JP5619225B1 - Control device for synchronous motor - Google Patents

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Abstract

【課題】磁気的突極性を有しない、もしくは磁気的突極性が低い同期電動機において、外乱等の影響を受けて磁極位置の推定精度が悪化した場合に電動機の制御を停止させるか、電動機の制御を行うに十分な精度が得られるように再度推定を行う。【解決手段】同期電動機の制御装置は、バイアス電流をモータ107に印加して暫定的に磁極位置θ1を推定する第一の磁極位置推定部111と、磁極位置θ1を初期位相としてバイアス電流を流し、収斂演算によりバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を所定値に収斂させることで磁極位置θ2を推定する第二の磁極位置推定部1101と、磁極位置θ1と磁極位置θ2との差分に基づいてモータ107の駆動を制御する駆動制御部1514とを備える。【選択図】 図16In a synchronous motor having no magnetic saliency or low magnetic saliency, the control of the motor is stopped or the motor control is stopped when the estimation accuracy of the magnetic pole position deteriorates due to the influence of a disturbance or the like. The estimation is performed again so that sufficient accuracy can be obtained. A control apparatus for a synchronous motor applies a bias current to a motor 107 to temporarily estimate a magnetic pole position θ1, and passes a bias current with the magnetic pole position θ1 as an initial phase. , A second magnetic pole position estimator 1101 that estimates the magnetic pole position θ2 by converging the feature quantity related to the phase difference between the bias current phase and the magnetic pole position to a predetermined value by the convergence calculation, and the magnetic pole position θ1 and the magnetic pole position θ2 And a drive control unit 1514 that controls the drive of the motor 107 based on the difference between them. [Selection] FIG.

Description

本発明の実施形態は、例えばエレベータの巻上機などに用いられる同期電動機の制御装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a control device for a synchronous motor used in, for example, an elevator hoist.

一般に、同期電動機の制御装置では、回転角度センサを用いて回転角度を計測し、その回転角度に同期した電流を流すことによって同期電動機を駆動している。一方、コスト、設置スペース、信頼性等の問題により、回転角度センサを用いない「センサレス制御」の技術が開発されている。   In general, in a control device for a synchronous motor, the rotation angle is measured using a rotation angle sensor, and the synchronous motor is driven by supplying a current synchronized with the rotation angle. On the other hand, due to problems such as cost, installation space, and reliability, a “sensorless control” technique that does not use a rotation angle sensor has been developed.

この技術の一つに、特に同期電動機の停止・低速時に、回転子の磁気的突極性を利用して同期電動機に高周波電圧を印加した時の高周波電流に基づいて磁極位置を推定する技術、および磁気飽和現象を利用して磁極の極性を判別する技術がある。   One of the techniques is a technique for estimating the magnetic pole position based on a high-frequency current when a high-frequency voltage is applied to the synchronous motor by using the magnetic saliency of the rotor, especially when the synchronous motor is stopped and at a low speed, and There is a technique for discriminating the polarity of a magnetic pole using a magnetic saturation phenomenon.

ここで、磁気的突極性と磁気飽和現象について簡単に説明しておく。   Here, the magnetic saliency and the magnetic saturation phenomenon will be briefly described.

磁気的突極性のある/なしは、磁束が通りやすいか否かで決まる。磁石は磁束が通りにくい物質である。これに対し、磁石を囲む鉄心は磁束が通りやすい。磁束の通りやすさは、インダクタンスLの大きさで表れる。つまり、磁石のある方向は磁束が通りにくく、インダクタンスLの値が小さい。一方、鉄心のある方向は磁束が通りやすく、インダクタンスLの値が大きい。このように方向によって磁束の通りやすさに違いがあるものを「磁気的突極性あり」と呼んでいる。   The presence / absence of magnetic saliency depends on whether or not the magnetic flux easily passes. Magnets are materials that do not easily pass magnetic flux. On the other hand, the magnetic flux easily passes through the iron core surrounding the magnet. The ease of passing the magnetic flux is expressed by the size of the inductance L. That is, it is difficult for magnetic flux to pass in a certain direction of the magnet, and the value of the inductance L is small. On the other hand, the magnetic flux easily passes in the direction in which the iron core is present, and the value of inductance L is large. Such a difference in the passage of magnetic flux depending on the direction is called “magnetic saliency”.

「磁気的突極性あり」の場合、モータが回転している場合もしくは低速のときでも電気的特性があるので、dq軸のインダクタンスLdLqに基づいて磁極位置を推定することができる。   In the case of “with magnetic saliency”, since there is an electrical characteristic even when the motor is rotating or at a low speed, the magnetic pole position can be estimated based on the inductance LdLq of the dq axis.

「磁気飽和現象」とは、磁性体の中で磁束が過密しすぎて、磁束が流れにくくなる現象のことである。磁石は、元々磁束を通しにくい物質である。したがって、埋め込み磁石型のモータの場合、固定子コイルに流す電流による磁束を、回転子に対して一周させて磁束の通りやすさをインダクタンスLから検出すれば、磁石が発する磁束と固定子コイルが発する磁束が同じ方向のときに磁束の通りやすさ、すなわちインダクタンスL最も少なくなる。これを利用して、センサレスで磁極位置を推測できる。なお、「磁極位置を推測(検出)する」とは、「回転角度を推測(検出)」と同じ意味である。   “Magnetic saturation phenomenon” refers to a phenomenon in which magnetic flux is too dense in a magnetic material, making it difficult for the magnetic flux to flow. A magnet is originally a material that is difficult to pass magnetic flux. Therefore, in the case of an embedded magnet type motor, if the magnetic flux caused by the current flowing through the stator coil is made to go around the rotor and the ease of passing the magnetic flux is detected from the inductance L, the magnetic flux generated by the magnet and the stator coil are When the generated magnetic flux is in the same direction, the ease of passing the magnetic flux, that is, the inductance L is minimized. By utilizing this, the magnetic pole position can be estimated without a sensor. Note that “estimating (detecting) the magnetic pole position” has the same meaning as “estimating (detecting) the rotation angle”.

また、回転角度センサとして、PG(Pulse Generator)を用いた制御システムがある。この制御システムでは、PGからモータの回転に応じて出力されるパルスをカウントして回転角度を算出する。しかし、パルスをカウントすることで変位量しかわからない。絶対角度を求めるためには、通常1回転に1回のみ出力されるZパルスを検出する必要があるため、制御が難しいという問題がある。   There is also a control system using a PG (Pulse Generator) as a rotation angle sensor. In this control system, the rotation angle is calculated by counting pulses output from the PG in accordance with the rotation of the motor. However, only the displacement is known by counting the pulses. In order to obtain the absolute angle, it is usually necessary to detect a Z pulse that is output only once per rotation, and thus there is a problem that control is difficult.

このような問題に解決するために、上述のセンサレス制御技術を応用して磁極位置を推定し、PGの初期位置として設定するという技術がある。   In order to solve such a problem, there is a technique of estimating the magnetic pole position by applying the sensorless control technique described above and setting it as the initial position of PG.

また、永久磁石同期電動機において、回転子に磁気的突極性のないSPMSM(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor:表面磁石型モータ)では、磁気的突極性を利用して磁極位置を推定することが原理的に不可能となる。そこで、磁気飽和現象を利用することによって、SPMSMでも磁極位置の推定を実現した技術がある。   In addition, in a permanent magnet synchronous motor, in SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor) in which the rotor has no magnetic saliency, in principle, the magnetic pole position is estimated using the magnetic saliency. It becomes impossible. Therefore, there is a technique that realizes estimation of the magnetic pole position even in SPMSM by utilizing the magnetic saturation phenomenon.

これは、所定の方向と大きさをもつ正負の電圧ベクトルを与えた時に、それぞれの電圧ベクトルによって流れた電流によって、正負の電圧ベクトルのどちらかでのみ磁気飽和が発生し、電流のピーク値に差異が発生することを利用して磁極位置を推定するものである。   This is because when a positive and negative voltage vector having a predetermined direction and magnitude is given, magnetic saturation occurs only in one of the positive and negative voltage vectors due to the current flowing through each voltage vector, and the current peak value is obtained. The magnetic pole position is estimated by utilizing the occurrence of the difference.

特許第3312472号公報Japanese Patent No. 3312472 特許第3401155号公報Japanese Patent No. 3401155 特許第3213751号公報Japanese Patent No. 3213751 特許第4211133号公報Japanese Patent No. 4211133

しかしながら、上記技術では、電圧ベクトルの印加のみで磁気飽和を発生させるため、電流値を精度よく制御できない。したがって、必ずしも正確に磁気飽和現象を利用できない場合がある。例えば電圧ベクトルが大きすぎるか、出力の時間幅が長すぎると、電流が増大しすぎることにより、正負どちらの電圧ベクトルでも磁気飽和が発生する。このため、電流ピーク値に明確な差が表れにくいため、磁極位置を正確に推定することができない。   However, in the above technique, since the magnetic saturation is generated only by applying the voltage vector, the current value cannot be accurately controlled. Therefore, the magnetic saturation phenomenon may not always be used accurately. For example, if the voltage vector is too large or the output time width is too long, the current increases too much, and magnetic saturation occurs in both positive and negative voltage vectors. For this reason, since a clear difference is difficult to appear in the current peak value, the magnetic pole position cannot be estimated accurately.

逆に、電圧ベクトルが小さすぎるか、時間幅が短すぎると、電流が小さいままになり、正負どちらの電圧ベクトルでも磁気飽和が発生しない。したがって、上記同様に電流ピーク値に明確な差が表れず、磁極位置を正確に推定することができない。   Conversely, if the voltage vector is too small or the time width is too short, the current remains small, and no magnetic saturation occurs with either positive or negative voltage vector. Therefore, no clear difference appears in the current peak value as described above, and the magnetic pole position cannot be accurately estimated.

特に、電動機が変わった場合には、電動機定数や磁気飽和特性が変わる。このため、最適な電圧ベクトルの大きさと出力時間を調査して設定し直す必要があり、手間がかかる上、製造誤差などによって必ずしも最適な電流値になるとは限らない。   In particular, when the motor changes, the motor constant and magnetic saturation characteristics change. For this reason, it is necessary to investigate and reset the optimum voltage vector size and output time, which is time consuming and does not necessarily result in an optimum current value due to manufacturing errors.

本発明が解決しようとする課題は、磁気的突極性を有しない、もしくは磁気的突極性が低い同期電動機において、外乱等の影響を受けて磁極位置の推定精度が悪化した場合に電動機の制御を停止させるか、電動機の制御を行うに十分な精度が得られるように再度推定を行うようにした同期電動機の制御装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to control a motor in a synchronous motor having no magnetic saliency or having a low magnetic saliency when the estimation accuracy of the magnetic pole position deteriorates due to the influence of a disturbance or the like. It is an object of the present invention to provide a control apparatus for a synchronous motor that is stopped or re-estimated so as to obtain sufficient accuracy for controlling the motor.

