KR20140121863A - 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태의 제어 시스템은, 회전자의 내부에 자석을 갖는 동기 전동기를 제어하는 제어 시스템으로서, 동기 전동기를 구동하기 위한 교류를 출력하는 인버터와, 인버터를 구동하기 위한 게이트 지령을 생성하는 게이트 지령 생성부와, 인버터로부터 출력되는 교류의 전류값을 검출하는 전류 검출부와, 전류 검출부가 검출한 전류값에 기초하여 자극 위치를 추정하는 자극 위치 추정부와, 자극 극성의 판정을 행할 때, 전류 검출부가 검출하는 전류값의 d축 성분이 소정의 값을 나타내기 위한 극성 판정용 게이트 지령을 생성하도록, 상기 게이트 지령 생성부에 지시하는 제어부와, 극성 판정용 게이트 지령이 생성되면, 자극 위치 추정부에 의하여 추정된 자극 위치에 기초하여, 정의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제1 정보와, 부의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제2 정보를 구하고, 구해진 제1 정보와 제2 정보를 비교하여, 큰 값을 나타내는 쪽을 N극으로 판정하는 자극 극성 판정부를 구비하고 있다. 그리고 이 제어 시스템은, 정방향 및 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에 자극 방향의 인덕턴스를 나타내는 값이 커지는 측을 N극측으로 판정한다.

Description

제어 시스템{CONTROL SYSTEM}
본 발명의 실시 형태는 제어 시스템에 관한 것이다.
영구 자석 동기 전동기의 회전 센서리스 제어 장치에 있어서, 정지 상태로부터 기동할 때의 초기 자극(磁極) 위치 추정에는 돌극성(突極性)을 사용하여 행하고 있기 때문에(예를 들어, 특허문헌 1 참조), 자극 방향의 추정이 필요해진다.
자극 방향의 추정으로서, 자기 포화를 이용한 추정법이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 2, 특허문헌 3 참조).
일본 특허 제3719910호 공보 일본 특허 제3401155호 공보 일본 특허 공개 제2008-079489호 공보
상기 종래의 추정법은, N극 방향의 전류 증가에 대하여 자석 자속 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 것을 이용하여 자극 방향을 추정하는 것이었다.
따라서 상기 종래의 기술은, N극 방향의 전류 증가에 대하여 자석 자속 방향의 인덕턴스가 단조 감소가 아니라, 극대점을 갖는 경우에는 적용할 수는 없었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이며, N극 방향의 전류 증가에 대하여 자석 자속 방향의 인덕턴스가 극대점을 갖는 전동기에서도 자극 방향 추정을 가능하게 하는 제어 시스템을 실현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 형태의 제어 시스템은, 회전자의 내부에 자석을 갖는 동기 전동기를 제어하는 제어 시스템에 있어서, 동기 전동기를 구동하기 위한 교류를 출력하는 인버터와, 인버터를 구동하기 위한 게이트 지령을 생성하는 게이트 지령 생성부와, 인버터로부터 출력되는 교류의 전류값을 검출하는 전류 검출부와, 전류 검출부가 검출한 전류값에 기초하여 자극 위치를 추정하는 자극 위치 추정부와, 자극 극성의 판정을 행할 때, 전류 검출부가 검출하는 전류값의 d축 성분이 소정의 값을 나타내기 위한 극성 판정용 게이트 지령을 생성하도록, 상기 게이트 지령 생성부에 지시하는 제어부와, 극성 판정용 게이트 지령이 생성되면, 자극 위치 추정부에 의하여 추정된 자극 위치에 기초하여, 정(positive)의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제1 정보와, 부(negative)의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제2 정보를 구하고, 구해진 제1 정보와 제2 정보를 비교하여, 큰 값을 나타내는 쪽을 N극으로 판정하는 자극 극성 판정부를 구비하고 있다.
그리고 이 제어 시스템은, 정방향 및 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에 자극 방향의 인덕턴스를 나타내는 값이 커지는 측을 N극측으로 판정한다.
도 1은 제1 실시 형태의 영구 자석 동기 전동기의 회전 제어 장치의 개요 구성 블록도이다.
도 2는 영구 자석 동기 전동기의 개요 구성 종단면도이다.
도 3은 영구 자석 동기 전동기에 있어서의 일반적으로 알려진 d축 인덕턴스 특성을 설명한 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태의 영구 자석 동기 전동기에 있어서의 d축 인덕턴스 특성의 설명도이다.
도 5는 특성 설명도이다.
도 6은 도 4와 마찬가지의 특성을 갖는 다른 로터(rotor)의 일례의 설명도이다.
도 7은 자속 밀도(B)와 자계의 강도(H)의 관계의 설명도이다.
도 8은 제1 실시 형태의 동작 원리 설명도이다.
도 9는 도 8의 상태에 있어서의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
도 10은 자로(磁路) 형성용 철심부의 폭을 넓게 했을 경우에 있어서의 로터측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
도 11은 스테이터(stator)측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
도 12는 세로 구멍부 내에 영구 자석을 삽입했을 경우의, 로터측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
도 13은 세로 구멍부 내에 영구 자석을 삽입했을 경우의, 스테이터측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
도 14는 제1 실시 형태에 있어서의 d축 인덕턴스 증가량과 d축 인덕턴스 감소량의 설명도이다.
도 15는 제1 실시 형태에 있어서의 d축 인덕턴스의 슬롯 고조파에 따른 변화량의 설명도이다.
도 16은 제1 실시 형태의 자극 극성 판정 동작의 설명도이다.
도 17a는 자극 극성 판정 동작의 다른 예에 있어서의 d축 전압 변화의 설명도이다.
도 17b는 자극 극성 판정 동작의 다른 예에 있어서의 d축 전류 변화의 설명도이다.
도 18은 제2 실시 형태의 자극 극성 판정 동작의 설명도이다.
도 19는 제3 실시 형태의 자극 극성 판정부의 개요 구성 블록도이다.
도 20은 γ축 전류 지령과 γ축 전류의 관계의 설명도이다.
다음으로, 도면을 참조하여 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
[1] 제1 실시 형태
도 1은, 제1 실시 형태의 영구 자석 동기 전동기의 제어 장치 개요 구성 블록도이다.
