Iβ1=Iβ11+Iβ12=I’d1×sinθ+I’q1×cosθ (4)
ただし、
I’d1={1/(R+pL)}V’d1
I’q1={1/(R+pL)}V’q1
である。なお、Rは電機子巻線抵抗、pは微分演算子、Lはd軸インダクタンス、Lはq軸インダクタンスである。
(3)、(4)式に示すように、モータ電流応答Iα1、Iβ1は、モータ座標系とα−β座標系の位相差θの情報を含んでいる。従って、例えば、モータ座標系のd軸とパイロット電圧のベクトルが近接する場合に、I’d1は大きくなる。
Then, as shown in FIG. 2B, the motor current response I α1 to the pilot voltage,
I β1 is represented by the following formulas (3) and (4).
I α1 = I α11 + I α12 = I ′ d1 × cos θ 1 + I ′ q1 × sin θ 1 (3)
I β1 = I β11 + I β12 = I ′ d1 × sin θ 1 + I ′ q1 × cos θ 1 (4)
However,
I ′ d1 = {1 / (R a + pL d )} V ′ d1
I ′ q1 = {1 / (R a + pL q )} V ′ q1
It is. R a is an armature winding resistance, p is a differential operator, L d is a d-axis inductance, and L q is a q-axis inductance.
As shown in the equations (3) and (4), the motor current responses I α1 and I β1 include information on the phase difference θ 1 between the motor coordinate system and the α-β coordinate system. Therefore, for example, when the d-axis of the motor coordinate system and the pilot voltage vector are close to each other, I ′ d1 increases.

上記のような演算が、パイロット電圧の位相を0〜300(deg)として、60(deg)毎に、繰り返される。
このときのパイロット電圧は、以下の(5)、(6)式で表される。
V’α(n+1)=V×cos(0+60×n) (5)
V’β(n+1)=V×sin(0+60×n) (6)
ただし、n=0〜5である。
The above calculation is repeated every 60 (deg) with the phase of the pilot voltage being 0 to 300 (deg).
The pilot voltage at this time is expressed by the following equations (5) and (6).
V ′ α (n + 1) = V p × cos (0 + 60 × n) (5)
V ′ β (n + 1) = V p × sin (0 + 60 × n) (6)
However, n = 0-5.

また、このときのモータ電流応答Iαn、Iβnは、以下の(7)、(8)式で表される。
Iα(n+1)=Iα(n+1)1+Iα(n+1)2
=I’d(n+1)×cosθ+I’q(n+1)×sinθ (7)
Iβ(n+1)=Iβ(n+1)1+Iβ(n+1)2
=I’d(n+1)×sinθ+I’q(n+1)×cosθ (8)
ただし、
I’d(n+1)={1/(R+pL)}V’d(n+1)
I’q(n+1)={1/(R+pL)}V’q(n+1)
n=0〜5である。
Further, motor current responses I αn and I βn at this time are expressed by the following equations (7) and (8).
I α (n + 1) = I α (n + 1) 1 + I α (n + 1) 2
= I ′ d (n + 1) × cos θ 1 + I ′ q (n + 1) × sin θ 1 (7)
Iβ (n + 1) = Iβ (n + 1) 1 + Iβ (n + 1) 2
= I ′ d (n + 1) × sin θ 1 + I′q (n + 1) × cos θ 1 (8)
However,
I ′ d (n + 1) = {1 / (R a + pL d )} V ′ d (n + 1)
I ′ q (n + 1) = {1 / (R a + pL q )} V ′ q (n + 1)
n = 0-5.

次に、6パルスのパイロット電圧に対する各電流応答Iα1〜Iα6、Iβ1〜Iβ6の積算値Iαsum、Iβsumが演算される。このIαsum、Iβsumは、以下の(9)、(10)式で表される。

Figure 0005423343
Next, integrated values I αsum and I βsum of the current responses I α1 to I α6 and I β1 to I β6 with respect to the 6-pulse pilot voltage are calculated. These I αsum and I βsum are expressed by the following equations (9) and (10).
Figure 0005423343

最後に、Iαsum、Iβsumの逆正接θ*を求める。この逆正接θ*は、以下の(11)式で表される。
θ*=tan−1(Iβsum/Iαsum) (11)
この逆正接θ*が、モータ座標系と固定座標系との位相差と推定される。この位相差に基づいて、回転子の初期磁極位置が推定される。ここで、図3には、逆正接θ*が7で示される。図3に示すように、逆正接θ*とモータ座標系と固定座標系との位相差は、略一致する。即ち、回転子の初期磁極位置も精度良く推定される。
Finally, arc tangent θ * of I αsum and I βsum is obtained. This arc tangent θ * is expressed by the following equation (11).
θ * = tan −1 (I βsum / I αsum ) (11)
This arc tangent θ * is estimated as the phase difference between the motor coordinate system and the fixed coordinate system. Based on this phase difference, the initial magnetic pole position of the rotor is estimated. Here, in FIG. 3, the arc tangent θ * is indicated by 7. As shown in FIG. 3, the arc tangent θ * and the phase difference between the motor coordinate system and the fixed coordinate system substantially coincide. That is, the initial magnetic pole position of the rotor is also estimated with high accuracy.

次に、図4〜図9を用いて、回転子の初期磁極位置の推定方法をより詳細な具体例で説明する。
図4はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置が印加するパルス電圧を説明するための図である。
Next, a method for estimating the initial magnetic pole position of the rotor will be described in more specific examples with reference to FIGS.
FIG. 4 is a diagram for explaining the pulse voltage applied by the magnetic pole position estimating apparatus for a synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.