本実施形態に係る同期電動機の制御装置は、所定の大きさで位相が0から360度まで変化するバイアス電流を同期電動機に流し、上記バイアス電流の電流動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と、上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいて、バイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求め、上記インダクタンス相当値が極値となるバイアス電流位相を第一の磁極位置として推定する第一の磁極位置推定手段と、この第一の磁極位置推定手段によって推定された第1の磁極位置を初期位相として所定の大きさのバイアス電流を流し、上記バイアス電流の動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいてバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を演算し、上記特徴量が所定値に収斂するようバイアス電流位相を修正する収斂演算を行い、その収斂結果として得られるバイアス電流位相を第二の磁極位置として推定し、この第二の磁極位置を上記同期電動機の磁極位置として決定する第二の磁極位置推定手段と、上記第一の磁極位置推定手段によって推定された第一の磁極位置と上記第二の磁極位置推定手段によって推定された第二の磁極位置との差分に基づいて上記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段とを備える。   The control apparatus for a synchronous motor according to the present embodiment allows a bias current having a predetermined magnitude and a phase change from 0 to 360 degrees to flow through the synchronous motor so that a current change occurs near the current operating point of the bias current. Based on the applied high-frequency voltage and the high-frequency current flowing corresponding to the high-frequency voltage, an inductance equivalent value in the same phase direction as the bias current is obtained, and the bias current phase at which the inductance equivalent value is an extreme value is determined as the first value. A first magnetic pole position estimating means that estimates the magnetic pole position of the first magnetic pole position, and a bias current of a predetermined magnitude is passed with the first magnetic pole position estimated by the first magnetic pole position estimating means as an initial phase. Bias current phase based on the high-frequency voltage applied so that a current change occurs near the operating point and the high-frequency current flowing in response to the high-frequency voltage A feature value related to the phase difference from the magnetic pole position is calculated, a convergence calculation is performed to correct the bias current phase so that the feature value converges to a predetermined value, and the bias current phase obtained as a result of the convergence is calculated as the second magnetic pole position. Second magnetic pole position estimating means for estimating the second magnetic pole position as the magnetic pole position of the synchronous motor, the first magnetic pole position estimated by the first magnetic pole position estimating means and the second magnetic pole position Drive control means for controlling the drive of the synchronous motor based on the difference from the second magnetic pole position estimated by the second magnetic pole position estimation means.

図1は第1の実施形態に係る同期電動機の制御装置の第一の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration relating to a first magnetic pole position estimation unit of the control apparatus for a synchronous motor according to the first embodiment. 図2は同実施形態における同期電動機の座標系の定義を説明するための図である。FIG. 2 is a view for explaining the definition of the coordinate system of the synchronous motor in the embodiment. 図3は同実施形態における同期電動機の高周波電圧指令の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of a high-frequency voltage command of the synchronous motor in the same embodiment. 図4(a),同図(b)は同実施形態における同期電動機のバイアス電流位相角指令の波形図である。FIG. 4A and FIG. 4B are waveform diagrams of a bias current phase angle command for the synchronous motor in the same embodiment. 図5は同実施形態における同期電動機のバイアス電流の定義を説明するための図である。FIG. 5 is a view for explaining the definition of the bias current of the synchronous motor in the embodiment. 図6(a),同図(b)は同実施形態における同期電動機のバイアス電流の応答波形例を示す図である。FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing examples of response waveforms of the bias current of the synchronous motor in the same embodiment. 図7は同実施形態における同期電動機の制御装置による第一の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a first magnetic pole position estimation process performed by the synchronous motor control apparatus according to the embodiment. 図8は同実施形態における同期電動機の制御装置による第二の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a second magnetic pole position estimation process by the synchronous motor control apparatus according to the embodiment. 図9は同実施形態における同期電動機としてSPMSMの構成を模式的に示した断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the SPMSM as the synchronous motor in the embodiment. 図10は同実施形態における同期電動機のバイアス電流に対する磁束特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing magnetic flux characteristics with respect to the bias current of the synchronous motor in the same embodiment. 図11は同実施形態における同期電動機のバイアス電流の位相角とインダクタンスとの関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the phase angle of the bias current and the inductance of the synchronous motor in the same embodiment. 図12は同実施形態における同期電動機の制御装置の第二の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration relating to a second magnetic pole position estimation unit of the control apparatus for the synchronous motor in the same embodiment. 図13は同実施形態における同期電動機の座標系の定義を説明するための図である。FIG. 13 is a view for explaining the definition of the coordinate system of the synchronous motor in the embodiment. 図14(a),同図(b)は同実施形態における同期電動機の特徴量の特性を示す図である。FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams showing characteristics of the characteristic amount of the synchronous motor in the same embodiment. 図15は同実施形態における同期電動機の制御装置の第二の磁極位置推定部による収斂演算の構成を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the convergence calculation by the second magnetic pole position estimation unit of the synchronous motor control apparatus according to the embodiment. 図16は同実施形態における同期電動機の制御装置の磁極位置比較部分の構成を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a magnetic pole position comparison portion of the synchronous motor control device according to the embodiment. 図17は第2の実施形態に係る同期電動機の制御装置の磁極位置推定処理の繰り返し機構の構成を示すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of a repetitive mechanism of magnetic pole position estimation processing of the synchronous motor control device according to the second embodiment. 図18は第2の実施形態における同期電動機の制御装置による第一の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart showing a first magnetic pole position estimation process performed by the synchronous motor control apparatus according to the second embodiment. 図19は第2の実施形態における同期電動機の制御装置による第二の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。FIG. 19 is a flowchart showing a second magnetic pole position estimation process performed by the synchronous motor control apparatus according to the second embodiment. 図20は第3の実施形態における同期電動機の制御装置による第一の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。FIG. 20 is a flowchart showing a first magnetic pole position estimation process performed by the synchronous motor control apparatus according to the third embodiment. 図21は第3の実施形態における同期電動機の制御装置による第二の磁極位置推定処理を示すフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart showing a second magnetic pole position estimation process performed by the synchronous motor control apparatus according to the third embodiment. 図22は第3の同実施形態における特徴量の特性の乱れを説明するための図である。FIG. 22 is a diagram for explaining the disturbance of the characteristic amount characteristic in the third embodiment.

以下、図面を参照して実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
本実施形態における同期電動機の制御装置には、第一の磁極位置推定部と第二の磁極位置推定部が備えられている。以下では、(a)第一の磁極位置推定部の構成、(b)第二の磁極位置推定部の構成に分けて詳しく説明する。なお、便宜的に第一の磁極位置推定部の構成(図1)と第二の磁極位置推定部の構成(図12)に分けて説明するが、同じ制御装置に備えられているものである。
(First embodiment)
The control apparatus for a synchronous motor in the present embodiment includes a first magnetic pole position estimation unit and a second magnetic pole position estimation unit. Below, it explains in detail divided into (a) the configuration of the first magnetic pole position estimation unit and (b) the configuration of the second magnetic pole position estimation unit. For convenience, the configuration of the first magnetic pole position estimation unit (FIG. 1) and the configuration of the second magnetic pole position estimation unit (FIG. 12) will be described separately, but they are provided in the same control device. .

後述するように、第一の磁極位置推定部では、バイアス電流を同期電動機に印加して暫定的に磁極位置θ1を推定する。第二の磁極位置推定部では、第一の磁極位置推定部によって推定された磁極位置θ1を初期位相としてバイアス電流を流し、収斂演算によりバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を所定値に収斂させることで磁極位置θ2を推定する。この磁極位置θ2が最終的に正確な位置として検出されることになる。   As will be described later, the first magnetic pole position estimation unit provisionally estimates the magnetic pole position θ1 by applying a bias current to the synchronous motor. The second magnetic pole position estimation unit causes a bias current to flow with the magnetic pole position θ1 estimated by the first magnetic pole position estimation unit as an initial phase, and features related to the phase difference between the bias current phase and the magnetic pole position by convergence calculation Is converged to a predetermined value to estimate the magnetic pole position θ2. This magnetic pole position θ2 is finally detected as an accurate position.

(a)第一の磁極位置推定部の構成
まず、第一の磁極位置推定部の構成について説明する。
(A) Configuration of First Magnetic Pole Position Estimation Unit First, the configuration of the first magnetic pole position estimation unit will be described.

図1は第1の実施形態に係る同期電動機の制御装置の第一の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration relating to a first magnetic pole position estimation unit of the control apparatus for a synchronous motor according to the first embodiment.

モータ駆動手段としてインバータ105が備えられている。このインバータ105は、三角波PWM変調部104からのインバータ駆動用のゲート指令を入力とし、図示せぬ主回路スイッチング素子のON/OFFを切替えることによって、交流/直流電力を相互に変換してモータ107を駆動する。   An inverter 105 is provided as motor driving means. This inverter 105 receives a gate command for driving the inverter from the triangular wave PWM modulation unit 104 as input, and switches AC / DC power to each other by switching ON / OFF of a main circuit switching element (not shown) so that the motor 107 Drive.

モータ107は、SM(同期電動機)もしくはPMSM(永久磁石同期電動機)など、回転子の回転に同期して固定子に回転磁界を励磁する電動機である。このモータ107のUVWの各励磁相に流れる3相交流電流によって回転磁界が発生し、回転子との磁気的相互作用により回転トルクが出力される。   The motor 107 is an electric motor such as SM (synchronous motor) or PMSM (permanent magnet synchronous motor) that excites a rotating magnetic field in the stator in synchronization with the rotation of the rotor. A rotating magnetic field is generated by a three-phase alternating current flowing in each excitation phase of the UVW of the motor 107, and rotating torque is output by magnetic interaction with the rotor.

以下では、PMSMを例に説明する。なお、SMを用いる場合でも、モデル上は回転子の界磁が永久磁石によって作られるか界磁コイルによって作られるかの違いだけであるので、同一のモデルを適用可能である。   Hereinafter, PMSM will be described as an example. Even when SM is used, the same model can be applied because only the difference in the rotor field is made by a permanent magnet or a field coil on the model.

電流検出部106aおよび106bは、モータ107に流れる3相交流電流のうち2相もしくは3相の電流応答値を検出する。図1の例では2相の電流を検出する構成を示している。ブレーキ108は、モータ107の回転子の回転を固定する。   Current detectors 106 a and 106 b detect a two-phase or three-phase current response value of the three-phase AC current flowing through motor 107. The example of FIG. 1 shows a configuration for detecting a two-phase current. The brake 108 fixes the rotation of the rotor of the motor 107.

磁極位置検出部109は、エンコーダ等の回転角度センサによって、回転子(ロータ)の回転角を検出する。座標変換部(αβ/UVW)103aおよび座標変換部(UVW/αβ)103bは、三相固定座標系と直交2軸(αβ軸)の固定座標系の座標変換を行う。   The magnetic pole position detection unit 109 detects the rotation angle of the rotor (rotor) using a rotation angle sensor such as an encoder. The coordinate conversion unit (αβ / UVW) 103a and the coordinate conversion unit (UVW / αβ) 103b perform coordinate conversion between a three-phase fixed coordinate system and a fixed coordinate system having two orthogonal axes (αβ axes).

