KR101378050B1

KR101378050B1 - 동기 전동기의 제어 장치

Info

Publication number: KR101378050B1
Application number: KR1020080024073A
Authority: KR
Inventors: 유우지 이데
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2014-04-18
Also published as: KR20080084753A; US7800336B2; CN101291131B; CN101291131A; US20080224645A1; JP2008228468A; JP4083203B1

Abstract

[과제]

마찰이 있더라도 이동자의 자극 위치에 기초하여 정해지는 전류의 위상을 최대 토크가 발생되는 위상으로 보정할 수 있는 동기 전동기의 제어 장치를 제공한다.

[해결수단]

자극 위치 보정 수단(25)은 상대적인 자극 위치(θm)에 가산하는 자극 위치 보정량(θc)을 결정한다. 중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)이 가속도차의 극성의 변화를 판정하기 전에 증가 연산을 하고 있으면 증가 연산을 감소 연산으로 변경하고, 극성의 변화를 판정하기 전에 감소 연산을 하고 있으면 감소 연산을 증가 연산으로 변경한다. 또한 중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 하한값 이하가 되었을 때에 연산 동작을 정지해서 그 때의 중심 보정량(θ1)을 최종 결정된 자극 위치 보정량(θc)으로 정한다.

동기 전동기, 제어 장치

Description

동기 전동기의 제어 장치{CONTROL SYSTEM FOR SYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 기동시에 최대 토크를 얻을 수 있는 이동자의 자극(磁極) 위치를 결정한 후에 동기 전동기를 제어할 수 있는 동기 전동기의 제어 장치에 관한 것이다.

일본 특허 공개 소63-59783호 공보[특허문헌1]에는 정규로 구동하기 전에 동기 전동기를 2상 직류 여자함으로써 자석 회전자를 안정점에 정지시켜 그 때의 인크리멘탈 인코더의 계수값과, 직류 여자 개시 시점의 인크리멘탈 인코더의 계수값으로부터 1상 여자 원점에 상당하는 인코더 카운트를 계수한다. 그리고 이 인코더 카운트 이후부터의 편차로 동기 전동기의 전기각 위상을 구해서 동기 전동기를 구동 제어하는 것이 나타내어져 있다. 이 종래기술에서는 동기 전동기를 초기화할 때에 회전자를 기계적인 안정점에 한번 정지시킨 후에 구동을 행할 필요가 있었다. 그러나 회전자의 위치가 기계적인 안정점에 없을 경우에는 회전자를 기계적인 안정점까지 크게 움직일 필요가 있고, 그 경우의 회전자의 이동량이 크다는 문제가 있었다. 그래서 일본 특허 공개 평2-241388호 공보[특허문헌2]에 나타내어진 동기 전동기의 제어 장치에서는 회전자를 회전시키지 않도록 하여 동기 전동기의 초기화 (최대 토크가 얻어지는 전위 위상각의 결정)를 행한다. 구체적으로는, 이 특허문헌 2에 나타내어진 동기 전동기의 제어 장치에서는 회전자의 영구 자석 자극과 고정자가 형성하는 회전자계 사이의 위상각을 변화시키면서 토크를 검출한다. 그리고 토크가 0이 될 때의 역률을 구한다. 또한 그 역률이 얻어지는 개소로부터 전기각을 90°만큼 위상 시프트한 개소를 역률 1의 전류각 지령으로서 초기화를 행한다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 소63-59783호 공보

[특허문헌 2] 일본 특허 공개 평2-241388호 공보

특허문헌2에 나타내어진 동기 전동기의 제어 장치에서는 회전자의 이동 방향을 봐서 모터의 출력 토크가 최종적으로 0이 되는 각도를 순차적으로 구함으로써 자극 위치를 검출하고 있었다. 그러나, 전동기의 오일 시일이나, 축에 접속된 기계계에는 마찰이 존재하고 있고, 이 마찰보다 전동기가 발생하는 토크가 커지지 않으면 회전자는 움직이지 않는다. 그 때문에 종래의 장치에서는 회전자의 자극 위치가 올바른 값에 가까워져 전동기가 발생하는 토크가 마찰 토크보다 작아지면 전동기의 회전자가 움직이지 않게 되고, 최대 토크를 얻을 수 있는 회전자의 자극 위치를 올바르게 구할 수 없게 되어 자극 위치의 검출에 오차가 생기는 문제가 있었다. 회전자(리니어 모터의 경우에는 이동자)의 자극 위치의 검출에 오차가 있으면, 고정자측의 전기자 권선을 흐르는 전류의 위상이 최대 토크를 얻을 수 있는 위상으로부터 어긋나게 되므로 통상 운전시에 전동기가 발생하는 토크가 저하된다. 또한 마찬가지로, 자극 위치의 검출에 오차가 있으면, 약한 계자 보상은 자극 위치를 기초로 해서 행하기 때문에 정회전과 역회전에서 약한 계자 보상량이 다르게 되어 버린다. 그 결과, 전동기가 발생하는 토크가 정회전과 역회전에서 다른 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 마찰이 있더라도 이동자의 자극 위치에 기초해서 정해지는 전류의 위상을 최대 토크가 발생하는 위상으로 보정할 수 있는 동기 전동기의 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 동기 전동기의 제어 장치는 기본적인 구성 요소로서 위치 검출 수단과, 토크 지령 발생 수단과, 전류 지령 발생 수단과, 전류 공급 수단과, 전류 피 드백 수단을 구비하고 있다. 제어의 대상이 되는 동기 전동기는 전기자 권선에 전류가 흘러 소정의 극성이 되는 복수의 고정자 자극을 구비한 고정자와, 복수의 이동자 자극을 구비한 이동자를 구비한 동기 전동기이다. 이 동기 전동기는 이동자가 회전하는 회전형 동기 전동기, 또는 이동자가 직선운동을 하는 리니어형 동기 전동기 중 어느 것이어도 된다. 또한 이동자 자극으로서는 영구자석 또는 영구자석이 발생하는 자속을 이용해서 형성되는 자극을 이용하는 것이 일반적이다.

위치 검출기는 이동자의 고정자에 대한 상대적인 위치를 검출하여 이 상대적인 위치를 나타내는 상대적 자극 위치 검출 신호(θm)를 출력하는 것이다. 이러한 위치 검출기로서는 절대 위치를 검출할 수 없는 인크리멘탈 인코더를 이용할 수 있다. 토크 지령 발생 수단은 토크 지령을 발생한다. 토크 지령으로서는, 예컨대, 반 사이클에서 위상이 180° 바뀌는 정현파 신호를 발생하는 것을 이용할 수 있다. 그리고 전류 지령 발생 수단은 토크 지령에 기초해서 정한 전기자 권선에 흐르는 전류를 정하는 전류 지령을 발생한다. 전류 제어 장치는 전류 지령에 기초하여 전기자 권선에 전류를 공급한다. 또한 전류 피드백 수단은 전기자 권선을 흐르는 전류를 검출해서 그 전류를 나타내는 피드백 전류 신호를 발생한다. 전류 피드백 수단 및 전류 제어 장치는 위치 검출 수단으로부터 출력되는 상대적 자극 위치(θm)에 기초하여 전류의 위상을 결정하도록 구성되어 있다.