전동기 구동 장치(100)는, 크게 구별하면 전류 지령 생성부(10)와, 전류 제어부(11)와, 고주파 전압 중첩부(12)와, 제1 좌표 변환부(13)와, 삼각파 PWM 변조부(14)와, 인버터(15)와, 전류 검출부(16)와, 제2 좌표 변환부(17)와, 자극 위치 추정부(18)와, 자극 극성 판정부(19)를 구비하고 있다.
이상의 구성에 있어서, 전류 지령 생성부(10)와, 전류 제어부(11)와, 고주파 전압 중첩부(12)와, 제1 좌표 변환부(13)와, 삼각파 PWM 변조부(14)와, 전류 검출부(16)와, 제2 좌표 변환부(17)와, 자극 위치 추정부(18)와, 자극 극성 판정부(19)는, 전체로서 인버터 제어부로서 기능하고 있다.
전류 지령 생성부(10)는 자속 전류 지령 신호 iγ ref 및 토크 전류 지령 신호 iδ ref를 출력한다. 그리고, 자극 극성을 판정할 때 인버터(15)가 출력하는 전류도, 전류 지령 생성부(10)가 출력하는 자속 전류 지령 신호 iγ ref와 토크 전류 지령 신호 iδ ref에 의하여 제어된다.
전류 제어부(11)는, 전류 지령 생성부(10)로부터 입력되는 자속 전류 지령 신호 iγ ref 및 토크 전류 지령 신호 iδ ref 및 자속 전류 성분 신호 iγ 및 토크 전류 성분 신호 iδ에 기초하여, 기본파 전압 지령 신호 Vγ0, Vδ0을 출력한다.
고주파 전압 중첩부(12)는, 기본파 전압 지령 신호 Vγ0, Vδ0에 고주파 전압 지령 신호 Vγh, Vδh를 중첩시켜 전압 지령 신호 Vγ, Vδ를 생성하고, 제1 좌표 변환부(13)에 출력한다.
제1 좌표 변환부(13)는, 극성을 갖는 자극 위치 θest에 기초하여, 전압 지령 신호 Vγ, Vδ의 γδ-UVW 변환을 행하여 전압 지령 신호 Vu, vv, vw를 생성하고, 삼각파 PWM 변조부(14)에 출력한다.
삼각파 PWM 변조부(14)는 입력된 전압 지령 신호 Vu, vv, vw에 기초하여, 인버터(15)를 구성하고 있는, 도시하지 않은 스위칭 트랜지스터(예를 들어, IGBT; Insulated Gate Bipolar Transistor)를 구동하기 위한 게이트 지령 신호(군) GC를 생성하고, 인버터(15)에 출력한다.
인버터(15)는 게이트 지령 신호 GC에 기초하여, 영구 자석 동기 전동기(PMSM)(20)를 구동하기 위한 U상(相) 신호 U, V상 신호 V 및 W상 신호 W를 생성한다. 그리고, 인버터(15)는 생성한 U상 신호 U, V상 신호 V 및 W상 신호 W에 기초하여, 내장되어 있는 스위칭 소자(예를 들어, IGBT)의 온/오프를 전환함으로써 교류/직류 전력을 상호 변환한다.
전류 검출부(16)는 전류 센서(16u) 및 전류 센서(16w)에 의하여, U상 신호 U에 대응하여 영구 자석 동기 전동기(20)에 흐르는 U상 전류 iu, 및 W상 신호 w에 대응하여 영구 자석 동기 전동기(20)에 흐르는 W상 전류 iw를 검출하여, 제2 좌표 변환부(17)에 출력한다. 또한 본 실시 형태에서는, U상 및 W상의 2상의 전류값(전류 응답값)을 검출하고 있지만, 3상 전부의 전류값을 검출하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
제2 좌표 변환부(17)는, 극성을 갖는 자극 위치 θest에 기초하여, 입력된 U상 전류 iu 및 W상 전류 iw에 대하여 UVW-γδ 변환을 행한다. 그리고, UVW-γδ 변환에 의하여 생성된 자속 전류 성분 신호 iγ 및 토크 전류 성분 신호 iδ를, 자극 위치 추정부(18) 및 전류 제어부(11)에 출력한다.
자극 위치 추정부(18)는, 제2 좌표 변환부(17)로부터 입력된 자속 전류 성분 신호 iγ(전류 응답값) 및 토크 전류 성분 신호 iδ(전류 응답값)로부터, 영구 자석 동기 전동기(20)의 자극 위치를 추정한다.
자극 위치 추정의 방법으로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 나타내고 있는 바와 같은 방법을 사용한다.
다시 말해, 검출한 전류를 대역 통과 필터에 통과시켜, 자극 위치 오차에 상당하는 값을 연산에 의하여 구한다. 그리고 구해진 값을, 자극 위치 오차를 PI 제어기에 입력하여 각속도를 추정한다. 계속해서, 추정한 각속도를 적분하여 자극 위치를 추정한다. 또는, 고주파 전류로부터 직접 자극 위치를 연산해도 된다.
다시 말해, 자극 위치 추정부(18)는 입력된 자속 전류 성분 신호 iγ 및 토크 전류 성분 신호 iδ에 기초하여, 자극 위치를 추정하여 자극 위치 추정 신호 θest0을 자극 극성 판정부(19)에 출력한다.
이 자극 위치의 추정에 있어서는, 로터의 돌극성을 사용하고 있다. 이 때문에 자극의 방향은 추정할 수 없으며, 180°(deg) 어긋난 방향이 자극 위치로서 구해질 가능성이 있다.
따라서 자극 위치의 추정에 있어서는, 자극 방향을 판정할 필요가 있다.
자극 극성 판정부(19)는 입력된 자극 위치 추정 신호 θest0에 기초하여, 극성을 갖는 자극 위치 θest를 생성하고, 제1 좌표 변환부(13) 및 제2 좌표 변환부(17)에 출력한다. 다시 말해, 자극 극성 판정부(19)는 로터 철심의 자기 포화를 이용하여 N극과 S극을 판정하고, 자극 위치 추정부(18)에서 추정한 자극 위치가 180°(deg) 어긋난 경우에는, 자극 극성에 대응하는, 극성을 갖는 자극 위치 θest를 자극 위치 추정 신호 θest0으로부터 180°deg 반전시킨 값으로 하여 출력한다.
