JP6966344B2 - 磁極位置推定方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の磁極位置推定方法および装置に関する。

電動機制御においては、ｑ軸方向（電流位相９０度）に電流を流すと電動機は駆動し、ｑ軸方向と９０°ずれたｄ軸正方向（電流位相０度）、またはｄ軸負方向（電流位相１８０度）に電流を流し続けても電動機は駆動しない。そのため、制御装置側が認識している磁極位置と、実際の電動機の磁極位置とが異なると、電動機が駆動させたい方向とは逆方向に駆動したり、駆動させたい移動量よりも大きく移動するなど、正確な制御が行えない。そのため、電動機の制御を開始する際には、制御装置側で認識している磁極位置を電動機の実際の磁極位置に合致させる必要がある。

このような磁極位置推定の方法として例えば特許文献１がある。特許文献１には、「始動位置である仮の磁極位置に基づき印加する電流位相を決定する同期電動機の磁極位置推定方法において、仮の磁極位置を基準に電気角反周期をＮ分割した位相に電流を印加し、その時の移動方法（＋，０，−）を判定して電流位相を決定する」と記載されている。

特開２０１４−３６４５０号公報

特許文献１の方法では、仮の磁極位置を基準に電気角半周期をＮ分割した位相に電流を印加し、そのときの移動方向Ｄ（＋、０、−）をそれぞれ検出する。次に、移動方向が反転する二つの位相Ｄｎ+とＤｎ-を記憶し、中間の位相における移動方向を検出する。中間の位相における移動方向Ｄｎ１が＋であれば、次はＤｎ１とＤｎ−の中間の移動方向を検出し、これを繰り返すことで移動方向が０となる位相情報を探しだすものである。この磁極位置推定動作に使用する電流指令値を、その前段にあるｑ軸電流指令の絶対値と磁極位置推定用にあらかじめ設定されている電流指令値とのうち小さい方を使用することで、電動機の移動速度が速度制限指令を超えないよう制御できる、と記載されている。

しかしながら、特許文献１のように電流指令がステップ状の信号では、磁極位置が想定と１８０度ずれていた場合、電動機の移動量が大きくなりすぎる虞がある。また、電流指令のステップ信号が大きく、速度制御器の制御ゲインが正しく設定されていない場合、速度制限指令が正しく制限できない虞がある。

上述した課題を解決するため、特許請求の範囲に記載の発明を適用する。即ち、磁極位置推定方法であって、磁極の初期位置を設定する第１ステップと、ｑ軸電流指令値を徐々に上げ、可動子の動作方向及び移動量を検出する第２ステップと、前記動作方向が正の場合に磁極位置を１８０度に向けて正方向に回転させ、前記動作方向が負の場合に磁極位置を１８０度に向けて負方向に回転させる第３ステップと、前記第３ステップにおいて、前記可動子の移動量が０となったときの磁極位置を、実測磁極位置として記憶する第４ステップと、前記実測磁極位置を−９０度回転させた磁極位置を、制御開始位置として記憶する第５ステップと、を備えるものである。

本発明の一側面によれば、電動機の移動量を抑えて高精度な磁極位置の推定とこれに基づく電動機制御が可能となる。

本発明を適用した第１の実施例による磁極位置推定装置を取り付けた電動機制御装置の制御ブロック図である。 本発明を適用した第１の実施例による電動機の磁極位置変化を示す図である。 本発明を適用した第１の実施例によるｑ軸電流指令波形と、電動機の現在位置、及び電動機の移動判定となる位置の波形図である。 本発明を適用した第１の実施例による磁極位置推定手順のフローチャートである。 本発明を適用した第１の実施例による磁極位置推定時の電動機動作中の磁極位置調整手順フローチャートである。 本発明を適用した第１の実施例による磁極位置推定時の電動機動作中の磁極位置調整手順フローチャートである。 本発明を適用した第２の実施例によるｑ軸電流指令波形と、電動機の現在位置、及び電動機の移動判定となる位置の波形図である。 本発明を適用した第３の実施例による電動機の磁極位置変化を示す図である。 本発明を適用した第３の実施例によるｑ軸電流指令波形と、電動機の現在位置、及び電動機の移動判定となる位置の波形図である。