본 발명의 제어 장치에서는, 또한, 가속도 연산 수단과, 토크 가산량 발생 수단과, 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단과, 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단을 구비하고 있다. 가속도 연산 수단은 위치 검출 수단으로부터 출력되는 상대적 자극 위치(θm)에 기초하여 이동자의 가속도를 구한다. 그리고 토크 가산량 발생 수단은 토크 지령에 가산되어 마찰 토크를 극복해서 이동자를 움직이는 상태로 하는데에 필요한 토크 가산량(TADD)을 발생한다. 구체적인 토크 가산량 발생 수단으로서는, 예컨대, 가속도의 절대값이 기준값보다 작을 때에는 서서히 증가하는 토크 가산량(TADD=TADD+α: 여기서 α는 증가분)을 발생하고, 가속도의 절대값이 기준값에 도달하면, 가속도의 절대값이 기준값에 도달하기 전의 토크 가산량 이상의 토크 가산량(TADD=TADD×β: 여기서 β는 계수)을 발생하도록 구성할 수 있다. 여기서 기준값은 위치 검출기에 있어서 사용하는 인코더의 분해능을 고려하여 올바르게 가속도를 검출할 수 있도록 정한다. 이와 같이 토크 가산량을 토크 지령에 가산하는 것은 기동시에 이동자가 움직여서 올바르게 계측하는데에 필요한 최저한의 토크를 발생시키기 위해서이다.

또한 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단은 가속도의 절대값이 미리 정한 기준값보다 작을 때에 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 빨리 가까워지게 하기 위해서 상대적 자극 위치(θm)에 가산되는 초기시의 자극 위치 보정량(θc)을 발생한다. 이 자극 위치 보정량은 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 빨리 가까워지게 하기 위해서 상대적 자극 위치(θm)를 보정하기 위해 사용되는 것이다. 본 발명에서는, 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단은 중심 보정량의 초기값+90° 및/또는 중심 보정량의 초기값-90°의 자극 위치 보정량을 초기시의 자극 위치 보정량으로서 발생하도록 구성되어 있다. 예컨대, 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단은 플러스측으로 이동자를 시프트하는 자극 위치 보정량(예컨대, 초기값(θ 1)+90°)과 마이너스측으로 이동자를 시프트하는 자극 위치 보정량(다음의 초기값(θ1)-90°)을 순번대로 초기시의 자극 위치 보정량으로서 발생하도록 구성할 수 있다. 이동자의 이동 방향에 따라 최초에 초기값(θ1)-90°로 하고, 이후에 초기값(θ1)+90°로 해도 된다. 이와 같이 +90° 및/또는 -90°를 초기시의 자극 위치 보정량으로 하는 것은 가속도의 절대값이 작을 경우에 최초에 조금 큰 토크를 발생시켜서 가속도를 증대시키고, 전기자 권선에 흐르는 전류의 위상을 빨리 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 할 수 있도록 하기 위해서이다.

또한 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단은 가속도의 절대값이 미리 정한 기준값 이상이 된 후에 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 상대적 자극 위치(θm)에 가산되는 통상시의 자극 위치 보정량(θc)을 발생한다. 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단은 통상시의 자극 위치 보정량(θc)의 중심이 되는 중심 보정량(θ1)을 결정하는 중심 보정량 결정 수단과, 중심 보정량(θ1)에 교대로 가감산되는 가감산 보정량(θOFS)을 결정하는 가감산 보정량 결정 수단으로 이루어진다. 자극 위치 보정량(θc)은 중심 보정량(θ1)에 가감산 보정량(θOFS)을 더해서 구해진다. 즉 θc=θ1+θOFS의 연산식이 이용된다. 가감산 보정량(θOFS)은 교대로 극성이 바뀌기 때문에 자극 위치 보정량(θc)은 교대로 증감하면서 변화된다. 그리고 최종적으로는, 중심 보정량(θ1)이 일정해지기 때문에, 자극 위치 보정량(θc)은 일정한 중심 보정량(θ1)을 중심으로 해서 일정한 가감산 보정량(θOFS)분만큼 교대로 증감되는 값이 된다.

중심 보정량 결정 수단은 중심 보정량 증가 감소 수단과, 가속도차 연산 수 단과, 가속도차 극성 변화 판정 수단으로 구성된다. 중심 보정량 증가 감소 수단은 가속도가 검출될 때마다 중심 보정량(θ1)을 증가 또는 감소시킨다. 가속도차 연산 수단은 전회의 가속도와 이번의 가속도의 가속도차를 연산한다. 그리고 가속도차 극성 변화 판정 수단은 가속도차 연산 수단이 연산한 가속도차의 극성의 변화를 판정한다. 여기서 가속도차의 극성의 변화는 가속도차가 양인 경우의 극성을 「+」로 하고, 가속도차가 음인 경우의 극성을 「-」로 했을 경우에는 극성의 변화가 없을 경우에는 전회와 이번의 가속도차의 극성은 「+,+」 또는 「-,-」가 된다. 또한 극성의 변화가 발생했을 경우에는 전회의 가속도차와 이번의 가속도차의 극성은 「+,-」 또는 「-, +」가 된다.

그리고 중심 보정량 증가 감소 수단은 가속도차 극성 변화 판정 수단이 극성의 변화를 판정할 때까지는 판정한 극성에 따라 중심 보정량(θ1)을 미리 정한 보정량 증감분(KX)만큼 증가시키는 증가 연산을 실행하거나 또는 보정량 증가분(KX)만큼 감소시키는 감소 연산을 실행한다. 또한 중심 보정량 증가 감소 수단은 가속도차 극성 변화 판정 수단이 극성의 변화를 판정할 때마다 보정량 증감분(KX)을 단계적으로 감소시키고 또한 보정량 증감분의 증가 연산과 감소 연산을 변경한다. 즉 중심 보정량 증가 감소 수단은 가속도차 극성 변화 판정 수단이 극성의 변화를 판정하기 전에 증가 연산을 하고 있으면 증가 연산을 감소 연산으로 변경하고, 극성의 변화를 판정하기 전에 감소 연산을 하고 있으면 감소 연산을 증가 연산으로 변경한다. 또한 중심 보정량 증가 감소 수단은 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 하한값(B) 이하가 되었을 때에 연산 동작을 정지해서 그 때의 중심 보정량(θ1)을 결정 된 중심 보정량으로 정한다. 중심 보정량 증가 감소 수단을 이와 같이 구성하면, 중심 보정량(θ1)은 서서히 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 상대적 자극 위치(θm)에 가산해야할 최종적인 제어에서 사용하는 자극 위치 보정량(θc)에 가까워져 간다. 그리고 그 과정에 있어서는 보정량 증감분(KX)의 가감산을 거쳐 중심 보정량(θ1)은 수속된다. 수속한 이 중심 보정량(θ1)을 최종 결정된 자극 위치 보정량으로 한다. 따라서 이 최종 결정된 자극 위치 보정량이 이후의 동기 전동기의 제어에 있어서 상대적인 자극 위치(θm)에 가산되는 자극 위치 보정량으로서 이용된다. 따라서 본 발명에 의하면, 이동자를 크게 움직이는 일 없이 이동자의 자극 위치에 기초해서 정해지는 전류의 위상(θm+θc)을 최대 토크가 발생하는 위상으로 보정할 수 있다.

또한 구체적으로는, 중심 보정량 증감 수단은, 예컨대, 가속도차 극성 변화 판정 수단이 극성의 변화를 판정할 때마다 가감산 보정량을 1/n(n은 2 이상의 양의 정수)로 감소시키도록 구성할 수 있다. n의 값이 지나치게 커지면, 수속까지 시간이 걸리므로, n은 그다지 크게 하지 않는 쪽이 낫다.

또한 가감산 보정량 결정 수단은 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 값보다 작아졌을 때에 가감산 보정량을 증가시키도록 구성하는 것이 바람직하다. 이것은, 보정량 증감분(KX)이 클 때에 가감산 보정량이 지나치게 크면 수속이 늦어지기 때문이다. 그래서 보다 구체적으로는, 가감산 보정량 결정 수단은 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 값보다 작아졌을 때에 초기의 가감산 보정량을 1.5배로 증가시키는 것이 바람직하다.