다음으로, 구체적인 전동기 구동 장치(100)의 동작 설명에 앞서, 본 실시 형태가 적용되는 영구 자석 동기 전동기(20)의 구성에 대하여 설명한다.
도 2는, 영구 자석 동기 전동기의 개요 구성 종단면도이다.
영구 자석 동기 전동기(20)는 스테이터(21) 및 로터(22)를 갖고, 각 여자상으로 흐르는 3상 교류 전류에 의하여 발생한 자계에 의한 자기적 상호 작용으로, 로터(22)를 회전시키는 토크를 발생시킨다.
스테이터(21)는, 스테이터 티스(teeth)(23) 및 스테이터스 로트(24)가 교대로 배열되어 있다.
로터(22)는, 로터 철심(25)의 소정 위치에는 자극들 사이를 차단하도록 복수의 세로 구멍부(공극부)(26)가 배치되고, 각 세로 구멍부(26) 내에는, 적어도 1개의 영구 자석(27)이 삽입 고정되어, 자극을 형성하고 있다. 또한 영구 자석(27)의 양 측부에는, 로터 철심(25) 내를 루프하는 국부 자로를 형성시키기 위한 자로 형성용 철심부(28)가 배치되어 있다.
우선, 영구 자석 동기 전동기(20)의 특성에 대하여 설명한다.
이하의 설명에 있어서, 자극의 N극 방향을 d축으로 하여, d축 전류로서 정의 전류를 흐르게 한다는 것은, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향으로 흐르는 전류를 흐르게 하는 것을 의미하는 것으로 한다.
또한, d축의 자로 MW는 도 2에 도시한 바와 같이 되어 있으며, d축 인덕턴스 Ld란, d축의 전류 변화 Δid와 d축의 자속의 변화 Δφd로부터, 다음 식으로 정해지는 것으로 한다.
Figure pct00001
도 3은, 영구 자석 동기 전동기에 있어서의, 일반적으로 알려진 d축 인덕턴스 특성을 설명한 도면이다.
또한 도 4는, 제1 실시 형태의 영구 자석 동기 전동기에 있어서의 d축 인덕턴스 특성의 설명도이다.
일반적으로 매립 자석 영구 자석 동기 전동기(IPMSM; Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이 d축 전류의 증가에 따라 d축 인덕턴스 Ld가 단조 감소한다.
이에 비하여 본 실시 형태의 영구 자석 동기 전동기에 있어서는, 도 4에 나타낸 바와 같이 d축 인덕턴스가 d축 전류에 대하여 정의 방향으로 극대점 Ldp를 가지며, 극대점 Ldp보다도 d축 전류를 크게 하면 d축 인덕턴스 Ld가 단조 감소하고 되고) 있다.
예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 영구 자석 동기 전동기의 로터(22)가 자극들 사이를 차단하도록 공극이 형성된 로터 철심을 갖고, 공극 중에 적어도 1개의 영구 자석이 배치되며, 그 영구 자석에 의하여 자극이 형성되어 있을 때, 로터 철심 내를 루프하는 국부 자로를 형성시키기 위한 자로 형성용 철심부가 설치되어 있는 것이면, 도 4와 같은 특성을 나타낸다.
여기서, 도 4와 같은 특성을 나타내는 이유에 대하여 설명한다.
도 5는, 특성 설명도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 자석 자속에 의하여 국부 자로 MWL을 따라 로터(22) 내부를 루프하는 자속이 흐르고, 자로 형성용 철심부(28)는 자석 자속에 의하여 자기 포화가 발생한다. 이때, d축으로 정의 전류를 흐르게 하면, 자석 자속은, 스테이터(21)를 루프하는 자속이 증가하고, 로터(22) 내부를 루프하는 자속이 감소한다. 이로 인하여, 자로 형성용 철심부(28)의 자기 포화가 완화되고, d축 인덕턴스 Ld가 서서히 커진다.
또한 d축 전류를 크게 하면, 이번에는 스테이터 철심의 자로가 자기 포화되어 가고, d축 인덕턴스 Ld가 감소되어 간다. 이 결과, 도 4와 같은 특성을 나타내는 것으로 된다.
도 6은, 도 4와 마찬가지의 특성을 갖는 다른 로터의 일례의 설명도이다.
도 6에 도시한 바와 같은 영구 자석(27)의 배치에서도, 세로 구멍부(공극부)(26)를 분단하고 있는 자로 형성용 철심부(28)가 자석 자속에 의하여 자기 포화되기 때문에, 마찬가지로 도 4와 같은 특성을 나타낸다.
도 7은, 자속 밀도(B)와 자계의 강도(H)의 관계의 설명도이다.
여기서, 자기 포화되어 있다는 것은, 도 7에 나타낸 바와 같이 자계의 강도 H의 증가에 대하여, 자속 밀도 B가 선형 증가보다도 감소하는 것이다.
다시 말해, 전류의 증가에 따라 증가하는 자계 강도 H의 증가에 대하여, 자속 밀도 B의 증가가 선형 증가의 경우보다도 감소하기 때문에, 인덕턴스가 작아진다.
도 4에 나타낸 극대점 Ldp에 있어서의 d축 인덕턴스 Ld의 값은, 다음과 같이하여 결정된다.
도 8은, 제1 실시 형태의 동작 원리 설명도이다.
도 9는, 도 8의 상태에 있어서의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
우선 도 8에 도시한 바와 같이, 로터(22)로서, 로터 철심(25)의 소정 위치에는 자극들 사이를 차단하도록 복수의 세로 구멍부(공극부)(26)만이 배치되고, 자석을 설치하지 않는 전동기를 상정한다.
이때, 로터(22)측의 d축 인덕턴스 Ld의 특성은, 자속 밀도 B를 증가시키면 세로 구멍부(공극부)(26)를 분단하고 있는 자로 형성용 철심부(28)가 자기 포화되어 가므로, 도 9에 나타내는 바와 같이 된다.
다시 말해, 세로 구멍부(공극부)(26)를 분단하고 있는 자로 형성용 철심부(28)가 자기 포화되고, 어느 정도 이상 자속이 증가하면, d축 인덕턴스 Ld는 변화하지 않게 된다.