電動機制御において電動機を駆動するとき、ｑ軸方向に電流を流すと電動機は駆動し、ｑ軸方向と９０°ずれたｄ軸方向に電流を流し続けても電動機は駆動しない。

本発明では、電動機に電流を印加しながら、可動子が移動したと判定する度に、電動機との磁極位置誤差角θ_errを調整し、電動機に印加するｑ軸電流の方向が実際のｄ軸と反対方向になるよう調整する。電流印加終了後に制御装置１０１側が認識している磁極位置を９０°ずらすことにより、制御装置側の認識しているｑ軸方向が電動機のｑ軸方向と一致するよう調整する手法である。

以下、電動機の磁極位置推定法及び装置について説明し、電動機を駆動しながら磁極位置を変化させ、電流値によらず電動機が移動しないｄ軸方向に磁極位置を調整し、調整終了後、ｑ軸方向にずらす手段について実施例を示す。

本実施例では、直動型電動機（リニアモータ）に本発明を適用した例を説明する。ｑ軸電流指令生成器により生成されるｑ軸電流指令(「トルク指令」とも言う)により電動機を駆動しつつ、可動子の移動方向及び移動量により、電動機との磁極位置誤差角θ_errを調整するための第１の手段、第２の手段、及び第３の手段について実施例を示す。

まず初めに、制御装置１０１を用いて磁極位置推定機能を実行する制御ブロックの例を示す。図１は本発明の実施形態による電動機の磁極位置を推定し、電動機制御装置内に持つ電動機の磁極位置と実際の電動機の磁極位置との誤差である磁極位置誤差角θ_errを推定する制御ブロック図である。

図１は、本発明の実施例による同期電動機の制御装置の全体概略構成図である。同期電動機１は固定子と可動子(図示せず)からなり、負荷２は電動機１により駆動される駆動対象負荷である。制御装置１０１は電動機1に電力を供給し電動機を制御する装置である。制御装置１０１としては例えばインバータやサーボアンプ等があげられる。同期電動機１に対して、電力変換器４から３相交流電圧を印加する。同期電動機１に流れる３相交流電流I１は電流検出器７で検出する。位置検出器５は、電動機可動子の移動量posfbに応じたパルス列を発生する。したがって、この位置検出器５の出力パルスを電気角演算部１２でカウントすれば、電動機可動子の磁極位置θ_Eを知ることができる。

この検出電気角θ_Eを基に、磁極位置調整器１０では、後述する磁極位置推定法により、補正後（推定）電気角θ^を出力する。推定電気角θ＾は、電動機可動子の磁極位置θ_Eと、磁極位置誤差角θ_errを加算することにより算出される。この推定電気角θ＾を基に、ｄｑ変換部８では、３相検出電流I１を２相検出電流iq及びiｄへ変換する。

ｑ軸電流指令生成器６はｑ軸電流指令値iqrefを基に、q軸電流指令値iqrefを演算する。電流制御器９は、q軸電流指令値iqref及びd軸電流指令値idrefに対して、dq変換部８の出力値であるq軸電流検出値iq及びd軸電流検出値idをそれぞれ一致させるための演算を行い、２相指令電圧vqref及びvdrefを出力する。３相変換部１１は、推定電気角θ＾を用いて、２相指令電圧vqref及びvdrefを３相指令電圧V1refへと変換する。

磁極位置調整器１０は磁極位置推定処理を実行中に可動子の現在位置posfbを位置検出器５から、ｑ軸電流指令iqrefをｑ軸電流指令生成器６から、電動機可動子の磁極位置θ_Eを電気角演算部１２からそれぞれ受け取り、可動子の移動方向及び移動量に応じて磁極位置誤差角θ_errを調整する。磁極位置調整器１０では、位置検出器５により得られた現在位置posfbを用いて、電動機制御装置が認識するq軸方向が電動機のq軸方向になるよう磁極位置誤差角θ_errを調整し、その調整結果を電流制御器９に反映して電動機制御を行う。

図２は、電動機との磁極位置誤差角θ_errの調整について示す。グラフの横軸が実際のd軸、縦軸が実際のq軸である。θ_initは、電動機の磁極位置と磁極位置推定開始時に制御装置が認識する磁極位置との誤差角であり、θ_A〜θ_Dは、それぞれ、波形１００に示すｑ軸電流指令iqref_A〜iqref_Dのときの電動機の磁極位置と磁極位置推定時に制御装置が認識する磁極位置との誤差角である。電動機との磁極位置誤差角θ_errは、磁極位置推定開始前に電動機との誤差角を認識できないためθ_err＝０として磁極位置推定を開始する。