図4には、電圧指令ベクトルV1〜V6が示される。これらの電圧指令ベクトルは、360度を均等に6分割した位相差を有するものである。具体的には、V1、V3、V5がそれぞれ、同期電動機1のU相、V相、W相の位相に合わせるように設定される。そして、V2、V4、V6は、これらの相のうちの隣接する相間の中間位相に合わせるように設定される。そして、これらの電圧指令ベクトルに対応したパルス電圧が、同期電動機1の各相に印加される。   FIG. 4 shows voltage command vectors V1 to V6. These voltage command vectors have a phase difference obtained by equally dividing 360 degrees into six. Specifically, V1, V3, and V5 are set to match the U phase, V phase, and W phase of the synchronous motor 1, respectively. V2, V4, and V6 are set to match the intermediate phase between adjacent phases among these phases. A pulse voltage corresponding to these voltage command vectors is applied to each phase of the synchronous motor 1.

図5はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の電流検出手段が検出した相電流応答波形を説明するための図である。
図5において、横軸は時間を表し、縦軸は電流値を表す。ここで、8はU相に流れる電流値である。9はV相に流れる電流値である。パルス電圧のオン時間は、磁気飽和可能な電流となるように電動機個々に設定される。図5では、当該時間は、400(μsec)に設定された場合である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the phase current response waveform detected by the current detection means of the magnetic pole position estimation device for the synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the current value. Here, 8 is a current value flowing in the U phase. Reference numeral 9 denotes a current value flowing in the V phase. The on-time of the pulse voltage is set for each electric motor so as to obtain a magnetic saturation current. In FIG. 5, the time is set to 400 (μsec).

また、隣接するパルス電圧間のオフ電圧は、隣接パルス電圧間の電流波形が重複しないように任意に設定される。なお、パルス電圧の切り換え時のゼロ電圧は、同期電動機1の各相のスイッチング素子の全ゲートをオフにすることで発生させる。図5では、当該時間は、2.4(msec)に設定された場合である。   The off voltage between adjacent pulse voltages is arbitrarily set so that current waveforms between adjacent pulse voltages do not overlap. The zero voltage at the time of switching the pulse voltage is generated by turning off all the gates of the switching elements of each phase of the synchronous motor 1. In FIG. 5, the time is set to 2.4 (msec).

さらに、回転子の初期磁極位置の推定時間は、所定要件を満たすように設定される。例えば、エレベータに利用される場合は、回転子の初期磁極位置の推定がブレーキ開放前に終了するように設定される。具体的には、図5では、当該時間は、20(msec)に設定された場合である。ここで、V1に対応した電流は、約0.003(sec)時点で、所定の極性及びピーク値を持った波形として現れる。同様に、V2〜V6に対応した電流も所定時点で、所定の極性及びピーク値を持った波形として現れる。   Furthermore, the estimated time of the initial magnetic pole position of the rotor is set so as to satisfy a predetermined requirement. For example, when used for an elevator, the estimation of the initial magnetic pole position of the rotor is set to end before the brake is released. Specifically, in FIG. 5, the time is set to 20 (msec). Here, the current corresponding to V1 appears as a waveform having a predetermined polarity and peak value at about 0.003 (sec). Similarly, currents corresponding to V2 to V6 also appear as waveforms having a predetermined polarity and peak value at a predetermined time point.

図6はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置のα相電流応答波形を説明するための図である。図7はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置のβ相電流応答波形を説明するための図である。図6及び図7の横軸、縦軸は、図5と同様である。   FIG. 6 is a diagram for explaining an α-phase current response waveform of the magnetic pole position estimation device for a synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 7 is a diagram for explaining a β-phase current response waveform of the synchronous motor magnetic pole position estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The horizontal and vertical axes in FIGS. 6 and 7 are the same as those in FIG.

ここで、10はIuとIvからα−β座標系に変換された電流値Iαである。また、11はIuとIvからα−β座標系に変換された電流値Iβである。
図6及び図7に示すように、Iα、Iβは、Iu、Ivと同時点に、ピーク値を持った値として表される。このピーク値が、パルス電圧印加時の電流の振幅として検出される。
Here, 10 is the current value I α converted from Iu and Iv to the α-β coordinate system. Further, 11 is a current value I beta converted into alpha-beta coordinate system Iu and Iv.
As shown in FIGS. 6 and 7, I α and I β are expressed as values having peak values at the same time as Iu and Iv. This peak value is detected as the amplitude of the current when the pulse voltage is applied.

図8はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置によって検出された電流ベクトルの軌跡を説明するための図である。
図8において、横軸はIαの電流値10を示し、縦軸はIβの電流値11を示す。ここで、各パルス電圧に対応した電流ベクトル12の先端は、四角で示される。これらの電流ベクトル12の積算値、即ち、平均ベクトル13の先端は、三角で示される。図8では、d軸方向にある電流ベクトル12が伸長し、平均ベクトル13もd軸の方向を示す。
FIG. 8 is a diagram for explaining the locus of the current vector detected by the magnetic pole position estimating device for the synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the current value 10 of Iα, and the vertical axis indicates the current value 11 of Iβ. Here, the tip of the current vector 12 corresponding to each pulse voltage is indicated by a square. The integrated value of these current vectors 12, that is, the tip of the average vector 13 is indicated by a triangle. In FIG. 8, the current vector 12 in the d-axis direction extends, and the average vector 13 also indicates the d-axis direction.

図9はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置による磁極推定値の収束演算を説明するための図である。
図9において、横軸は時間を表し、縦軸はでU相の電流値及び初期磁極位置の推定値を表す。図9には、U相に流れる電流値8と平均ベクトル13の位相7の収束演算結果が示される。
図9に示すように、0.22(sec)以降、60度強の値で、平均ベクトル13の位相が収束していることが確認される。なお、収束演算時間は、収束の状態を確認した上で任意に設定される。
FIG. 9 is a diagram for explaining the convergence calculation of the estimated magnetic pole value by the synchronous motor magnetic pole position estimating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 9, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the U-phase current value and the estimated value of the initial magnetic pole position. FIG. 9 shows a convergence calculation result of the current value 8 flowing in the U phase and the phase 7 of the average vector 13.
As shown in FIG. 9, after 0.22 (sec), it is confirmed that the phase of the average vector 13 has converged at a value of slightly over 60 degrees. The convergence calculation time is arbitrarily set after confirming the convergence state.

