JP2006262569A - Rotor position detection device and rotor position detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を求める回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法に関する。 The present invention relates to a rotor position detecting device and a rotor position detecting method for obtaining an initial position of a rotor of a permanent magnet synchronous motor.
永久磁石同期電動機(以降、PMSMと称す:Permanent Magnet Synchronous Motor)は保守性に優れ、また、高効率であることから産業界で広く利用されている。 Permanent magnet synchronous motors (hereinafter referred to as PMSM: Permanent Magnet Synchronous Motor) are widely used in the industry because of their excellent maintainability and high efficiency.
PMSMを駆動する場合、回転子の絶対位置を得て、正確な電流制御を行う必要があり、回転子の絶対位置を得るためには、エンコーダやレゾルバなどの回転子位置検出器を用いることが一般的である。また、近年、製造コストや回転子位置検出器の構成の複雑さ等、さまざまな問題があることから、回転子位置検出器を用いずに回転子の位置を求める方法が提案されている(例えば、特許文献1)。
しかしながら、従来の方法は、PMSMの駆動中に回転子位置を検出するものがほとんどであり、PMSM始動時の回転子初期位置を検出する技術においては、簡単な方法が提案されていない。 However, most of the conventional methods detect the rotor position during driving of PMSM, and no simple method has been proposed in the technology for detecting the initial position of the rotor when starting PMSM.
そこで、本発明の課題は、PMSM始動時の回転子初期位置を直流電源を用いて簡単に検出することができる回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rotor position detecting device and a rotor position detecting method that can easily detect an initial rotor position at the start of PMSM using a DC power source.
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を採用した。請求項1の発明は、直流電源とインバータ回路によって駆動される永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を検出する回転子位置検出装置であって、前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第1電圧と他方に誘導される第2電圧とを比較する第1比較手段と、前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第3電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される第4電圧とを比較する第2比較手段と、前記第1電圧と前記第2電圧との大小関係及び前記第3電圧と前記第4電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データを記憶する記憶手段と、前記第1比較手段及び前記第2比較手段による比較結果と、前記記憶手段に記憶された前記誘導起電力データとを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出手段とを備えたことを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. The invention according to
請求項2の発明は、請求項1記載の回転子位置検出装置において、前記永久磁石同期電動機の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される前記第1電圧及び他方に誘導される前記第2電圧を選択して前記第1比較手段に出力し、前記永久磁石同期電動機の2端子間を正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される前記第3電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される前記第4電圧とを選択して前記第2比較手段に出力する選択手段を更に備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the rotor position detecting device according to the first aspect, when the two terminals of the permanent magnet synchronous motor are excited in the forward direction or the reverse direction, the non-excited other one terminal is included. The first voltage induced to one of the two terminals of the set and the second voltage induced to the other are selected and output to the first comparison means, and the two terminals of the permanent magnet synchronous motor are forwardly connected. And when excited in the opposite direction and excited in the forward direction, it is induced between the two terminals when excited in the opposite direction to the third voltage induced between the two terminals including the other non-excited one terminal. The apparatus further comprises selection means for selecting the fourth voltage and outputting it to the second comparison means.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2記載の回転子位置検出装置において、前記第1比較手段は、前記永久磁石同期電動機の3組の2端子間の内の第1の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第5電圧と他方に誘導される第6電圧とを比較し、第2の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第7電圧と他方に誘導される第8電圧とを比較し、第3の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第9電圧と他方に誘導される第10電圧とを比較し、前記第2比較手段は、前記第1の2端子間、前記第2の2端子間または前記第3の2端子間のいずれか1組の2端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第11電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第12電圧とを比較することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the rotor position detecting device according to the first or second aspect, the first comparing means is a first two terminals among three sets of two terminals of the permanent magnet synchronous motor. Compare the fifth voltage induced to one of the two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited and the sixth voltage induced to the other when the gap is excited in the forward or reverse direction. When the second two terminals are excited in the forward direction or the reverse direction, the seventh voltage induced in one of the two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited and the second voltage induced in the other The ninth voltage induced to one of the two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited when the third two terminals are excited in the forward or reverse direction. The second comparison means is connected between the first two terminals, between the second two terminals or When one pair of two terminals between the third two terminals is excited in the forward and reverse directions, when excited in the forward direction, it is induced between the two terminals including the other one terminal that is not excited. The eleventh voltage is compared with the twelfth voltage induced between two terminals including the other non-excited one terminal when excited in the reverse direction.
