WO2001022568A1

WO2001022568A1 - Dispositif d'estimation du pole magnetique initial pour moteur synchrone ca

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Publication number: WO2001022568A1
Application number: PCT/JP2000/006270
Authority: WO
Inventors: Tae-Woong Kim; Junichi Watanabe
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2001-03-29
Also published as: JP4239372B2; JP2001157482A; CN1258868C; KR100722584B1; EP1213828A4; KR20020047169A; TW486856B; EP1213828A1; US6677724B1; CN1375124A

Description

明細書

A C同期モータの初期磁極推定装置技術分野

本発明は、リニアと回転機を含んだ永久磁石型 A C同期モー夕において磁極センサ（ポールセンサ）を使用せずに A C同期モー夕の初期磁極推定を行うことに関するものである。背景技術

A C同期モー夕を起動するときに磁極検出器から検出した初期磁極位置の情報が必要であり、正しい検出初期磁極位置の情報に基づき、 A C同期モ一夕が指令通りに動く。検出初期磁極位置の情報が A C同期モー夕の磁極位置と ± 9 0度ずれた場合には、トルクが発生しないため A C同期モ一夕が動かないことと、 ± 9 0度以上ずれた場合には指令に対して逆走されること等の問題が生じる。このような理由から、 A C同期モータにおいて正確な検出初期磁極位置の情報は重要であり、正確な検出初期磁極位置の情報を得るために A C同期モ一夕の初期磁極推定方法がいろいろ工夫されている。初期磁極位置のずれ角と発生トルク（以下、リニアモー夕の推力もトルクとして示す）との関係を式（ 1 ) と図 1 6で示している。

T = Tm X c o s ( Θ error) ( 1 )

ここで、 Tは発生トルク、 T mはトルクの最大値、 0 errorは初期磁極位置のずれ角である。

特開平 6— 1 5 3 5 7 6号公報記載の従来技術は、任意の初期磁極位置角に相当する電圧を印加して、その時のモー夕回転方向とモー夕回転速度の情報から初期磁極位置の推定演算を行う。これを繰り返すことにより正しい初期磁極位置を探して行く初期磁極推定方法である。

ところが、従来技術は初期磁極位置の広い推定誤差範囲から狭い推定誤差範囲へ接近しながら A C同期モー夕の初期磁極位置の真値を推定する試行錯誤的な繰り返し方法で、

①正確な初期磁極位置を推定できないこと（磁極位置の推定精度範囲が ± 3 0 ° 以内）、

②初期磁極位置の推定中にモー夕の動く範囲が大きくなる可能性があること、

③推定時間が長くかかる可能性があること、

④大きな静止摩擦ゃコギングなどの外乱が存在する負荷への適用が難しいこと、等が問題になった。

そこで、本発明は

① 短い時間で磁極位置推定が出来ること、

② モ一夕の動く範囲を自由に設定できること、

③ モー夕の動く範囲を最小限に抑えできること、

④ 外乱又は大きなコギングトルクが存在した負荷でも適用可能であること、

⑤ 初期磁極位置の真値が正確に推定できること、

で、 A C同期モー夕の性能及び特性を生かすことを目的とする。発明の開示

上記課題を解決する、本発明の A C同期モー夕の初期磁極推定装置の要旨は、下記（ 1 ) 〜（3 2 ) に存する。

( 1 ) 指令速度から指令トルク（指令電流）を計算する速度制御手段と、 ί旨令トルク（指令電流）の通りに A C同期モー夕を駆動する電流制御手段及び P W M電力変換装置と、を備えた A C同期モー夕制御装置に設けられる A C同期モー夕の初期磁極推定装置において、指令速度パターン発生手段から発生される前記指令速度から前記検出速度を差し引いて速度偏差を計算する速度偏差演算手段と、前記速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する速度ゲイン制御部と、前記指令速度からモード区間（第 1周期区間と第 2周期区間）の判断処理を行うモード区間判断手段と、前記モード区間判断手段での結果に従って前記第 1周期区間と前記第 2周期区間とのいずれかのモ一ド区間に切り換えるモ一ドスイッチと、前記第 1周期区間を選択した場合、前記指令速度がデ一夕取得用速度区間かどうかの判断を行うデ一夕取得用速度区間判断手段と、判断された前記デ一夕取得用速度区間で前記指令トルク（前記指令電流）から第 1指令トノレクデ一夕（第 1指令電流データ）を演算する第 1指令トルク演算手段（第 1指令電流演算手段）と、前記第 2周期区間を選択した場合、前記指令速度が前記デー夕取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、判断された前記データ取得用速度区間で前記指令トルク（前記指令電流）から第 2 ί旨令トルクデータ（第 2指令電流デ一夕）を演算する第 2指令トルク演算手段（第 2指令電流演算手段）と、前記第 1指令トルクデータ（前記第 1指令電流デー夕）と前記第 2指令トルクデータ（前記第 2指令電流データ）の情報を用いて推定初期磁極位置を演算する推定初期磁極演算手段と、を有することを特徴とする A C同期モータの初期磁極推定装置。

( 2 ) 直流電圧を任意の交流電圧に変換して A C同期モータを駆動する P W M電力変換手段と、前記 A C同期モー夕の 3相電流を検出する 3相電流検出手段と、前記 A C同期モー夕の相対電気角を検出する電気角検出手段と、前記検出電気角を用いて 3相検出電流から 2相検出電流への 3相 / 2相座標変換を行う 3相 2相座標変換計算手段と、前記検出電気角から検出速度を計算する検出速度演算手段と、 q軸指令電流と d軸指令電流で構成された 2相指令電流から前記 2相検出電流を差し引いて電流誤差を計算する 2相電流誤差演算手段と、前記電流誤差に 2相電流比例積分ゲインを掛けて 2相指令電圧を計算する 2相電流比例積分制御部と、前記検出電気角を用いて前記 2相指令電圧から 3相指令電圧への 2相 / 3相座標変換を行う 2相 / 3相座標変換計算手段と、前記 3相指令電圧と搬送波を比較して P WMゲートパルスを演算して該 P WMゲートパルスを前記 P WM 電力変換手段に出力する P WMゲ一トパルス演算手段と、を備えた A C同期モー夕制御装置に設けられる A C同期モータの初期磁極推定装置において、デフオルト初期磁極位置をゼロに設定するデフオルト初期磁極設定手段と、指令速度を 2 周期波形として発生する指令速度パターン発生手段と、前記指令速度から前記検出速度を差し引いて速度偏差を計算する速度偏差演算手段と、前記速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する速度ゲイン制御部と、前記指令速度からモード区間（第 1周期区間と第 2周期区間）の判断処理を行うモ一ド区間判断手段と、前記モード区間判断手段での結果に従って前記第 1周期区間と前記第 2周期区間とのいずれかのモード区間に切り換えるモ一ドスイッチと、前記第 1周期区間を選択した場合、前記 q軸指令電流には前記指令トルク（前記指令電流）を入力し、前記 d軸指令電流にはゼロを入力した後、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行う加速区間判断手段と、判断された前記正のカロ速区間である前記指令トルクから第 1最大指令トルクデ一夕（第 1最大指令電流データ）を演算する第 1指令トルク演算手段（第 1指令電流演算手段）と、メモリに前記第 1最大指令トルクを記憶する第 1メモリ記憶手段と、前記第 2周期区間を選択した場合、前記 q軸指令電流にはゼロを入力し、前記 d軸指令電流には前記指令トルク（前記指令電流）を入力した後、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行う加速区間判断手段と、判断された前記正の加速区間である前記指令トルクから第 2最大指令トルクデータ（第 2最大指令電流デ一夕）を演算する第 2指令トルク演算手段（第 2指令電流演算手段）と、メモリに前記第 2最大指令トルクを記憶する第 2メモリ記憶手段と、前記指令速度が第 2周期目を終了した後、前記メモリから該最大指令トルク（第 1と第 2最大指令トルク）を呼び出し、それらの情報を用いて推定初期磁極位置を演算する推定初期磁極演算手段と、前記デフオルト初期磁極位置に前記推定初期磁極位置を加えることで補正初期磁極位置を演算する補正初期磁極演算手段と、を有することを特徴とする A C同期モータの初期磁極推定装置。