또한 전류 피드백 수단 및 전류 제어 장치는 수속한 중심 보정량(θ1)을 최종 결정된 자극 위치 보정량(θc)으로 하고, 위치 검출 수단으로부터의 상대적 자극 위치(θm)에 최종 결정된 자극 위치 보정량을 가산한 값(θm+θc)을 기준으로 해서 전류의 위상을 결정한다.

<발명의 효과>

본 발명에 의하면, 마찰이 있더라도 이동자의 자극 위치에 기초해서 정해지는 전류의 위상을 최대 토크가 발생하는 위상으로 높은 정밀도로 보정할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태의 일례를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 동기 전동기의 제어 장치의 실시형태의 일례의 구성을 나타내는 블록도이다. 동기 전동기(모터)(1)는 복수의 영구자석이 회전자 코어의 표면에 고정되어 복수의 회전자 자극(이동자 자극)이 형성되어 있는 회전자(이동자)와, 고정자 코어에 3상의 전기자 권선이 권취되어 구성된 복수의 고정자 자극을 갖는 고정자를 구비하고 있다. 즉 이 동기 전동기(1)는 표면 자석형 동기 전동기(SPM)이다. 또한 본 발명의 동기 전동기의 제어 장치는 자석 매립형 동기 전동기(IPM) 등의 다른 타입의 동기 전동기에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

동기 전동기(1)의 회전자의 회전자 자극의 위치는 1회전에 복수의 펄스를 출력하고, 이 펄스에 기초하여 회전자 자극의 위치(θ)를 검출하는 인크리멘탈 인코더(3)에 의해 검출되어 있다. 본 실시형태에서는 이 인크리멘탈 인코더(3)가 동기 전동기(1)의 회전자(이동자)의 고정자에 대한 상대적인 위치를 검출해서 상대적인 자극 위치(θm)를 나타내는 상대적 자극 위치 검출 신호를 출력하는 위치 검출 수단으로서 이용되고 있다.

본 실시형태의 제어 장치에서는 토크 지령 발생 수단(5)과, 전류 분배기(7)와, 가속도 연산 수단(9)과, q축 제어기(11)와, d축 제어기(13)와, 제 1 좌표 변환기(15)와, PWM 제어기(17)와, 전력 변환기(19)와, 제 2 좌표 변환기(21)와, 신호 발진기(23)와, 자극 위치 보정 수단(25)을 구비하고 있다. 본 실시형태에서는 전류 분배기(7)가 전류 지령 발생 수단을 구성하고 있고, q축 제어기(11)와, d축 제어기(13)와, 제 1 좌표 변환기(15)와, PWM 제어기(17)와, 전력 변환기(19)와, 전류 검출 수단(20)과, 제 2 좌표 변환기(21)와 신호 발진기(23)에 의해 전류 제어 장치(10)가 구성되어 있다. 또한, 전류 검출 수단(20)과, 제 2 좌표 변환기(21)와 신호 발진기(23)에 의해 전류 피드백 수단(24)이 구성되어 있다. 본 실시형태에서 이용하는 토크 지령 발생 수단(5)은, 도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 1사이클 중에 위상이 다른 2개의 정현파(S1 및 S2)를 갖는 토크 지령 신호(TC)를 발생한다. 이전의 반 사이클의 사이에 발생하는 1개의 정현파(S1)와 이후의 반 사이클의 사이에 발생하는 정현파(S2)는 위상이 180° 다르다. 이러한 특수한 토크 지령 신호를 이용하는 것은 토크를 인가했을 때에 모터가 거의 움직이지 않도록 하기 위해서이다. 그리고 본 실시형태에서는, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 토크 보정 지령 발생 수단(5)이 발생하는 토크 지령 신호(TC)에 뒤에 상세하게 설명하는 자극 위치 보정 수단(25) 중의 토크 가산량 발생 수단(29)으로부터 출력된 토크 가산량(TADD)이 가 산된다. 토크 가산량(TADD)이 가산된 토크 지령 신호(TCMD)는 전류 분배기(7)에 입력된다. 전류 분배기(7)는 토크 지령 신호(TCMD)에 기초하여 내부에서 전류 지령을 출력한다. 그리고 전류 분배기(7)는 내부에서 발생한 전류 지령(IC)과 d축 사이의 각도로서 정의되는 기자력 상차각(φ)을 이용하여 전류 지령(IC)을 q축 전류 지령(IqC)과 d축 전류 지령(IdC)으로 분배해서 출력한다. q축 제어기(11)는 감산기(8A)로 구한 q축 전류 지령(IqC)과 q축 전류 피드백 신호(IqF)의 편차에 기초해서 q축 전압 지령(VqC)을 출력한다. d축 제어기(13)는 감산기(8B)로 구한 d축 전류 지령(IdC)과 d축 전류 피드백 신호(IdF)의 편차에 기초해서 d축 전압 지령(VdC)을 출력한다. 제 1 좌표 변환기(15)는 d축 전압 지령(VdC)과 q축 전압 지령(VqC)을 입력으로 하여 좌표 변환을 행하고, PWM 제어기(17)에 3상 전압 지령(VUC, VVC 및 VWC)을 출력한다. 그리고 신호 발진기(23)는 인코더(3)가 출력 회전자 자극의 위치(θm)에 기초하여 제 1 및 제 2 좌표 변환기(15 및 21)에 sinθ 신호 및 cosθ 신호를 출력한다. 상술한 d축 전류 피드백 신호(IdF) 및 q축 전류 피드백 신호(IqF)는 제 2 좌표 변환기(21)로부터 출력된다. 제 2 좌표 변환기(21)는 전류 검출 수단(20)에 의해 검출한 전력 변환기(19)로부터의 출력 전류와 신호 발진기(23)로부터 출력되는 sinθ 신호 및 cosθ 신호를 입력 신호로 하여 d축 전류 피드백 신호(IdF) 및 q축 전류 피드백 신호(IqF)를 출력한다. 신호 발진기(23)는 인코더(3)에 의해 검출된 회전자 자극의 위치(θm)와 후술하는 자극 위치 보정 수단(25)이 출력하는 자극 위치 보정량(θc)의 가산값(θ=θm+θc)에 기초하여 제 1 좌표 변환기(15) 및 제 2 좌표 변환기(21)에 대해서 sinθ 신호와 cosθ 신호를 발 생한다. 이 sinθ 신호와 cosθ 신호에 기초하여 제 1 및 제 2 좌표 변환기(15 및 21)가 좌표 변환을 행하고, 모터(1)에 흐르는 전류를 제어한다.

자극 위치 보정 수단(25)은 가속도 절대값 연산 수단(27)과, 토크 가산량 발생 수단(29)과, 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)과, 반전 회로(33)와, 가속도차 연산 수단(35)과, 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)과, 중심 보정량 증가 감소 수단(39)과, 가감산 보정량 결정 수단(41)과, 기억 수단(43)과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(SW1 및 SW2)을 구비하고 있다. 본 실시형태에서는 반전 회로(33)와, 가속도차 연산 수단(35)과, 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)과 중심 보정량 증가 감소 수단(39)과, 가감산 보정량 결정 수단(41)과, 기억 수단(43)과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(SW1 및 SW2)에 의해 통상 자극 위치 보정량 발생 수단(32)이 구성되어 있다. 또한 자극 위치 보정 수단(25)에서는 도 2(B)에 나타내는 타이밍에서 가속도를 검출하여 자극 위치 보정량(θc)의 연산을 행하고, 또한 토크 가산량(TADD)을 산출한다.