請求項4の発明は、直流電源とインバータ回路によって駆動される永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を検出する回転子位置検出方法であって、前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第1電圧と他方に誘導される第2電圧とを比較する第1比較ステップと、前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第3電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される第4電圧とを比較する第2比較ステップと、前記第1電圧と前記第2電圧との大小関係及び前記第3電圧と前記第4電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データと前記第1比較ステップ及び前記第2比較ステップによる比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出ステップとを有することを特徴とする。
The invention of
請求項5の発明は、請求項4記載の回転子位置検出方法において、前記永久磁石同期電動機の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される前記第1電圧及び他方に誘導される前記第2電圧を選択し、前記永久磁石同期電動機の2端子間を正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される前記第3電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される前記第4電圧とを選択する選択ステップを有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the rotor position detecting method according to the fourth aspect, when the two terminals of the permanent magnet synchronous motor are excited in the forward direction or the reverse direction, the other one terminal that is not excited is included. The first voltage induced on one side between the two terminals of the set and the second voltage induced on the other side are selected, and the two terminals of the permanent magnet synchronous motor are excited in the forward direction and the reverse direction. Selection for selecting the fourth voltage induced between the two terminals when excited in the opposite direction to the third voltage induced between the two terminals including the other non-excited one terminal when excited at It has a step.
請求項6の発明は、請求項4または請求項5記載の回転子位置検出方法において、前記第1比較ステップは、前記永久磁石同期電動機の3組の2端子間の内の第1の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第5電圧と他方に誘導される第6電圧とを比較し、第2の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第7電圧と他方に誘導される第8電圧とを比較し、第3の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第9電圧と他方に誘導される第10電圧とを比較し、前記第2比較ステップは、前記第1の2端子間、前記第2の2端子間または前記第3の2端子間のいずれか1組の2端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第11電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第12電圧とを比較することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the rotor position detecting method according to the fourth or fifth aspect, the first comparing step includes a first two terminals among two sets of two terminals of the permanent magnet synchronous motor. Compare the fifth voltage induced to one of the two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited and the sixth voltage induced to the other when the gap is excited in the forward or reverse direction. When the second two terminals are excited in the forward direction or the reverse direction, the seventh voltage induced in one of the two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited and the second voltage induced in the other The ninth voltage induced to one of the two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited when the third two terminals are excited in the forward or reverse direction. 10th voltage induced on the other side is compared, and the second comparison step is performed between the first two terminals and the second two terminals. Alternatively, when any one pair of two terminals between the third two terminals is excited in the forward direction and the reverse direction, induction is performed between the two terminals including the other one terminal that is not excited when excited in the forward direction. The eleventh voltage is compared with the twelfth voltage induced between two terminals including the other one terminal not excited when excited in the reverse direction.
請求項1の発明によれば、第1比較手段は、永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間に誘導される電圧を比較し、第2の比較手段は、永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向に励磁したときの非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される電圧とを比較し、初期位置検出手段は、記憶手段に記憶された誘導起電力データと、第1比較手段及び第2比較手段による比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、回転子の初期位置を検出するので、永久磁石同期電動機の始動時の回転子初期位置を簡単に検出することができる。 According to the first aspect of the present invention, the first comparison means includes another one terminal that is not excited when a DC voltage is applied between the two terminals of the permanent magnet synchronous motor to excite it in the forward or reverse direction. The voltage induced between two sets of two terminals is compared, and the second comparing means applies another DC voltage between the two terminals of the permanent magnet synchronous motor to excite in the positive direction. The initial position detection means compares the voltage induced between the two terminals including the terminal and the voltage induced between the two terminals when excited in the reverse direction, and the induced electromotive force data stored in the storage means The comparison result by the first comparison means and the second comparison means is collated, and the initial position of the rotor is detected based on the collation result. Therefore, the initial rotor position at the start of the permanent magnet synchronous motor can be easily determined. Can be detected.