本発明では、磁極位置誤差角θ_errを調整し、制御装置が認識するq軸方向が実際のd軸と反対方向となる電動機との磁極位置推定Ｄ時誤差角θ_Dを目標の磁極位置として調整する。すなわち制御装置１０１は初期の磁極位置θ_initの地点から磁極位置誤差角θ_err＝０として磁極位置推定を開始し、徐々に制御装置が認識する磁極を回転させθ_Dとなった磁極位置を実測磁極位置として記憶する。その後制御開始するにあたり、実測磁極位置θ_Dを−９０°回転させ、ｑ軸上(９０°の位置)の磁極位置を制御開始磁極位置として記憶する。具体的な説明は後述する。

図３は、図１に示す電動機制御装置の制御ブロックを用いて、電動機の磁極位置推定時のｑ軸電流指令波形、及び電動機の現在位置posfbと磁極位置を変更するための基準位置となる基準現在位置posfb_initとその偏差量posfb_err、電動機との磁極位置誤差角θ_errをそれぞれ示したグラフである。

一番上の波形はｑ軸電流指令生成器６から出力されるｑ軸電流指令iqrefの波形である。ｑ軸電流指令iqrefは磁極位置推定処理を開始後、ｑ軸電流指令印加量を徐々に増加させ、ｑ軸電流指令最大値iqref_maxまで印加する。このときの可動子の現在位置波形をposfbに示す。

posfb_initは移動量を判定する基準位置posfb_initを示すグラフである。判定基準位置は磁極位置誤差角θ_errが変わるたびに更新される値である。

その下の波形は可動子の現在位置posfbと基準現在位置posfb_initの差分posfb_errの波形である。この移動量および移動方向（+方向か-方向か）に基づいて、磁極位置調整器１０は、現在の磁極位置がq軸方向(図２の円の上半分)に位置するのか-q軸方向（図２の円の下半分）に位置するのかを判定する。

θ_errは電動機との磁極位置誤差角θ_errである。図中ではθ_errは磁極位置推定開始時の磁極位置誤差角θ_errを０とし、反時計回りに磁極を回転させた場合を正方向、時計回りに磁極を回転させた場合を負方向として示している。

次に、図２、図３を用いて本実施例における磁極位置推定の手順を説明する。

電動機の可動子は、電動機制御装置１０１の電流制御器に印加されたq軸電流指令iqrefを生成するｑ軸電流指令に従って現在位置posfbが変化する。ｑ軸電流指令が小さい段階では、電動機に加わる力が小さく電動機の現在位置posfbが変化しない。ｑ軸電流指令の印加量を徐々に大きくすると、電動機に加わるトルクが徐々に大きくなるため、posfb_Aの地点で電動機が動き始める。posfb_A地点では電動機は正方向に動き且つｑ軸電流指令が正方向であるため、磁極位置調整器１０は電動機の磁極位置方向θ_Aが正のｑ軸方向であると判定する。

また、現在位置posfbと基準現在位置posfb_initの差分posfb_errが磁極位置変更判定値poserr_jdgより大きくなった場合、電動機との磁極位置誤差角θ_errを調整する必要ありと判断し、磁極位置調整器１０は電動機との磁極位置誤差角θ_errを＋方向に３０度だけ調整する。すなわち、現在の磁極位置を正方向に３０°回転させる処理を行う。

posfb_B地点でも電動機は正方向に動き続けているため、posfb_A地点と同様に電動機との磁極位置誤差角θを＋方向に３０°調整する。すなわち、現在の磁極位置を正方向に３０°回転させる処理を行う。

posfb_C地点では電動機は負方向に動いたため、posfb_A地点とは逆向きに電動機との磁極位置誤差角θ_errを−方向に２０°調整する。すなわち、現在の磁極位置を負方向に２０°回転させる処理を行う。

posfb_D地点では電動機が正方向に動いたため、posfb_C地点で電動機との磁極位置誤差角θ_errを−方向にずらしたことにより、再び正のｑ軸方向となった。そのため、posfb_A地点と同様に電動機との磁極位置誤差角θ_errを＋方向に調整する。

その後ｑ軸電流指令を磁極位置推定処理における最大値(iqref_max)まで上げても可動子の移動偏差posfb_errは０のままのため、磁極位置調整器１０は現在の磁極位置θ_Dがｄ軸上であると判定し、θ_Dを実測磁極位置として記憶する。