도 3 및 도 4에는 자극 위치 보정 수단(25)을 컴퓨터를 이용해서 실현하는 경우에 이용하는 소프트웨어의 알고리즘 중 초기 처리의 알고리즘과 통상 처리의 알고리즘이 각각 나타내어져 있다. 또한 도 5에는 도 1의 실시형태를 도 3 및 도 4에 나타낸 알고리즘에 따라 동작시켰을 때의 동작 파형의 일례를 나타내고 있다. 이하의 설명에서는 도 1의 자극 위치 보정 수단(25)의 동작을 도 3~도 5를 참조하면서 설명한다. 도 3에 나타낸 초기 처리의 알고리즘은 도 1의 가속도 절대값 연산 수단(27)과, 토크 가산량 발생 수단(29)과, 초기시 자극 위치 보정량 발생 수 단(31)과, 제 1 및 제 2 스위칭 수단(SW1 및 SW2)의 일부를 실현하고 있다.

초기 상태에 있어서는, 도 3의 스텝 ST1에 있어서 제 1 스위칭 수단(SW1)은 접점(C1)을 선택하고, 제 2 스위칭 수단(SW2)은 오프 상태(접속되어 있지 않은 상태)가 된다. 그리고 스텝 ST2에 있어서는 토크 지령 발생 수단(5)으로부터 토크 지령(TCMD)를 출력하고, 이것에 의해 전류 분배기(7), 감산기(8A 및 8B), 전류 제어 장치(10)를 통해서 회전자가 움직이고, 이 회전자의 위치가 인코더(3)에 의해 검출되고, 인코더(3)의 출력이 가속도 연산 수단(9)을 통해서 가속도 절대값 연산 수단(27)에 입력된다. 스텝 ST3에 있어서는, 가속도 절대값 연산 수단(27)은 위치 검출 수단으로서의 인코더(3)로부터 출력되는 상대적 자극 위치(θm)를 나타내는 상대적 자극 위치 검출 신호에 기초하여 회전자의 가속도(ACC)의 절대값 즉 가속도의 크기를 연산한다(스텝 ST3).

그리고 토크 가산량 발생 수단(29)은 토크 지령(TC)에 가산되어 마찰 토크를 극복해서 회전자를 움직이는 상태로 하는데에 필요한 토크 가산량(TADD)을 발생한다. 본 실시형태에서 이용하는 토크 가산량 발생 수단(29)은 가속도 절대값 연산 수단(27)이 출력하는 가속도(ACC)의 절대값이 미리 정한 기준값(소정값)보다 작을 때에는 서서히(또는 단계적으로) 증가하는 토크 가산량을 발생한다(스텝 ST4, ST5, ST8, ST9). 여기서 서서히 증가하는 토크 가산량(TADD)은, 예컨대 토크 가산량 TADD=TADD+α(여기서 α는 증가분)로 하여 계산할 수 있다. 이 토크 가산량(TADD)은 토크 지령(TC)에 가산되고, 가산 후의 토크 지령(TCMD)은 전류 분배기(7)에 입력된다(스텝 ST6, ST10). 도 2(B)는 토크 가산량(TADD)을 토크 지령(TC)에 가산한 후의 파형을 나타내고 있다. 또한 도 5의 가장 위의 파형은 가산 후의 토크 지령(TCMD)의 파형의 변화를 나타내고 있다. 도 5의 파형 TCMD의 초기의 단계를 보면 알 수 있듯이, 가산 후의 토크 지령(TCMD)은 서서히 진폭의 피크가 커지고 있다. 즉 전류 분배기(7)에 입력되는 토크 지령(TCMD)은 서서히 진폭이 커지고 있어 그 결과 전류 지령도 서서히 커진다.

그리고 토크 가산량 발생 수단(29)은 가속도(ACC)의 절대값이 기준값에 도달하면(가속도의 절대값이 기준값 이상이 되면), 가속도의 절대값이 기준값에 도달하기 전의 토크 가산량 이상의 토크 가산량(TADD=TADD×β: 여기서 β는 계수)을 발생한다(도 3의 스텝 ST13). 이 토크 가산량(TADD=TADD×β)은 일정하기 때문에, 도 5의 가산 후의 토크 지령(TCMD)의 파형을 보면 알 수 있듯이, 가산 후의 토크 지령(TCMD)의 진폭의 피크는 일정해진다. 여기서 기준값(소정값)은 인코더(3)의 분해능을 고려하여 올바르게 가속도를 검출할 수 있도록 정해진다. 또한 증가분(α)은 적당한 속도로 초기 처리가 종료되고, 동시에 토크 지령이 지나치게 커지지 않도록 정해진다. 또한 계수(β)는 가감산 보정량(θOFS)이 가해져도 토크가 마찰 토크보다 작아지지 않도록 정해져 있다. 이와 같이 토크 가산량(TADD)을 토크 지령(TC)에 가산하면, 전동기(1)의 회전자가 움직여서 토크를 올바르게 계측하는데에 필요한 최저한의 토크를 발생시킬 수 있고, 전동기(1)의 회전자의 이동량을 적게 할 수 있는 효과가 얻어진다.

상기 동작과 동기하여 가속도 절대값 연산 수단(27)으로부터 출력된 가속도(ACC)는 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)에 입력된다. 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)은 가속도(ACC)의 절대값이 미리 정한 기준값보다 작을 때에(도 3의 스텝 ST4, ST8) 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 상대적 자극 위치 검출 신호에 의해 나타내어지는 상대적 자극 위치(θm)에 가산되는 초기시의 자극 위치 보정량(θc)(=θ1)을 발생한다. 이 자극 위치 보정량(θc)은 3상의 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 사용되는 것이다. 본 실시형태에서는, 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)은 2개의 미리 정한 자극 위치 보정량(초기값(θ1)+90°,초기값(θ1)-90°)을 초기시의 자극 위치 보정량(θc)으로서 발생한다. 여기서 초기값(θ1)은 보정의 중심이 되는 중심 보정량의 초기값이다. 도 5의 최하부에 이 중심 보정량(θ1)의 변화를 나타내고 있다. 도 5의 예에서는 중심 보정량(θ1)의 초기값을 0°로 하고 있다. 그러나 중심 보정량(θ1)의 초기값은 임의의 값으로 할 수 있다. 이 미리 정한 자극 위치 보정량 중의 고정량(+90°,-90°)은 자극 위치 보정량(θc)을 변화시켜 회전자가 마찰 토크를 극복해서 이동을 개시하는 것을 용이하는데에 필요한 양으로서 정해져 있다.