請求項2の発明によれば、選択手段は、永久磁石同期電動機の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間に誘導される電圧を選択して第1比較手段に出力し、永久磁石同期電動機の2端子間を正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される電圧とを選択して第2比較手段に出力するので、第1及び第2比較手段は選択手段から出力される2つの電圧を比較することで、各電圧の大小関係を示す比較結果を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, when the selection means excites the two terminals of the permanent magnet synchronous motor in the forward direction or the reverse direction, the selection means induces between two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited. Is selected and output to the first comparison means, and is opposite to the voltage induced between the two terminals including the other one terminal that is not excited when the two terminals of the permanent magnet synchronous motor are excited in the forward direction. Since the voltage induced between the two terminals is selected and output to the second comparison means when excited in the direction, the first and second comparison means compare the two voltages output from the selection means. Thus, a comparison result indicating the magnitude relationship between the voltages can be obtained.
請求項3の発明によれば、第1比較手段は3組の電圧を比較し、第2比較手段は1組の電圧を比較するので、記憶手段に記憶された誘導起電力データと照合するべき比較結果をより簡単に且つ正確に得ることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、請求項1の効果と同様の効果を得ることができる。
請求項5の発明によれば、請求項2の効果と同様の効果を得ることができる。
請求項6の発明によれば、請求項3の効果と同様の効果を得ることができる。
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
以下、本発明の実施例に係る回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法を図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a rotor position detection device and a rotor position detection method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
三相永久磁石同期電動機(以降、三相PMSMという)の3つの入力端子の内の任意の2端子間を励磁すると、励磁されていない相(非励磁相)の端子を含む2組の2端子間(電機子巻線間)に過渡電圧が発生する。この2端子間に発生する過渡電圧の大きさは、三相PMSMの回転子の位置と密接な関係があることが実験によって確認された。 When excitation is performed between any two of the three input terminals of a three-phase permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as three-phase PMSM), two sets of two terminals including terminals of non-excited phases (non-excited phases) Transient voltage is generated between the armature windings. It has been confirmed by experiments that the magnitude of the transient voltage generated between the two terminals is closely related to the position of the rotor of the three-phase PMSM.
本発明は、三相PMSMの3つの入力端子の内の任意の2端子間を励磁したときに、非励磁相を含む2組の2端子間に発生する過渡電圧の大小関係を比較して、この比較結果に基づいて三相PMSMの回転子初期位置を検出するものである。 The present invention compares the magnitude relationship of transient voltages generated between two sets of two terminals including a non-excited phase when any two of the three input terminals of the three-phase PMSM are excited. The rotor initial position of the three-phase PMSM is detected based on this comparison result.