( 3 ) 直流電圧を任意の交流電圧に変換して A C同期モ一夕を駆動する P W M電力変換手段と、前記 A C同期モ一夕の 3相電流を検出する 3相電流検出手段と、前記 A C同期モ一夕の相対電気角を検出する電気角検出手段と、前記検出電気角から検出速度を計算する検出速度演算手段と、前記検出電気角を用いて指令トルク（指令電流）から A相指令電流と B相指令電流と C相指令電流で構成された 3相指令電流を計算する 3相指令電流演算手段と、 3相指令電流から前記 3相検出電流を差し引いて電流誤差を計算する 3相電流誤差演算手段と、前記電流誤差に 3相電流比例積分ゲインを掛けて 3相指令電圧を計算する 3相電流比例積分制御部と、前記 3相指令電圧と搬送波を比較して P WMゲートパルスを演算して該 P WMゲー卜パルスを前記 P WM電力変換手段に出力する P WMゲ一卜パルス演算手段と、を備えた A C同期モー夕制御装置に設けられる A C同期モー夕の初期磁極推定装置において、デフオルト初期磁極位置をゼロに設定するデフオル卜初期磁極設定手段と、指令速度を 2周期波形として発生する指令速度パターン発生手段と、前記指令速度から前記検出速度を差し引いて速度偏差を計算する速度偏差演算手段と、前記速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する速度ゲイン制御部と、前記指令速度からモード区間（第 1周期区間と第 2周期区間）の判断処理を行うモード区間判断手段と、前記モード区間判断手段での結果に従って前記第 1周期区間と前記第 2周期区間とのいずれかのモード区間に切り換えるモードスィッチと、前記第 1周期区間を選択した場合、前記検出電気角に 0度のシフト角度を加えた（位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）から前記 3相指令電流を計算する 3相指令電流変換手段と、前記指令速度が正の加速区間にあるかどうかの判断を行う加速区間判断手段と、判断された前記正の加速区間である前記指令トルクから第 1最大指令トルク（第 1最大指令電流）の値を演算する第 1指令トルク演算手段（第 1指令電流演算手段）と、メモリに前記第 1最大指令トルクを記憶する第 1メモリ記憶手段と、前記第 2周期区間を選択した場合、前記検出電気角に 9 0度のシフト角度を加えた（ 9 0度位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）から前記 3相指令電流を計算する前記 3相指令電流変換手段と、前記指令速度が正の加速区間にあるかどうかの判断を行う加速区間判断手段と、判断された前記正の加速区間である前記指令トルクから第 2最大指令トルク（第 2最大指令電流）の値を演算する第 2指令トルク演算手段（第 2指令電流演算手段）と、メモリに前記第 2最大指令トルクを記憶する第 2メモリ記憶手段と、前記指令速度が第 2周期目を終了した後、前記メモリから該最大指令トルク（第 1と第 2最大指令トルク）を呼び出し、それらの情報を用いて推定初期磁極位置を演算する推定初期磁極演算手段と、前記デフォルト初期磁極位置に前記推定初期磁極位置を加えることで補正初期磁極位置を演算する補正初期磁極演算手段と、を有することを特徴とする A C同期モ一夕の初期磁極推定装置。

( 4 ) 前記指令速度パターン発生手段は、加減速区間時間と一定速区間時間を任意に設定できることと、加減速区間の速度波形を任意に設定できることと、指令速度の振幅値を任意に設定できることで、前記指令速度を台形波、三角波、矩形波、ゼロ速度波、正弦波等を 2周期波形として発生することを特徴とする前項（ 1) 〜（ 3) のいずれか 1項記載の AC同期モ一夕の初期磁極推定装置。

(5) 前記速度ゲイン制御部は速度比例制御部と速度積分制御部との組み合わせで、速度比例制御部、速度比例積分制御部、速度積分制御部であることを特徴する前項（ 1 ) 〜（4) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定

(6) 前記電流制御手段は d q電流制御手段（べクトル電流制御手段）、または 3相電流制御手段であることを特徴とする前項（ 1) 〜（5 ) のいずれか 1 項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

(7) 前記電流制御手段として用いた前記 dq電流制御手段において、前記第 1周期区間では q軸指令電流に前記指令電流を、 d軸指令電流に一定値を入力し、前期第 2周期区間では d軸指令電流に前記指令電流を、 q軸指令電流に一定値を入力することを特徴とする前項（ 1) 〜（ 6) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

(8) 前記一定値は任意数値であることを特徴とする前項（ 1 ) 〜（7) のいずれか 1項記載の AC同期モ一夕の初期磁極推定装置。

(9) 前記電流制御手段として用いた前記 3相電流制御手段において、前記第 1周期区間では下記の式のように前記検出電気角に 0度のシフト角度を加えた

(位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）から 3相指令電流に変換し、前記第 2周期区間では下記の式のように前記検出電気角に 9 0度のシフト角度を加えた（ 90度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）から 3相指令電流に変換することを特徴とする前項（ 1 ) 〜（8) のいずれか 1項記載の A C同期モータの初期磁極推定装置。

la* = I* X c o s (9fh - Θ shift)

lb* = I* x c o s (6fb - 0 shift - 12 0度）

I c* ― I* x c o s ( 0 f b - 0 shift ― 240度）で、 I* は指令トルク（指令電流）、

0fb は検出電気角（相対位置）、

6) shift はシフト角（第 1周期区間で 0度、第 2周期区間で 90度）、 la* は A相指令電流、

lb* は B相指令電流、

Ic* は C相指令電流である。

(10) 前記電流制御手段において、前記第 1周期区間では前記検出電気角に 0度のシフト角度を加えた（位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流として扱い、前記第 2周期区間では前記検出電気角に 90度のシフト角度を加えた（90度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流として扱うことを特徴とする前項（1) ~ (9) のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

( 11) 前記データ取得用速度区間は正の加速区間、負の加速区間、正の減速区間、負の減速区間、正の一定速区間、負の一定速区間の組み合わせで構成されることを特徴とする前項（ 1 ) 〜（ 10) のいずれか 1項記載の AC同期モ一夕の初期磁極推定装置。

(12) 前記データ取得用速度区間判断手段が、前記磁極推定用デ一夕を加速区間で求める場合は加速区間判断手段、一定速区間で求める場合は一定速区間判断手段、加速区間と一定速区間で求める場合は加速 '一定速区間判断手段、減速区間と一定速度区間で求める場合は減速 ·一定速区間判断手段、加速区間と減速区間で求める場合は加減速区間判断手段、加速度区間と減速区間と一定速区間で求める場合は加減速 ·一定速区間判断手段であることを特徴とする前項（ 1 ) 〜（ 11) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

( 13) 前記デ一夕取得用速度区間判断手段が前記一定速区間判断手段である場合、ゼロから任意時間に設定できることで設定された前記任意時間（但し、前記任意時間は前記一定即区間の最終時間より小さい）の以後から前記一定速区間の最終時間まで前記磁極推定用データを演算することを特徴とする前項（ 1 ) 〜（ 12) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

(14) 第 1周期区間で求めた前記第 1指令電流データをメモリへ記憶する第 1メモリ記憶手段と、第 2周期区間で求めた前記第 2指令電流データをメモリへ記憶する第 2メモリ記憶手段を有することを特徴とする前項（ 1) 〜（13) のいずれか 1項記載の AC同期モ一夕の初期磁極推定装置。 ( 15) 前記メモリから該指令トルクデ一夕（第 1と第 2指令トルクデー夕）を呼び出すことを特徴とする前項（ 1) 〜（ 14) のいずれか 1項記載の A C同期モータの初期磁極推定装置。

( 16) 前記推定初期磁極位置は t an- 1 (前記第 1指令電流デ一夕/前記第 2指令電流データ）で計算することと、又は c o s-iと s i n- ¹の組み合わせで計算することと、又は前記第 1と第 2指令電流データが瞬時指令電流である場合には∑ (t an- 1 (前記第 1瞬時指令電流/前記第 2瞬時指令電流））で前記推定初期磁極位置を計算することと、又は前記第 1指令電流デ一夕と前記第 2指令電流との関係から計算することを特徴とする前項（ 1 ) 〜（ 15 ) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

( 17) 前記第 1指令電流演算手段と前記第 2指令電流演算手段で求めた前記第 1指令電流データと第 2指令電流データは最大指令電流と平均指令電流と瞬時指令電流であることと、最大指令電流は前記データ取得用速度区間である指令電流から求めた最大値であることと、平均指令電流は前記デ一夕取得用速度区間である指令電流を平均した指令電流であることと、瞬時指令電流は前記デ一て取得用速度区間である指令電流を瞬時に求めた指令電流であることを特徴とする前項（ 1) ~ ( 1 6) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

( 18) 前記指令速度において、前記指令速度が正と負との切り換えを行う時にゼロの指令速度を持つ休止区間を設けることと、前記休止区間の時間は任意に設定できることを特徴とする前項（ 1 ) 〜（ 17) のいずれか 1項記載の A C 同期モー夕の初期磁極推定装置。