ここで、本実施形態における同期電動機の座標系の定義を図2に示す。
固定子コイル201a、201b、201cは、それぞれ固定子のU相、V相、W相のコイルである。αβ軸固定座標系202は、α軸がU相方向と一致し、β軸が90度位相の進んだ座標系である。dq軸回転座標系203は、d軸が回転子204の磁極位置の方向と一致し、q軸が90度位相の進んだ座標系である。α軸とd軸の位相差が回転角度θである。
Here, the definition of the coordinate system of the synchronous motor in this embodiment is shown in FIG.
Stator coils 201a, 201b, and 201c are U-phase, V-phase, and W-phase coils of the stator, respectively. The αβ-axis fixed coordinate system 202 is a coordinate system in which the α-axis coincides with the U-phase direction and the β-axis advances 90 degrees in phase. The dq-axis rotating coordinate system 203 is a coordinate system in which the d-axis coincides with the direction of the magnetic pole position of the rotor 204 and the q-axis advances 90 degrees in phase. The phase difference between the α axis and the d axis is the rotation angle θ m .

図1において、電圧指令値を座標変換する座標変換部(αβ/UVW)103aにおける変換処理を式1に示す。電流応答値を変換する座標変換部(UVW/αβ)103bにおける変換処理を式2に示す。

Figure 0005619225
In FIG. 1, a conversion process in a coordinate conversion unit (αβ / UVW) 103a that performs coordinate conversion of the voltage command value is shown in Equation 1. Expression 2 shows a conversion process in the coordinate conversion unit (UVW / αβ) 103b for converting the current response value.
Figure 0005619225

Figure 0005619225
Figure 0005619225

電流制御部102は、電流応答値iα,iβと電流指令値iαref,iβrefを比較し、電圧指令値vα,vβを決定する。電流制御部102における一般的な演算処理は、PI制御器を用いて式3のように表される。

Figure 0005619225
The current control unit 102 compares the current response values i α and i β with the current command values i αref and i βref to determine the voltage command values v α and v β . A general calculation process in the current control unit 102 is expressed by Equation 3 using a PI controller.
Figure 0005619225

ここでKp,Kiはそれぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、sはラプラス演算子である。   Here, Kp and Ki are a proportional gain and an integral gain, respectively, and s is a Laplace operator.

三角波PWM変調部104は、モータ107を駆動するための3相電圧指令値を三角波PWMによって変調し、インバータ105の各相スイッチング素子のON/OFF指令であるゲート信号を出力する。   Triangular wave PWM modulation unit 104 modulates a three-phase voltage command value for driving motor 107 with triangular wave PWM, and outputs a gate signal that is an ON / OFF command for each phase switching element of inverter 105.

高周波電圧重畳部113は、例えば図3に示す振幅一定の波形の高周波電圧指令vα_hfおよびvβ_hfを計算する。高周波電圧指令vα_hfおよびvβ_hfに電流制御出力であるvα0およびvβ0が加算されて、新たな電圧指令vαおよびvβが生成される。 The high frequency voltage superimposing unit 113 calculates, for example, high frequency voltage commands v α_hf and v β_hf having a constant amplitude waveform shown in FIG. The current control outputs v α0 and v β0 are added to the high frequency voltage commands v α_hf and v β_hf to generate new voltage commands v α and v β .

図3の高周波電圧指令vα_hfおよびvβ_hfは、式4のように表すことができる。

Figure 0005619225
The high-frequency voltage commands v α_hf and v β_hf in FIG. 3 can be expressed as in Expression 4.
Figure 0005619225

ここで、ωhfは高周波の角周波数、Hは高周波の振幅であり、どちらも予め設定した値である。tは時間である。Hは、この高周波電圧によって流れる高周波電流が後述するバイアス電流指令値と比較して十分小さい振幅となる値に設定することが望ましい。これは、高周波電流によってバイアス電流が小さくなりすぎてしまうと、モータの磁気飽和現象が緩和されてしまい、磁極位置の推定が正確に行えなくなるためである。 Here, ω hf is a high-frequency angular frequency, and H v is a high-frequency amplitude, both of which are preset values. t is time. H v is preferably set to a value that high-frequency current flowing through the high-frequency voltage is sufficiently small amplitude as compared with the bias current command value to be described later. This is because if the bias current becomes too small due to the high frequency current, the magnetic saturation phenomenon of the motor is alleviated and the magnetic pole position cannot be estimated accurately.

バイアス電流指令生成部101は、予め設定した振幅指令Ibiasとバイアス電流位相角指令生成部112の出力である位相角指令値θbiasを入力とし、式5により電流指令iαrefおよびiβrefを生成する。

Figure 0005619225
The bias current command generation unit 101 receives the preset amplitude command I bias and the phase angle command value θ bias which is the output of the bias current phase angle command generation unit 112 as inputs, and generates current commands i αref and i βref by Equation 5. To do.
Figure 0005619225

バイアス電流位相角指令生成部112は、連続的もしくは断続的に時間変化する位相角指令値θbiasを出力する。例えば図4(a)に示すように、0〜360°を連続的に出力しても良いし、図4(b)のように断続的に出力しても良い。このとき、この位相角の変化速度は、式4における角周波数ωhfよりも十分低い角周波数に設定する。言い換えると、周期Tbiasが、図3中に図示する周期Thfよりも十分に長い周期となるように設定する。 The bias current phase angle command generator 112 outputs a phase angle command value θbias that changes continuously or intermittently over time. For example, as shown in FIG. 4 (a), 0 to 360 ° may be output continuously, or may be output intermittently as shown in FIG. 4 (b). At this time, the change speed of the phase angle is set to an angular frequency sufficiently lower than the angular frequency ω hf in Equation 4. In other words, the period T bias is set to be sufficiently longer than the period T hf illustrated in FIG.

図5はαβ軸固定座標系におけるバイアス電流指令の空間配置を示す図である。
高周波電圧重畳部113が生成する高周波電圧によって、図5中に示す電流動作点近傍で動作点が微小に動く高周波電流が発生することになる。
FIG. 5 is a diagram showing a spatial arrangement of bias current commands in the αβ axis fixed coordinate system.
The high frequency voltage generated by the high frequency voltage superimposing unit 113 generates a high frequency current whose operating point moves slightly in the vicinity of the current operating point shown in FIG.

図6は所定の振幅で位相を変更して、電流制御によってモータ107に流したバイアス電流の応答波形例を示す図である。
高周波電圧を重畳しているため、図6(a)に示す全体波形では、iαとiβはそれぞれ太い波形となっているが、図6(b)に示す部分的に拡大した波形図では、周期Thfの高周波波形となっている。このように、バイアス電流の位相角の変化は高周波の周期に対して十分長くとることにより、高周波成分はバイアス電流の回転の影響をほとんど受けないように構成することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a response waveform of a bias current that is changed in phase with a predetermined amplitude and is supplied to the motor 107 by current control.
Since the high frequency voltage is superimposed, in the entire waveform shown in FIG. 6 (a), i α and i β are thick waveforms, but in the partially enlarged waveform diagram shown in FIG. 6 (b). The high-frequency waveform has a period T hf . As described above, the change in the phase angle of the bias current is sufficiently long with respect to the cycle of the high frequency, so that the high frequency component is hardly affected by the rotation of the bias current.

高周波電流検出部110は、一般的なハイパスフィルタやバンドパスフィルタによって、高周波電圧と同じ周波数の高周波電流iα_hfとiβ_hfを検出する。フィルタのカットオフ周波数は、少なくともバイアス電流の変化成分を除去できる高い周波数に設定する。バンドパスフィルタの場合、高域側のカットオフ周波数は電流検出部106aおよび106bにおける検出ノイズをカットする周波数に設定する。 The high-frequency current detection unit 110 detects high-frequency currents i α_hf and i β_hf having the same frequency as the high-frequency voltage using a general high-pass filter or band-pass filter. The cut-off frequency of the filter is set to a high frequency that can remove at least a change component of the bias current. In the case of a bandpass filter, the cutoff frequency on the high frequency side is set to a frequency that cuts detection noise in the current detection units 106a and 106b.

第一の磁極位置推定部111は、バイアス電流方向のインダクタンス相当値Lbiasを演算する。すなわち、第一の磁極位置推定部111は、高周波電流検出部110で検出した高周波電流のバイアス電流の方向θbiasの成分ihf_biasを式6のように演算し、この成分の振幅値Ihf_biasを計測する。振幅値の計測は、例えば周期Thfの間に現れる最大値と最小値を記憶して差分を計算すれば良い。

Figure 0005619225
The first magnetic pole position estimation unit 111 calculates an inductance equivalent value L bias in the bias current direction. That is, the first magnetic pole position estimating unit 111 calculates the component i hf_bias of the bias current direction θ bias detected by the high frequency current detecting unit 110 as shown in Equation 6, and calculates the amplitude value I hf_bias of this component. measure. For example, the amplitude value may be measured by storing the maximum value and the minimum value appearing during the period Thhf and calculating the difference.
Figure 0005619225

ここで、ψは重畳した高周波電圧に対する位相差分である。   Here, ψ is a phase difference with respect to the superimposed high-frequency voltage.

続いて、第一の磁極位置推定部111は、振幅値Ihf_biasから式7のようにインダクタンス相当値Lbiasを演算する。

Figure 0005619225
Subsequently, the first magnetic pole position estimation unit 111 calculates an inductance equivalent value L bias as shown in Expression 7 from the amplitude value I hf_bias .
Figure 0005619225

高周波電圧振幅Hと角周波数ωhfを一定値とすれば、インダクタンス相当値Lbiasは高周波電流振幅Ihf_biasに反比例する。したがって、Ihf_biasをインダクタンス相当値とみなすこともできる。また、同様に、式6で表される高周波電流のゼロクロス付近の時間変化率を計測もしくは計算すれば、Ihf_biasに相当する値となるため、この時間変化率をインダクタンス相当値としても良い。 If a high frequency voltage amplitude H v and the angular frequency omega hf a constant value, an inductance equivalent value L bias is inversely proportional to the high-frequency current amplitude I hf_bias. Therefore, I hf_bias can be regarded as an inductance equivalent value. Similarly, if the time change rate in the vicinity of the zero crossing of the high-frequency current expressed by Equation 6 is measured or calculated, it becomes a value corresponding to I hf_bias . Therefore, this time change rate may be set as an inductance equivalent value.

さらに、第一の磁極位置推定部111は、バイアス電流方向θbiasが0から360度に変化する間のインダクタンス相当値Lbiasが最小値となるバイアス電流方向θbias_minを出力する。Ihf_biasをインダクタンス相当値とする場合は、これが最大値となるバイアス電流方向がθbias_minとなる。すなわち、演算したインダクタンス相当値が極値を示すバイアス電流方向をθbias_minとすれば良い。このθbias_minがモータ107の極磁位置となる。 Further, the first magnetic pole position estimation unit 111, an inductance equivalent value L bias between a bias current direction theta bias is changed from 0 to 360 degrees and outputs a bias current direction theta Bias_min as a minimum value. When I hf_bias is an inductance equivalent value, the bias current direction in which this is the maximum value is θ bias_min . That is, the bias current direction in which the calculated inductance equivalent value exhibits an extreme value may be set to θ bias — min . This θ bias_min is the pole magnetic position of the motor 107.

図7および図8は第一の実施形態における磁極位置の推定処理を示すフローチャートである。このうち、図7のステップA11〜A19は第一の磁極位置推定部111による磁極位置の推定処理を示している。   7 and 8 are flowcharts showing the magnetic pole position estimation processing in the first embodiment. Among these, steps A11 to A19 in FIG. 7 show the magnetic pole position estimation processing by the first magnetic pole position estimation unit 111.