図1は本発明の実施例1に係る回転子位置検出装置の機能構成と、検査対象となる三相PMSMを駆動する駆動回路とを示すブロック図である。図1に示すように、本発明の実施例1に係る回転子位置検出装置1は、信号選択部2、電圧比較部3(本発明の第1、第2の比較手段)、記憶部4及び初期位置検出部5を備えて構成されている。また、検査対象となる三相PMSM7を駆動する駆動回路は、直流電源Vd、平滑用コンデンサC及びモータ駆動用インバータ6とで構成されている。なお、平滑用コンデンサCは、省略することも可能である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of a rotor position detection device according to a first embodiment of the present invention and a drive circuit that drives a three-phase PMSM to be inspected. As shown in FIG. 1, the rotor
信号選択部2は、三相PMSM7の3つの端子(U相,V相,W相)に接続され、スイッチ切り換えにより、UV間の電圧、VW間の電圧、WU間の電圧の内から2つの電圧を選択して、電圧比較部3の入力端子IN1,IN2に出力する。
The
電圧比較部3は、三相PMSM7の3つの端子の内の任意の2端子間に直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁相を含む2組の2端子間の一方に誘導される過渡電圧と他方に誘導される過渡電圧とが入力端子IN1、IN2に入力され、この2つの電圧を比較して比較結果を初期位置検出部5に出力する。
The
また、電圧比較部3は、三相PMSM7の2端子間に直流電圧を印加して正方向に励磁したときに、非励磁相を含む2端子間に誘導される過渡電圧と、逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される過渡電圧とが入力端子IN1、IN2に入力され、この2つの電圧を比較して比較結果を初期位置検出部5に出力する。
The
記憶部4は、電圧比較部3から出力される比較結果と照合されるべき誘導起電力データを記憶する。この誘導起電力データは、電圧比較部3で比較される2つの電圧の大小関係に対応した回転子の初期位置を示すデータである(詳細は後述する)。
The
初期位置検出部5は、モータ駆動用インバータ6、信号選択部2、電圧比較部3を制御するとともに、電圧比較部3で比較された比較結果を記憶部4に記憶された誘導起電力データと照合し、照合結果に基づいて、三相PMSM7の回転子初期位置θを検出する。初期位置検出部5は、例えばマイクロコンピュータ等で構成される。
The initial
図2は三相PMSM7の駆動回路を示す回路図である。図2に示すように、三相PMSM7の駆動回路は、直流電源Vdと平滑用コンデンサCとモータ駆動用インバータ6とで構成され、駆動用インバータ6は、スイッチUP、UN、VP、VN、WP、WNの6つのスイッチと、各スイッチに並列に接続されたダイオードD1〜D6で構成されている。これらのスイッチは、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のスイッチング素子からなり、初期位置検出部5から出力される制御信号により、オン/オフ制御される。三相PMSM7のU相巻線はスイッチUPとスイッチUNとの間に接続され、V相巻線はスイッチVPとスイッチVNとの間に接続され、W相巻線はスイッチWPとスイッチWNとの間に接続される。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a driving circuit of the three-phase PMSM7. As shown in FIG. 2, the driving circuit of the three-
図3は三相PMSM7の一例を示す図である。図3に示すように、U相巻線の巻線軸の中心線を基準軸Oとして、基準軸Oが永久磁石のN極の中心軸Aと一致したときを回転子初期位置θ=0°とし、回転子初期位置θは、回転子が時計方向に回転するときを正とする。また、本実施例ではアウターロータ型の三相PMSM7を用いるが、本発明はインナーロータ型の三相PMSMを用いても良い。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the three-
図4は本発明の実施例1に係る信号選択部2及び電圧比較部3を示すブロック図である。図4に示すように、信号選択部2は、三相PMSM7のU相、V相、W相に接続され、スイッチSUV、SVW、SGで構成されている。スイッチSUV、SVW、SGは一般的なスイッチング素子でよい。
FIG. 4 is a block diagram illustrating the
スイッチSUVは、共通端子aに接片21の一端が接続され、接片21の他端が選択端子b、cに切り換え接続される。共通端子aは電圧比較部3の入力端子IN1に接続され、選択端子b、cはそれぞれ三相PMSM7のU相、V相に接続される。
Switch S UV is common terminal a first end of the
スイッチSVWは、共通端子dに接片22の一端が接続され、接片22の他端が選択端子e、fに切り換え接続される。共通端子dは電圧比較部3の入力端子IN2に接続され、選択端子e、fはそれぞれ三相PMSM7のV相、W相に接続される。