次に、図10を用いて、磁極位置推定装置の動作を説明する。
図10はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の磁極位置推定手順を説明するためのフローチャートである。図10には、図4〜図9の一連の動作が示される。
Next, the operation of the magnetic pole position estimation apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a flowchart for explaining the magnetic pole position estimation procedure of the synchronous motor magnetic pole position estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 10 shows a series of operations shown in FIGS.

まず、ステップS1で磁極位置推定用のパルス電圧が同期電動機1の相に印加され、ステップS2に進む。ステップS2では、U相、V相に流れる電流値Iu、Ivが検出され、ステップS3に進む。ステップS3では、電流値Iu、Ivがα−β座標系の電流値Iα、Iβに変換され、ステップS4に進む。ステップS4では、電流値Iα、Iβの最大値INα、INβが検出され、ステップS5に進む。 First, in step S1, a pulse voltage for estimating the magnetic pole position is applied to the phase of the synchronous motor 1, and the process proceeds to step S2. In step S2, current values Iu and Iv flowing in the U phase and the V phase are detected, and the process proceeds to step S3. In step S3, the current values Iu and Iv are converted into the current values I α and I β in the α-β coordinate system, and the process proceeds to step S4. In step S4, the current value I.alpha, the maximum value I N.alpha of I beta, I N.beta is detected, the process proceeds to step S5.

ステップS5では、6パルスのパルス電圧全てが同期電動機1の相に印加されたか否かが判定される。6パルスのパルス電圧全てが印加されていないと、ステップS1に戻る。一方、6パルスのパルス電圧全てが印加されていると、ステップS6に進む。ステップS6では、電流値Iα、Iβの最大値INα、INβの電流積算値I0(I0α、I0β)が演算され、ステップS7に進む。ステップS7では、回転子の初期磁極位置の推定値が収束演算により求められる。 In step S5, it is determined whether or not all six pulse voltages have been applied to the phase of the synchronous motor 1. If all six pulse voltages have not been applied, the process returns to step S1. On the other hand, if all six pulse voltages have been applied, the process proceeds to step S6. In step S6, the current value I alpha, a maximum value I N.alpha of I beta, current accumulated value I0 (I 0α, I 0β) of I N.beta is calculated, the process proceeds to step S7. In step S7, an estimated value of the initial magnetic pole position of the rotor is obtained by convergence calculation.

上記基本構成によれば、複数の電圧指令ベクトルにそれぞれ応答した複数の電流ベクトルの平均ベクトル13の位相に基づいて、回転子の初期磁極位置が推定される。このため、電気角60度毎の幅よりも高い精度で、回転子の初期磁極位置を推定することができる。   According to the basic configuration, the initial magnetic pole position of the rotor is estimated based on the phase of the average vector 13 of the plurality of current vectors respectively responding to the plurality of voltage command vectors. Therefore, the initial magnetic pole position of the rotor can be estimated with higher accuracy than the width of every electrical angle of 60 degrees.

しかし、上記基本構成のみの場合、個々の同期電動機1について、磁気飽和可能な電流が流れるようにパルス電圧のオン時間を設定するために基礎試験を実施する必要がある。また、上記基本構成のみでは、回転子の初期磁極位置の推定精度確認を行うことができない。そこで、本実施の形態においては、パルス電圧のオン時間の自動調整及び回転子の初期磁極位置の推定精度確認を行うことができる構成とした。以下、本実施の形態における同期電動機1の磁極位置推定装置の全体構成を説明する。   However, in the case of only the basic configuration described above, it is necessary to perform a basic test for each synchronous motor 1 in order to set the on time of the pulse voltage so that a current that can be magnetically saturated flows. Further, only with the above basic configuration, the estimation accuracy of the initial magnetic pole position of the rotor cannot be confirmed. Therefore, in the present embodiment, the automatic adjustment of the on-time of the pulse voltage and the estimation accuracy confirmation of the initial magnetic pole position of the rotor can be performed. Hereinafter, the overall configuration of the magnetic pole position estimation device for the synchronous motor 1 according to the present embodiment will be described.

図11はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の全体構成図である。
図11において、14はエンコーダである。このエンコーダ14は、同期電動機1に設けられる。このエンコーダ14は、A、B相信号を所定間隔で出力する機能を備える。また、エンコーダ14は、機械角360度で1パルスだけ基準信号を出力する機能を備える。15は位相演算手段である。この位相演算手段15は、推定手段6が推定した磁極位置とエンコーダ14が出力したA、B相信号のパルスカウントに基づく回転子の回転量とを加算して電流制御用位相を演算する機能を備える。
FIG. 11 is an overall configuration diagram of a magnetic pole position estimating device for a synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 11, 14 is an encoder. The encoder 14 is provided in the synchronous motor 1. The encoder 14 has a function of outputting A and B phase signals at predetermined intervals. The encoder 14 has a function of outputting a reference signal for only one pulse at a mechanical angle of 360 degrees. Reference numeral 15 denotes phase calculation means. This phase calculation means 15 has a function of calculating the current control phase by adding the magnetic pole position estimated by the estimation means 6 and the rotation amount of the rotor based on the pulse counts of the A and B phase signals output from the encoder 14. Prepare.

16は電流制御器である。この電流制御器16は、従来から備えられているものである。この電流制御器16は、電流検出手段4が検出した電流検出値と位相演算手段15が演算した電流制御用位相とが入力される機能を備える。そして、電流制御器16は、電流検出値と電流制御用位相とに基づいた電圧指令を回路手段2に出力する機能を備える。17は基準信号入力時ラッチ手段である。この基準信号入力時ラッチ手段17は、エンコーダ14の基準信号の入力直前の電流制御用位相θ1と入力直後の電流制御用位相θ2とをラッチする機能を備える。   Reference numeral 16 denotes a current controller. This current controller 16 is conventionally provided. The current controller 16 has a function of inputting the current detection value detected by the current detection means 4 and the current control phase calculated by the phase calculation means 15. The current controller 16 has a function of outputting a voltage command based on the detected current value and the current control phase to the circuit means 2. Reference numeral 17 denotes latch means for inputting a reference signal. The reference signal input latch means 17 has a function of latching the current control phase θ1 immediately before the input of the reference signal of the encoder 14 and the current control phase θ2 immediately after the input.