( 19) 前記指令速度において、第 1周期目の第 1周期区間と第 2周期目の第 2周期区間との間にゼロの指令速度を持つ休止区間を設けることと、区間切り替えを行う時には休止区間の間で行うことを特徴とする前項（ 1 ) 〜（18) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

( 20) 前記指令速度において、強制的な位相変更を行う場合には休止区間を設けて、前記位相変更を前記休止区間の間で行うことを特徴とする前項（ 1 ) ~ ( 1 9) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

(2 1 ) 前記指令速度において、第 1周期区間と第 2周期区間との切り換えを行う時、又は強制的な位相変更を行う時には、前記速度ゲイン制御部の速度積分ゲイン処理（積分項のクリア、ホールド、その他）を行う速度積分ゲイン処理手段を有することを特徴とする前項（ 1 ) 〜（20) のいずれか 1項記載の AC 同期モー夕の初期磁極推定装置。

(22) 前記 AC同期モ一夕のトルク軸または磁束軸の方向（領域）を判断するために設けた軸方向判断用指令速度は、前項（4) 記載の指令速度の第 1周期波形を使用することを特徴とする前項（ 1 ) 〜（ 20) のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

(23) 前記 A C同期モ一夕の初期磁極推定装置内のパラメ一夕設定用メモリにユーザ一が速度偏差制限レベル、トルク制限レベル、速度制限レベルの 1つ以上を設定することを特徴とする前項（ 1 ) 〜（2 2) のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

(24) 速度偏差過大判断手段は、前記軸方向判断用指令速度から前記検出速度を差し引いて演算した速度偏差を前記速度偏差制限レベルと比較してモー夕の速度偏差過大判断を行うことを特徴とする前項（ 1) 〜（23) のいずれか 1 項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

(25) トルク過大判断手段は、前記速度制御部から求めた指令トルクを前記トルク制限レベルと比較してモー夕の指令トルク過大判断を行うことを特徴とする前項（ 1 ) ~ (24) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定

(26) 速度過大判断手段は、前記検出速度を前記速度制限レベルと比較してモー夕の速度過大判断を行うことを特徴とする前項（ 1) 〜（ 2 5) のいずれか 1項記載の A C同期モータの初期磁極推定装置。

(27) 電気角の 360度をある正の整数 nで分割し、そのうちのある方向に前記トルク軸があると仮定して、軸方向判断用指令速度で前記 A C同期モー夕を制御し、前記速度偏差過大判断手段で速度偏差過大判断を行い、その結果で前記トルク軸の方向を推定することを特徴とする前項（ 1) 〜（2 6 ) のいずれか 1項記載の A C同期モ一夕の初期磁極推定装置。

(28) 前記速度偏差過大判断の結果に従って、前記 AC同期モー夕のトルク軸が又別の方向にあると仮定して、軸方向判断用指令速度で前記 AC同期モー夕を制御し、前記速度偏差過大判断手段で速度偏差過大判断を行うという上記の動作を予め決めたルーチンによる繰り返しで前記 A C同期モータのトルク軸の方向を推定することを特徴とする前項（ 1 ) 〜（27) のいずれか 1項記載の A C 同期モ一夕の初期磁極推定装置。

(29) 前項（22) 〜（28) のいずれか 1項記載の軸方向判断手段で前記 AC同期モ一夕のトルク軸の方向を推定した後、前項（ 1 ) ，（ 2) または

(3) による演算処理で前記 A C同期モ一夕の初期磁極位置を推定することを特徴とする A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

(30) データ偏差過大判断手段が、前記第 1指令トルクデータと前記第 2 指令トルクデータとの差分（データ差分）を前記データ偏差制限レベルと比較してデータ偏差過大判断を行うことを特徴とする前項（ 1 ) 〜（2 9 ) のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

(31) 前記デ一夕偏差過大判断手段でデ一夕偏差過大判断を行い、その結果が「デ一夕偏差大なりデータ偏差制限レベル」である場合は、予め決めた位相へ変更を行った後、前項（ 1 ) , (2) または（3) による再度演算処理で前記 AC同期モー夕の初期磁極位置を推定することを特徴とする前項（ 1) 〜（ 3 0) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

(32) 前記 AC同期モ一夕が回転モ一夕又はリニアモー夕であることを特徴とする前項（ 1 ) 〜（3 1) のいずれか 1項記載の AC同期モー夕磁極推定装

図面の簡単な説明

図 1は、本発明が扱う初期磁極推定装置を含めた速度制御の概略ブロック図である。

図 2は、本発明の実施の形態に係る A C同期モー夕の初期磁極方法を含めた d q電流制御（ベクトル制御）に基づく速度制御プロック図である。

図 3は、本発明の実施例の形態に係る A C同期モ一夕の初期磁極推定方法に関る詳細プロック図である。図 4は、本発明の実施例の形態に係る A C同期モータの初期磁極推定方法に関する詳細プロック図である。

図 5は、本発明の実施の形態に係る 2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（台形波）に関する図である。

図 6は、本発明の実施の形態に係る 2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（三角波）に関する図である。

図 7は、本発明の実施の形態に係る 2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（矩形波）に関する図である。

図 8は、本発明の実施の形態に係る 2周期分の指令速度を持つ指令速度パターン（ゼロ速波）に関する図である。

図 9は、図 3に示す初期磁極推定方法の詳細ブロック図での d qモ一ドスィッチに関する図である。

図 1 0は、本発明の実施の形態に係る A C同期モー夕の初期磁極推定方法に関するフローチャートである。

図 1 1は、本発明の実施の形態に係る A C同期モー夕の初期磁極推定方法に関するフローチヤ一トである。

図 1 2は、本発明の実施形態に係わるトルク軸または磁束軸の領域を判断するためのフローチヤ一トである。

図 1 3は、図 1 2のフローチャートにおける S 1 0 8の「トルク軸の方向判断用サブルーチン」に関するフローチャートである。

図 1 4は、図 1 3のフローチャートの（A ) の部分に続くフローチヤ一トである

図 1 5は、本発明の実施形態に係わる 3 6 0度を 8分割し、各方向を表わす図である。

図 1 6は、初期磁極位置のずれ角と発生トルクとの関係を示す図である。

なお、図中の符号、 * は指令を表す添字、 fb は検出を表す添字、 d - qは 2相座標系、 a— b— cは 3相座標系、 Vt は搬送三角波電圧、 Vdc は P WMインバ一夕の直流電圧、 Vq*， V d* は 2相座標に於いて d軸と q軸の指令電圧、 V a*， Vb*， Vc* は 3相座標に於いて a相， b相， c相の指令電圧、 Va， Vb， V cは 3相座標に於いて a相， b相， c相のインバー夕の出力電圧、 T* は指令トルク、 I* は指令電流、 Tm， T， Tloss はトルクの最大値，発生トルク（推力），トルク損失、 Iq*， Id* は 2相座標に於いて q軸と d軸の指令電流、 la, lb, I c は 3相座標に於いて a相， b相， c相の実際電流、 Iafb， Ibfb, I cfb は 3相座標に於いて a相， b相， c相の検出電流、 A lq, △ Id は 2相座標に於いて q 軸と d軸の電流誤差、 II data*, I 2 data* は第 1指令電流デ一夕と第 2指令電流データ、 I I data* call, I 2 data* call は呼び出し第 1指令電流データと呼び出し第 2指令電流データ、 II max*， 12 max* は第 1最大指令電流，第 2最大指令電流、 I I ave*, 12 ave* は第 1平均指令電流，第 2平均指令電流、

II inst*[k]， 12 inst*[k] は k時点での第 1瞬時指令電流， k時点での第 2瞬時指令電流、 Serror は初期磁極位置のずれ角、 00 は初期設定時のデフォルト初期磁極位置、 Sest, ^comp は推定初期磁極位置，補正初期磁極位置、

6>est max, 6» est ave, 0 est inst は最大指令電流で計算された推定初期磁極位置，平均指令電流で計算された推定初期磁極位置，瞬時指令電流で計算された推定初期磁極位置、 ω*， wfb は指令速度と検出速度、 Δω は速度偏差、 MAX は最大値演算関数、 FNCは任意関数、 AB Sは絶対値演算関数、