도 3의 플로우차트에서는 가속도의 절대값이 기준값보다 작을 경우에(스텝 ST4, ST5) 처음에는 자극 위치 보정량(θc)으로서 (θ1+90°)를 출력하고 있다. 그리고 가속도를 검출하고(스텝 ST7), 가속도의 절대값이 아직 기준값보다 작을 경우에는(스텝 ST8) 자극 위치 보정량(θc)으로서 (θ1-90°)를 출력한다(스텝 ST9). 가속도의 크기를 검출하고(스텝 ST11), 가속도의 절대값이 기준값보다 작을 경우에는 다시 스텝 ST5로 돌아가서 자극 위치 보정량의 변동(요동 동작)을 계속한다. 도 5에 나타낸 자극 위치 보정량(θc) 및 중심 보정량(θ1)의 파형을 보면 알 수 있듯이, 초기 처리에 있어서는 (θ1+90°)의 자극 위치 보정량을 나타내는 신호를 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)이 출력한 후, (θ1-90°)의 자극 위치 보정량을 나타내는 신호를 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)이 출력하고 있다. 도 5의 예에서는 그 후, 후술하는 통상 처리로 이행된다. 즉 가속도의 절대값이 기준값보다 커진 것을 검출하고(스텝 ST12), 스텝 ST13으로 진행된다. 그리고 스텝 ST14에서 제 1 스위칭 수단(SW1)이 접점(C2)을 선택하고, 또한 제 2 스위칭 수단(SW2)이 온 상태가 된다. 또한 이 스위칭을 위한 지령은 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)의 내부에서 가속도의 절대값이 기준값보다 커진 것을 판정했을 때에 생성된다. 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단(31)의 내부에는 소프트웨어에 의해 가속도의 절대값과 기준값을 비교하는 비교 수단과, 초기시의 자극 위치 보정량(θc)(=θ1)을 연산하는 보정량 연산 수단과, 스위칭 지령을 발생하는 스위칭 지령 발생 수단이 실현되어 있다.

이와 같이 하여, 초기의 마찰 토크를 극복해서 회전자의 가속도를 증대시킨 후에는 도 3의 초기 처리의 플로우차트로부터 도 4의 통상 처리의 플로우차트로 이행된다. 통상 처리는 도 1의 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단(32)에 의해 실행된다. 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단(32)은 가속도의 절대값이 미리 정한 기준값 이상이 된 후에 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 인코더(3)에 의해 검출되는 상대적인 자극 위치(θm)에 가산되는 통상시의 자극 위치 보정량(θc)을 발생한다. 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단(32)은 통 상시의 자극 위치 보정량(θc)의 중심이 되는 중심 보정량(θ1)을 결정하는 중심 보정량 결정 수단(40(33~39))과, 중심 보정량(θ1)에 교대로 가감산되는 가감산 보정량(θOFS=Δθ)을 결정하는 가감산 보정량 결정 수단(41)으로 구성된다. 중심 보정량 결정 수단(40)은 반전 수단(33)과, 가속도차 연산 수단(35)과, 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)과 중심 보정량 증가 감소 수단(39)으로 구성되어 있다.

반전 수단(33)은 가속도 연산 수단(9)이 출력하는 가속도를 반전한다(극성을 반전한다). 이 반전 수단(33)은 가속도 검출값이 음인 것을 보정하기 위해 삽입되어 있다. 가속도차 연산 수단(35)은 전회의 가속도와 이번의 가속도의 가속도차(ΔACC)를 연산한다. 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)은 가속도차 연산 수단(35)이 연산한 가속도차(ΔACC)의 극성의 변화를 판정한다. 그리고 중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 가속도가 검출될 때마다 중심 보정량(θ1)을 증가 또는 감소시킨다.

본 실시형태에서는 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)이 판정하는 가속도차(ΔACC)의 극성의 변화를 가속도차(ΔACC)가 양인 경우의 극성을 「+」로 하고, 가속도차(ΔACC)가 음인 경우의 극성을 「-」로 한다. 따라서, 극성의 변화가 없을 경우에는 전회의 가속도차(ΔACCn-1)와 이번의 가속도차(ΔACCn)의 극성은 「+,+」 또는 「-,-」가 된다. 또한 극성의 변화가 발생했을 경우에는 전회의 가속도차(ΔACCn-1)와 이번의 가속도차(ΔACCn)의 극성은 「+,-」 또는 「-, +」가 된다. 도 5의 최하부의 중심 보정량(θ1) 밑에는 전회의 가속도차(ΔACCn-1)와 이번의 가속도차(ΔACCn)의 극성의 변화의 상태를 나타내고 있다. 전회의 가속도차(ΔACCn-1)와 이번의 가속도차(ΔACCn)의 극성이 「+,+」 또는 「-,-」인 것은 최대 토크가 얻어 지는 자극 위치 보정량(θc)을 향해 중심 보정 위치(θ1)를 이동시키고 있는 상태인 것을 의미하고 있다. 그리고 전회의 가속도차(ΔACCn-1)와 이번의 가속도차(ΔACCn)의 극성이 「+,-」 또는 「-, +」인 것은 중심 보정 위치(θ1)가 최대 토크가 얻어지는 자극 위치 보정량(θc)의 근방에 있는 것을 의미하고 있다. 그리고 전회의 가속도차(ΔACCn-1)와 이번의 가속도차(ΔACCn)가 거의 없어진 시점의 중심 보정 위치(θ1)가 최대 토크가 얻어지는 자극 위치 보정량(θc)이 된다.

중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)이 극성의 변화를 판정할 때까지는 판정한 극성에 따라 중심 보정량(θ1)을 미리 정한 보정량 증감분(KX)만큼 증가시키는 증가 연산을 실행하거나 또는 보정량 증가분(KX)만큼 감소시키는 감소 연산을 실행한다. 중심 보정량(θ1)의 초기값은 초기 처리에 있어서 결정된 자극 위치 보정량이다. 도 5의 예에서는 중심 보정량(θ1)의 초기값은 0°로 되어 있다.

그리고 중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)이 극성의 변화를 판정할 때마다 보정량 증감분(KX)을 단계적으로 감소시키고 또한 보정량 증감분의 증가 연산과 감소 연산을 변경한다. 즉 중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)이 극성의 변화를 판정하기 전에 증가 연산을 하고 있으면 증가 연산을 감소 연산으로 변경하고, 극성의 변화를 판정하기 전에 감소 연산을 하고 있으면 감소 연산을 증가 연산으로 변경한다. 본 실시형태에서는, 중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)이 극성의 변화를 판정할 때마다 가감산 보정량을 1/n(n은 양의 정수: 본 실 시형태에서는 n=2)로 감소시키도록 구성하고 있다. 또한 중심 보정량 증가 감소 수단(39)은 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 하한값(B) 이하가 되었을 때에 연산 동작을 정지해서 그 때의 중심 보정량(θ1)을 결정된 중심 보정량으로 정한다.

제 2 스위칭 수단(SW2)이 온 상태로 되어 있기 때문에, 중심 보정량 증가 감소 수단(39)으로부터 출력되는 중심 보정량(θ1)에는 가감산 보정량 결정 수단(41)으로부터 출력되는 가감산 보정량(이하, 편의상, θOFS=Δθ로 하여 설명한다)이 교대로 가감산된다. 즉 자극 위치 보정량(θc)은 θc=θ1+Δθ가 된다. 가감산 보정량 결정 수단(41)은 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 값보다 작아졌을 때에 가감산 보정량(Δθ)을 증가시키도록 구성되어 있다. 이것은, 보정량 증감분(KX)이 클 때에 가감산 보정량(Δθ)이 지나치게 크면 수속이 늦어지기 때문이다. 본 실시형태에서 이용하는 가감산 보정량 결정 수단(41)에서는 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 값보다 작아졌을 때에 초기의 가감산 보정량(Δθ)을 1.5배로 증가시키고 있다.

상술한 바와 같이, 중심 보정량 증가 감소 수단(39) 및 가감산 보정량 결정 수단(41)을 구성하면, 중심 보정량(θ1)은 서서히 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 상대적 자극 위치 검출 신호(θm)에 가산해야할 최종적인 자극 위치 보정량(θc)에 가까워져 간다. 그리고 그 과정에 있어서는, 보정량 증감분(KX)의 가감산을 거쳐 최종적인 자극 위치 보정량(θc)을 향해 중심 보정량(θ1)은 수속된다. 그리고 이 중심 보정량(θ1)을 최종적인 자극 위치 보정량(θc)으로 한다. 이와 같이 하면, 이동자를 크게 움직이는 일 없이 이동자의 자극 위치에 기초하여 정해지는 전류의 위상(θm+θc)을 최대 토크가 발생하는 위상 으로 보정할 수 있다.