Switch S VW is common terminal d at one end of the
スイッチSGは、共通端子gに接片23の一端が接続され、接片23の他端が選択端子h、i、jに切り換え接続される。共通端子gは接地され、選択端子h、i、jはそれぞれ三相PMSM7のU相、V相、W相に接続される。
Switch S G, the common terminal g one end of the
電圧比較部3は入力端子IN1,IN2、非反転増幅器31,32、反転増幅器33,34、スイッチS1〜S4、ピークホールド回路35,36、コンパレータ37、出力端子OUTで構成されている。非反転増幅器31及び反転増幅器33は入力端子IN1に接続され,非反転増幅器32及び反転増幅器34は入力端子IN2に接続されている。
The
スイッチS1は、共通端子kに接片38aの一端が接続され、接片38aの他端が選択端子l、mに切り換え接続される。共通端子kは、スイッチS3の選択端子r及びスイッチS4の選択端子uに接続され、選択端子l、mはそれぞれ非反転増幅器31、反転増幅器33に接続される。
In the switch S1, one end of the
スイッチS2は、共通端子nに接片38bの一端が接続され、接片38bの他端が選択端子o、pに切り換え接続される。共通端子nはスイッチS4の選択端子v及びスイッチS3の選択端子sに接続され、選択端子o、pはそれぞれ非反転増幅器32、反転増幅器34に接続される。
In the switch S2, one end of the
スイッチS3は、共通端子qに接片39aの一端が接続され、接片39aの他端が選択端子r、sに切り換え接続される。共通端子qはピークホールド回路35に接続される。
In the switch S3, one end of the
スイッチS4は、共通端子tに接片39bの一端が接続され、接片39bの他端が選択端子u、vに切り換え接続される。共通端子tはピークホールド回路36に接続される。スイッチS1〜S4は一般的なスイッチング素子でよい。
In the switch S4, one end of the
ピークホールド回路35はコンパレータ37に接続され、スイッチS3を介して入力された過渡電圧の最大値を保持し、初期位置検出部5からの制御により保持された過渡電圧最大値をコンパレータ37に出力する。
The
ピークホールド回路36はコンパレータ37に接続され、スイッチS4を介して入力された過渡電圧の最大値を保持し、初期位置検出部5からの制御により保持された過渡電圧最大値をコンパレータ37に出力する。
The
また、ピークホールド回路35及び36に保持された過渡電圧最大値は、初期位置検出部5からの制御により、リセットされる。
The transient voltage maximum value held in the
また、電圧比較部3には、非反転増幅器31及び反転増幅器33と入力端子IN1との間と、非反転増幅器32及び反転増幅器34と入力端子IN2との間とに、電磁波ノイズを除去するためのローパスフィルタLPF1、LPF2が接続される(簡単のため図示を省略した)。このローパスフィルタLPF1及びLPF2は例えば、遮断周波数4kHzのものを用い、電磁波ノイズの影響を無視してもよい環境であれば、省略することができる。
The
コンパレータ37は、ピークホールド回路35及び36から出力された2つの過渡電圧の最大値を比較して、比較結果を出力端子OUTから初期位置検出部5に出力する。
The
初期位置検出部5は、回転子位置検出装置1の各部を制御する制御部であるとともに、電圧比較部3のコンパレータ37から出力された過渡電圧最大値の比較結果を記憶部4に記憶された誘導起電力データと照合して、この照合結果に基づいて、三相PMSM7の回転子初期位置θを検出する。
The initial
(本発明の原理説明)
ここで、本発明の原理を説明する。以降の説明では、三相PMSM7の2端子間に直流電源Vdの直流電圧を印加して、相順の正方向(U→V、V→W、W→U)に電流を流すことを正励磁と呼び、相順の逆方向(V→U、W→V、U→W)に電流を流すことを負励磁と呼ぶ。なお、ここでは一例として三相PMSM7のVW間を励磁した場合を説明する。
(Principle of the present invention)
Here, the principle of the present invention will be described. In the following description, positive excitation is performed by applying a DC voltage of the DC power source Vd between the two terminals of the three-phase PMSM7 and causing a current to flow in the positive direction of the phase sequence (U → V, V → W, W → U). The flow of current in the reverse phase order (V → U, W → V, U → W) is called negative excitation. Here, as an example, a case where excitation is performed between the VWs of the three-phase PMSM7 will be described.