一方、演算手段3は、記憶手段5、推定手段6の他に、誤差検出手段18、誤差記憶手段19、誤差平均演算手段20、誤差許容値記憶手段21、パルス幅判断手段22、パルス電圧印加条件変更手段23を備える。さらに、図11においては、演算手段3の一つの手段として、電圧制御手段24が明示される。   On the other hand, in addition to the storage unit 5 and the estimation unit 6, the calculation unit 3 includes an error detection unit 18, an error storage unit 19, an error average calculation unit 20, an error tolerance storage unit 21, a pulse width determination unit 22, and a pulse voltage application. Condition change means 23 is provided. Further, in FIG. 11, the voltage control means 24 is clearly shown as one means of the calculation means 3.

誤差検出手段18は、基準信号入力時ラッチ手段17でラッチされた電流制御用位相θ1、θ2の差分を演算する機能を備える。誤差記憶手段19は、回転子の磁極位置の推定が指定回数だけ複数回行われたときに、誤差検出手段18で演算された差分をその都度記憶する機能を備える。誤差平均演算手段20は、誤差記憶手段19に記憶された電流制御用位相θ1、θ2の差分の平均値を演算する機能を備える。誤差許容値記憶手段21は、予め設定された許容誤差の範囲を記憶する機能を備える。   The error detection means 18 has a function of calculating the difference between the current control phases θ1 and θ2 latched by the reference signal input latch means 17. The error storage means 19 has a function of storing the difference calculated by the error detection means 18 each time when the rotor magnetic pole position is estimated a plurality of times a specified number of times. The error average calculation means 20 has a function of calculating the average value of the differences between the current control phases θ1 and θ2 stored in the error storage means 19. The error tolerance storage means 21 has a function of storing a preset tolerance range.

パルス幅判断手段22は、誤差平均演算手段20が演算した電流制御用位相θ1、θ2の差分の平均値が誤差許容値記憶手段21に記憶された許容誤差の範囲内であるか否かを判定する機能を備える。また、パルス幅判断手段22は、電流制御用位相θ1、θ2の差分の平均値が許容誤差の範囲内の場合に、そのときのパルス電圧のオン時間設定値を記憶手段5の値として確定する機能を備える。パルス電圧印加条件変更手段23は、電流制御用位相θ1、θ2の差分の平均値が許容誤差の範囲外の場合に、記憶手段5に記憶されたパルス電圧のオン時間を変更する機能を備える。   The pulse width determination means 22 determines whether or not the average value of the differences between the current control phases θ1 and θ2 calculated by the error average calculation means 20 is within the allowable error range stored in the error allowable value storage means 21. It has a function to do. Further, when the average value of the differences between the current control phases θ1 and θ2 is within the allowable error range, the pulse width determination unit 22 determines the pulse voltage on-time set value at that time as the value of the storage unit 5. It has a function. The pulse voltage application condition changing unit 23 has a function of changing the ON time of the pulse voltage stored in the storage unit 5 when the average value of the differences between the current control phases θ1 and θ2 is outside the allowable error range.

次に、図12を用いて、回転子の初期磁極位置の推定誤差について説明する。
図12はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の基準信号入力時ラッチ手段によってラッチされた電流制御用位相を説明するための図である。
図12において、横軸は時間を表し、縦軸は電流制御用位相を表す。電流制御用位相は、同期電動機1の回転方向よりインクリメント又はデクリメントとなる。ここでは、インクリメントの場合を説明することにする。
Next, the estimation error of the initial magnetic pole position of the rotor will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a diagram for explaining the current control phase latched by the reference signal input latch means of the synchronous motor magnetic pole position estimating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 12, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the current control phase. The current control phase is incremented or decremented from the rotational direction of the synchronous motor 1. Here, the case of increment will be described.

一般に、回転子の極対数が多くなると、電気角あたりの機械角の数値は小さくなる。従って、回転子が電気角360度に相当する分回転している間に必ずエンコーダ14が基準信号を出力するとは限らない。即ち、基準信号の入力があるまでは、回転子の回転量しか分からず、基準信号の入力によって初めて回転子の絶対位置が確定することになる。そして、回転子の絶対位置の確定により、電流制御用位相を補正する必要がある。この補正値は、回転子の磁極位置の推定誤差を意味する。この補正値は、基準信号の入力直前の電流制御用位相θ1と入力直後の電流制御用位相θ2の差で求めることができる。   In general, as the number of rotor pole pairs increases, the numerical value of mechanical angle per electrical angle decreases. Therefore, the encoder 14 does not always output the reference signal while the rotor rotates by an amount corresponding to the electrical angle of 360 degrees. That is, until the reference signal is input, only the rotation amount of the rotor is known, and the absolute position of the rotor is determined only by the input of the reference signal. Then, it is necessary to correct the current control phase by determining the absolute position of the rotor. This correction value means an estimation error of the magnetic pole position of the rotor. This correction value can be obtained from the difference between the current control phase θ1 immediately before the input of the reference signal and the current control phase θ2 immediately after the input.