実測磁極位置が記憶された後はposfb_E地点に示す通り磁極位置をさらに−９０°回転させた磁極位置を制御開始磁極位置として記憶し、磁極位置推定処理を終了する。posfb_D地点での磁極位置誤差角θ_errと磁極位置推定開始時の磁極位置誤差角θ_initの関係は式（１）となる。

θ_D = θ_err + θ_init + 90…式（１）
本実施例において、posfb_D地点でのθ_errは５０°であり、posfb_D地点でのθ_Dは１８０°であることから、磁極位置推定開始時の極位置推定開始時の磁極位置誤差角θ_init=４０°が算出される。よって、磁極位置推定開始時の磁極位置誤差角θ_errを０としたとき、実際のｑ軸方向と一致する磁極位置誤差角θ_errは−４０°となる。

なお、図３の説明では磁極を３０°ずつ回転させ、符号が反転した後は２０°ずつとしたが、必ずしも３０°間隔である必要はない。例えば２１０°ずつ回転させたり、毎回異なる角度で回転させたり任意の角度に設定することが可能である。

図４は、図１に示す電動機制御装置の制御ブロックを用いて、電動機の磁極位置推定処理の手順を示すフローチャートである。

まず電動機の磁極位置推定法を実施するため、処理１５０で磁極位置推定法を開始する。

処理１５１では、電動機を動作させるための運転条件を制御装置１０１に設定する。運転条件とは、ｑ軸電流指令生成器６から出力するｑ軸電流指令iqrefの最大値iqre_maxや、ｑ軸電流指令iqref増加中のｑ軸電流指令の傾きや、実測磁極位置を求める処理を何回行うか、磁極位置調整判定値poserr_jdgなど、磁極位置推定に必要な条件を設定し、処理１５２へ遷移する。

処理１５２で、制御装置１０１が、ｑ軸電流指令生成器６から出力されたｑ軸電流指令iqrefによって実際に電動機を動作させる。

処理１５３では、位置検出器５が可動子の現在位置posfbを測定し、磁極位置調整器１０が、可動子が基準現在位置posfb_initから正方向或いは負方向に、変更判定値poserr_jdg以上移動したかどうかを判定する。poserr_jdg以上移動したと判定された場合には処理１５４に進み、磁極位置調整器１０は移動方向と同じ方向に磁極位置を回転させて、電動機との磁極位置誤差角θ_errを調整する。処理１５３と処理１５４を繰り返すことにより、電動機に流れる電流の磁極位置方向がｄ軸方向になるよう調整する。

可動子の移動量がposerr_jdg以下だった場合には、処理１５５に進む。処理１５５では処理１５１で設定した運転条件で、磁極位置推定を継続するか判定する。例えば、可動子の移動量poserr_jdg以下となったので、電動機の磁極位置方向がｄ軸上であると判断する場合もある。別例は、ｑ軸電流指令iqrefがｑ軸電流指令最大値iqref_maxで一定時間印加し続けた状態で、可動子の移動量poserr_jdg以下の場合に電動機の磁極位置方向がｄ軸上であると判断する場合もある。処理１５５の判定により終了条件を満たさない場合は処理１５３に進み、同一条件での磁極位置推定を継続する。終了条件を満たす場合、処理１５６へ進む。処理１５６では磁極位置調整器１０は当該磁極位置を実測磁極位置として記憶する。

処理１５７では、処理１５１で設定した回数だけ磁極位置推定処理が行われたかを判定する。例えば、本発明では、ｑ軸電流指令値を一方方向に印加しているため、１パターンの運転条件では電動機の静止摩擦、動摩擦の影響を受ける可能性がある。そのため、磁極位置推定開始時の磁極位置を０°、９０°、１８０°、２７０°とずらして、合計４回駆動することで、一方向だけでなく、逆向きの方向にモータ駆動することが可能となる。そのため、磁極位置調整器１０は、それぞれの初期位置ごとに実測磁極位置が記憶されたか否かを判定する。実測磁極位置の個数が設定値に満たない場合には処理１５１へ戻り、磁極の初期位置の設定を変更し、再度実測磁極位置を記憶する処理まで進む。