すなわち、図1の構成の制御装置では、まず、電流および電圧の初期値をセットした状態で(ステップA11)、電流制御部102を通じてモータ107に対する電流制御を開始する(ステップA12)。また、制御装置は、高周波電圧重畳部113を通じて高周波電圧の重畳を開始する(ステップA13)
ここで、バイアス電流指令値が制御装置に入力されると(ステップA14)、所定の位相のバイアス電流がモータ107に供給され、そのバイアス電流に対して高周波電圧が印加され、同時に高周波電流が観測できるようになる。
That is, in the control device having the configuration shown in FIG. 1, first, current control for the motor 107 is started through the current control unit 102 (step A12) with initial values of current and voltage set (step A11). In addition, the control device starts superimposing the high frequency voltage through the high frequency voltage superimposing unit 113 (step A13).
When a bias current command value is input to the control device (step A14), a bias current having a predetermined phase is supplied to the motor 107, a high frequency voltage is applied to the bias current, and a high frequency current is observed at the same time. become able to.

制御装置は、この高周波電圧に対応して流れる高周波電流を検出し(ステップA15)、第一の磁極位置推定部111を通じてバイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求める(ステップA16)。詳しくは、バイアス電流の電流動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と、この高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいて、バイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求める。   The control device detects a high-frequency current flowing corresponding to this high-frequency voltage (step A15), and obtains an inductance equivalent value in the direction of the same phase as the bias current through the first magnetic pole position estimation unit 111 (step A16). Specifically, based on the high-frequency voltage applied so that a current change occurs near the current operating point of the bias current and the high-frequency current flowing corresponding to this high-frequency voltage, the inductance equivalent value in the same phase direction as the bias current Ask for.

制御装置は、バイアス電流を0から360度まで変化させながら、そのときのバイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を順次求めていく(ステップA17〜A18)。その結果、最終的にインダクタンス相当値が極値となるバイアス電流位相をモータ107の磁極位置とする(ステップA19)。このときに得られた磁極位置θ1を初期回転角度とする。   While changing the bias current from 0 to 360 degrees, the control device sequentially obtains inductance equivalent values in the same phase direction as the bias current at that time (steps A17 to A18). As a result, the bias current phase where the inductance equivalent value finally becomes an extreme value is set as the magnetic pole position of the motor 107 (step A19). The magnetic pole position θ1 obtained at this time is set as the initial rotation angle.

次に、上記構成の作用について説明する。
まず、磁気飽和現象の発生について説明する。
Next, the operation of the above configuration will be described.
First, the occurrence of the magnetic saturation phenomenon will be described.

図9はSPMSMの構成を模式的に示した断面図である。この例では、4極の表面磁石型PMSM(SPMSM)を示しており、図中の801はステータ、802はロータである。また、図中のdq軸は回転子の磁極に一致した座標系を示している。   FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the SPMSM. In this example, a 4-pole surface magnet type PMSM (SPMSM) is shown, in which 801 is a stator and 802 is a rotor. Further, the dq axis in the figure indicates a coordinate system that coincides with the magnetic pole of the rotor.

バイアス電流の磁束は、図9の状態でバイアス電流の位相を変化させた時にバイアス電流が作る磁束を模式的に表したものである。図9において、磁石磁束の方向とバイアス電流の磁束が同一方向となる(1)の状態のとき、磁気飽和が発生してバイアス電流の方向のインダクタンスは低下する。(2)および(3)の状態のときは、磁石磁束がないかバイアス電流の磁束と逆向きのため、磁気飽和が発生せず、インダクタンスの低下は起こらない。   The magnetic flux of the bias current schematically represents the magnetic flux generated by the bias current when the phase of the bias current is changed in the state of FIG. In FIG. 9, when the magnetic flux direction and the bias current magnetic flux are in the same direction (1), magnetic saturation occurs and the inductance in the bias current direction decreases. In the states (2) and (3), there is no magnet magnetic flux or a reverse direction to the magnetic flux of the bias current, so magnetic saturation does not occur and inductance does not decrease.

バイアス電流位相角をd軸正方向、q軸方向、d軸負方向の3パターンに設定した際のバイアス電流の振幅とバイアス電流方向の磁束の模式的な特性を図10に示す。   FIG. 10 shows typical characteristics of the amplitude of the bias current and the magnetic flux in the bias current direction when the bias current phase angle is set to three patterns of the d-axis positive direction, the q-axis direction, and the d-axis negative direction.

図10において、バイアス電流の振幅に対する磁束の傾きがインダクタンスである。バイアス電流を正方向に増加させれば、磁気飽和が発生して傾きが小さくなる特性となっている。この特性は、バイアス電流位相が、磁極つまりd軸に対してどの方向にあるかによって変動する。d軸を基準としたバイアス電流位相=0度つまりバイアス電流位相がd軸正方向にある時、もっとも小さいバイアス電流で磁気飽和が始まることを示している。   In FIG. 10, the gradient of the magnetic flux with respect to the amplitude of the bias current is the inductance. If the bias current is increased in the positive direction, magnetic saturation occurs and the inclination becomes smaller. This characteristic varies depending on the direction of the bias current phase with respect to the magnetic pole, that is, the d-axis. This shows that when the bias current phase with respect to the d axis is 0 degrees, that is, when the bias current phase is in the positive direction of the d axis, magnetic saturation starts with the smallest bias current.

一方、d軸負方向にバイアス電流を流した時にも、バイアス電流の振幅を増加させれば磁気飽和が発生する。このため、このバイアス電流振幅ではバイアス電流の位相の違いによるインダクタンスの差が小さくなることがわかる。   On the other hand, even when a bias current is passed in the negative direction of the d-axis, magnetic saturation occurs if the amplitude of the bias current is increased. For this reason, it can be seen that the difference in inductance due to the difference in the phase of the bias current becomes smaller at this bias current amplitude.

すなわち、バイアス電流振幅値が小さい場合(例えば図9動作点a)では、どの位相角でも磁気飽和が発生せずにインダクタンスの差が現れない。バイアス電流振幅値が大きい場合(動作点c)では、どの位相でも磁気飽和が発生してしまい、インダクタンスの差が現れなくなることになる。   That is, when the bias current amplitude value is small (for example, operating point a in FIG. 9), magnetic saturation does not occur at any phase angle and no inductance difference appears. When the bias current amplitude value is large (operating point c), magnetic saturation occurs at any phase, and the difference in inductance does not appear.

磁気飽和を利用して磁極位置を推定する場合、インダクタンスの差が明確に現れるバイアス電流を正確に流すことが重要であり、図10においては、動作点bを含む網掛け部の範囲の電流値が適切と言える。   When estimating the magnetic pole position using magnetic saturation, it is important to accurately pass a bias current in which a difference in inductance clearly appears. In FIG. 10, the current value in the range of the shaded portion including the operating point b Is appropriate.

また、磁気飽和現象について、d軸基準のバイアス電流位相角とバイアス電流方向のインダクタンスとを対応づけて図示すると、図11のようになる。   Further, regarding the magnetic saturation phenomenon, the d-axis reference bias current phase angle and the inductance in the bias current direction are shown in correspondence with each other as shown in FIG.

図11におけるバイアス電流動作点a、b、cは図9における動作点と一致している。すなわち、バイアス電流動作点bでの特性では、バイアス電流位相角とd軸の位相差がゼロ近傍の時、磁石磁束とバイアス電流による磁束が同方向となるため、磁気飽和によってインダクタンスが低下する。動作点aやcでは、上述した理由によりインダクタンスの差が現れにくく、検出ノイズ等によってインダクタンスが極値をとる位相角を精度よく推定することができない。   The bias current operating points a, b, and c in FIG. 11 coincide with the operating points in FIG. That is, in the characteristics at the bias current operating point b, when the bias current phase angle and the phase difference between the d-axis are near zero, the magnetic flux and the magnetic flux due to the bias current are in the same direction, so that the inductance is reduced due to magnetic saturation. At the operating points a and c, the difference in inductance hardly appears due to the reasons described above, and the phase angle at which the inductance takes an extreme value due to detection noise or the like cannot be accurately estimated.

以上のように、磁気飽和現象によってバイアス電流方向のインダクタンスが変化することを利用して、同じ方向の高周波電流振幅を用いて磁極位置を推定する。すなわち、重畳した高周波電圧によって少なくともバイアス電流と同じ方向に流れた高周波電流の振幅と、高周波電圧の振幅および周波数からインダクタンス相当値を演算することにより、バイアス電流位相角がd軸と一致する位相角を計測できる。   As described above, the magnetic pole position is estimated using the high-frequency current amplitude in the same direction by utilizing the fact that the inductance in the bias current direction changes due to the magnetic saturation phenomenon. That is, the phase angle at which the bias current phase angle coincides with the d-axis is calculated by calculating the inductance equivalent value from the amplitude and frequency of the high-frequency voltage flowing at least in the same direction as the bias current due to the superimposed high-frequency voltage. Can be measured.

(b)第二の磁極位置推定部の構成
次に、第二の磁極位置推定部の構成について説明する。
(B) Configuration of Second Magnetic Pole Position Estimation Unit Next, the configuration of the second magnetic pole position estimation unit will be described.

図12は同期電動機の制御装置の第二の磁極位置推定部に関する構成を示すブロック図である。なお、図1の構成と同じ部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略するものとする。また、図示を省略するが、実際には図1に示した構成要素がこの図12の構成の中にも同様に含まれているものとする。   FIG. 12 is a block diagram showing a configuration relating to a second magnetic pole position estimation unit of the control device for the synchronous motor. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Although not shown in the drawings, it is assumed that the components shown in FIG. 1 are actually included in the configuration of FIG.

図1の座標変換部(αβ/UVW)103aおよび座標変換部(UVW/αβ)103bに代えて、座標変換部(st/UVW)1102aおよび座標変換部(UVW/st)1102bが設けられる。さらに、第一の磁極位置推定部111とは別に、第二の磁極位置推定部1101が設けられる。   A coordinate conversion unit (st / UVW) 1102a and a coordinate conversion unit (UVW / st) 1102b are provided instead of the coordinate conversion unit (αβ / UVW) 103a and the coordinate conversion unit (UVW / αβ) 103b in FIG. In addition to the first magnetic pole position estimation unit 111, a second magnetic pole position estimation unit 1101 is provided.

なお、図12では図示を省略するが、第一の磁極位置推定部111については、図1で説明したように、高周波電流検出部110で検出された高周波電流iα_hfとiβ_hfに基づいてバイアス電流方向のインダクタンス相当値Lbiasを演算する。さらに、第一の磁極位置推定部111は、バイアス電流方向θbiasが0から360度に変化する間のインダクタンス相当値Lbiasが最小値となるバイアス電流方向θbias_minを出力する。 Although not shown in FIG. 12, the first magnetic pole position estimation unit 111 is biased based on the high-frequency currents i α_hf and i β_hf detected by the high-frequency current detection unit 110 as described in FIG. An inductance equivalent value Lbias in the current direction is calculated. Further, the first magnetic pole position estimation unit 111, an inductance equivalent value L bias between a bias current direction theta bias is changed from 0 to 360 degrees and outputs a bias current direction theta Bias_min as a minimum value.