도 10은, 자로 형성용 철심부(28)의 폭을 넓게 했을 경우에 있어서의 로터측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
이때, 세로 구멍부(공극부)(26)를 분단하고 있는 자로 형성용 철심부(28)의 폭을 넓게 하면, 자기 포화가 발생하기 어려워지고, 도 10에 나타내는 바와 같이 d축 인덕턴스 Ld가 큰 영역이 증가한다.
도 11은, 스테이터측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
스테이터측은, 도 11에 나타내는 바와 같이 전류의 증가에 수반하여, 완만하게 자기 포화가 진행되고, d축 인덕턴스 Ld가 저하된다. 또한, 자석이 없는 경우에는, 도 9 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 정의 d축 전류 id를 흐르게 했을 경우와, 부의 d축 전류 id를 흐르게 했을 경우에, d축 인덕턴스 Ld에 차이는 발생하지 않는다.
이어서, 도 5에 도시한 바와 같이 영구 자석을 넣었을 경우의 d축 인덕턴스 Ld의 변화를 생각한다.
도 12는, 세로 구멍부 내에 영구 자석을 삽입했을 경우의, 로터측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
세로 구멍부(26) 내에 영구 자석(27)을 삽입했을 경우, 자석 자속에 의하여 국부 자로 MWL을 따라 로터(22) 내부를 루프하는 자속이 흐르고, 세로 구멍부(공극부)(26)를 분단하고 있는 자로 형성용 철심부(28)가 자기 포화된다. d축으로 정의 d축 전류 id를 흐르게 하면, d축 전류 id에 의하여 자기 포화가 완만해진다.
이 때문에 특성으로서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 도 9에 나타낸 특성이, d축 전류 id의 정의 방향으로 시프트된 형태로 된다. 여기서, d축의 자로 MW의 철심이 다소 자기 포화되므로, 극대점 Ldp1(<Ldp0)은 낮아지게 된다.
도 13은, 세로 구멍부 내에 영구 자석을 삽입했을 경우의, 스테이터측의 d축 전류와 d축 인덕턴스의 관계 설명도이다.
세로 구멍부(26) 내에 영구 자석(27)을 삽입했을 경우, 자석 자속에 의하여 자기 포화가 진행되고, 도 11의 d축 인덕턴스 Ld의 특성을 d축 전류 id의 부의 방향으로 시프트시킨 형태로 된다.
또한, 도 12에 있어서의 d축 전류 id의 정의 방향으로의 시프트량, 및 도 13에 있어서의 d축 전류의 부의 방향으로의 시프트량은, d축의 쇄교(鎖交) 자속량에 따라 정해진다.
도 12에 있어서, 영구 자석(27)에 의한 쇄교 자속량과 d축 전류 id에 의하여 발생하는 쇄교 자속량이 같아졌을 때, 자석 자속의 루프는 모두 스테이터(21)를 통과하는 루프로 된다. 따라서, 로터 내부를 루프하는 자속, 다시 말해, 세로 구멍부(공극부)(26)를 분단하고 있는 자로 형성용 철심부(28)를 통과하는 자속이 없어져, 자로 형성용 철심부(28)의 자기 포화가 없어지기 때문에, d축 인덕턴스 Ld는 극대값을 취하게 된다.
또한, 도 13에 있어서, 전류가 0인 상태에서 스테이터측을 루프하는 자석 자속의 분량만큼 부의 방향으로 시프트된다.
다시 말해, 이상의 로터측과 스테이터측 양쪽을 맞춘 특성이 전체의 특성으로서 나타나게 된다.
도 14는, 제1 실시 형태에 있어서의 d축 인덕턴스 증가량과 d축 인덕턴스 감소량의 설명도이다.
도 15는, 제1 실시 형태에 있어서의 d축 인덕턴스의 슬롯 고조파에 따른 변화량의 설명도이다.
그런데, 자극의 극성 판정을 안정되게 실현하기 위해서는, d축 인덕턴스 Ld의 차분을 크게 할 필요가 있다. d축 인덕턴스 Ld의 차분을 크게 하기 위해서는, 로터(22)측의 d축 인덕턴스 Ld가 극대점으로 되는 d축 전류 id를 흐르게 했을 때, d축 인덕턴스가 증가하는 양(도 14의 ΔLdr)이, 스테이터(21)측의 d축 인덕턴스 Ld가 감소하는 양(도 14의 ΔLds)에 비하여 충분히 커지도록, 로터(22) 및 스테이터(21)를 설계하면 된다.
특히, d축 인덕턴스 증가량 ΔLdr과 d축 인덕턴스 감소량 ΔLds의 차분이, d축 인덕턴스의 슬롯 고조파에 따른 변화량(도 15의 ΔLdh)보다도 크게 하면, 로터의 회전 위치에 관계없이 안정된 자극 극성 판정이 가능해진다.
또한, 자극 극성 판정부(19)의 동작에서 후술하겠지만, d축 인덕턴스 Ld를 이용하기 위해서는, d축 전류의 변화분을 이용한다. 전술한 바와 같이, d축 인덕턴스의 극대점 부근의 d축 인덕턴스가 큰 영역은, 도 10에서 나타낸 바와 같이 공극을 분단하는 철심의 폭으로 결정된다. 다시 말해, 자극 극성 판정부(19)에서 변화시키는 d축 전류 id에 대하여 d축 인덕턴스 Ld가 크게 변화하지 않도록, 자로 형성용 철심부(28)의 폭을 결정하면 된다.
다음으로, 자극 극성 판정부(19)의 동작에 대하여 설명한다.
종래 기술에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 d축 전류 id의 증가에 따라, d축 인덕턴스 Ld가 단조 감소하는 특성을 이용하고 있었다. 예를 들어, 특허문헌 2에 있어서는, d축 전류에 정부의 바이어스를 부여하고, 그때의 고주파 전류 변화량(d축 인덕턴스의 역수에 상당)이 큰 방향(d축 인덕턴스가 작은 방향)을 N극으로 판정하고 있었다.
이에 비하여 본 실시 형태의 영구 자석 동기 전동기(20)는, 도 4에 도시한 바와 같이 N극 방향으로 극대점 Ldp를 갖는다.