Gau, Gbu, G c u, Gad，Gbd， G c dは P WMインバー夕のゲート 6 パルス、 sp一 err は速度偏差判定フラグ、 safe_area は軸方向判定フラグであり、 1は本発明の初期磁極推定装置及び方法、 6は電流制御手段、 7は PWM電力変換装置、 8は速度制御手段、 1 1は AC同期モ一夕（回転モー夕又はリニアモ一夕）、 12は三相交流電流検出器（CT)、 13はエンコーダ、 14は検出速度演算手段、 15は補正初期磁極位置演算手段、 6 1は 3/ 2座標変換計算手段、 62は減算器（電流誤差計算手段）、 63は電流比例積分制御部、 64は2 3 座標変換計算手段、 7 1は PWMゲートパルス発生器、 72は三角搬送波、 7 3 は PWMインバ一夕、 74は直流電源装置、 8 1は減算器（速度偏差計算手段）、 82は速度ゲイン制御部、 10 1は指令速度パターン発生手段、 1 02はモード区間判断手段、 1 03は速度積分ゲインの処理手段、 1 04はモードスィッチ、 1 10 1は第 1周期区間（q軸指令電流指令トルク、 d軸指令電流 0)、 1 1 02はデータ取得用速度区間判断手段、 1 1 03は第 1指令電流演算手段、 1 1 0 4は第 1メモリ記憶手段、 1 2 0 1は第 2周期区間（軸指令電流 0、 d軸指令電流指令トルク）、 1 2 0 2はデータ取得用速度区間判断手段、

1 2 0 3は第 2指令電流演算手段、 1 2 0 4は第 2メモリ記憶手段、 1 0 5は指令速度終了判断手段、 1 0 6はメモリ呼び出し手段、 1 0 6 Aはデータ偏差過大判断手段、 1 0 7は推定初期磁極位置演算手段、 1 0 8はデフオルト初期磁極位置設定手段、 1 0 9は補正初期磁極位置演算手段である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図 1は本発明が扱う初期磁極推定装置を含めた速度制御の概略プロック図である。

図 1において、指令トルのク通りに電流制御手段 6と P WM電力変換装置 7で A Cモー夕 1 1を駆動する。 A C同期モー夕 1 1は磁極センサ（ポールセンサ）を持たない A C回転モー夕又は A Cリニア一モ一夕である。

A Cモータ 1 1の電流 I fb を電流検出手段 1 2で検出し、 A Cモー夕の相対電気角（相対位置） 0 を電気角検出手段（エンコーダ） 1 3で検出する。

検出速度演算手段 1 4は電気角検出手段 1 3で検出された検出電気角 0 fb から検出速度 ω ¾ を計算する。

本発明の初期磁極推定装置及び方法 1は指令速度を発生し、速度制御手段 8で指令速度と検出速度の情報から指令トルクを演算し、指令トルクの情報から本発明の初期磁極推定装置及び方法で処理を行って A C同期モー夕の推定初期磁極位置を得る。

図 2は本発明の実施の形態に係る A C同期モー夕の初期磁極方法を含めた d q 電流制御（ベクトル制御）に基づく速度制御ブロック図である。

図 3〜図 4は本発明の実施例の形態に係る A C同期モー夕の初期磁極推定方法に関する詳細プロック図である。

図 5〜図 8は本発明の実施の形態に係る 2周期分波形を持つ指令速度パターンに関する図で、図 5は台形波の指令速度パターン、図 6は三角波の指令速度パ夕ーン、図 7は矩形波の指令速度パターン、図 8はゼロ速波の指令速度パターンである。但し、加減速区間での指令速度増減パターンは任意であるが、ここでは 1 次増減関数を用いて説明する。

図 9は図 3〜図 4に示す初期磁極推定方法の詳細プロック図でのモードスィッチに関する図である。

図 10〜図 1 1は本発明の実施の形態に係る AC同期モータの初期磁極推定方法に関するフローチャートである。

図 5〜図 8に示す 2周期分の指令速度パターンに対する区間は下記のように定義する。

① tlO 〜t20 は第 1周期区間、 t20 〜t 30 は第 2周期区間である。これらを表 1で示す。

表 1

② 110 〜t 11 はゼロ速スタート区間、 t 14〜t 15 は休止区間、 tl8〜t2 1 はモード切り替え区間、 t24〜t25 は休止区間、 t28 〜t30 ゼロ速ェンド区間であり、以上はゼロ速区間（ゼロ速スタート区間、休止区間、モード切り換え区間、ゼロ速エンド区間で構成）であり、それらの区間を休止区間でも称えるこれらを表 2で示す。

表 2

③ til 〜t 12、 113 〜tl4、 t 15 〜 116、 117〜 18、 t 21 〜 t 22、 t 23 ~t24、 t25 〜t26、 t 27 ~ t 28 は加減速区間であり、これらを表 3で示す _c 表 3

④ t 12 〜 t 13、 t 16 ~ t 17、 t 22 ~ t 23、 t 26 t 27 は一定速区間でありこれらを表 4で示す。

表 4

上記で定義された各々区間において、用途に合わせて区間に対する時間設定を行うことで、台形波の基本波形（設定時間 I ) 〜応用波形（設定時間 II〜設定時間 IV、その他）等が考えられる。これらは表 5で示す。

表 5

指令速度パターン台形波三角波矩形波ゼロ速波図 5 図 6 図 7 図 8 設定時間 I 設定時間 II 設定時間 III 設定時間 IV 指令速度の振幅値 50 50 50 0 ゼロ速スタート区間時間 5ms 5ms D m s 5ms ゼロ速ェンド区間時間 5ms D m s 5ms 5ms 加速区間時間 50ms 5 0ms 0ms 50ms 減速区間時間 50ms 5 0ms 0ms 50ms 一定速区間時間 500 ms 0ms 500 ms 500 ms 休止区間時間 50ms 50ms 50ms 50ms モード切り替え区間時間 D 0 m s 5 0ms 50ms 50ms ここで、 5ms 50ms, 500ms の時間は任意設定値、指令速度振幅値の 50 は任意設定値で単位は r/min (回転モー夕の場合）又は mm/sec (リニアモ一夕の場合）である。

磁極推定用データを取得するために設けたデ一夕取得用速度区間は、上記で求めた指令速度パターンに基づき、表 6に示す様々な区間から選択できる。これらは表 6で示す。

表 6 (その 1)

データ取得用速度区間ム icb 二 kc ith

ゼロ速波正の加速区曰 Ί τ 11 112 〇〇 X 〇

t 21 ~ t22

負の加速区間 t 15 ~ t lbs 〇〇 X 〇

t 25 t26

止の一疋速!^ [¾ t 1 ~ t 10s 〇 X 〇〇

t 22 t 23

負の一定速区間 t 16 117 〇 X 〇〇

t 26 t27

TFの力 Π速 ·一定間 t 11 t 13. 〇 X X 〇

t 21 t23

負の加速 ·一定速区間 t 15 ~ t 17 〇 X X 〇

t 25 t27

正の減速 ·一定速区間 t 1 t 14 〇 X X 〇

t 22 t 24

負の減速 ·一定速区間 t 16 118 〇 X X 〇

t 26 t28

正の加減速区間 111 tl2と〇〇 X 〇

113 114

t21 ~t22と

t 23 t24 表 6 (その 2)

で、〇はデータ取得用速度区間の設定可能、 Xは設定不可能を示す。データ取得用速度区間で得られる磁極推定用取得データの種類は、下記の三つから設定できる。

① 第 1と第 2最大指令トルク（第 1と第 2最大指令電流）

② 第 1と第 2平均指令トルク（第 1と第 2平均指令電流）

③ 第 1と第 2瞬時指令トルク（第 1と第 2瞬時指令電流）

第 1指令電流と第 2指令電流は磁極推定用取得デ一夕種類の設定で最大指令トルクと平均指令トルクと瞬時指令トルクから選択ができ、各々デ一夕の取得演算は下記の式（2) ~ (7) で行う。

I 1 max* = MAX ( I l*[k〗） ( 2 )

I 2 max* 二 MAX ( I2*[k]) (3)

11 ave* 二 ∑ (Il*[k】） /k (4)

12 ave* -- ∑ ( I2*[k]) /k (5)

I 1 inst*[k] = Il*[k] (6)

12 inst*[k] = I2*[k] (7)