実測磁極位置の個数が設定値を満たした場合には、処理１５８へ進み、磁極位置調整器１０は処理１５１で設定された回数分の測定を終えたと判断し、全ての実測磁極位置の平均値を最終的な実測磁極位置として記憶し、平均値を-９０°ずらした値を制御開始磁極位置として記憶する。その後処理１５９へ遷移して磁極位置推定を終了する。平均値を算出するために用いた磁極位置の情報はその後削除する。削除のタイミングは、平均値を算出するたびに削除してもよいし、月に１回等の決められたタイミングで削除してもよい。

なお、実測磁極位置を求める回数が１回に設定した場合には、そのまま実測磁極位置を−９０°ずらした位置を制御開始磁極位置とする。

図５（ａ）（ｂ）は、図４に示す処理１５３〜処理１５６の動作について詳細な手順を示すフローチャートである。

磁極位置推定時の電動機は処理１５２により動作を開始し、ｑ軸電流指令生成器６からｑ軸電流指令を印加し処理２０１へ遷移する。処理２０１では、ｑ軸電流指令生成器６がｑ軸電流指令値の増加判定を行う。現在のｑ軸電流指令値iqrefが、処理１５１で設定したｑ軸電流指令最大値iqref_max未満である場合、処理２０２へ遷移する。処理２０２ではｑ軸電流指令値iqrefを増加して処理２０３へ遷移する。ｑ軸電流指令値がｑ軸電流指令最大値iqref_max以上である場合、ｑ軸電流指令値iqrefを増加せず処理２０３へ遷移する。

処理２０３では、ｑ軸電流指令値がある任意の値以上である場合、処理２０４へ遷移する。処理２０４は、任意のｑ軸電流指令値以上のときに磁極位置変更時の変化量が大きいと判断した場合、ある閾値まで磁極位置変化量θ_chgを小さくする処理である。これは、ｑ軸電流指令iqrefが大きくなった時に電動機との磁極位置誤差角θ_errが大きく変化すると、急な電動機との磁極位置誤差角θ_errの変化により、電動機の移動量が大きくなる可能性がある。そのため、一定のｑ軸電流指令値以上の場合は、磁極位置変化量θ_chgを小さくすることで、急な磁極位置の変化を小さくする処理である。なお、本処理は、複数のｑ軸電流指令に対し、各々の閾値を設定して変化量を絞ってもよい。例えば、ｑ軸電流指令値がｑ軸電流指令値最大値の０〜３０［％］であれば、磁極位置変化量の最大値は３０°とし、ｑ軸電流指令値がｑ軸電流指令値最大値の３０〜７０［％］であれば、磁極位置変化量の最大値は２０°とし、ｑ軸電流指令値がｑ軸電流指令値最大値の７０〜１００［％］であれば、磁極位置変化量θ_chgの最大値は５°とするということである。処理２０４が終了すると処理２０５へ遷移する。

処理２０５では磁極位置調整器１０において、磁極位置変更回数が処理１５１で予め指定した規定回数以下であったと判定された場合に処理２０６へ遷移する。

処理２０６は、開始する磁極位置を変更し磁極位置推定を初めからやり直す処理である。これは例えば、磁極位置推定の開始位置が最初からｄ軸方向と真逆(０°の位置)であった場合、電動機は一度も動作せず磁極位置推定を終了する。この場合、磁極位置は本来目標とする磁極位置と真逆の位置を正しい位置と認識してしまうため、磁極位置を−９０°回転させてしまうと制御開始磁極位置が負のｑ軸方向（２７０°）に設定される虞がある。これを回避するため、磁極位置推定では規定値回数だけ磁極位置推定を実施するよう設定される。

なお、処理２０５において、複数のｑ軸電流指令に対し、各々の規定値回数を設定してもよい。例えば、ｑ軸電流指令値がｑ軸電流指令値最大値の３０［％］までに、１度も電動機が移動しなかった場合、ｑ軸電流指令値がｑ軸電流指令値最大値の７０［％］までに、２度しか電動機が移動しなかった場合、ｑ軸電流指令値がｑ軸電流指令値最大値の１００［％］までに、５度しか電動機が移動しなかった場合、処理２０６に遷移するということである。処理２０６が終了すると処理２０７を通して処理２５０へ遷移する。