도 4에 따라 구체적으로 설명하면, 통상 처리에서는 제 2 스위칭 수단(SW2)이 온 상태로 되어 있기 때문에, 중심 보정량 증가 감소 수단(39)으로부터 출력되는 중심 보정량(θ1)에 가감산 보정량 결정 수단(41)으로부터 출력되는 가감산 보정량(θOFS=Δθ)이 교대로 가감산된다. 즉 자극 위치 보정량(θc)은 θc=θ1±Δθ가 된다. 이 점을 도 4의 플로우차트를 이용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 통상 처리에 들어가면, 스텝 ST15에서 가감산 보정량(θOFS=Δθ=30°)이 가감산 보정량 결정 수단(41)에 의해 결정된다. 그리고 스텝 ST16에서 후술하는 보정량 증감분(KX)을 결정하는 계수(K)와 각도 증감분(X)의 값이 설정된다. 본 예에서는 K=1, X=22.5°로 설정된다. 또한, K 및 X의 값은 제어 대상으로 하는 동기 전동기의 종류, 특성에 따라 적절하게 정해진다. 스텝 ST16의 n은 가속도차 연산 수단(35)이 가속도차를 출력하는 회수를 의미하고 있다. n=0일 때에는 아직 가속도차는 검출되어 있지 않다. 초기 단계에서는 도 4의 스텝 ST17에서 n이 짝수(0을 포함함)인지의 여부가 판정된다. 그리고 n이 짝수인 경우에는, 가감산 보정량 결정 수단(41)은 가감산 보정량(θOFS)=+Δθ로 결정하고, n이 홀수인 경우에는 가감산 보정량(θOFS)=-Δθ로 결정한다(스텝 ST18, ST19). 그리고 스텝 ST20에서 자극 위치 보정량(θc=θ1+θOFS)의 연산이 행해진다. 본 실시형태에서는, 도 5의 θ1의 파형을 보면 알 수 있듯이, n=0일 때에 θ1은 0°이기 때문에, θc=θ1+θOFS=0°+30°=30°로 된다(도 5의 자극 위치 보정량(θc)의 파형의 n=0일 때의 각도 참조). 그리고 스텝 ST21에서 토크 지령이 인가되고, 스텝 ST22에서 최초의 가속도가 검출된 다. 다음에 스텝 ST23에서 n이 1 이상인지의 여부의 판정이 행해진다. n=0일 때에는 스텝 ST40로 진행되어 n=n+1이 되고, 다시 스텝 ST17로 돌아간다.

스텝 ST17로 돌아가면 n=1(홀수)이 되고, 스텝 ST18로 진행된다. 스텝 ST18에서는 가감산 보정량(θOFS=-Δθ)을 결정한다. 그리고 스텝 ST20에 있어서의 연산 θc=θ1+θOFS는 θc=0-30°=-30°가 된다(도 5의 자극 위치 보정량(θc)의 파형의 n=1일 때의 각도 참조). 그 후 스텝 ST21~ST23로 진행되고, 스텝 ST23에서 n이 1 이상인 것이 판단되어 스텝 ST24로 진행된다. 또한 여기까지의 각 스텝은 중심 보정량 결정 수단(40)과 가감산 보정량 결정 수단(41)의 일부를 실현하고 있다.

스텝 ST23에 있어서 n이 1 이상인 것이 판정되어 스텝 ST24로 진행되면 가속도차(ΔACCn)가 산출된다. 이 예에서는 스텝 ST24가 가속도차 연산 수단(35)을 실현하고 있다. 다음에 스텝 ST25에서 n이 1 인지의 여부의 판정이 행해져 n이 1인 경우에는 스텝 ST26으로 진행된다. 스텝 ST26에서는 ΔACCn의 극성이 「+」인지 「-」인지의 판정이 행해진다. ΔACCn의 극성이 「+」이면 스텝 ST27로 진행되고, ΔACCn의 극성이 「-」이면 스텝 ST28로 진행된다. 스텝 ST27에서는 중심 보정량(θ1)을 (θ1+KX)로 연산한다. 또한 스텝 ST28에서는 중심 보정량(θ1)을 (θ1-KX)로 연산한다. 여기서 KX는 보정량 증가분이다. 이 보정량 증가분을 이용한 중심 보정량(θ1)의 연산은 도 1의 중심 보정량 증가 감소 수단(39)으로 실행된다. 도 5에 나타낸 동작 파형의 예에서는 가속도차(ΔACC1)가 「+」이기 때문에 스텝 ST27에서 θ1의 연산이 행해진다. 구체적으로는, 최초의 θ1은 0이기 때문에, 스텝 ST27에서의 연산은 θ1=θ+KX=22.5°로 된다. 도 5를 보면, θ1의 파형에서는 n=1의 후에 22.5°의 증가가 보여진다.

다음에 스텝 ST36으로 진행되어 KX의 값이 소정값 A(이 예에서는 12.5°) 이하인지의 여부의 판정이 행해진다. n=1의 단계에서는 KX=22.5°이기 때문에 스텝 ST38로 진행된다. 스텝 ST38에서는 KX의 값이 소정값 B(이 예에서는 1°) 이하인지의 여부의 판정이 행해진다. n=1의 단계에서는 KX=22.5°이기 때문에 스텝 ST40으로 진행되고, n=2로 되어 스텝 ST17로 진행된다.

다음에 n=2로 되면, 스텝 ST19에서 가감산 보정량(Δθ)=+30°로 되고, 스텝 ST20에서는 θc=22.5°+30°= 52.5°로 된다(도 5의 θc의 파형에 있어서의 n=2의 각도 참조). 그리고 스텝 ST24에서 가속도차(ΔACC2)가 연산된다. 도 5의 예에서는 이 때의 가속도차도 「+」이다. 스텝 ST25로부터 스텝 ST29로 진행되면 스텝 ST29에서는 가속도차의 극성이 판정된다. 즉 스텝 ST29에서는 전회와 이번의 가속도차의 극성을 판정한다. 이 예에서는 전회와 이번의 가속도차의 극성은 「+,+」로 된다. 그 결과, 스텝 ST30으로 진행된다. 스텝 ST30에서는 중심 보정량(θ1)의 연산이 θ1=θ1+KX의 식으로 실행된다. 구체적으로는 θ1=22.5°+ 22.5°(=KX)=45°의 연산 결과가 얻어진다. 즉 n=2에 있어서 중심 보정량(θ1)은 45°로 된다. 그리고 스텝 ST36, ST38 및 ST40을 경유하여 n=3으로 되어 스텝 ST17로 되돌아간다.

다음에 스텝 ST17로부터 스텝 ST18로 진행되고, θOFS=Δθ는 -30°로 된다. 따라서 스텝 ST20에서 연산하는 자극 위치 보정량(θc)은 θc=52.5°-30°= 22.5°로 된다(도 5의 θc의 파형의 n=3의 위치의 각도 참조). 그 후, 스텝 ST24에서 가속도차(ΔACC3)가 연산된다. 이 때의 가속도차도 「+」인 것으로 한다. 따라서 스 텝 ST29로부터 스텝 ST30으로 진행되어 중심 보정량(θ1)은 θ1=45°+22.5°=67.5°로 된다. 그리고 스텝 ST36, ST38 및 ST40을 경유해서 n=4로 되어 스텝 ST17로 되돌아가고, 가속도차(ΔACC)가 「-」로 될 때까지 중심 보정량(θ1)의 값은 증가를 계속한다. 또한 자극 위치 보정량(θc)도 중심 보정량(θ1)의 증가에 따라 교대로 증감하면서 증가하고 있다. 이 경우에 있어서 중심 보정량(θ1)이 증가하고 있을 때에는 자극 위치 보정량(θc)이 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 상대적 자극 위치(θm)에 가산되는 값에 근접하고 있는 것을 의미한다. 예컨대 도 6에 나타내는 바와 같이, 최후의 단계에서는, 자극 위치 보정량(θc)은 수속한 중심 보정량(θ1)을 중심으로 하여 가감산 보정량(θOFS)=Δθ분만큼 변동한다. 수속한 중심 보정량(θ1)이 최종적인 자극 위치 보정량으로서 사용되게 된다.