図12の構成において、座標変換部(st/UVW)1102aおよび座標変換部(UVW/st)1102bは、三相固定座標系と直交2軸(st軸)回転座標系の座標変換を行う。図13に示すように、st軸回転座標系1201は、α軸を基準としてバイアス電流位相角θbiasで回転する座標系である。 In the configuration of FIG. 12, a coordinate conversion unit (st / UVW) 1102a and a coordinate conversion unit (UVW / st) 1102b perform coordinate conversion between a three-phase fixed coordinate system and an orthogonal two-axis (st axis) rotational coordinate system. As shown in FIG. 13, the st-axis rotation coordinate system 1201 is a coordinate system that rotates at a bias current phase angle θ bias with the α axis as a reference.

座標変換部1102aおよび1102bにおける処理を式8および式9に示す。

Figure 0005619225
The processes in the coordinate conversion units 1102a and 1102b are shown in Expression 8 and Expression 9.
Figure 0005619225

Figure 0005619225
Figure 0005619225

また、電流制御部102への入力である電流指令は、s軸電流指令としてバイアス電流振幅指令Ibiasをそのまま入力する。 In addition, as a current command that is an input to the current control unit 102, a bias current amplitude command Ibias is directly input as an s-axis current command.

第二の磁極位置推定部1101は、高周波電圧指令vs_hfおよびvt_hfと高周波検出部110で検出した高周波電流is_hfおよびit_hfに基づいて、バイアス電流と磁極位置の位相差Δθに関連した特徴量Rを演算する。 Second magnetic pole position estimation unit 1101, based on the high-frequency voltage command v S_hf and v T_hf and the high-frequency current i S_hf and i T_hf detected by the high-frequency detecting unit 110, associated with the phase difference Δθ of the bias current and the magnetic pole position, wherein The quantity R is calculated.

特徴量Rは、理想的にはΔθそのものが得られるのが理想であるが、Δθのゼロ近傍でΔθに略比例する量が得られれば良い。このような特徴量の特性を図14に示す。図14(a)では、Δθ=0の点で特徴量もゼロとなる特性であるが、特徴量はオフセットを持っていても良い。図14(b)では、Δθ=0の点でのオフセット値Rofsを持っている。この場合、後述する収斂演算の目標値をオフセット値Rofsに設定すれば良い。 Ideally, the characteristic amount R is ideally obtained as Δθ itself, but it is sufficient that an amount substantially proportional to Δθ is obtained in the vicinity of zero of Δθ. FIG. 14 shows such characteristic amount characteristics. In FIG. 14A, the characteristic amount is zero at the point of Δθ = 0, but the characteristic amount may have an offset. In FIG. 14B, the offset value R ofs at the point of Δθ = 0 is provided. In this case, a target value for convergence calculation described later may be set to the offset value R ofs .

特徴量Rの演算は、例えば高周波電圧をバイアス電流と同じ方向にのみ印加したとき、バイアス電流に直交する方向に現れる高周波電流の振幅を計測して特徴量Rとすることができる。   For example, when the high frequency voltage is applied only in the same direction as the bias current, the feature amount R can be obtained as the feature amount R by measuring the amplitude of the high frequency current that appears in the direction orthogonal to the bias current.

すなわち、式10に示す高周波電流を与える。

Figure 0005619225
That is, the high frequency current shown in Equation 10 is given.
Figure 0005619225

この時、バイアス電流に直交する方向に現れる高周波電流は、t軸高周波電流であり、式11の特性を持つ。

Figure 0005619225
At this time, the high-frequency current that appears in the direction orthogonal to the bias current is a t-axis high-frequency current and has the characteristics of Equation 11.
Figure 0005619225

ここで、Lsatはバイアス電流が磁極位置近傍にある場合に発生する磁気飽和によって変動する係数である。バイアス電流が磁極位置近傍になく磁気飽和が発生しない場合、Lsat=0となり、磁気飽和が発生する場合は0以外の値を持つ。 Here, L sat is a coefficient that fluctuates due to magnetic saturation that occurs when the bias current is in the vicinity of the magnetic pole position. When the bias current is not near the magnetic pole position and magnetic saturation does not occur, L sat = 0, and when magnetic saturation occurs, it has a value other than zero.

式11の高周波電流から、cos(ωhft)の振幅成分を抽出すると、その振幅はsin(2Δθ)の関数となり、Δθ=0近傍でΔθに略比例する特性となるため、特徴量として用いることができる。 From the high-frequency current of the formula 11, when extracting the amplitude component of the cos (ω hf t), the amplitude is a function of sin (2.DELTA..theta), since a characteristic which is substantially proportional to [Delta] [theta] in [Delta] [theta] = 0 near, used as the feature quantity be able to.

このように高周波電圧をバイアス電流と同じ方向のみに印加する構成では、高周波電流の発生による電磁騒音を、その他の構成と比べて小さく抑制することが可能となるなどの利点がある。   As described above, the configuration in which the high-frequency voltage is applied only in the same direction as the bias current has an advantage that electromagnetic noise due to the generation of the high-frequency current can be suppressed to be smaller than that in the other configurations.

第二の磁極位置推定部1101では、続いて、特徴量Rに基づいて収斂演算を行ってバイアス電流位相θbias_setを出力する。 Subsequently, the second magnetic pole position estimation unit 1101 performs a convergence operation based on the feature amount R and outputs a bias current phase θ bias_set .

図15は第二の磁極位置推定部1101における収斂演算の構成を示すブロック図である。   FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the convergence calculation in the second magnetic pole position estimation unit 1101.

ゲイン乗算器1401および1402は、それぞれ所定のゲインKp_pllとKi_pllを乗算する。積分器1403および1404は、それぞれの入力を時間積分する。積分初期値については、積分器1403は初期値ゼロ、積分器1404では初期値をθbias_minとする。 Gain multipliers 1401 and 1402 multiply predetermined gains K p_pll and K i_pll , respectively. Integrators 1403 and 1404 integrate the respective inputs over time. Regarding the initial integration value, the integrator 1403 has an initial value of zero, and the integrator 1404 has an initial value of θ bias_min .

θbias_minは、図12において、第一の磁極位置推定部111で推定した磁極位置である。これを初期値とすることにより、バイアス電流の位相θbias_setはθbias_minから収斂演算が始まるため、第一の磁極位置推定部111で推定した磁極位置近傍の位相から第二の磁極位置推定部1101の推定処理を開始できる。 θ bias_min is the magnetic pole position estimated by the first magnetic pole position estimation unit 111 in FIG. By setting this as an initial value, the bias current phase θ bias_set starts to converge from θ bias_min, so the second magnetic pole position estimation unit 1101 is calculated from the phase near the magnetic pole position estimated by the first magnetic pole position estimation unit 111. The estimation process can be started.

収斂判定器1405は、特徴量RとRofsの差分が一定値以下になるか、収斂演算を実行している時間が一定時間経過するか、その他の判定基準に基づいて、収斂演算の終了を判定し、その時点のθbias_setを最終推定磁極位置θbias_endとして出力する。上記その他の判定基準としては、特徴量の差分が継続して一定値以下になっている時間が所定時間以上経過する、などがある。 The convergence determination unit 1405 terminates the convergence calculation based on whether the difference between the feature values R and R ofs is a certain value or less, whether the time during which the convergence calculation is performed has elapsed for a certain period of time, or other criteria. Judgment is made and θ bias_set at that time is output as the final estimated magnetic pole position θ bias_end . Examples of the other determination criteria include a time during which a difference between feature amounts is continuously below a certain value elapses for a predetermined time.

図15のように構成すると、この収斂演算により特徴量Rをオフセット量Rofsに一致するようにθbias_setを修正することができる。なお、特徴量Rの特性に合わせて、Rofsはゼロとする場合もある。 When configured as in FIG. 15, it is possible to modify the theta Bias_set to match the characteristic amount R to the offset amount R ofs This convergence calculation. Note that R ofs may be set to zero in accordance with the characteristics of the feature amount R.

第二の磁極位置推定部1101を用いることにより、推定磁極位置を特徴量RとΔθのゼロクロス点に収束させて推定することができる。したがって、第一の磁極位置推定部111やその他の方式と比較して高い精度で磁極位置を推定することが可能となる。   By using the second magnetic pole position estimation unit 1101, the estimated magnetic pole position can be estimated by being converged to the zero cross point of the feature amount R and Δθ. Therefore, it is possible to estimate the magnetic pole position with higher accuracy than the first magnetic pole position estimation unit 111 and other methods.

図8のフローチャートにおいて、ステップB11〜B19は第二の磁極位置推定部1101による磁極位置推定処理を示している。   In the flowchart of FIG. 8, steps B <b> 11 to B <b> 19 indicate magnetic pole position estimation processing by the second magnetic pole position estimation unit 1101.

すなわち、図12の構成の制御装置では、まず、上記第一の磁極位置推定部111で得られた磁極位置θ1を初期値としてセットした状態で(ステップB11)、電流制御部102を通じてモータ107に対する電流制御を開始する(ステップB12)。また、制御装置は、高周波電圧重畳部113を通じて高周波電圧の重畳を開始する(ステップB13)
ここで、バイアス電流指令値が制御装置に入力されると(ステップB14)、所定の位相のバイアス電流がモータ107に供給され、そのバイアス電流に対して高周波電圧が印加され、同時に高周波電流が観測できるようになる。
That is, in the control device having the configuration shown in FIG. 12, first, with the magnetic pole position θ1 obtained by the first magnetic pole position estimating unit 111 set as an initial value (step B11), the motor 107 is controlled through the current control unit 102. Current control is started (step B12). Further, the control device starts superimposing the high frequency voltage through the high frequency voltage superimposing unit 113 (step B13).
Here, when the bias current command value is input to the control device (step B14), a bias current having a predetermined phase is supplied to the motor 107, a high frequency voltage is applied to the bias current, and the high frequency current is observed at the same time. become able to.

制御装置は、この高周波電圧に対応して流れる高周波電流を検出し(ステップB15)、第二の磁極位置推定部1101を通じて収斂演算によるバイアス電流位相角を求める(ステップB16〜B18)。詳しくは、上記磁極位置θ1を初期位相として所定の大きさのバイアス電流を流し、バイアス電流の動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧とこの高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいてバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を演算し、この特徴量が所定値に収斂するようバイアス電流位相を修正する収斂演算を行う。   The control device detects the high-frequency current flowing corresponding to this high-frequency voltage (step B15), and obtains the bias current phase angle by the convergence calculation through the second magnetic pole position estimation unit 1101 (steps B16 to B18). Specifically, a high-frequency voltage applied so that a bias current having a predetermined magnitude flows with the magnetic pole position θ1 as an initial phase and a current change occurs in the vicinity of the operating point of the bias current, and a high-frequency current flowing corresponding to the high-frequency voltage. Based on the above, a feature amount related to the phase difference between the bias current phase and the magnetic pole position is calculated, and a convergence calculation is performed to correct the bias current phase so that the feature amount converges to a predetermined value.

制御装置は、上記収斂演算の結果によって最終的に得られたバイアス電流位相をモータ107の磁極位置θ2とする(ステップB19)。   The control device sets the bias current phase finally obtained from the result of the convergence calculation as the magnetic pole position θ2 of the motor 107 (step B19).