三相PMSM7のVW間を正励磁すると、三相PMSM7の非励磁相であるU相端子を含む2組の2端子間(UV間及びWU間)に過渡電圧が生じる。この過渡電圧は、電機子巻線に鎖交する磁束が変化することに起因する誘導起電力である。図5は三相PMSM7の回転子が回転子初期位置θ=40°である場合に、VW間を正励磁したときに発生した過渡電圧波形及びV相電流IVの波形を示した図である。図5に示すように、回転子初期位置θ=40°においては、還流モード(後述する)時のUV間電圧の最大値|VUV(+)|maxとWU間電圧の最大値|VWU(+)|maxとは、UV間電圧|VUV(+)|max>WU間電圧|VWU(+)|maxの関係にある。
When the VW of the three-
また、図6は三相PMSM7の回転子が、回転子初期位置θ=40°である場合に、VW間を負励磁したときに発生した過渡電圧波形及びV相電流IVの波形を示した図である。図6に示すように、負励磁時においても、正励磁時と同様にUV間電圧|VUV(−)|max>WU間電圧|VWU(ー)|maxの関係にある。さらに、図5及び図6に示すように、回転子初期位置θ=40°においては、VW正励磁時のUV間電圧最大値|VUV(+)|max(0.625V)とVW負励磁時のUV間電圧最大値|VUV(−)|max(0.666V)とは、負励磁時電圧|VUV(ー)|max>正励磁時電圧|VUV(+)|maxの関係にある。 Also, FIG. 6 is a rotor of the three-phase PMSM7 is, when a rotor initial position theta = 40 °, showing a waveform of a transient voltage waveform and the V-phase current I V generated when negatively energized between VW FIG. As shown in FIG. 6, even when the negative excitation, positive exciting time as well as UV voltage | V UV (-) | max > WU voltage | V WU (over) | a relationship of max. Further, as shown in FIGS. 5 and 6, at the rotor initial position θ = 40 °, the maximum voltage between UVs during VW positive excitation | V UV (+) | max (0.625 V) and VW negative excitation The maximum voltage between UVs | V UV (−) | max (0.666 V ) is in a relationship of negative excitation voltage | V UV (−) | max > positive excitation voltage | V UV (+) | max. .
このように、三相PMSM7の2端子間を直流電源により励磁すると、非励磁相を含む2組の2端子間に過渡電圧が発生し、この2組の2端子間に発生する過渡電圧最大値には大小関係が生じる。また、正励磁時と負励磁時とでは非励磁相を含む2端子間に発生する過渡電圧最大値には大小関係が生じる。これらの大小関係は、三相PMSM7の回転子初期位置θにより変化する。
In this way, when two terminals of the three-phase PMSM7 are excited by a DC power supply, a transient voltage is generated between the two sets of two terminals including the non-excitation phase, and the maximum value of the transient voltage generated between the two sets of two terminals. There is a size relationship. Further, there is a magnitude relationship between the maximum value of the transient voltage generated between the two terminals including the non-excitation phase during positive excitation and during negative excitation. These magnitude relationships vary depending on the rotor initial position θ of the three-
図7はVW間、WU間、UV間を正励磁及び負励磁したときに非励磁相を含む2組の2端子間に生じる過渡電圧最大値の大小関係と三相PMSM7の回転子初期位置θとの関係を示す図である。 FIG. 7 shows the magnitude relationship of the maximum transient voltage generated between two sets of two terminals including the non-excited phase when positive excitation and negative excitation are performed between VW, WU, and UV, and the initial rotor position θ of the three-phase PMSM7. It is a figure which shows the relationship.