도 4의 각 스텝을 계속해 가는 과정에서, n의 값이 증가하여 자극 위치 보정량(θc)이 수속된 중심 보정량(θ1)(최종적인 자극 위치 보정량)을 초과하게 되면, 전회의 가속도차(ΔACCn-1)와 이번의 가속도차(ΔACCn)의 극성은 「+」와 「-」로 나누어지도록 된다. 이것은 스텝 ST33에서 판정된다. 스텝 ST33에서 가속도차의 극성의 변화가 「+」에서 「-」로 변할 경우에는 스텝 ST35로 진행되고, 「-」에서 「+」로 변할 경우에는 스텝 ST34로 진행된다. 스텝 ST35에서는 중심 보정량(θ1)을 K=K/2로 하여 θ1=θ1-KX의 연산을 행한다. 또한 스텝 ST34에서는 중심 보정량(θ1)을 K=K/2로 하여 θ1=θ1+KX의 연산을 행한다. 도 5의 예에서는 n=9에서 가속도차의 극성이 「+」로부터 「-」로 변하고 있다. 그 결과, n=9일 때에는 스텝 ST33으로부터 스텝 ST35로 진행되고, 스텝 ST35에서는 K=K/2로 하여 θ1=θ1-KX의 연산을 행한다. 여기서 K=1이기 때문에, 실제로는 θ1=180°-11.25°= 168.75°로 감소한다(도 5의 θ1의 파형 참조). 가속도차의 극성에 변화가 있을 때마다 KX의 값은 1/2로 된다. 최초의 극성의 변화에서 KX는 11.25로 되기 때문에, 스텝 ST36로부터 스텝 ST37로 진행되고, 스텝 ST37에서는 Δθ를 45°로 변경한다. 즉 가감산 보정량 결정 수단(41)에 의해 결정되는 가감산 보정량(θOFS)인 Δθ를 30°로부터 45°로 변경한다. 그리고 스텝 ST38 및 스텝 ST40을 거쳐 스텝 ST17로 되돌아간다. n=10이 되면, Δθ가 45°로 되기 때문에, n=10이 되었을 때의 자극 위치 보정량(θc)은 θc=θ1+Δθ=168.75°+45°= 213.75°로 된다.

이 예에서는, n=13이 될 때까지는 전회의 가속도차의 극성과 이번의 가속도차의 극성은 「-」와 「-」로 된다. 그 때문에, 스텝 ST31로부터 스텝 ST32로 진행되고, 스텝 ST32에서 중심 보정량(θ1=θ1-KX)의 연산이 행해진다. 그 결과, n이 10에서부터 13으로 증가하는 과정에서는 중심 보정량(θ1)은 11.25°씩 감소한다. n=13에서 가속도차의 극성이 「-」에서 「+」로 변화되면, 스텝 ST33으로부터 스텝 ST34로 진행되고, K의 값이 K=K/2로 되고, 중심 보정량(θ1)의 연산식은 θ1=θ1+KX로 된다. 따라서 n=13 이후, 다시 중심 보정량(θ1)은 증가하게 된다. n=13일 때의 KX는 아직 소정값 B보다 크기 때문에, 스텝 ST38로부터 스텝 ST40을 경유하여 스텝 ST17로 되돌아간다.

이 예에서는, n=17로 될 때까지는 전회의 가속도차의 극성과 이번의 가속도차의 극성은 「+」와 「+」로 된다. 그 때문에, 스텝 ST29로부터 스텝 ST30으로 진 행되고, 스텝 ST30에서 중심 보정량(θ1)=θ1+KX의 연산이 행해진다. 그 결과, n이 13에서부터 17로 증가하는 과정에서는 중심 보정량(θ1)은 5.625°씩 증가한다. n=17에서 가속도차의 극성이 「+」에서 「-」로 변화되면, 스텝 ST33으로부터 스텝 ST35로 진행되고, K의 값이 더욱 K=K/2로 되고, 중심 보정량(θ1)의 연산식은 θ1=θ1-KX로 된다. 따라서 n=17 이후, 중심 보정량(θ1)은 다시 감소하게 된다. n=17일 때의 KX는 아직 소정값 B보다 크기 때문에, 스텝 ST38로부터 스텝 ST40을 경유하여 스텝 ST17로 되돌아간다.

이와 같이 하여 중심 보정량(θ1)은 증감을 반복하면서 최종의 중심 보정량으로 수속된다. 전회의 가속도차의 극성과 이번의 가속도차의 극성이 변화될 때마다 KX의 값이 1/2로 되고, KX의 값이 스텝 ST38에서 판정하는 소정값 B보다 작아지면 스텝 ST39로 진행된다. 스텝 ST39에서는 제 1 스위칭 수단(SW1)이 접점(C3)을 선택하여 제 2 스위칭 수단(SW2)이 오프상태로 된다. 제 1 스위칭 수단(SW1)이 접점(C3)을 선택하면, 그 때의 수속한 중심 보정량(θ1)이 최종 결정된 자극 위치 보정량(θc)으로서 기억 수단(43)에 기억된다. 이후의 동작에서는 기억 수단(43)에 기억된 중심 보정량(θ1)이 최종 결정된 자극 위치 보정량(θc)으로서 기억 수단(43)으로부터 출력되게 된다. 따라서 이후에는, 인코더(3)로부터 얻어지는 상대적 자극 위치(θm)에 기억 수단(43)에 기억된 최종 결정된 중심 보정량(θ1)(=최종 결정된 자극 위치 보정량(θc))이 가산되어 얻어진 자극 위치를 기준으로 해서, 전류 제어 장치(10)는 최종 결정된 자극 위치 보정량과 인코더(3)로부터의 상기 상대적인 자극 위치(θm)를 가산한 값을 기준으로 해서 전류의 위상을 결정한다.

또한 도 4의 플로우차트에 나타내어진 스텝 ST29, ST31 및 ST33에 의해 가속도차 극성 변화 판정 수단(37)이 실현되어 있다. 또한 스텝 ST17~ST19 및 스텝 ST36 및 37에 의해 가감산 보정량 결정 수단(41)이 구성되고, 그 외의 스텝 대부분에 의해 중심 보정량 증가 감소 수단(39)이 실현되어 있다. 또한 제 1 및 제 2 스위칭 수단(SW1 및 SW2)은 스텝 ST1, ST14 및 ST39에 의해 구성되어 있다. 또한 제 1 및 제 2 스위칭 수단(SW1 및 SW2)의 스위칭 조작은 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단(32)의 내부에 설치된 도시하지 않은 스위칭 지령 발생 수단으로부터의 지령에 기초해서 행해진다.

상기 실시형태에서는 동기 전동기(1)로서 회전형 동기 전동기를 이용했지만, 본 발명은 리니어 모터에도 당연히 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 동기 전동기의 제어 장치의 실시형태의 일례의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2(A)~(C)는 도 1의 실시형태에서 사용하는 토크 지령 신호, 토크 가산량이 가산된 토크 지령 신호 및 가감산 보정량의 관계를 나타내는 도면이다.