で、 11 max*と 11 max* は第 1と第 2最大指令電流、

11 ave*と I〗 ave* は第 1と第 2平均指令電流、

II inst*[k]と II inst*[k] は第 1と第 2瞬時指令電流、 M A Xは最大値の演算関数、

k は任意データ数である。以下、 d q電流制御と下記設定に基づく実施例で、本発明の初期磁極推定方法を説明する。

① 設定 1 ： 2周期分の指令速度 → 台形波の指令速度パターン

② 設定 2 ：データ取得用速度区間 → 正の一定速区間

③ 設定 3 ：磁極推定用取得デ一夕 → 最大指令トルク（最大指令電流）

本発明の実施の形態は、図 2に示す A C同期モ一夕の d q電流制御手段における速度制御ループで、図 3に示す初期磁極推定方法を行うものである。

A C同期モー夕の d q電流制御は、図 1中の A C同期モー夕 1 1を除く構成である。即ち、直流電圧 7 4を任意の交流電圧に変換する P WM電力変換手段 7 2 で A C同期モー夕 1 1を駆動し、 3相電流検出器 1 2で A C同期モ一夕の 3相電流を検出し、電気角検出器 1 3で A C同期モー夕の相対電気角を検出し、電気角の情報を用いた 3相 / 2相座標変換計算手段 6 1で 3相検出電流から 2相検出電流への 3相 / 2相座標変換を行う。検出速度計算手段 1 4で検出電気角 0を用いて検出速度 ωの演算を行う。電流誤差計算手段 6 2で 2相指令電流から 2相検出電流を差し引いて電流誤差を計算し、 2相電流比例積分制御部 6 3で電流誤差に 2相比例積分ゲインを掛けて 2相指令電圧を計算し、電気角の情報を用いた 2相 / 3相座標変換計算手段 6 4で 2相指令電圧から 3相指令電圧への 2相 / 3相座標変換を行う。 P WMゲートパルス発生手段 7 1で 3相指令電圧を三角波の搬送波 7 2と比較して P WMゲートパルスを演算し、それらのパルスを前記 P WMィンバ一夕 7 3に出力する。

次のステップとして、指令速度パターン発生手段 1 0 1で台形波の指令速度パ夕一ンを発生させ、速度偏差計算手段 8 1で指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算し、速度ゲイン制御部 8 2で速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する。

モ一ド区間判断手段 1 0 2で台形波の指令速度から第 1周期区間と第 2周期区間のモード区間判断を行い、その判断結果に従ってモ一ドスイッチ 1 0 4でモード区間の切り換え動作を行う。

第 1周期区間から第 2周期区間へ切り替えを行うとき（速度制御手段から演算された指令電流が q軸指令電流への入力から d軸指令電流への入力になる動作）には、必ずゼロ速区間であるモード切り替え区間で行うように設ける。その理由はゼロ速区間以外の区間（例えば、加減速区間、一定速区間）でモード切り替えを行う場合に速度積分ゲインにより溜まった成分（積分項）で異常動作現象がおきやすいためである。即ち、 t 17〜 t 21の間でモードスィッチによるモード切り換えを行う。又、モードスィッチによるモード切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項をクリアするように設ける。

第 1周期区間を選択した場合、 q軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク（指令電流）を入力し、 d軸指令電流にはゼロを入力する。

加速区間判断手段 1 1 0 2で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第 1最大指令トルク（第 1最大指令電流）を計算し、第 1メモリ記憶手段 1 1 0 4でメモリに記憶する。

第 2周期区間を選択した場合、 q軸指令電流にはゼロを入力し、 d軸指令電流には速度ゲイン制御部で計算された指令トルク（指令電流）を入力する。

加速区間判断手段 1 2 0 2で指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間である指令トルクから第 2最大指令トルク（第 2最大指令電流）を計算し、第 2メモリ記憶手段 1 2 0 4でメモリに記憶する。

指令速度の第 2周期区間以後（ t 30~ ) では、メモリに記憶された第 1最大指令電流デ一夕と第 2最大指令電流デ一夕をメモリ呼び出し手段 1 0 6でメモリから呼び出し、呼び出した第 1指令電流データと第 2指令電流データからデータ偏差過大判断手段 1 0 6 Aでデ一夕過大判断を行う。その後、呼び出した第 1指令電流データと第 2指令電流デ一夕の情報から式（ 8 ) の推定初期磁極計算手段 1 0 7で推定初期磁極位置 S estの演算を行う。但し、メモリに記憶する時の第 1と第 2指令電流データ（ I I data*、 I 2 data*) は呼び出された第 1 と第 2指令電流データ（ I I data* cal l, I 2 data* cal l ) は同じ値である。

① メモリのル一チン I ： 1 1 data*→ メモリ → 1 2 data* call

② メモリのルーチン I I： 1 2 data* → メモリ → 1 2 data* call 0 st = FN C ( I 1 data*. 12 data*)

= t a n-¹ ( I I data*/ I 2 data*)

= t a n- i (第 1最大指令電流/第 2最大指令電流）（ 8) ここで、 est は推定初期磁極位置、

F N C は任意関数、

I I data* は第 1指令電流デ一夕（第 1指令トルクデ一夕）、

12 data* は第 2指令電流デ一夕（第 2指令トルクデ一夕）である。最後に、式（ 9 ) を用いた補正初期磁極演算手段 1 0 9で推定初期磁極位置 O estをデフオルト初期磁極位置設定手段 1 0 8で設定されたデフオルト初期磁極位置 6> 0に加えて、補正初期磁極位置 Θ compの演算を行う。

^comp = Θ0 + Oest ( 9 )

ここで、 Scomp は補正初期磁極位置、

Θ0 は初期設定のデフォルト初期磁極位置（任意値）である。

推定初期磁極位置の演算に用いる第 1指令電流データと第 2指令電流データが最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流である場合、下記の式（ 1 0) 〜 ( 1 1 ) で推定初期磁極位置 0est (^est max, Θ est ave、 Θ est inst) を求める。

0 st max = t an- ¹ ( I I max* / I 2 max*) ( 1 0 ) S est ave = t a n- ¹ ( I I ave*/ I 2 ave*) ( 1 1 ) 0 est inst = ∑ ( t a n— i ( I 1 inst*[k]/ I 2 inst*[k] ) )/k ( 1 2 ) 図 1 2は、本発明の実施形態に係わるトルク軸または磁束軸の領域を判断するためのフローチヤ一トである。

図 1 4は、図 1 3のフローチャートの（A) の部分に続くフロ一チャートである。

図 1 5は、本発明の実施形態に係わる 3 6 0度を 8分割し、各方向を表わす図である。 A C同期モー夕のトルク軸の方向判断処理を含めて、上記で述べた初期磁極の推定演算手段に対する手順を下記のよう示す。

まず、図 1 2のフローチャートに基づいて次のようにトルク軸の方向（領域）を判断する。

<トルク軸の方向（領域）判断用メインルーチン >

- S 1 0 0 ：デフォルト初期磁極位置（現在設定の初期磁極位置）をゼロに設定する。また、 safe— area判定フラグを 0に設定する。 S 1 0 1へ進む。

• S 1 0 1 ：指令速度波形発生手段により発生させた波形の第 1周期分を軸判断用指令速度パターンとして入力する。 S 1 0 2へ進む。

• S 1 0 2 ：速度偏差演算手段により、軸判断用指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算する。 S 1 0 3へ進む。

- S 1 0 3 ：速度比例積分制御部により、速度偏差に速度比例積分ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する。但し、トルク軸の方向を切り換えた瞬間には速度積分ゲインの積分項をクリアする。 S 1 0 4へ進む。

- S 1 0 4 ： q軸指令電流には指令トルク（指令電流）を入力し、 d軸指令電流にはゼロを入力する。 S 1 0 5へ進む。

• S 1 0 5 ：速度偏差過大判断手段による結果が「速度偏差速度偏差制限レべル」ならば、 S 1 0 7へ進む。そうでなければ、 S 1 0 6へ進む。

• S 1 0 6 ：指令速度終了ならば、 S 1 0 8へ進む。そうでなければ、 S 1 0 1 へ進む。

• S 1 0 7 ： sp— errに 1を代入する。 S 1 0 8へ進む。

• S 1 0 8 ：「トルク軸の方向判断用サブルーチン」で指令トルク（指令電流）を流す方向を決定する。 S 1 0 9へ進む。

- S 1 0 9 ： safe_area判定フラグが 0ならば、 S 1 1 0へ進む。 1ならば、 S 1 1 1へ進む。

• S 1 1 0 ：指令速度を最初から入力し直す。 S 1 0 1へ進む。

- S 1 1 1 ：「初期磁極推定ル一チン」のステップ 1へ進む。 < トルク軸の方向判断用サプル一チン >

. F 1 ：図 1 5において①の方向に AC同期モー夕のトルク軸があると仮定（00 を 0度に設定）する。 O.K.ならば、 F 1 1へ進む。 N.G.ならば、 F 1

2へ進む。

• F 10 ：図 1 5において④の方向にトルク軸があると仮定（00を 135度に設定）する。 O.K.ならば、 F 10 1へ進む。 N.G.ならば、 F 102へ進む。