도 16은, 제1 실시 형태의 자극 극성 판정 동작의 설명도이다.
여기서, 도 16과 같이 d축으로, 그 절대값이 같은 정의 d축 전류 및 부의 d축 전류를 흐르게 했을 때, 인덕턴스가 같아지는 전류값(전류 진폭)를 I0으로 한다. 이때, I1<I0으로 되는 전류를 정부로 흐르게 한다.
이에 따라, 도 16에 도시한 바와 같이 N극측 쪽이 S극측보다도 d축 인덕턴스 Ld가 커지므로, 자극 극성 판정부(19)는 d축 인덕턴스 Ld가 큰 방향을 N극으로 판정한다. 이에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이 d축 인덕턴스 Ld가 d축 전류에 대하여 정의 방향으로 극대점을 가지므로, 극대점보다도 d축 전류를 크게 하면 단조 감소하는 영구 자석 동기 전동기에서도 자극 극성의 판정이 가능해진다.
이 경우, d축 인덕턴스가 단조 감소하는 종래 기술을 이용했을 경우에는, d축 전류 id를 전류값 I0 이상으로 할 필요가 있으므로, 종래 기술과 비교하여 작은 전류(=I1<I0)로 극성 판별이 가능해진다.
따라서 기동 시에 극성 판정을 행하는 경우에도, 영구 자석 동기 전동기에 흐르게 하는 전류를 적게 할 수 있기 때문에, 소음 저감, 극성 판정 시의 토크 쇼크의 저감을 도모할 수 있다.
도 20은, γ축 전류 지령과 γ축 전류의 관계의 설명도이다.
구체적으로는, 예를 들어 도 20의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전류 지령 생성부(10)에서 d축에 대응하는 γ축 전류 지령에 정부의 바이어스(I1≤I0)를 부여한다. δ축 전류 지령은 0으로 한다. 이때, γ축 전류 지령에 따른 전압 지령 Vγ0과 Vδ0에, 고주파 중첩 전압 중첩부(12)에 의하여 부여된 고주파 전압 Vγh, Vδh가 서로 더해져 생성된 전압 지령 Vγ, Vδ에 의하여, γ축 전류는 도 20의 (b)에 나타낸 바와 같이 흐른다. 그때의 고주파 전류 변화량은, d축 인덕턴스의 역수에 상당한다. 따라서, 정측에 바이어스를 부여했을 때의 고주파 전류 변화량 Δihp와, 부측에 바이어스를 부여했을 때의 고주파 전류 변화량 Δihm을 비교하여, 큰 방향(d축 인덕턴스가 작은 방향)을 S극으로 판정한다(도 20에서는 Δihp>Δihm이므로, 정측이 S극으로 되기 위하여 자극 극성을 반전함). 특히 도 16에 나타낸 바와 같이, 극성 판정 시의 d축 전류 id, 다시 말해, 전류 I1=idp로 설정하면, 정부의 인덕턴스 차가 최대로 되어 극성 판정에 있어서의 SN비를 증가시킬 수 있다.
계속해서, 제1 실시 형태의 변형예를 설명한다.
변형예에서는, 도 1의 전동기 구동 장치(100) 중, 전류 제어부(11)와 고주파 전압 중첩부(12)를 삭제함과 아울러, 전압 지령 신호 Vγ, Vδ를 생성할 때 제2 좌표 변환부(17)가 출력하는 자속 전류 성분 신호 iγ와 토크 전류 성분 신호 iδ를 이용하지 않도록 구성하고, 그리고 전압 지령 생성부(10)가 전압 지령 신호 Vγ, Vδ를 출력하도록 하고 있다.
도 17a는, 자극 극성 판정 동작의 다른 예에 있어서의 d축에 상당하는 γ축 전압 변화의 설명도이다.
도 17b는, 자극 극성 판정 동작의 다른 예에 있어서의 d축에 상당하는 γ축 전류 변화의 설명도이다.
극성 판정의 다른 예로서는, 도 17a에 나타낸 바와 같이 γ축 축 방향으로 정부의 일정 전압을 부여했을 때, 도 17b에 나타낸 바와 같이 γ축 전류의 진폭(d축 인덕턴스의 역수에 상당)을 보아, 진폭이 큰 방향을 S극으로 판정한다.
이 경우에 있어서, S극 방향의 전류 진폭 I1이 I1<I0을 만족시키도록 전압 진폭을 결정한다. 특히, S극 방향의 전류 진폭 I1이 I0과 같아지도록 전압 진폭을 결정하면, d축 전류 id의 진폭의 차가 최대로 되어 SN비를 증가시킬 수 있다.
또는, 일정한 전압을 부여했을 때의 γ축 전류 iγ의 진폭(d축 인덕턴스의 역수에 상당)을 보아, 임계값 이상이면 S극으로 판정한다. S극 방향의 전류 진폭 I1이 I1≤I0을 만족시키도록 전압 진폭을 결정한다. 특히, S극 방향의 전류 진폭 I1이 I0과 같아지도록 전압 진폭을 결정하면, 전류의 진폭이 최대로 되어 SN비를 증가시킬 수 있다.
또는, γ축에 정부 대칭으로 하는 교류 교번 전압을 중첩시키는 교류 교번 전압 발생부를 설치하고, 교류 교번 전압에 의하여 발생하는 γ축 전류 iγ의 정방향의 진폭과 부방향의 진폭을 각각 검출하여, 전류 진폭(d축 인덕턴스의 역수에 상당)이 큰 방향을 S극 방향으로 판정한다.
이 경우에 있어서, S극 방향의 전류 진폭 I1이 I1≤I0을 만족시키도록 전압 진폭을 결정한다. 특히, S극 방향의 전류 진폭 I1이 I0과 같아지도록 전압 진폭을 결정하면, 전류의 진폭 차가 최대로 되어 SN비를 증가시킬 수 있다.
또한, id<I0의 영역에서 N극측의 d축 인덕턴스가 커지는 것을 이용하면, 마찬가지로 자극 방향의 판정이 가능해진다.