次に、図13を用いて、パルス幅判断手段22によって行われる回転子の初期磁極位置の推定精度確認について説明する。
図13はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置によって行われる回転子の初期磁極位置の推定精度確認を説明するための図である。
図13の左側において、25は許容誤差の上限(γ)である。26は許容誤差の下限(−γ)である。27は電流制御用位相θ1、θ2の差分である。図13の右側において、28は電流制御用位相θ1、θ2の差分27の平均値である。
Next, the estimation accuracy confirmation of the initial magnetic pole position of the rotor performed by the pulse width determination means 22 will be described with reference to FIG.
FIG. 13 is a diagram for explaining estimation accuracy confirmation of the initial magnetic pole position of the rotor, which is performed by the magnetic pole position estimating device for a synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.
On the left side of FIG. 13, 25 is the upper limit (γ) of the allowable error. Reference numeral 26 denotes a lower limit (−γ) of an allowable error. Reference numeral 27 denotes a difference between the current control phases θ1 and θ2. On the right side of FIG. 13, reference numeral 28 denotes an average value of the difference 27 between the current control phases θ1 and θ2.

図13の左側に示すように、どの差分27も許容誤差±γ内に収まっている。従って、図13の右側に示すように、差分27の平均値28も許容誤差の範囲内に収まっている。この場合、回転子の初期磁極位置の推定精度が確保されており、十分な磁気飽和を発生させる電流量が得られていると判断される。なお、図示はしないが、差分27の平均値が許容誤差の範囲外のときは、回転子の初期磁極位置の推定精度が確保されておらず、十分な磁気飽和を発生させる電流量が得られていないと判断される。   As shown on the left side of FIG. 13, any difference 27 falls within the allowable error ± γ. Therefore, as shown on the right side of FIG. 13, the average value 28 of the difference 27 is also within the allowable error range. In this case, the estimation accuracy of the initial magnetic pole position of the rotor is ensured, and it is determined that a sufficient amount of current is generated to generate magnetic saturation. Although not shown, when the average value of the difference 27 is outside the allowable error range, the estimation accuracy of the initial magnetic pole position of the rotor is not secured, and a sufficient amount of current to generate magnetic saturation is obtained. It is judged that it is not.

次に、図14を用いて、本実施の形態の磁極位置推定装置の一連の動作を具体的に説明する。
図14はこの発明の実施の形態1における同期電動機の磁極位置推定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、図10のステップS1〜ステップS7で説明した通り、回転子の初期磁極位置が推定され、ステップS8に進む。ステップS8では、同期電動機1が始動され、ステップS9に進む。ステップS9では、エンコーダ14の基準信号の入力を待って、ステップS10に進む。
Next, a series of operations of the magnetic pole position estimation apparatus of the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 14 is a flowchart for explaining the operation of the magnetic pole position estimating apparatus for a synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.
First, as described in steps S1 to S7 in FIG. 10, the initial magnetic pole position of the rotor is estimated, and the process proceeds to step S8. In step S8, the synchronous motor 1 is started, and the process proceeds to step S9. In step S9, the process waits for the input of the reference signal from the encoder 14 and then proceeds to step S10.

ステップS10では、基準信号入力直前及び直後の電流制御用位相θ1、θ2がラッチ・取得され、ステップS11に進む。ステップS11では、今回の始動時における回転子の初期磁極位置の推定誤差として、電流制御用位相θ1、θ2の差分が演算され、ステップS12に進む。ステップS12では、回転子の初期磁極位置の推定誤差が記憶され、ステップS13に進む。ステップS13では、カウンタCNT(図示せず)がカウントアップされ、ステップS14に進む。ステップS14では、同期電動機1が停止され、ステップS15に進む。   In step S10, the current control phases θ1 and θ2 immediately before and after the reference signal input are latched and acquired, and the process proceeds to step S11. In step S11, the difference between the current control phases θ1 and θ2 is calculated as the estimation error of the initial magnetic pole position of the rotor at the time of the current start, and the process proceeds to step S12. In step S12, the estimation error of the initial magnetic pole position of the rotor is stored, and the process proceeds to step S13. In step S13, a counter CNT (not shown) is counted up, and the process proceeds to step S14. In step S14, the synchronous motor 1 is stopped, and the process proceeds to step S15.

ステップS15では、カウンタCNTが予め設定された指定回数N以上であるか否かが判定される。カウンタCNTが指定回数Nよりも小さい場合は、ステップS1に戻り、上記動作が繰り返される。一方、カウンタCNTが指定回数Nに達すると、ステップS16に進む。ステップS16では、推定誤差の平均値Enが演算され、ステップS17に進む。ステップS17では、推定誤差の平均値Enの絶対値が許容誤差γよりも小さいか否かが判定される。推定誤差の平均値Enの絶対値が許容誤差γよりも小さい場合は、ステップS18に進む。ステップS18では、その時点のオン時間が記憶手段5の値として確定され、動作が終了する。   In step S15, it is determined whether or not the counter CNT is equal to or greater than a preset designated number N. If the counter CNT is smaller than the specified number N, the process returns to step S1 and the above operation is repeated. On the other hand, when the counter CNT reaches the designated number N, the process proceeds to step S16. In step S16, the average value En of the estimation error is calculated, and the process proceeds to step S17. In step S17, it is determined whether or not the absolute value of the average value En of the estimation errors is smaller than the allowable error γ. When the absolute value of the average value En of the estimation errors is smaller than the allowable error γ, the process proceeds to step S18. In step S18, the on-time at that time is determined as the value of the storage means 5, and the operation ends.

これに対し、ステップS17で推定誤差の平均値Enの絶対値が許容誤差γの絶対値よりもよりも大きい場合は、ステップS19に進む。ステップS19では、パルス電圧のオン時間が予め設定された分だけ長くなるように設定される。例えば、パルス電圧のオン時間が演算周期の一周期分だけ長くなるように設定される。また、これと同時に、カウンタCNTがリセットされ、ステップS1からの動作が繰り返される。   On the other hand, if the absolute value of the average value En of the estimation errors is larger than the absolute value of the allowable error γ in step S17, the process proceeds to step S19. In step S19, the ON time of the pulse voltage is set to be longer by a preset amount. For example, the ON time of the pulse voltage is set to be longer by one calculation cycle. At the same time, the counter CNT is reset and the operation from step S1 is repeated.