(第一の磁極位置と第二の磁極位置の比較)
図16は同期電動機の制御装置の磁極位置比較部分の構成を示すブロック図である。なお、図1および図12の構成と同じ部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略するものとする。また、図示を省略するが、実際には図1および図12に示した構成要素がこの図16の構成の中にも同様に含まれているものとする。
(Comparison between the first magnetic pole position and the second magnetic pole position)
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a magnetic pole position comparison portion of the synchronous motor control device. The same parts as those in FIGS. 1 and 12 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Although omitted from the drawings, it is assumed that the components shown in FIGS. 1 and 12 are actually included in the configuration of FIG.

本実施形態における同期電動機の制御装置には、図1に示した第一の磁極位置推定部111と図12に示した第二の磁極位置推定部1101が備えられる。さらに、この制御装置には、2つの推定部に関連した構成として、速度制御用電流指令生成部1511、磁極位置比較部1512、外部記憶部1513、駆動制御部1514が備えられる。   The control apparatus for a synchronous motor in this embodiment includes a first magnetic pole position estimation unit 111 shown in FIG. 1 and a second magnetic pole position estimation unit 1101 shown in FIG. Further, the control device includes a speed control current command generation unit 1511, a magnetic pole position comparison unit 1512, an external storage unit 1513, and a drive control unit 1514 as configurations related to the two estimation units.

速度制御用電流指令生成部1511は、モータ107の速度が速度指令Sと一致するような電流指令iαrefとiβrefを算出して電流制御部102に出力する。 Speed control current command generation unit 1511 outputs to the current control unit 102 calculates a current command i Arufaref and i Betaref such as speed of the motor 107 coincides with the speed command S c.

磁極位置比較部1512は、第一の磁極位置推定部111から出力される暫定的な極位置θ1と第二の磁極位置推定部1101から出力される磁極位置θ2とに基づいて、磁極位置差分Δθを式12のように算出する。   The magnetic pole position comparison unit 1512 generates a magnetic pole position difference Δθ based on the temporary pole position θ1 output from the first magnetic pole position estimation unit 111 and the magnetic pole position θ2 output from the second magnetic pole position estimation unit 1101. Is calculated as shown in Equation 12.

Δθ=|θ1−θ2| (式12)
磁極位置比較部1512は、この磁極位置差分Δθを外部記憶部1513に記憶された磁極位置差分の閾値θthと比較する。駆動制御部1514は、磁極位置比較部1512の比較結果に基づいてモータ107の駆動を制御する。
Δθ = | θ1-θ2 | (Formula 12)
The magnetic pole position comparison unit 1512 compares the magnetic pole position difference Δθ with the magnetic pole position difference threshold θth stored in the external storage unit 1513. The drive control unit 1514 controls driving of the motor 107 based on the comparison result of the magnetic pole position comparison unit 1512.

ここで、θ1およびθ2は、いずれも磁気飽和によって生じるインダクタンスの低下を基に検出された磁極位置である。原理的には同じ角度を示すため、Δθはゼロとなる。しかしながら、例えば電流検出部106aおよび106bが外部機器の影響を受けて、電流応答値i、iに外乱等が生じた場合に、特に第一の磁極位置推定部111では、真の極値以外の点を磁極位置θ1として検出することがある。これは、第一の磁極位置推定部111がインダクタンス相当値Lbiasあるいは高周波電流振幅Ihf_biasが極値となるような演算を行っているためである。 Here, both θ1 and θ2 are magnetic pole positions detected based on a decrease in inductance caused by magnetic saturation. In principle, Δθ is zero because the same angle is indicated. However, for example, when the current detection units 106a and 106b are affected by external devices and disturbances occur in the current response values i u and i w , the first magnetic pole position estimation unit 111 has a true extreme value. Other points may be detected as the magnetic pole position θ1. This is because the first magnetic pole position estimation unit 111 inductance equivalent value L bias or high-frequency current amplitude Ihf_bias is performing operations such as an extreme value.

この場合、θ1を初期位相として収斂演算を実施する第二の磁極位置推定部1101は、真の磁極位置へ位相を収束させるために、通常よりも長い時間を要することになる。例えば、収斂演算の終了条件を一定時間の経過とした場合においては、検出した磁極位置θ2がθ1から大きく離れた位置となり、真の磁極位置を検出していないと考えられる。   In this case, the second magnetic pole position estimation unit 1101 that performs the convergence calculation using θ1 as the initial phase requires a longer time than usual in order to converge the phase to the true magnetic pole position. For example, when the end condition of the convergence calculation is a certain time, the detected magnetic pole position θ2 is far away from θ1, and it is considered that the true magnetic pole position is not detected.

θ2が真の磁極位置でない状態(誤った磁極位置)でモータ107の制御を行うと、異音が生じたり、あるいは速度指令Sを満足しないなどの現象が生じる。このような場合に、上記式12において計算される磁極位置差分Δθはゼロ以外の値となる。 When θ2 is controlling the motor 107 in a state not true magnetic pole position (erroneous magnetic pole position), occurs a phenomenon such as not satisfied abnormal noise or occurs, or the speed command S c. In such a case, the magnetic pole position difference Δθ calculated in Equation 12 is a value other than zero.

そこで、図8のフローチャートに示すように、磁極位置差分Δθ<閾値θthを満足しない場合、つまり、θ1とθ2の差分Δθが予め設定された閾値θth以上であれば(ステップB20のNo)、磁極位置比較部1512は、駆動制御部1514へ制御禁止指令Cinhを出力する。駆動制御部1514は、この制御禁止指令Cinhを入力すると、速度制御用電流指令生成部1511に対して回転指令Crotを遮断することでモータ107の制御を禁止する(ステップB21)。 Therefore, as shown in the flowchart of FIG. 8, when the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied, that is, when the difference Δθ between θ1 and θ2 is greater than or equal to the preset threshold θth (No in Step B20), The position comparison unit 1512 outputs a control inhibition command C inh to the drive control unit 1514. When the control prohibition command C inh is input, the drive control unit 1514 prohibits the control of the motor 107 by cutting off the rotation command Crot to the speed control current command generation unit 1511 (step B21).

一方、磁極位置差分Δθ<閾値θthを満足する場合、つまり、θ1とθ2の差分Δθが予め設定された閾値θthより小さければ(ステップB20のYes)、磁極位置比較部1512から駆動制御部1514に対して制御禁止指令Cinhは出力されない。これにより、駆動制御部1514から速度制御用電流指令生成部1511へ回転指令Crotが出力され、モータ107の制御が開始される(ステップB22)。 On the other hand, when the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is satisfied, that is, when the difference Δθ between θ1 and θ2 is smaller than the preset threshold θth (Yes in Step B20), the magnetic pole position comparison unit 1512 sends the drive control unit 1514. On the other hand, the control prohibition command C inh is not output. As a result, the rotation command C rot is output from the drive control unit 1514 to the speed control current command generation unit 1511, and the control of the motor 107 is started (step B22).

以上のように第1の実施形態によれば、磁極位置θ1と磁極位置θ2とを比較することでより磁極位置の推定精度を高めてモータ107を正常に駆動制御することができ、外乱等の影響により正しい磁極位置を検出できなかった場合にはモータ107を安全に停止させることができる。   As described above, according to the first embodiment, by comparing the magnetic pole position θ1 and the magnetic pole position θ2, the estimation accuracy of the magnetic pole position can be further increased, and the motor 107 can be normally driven and controlled. If the correct magnetic pole position cannot be detected due to the influence, the motor 107 can be safely stopped.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.

上記第1の実施形態では、第一の磁極位置推定部111にて得られた磁極位置θ1と第二の磁極位置推定部1101にて得られた磁極位置θ2との差分Δθが閾値θthを超える場合に直ちにモータ107の制御を禁止するものとした。これに対し、第2の実施形態では、磁極位置θ1と磁極位置θ2との差分Δθが閾値θth以上の間場合に磁極位置の推定処理を所定回繰り返すようにしたものである。 In the first embodiment, the difference Δθ between the magnetic pole position θ1 obtained by the first magnetic pole position estimator 111 and the magnetic pole position θ2 obtained by the second magnetic pole position estimator 1101 is equal to the threshold θth . If it exceeds, the control of the motor 107 is immediately prohibited. In contrast, in the second embodiment, when the difference Δθ between the magnetic pole position θ1 and the magnetic pole position θ2 is greater than or equal to the threshold θth , the magnetic pole position estimation process is repeated a predetermined number of times.

図17は第2の実施形態に係る同期電動機の制御装置の磁極位置推定処理の繰り返し機構の構成を示すブロック図である。なお、図16の構成と同じ部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略するものとする。また、図示を省略するが、実際には図1および図12に示した構成要素がこの図17の構成の中にも同様に含まれているものとする。   FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of a repetitive mechanism of magnetic pole position estimation processing of the synchronous motor control device according to the second embodiment. The same parts as those in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Although not shown in the drawings, it is assumed that the components shown in FIGS. 1 and 12 are actually included in the configuration of FIG.

本実施形態における同期電動機の制御装置には、外部記憶部1515と繰り返し判定部1516が備えられる。   The control apparatus for a synchronous motor in the present embodiment includes an external storage unit 1515 and a repetition determination unit 1516.

外部記憶部1515には、磁極位置推定処理の繰り返し判定基準となる回数Nrpが記憶されている。なお、図17の例では、外部記憶部1513と外部記憶部1515が独立して設けられているが、1つの記憶部に閾値θthと回数Nrpを記憶しておくことでも良い。繰り返し判定部1516は、磁極位置比較部1512から制御禁止指令Cinh1を出力された場合に、上記回数Nrpに基づいて磁極位置推定処理を再度実行するか否かを判定する。 The external storage unit 1515 stores the number of times Nrp that is a criterion for repeatedly determining the magnetic pole position estimation process. In the example of FIG. 17, the external storage unit 1513 and the external storage unit 1515 are provided independently, but the threshold value θth and the number of times Nrp may be stored in one storage unit. When the control prohibition command C inh1 is output from the magnetic pole position comparison unit 1512, the repetition determination unit 1516 determines whether or not to re-execute the magnetic pole position estimation process based on the number of times Nrp.

図18および図19は第2の実施形態における磁極位置の推定処理を示すフローチャートである。このうち、図18のステップA11〜A19は第一の磁極位置推定部111による磁極位置推定処理を示している。図19のステップB11〜B19は第二の磁極位置推定部1101による磁極位置推定処理を示している。   18 and 19 are flowcharts showing the magnetic pole position estimation processing in the second embodiment. Among these, steps A11 to A19 in FIG. 18 show the magnetic pole position estimation processing by the first magnetic pole position estimation unit 111. Steps B11 to B19 in FIG. 19 show the magnetic pole position estimation processing by the second magnetic pole position estimation unit 1101.