また処理２０５において、磁極位置変更回数が処理１５１で設定した規定回数以上であったと判定された場合には図５（ｂ）の処理２５１へ遷移する。

処理２５１は、電動機の現在位置posfbと基準現在位置posfb_initの差が、予め処理１５１で設定される磁極位置変更判定値poser_jdgより大きいかを磁極位置調整器１０が判断する処理である。本処理によって、可動子が正方向に移動したか否かを判定する。両者の差が以下の式（２）を満たす場合、可動子が正方向に移動したと判断し、処理２５２へ遷移する。式（２）を満たさない場合には可動子は正方向に移動していないと判断し、処理２６１へ遷移する。

posfb − posfb_init > poser_jdg…式（２）
処理２５２では、可動子が正方向に移動し且つｑ軸電流指令が正方向であるため、磁極位置は正のｑ軸方向にあると判断する。よって磁極位置をθ_err+θ_chgとして、磁極を＋方向に変化させる。また、処理２５３では、磁極位置変更後、新たに磁極位置が変化したことを判定するための基準位置である、基準現在位置posfb_initを現在位置posfbで更新する。更新後、処理２５４へ遷移する。

処理２５４では、磁極位置の変化量を小さくすることで、磁極位置を徐々に絞り込んでいくため減少させる。例えば、磁極位置が１０５°の位置にあり、目標磁極位置が１８０°、磁極位置変化量が３０°である場合、１度目の磁極位置変更により１３５°となり、１度目の磁極位置変更により１６４°、以下１９２°、１６５°１９１°、１６６°…と調整し１８０°まで調整可能となる。なお、位置変化量の減少量は任意の値に設定して構わない。処理２５４終了後、処理２６１へ遷移する。

処理２６１では可動子の現在位置posfbと基準現在位置posfb_initの差が、予め処理１５１で設定される磁極位置変更判定値poser_jdg×-1より小さいかを判断する処理である。本処理によって、可動子が負方向に移動したかを判定する。式（３）を満たす場合、可動子が負方向に移動したと判断し、処理２６２へ遷移する。なお、式（３）を満たさない場合、可動子は負方向に移動していないと判断し、処理２７０へ遷移する。

posfb − posfb_init < (poser_jdg × -1)…式（３）
処理２６２では電動機が負方向に動作し、且つｑ軸電流指令が正方向であるため、磁極位置は負のｑ軸方向にあると判断する。よって磁極位置をθ_err-θ_chgとして、磁極を−方向に回転させる。また、処理２６３と処理２６４は、それぞれ処理２５３と処理２５４と同様である。更新後、処理２７０を通して処理２０９へ遷移する。

処理２０９では、処理１５１で予め指定したｑ軸電流指令印加時間だけ経過したかを判定し、指定した時間経過していた場合には処理２１０へ遷移し、磁極位置推定時の電動機動作を終了する。指定時間経過していなかった場合には、処理２０１へ戻る。

以上述べたように、ｑ軸電流指令を徐々に上げつつ移動量および移動方向に応じて磁極位置を回転させることで、可動子の移動量を微小に抑えることができる。特に、本実施例で挙げた直動型電動機の場合には、可動子が大きく動いてしまうと電動機筐体等に衝突する虞や筐体等に移動を阻まれて正確に磁極位置推定ができなくなる虞があるため、本発明が特に有効である。

なお、本実施例では直動型電動機を用いて説明したが、円筒型の電動機にも適用できることは言うまでもない。円筒型の電動機に適用した場合には、可動子が回転子に相当する。

実施例２は、実施例１で示した磁極位置推定動作時に印加するｑ軸電流指令iq_refの印加を磁極位置調整に合わせ、電動機を固定子と回転子とからなるラジアルギャップ型の電動機とした例である。

図６は、図３と同様にｑ軸電流指令iqrefや現在位置posfb、基準現在位置posfb_init等の時間経過を示したグラフである。以下、図６を用いて本実施例のステイ動作時の手順を説明する。

初めにｑ軸電流指令iqrefを定トルクで一定時間印加する。一定時間印加しても回転子(可動子)が移動しない場合には、さらにｑ軸電流指令値を上げて一定時間印加する。

可動子の移動が検出された場合にはｑ軸電流指令値をその値(iqref_A1)のまま一定時間印加し、磁極位置誤差角θ_errを調整する。磁極位置誤差角θ_errを３０°回転させた後も回転子は移動を続けているため、さらにpstfb_B1で３０°回転させる。その後、位置検出器５により回転子の移動が検出されるまで、ｑ軸電流指令値を上げる。