• F 1 1 ：図 1 5において⑧の方向にトルク軸があると仮定 0を 31 5度に設定）する。 O.K.ならば、 F 1 1 1へ進む。 N.G.ならば、 F 1 12へ進む。

- F 12 ：すぐにトルク軸判断用指令速度を 0にして、次の軸判断用指令速度までの間、何もしない。 F 1 0へ進む。

• F 100 ：図 1 5において⑤の方向にトルク軸があると仮定（ < 0を 180度に設定）する。 O.K.ならば、 F 100 1へ進む。 N.G.ならば、 F 1 00 2へ進む。

• F 10 1 ：図 1 5において③の方向にトルク軸があると仮定（(90を 90度に設定）する。 O.K.ならば、 F 10 1 1へ進む。 N.G.ならば、 F 10 1 2へ進む。

• F 102 ：すぐに軸判断用指令速度を 0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図 1 5において⑥の方向にトルク軸があると仮定（Θ 0を 2 2 5

度に設定）する。次の軸判断用指令速度が来たら、 F 1 00へ進む。

• F 1 1 0 ：図 1 5において③の方向にトルク軸があると仮定（O 0を 90度に設定）し、 safe_area判定フラグを 1に設定する。

• F i l l ：図 1 5において⑦の方向にトルク軸があると仮定（ 00を 270度に設定）する。 O.K.ならば、 F i l l 1へ進む。 N.G.ならば、 F i l l 2へ進む。

• F 1 1 2 ：すぐに軸判断用指令速度を 0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図 1 5において②の方向にトルク軸があると仮定（00を 4 5度に設定）する。次の軸判断用指令速度が来たら、 F 1 1 0へ進む。

• F 1000 ：図 15において⑧の方向にトルク軸があると仮定（ 6> 0を 3 1 5度に設定）し、 safe_area判定フラグを 1に設定する。

• F 1 00 1 ：図 15において⑦の方向にトルク軸があると仮定（00を 27 0度に設定）し、 safe— area判定フラグを 1に設定する。

• F 1 002 ：すぐに軸判断用指令速度を 0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図 1 5において⑦の方向にトルク軸があると仮定（0 0を 2 7 0度に設定）する。次の軸判断用指令速度が来たら、 F 1 0 0 0へ進む。

• F 1 0 1 0 ：図 1 5において⑥の方向にトルク軸があると仮定（0 0を 2 2 5度に設定）し、 safe— area判定フラグを 1に設定する。

• F 1 0 1 1 ：図 1 5において②の方向にトルク軸があると仮定（ 6> 0を 4 5度に設定）する。 O.K.ならば、 F 1 0 1 1 1へ進む。 N. G.ならば、 F 1 0 1 1 2へ進む _c

• F 1 0 1 2 ：すぐに軸判断用指令速度を 0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図 1 5において⑤の方向にトルク軸があると仮定 0を 1 8 0度に設定）する。次の軸判断用指令速度が来たら、 F 1 0 1 0へ進む。

• F 1 1 1 0 ：図 1 5において②の方向にトルク軸があると仮定（ 6> 0を 4 5度に設定）し、 safe— area判定フラグを 1に設定する。

• F 1 1 1 1 ：図 1 5において①の方向にトルク軸があると仮定（O 0を 0度に設定）し、 safe— area判定フラグを 1に設定する。

• F 1 1 1 2 ：すぐに軸判断用指令速度を 0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図 1 5において①の方向にトルク軸があると仮定（0 0を 0度に設定）する。次の軸判断用指令速度が来たら、 F i l l 0へ進む。

• F 1 0 1 1 0 ：図 1 5において⑤の方向にトルク軸があると仮定（ 6> 0を

1 8 0度に設定）し、 safe— area判定フラグを 1に設定する。

• F 1 0 1 1 1 ：図 1 5において④の方向にトルク軸があると仮定（ 0 0を 1 3 5 度に設定）し、 safe— area判定フラグを 1に設定する。

• F 1 0 1 1 2 ：すぐに軸判断用指令速度を 0にして、次の軸判断用指令速度までの間、図 1 5において④の方向にトルク軸があると仮定（0 0を 1 3 5度に設定）する。次の軸判断用指令速度が来たら、 F 1 0 1 1 0へ進む。

<初期磁極推定ルーチン >

-ステップ 1 ：デフォルト初期磁極位置 0 は任意角として設定する（E 1 0

1 )

•ステップ 1 A ：デ一夕偏差制限レベルの設定を行う（E 1 0 1 A ) 。

'ステップ 2 ：指令速度パターン発生手段では、指令速度パターンの設定（指令速度の振幅値、加速区間時間、一定速区間時間、休止区間時間、モード切り換え区間時間）を行い、適用する応用分野に最適な指令速度パターン（台形波、三角形、矩形波、ゼロ速波、正弦波）を発生する（E 102, E 105) 。

. ステップ 3 ： E 102で求めた指令速度パターンに基づき、デ一夕取得用速度区間（表 2を参考）とそのデータ取得用速度区間で得られる磁極推定用取得デ一夕（最大指令電流、平均指令電流、瞬時指令電流）の設定を行う（E 103， E 104) 0

•ステップ 4 ：指令速度から検出速度を差し引いて速度偏差を演算する（E 1 0 6) o

•ステップ 5：速度偏差に速度ゲイン（速度比例ゲイン、速度比例積分ゲイン、速度積分ゲインのいずれか一つ）を乗じ、指令トルク（指令電流）を演算する（E 1 07 ) 0

•ステップ 6 ：モード区間判断手段で指令速度からでモード区間（第 1周期区間と第 2周期区間）の判断処理を行い、その結果に従って第 1周期区間から第 2周期区間に切り替え動作をモードスィッチで行う（E 109) 。

•モードスィッチによるモ一ド切り換えを行った瞬間には速度積分ゲインの積分項処理（積分項のクリア、ホールド、その他）を速度積分処理手段で行う（E 1

08) o

'ステップ 7 ： E 109で求めた第 1周期区間にはステップ 8 A〜ステップ 8 C (E 1 101〜E 1104) までの動作を行い、又、 E 107で求めた第 2周期区間にはステップ 9 A〜ステップ 9 C (E 1201〜E 1205 ) までの動作を行う。

-ステップ 8 A： q軸指令電流にはステップ 5で演算された指令トルク（指令電流）を入力し、 d軸指令電流にはゼロを入力する（E 1 101) 。

-ステップ 8 B ：指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第 1指令電流デ一夕（第 1指令トルクデ一夕）の演算を行う（E 1102、 E 1 103) 。

-ステップ 8 C：第 1指令電流データを第 1メモリ記憶手段でメモリに記憶する (E 1 104) 。 •ステップ 9 A： q軸指令電流にはゼロを入力し、 d軸指令電流にはステップ 5 で演算された指令トルク（指令電流）を入力する（E 1201) 。

- ステップ 9 B ：指令速度がデ一夕取得用速度区間かどうかの判断を行い、判断されたその区間で指令トルクから第 2指令電流デ一夕（第 2指令トルクデ一夕）の演算を行う（E 1202、 E 1203 ) 。

•ステップ 9 C ：第 2指令電流デ一夕を第 2メモリ記憶手段でメモリに記憶する (E 1204 ) o

-ステップ 10 ：指令速度の第 2周期区間終了以後（E 1205 ) 、メモリから第 1と第 2指令電流データを呼び出す（E 1 10) 。

.ステップ 1 1 ： E 110で呼び出した第 1指令電流デ一夕と第 2指令電流デー夕との差分をデータ偏差として演算する（E 1 10 A) 。

.ステップ 12 ：デ一夕偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差≥デ一夕偏差制限レベル」である場合は、予め定めた位相へ変更を行った後、 E 105から再度処理演算を行う（E 1 10B, E 1 10C) 。

•ステップ 12 A：データ偏差とデータ偏差制限レベルと比較し、その結果が、「データ偏差 <デ一夕偏差制限レベル」である場合は、 E 1 10で呼び出した第 1指令電流データと第 2指令電流データを用い、式（8) を用いた推定初期磁極計算手段で推定初期磁極位置の演算を行う（E 1 1 1) 。

-ステップ 13 ：式（ 9 )を用いた補正初期磁極演算手段で、推定初期磁極位置 S estをデフオルト初期磁極位置 00に加えて補正初期磁極位置 0compの演算を行う (E 112) 。

以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、 1) 短い推定時間で正確な初期磁極位置推定が出来、 2) トルク損失を最初現に抑えて最大トルクを出すことが出来、 3) モー夕の動く範囲を最小限に抑えることが出来るという効果がある。産業上の利用可能性