ここで、第2の実施形態では、磁極位置差分Δθ<閾値θthを満足しない場合、つまり、θ1とθ2の差分Δθが予め設定された閾値θth以上であれば(ステップB20のNo)、磁極位置比較部1512は、繰り返し判定部1516へ制御禁止指令Cinh1を出力する。繰り返し判定部1516は、この制御禁止指令Cinh1を入力すると、磁極位置推定処理の繰り返す回数がNrp回目に達しているか否かを判断する(ステップB23)。 Here, in the second embodiment, when the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied, that is, when the difference Δθ between θ1 and θ2 is equal to or larger than the preset threshold θth (No in step B20), the magnetic pole position The comparison unit 1512 outputs a control prohibition command C inh1 to the repetition determination unit 1516. Repetition determination unit 1516, when this control prohibition command C inh1 is input, determines whether the number of repetitions of the magnetic pole position estimation process has reached the Nrpth (step B23).

Nrp回目に達していなければ(ステップB23のNo)、上記第1の実施形態で説明したように、第一の磁極位置推定部111による磁極位置推定処理と第二の磁極位置推定部1101による磁極位置推定処理が再度実行される。この結果、磁極位置差分Δθ<閾値θthを満足しない場合には、Nrp回を限度として、上記第一および第二の磁極位置推定処理が繰り返される。   If it has not reached the Nrpth time (No in Step B23), as described in the first embodiment, the magnetic pole position estimation processing by the first magnetic pole position estimation unit 111 and the magnetic pole by the second magnetic pole position estimation unit 1101 The position estimation process is executed again. As a result, when the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied, the first and second magnetic pole position estimation processes are repeated up to Nrp times.

この繰り返しの中で、磁極位置差分Δθ<閾値θthが成立した場合。つまり、θ1とθ2の差分Δθが予め設定された閾値θthより小さくなれば(ステップB20のYes)、繰り返し判定部1516は駆動制御部1514へ制御禁止指令Cinh2を出力せず、駆動制御部1514は速度制御用電流指令生成部1511へ回転指令Crotを出力して、モータ107の制御が開始される(ステップB22)。   When the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is satisfied in this repetition. That is, if the difference Δθ between θ1 and θ2 becomes smaller than the preset threshold θth (Yes in Step B20), the repeat determination unit 1516 does not output the control prohibition command Cinh2 to the drive control unit 1514, and the drive control unit 1514 The rotation command Crot is output to the current command generator 1511 for speed control, and the control of the motor 107 is started (step B22).

一方、繰り返しの中で磁極位置差分Δθ<閾値θthが成立せず、磁極位置推定を繰返した回数がNrp回目に達すると、繰り返し判定部1516から制御禁止指令Cinh2が駆動制御部1514に出力される。駆動制御部1514は、この制御禁止指令Cinhを入力すると、速度制御用電流指令生成部1511に対して回転指令Crotを遮断することでモータ107の制御を禁止する(ステップB21)。 On the other hand, when the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied in the repetition, and the number of times the magnetic pole position estimation is repeated reaches the Nrpth, the control prohibition command C inh2 is output from the repetition determination unit 1516 to the drive control unit 1514. The When the control prohibition command C inh is input, the drive control unit 1514 prohibits the control of the motor 107 by cutting off the rotation command Crot to the speed control current command generation unit 1511 (step B21).

以上のように第2の実施形態によれば、磁極位置θ1と磁極位置θ2との比較結果に応じて第一および第二の磁極位置推定処理を繰り返すことで磁極位置を正しく検出できようになり、例えば外乱等の影響で磁極位置を検出できずにモータ107の運転を停止させてしまう事態を回避することができる。   As described above, according to the second embodiment, the magnetic pole position can be correctly detected by repeating the first and second magnetic pole position estimation processes according to the comparison result between the magnetic pole position θ1 and the magnetic pole position θ2. For example, it is possible to avoid a situation in which the operation of the motor 107 is stopped because the magnetic pole position cannot be detected due to the influence of disturbance or the like.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.

第3の実施形態では、第一および第二の磁極位置推処理により磁極位置を検出できなかった場合に、磁極位置θ1を補正して第二の磁極位置推処理を再度実行するようにしたものである。   In the third embodiment, when the magnetic pole position cannot be detected by the first and second magnetic pole position estimation processes, the magnetic pole position θ1 is corrected and the second magnetic pole position estimation process is executed again. It is.

装置構成については上記第2の実施形態における図17と同様である。ここでは、図20および図21を参照して、第3の実施形態としての処理についてのみ説明する。   The apparatus configuration is the same as that of FIG. 17 in the second embodiment. Here, with reference to FIG. 20 and FIG. 21, only the process as the third embodiment will be described.

図20および図21は第3の実施形態における磁極位置の推定処理を示すフローチャートである。このうち、図20のステップA11〜A19は第一の磁極位置推定部111による磁極位置推定処理を示している。図21のステップB11〜B19は第二の磁極位置推定部1101による磁極位置推定処理を示している。   20 and 21 are flowcharts showing the magnetic pole position estimation processing in the third embodiment. Among these, steps A11 to A19 in FIG. 20 show the magnetic pole position estimation processing by the first magnetic pole position estimation unit 111. Steps B11 to B19 in FIG. 21 show the magnetic pole position estimation processing by the second magnetic pole position estimation unit 1101.

磁極位置差分Δθ<閾値θthを満足しない場合、つまり、θ1とθ2の差分Δθが予め設定された閾値θth以上であれば(ステップB20のNo)、磁極位置比較部1512は、繰り返し判定部1516へ制御禁止指令Cinh1を出力する。繰り返し判定部1516は、この制御禁止指令Cinh1を入力すると、磁極位置推定処理の繰り返す回数がNrp回目に達しているか否かを判断する(ステップB23)。 If the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied, that is, if the difference Δθ between θ1 and θ2 is greater than or equal to the preset threshold θth (No in step B20), the magnetic pole position comparison unit 1512 proceeds to the repetition determination unit 1516. A control inhibition command C inh1 is output. Repetition determination unit 1516, when this control prohibition command C inh1 is input, determines whether the number of repetitions of the magnetic pole position estimation process has reached the Nrpth (step B23).

ここで、第3の実施形態では、磁極位置推定処理の繰り返す回数がNrp回目に達していない場合に(ステップB23のNo)、繰り返し判定部1516では、次の式13によって磁極位置θ1を補正し(ステップB24)、その補正後の磁極位置θ1’を初期値として第二の磁極位置推定部1101にセットする(ステップB25)。   Here, in the third embodiment, when the number of repetitions of the magnetic pole position estimation process has not reached the Nrpth time (No in Step B23), the repetition determination unit 1516 corrects the magnetic pole position θ1 by the following Expression 13. (Step B24), the corrected magnetic pole position θ1 ′ is set as an initial value in the second magnetic pole position estimation unit 1101 (Step B25).

θ1’=θ2+sign(θ1−θ2)*θo (式13)
θ1は第一の磁極位置推定部111によって得られた磁極位置、θ2は第二の磁極位置推定部1101によって得られた磁極位置、θoは例えば30度などの所定値、signは括弧内の値が正であれば1、負であれば(−1)を返す関数である。第二の磁極位置推定部1101では、上記式13で得られた補正後の磁極位置θ1’を初期値として第二の磁極位置推定処理を再度実行する。
θ1 ′ = θ2 + sign (θ1−θ2) * θo (Formula 13)
θ1 is the magnetic pole position obtained by the first magnetic pole position estimation unit 111, θ2 is the magnetic pole position obtained by the second magnetic pole position estimation unit 1101, θo is a predetermined value such as 30 degrees, and sign is a value in parentheses. This function returns 1 if is positive, and returns (-1) if it is negative. The second magnetic pole position estimation unit 1101 executes the second magnetic pole position estimation process again using the corrected magnetic pole position θ1 ′ obtained by Equation 13 as an initial value.

このように、磁極位置差分Δθ<閾値θthを満足しない場合に、補正後の磁極位置θ1’を用いて第二の磁極位置推定処理を再度実行することで、制御対象とするモータ107やインバータ105の特性で発生する特徴量の乱れを起因とした磁極位置の誤推定を回避することができる。   As described above, when the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied, the second magnetic pole position estimation process is performed again using the corrected magnetic pole position θ1 ′, so that the motor 107 and the inverter 105 to be controlled are performed. Thus, it is possible to avoid erroneous estimation of the magnetic pole position due to the disturbance of the feature amount generated in the characteristic.

すなわち、Δθが図14に示したような理想的な特徴を示さずに、例えば図22のように60°周期で理想値から外れるような場合に、真の磁極位置を0°とし、θth=15°、θo=30°に設定したとする。   That is, when Δθ does not show the ideal feature as shown in FIG. 14 and deviates from the ideal value at a cycle of 60 ° as shown in FIG. 22, for example, the true magnetic pole position is set to 0 °, and θth = It is assumed that 15 ° and θo = 30 ° are set.

ここで、最初の第一の磁極位置推定処理および第二の磁極位置推定処理によって、θ1=12°,θ2=28°が得られたとすると、上記式12により、
Δθ=|θ1−θ2|=16°
となる。
Here, if θ1 = 12 ° and θ2 = 28 ° are obtained by the first first magnetic pole position estimation process and the second magnetic pole position estimation process,
Δθ = | θ1-θ2 | = 16 °
It becomes.

つまり、位相差Δθが閾値θth=15°より大きい値となるため、第二の磁極位置推定処理をやり直すことになる。このとき、補正後の磁極位置θ1’は、上記式13により、以下のような値となる。   That is, since the phase difference Δθ is larger than the threshold θth = 15 °, the second magnetic pole position estimation process is performed again. At this time, the corrected magnetic pole position θ1 ′ has the following value according to the above equation 13.

θ1’=28°+(−1)*30°
=−2°
このθ1’を初期値として、第二の磁極位置推定処理を実施することになる。この場合、第二の磁極位置推定処理の1回目は12°の位置からスタートしたが、2回目は−2°の位置からスタートすることになる。これにより、図22に示した位相差Δθの波形もずれることになるので、30°の特異点に収斂結果(特徴量ゼロ)が得られることを回避できる。
θ1 ′ = 28 ° + (− 1) * 30 °
= -2 °
With this θ1 ′ as an initial value, the second magnetic pole position estimation process is performed. In this case, the first magnetic pole position estimation process starts from a position of 12 °, but the second time starts from a position of −2 °. As a result, the waveform of the phase difference Δθ shown in FIG. 22 is also shifted, so that it is possible to avoid obtaining a convergence result (feature amount zero) at a singular point of 30 °.

この結果、磁極位置差分Δθ<閾値θthでなければ、再び、第2の磁極位置推定が繰り返される。この繰り返しの中で、磁極位置差分Δθ<閾値θthが成立した場合、つまり、θ1とθ2の差分Δθが予め設定された閾値θthより小さくなれば、繰り返し判定部1516は駆動制御部1514へ制御禁止指令Cinh2を出力せず、駆動制御部1514は速度制御用電流指令生成部1511へ回転指令Crotを出力して、モータ107の制御が開始される。   As a result, if the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied, the second magnetic pole position estimation is repeated again. In this repetition, if the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is satisfied, that is, if the difference Δθ between θ1 and θ2 becomes smaller than the preset threshold θth, the repeat determination unit 1516 prohibits the drive control unit 1514 from controlling. The drive control unit 1514 outputs the rotation command Crot to the speed control current command generation unit 1511 without outputting the command Cinh2, and the control of the motor 107 is started.