以上で説明した実施の形態1によれば、複数の電圧指令ベクトルにそれぞれ応答した複数の電流ベクトルの平均ベクトル13の位相に基づいて、回転子の初期磁極位置が推定される。このため、電気角60毎の幅よりも高い精度で、回転子の初期磁極位置を推定することができる。   According to the first embodiment described above, the initial magnetic pole position of the rotor is estimated based on the phase of the average vector 13 of the plurality of current vectors respectively responding to the plurality of voltage command vectors. For this reason, the initial magnetic pole position of the rotor can be estimated with higher accuracy than the width of each electrical angle 60.

さらに、パルス電圧印加条件変更手段23は、エンコーダ14の基準信号の入力直前及び直後に位相演算手段15に演算された電流制御用位相θ1、θ2の差分が予め設定された許容誤差内になるように、パルス電圧のオン時間を変更する。このため、回転子の初期磁極位置の推定精度を高めるために必要なパルス電圧のオン時間の設定を自動で行うことができる。即ち、設計者が同期電動機1毎にチューニングするする必要がなくなり、磁極位置推定装置の設計省略化を図ることができる。   Further, the pulse voltage application condition changing means 23 makes the difference between the current control phases θ1 and θ2 calculated by the phase calculating means 15 immediately before and after the input of the reference signal of the encoder 14 fall within a preset allowable error. In addition, the ON time of the pulse voltage is changed. For this reason, it is possible to automatically set the ON time of the pulse voltage necessary for improving the estimation accuracy of the initial magnetic pole position of the rotor. That is, it is not necessary for the designer to tune each synchronous motor 1, and the design of the magnetic pole position estimation device can be omitted.

また、極対数に対応した絶対位置検出機能付きエンコーダ14を要することなく、容易に回転子の初期磁極位置の推定精度確認を行うことができる。即ち、新しい設計の同期電動機1で極対数が異なる場合でも、絶対位置検出機能付きエンコーダ14を試作する必要がなくなり、コストと手間を省くことができる。   Further, it is possible to easily check the estimation accuracy of the initial magnetic pole position of the rotor without requiring the encoder 14 with an absolute position detection function corresponding to the number of pole pairs. That is, even when the number of pole pairs is different in the newly designed synchronous motor 1, it is not necessary to make a prototype of the encoder 14 with an absolute position detection function, and cost and labor can be saved.

さらに、パルス電圧印加条件変更手段23は、磁極位置の推定を複数回行って得られた複数の電流制御用位相θ1、θ2の差分の平均値が許容誤差内になるように、パルス電圧のオン時間を変更する。このため、回転子の初期磁極位置を推定する際に生じる誤差のばらつきを許容することができる。   Further, the pulse voltage application condition changing unit 23 turns on the pulse voltage so that the average value of the differences between the plurality of current control phases θ1 and θ2 obtained by performing the estimation of the magnetic pole position a plurality of times is within an allowable error. Change the time. For this reason, it is possible to allow variation in error that occurs when estimating the initial magnetic pole position of the rotor.

加えて、パルス電圧印加条件変更手段23は、電流制御用位相θ1、θ2の差分の平均値が許容誤差外のときに、パルス電圧のオン時間を予め設定された分だけ長くする。これにより、極力短いオン時間を有したパルス電圧で、回転子の初期磁極位置を推定することができる。   In addition, the pulse voltage application condition changing means 23 increases the ON time of the pulse voltage by a preset amount when the average value of the differences between the current control phases θ1 and θ2 is outside the allowable error. As a result, the initial magnetic pole position of the rotor can be estimated with a pulse voltage having an on-time as short as possible.

また、同期電動機1は、3相を有し、推定手段6は、磁極位置推定用のパルス電圧に同期して同期電動機1の3相に流れる電流の振幅のうちの2相に流れる電流の振幅に基づいて電流ベクトルを演算し、回転子の初期磁極位置を推定する。このため、通常の電動機制御で用いる演算手段3を流用して、簡便かつ精度の良い回転子の初期磁極位置の推定が可能となる。また、新たな装置を必要としないため、磁極位置推定装置の小型化が図られる。もちろん、3相に流れる電流を検出して電流ベクトルを演算することも可能である。   The synchronous motor 1 has three phases, and the estimation means 6 has an amplitude of a current flowing in two phases of the amplitude of a current flowing in the three phases of the synchronous motor 1 in synchronization with the pulse voltage for estimating the magnetic pole position. Is used to calculate the current vector and estimate the initial magnetic pole position of the rotor. For this reason, it is possible to easily and accurately estimate the initial magnetic pole position of the rotor by using the arithmetic means 3 used in normal motor control. Further, since no new device is required, the magnetic pole position estimation device can be reduced in size. Of course, it is also possible to calculate a current vector by detecting a current flowing in three phases.

さらに、演算手段3は、電圧指令ベクトルの3つの位相を、同期電動機1の3相の位相に合わせ、電圧指令ベクトルの他の3つの位相を、同期電動機1の3相のうちの隣接する相間の中間位相に合わせる。このため、回路手段2への電圧指令を簡素化することができる。加えて、演算手段3は、初期磁極位置推定用のパルス電圧の切り換え時に、各相のスイッチング素子の全ゲートをオフしてゼロ電圧を発生させる。このため、回転子の初期磁極位置の推定時間を短縮することができる。   Further, the calculation means 3 matches the three phases of the voltage command vector with the three phases of the synchronous motor 1 and sets the other three phases of the voltage command vector between adjacent phases of the three phases of the synchronous motor 1. Set to the intermediate phase. For this reason, the voltage command to the circuit means 2 can be simplified. In addition, when the pulse voltage for estimating the initial magnetic pole position is switched, the calculation means 3 turns off all the gates of the switching elements of each phase and generates a zero voltage. For this reason, the estimation time of the initial magnetic pole position of the rotor can be shortened.