以上述べたように、本発明によれば、

1) 短い推定時間で正確な初期磁極位置推定が出来ることと、 ) トルク損失を最小限に抑えて最大トルクを出すことができることと、) モータの動く範囲を最小限に押さえることができるという効果がある。

Claims

請求の範囲

1 . 指令速度から指令トルク（指令電流）を計算する速度制御手段と、指令トルク旨令電流）の通りに A C同期モータを駆動する電流制御手段及び P WM電力変換装置と、

を備えた A C同期モ一夕制御装置に設けられる A C同期モー夕の初期磁極推定装置において、

指令速度パターン発生手段から発生される前記指令速度から前記検出速度を差し引いて速度偏差を計算する速度偏差演算手段と、

前記速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する速度ゲイン制御部と、

前記指令速度からモード区間（第 1周期区間と第 2周期区間）の判断処理を行うモード区間判断手段と、

前記モード区間判断手段での結果に従って前記第 1周期区間と前記第 2周期区間とのいずれかのモード区間に切り換えるモードスイッチと、

前記第 1周期区間を選択した場合、前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、

判断された前記データ取得用速度区間で前記指令トルク（前記指令電流）から第 1指令トルクデータ（第 1指令電流データ）を演算する第 1指令トルク演算手段 (第 1指令電流演算手段）と、

前記第 2周期区間を選択した場合、前記指令速度が前記データ取得用速度区間かどうかの判断を行うデ一夕取得用速度区間判断手段と、

判断された前記データ取得用速度区間で前記指令トルク（前記指令電流）から第 2指令トルクデータ（第 2指令電流データ）を演算する第 2指令トルク演算手段 (第 2指令電流演算手段）と、

前記第 1指令トルクデータ（前記第 1指令電流データ）と前記第 2指令トルクデ一夕（前記第 2指令電流デ一夕）の情報を用いて推定初期磁極位置を演算する推定初期磁極演算手段と

を有することを特徴とする A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

2 . 直、流電圧を任意の交流電圧に変換して A C同期モー夕を馬区動する P W M電力変換手段と、

前記 A C同期モータの 3相電流を検出する 3相電流検出手段と、

前記 A C同期モー夕の相対電気角を検出する電気角検出手段と、

前記検出電気角を用いて 3相検出電流から 2相検出電流への 3相 / 2相座標変換を行う 3相 2相座標変換計算手段と、

前記検出電気角から検出速度を計算する検出速度演算手段と、

q軸指令電流と d軸指令電流で構成された 2相指令電流から前記 2相検出電流を差し引いて電流誤差を計算する 2相電流誤差演算手段と、

前記電流誤差に 2相電流比例積分ゲインを掛けて 2相指令電圧を計算する 2相電流比例積分制御部と、

前記検出電気角を用いて前記 2相指令電圧から 3相指令電圧への 2相 / 3相座標変換を行う 2相 / 3相座標変換計算手段と、

前記 3相指令電圧と搬送波を比較して P WMゲートパルスを演算して該 P WMゲートパルスを前記 P WM電力変換手段に出力する P WMゲートパルス演算手段と、を備えた A C同期モー夕制御装置に設けられる A C同期モー夕の初期磁極推定装置において、

デフオルト初期磁極位置をゼロに設定するデフオルト初期磁極設定手段と、指令速度を 2周期波形として発生する指令速度パターン発生手段と、

前記指令速度から前記検出速度を差し引いて速度偏差を計算する速度偏差演算手段と、

前記モ一ド区間判断手段での結果に従って前記第 1周期区間と前記第 2周期区間とのいずれかのモード区間に切り換えるモードスイッチと、

前記第 1周期区間を選択した場合、前記 q軸指令電流には前記指令トルク（前記指令電流）を入力し、前記 d軸指令電流にはゼロを入力した後、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行う加速区間判断手段と、

判断された前記正の加速区間である前記指令トルクから第 1最大指令トルクデー夕（第 1最大指令電流デ一夕）を演算する第 1指令トルク演算手段（第 1指令電流演算手段）と、

メモリに前記第 1最大指令トルクを記憶する第 1メモリ記憶手段と、

前記第 2周期区間を選択した場合、前記 q軸指令電流にはゼロを入力し、前記 d 軸指令電流には前記指令トルク（前記指令電流）を入力した後、前記指令速度が正の加速区間かどうかの判断を行う加速区間判断手段と、

判断された前記正の加速区間である前記指令トルクから第 2最大指令トルクデー夕（第 2最大指令電流デ一夕）を演算する第 2指令トルク演算手段（第 2指令電流演算手段）と、

メモリに前記第 2最大指令トルクを記憶する第 2メモリ記憶手段と、

前記指令速度が第 2周期目を終了した後、前記メモリから該最大指令トルク（第 1と第 2最大指令トルク）を呼び出し、それらの情報を用いて推定初期磁極位置を演算する推定初期磁極演算手段と、

前記デフオルト初期磁極位置に前記推定初期磁極位置を加えることで補正初期磁極位置を演算する補正初期磁極演算手段と、

3 . 直流電圧を任意の交流電圧に変換して A C同期モ一夕を駆動する P W M電力変換手段と、

前記 A C同期モー夕の 3相電流を検出する 3相電流検出手段と、

前記検出電気角を用いて指令トルク（指令電流）から A相指令電流と B相指令電流と C相指令電流で構成された 3相指令電流を計算する 3相指令電流演算手段と、

3相指令電流から前記 3相検出電流を差し引いて電流誤差を計算する 3相電流誤差演算手段と、

前記電流誤差に 3相電流比例積分ゲインを掛けて 3相指令電圧を計算する 3相電流比例積分制御部と、

前記指令速度からモード区間（第 1周期区間と第 2周期区間）の判断処理を行うモ一ド区間判断手段と、

前記モ一ド区間判断手段での結果に従って前記第 1周期区間と前記第 2周期区間とのいずれかのモ一ド区間に切り換えるモードスイッチと、

前記第 1周期区間を選択した場合、前記検出電気角に 0度のシフト角度を加えた (位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）から前記 3相指令電流を計算する 3相指令電流変換手段と、

前記指令速度が正の加速区間にあるかどうかの判断を行う加速区間判断手段と、判断された前記正の加速区間である前記指令トルクから第 1最大指令トルク（第 1最大指令電流）の値を演算する第 1指令トルク演算手段（第 1指令電流演算手段）と、

前記第 2周期区間を選択した場合、前記検出電気角に 9 0度のシフト角度をカロえた（ 9 0度位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）から前記 3相指令電流を計算する前記 3相指令電流変換手段と、

前記指令速度が正の加速区間にあるかどうかの判断を行う加速区間判断手段と、判断された前記正の加速区間である前記指令トルクから第 2最大指令トルク（第 2最大指令電流）の値を演算する第 2指令トルク演算手段（第 2指令電流演算手段）と、

前記指令速度が第 2周期目を終了した後、前記メモリから該最大指令トルク（第 1 と第 2最大指令トルク）を呼び出し、それらの情報を用いて推定初期磁極位置を演算する推定初期磁極演算手段と、

を有することを特徴とする A C同期モータの初期磁極推定装置。

4 . 前記指令速度パターン発生手段は、加減速区間時間と一定速区間時間を任意に設定できることと、加減速区間の速度波形を任意に設定できることと、指令速度の振幅値を任意に設定できることで、前記指令速度を台形波、三角波、矩形波、ゼロ速度波、正弦波等を 2周期波形として発生することを特徴とする言青求の範囲第 1〜 3項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

5 . 前記速度ゲイン制御部は速度比例制御部と速度積分制御部との組み合わせで、速度比例制御部、速度比例積分制御部、速度積分制御部であることを特徴する請求の範囲第 1〜 4項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推

6 . 前記電流制御手段は d q電流制御手段（べクトル電流制御手段）、または 3相電流制御手段であることを特徴とする請求の範囲第 1〜 5項のいずれか 1項記載の A C同期モ一夕の初期磁極推定装置。

7 . 前記電流制御手段として用いた前記 d q電流制御手段において、前記第 1周期区間では q軸指令電流に前記指令電流を、 d軸指令電流に一定値を入力し、前期第 2周期区間では d軸指令電流に前記指令電流を、 q軸指令電流に一定値を入力することを特徴とする請求の範囲第 1〜 6項のいずれか 1項記載の A C 同期モー夕の初期磁極推定装置。