一方、繰り返しの中で磁極位置差分Δθ<閾値θthが成立せず、磁極位置推定を繰返した回数がNrp回目に達すると、繰り返し判定部1516から制御禁止指令Cinh2が駆動制御部1514に出力される。駆動制御部1514は、この制御禁止指令Cinhを入力すると、速度制御用電流指令生成部1511に対して回転指令Crotを遮断することでモータ107の制御を禁止する。 On the other hand, when the magnetic pole position difference Δθ <threshold θth is not satisfied in the repetition, and the number of times the magnetic pole position estimation is repeated reaches the Nrpth, the control prohibition command C inh2 is output from the repetition determination unit 1516 to the drive control unit 1514. The When this control prohibit command C inh is input, the drive control unit 1514 prohibits the control of the motor 107 by blocking the rotation command C rot with respect to the speed control current command generation unit 1511.

以上のように第3の実施形態によれば、磁極位置θ1と磁極位置θ2との比較結果に応じて磁極位置θ1を補正して第二の磁極位置推定処理を再度実行することで、モータ107やインバータ105の特性で発生する特徴量の乱れを起因とした磁極位置の誤推定を回避して、正しい磁極位置を検出することができる。   As described above, according to the third embodiment, the motor 107 is corrected by correcting the magnetic pole position θ1 according to the comparison result between the magnetic pole position θ1 and the magnetic pole position θ2 and executing the second magnetic pole position estimation process again. In addition, it is possible to avoid erroneous estimation of the magnetic pole position due to the disturbance of the characteristic amount generated by the characteristics of the inverter 105 and to detect the correct magnetic pole position.

なお、第2の実施形態と第3の実施形態を組み合わせることも可能である。例えば、第3の実施形態で第二の磁極位置推定処理を2回繰り返した場合は、第2の実施形態で第一の磁極位置推定処理からやり直し、第二の磁極位置推定処理を2回繰返す。この繰り返しを3回実施した場合はモータ107の駆動を停止する。これにより、磁極位置の誤推定とモータ制御の停止の回避をより強化することが可能である。   It is also possible to combine the second embodiment and the third embodiment. For example, if the second magnetic pole position estimation process is repeated twice in the third embodiment, the second magnetic pole position estimation process is repeated twice in the second embodiment, and the second magnetic pole position estimation process is repeated twice. . When this repetition is performed three times, the drive of the motor 107 is stopped. As a result, it is possible to further strengthen the erroneous estimation of the magnetic pole position and the avoidance of stopping the motor control.

特にエレベータの巻上機に用いられる同期電動機にあっては、磁極位置の誤推定によって異音の異常が発生することは回避しなければならず、また、モータ制御の停止により運転サービスが中断することも避けなければならないため、磁極位置を確実に検出してモータ制御を開始することのできる本実施形態の手法は有効である。   In particular, in a synchronous motor used for an elevator hoisting machine, it is necessary to avoid abnormal noise due to incorrect estimation of the magnetic pole position, and operation service is interrupted due to stoppage of motor control. Therefore, the method of the present embodiment that can detect the magnetic pole position and start the motor control is effective.

以上述べた少なくとも1つの実施形態によれば、磁気的突極性を有しない、もしくは磁気的突極性が低い同期電動機において、外乱等の影響を受けて磁極位置の推定精度が悪化した場合に電動機の制御を停止させるか、電動機の制御を行うに十分な精度が得られるように再度推定を行うようにした同期電動機の制御装置を提供することができる。   According to at least one embodiment described above, in a synchronous motor that does not have magnetic saliency or has low magnetic saliency, when the estimation accuracy of the magnetic pole position deteriorates due to the influence of disturbance or the like, It is possible to provide a control apparatus for a synchronous motor in which control is stopped or estimation is performed again so as to obtain sufficient accuracy for controlling the motor.

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

101…バイアス電流指令生成部、102…電流制御部、103a…座標変換部(αβ/UVW)、103b…座標変換部(UVW/αβ)、104…三角波PWM変調部、105…インバータ、106aおよび106b…電流検出部、107…モータ、108…ブレーキ、109…磁極位置検出部、110…高周波電流検出部、111…第一の磁極位置推定部、112…バイアス電流位相角指令生成部、113…高周波電圧重畳部、201a、201b、201c…固定子コイル、202…αβ軸固定座標系、203…dq軸回転座標系、204…回転子、801…ステータ、802…ロータ、1101…第二の磁極位置推定部、1102a…座標変換部(st/UVW)、1102b…座標変換部(UVW/st)、1201…st軸回転座標系、1401および1402…ゲイン乗算器、1403および1404…積分器、1405…収斂判定器、1511…速度制御用電流指令生成部、1512…磁極位置比較部、1513…外部記憶部、1514…駆動制御部、1515…外部記憶部、1516…繰り返し判定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Bias current command generation part, 102 ... Current control part, 103a ... Coordinate conversion part ((alpha) (beta) / UVW), 103b ... Coordinate conversion part (UVW / (alpha) (beta)), 104 ... Triangular wave PWM modulation part, 105 ... Inverter, 106a and 106b DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Current detection part, 107 ... Motor, 108 ... Brake, 109 ... Magnetic pole position detection part, 110 ... High frequency current detection part, 111 ... First magnetic pole position estimation part, 112 ... Bias current phase angle command generation part, 113 ... High frequency Voltage superimposing section, 201a, 201b, 201c ... stator coil, 202 ... αβ axis fixed coordinate system, 203 ... dq axis rotary coordinate system, 204 ... rotor, 801 ... stator, 802 ... rotor, 1101 ... second magnetic pole position Estimating unit, 1102a ... coordinate conversion unit (st / UVW), 1102b ... coordinate conversion unit (UVW / st), 1201 ... st axis rotation seat System, 1401 and 1402 ... Gain multiplier, 1403 and 1404 ... Integrator, 1405 ... Convergence determination unit, 1511 ... Current command generation unit for speed control, 1512 ... Magnetic pole position comparison unit, 1513 ... External storage unit, 1514 ... Drive control Part, 1515... External storage part, 1516.

Claims (6)

所定の大きさで位相が0から360度まで変化するバイアス電流を同期電動機に流し、上記バイアス電流の電流動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と、上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいて、バイアス電流と同位相の方向のインダクタンス相当値を求め、上記インダクタンス相当値が極値となるバイアス電流位相を第一の磁極位置として推定する第一の磁極位置推定手段と、
この第一の磁極位置推定手段によって推定された第1の磁極位置を初期位相として所定の大きさのバイアス電流を流し、上記バイアス電流の動作点近傍に電流変化が発生するように印加した高周波電圧と上記高周波電圧に対応して流れる高周波電流とに基づいてバイアス電流位相と磁極位置との位相差に関連する特徴量を演算し、上記特徴量が所定値に収斂するようバイアス電流位相を修正する収斂演算を行い、その収斂結果として得られるバイアス電流位相を第二の磁極位置として推定し、この第二の磁極位置を上記同期電動機の磁極位置として決定する第二の磁極位置推定手段と、
上記第一の磁極位置推定手段によって推定された第一の磁極位置と上記第二の磁極位置推定手段によって推定された第二の磁極位置との差分に基づいて上記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段と
を具備したことを特徴とする同期電動機の制御装置。
A bias current having a predetermined magnitude and a phase change from 0 to 360 degrees is supplied to the synchronous motor, and a high-frequency voltage applied so that a current change occurs near the current operating point of the bias current and the high-frequency voltage The first magnetic pole position estimation is performed to obtain an inductance equivalent value in the direction of the same phase as the bias current based on the high-frequency current flowing and to estimate the bias current phase at which the inductance equivalent value is an extreme value as the first magnetic pole position. Means,
The first magnetic pole position estimated by the first magnetic pole position estimating means is used as an initial phase, a bias current of a predetermined magnitude is passed, and a high frequency voltage applied so that a current change occurs near the operating point of the bias current. And a feature value related to the phase difference between the bias current phase and the magnetic pole position based on the high-frequency current flowing corresponding to the high-frequency voltage, and the bias current phase is corrected so that the feature value converges to a predetermined value. A second magnetic pole position estimating means for performing a convergence calculation, estimating a bias current phase obtained as a result of the convergence as a second magnetic pole position, and determining the second magnetic pole position as a magnetic pole position of the synchronous motor;
Drive for controlling the drive of the synchronous motor based on the difference between the first magnetic pole position estimated by the first magnetic pole position estimating means and the second magnetic pole position estimated by the second magnetic pole position estimating means And a control means for the synchronous motor.
上記駆動制御手段は、
上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が予め設定された閾値より小さい場合には上記同期電動機の制御を開始し、上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が上記閾値以上の場合には上記同期電動機の制御を禁止することを特徴とする請求項1記載の同期電動機の制御装置。
The drive control means includes
When the difference between the first magnetic pole position and the second magnetic pole position is smaller than a preset threshold value, the control of the synchronous motor is started, and the first magnetic pole position and the second magnetic pole position are 2. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein control of the synchronous motor is prohibited when the difference between the two is equal to or greater than the threshold value.
上記駆動制御手段は、
上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が予め設定された閾値以上の場合に、上記第一および第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させることを特徴とする請求項1記載の同期電動機の制御装置。
The drive control means includes
When the difference between the first magnetic pole position and the second magnetic pole position is greater than or equal to a preset threshold value, the magnetic pole position estimation processing by the first and second magnetic pole position estimation means is repeatedly executed. The control apparatus for a synchronous motor according to claim 1, wherein:
上記駆動制御手段は、
予め設定された回数を限度として、上記第一および第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させ、上記回数に達しても上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が上記閾値以上の場合には上記同期電動機の制御を禁止することを特徴とする請求項3記載の同期電動機の制御装置。
The drive control means includes
The magnetic pole position estimation process by the first and second magnetic pole position estimating means is repeatedly executed up to a preset number of times, and the first magnetic pole position and the second magnetic pole position are reached even when the number of times is reached. 4. The synchronous motor control device according to claim 3, wherein control of the synchronous motor is prohibited when a difference between the synchronous motor and the motor is greater than or equal to the threshold value.
上記駆動制御手段は、
上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が予め設定された閾値以上の場合に、上記第二の磁極位置に所定値を加えて補正し、その補正後の磁極位置を初期位置として上記第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させることを特徴とする請求項1記載の同期電動機の制御装置。
The drive control means includes
When the difference between the first magnetic pole position and the second magnetic pole position is greater than or equal to a preset threshold value, the second magnetic pole position is corrected by adding a predetermined value, and the corrected magnetic pole position is initialized. 2. The synchronous motor control device according to claim 1, wherein the magnetic pole position estimation processing by the second magnetic pole position estimation means is repeatedly executed as the position.
上記駆動制御手段は、
予め設定された回数を限度として、上記第二の磁極位置推定手段による磁極位置の推定処理を繰り返し実行させ、上記回数に達しても上記第一の磁極位置と上記第二の磁極位置との差分が上記閾値以上の場合には上記同期電動機の制御を禁止することを特徴とする請求項5記載の同期電動機の制御装置。
The drive control means includes
The magnetic pole position estimation process by the second magnetic pole position estimating means is repeatedly executed up to a preset number of times, and the difference between the first magnetic pole position and the second magnetic pole position even when the number of times is reached. 6. The control apparatus for a synchronous motor according to claim 5, wherein control of the synchronous motor is prohibited when the value is equal to or greater than the threshold value.
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