本発明の誘導起電力データは、図7に示すような、三相PMSM7の2端子間を正励磁及び負励磁したときに非励磁相を含む2組の2端子間に生じる過渡電圧の大小関係と回転子初期位置θとの対応関係が記録されたデータをテーブル化したものである。 The induced electromotive force data of the present invention is the magnitude relationship of the transient voltage generated between two sets of two terminals including the non-excited phase when the two terminals of the three-phase PMSM7 are positively excited and negatively excited as shown in FIG. Is a table of data in which the correspondence between the rotor and the rotor initial position θ is recorded.
本発明は、電圧比較部3による比較結果とこの誘導起電力データとを照合することで、三相PMSM7の回転子初期位置θを検出することができる。
In the present invention, the rotor initial position θ of the three-
例えば、図7に示すように、VW間を正励磁した場合の電圧比較部3による比較結果が、正励磁時UV間電圧|VUV(+)|max>正励磁時WU間電圧|VWU(+)|maxであった場合、回転子初期位置θ=0〜90°または180〜270°であることを検出できる。ここで得られた回転子初期位置情報は180°周期であり、回転子磁石の極性が判別できない状態である。
For example, as shown in FIG. 7, the comparison result by the
このため、次に回転子磁石の極性を判別するために、VW間を負励磁し、正励磁時UV間電圧|VUV(+)|maxと負励磁時UV間電圧|VUV(ー)|maxとを電圧比較部3により比較する。比較結果が、例えば、正励磁時UV間電圧|VUV(+)|max>負励磁時WU間電圧|VUV(ー)|maxであった場合、回転子初期位置θ=180〜270°であることを検出することができる。
For this reason, in order to determine the polarity of the rotor magnet next, negative excitation is performed between VW, and the voltage between UV | V UV (+) | max during positive excitation and the voltage between UV | V UV (−) during negative excitation. | Max is compared by the
次に、WU間を正励磁し、正励磁時UV間電圧|VUV(+)|maxと正励磁時VW間電圧|VVW(+)|maxとの比較結果が、例えば、正励磁時UV間電圧|VUV(+)|max>正励磁時VW間電圧|VVW(+)|maxであった場合、回転子初期位置θ=210〜270°であることを検出することができる。 Then, positively excited between WU, positive excitation at UV voltage | V UV (+) | max and positive excitation at VW voltage | V VW (+) | comparison result between max is, for example, the positive excitation time When the voltage between UVs | V UV (+) | max > voltage between VWs during positive excitation | V VW (+) | max , it is possible to detect that the rotor initial position θ = 210 to 270 °. .
次に、UV間を正励磁し、正励磁時WU間電圧|VWU(+)|maxと正励磁時VW間電圧|VVW(+)|maxとの比較結果が、例えば、正励磁時WU間電圧|VWU(+)|max>正励磁時VW間電圧|VVW(+)|maxであった場合、回転子初期位置θ=240〜270°であることを検出することができる。 Then, positively excited between UV, positive excitation at WU voltage | V WU (+) | max and positive excitation at VW voltage | V VW (+) | comparison result between max is, for example, the positive excitation time When the voltage between WUs | V WU (+) | max > voltage between VWs during positive excitation | V VW (+) | max , it is possible to detect that the rotor initial position θ is 240 to 270 °. .
つまり、VW間正励磁時、VW間負励磁時、WU間正励磁時及びUV間正励磁時に電圧比較部3により得られる比較結果と図7に示す誘導起電力データとを照合することで、30°の精度で回転子初期位置θを検出することができる。
That is, by comparing the comparison result obtained by the
次に、本発明の実施例1に係る回転位置検出装置のより具体的な動作を詳細に説明する。 Next, a more specific operation of the rotational position detection device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.