8. 前記一定値は任意数値であることを特徴とする請求の範囲第 1〜 7項のいずれか 1項記載の AC同期モー夕の初期磁極推定装置。

9. 前記電流制御手段として用いた前記 3相電流制御手段において、前記第 1周期区間では下記の式のように前記検出電気角に 0度のシフト角度を加えた (位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）から 3相指令電流に変換し、前記第 2周期区間では下記の式のように前記検出電気角に 9 0度のシフト角度を加えた（ 9 0度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）から 3相指令電流に変換することを特徴とする請求の範囲第 1〜 8項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

I a* = I * X c o s （ fb - 0 shift)

lb* = I * x c o s (θΐ) - S shift - 1 2 0度）

I c* = I * x c o s ( 6> f b - 0 shift ― 2 4 0度）ここで、 I* は指令トルク（指令電流）、

6i は検出電気角（相対位置）、

6> shift はシフト角（第 1周期区間で 0度、第 2周期区間で 9 0度）、 la* は A相指令電流、

lb* は B相指令電流、

Ic* は C相指令電流である。

1 0. 前記電流制御手段において、前記第 1周期区間では前記検出電気角に 0度のシフト角度を加えた（位相変更なし）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流として扱い、前記第 2周期区間では前記検出電気角に 9 0度のシフト角度を加えた（ 9 0度の位相変更）後、前記指令トルク（前記指令電流）を前記指令電流として扱うことを特徴とする請求の範囲第 1〜 9項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

1 1 . 前記データ取得用速度区間は正の加速区間、負の加速区間、正の減速区間、負の減速区間、正の一定速区間、負の一定速区間の組み合わせで構成されることを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 0項のいずれか 1項記載の A C同期モ一夕の初期磁極推定装置。

1 2 . 前記データ取得用速度区間判断手段が、前記磁極推定用データを加速区間で求める場合は加速区間判断手段、一定速区間で求める場合は一定速区間判断手段、加速区間と一定速区間で求める場合は加速 '一定速区間判断手段、減速区間と一定速度区間で求める場合は減速 ·一定速区間判断手段、加速区間と減速区間で求める場合は加減速区間判断手段、加速度区間と減速区間と一定速区間で求める場合は加減速 ·一定速区間判断手段であることを特徴とする請求の範囲第 1 ~ 1 1項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

1 3 . 前記データ取得用速度区間判断手段が前記一定速区間判断手段である場合、ゼロから任意時間に設定できることで設定された前記任意時間（但し、前記任意時間は前記一定即区間の最終時間より小さい）の以後から前記一定速区間の最終時間まで前記磁極推定用データを演算することを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 2項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

1 4 . 第 1周期区間で求めた前記第 1指令電流データをメモリへ記憶する第 1メモリ記憶手段と、

第 2周期区間で求めた前記第 2指令電流データをメモリへ記憶する第 2メモリ記憶手段を有することを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 3項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

1 5 . 前記メモリから該指令トルクデータ（第 1と第 2指令トルクデー夕）を呼び出すことを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 4項のいずれか 1項記載の A C同期モータの初期磁極推定装置。

1 6 . 前記推定初期磁極位置は t a n - 1 (前記第 1指令電流データ/前記第 2指令電流データ）で計算することと、又は c 0 s - ¹と s i n - 1の組み合わせで計算することと、又は前記第 1と第 2指令電流データが瞬時指令電流である場合には∑ ( t a n - ¹ (前記第 1瞬時指令電流/前記第 2瞬時指令電流）） / kで前記推定初期磁極位置を計算することと、又は前記第 1指令電流データと前記第 2指令電流との関係から計算することを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 5 項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

1 7 . 前記第 1指令電流演算手段と前記第 2指令電流演算手段で求めた前記第 1指令電流データと第 2指令電流データは最大指令電流と平均指令電流と瞬時指令電流であることと、最大指令電流は前記データ取得用速度区間である指令電流から求めた最大値であることと、平均指令電流は前記データ取得用速度区間である指令電流を平均した指令電流であることと、瞬時指令電流は前記デ一て取得用速度区間である指令電流を瞬時に求めた指令電流であることを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 6項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置 c

1 8 . 前記指令速度において、前記指令速度が正と負との切り換えを行う時にゼロの指令速度を持つ休止区間を設けることと、前記休止区間の時間は任意に設定できることを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 7項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

1 9 . 前記指令速度において、第 1周期目の第 1周期区間と第 2周期目の第 2周期区間との間にゼロの指令速度を持つ休止区間を設けることと、区間切り替えを行う時には休止区間の間で行うことを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 8項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

2 0 . 前記指令速度において、強制的な位相変更を行う場合には休止区間を設けて、前記位相変更を前記休止区間の間で行うことを特徴とする請求の範囲第 1〜 1 9項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

2 1 . 前記指令速度において、第 1周期区間と第 2周期区間との切り換えを行う時、又は強制的な位相変更を行う時には、前記速度ゲイン制御部の速度積分ゲイン処理（積分項のクリア、ホールド、その他）を行う速度積分ゲイン処理手段を有することを特徴とする請求の範囲第 1〜2 0項のいずれか 1項記載の A C同期モータの初期磁極推定装置。

2 2 . 前記 A C同期モー夕のトルク軸または磁束軸の方向（領域）を判断するために設けた軸方向判断用指令速度は、請求の範囲第 4項記載の指令速度の第 1周期波形を使用することを特徴とする請求の範囲第 1〜2 1項のいずれか 1 項記載の A C同期モ一夕の初期磁極推定装置。

2 3 . 前記 A C同期モー夕の初期磁極推定装置内のパラメ一夕設定用メモリにユーザーが速度偏差制限レベル、トルク制限レベル、速度制限レベル、デ一夕偏差制限レベルの 1つ以上を設定することを特徴とする請求の範囲第 1〜2 2 項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

2 4 . 速度偏差過大判断手段は、前記軸方向判断用指令速度から前記検出速度を差し引いて演算した速度偏差を前記速度偏差制限レベルと比較してモー夕の速度偏差過大判断を行うことを特徴とする請求の範囲第 1〜2 3項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

2 5 . トルク過大判断手段は、前記速度制御部から求めた指令トルクを前記トルク制限レベルと比較してモ一夕の指令トルク過大判断を行うことを特徴とする請求の範囲第 1〜2 4項のいずれか 1項記載の A C同期モ一夕の初期磁極推

2 6 . 速度過大判断手段は、前記検出速度を前記速度制限レベルと比較してモ一夕の速度過大判断を行うことを特徴とする請求の範囲第 1〜2 5項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

2 7 . 電気角の 3 6 0度をある正の整数 nで分割し、そのうちのある方向に前記トルク軸があると仮定して、軸方向判断用指令速度で前記 A C同期モー夕を制御し、前言 3速度偏差過大判断手段で速度偏差過大判断を行い、その結果で前記トルク軸の方向を推定することを特徴とする請求の範囲第 1〜 2 6項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

2 8 . 前記速度偏差過大判断の結果に従って、前記 A C同期モー夕のトルク軸が又別の方向にあると仮定して、軸方向判断用指令速度で前記 A C同期モー夕を制御し、前記速度偏差過大判断手段で速度偏差過大判断を行うという上記の動作を予め決めたルーチンによる繰り返しで前記 A C同期モ一夕のトルク軸の方向を推定することを特徴とする請求の範囲第 1〜 2 7項のいずれか 1項記載の A C同期モータの初期磁極推定装置。

2 9 . 請求の範囲第 2 2〜2 8項のいずれか 1項記載の軸方向判断手段で前記 A C同期モー夕のトルク軸の方向を推定した後、請求の範囲第 1， 2または 3項による演算処理で前記 A C同期モータの初期磁極位置を推定することを特徴とする A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

3 0 . データ偏差過大判断手段は、前記第 1指令トルクデータと前記第 2 指令トルクデータとの差分（データ差分）を前記データ偏差制限レベルと比較してデ一夕偏差過大判断を行うことを特徴とする請求の範囲第 1〜 2 9項のいずれか 1項記載の A C同期モ一夕の初期磁極推定装置。

3 1 . 前記デ一夕偏差過大判断手段でデ一夕偏差過大判断を行い、その結果が「データ偏差大なりデ一夕偏差制限レベル」である場合は、予め決めた位相へ変更を行った後、請求の範囲第 1 , 2または 3項による再度演算処理で前記 A C同期モータの初期磁極位置を推定することを特徴とする請求の範囲第 1〜 3 0項のいずれか 1項記載の A C同期モー夕の初期磁極推定装置。

3 2 . 前記 A C同期モ一夕は回転モー夕又はリニアモ一夕であることを特徴とする請求の範囲第 1〜3 1項のいずれか 1項記載の A C同期モータ磁極推定