이상의 설명에서는, 자극 위치 추정부(18)와 자극 극성 판정부(19)를 별도의 구성으로 하고 있었지만, 이들을 일체의 구성으로 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 정부 대칭의 d축 전류를 흐르게 했을 때, 자기 포화의 특성이 d축 방향만 정부가 상이한 것을 이용하여 자극 위치를 추정하는 방법에 의하면, 자극 극성 판정을 포함한 자극 위치를 추정할 수 있다. 이때, 전류 진폭을 I1≤I0을 만족시키도록 설정하고, N극측의 d축 인덕턴스가 커지는 것을 이용하면, 상술한 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이상의 설명에 있어서는 센서리스 제어에 대하여 설명했지만, 펄스 발생기의 초기 자극 위치 추정에 있어서도, 마찬가지로 적용이 가능하다.
[2] 제2 실시 형태
본 제2 실시 형태는 제1 실시 형태와 달리, 도 4에 나타낸, d축 인덕턴스가 d축 전류 id에 대하여 정의 방향으로 극대점을 갖고, 극대점보다도 d축 전류를 크게 하면 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기에 있어서, I1>I0으로 되는 전류를 정부로 흐르게 함으로써 극성 판정을 행하고 있다.
도 18은, 제2 실시 형태의 자극 극성 판정 동작의 설명도이다.
이때, 도 18에 나타낸 바와 같이, N극측 쪽이 S극측보다도 d축 인덕턴스 Ld가 작아지므로, 자극 극성 판정부(19)는 d축 인덕턴스 Ld가 작은 방향을 N극으로 판정한다.
이 경우에는 제1 실시 형태의 경우와 달리, d축 전류 id를 크게 하면 할수록 d축 인덕턴스 Ld의 N극측과 S극측의 차분이 커지므로, 조정이 용이하여 SN비를 확보하기 쉽다는 장점이 있다.
구체적으로는, 예를 들어 d축 전류에 정부의 바이어스(I1>I0)를 부여하고, 그때의 고주파 전류 변화량(d축 인덕턴스의 역수에 상당)이 큰 방향(d축 인덕턴스가 작은 방향)을 N극으로 판정한다.
또한, id>I0의 영역에서 S극측의 d축 인덕턴스가 커지는 것을 이용하면, 마찬가지로 자극 방향의 판정이 가능해진다.
이상의 설명에서는, 자극 위치 추정부(18)와 자극 극성 판정부(19)를 별도의 구성으로 하고 있었지만, 이들을 일체의 구성으로 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 정부 대칭의 d축 전류를 흐르게 했을 때, 자기 포화의 특성이 d축 방향만 정부로 상이한 것을 이용하여 자극 위치를 추정하는 방법에 의하면, 자극 극성 판정을 포함한 자극 위치를 추정할 수 있다.
이때, 상기 전류 진폭을 I1>I0을 만족시키도록 설정하고, S극측의 d축 인덕턴스가 커지는 것을 이용하면, 본 발명의 효과가 얻어진다.
또한, 본 제2 실시 형태에 있어서도 센서리스 제어에 한하지 않으며, 펄스 발생기의 초기 자극 위치 추정에 있어서도 마찬가지로 적용이 가능하다.
[3] 제3 실시 형태
이상의 각 실시 형태에 있어서는, 접속되는 제어 대상의 영구 자석 동기 전동기가 도 4에 도시한 특성을 갖는 경우뿐인 경우에 대하여 설명했지만, 본 제3 실시 형태는, 접속되는 제어 대상의 영구 자석 동기 전동기가 도 3에 나타낸 특성을 갖는 경우, 또는 도 4에 나타낸 특성을 갖는 경우 중 어느 하나를 선택 가능하게 했을 경우의 실시 형태이다.
이하의 설명에 있어서는, 제1 실시 형태와 상이한 자극 극성 판정부에 대해서만 설명한다.
도 19는, 제3 실시 형태의 자극 극성 판정부의 개요 구성 블록도이다.
제3 실시 형태의 자극 극성 판정부(19A)는, 제1 실시 형태의 자극 극성 판정부(19) 대신 사용되는 것이며, 도 19에 도시한 바와 같이 극성 판정부(41), 판정법 선택부(42) 및 극성 반전부(43)를 구비하고 있다.
자극 극성 판정부(19A)의 극성 판정부(41)에서는, d축으로 정부의 전류 i1을 흐르게 했을 때 인덕턴스가 큰 방향을 S극으로 판정하고, 극성 판정 플래그 fdir을 설정한다. 구체적으로는, 예를 들어 d축 전류에 정부의 바이어스를 부여하고, 그때의 고주파 전류 변화량(d축 인덕턴스의 역수에 상당)이 작은 방향(d축 인덕턴스가 큰 방향)을 S극으로 판정한다.
판정법 선택부(42)에서는, 접속하고 있는 모터가, 도 4와 같이 d축 인덕턴스가 d축 전류에 대하여 정의 방향으로 극대점을 갖고, 극대점보다도 d축 전류를 크게 하면 단조 감소하는 영구 자석 동기 전동기이며, 또한 I1<I0일 때 극성 판정 플래그 fdir를 반전시킨다.
이 결과, 극성 반전부(43)에서는, fdir에 따라 극성을 반전할지 여부를 판단하며, 반전할 때는 극성 반전 지령 θdir에 180°(deg)를 출력하고, 추정 자극 위치 θest0의 극성을 반전하여, 극성을 갖는 자극 위치 θest로서 출력한다.
본 제3 실시 형태에 의하면, 도 3에 나타낸 바와 같이 d축 전류의 증가에 따라, d축 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기, 또는 도 4에 나타낸 바와 같이 d축 인덕턴스가 d축 전류에 대하여 정의 방향으로 극대점을 갖고, 극대점보다도 d축 전류를 크게 하면 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기 중 어느 것이어도, 사용자는 판정법 선택부(42)의 설정을 행하는 것만으로, 각 영구 자석 동기 전동기에 최적의, 자극 극성 판정이 가능한 자극 극성 판정 장치, 나아가서는 모터 제어 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 제3 실시 형태에 있어서도 센서리스 제어에 한하지 않으며, 펄스 발생기의 초기 자극 위치 추정에 있어서도 마찬가지로 적용이 가능하다.