実施の形態2.
図15はこの発明の実施の形態2における同期電動機の磁極位置推定装置の推定誤差を説明するための図である。図16はこの発明の実施の形態2における同期電動機の磁極位置推定装置の全体構成図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 15 is a diagram for explaining an estimation error of the magnetic pole position estimation device for a synchronous motor according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 16 is an overall configuration diagram of a magnetic pole position estimating apparatus for a synchronous motor according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of Embodiment 1, or an equivalent, and description is abbreviate | omitted.

通常、同期電動機1の製造個体差により磁気飽和の容易性は異なる。この場合、図15に示すように、電流制御用位相θ1、θ2の差分27の平均値28が許容誤差の範囲外となっていても、電流制御用位相θ1、θ2の差分27の平均値28の振幅が許容誤差γの振幅の2倍以内であれば、推定のばらつきが安定していると考えることができる。そこで、実施の形態2においては、差分27の平均値28を磁極推定位置のオフセット値とすることで、回転子の磁極位置の推定精度をより高める構成とした。   Usually, the easiness of magnetic saturation varies depending on individual manufacturing differences of the synchronous motor 1. In this case, as shown in FIG. 15, even if the average value 28 of the difference 27 between the current control phases θ1 and θ2 is outside the allowable error range, the average value 28 of the difference 27 between the current control phases θ1 and θ2 Can be considered to be stable in the estimation variation. Therefore, in the second embodiment, the average value 28 of the difference 27 is used as the offset value of the magnetic pole estimation position, thereby increasing the estimation accuracy of the magnetic pole position of the rotor.

具体的には、実施の形態2における磁極位置推定装置においては、図16に示すように、実施の形態1の磁極位置推定装置に誤差最大値最小値記憶手段29と補正値δ設定手段30とが付加される。誤差最大値最小値記憶手段29は、誤差記憶手段19に記憶された電流制御用位相θ1、θ2の差分27の最大値Emaxと最小値Eminとを抽出して記憶する機能を備える。補正値δ設定手段30は、初期状態において補正値δが0設定されている。   Specifically, in the magnetic pole position estimation apparatus in the second embodiment, as shown in FIG. 16, the maximum error value minimum value storage means 29, the correction value δ setting means 30 and the magnetic pole position estimation apparatus in the first embodiment Is added. The error maximum value / minimum value storage unit 29 has a function of extracting and storing the maximum value Emax and the minimum value Emin of the difference 27 between the current control phases θ1 and θ2 stored in the error storage unit 19. The correction value δ setting means 30 has the correction value δ set to 0 in the initial state.

かかる構成の磁極位置推定装置においては、最大値Emaxと最小値Eminの差分が許容誤差γの振幅の2倍以内である場合、パルス幅判断手段22は、補正値δ設定手段30に補正値δとして電流制御用位相θ1、θ2の差分27の平均値28を再設定する。そして、位相演算装置15は、回転子の回転量とともに電流制御用位相θ1、θ2の差分27の平均値28を磁極位置の推定値に加算して制御位相を演算する。   In the magnetic pole position estimation apparatus having such a configuration, when the difference between the maximum value Emax and the minimum value Emin is within twice the amplitude of the allowable error γ, the pulse width determination unit 22 supplies the correction value δ setting unit 30 with the correction value δ. Then, the average value 28 of the difference 27 between the current control phases θ1 and θ2 is reset. Then, the phase calculating device 15 calculates the control phase by adding the average value 28 of the difference 27 between the current control phases θ1 and θ2 together with the rotation amount of the rotor to the estimated value of the magnetic pole position.

以上で説明した実施の形態2によれば、電流制御用位相θ1、θ2の差分27の平均値28がオフセットしている場合でも、パルス電圧のオン時間を大きくすることなく、高い精度で回転子の初期磁極位置を推定することができる。   According to the second embodiment described above, even when the average value 28 of the difference 27 between the current control phases θ1 and θ2 is offset, the rotor is highly accurate without increasing the on-time of the pulse voltage. The initial magnetic pole position can be estimated.

例えば、エレベータ用途では、据付段階の各階停止運転で数往復運転させることで、パルス電圧のオン時間の設定と補正値δによる推定磁極位置の補正とを行うことができる。このため、エレベータの据付作業の効率化を図ることができる。   For example, in an elevator application, setting the ON time of the pulse voltage and correcting the estimated magnetic pole position with the correction value δ can be performed by performing several reciprocating operations at each floor stop operation at the installation stage. For this reason, the efficiency of the installation work of an elevator can be achieved.

1 同期電動機、 2 回路手段、 3 演算手段 4 電流検出手段、
5 記憶手段、 6 推定手段、 7 逆正接θ*、 8〜11 電流値、
12 電流ベクトル、 13 平均ベクトル、 14 エンコーダ、
15 位相演算手段、 16 電流制御器、 17 基準信号入力時ラッチ手段、
18 誤差検出手段、 19 誤差記憶手段、 20 誤差平均演算手段、
21 誤差許容値記憶手段、 22 パルス幅判断手段、
23 パルス電圧印加条件変更手段、 24 電圧制御手段、 25 許容誤差の上限、26 許容誤差の下限、 27 電流制御用位相θ1、θ2の差分、
28 差分の平均値、 29 誤差最大値最小値記憶手段、 30 補正値δ設定手段、
1 synchronous motor, 2 circuit means, 3 calculation means, 4 current detection means,
5 storage means, 6 estimation means, 7 arc tangent θ *, 8-11 current value,
12 current vectors, 13 average vectors, 14 encoders,
15 phase calculation means, 16 current controller, 17 reference signal input latch means,
18 error detection means, 19 error storage means, 20 error average calculation means,
21 error tolerance storage means, 22 pulse width judgment means,
23 pulse voltage application condition changing means, 24 voltage control means, 25 upper limit of allowable error, 26 lower limit of allowable error, 27 difference of current control phases θ1, θ2,
28 average value of difference, 29 error maximum value minimum value storage means, 30 correction value δ setting means,

Claims (7)