도 3은 자극 위치 보정기를 컴퓨터를 이용하여 실현하는 경우에 이용하는 소프트웨어의 알고리즘 중 초기 처리의 알고리즘을 나타내는 플로우차트이다.

도 4는 자극 위치 보정기를 컴퓨터를 이용하여 실현하는 경우에 이용하는 소프트웨어의 알고리즘 중 통상 처리의 알고리즘을 나타내는 플로우차트이다.

도 5는 도 1의 실시형태의 동작을 설명하기 위해 이용하는 동작 파형도이다.

도 6은 중심 보정량과 토크의 관계를 나타내는 도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

3 : 인코더(위치 검출 수단) 5 : 토크 지령 발생 수단

7 : 전류 분배기(전류 지령 발생 수단) 9 : 가속도 연산 수단

10 : 전류 제어 장치 11 : q축 제어기

13 : d축 제어기 15 : 제 1 좌표 변환기

17 : PWM 제어기 19 : 전력 변환기

20 : 전류 검출 수단 21 : 제 2 좌표 변환기

23 : 신호 발진기 25 : 자극 위치 보정 수단

27 : 가속도 절대값 연산 수단 29 : 토크 가산량 발생 수단

31 : 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단

33 : 반전 회로 35 : 가속도차 연산 수단

37 : 가속도차 극성 변화 판정 수단 39 : 중심 보정량 증가 감소 수단

40 : 중심 보정량 결정 수단 41 : 가감산 보정량 결정 수단

43 : 기억 수단

SW1,SW2 : 제 1 및 제 2 스위칭 수단

Claims

전기자 권선에 전류가 흘러 각각 소정의 극성이 되는 복수의 고정자 자극을 구비한 고정자 및 복수의 이동자 자극을 구비한 이동자를 구비한 동기 전동기에 있어서의, 상기 이동자 자극의 상기 고정자 자극에 대한 상대적 자극 위치(θm)를 검출해서 상기 상대적 자극 위치를 나타내는 상대적 자극 위치 검출 신호를 출력하는 위치 검출 수단;

토크 지령을 발생하는 토크 지령 발생 수단;

상기 토크 지령에 기초해서 정한 상기 전기자 권선에 흐르는 전류를 정하는 전류 지령을 발생하는 전류 지령 발생 수단;

상기 전류 지령에 기초해서 상기 전기자 권선에 전류를 공급하는 전류 제어 장치; 및

상기 전기자 권선을 흐르는 상기 전류를 검출해서 상기 전류를 나타내는 피드백 전류 신호를 발생하는 전류 피드백 수단을 구비하고;

상기 전류 피드백 수단 및 상기 전류 제어 장치가 상기 위치 검출 수단이 검출하는 상기 상대적 자극 위치(θm)에 기초하여 상기 전류의 위상을 결정하도록 구성되어 있는 동기 전동기의 제어 장치에 있어서:

상기 위치 검출 수단으로부터 출력되는 상기 상대적 자극 위치(θm)에 기초하여 상기 이동자의 가속도를 구하는 가속도 연산 수단;

상기 토크 지령에 가산되어서 마찰 토크를 극복해서 상기 이동자가 움직이는 상태로 하는데에 필요한 토크 가산량(TADD)을 발생하는 토크 가산량 발생 수단;

상기 가속도의 절대값이 미리 정한 기준값보다 작을 때에 상기 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 상기 상대적 자극 위치(θm)에 가산되는 초기시의 자극 위치 보정량(θc)을 발생하는 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단; 및

상기 가속도의 절대값이 상기 미리 정한 기준값 이상이 된 후에 상기 전류의 위상을 최대 토크가 얻어지는 위상에 가까워지게 하기 위해서 상기 상대적 자극 위치(θm)에 가산되는 통상시의 자극 위치 보정량(θc)을 발생하는 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단을 구비하고;

상기 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단은 (중심 보정량의 초기값+90°) 및/또는 (중심 보정량의 초기값-90°)의 자극 위치 보정량을 상기 초기시의 자극 위치 보정량으로서 발생하도록 구성되어 있고;

상기 통상시 자극 위치 보정량 발생 수단은 상기 통상시의 자극 위치 보정량(θc)의 중심이 되는 중심 보정량(θ1)을 결정하는 중심 보정량 결정 수단과, 상기 중심 보정량(θ1)에 교대로 가감산되는 가감산 보정량(θOFS)을 결정하는 가감산 보정량 결정 수단으로 이루어지고;

상기 중심 보정량 결정 수단은,

상기 가속도가 검출될 때마다 상기 중심 보정량(θ1)을 증가 또는 감소시키는 중심 보정량 증가 감소 수단;

전회의 상기 가속도와 이번의 상기 가속도의 가속도차를 연산하는 가속도차 연산 수단; 및

상기 가속도차 연산 수단이 연산한 상기 가속도차의 극성의 변화를 판정하는 가속도차 극성 변화 판정 수단을 구비하고;

상기 중심 보정량 증가 감소 수단은 상기 가속도차 극성 변화 판정 수단이 상기 극성의 변화를 판정할 때까지는 상기 극성에 따라 상기 중심 보정량(θ1)을 미리 정한 보정량 증감분(KX)만큼 증가시키는 증가 연산을 실행하거나 또는 상기 보정량 증가분(KX)만큼 감소시키는 감소 연산을 실행하고, 상기 가속도차 극성 변화 판정 수단이 상기 극성의 변화를 판정할 때마다 상기 보정량 증감분(KX)을 단계적으로 감소시키고 또한 상기 보정량 증감분의 상기 증가 연산과 상기 감소 연산을 변경하고, 상기 보정량 증감분이 미리 정한 하한값(B) 이하가 되었을 때에 연산 동작을 정지해서 그 때의 상기 중심 보정량을 최종 결정된 자극 위치 보정량이라고 정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 토크 가산량 발생 수단은 상기 가속도의 절대값이 상기 기준값보다 작을 때에는 서서히 증가하는 상기 토크 가산량을 발생하고, 상기 가속도의 절대값이 상기 기준값에 도달하면 상기 가속도의 절대값이 상기 기준값에 도달하기 전의 상기 토크 가산량 이상의 토크 가산량을 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 초기시 자극 위치 보정량 발생 수단은 플러스측으로 상기 이동자를 시프트하려고 하는 자극 위치 보정량과 마이너스측으로 상기 이동자를 시프트하려고 하는 자극 위치 보정량을 교대로 상기 초기시의 자극 위치 보정량으로서 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 가감산 보정량 결정 수단은 상기 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 값보다 작아졌을 때에 상기 가감산 보정량(θOFS)을 증가시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 가감산 보정량 결정 수단은 상기 보정량 증감분(KX)이 미리 정한 값보다 작아졌을 때에 초기의 상기 가감산 보정량(θOFS)을 1.5배로 증가시키는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 중심 보정량 증감 수단은 상기 가속도차 극성 변화 판정 수단이 상기 극성의 변화를 판정할 때마다 상기 가감산 보정량을 1/n(n은 2 이상의 양의 정수)로 감소시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동기 전동기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전류 피드백 수단 및 상기 전류 제어 장치는 상기 최종 결정된 자극 위치 보정량과 상기 위치 검출 수단으로부터의 상기 상대적 자극 위치(θm)를 가산한 값을 기준으로 해서 상기 전류의 위상을 결정하는 것을 특징으 로 하는 동기 전동기의 제어 장치.