[4] 실시 형태의 다른 형태
[4. 1] 제1 다른 형태
실시 형태의 제1 다른 형태의 자극 극성 판정 장치는, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향의 전류를 흐르게 할 때, 상기 인덕턴스의 극대점을 갖고, 상기 극대점보다도 상기 정방향으로 큰 전류를 흐르게 하면, 상기 자극 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기의 자극 극성을 판정하는 자극 극성 판정 장치로서, 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에, 자극 방향의 인덕턴스(d축 인덕턴스)가 커지는 측을 N극측으로 판정하는 자극 극성 판정부를 구비하고 있다.
[4. 2] 제2 다른 형태
실시 형태의 제2 다른 형태는, 로터가 자극들 사이를 차단하도록 공극이 형성된 로터 철심을 갖고, 공극 중에 적어도 1개의 영구 자석이 배치되며, 그 영구 자석에 의하여 자극이 형성되어 있을 때, 로터 철심 내를 루프하는 국부 자로를 형성시키기 위한 자로 형성용 철심부가 설치되어 있는 영구 자석 동기 전동기의 자극 극성을 판정하는 자극 극성 판정 장치로서, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에, 자극 방향의 인덕턴스(d축 인덕턴스)가 커지는 측을 N극측으로 판정하는 자극 극성 판정부를 구비하고 있다.
[4. 3] 제3 다른 형태
실시 형태의 제3 다른 형태는, 제1 또는 제2 다른 형태에 있어서, 상기 소정 전류값(I1)은 전류값이 0인 상태로부터 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 전류를 흐르게 하면서, 상기 정방향에 있어서 상기 극대점에 상당하는 전류값을 초과하여 전류를 증가시켰을 경우에, 상기 정방향 및 상기 부방향에 있어서, 다시 상기 자극 방향의 인덕턴스가 같아지는 전류값보다도 작은 전류값으로 설정되는 것이다.
[4. 4] 제4 다른 형태
실시 형태의 제4 다른 형태는, 제1 다른 형태 내지 제3 다른 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 소정 전류값은, 상기 극대점에 상당하는 전류값, 또는 상기 극대점 근방에 상당하는 전류값으로 설정되어 있는 것이다.
[4. 5] 제5 다른 형태
실시 형태의 제5 다른 형태는, 제1 다른 형태 내지 제4 다른 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 소정 전류값은, 당해 소정 전류값에 있어서의 상기 자극 방향의 인덕턴스 차가 소정의 차 이상으로 되도록 설정되어 있는 것이다.
[4. 6] 제6 다른 형태
실시 형태의 제6 다른 형태는, 제1 다른 형태 내지 제5 다른 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 극대점보다도 상기 정방향으로 큰 전류를 흐르게 하면, 상기 자극 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기 및 상기 정방향으로 전류를 흐르게 하면, 전류값이 커짐에 따라 상기 자극 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 다른 영구 자석 동기 전동기 중 어느 하나를 접속 가능하고, 상기 다른 영구 자석 동기 전동기가 접속되었을 경우에는, 상기 자극 극성 판정부의 출력을 반전하는 극성 반전부를 구비한 것이다.
[4. 7] 제7 다른 형태
실시 형태의 제7 다른 형태는, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향의 전류를 흐르게 할 때, 상기 인덕턴스의 극대점을 갖고, 상기 극대점보다도 상기 정방향으로 큰 전류를 흐르게 하면, 상기 자극 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기의 자극 극성을 판정하는 자극 극성 판정 장치로서, 전류값이 0인 상태로부터 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 전류를 흐르게 하면서, 상기 정방향에 있어서 상기 극대점에 상당하는 전류값을 초과하여 전류를 증가시켰을 경우에, 상기 정방향 및 상기 부방향에 있어서, 다시 상기 자극 방향의 인덕턴스가 같아지는 전류값보다도 많은 전류값을 소정 전류값으로 하며, 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에, 자극 방향의 인덕턴스가 작아지는 측을 N극측으로 판정하는 자극 극성 판정부를 구비한 것이다.
[4. 8] 제8 다른 형태
실시 형태의 제8 다른 형태는, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향의 전류를 흐르게 할 때, 상기 인덕턴스의 극대점을 갖고, 상기 극대점보다도 상기 정방향으로 큰 전류를 흐르게 하면, 상기 자극 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기의 자극 극성을 판정하는 자극 극성 판정 장치로서, 자극 방향에 정부 대칭으로 하는 교류 교번 전압을 중첩시키는 교류 교번 전압 발생부와, 상기 교류 교번 전압에 의하여 발생하는 전류의 정방향 진폭과 부방향의 진폭을 각각 검출하여, 전류 진폭이 큰 방향을 S극측으로 판정하는 자극 극성 판정부를 구비한 것이다.
[4. 9] 제9 다른 형태
실시 형태의 제9 다른 형태는, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향의 전류를 흐르게 할 때, 상기 인덕턴스의 극대점을 갖고, 상기 극대점보다도 상기 정방향으로 큰 전류를 흐르게 하면, 상기 자극 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기를 제어하는 영구 자석 동기 전동기 제어 장치로서, 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에 자극 방향의 인덕턴스가 커지는 측을 N극측으로 판정하는 자극 극성 판정부와, 상기 자극 극성 판정부의 판정 결과에 기초하여 게이트 지령 신호를 생성하고, 상기 영구 자석 동기 전동기를 구동하는 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 구비한 것이다.
[4. 10] 제10 다른 형태
실시 형태의 제10 다른 형태는, 로터가 자극들 사이를 차단하도록 공극이 형성된 로터 철심을 갖고, 공극 중에 적어도 1개의 영구 자석이 배치되며, 그 영구 자석에 의하여 자극이 형성되어 있을 때, 로터 철심 내를 루프하는 국부 자로를 형성시키기 위한 자로 형성용 철심부가 설치되어 있는 영구 자석 동기 전동기를 제어하는 영구 자석 동기 전동기 제어 장치로서, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에 자극 방향의 인덕턴스가 커지는 측을 N극측으로 판정하는 자극 극성 판정부와, 상기 자극 극성 판정부의 판정 결과에 기초하여 게이트 지령 신호를 생성하고, 상기 영구 자석 동기 전동기를 구동하는 인버터를 제어하는 인버터 제어부를 구비한 것이다.