同期電動機の各相に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧に応答して前記各相に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
360度を均等分割した位相差を有した同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶した記憶手段と、
前記電圧印加手段に、前記電圧指令ベクトルを変換した電圧指令に基づいて、前記各相に複数の磁極位置推定用のパルス電圧を順次切り換えて印加させる電圧制御手段と、
前記複数の磁極位置推定用のパルス電圧に同期して前記各相に流れる電流の振幅に基づいて複数の電流ベクトルを演算し、
前記複数の電圧指令ベクトルにそれぞれ応答した前記複数の電流ベクトルの平均ベクトルの位相に基づいて、前記回転子の磁極位置を推定する推定手段と、
前記推定手段による前記磁極位置の推定後に前記回転子が回転したときに、前記同期電動機に設けられたエンコーダのパルスカウントから得られた前記回転子の回転量を前記磁極位置の推定値に加算して制御位相を演算する位相演算手段と、
前記エンコーダの基準信号の入力直前及び直後に前記位相演算手段に演算された制御位相の差分が予め設定された許容誤差内になるように、前記パルス電圧のオン時間を変更するパルス電圧印加条件変更手段と、
を備えたことを特徴とする同期電動機の磁極位置推定装置。
Voltage application means for applying a voltage to each phase of the synchronous motor;
Current detection means for detecting a current value flowing in each phase in response to the voltage;
Storage means for storing a plurality of voltage command vectors of the same amplitude having a phase difference obtained by equally dividing 360 degrees;
Voltage control means for causing the voltage application means to sequentially switch and apply a plurality of magnetic pole position estimation pulse voltages to each phase based on a voltage command obtained by converting the voltage command vector;
Calculate a plurality of current vectors based on the amplitude of the current flowing in each phase in synchronization with the plurality of magnetic pole position estimation pulse voltages,
Estimating means for estimating a magnetic pole position of the rotor based on a phase of an average vector of the plurality of current vectors respectively responding to the plurality of voltage command vectors;
When the rotor rotates after the magnetic pole position is estimated by the estimating means, the rotation amount of the rotor obtained from the pulse count of the encoder provided in the synchronous motor is added to the estimated value of the magnetic pole position. Phase calculating means for calculating the control phase using
Change of pulse voltage application condition for changing the ON time of the pulse voltage so that the difference of the control phase calculated by the phase calculation means immediately before and after the input of the reference signal of the encoder is within a preset tolerance. Means,
A magnetic pole position estimation device for a synchronous motor, comprising:
前記パルス電圧印加条件変更手段は、前記磁極位置の推定を複数回行って得られた複数の前記差分の平均値が前記許容誤差内になるように、前記パルス電圧のオン時間を変更することを特徴とする請求項1記載の同期電動機の磁極位置推定装置。   The pulse voltage application condition changing means changes the ON time of the pulse voltage so that an average value of a plurality of the differences obtained by performing the estimation of the magnetic pole position a plurality of times is within the allowable error. 2. The magnetic pole position estimating apparatus for a synchronous motor according to claim 1, wherein 前記パルス電圧印加条件変更手段は、前記差分の平均値が前記許容誤差外のときに、前記オン時間を予め設定された分だけ長くすることを特徴とする請求項2記載の同期電動機の磁極位置推定装置。   3. The magnetic pole position of the synchronous motor according to claim 2, wherein the pulse voltage application condition changing unit increases the ON time by a preset amount when the average value of the differences is outside the allowable error. Estimating device. 前記位相演算装置は、前記差分の最大値と最小値との差が前記許容誤差の振幅の2倍以内の場合は、前記回転子の回転量とともに前記差分の平均値を前記磁極位置の推定値に加算して前記制御位相を演算することを特徴とする請求項2又は請求項3のいずれかに記載の同期電動機の磁極位置推定装置。   When the difference between the maximum value and the minimum value of the difference is within twice the amplitude of the allowable error, the phase calculation device calculates the average value of the difference together with the rotation amount of the rotor as an estimated value of the magnetic pole position. 4. The magnetic pole position estimation device for a synchronous motor according to claim 2, wherein the control phase is calculated by adding to the control phase. 5. 前記同期電動機は、3相を有し、
前記推定手段は、前記磁極位置推定用のパルス電圧に同期して前記3相に流れる電流の振幅のうちの2相に流れる電流の振幅に基づいて座標変換により前記電流ベクトルを演算することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の同期電動機の磁極推定装置。
The synchronous motor has three phases,
The estimation means calculates the current vector by coordinate conversion based on the amplitude of the current flowing in two phases of the amplitude of the current flowing in the three phases in synchronization with the pulse voltage for estimating the magnetic pole position. The magnetic pole estimation apparatus for a synchronous motor according to any one of claims 1 to 4.
前記記憶手段は、360度を均等に6分割した位相差を有した同振幅の複数の電圧指令ベクトルを記憶し、
前記電圧制御手段は、前記電圧指令ベクトルの3つの位相を、前記3相の位相に合わせ、前記電圧指令ベクトルの他の3つの位相を、前記3相のうちの隣接する相間の中間位相に合わせることを特徴とする請求項5記載の同期電動機の磁極位置推定装置。
The storage means stores a plurality of voltage command vectors having the same amplitude having a phase difference obtained by equally dividing 360 degrees into six parts,
The voltage control unit matches the three phases of the voltage command vector with the phase of the three phases, and matches the other three phases of the voltage command vector with an intermediate phase between adjacent phases of the three phases. 6. The magnetic pole position estimating apparatus for a synchronous motor according to claim 5, wherein:
前記電圧制御手段は、前記磁極位置推定用のパルス電圧の切り換え時に、前記各相のスイッチング素子の全ゲートをオフしてゼロ電圧を発生させることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の同期電動機の磁極位置推定装置。   7. The voltage control unit according to claim 1, wherein when switching the pulse voltage for estimating the magnetic pole position, all the gates of the switching elements of each phase are turned off to generate a zero voltage. A magnetic pole position estimating device for a synchronous motor according to claim 1.
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