ｑ軸電流指令値をiqref_C1まで上げたときに可動子の移動が検出され、ｑ軸電流指令生成器６はｑ軸電流指令値をiqref_C1のまま一定時間印加する信号を生成する。このとき移動方向が負であると磁極位置調整器１０が判断したため、磁極位置は負方向に２０°回転させる。一定時間経過後はふたたびｑ軸電流指令値を上げる。

ｑ軸電流指令値がiqref_D1に到達したとき、回転子の移動が検出されたためｑ軸電流指令生成器６はｑ軸電流指令値を一定に保つ。このときの移動方向は正方向であると判定されたため、磁極位置調整器は磁極位置を正方向へ１０°回転させる。

これ以降はｑ軸電流指令値を磁極位置推定処理における最大値iqref_maxまで上げたが回転子の移動が検出されなかったため、磁極位置調整器１０は磁極がd軸上１８０°の位置まで来たと判断し、現在の磁極位置誤差角θ_errを実測磁極位置として記憶する。

本実施例でのｑ軸電流指令印加方法は、小さなｑ軸電流指令の状態で磁極位置を調整することが期待できるため、回転子(可動子)の移動量を抑える効果が期待できる。上記で説明した以外の構成・方法については実施例１と同様であるため、説明を省略する。

実施例３は、実施例１で示した磁極位置誤差角θ_errの調整時、磁極位置変化量θ_chgを１８０°以上とした例について図７，８を用いて説明する。

ｑ軸電流指令が小さい段階では電動機に加わる電力が小さく、可動子の現在位置posfbは変化しない。ｑ軸電流指令の印加量を徐々に大きくすると、電動機に加わるトルクが徐々に大きくなりposfb_A付近で可動子が移動し始める。可動子がposfb_A地点まで移動した段階では、移動方向が正方向かつｑ軸電流指令が正方向であるため、磁極位置調整器１０は電動機の磁極位置方向が実際のｑ軸方向にあると判定する。

現在位置posfbと基準現在位置posfb_initの差分posfb_errが磁極位置変更判定値poserr_jdgより大きくなった場合、電動機との磁極位置誤差角θ_errを調整する必要ありと判断し、磁極位置調整器１０は電動機との磁極位置誤差角θ_errを＋方向に２１０°調整する。

その後、posfb_B地点で可動子は負方向に動いたため、磁極位置調整器１０は電動機の磁極位置方向が実際のq軸に対して負方向にあると判定する。磁極位置調整器１０は電動機との磁極位置誤差角θ_errを−方向に２００°調整する。

posfb_C地点では電動機は正方向に動いたため、posfb_A地点と同じ向きに電動機との磁極位置誤差角θ_errを＋方向に１９０°調整する。

posfb_D地点では電動機が負方向に動いたため、posfb_C地点で電動機との磁極位置誤差角θ_errを正方向にずらしたことにより、再び負のｑ軸方向となった。そのため、posfb_B地点と同様に電動機との磁極位置誤差角θ_errを−方向に１７０°調整する。

その後ｑ軸電流指令を磁極位置推定処理における最大値(iqref_max)まで上げても可動子の移動偏差posfb_errは０のままのため、磁極位置調整器１０は現在の磁極位置θ_Dがｄ軸上であると判定し、θ_Dを実測磁極位置として記憶する。

実測磁極位置が記憶された後はposfb_E地点に示す通り磁極位置をさらに−９０°回転させた磁極位置を制御開始磁極位置として記憶し、磁極位置推定処理を終了する。

磁極位置推定処理を開始する際に仮q軸方向(制御装置１０１が認識しているｑ軸方向)が実際の電動機のd軸方向付近であった場合、１８０°以下の調整値を用いると可動子は正方向に動作し続けるため、磁極位置調整中の可動子の移動量が大きくなる可能性がある。

本実施例の磁極位置推定方法によれば、磁極位置誤差角θ_errを１８０°以上ずらすため、磁極位置方向が反対方向に向かうこととなり、可動子の移動方向が一定でなくなり、磁極位置調整中の移動量を抑える効果が期待できる。

なお、d軸方向に磁極位置調整後は、磁極位置方向がd軸逆方向、又はd軸正方向である可能性があるため、磁極位置を−９０°ずらした後に、小さなｑ軸電流指令を印加し、モータ駆動方法を確認する。ｑ軸電流指令が正の値であるのに対し、電動機が正方向に移動すれば制御装置側が認識する磁極位置方向が実際のｑ軸方向であり、負方向に移動すれば制御装置側が認識する磁極位置方向が実際のｑ軸と逆方向であるため１８０°ずらして制御開始磁極位置を記憶する。これにより、より正確に磁極位置推定を行うことが可能となる。