[4.11] 제11 다른 형태
실시 형태의 제11 다른 형태는, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향의 전류를 흐르게 할 때, 상기 인덕턴스의 극대점을 갖고, 상기 극대점보다도 상기 정방향으로 큰 전류를 흐르게 하면, 상기 자극 방향의 인덕턴스가 단조 감소하는 특성을 갖는 영구 자석 동기 전동기의 자극 극성을 판정하는 자극 극성 판정 장치로 실행되는 자극 극성 판정 방법으로서, 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 하는 과정과, 상기 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에 자극 방향의 인덕턴스가 커지는 측을 N극측으로 판정하는 자극 극성 판정 과정을 구비한 것이다.
[4.12] 제12 다른 형태
실시 형태의 제12 다른 형태는, 로터가 자극들 사이를 차단하도록 공극이 형성된 로터 철심을 갖고, 공극 중에 적어도 1개의 영구 자석이 배치되며, 그 영구 자석에 의하여 자극이 형성되어 있을 때, 로터 철심 내를 루프하는 국부 자로를 형성시키기 위한 자로 형성용 철심부가 설치되어 있는 영구 자석 동기 전동기의 자극 극성을 판정하는 자극 극성 판정 장치로서, 자극 방향의 인덕턴스와 전류의 관계가 자석 자속을 강화하는 전류 방향을 정방향으로 하고, 상기 자석 자속을 약화시키는 전류 방향을 부방향으로 하며, 상기 정방향 및 상기 부방향으로 동일한 소정 전류값으로 전류를 흐르게 하는 과정과, 상기 소정 전류값으로 전류를 흐르게 했을 경우에 자극 방향의 인덕턴스가 커지는 측을 N극측으로 판정하는 자극 극성 판정 과정을 구비한 것이다.
이상, 본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 아울러, 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 회전자의 내부에 자석을 갖는 동기(同期) 전동기를 제어하는 제어 시스템으로서,
    상기 동기 전동기를 구동하기 위한 교류 전류를 출력하는 인버터와,
    상기 인버터를 구동하기 위한 게이트 지령을 생성하는 게이트 지령 생성부와,
    상기 인버터로부터 출력되는 교류 전류의 전류값을 검출하는 전류 검출부와,
    상기 전류 검출부가 검출한 전류값에 기초하여 자극(磁極) 위치를 추정하는 자극 위치 추정부와,
    자극 극성의 판정을 행할 때, 상기 전류 검출부가 검출하는 전류값의 d축 성분이 소정의 값을 나타내기 위한 극성 판정용 게이트 지령을 생성하도록, 상기 게이트 지령 생성부에 지시하는 제어부와,
    상기 극성 판정용 게이트 지령이 생성되면, 상기 자극 위치 추정부에 의하여 추정된 자극 위치에 기초하여, 정(positive)의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제1 정보와, 부(negative)의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제2 정보를 구하고, 구해진 제1 정보와 제2 정보를 비교하여, 큰 값을 나타내는 쪽을 N극으로 판정하는 자극 극성 판정부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 극성 판정용 게이트 지령은, 전류값의 d축 성분에 의하여 얻어지는 인덕턴스가 극대값 또는 극대값의 근방을 나타내는 지령인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는, 2개의 자석을 포함하는 복수의 자석부를 갖고, 각 자석부의 2개의 자석은 회전자의 중심에 가장 가까운 부분에서 양자의 거리가 최단으로 되도록 배치된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자석부를 구성하는 2개의 자석은, d축을 사이에 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는, 3개의 자석을 포함하는 복수의 자석부를 갖고, 각 자석부 중2개의 자석은 회전자의 중심에 가장 가까운 부분에서 양자의 거리가 최단으로 되도록 배치된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  6. 회전자의 내부에 자석을 갖는 동기 전동기를 제어하는 제어 시스템으로서,
    상기 동기 전동기를 구동하기 위한 교류 전류를 출력하는 인버터와,
    상기 인버터를 구동하기 위한 게이트 지령을 생성하는 게이트 지령 생성부와,
    상기 인버터로부터 출력되는 교류 전류의 전류값을 검출하는 전류 검출부와,
    상기 전류 검출부가 검출한 전류값에 기초하여 자극 위치를 추정하는 자극 위치 추정부와,
    자극 극성의 판정을 행할 때, 상기 전류 검출부가 검출하는 전류값의 d축 성분이 소정의 값을 나타내기 위한 극성 판정용 게이트 지령을 생성하도록, 상기 게이트 지령 생성부에 지시하는 제어부와,
    상기 극성 판정용 게이트 지령이 생성되면, 상기 자극 위치 추정부에 의하여 추정된 자극 위치에 기초하여, 정의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제1 정보와, 부의 d축 전류에 의한 인덕턴스를 나타내는 제2 정보를 구하고, 구해진 제1 정보와 제2 정보를 비교하여, 작은 값을 나타내는 쪽을 N극으로 판정하는 자극 극성 판정부를 구비하며,
    상기 극성 판정용 게이트 지령은, 인덕턴스가 극대값으로 되는 전류값, 및 인덕턴스가 같아지는 동일값이고 극성이 상이한 전류값보다도 큰 전류값으로 되는 지령인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  7. 회전자의 내부에 자석을 갖는 동기 전동기를 제어하는 제어 시스템으로서,
    상기 동기 전동기를 구동하기 위한 교류 전류를 출력하는 인버터와,
    상기 인버터를 구동하기 위한 게이트 지령을 생성하는 게이트 지령 생a성부와,
    상기 인버터로부터 출력되는 교류 전류의 전류값을 검출하는 전류 검출부와,
    상기 전류 검출부가 검출한 전류값에 기초하여 자극 위치를 추정하는 자극 위치 추정부와,
    자극 극성의 판정을 행할 때, 상기 인버터가 출력하는 교류 전류의 d축 성분에 중첩되는 교류 교번 전압을 생성하는 교류 교번 생성부와,
    상기 교류 교번성 성분에 의하여 생성된 교류 교번 전압이 중첩되어 있을 때, 상기 전류 검출부가 검출한 전류값에 기초하여, d축 전류의 진폭이 큰 쪽을 S극으로 판정하는 자극 극성 판정부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
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