上記で説明した以外の構成・方法については実施例１と同様であるため、説明を省略する。

１…電動機、２…駆動対象負荷、３…連結軸、４…電力変換器、５…位置検出器、６…ｑ軸電流指令生成器、７…電流検出器、８…ｄｑ変換部、９…電流制御器、１０…磁極位置調整器、１１…３相変換部、１２電気角演算部、１０１…制御装置。

Claims (12)

1. 磁極の初期位置を設定する第１ステップと、
   ｑ軸電流指令値を徐々に上げ、可動子の動作方向及び移動量を検出する第２ステップと、
   前記動作方向が正の場合に磁極位置を１８０度に向けて正方向に回転させ、前記動作方向が負の場合に磁極位置を１８０度に向けて負方向に回転させる第３ステップと、
   前記第３ステップにおいて、前記可動子の移動量が０となったときの磁極位置を、実測磁極位置として記憶する第４ステップと、
   前記実測磁極位置を−９０度回転させた磁極位置を、制御開始位置として記憶する第５ステップと、を備える磁極位置推定方法。
2. 請求項１に記載の磁極位置推定方法であって、
   前記第４ステップでは、可動子の移動量が０になるまで徐々にｑ軸電流指令値を増大させるものである磁極位置推定方法。
3. 請求項１に記載の磁極位置推定方法であって、
   前記第４ステップでは、前記移動量が０となった複数の磁極位置を平均し、実測磁極位置として記憶するものである磁極位置推定方法。
4. 請求項１に記載の磁極位置推定方法であって、
   前記第４ステップでは、前記移動量が０となったあとも徐々にｑ軸電流指令値を増大させ、前記可動子が再度移動した場合には、前記第３ステップにより磁極位置を再度回転させるものである磁極位置推定方法。
5. 請求項１に記載の磁極位置推定方法であって、
   前記第３ステップでは、前記ｑ軸電流指令値の大きさに応じて、磁極位置を回転させる量を小さくするものである磁極位置推定方法。
6. 請求項１に記載の磁極位置推定方法であって
   前記第３ステップを実行した実行回数が閾値以下である場合に前記初期位置を変更する第６ステップを備えるものである磁極位置推定方法。
7. 可動子と固定子を備える電動機を制御する制御装置であって、
   磁極位置の初期位置を記憶し、磁極位置を回転させる磁極位置調整器と、
   前記電動機にｑ軸電流指令を出力するｑ軸電流指令生成器と、
   前記ｑ軸電流指令に基づいて電力を前記コイルに供給する電力変換器と、
   電動機の可動子の移動量および移動方向を検出する位置検出器と、を有し、
   前記磁極位置調整器は、前記ｑ軸電流指令が出力された後、前記位置検出器が検出した前記移動方向に応じて磁極位置を正方向或いは負方向に回転させ、
   前記磁極位置調整器は、前記可動子の移動量が０となった磁極位置を実測磁極位置として、前記実測磁極位置を−９０度回転させた磁極位置を制御開始位置としてそれぞれ記憶するものである制御装置。
8. 請求項７に記載の制御装置であって、
   前記ｑ軸電流指令生成器は、前記可動子の移動量が０になるまで徐々にｑ軸電流指令値を増大させるものである制御装置。
9. 請求項７に記載の制御装置であって、
   前記磁極位置調整器は、前記移動量が０となった複数の磁極位置を平均し、実測磁極位置として記憶するものである制御装置。
10. 請求項７に記載の制御装置であって、
    前記ｑ軸電流指令生成器は、前記移動量が０となったあとも徐々にｑ軸電流指令値を増大させ、前記可動子が再度移動した場合には、前記磁極位置調整器が磁極位置を再度回転させるものである制御装置。
11. 請求項７に記載の制御装置であって、
    前記磁極位置調整器が、前記ｑ軸電流指令値の大きさに応じて磁極位置を回転させる量を小さくするものである制御装置。
12. 請求項７に記載の制御装置であって、
    前記磁極位置調整器は、磁極位置を回転させた回数が閾値以下である場合に前記初期位置を変更するものである制御装置。

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