(1)VW間正励磁
まず、初期位置検出部5は、三相PMSM7のVW間を正励磁するために、モータ駆動用インバータ6(図2参照)のスイッチWN及びVPをONする制御信号を出力する。スイッチWN及びVPがONになると、直流電源Vd→スイッチVP→V相巻線→W相巻線→スイッチWN→直流電源Vdの経路で直流電流が流れる(以降、励磁モードという)。
(1) Positive excitation between VW First, the
次に、初期位置検出部5は、励磁を終了させるためにスイッチVPをOFFする制御信号を出力する。スイッチVPがOFFになると、巻線に流れていた電流がV相巻線→W相巻線→スイッチWN→ダイオードD4→V相巻線の経路で還流する(以降、還流モードという)。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部5は、スイッチWNをOFFする制御信号を出力する。
Next, the
初期位置検出部5は、VW間正励磁の還流モード時において、図4に示すように、信号選択部2のスイッチSUVの共通端子aと選択端子cとを接続し、スイッチSVWの共通端子dと選択端子fとを接続し、スイッチSGの共通端子gと選択端子hとを接続する。
Initial
また、初期位置検出部5は、電圧比較部3のスイッチS1の共通端子kと選択端子m、スイッチS2の共通端子nと選択端子o、スイッチS3の共通端子qと選択端子r、スイッチS4の共通端子tと選択端子vとをそれぞれ接続する。
The initial
信号選択部2及び電圧比較部3の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部3の入力端子IN1に入力されたUV間の過渡電圧−VUV(+)は反転増幅器33で反転されて、k倍に増幅された過渡電圧kVUV(+)がピークホールド回路35に入力される。ピークホールド回路35には、電圧kVUV(+)の最大値k|VUV(+)|maxが保持される。
When the switches of the
同様に、電圧比較部3の入力端子IN2に入力されたWU間の過渡電圧VWU(+)は非反転増幅器32でk倍に増幅され、過渡電圧kVWU(+)がピークホールド回路36に入力される。ピークホールド回路36には、電圧kVWU(+)の最大値k|VWU(+)|maxが保持される。
Similarly, the transient voltage V WU (+) between WUs input to the input terminal IN 2 of the
ピークホールド回路35,36に保持された過渡電圧最大値k|VUV(+)|max,k|VWU(+)|maxは初期位置検出部5からの制御により、コンパレータ37に出力される。コンパレータ37は、k|VUV(+)|maxとk|VWU(+)|maxとを比較して、比較結果を出力端子OUTから初期位置検出部5に出力する。
The maximum transient voltage values k | V UV (+) | max and k | V WU (+) | max held in the
(2)VW間負励磁
次に、初期位置検出部5は、三相PMSM7のVW間を負励磁するために、モータ駆動用インバータ6(図2参照)のスイッチVN及びWPをONする制御信号を出力する。スイッチVN及びWPがONになると、直流電源Vd→スイッチWP→W相巻線→V相巻線→スイッチVN→直流電源Vdの経路で直流電流が流れる。
(2) Negative excitation between VW Next, the
次に、初期位置検出部5は、励磁を終了させるためにスイッチWPをOFFする制御信号を出力する。スイッチWPがOFFになると、巻線に流れていた電流がW相巻線→V相巻線→スイッチVN→ダイオードD6→W相巻線の経路で還流する。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部5は、スイッチVNをOFFする制御信号を出力する。
Next, the
初期位置検出部5は、VW間負励磁の還流モード時において、信号選択部2のスイッチSUVの共通端子aと選択端子cとを接続し、スイッチSVWの共通端子dと選択端子fとを接続し、スイッチSGの共通端子gと選択端子hとを接続する。
The initial
また、初期位置検出部5は、電圧比較部3のスイッチS1の共通端子kと選択端子m、スイッチS2の共通端子nと選択端子o、スイッチS3の共通端子qと選択端子s、スイッチS4の共通端子tと選択端子uとをそれぞれ接続する。
The initial
信号選択部2及び電圧比較部3の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部3の入力端子IN1に入力されたUV間の過渡電圧−VUV(ー)は反転増幅器33で反転されて、k倍に増幅され、過渡電圧kVUV(ー)がピークホールド回路36に入力される。
When the switches of the
ここで、ピークホールド回路36には、VW間正励磁時に保持されたWU間の過渡電圧最大値k|VWU(+)|maxが保持されており、VW間正励磁時にUV間電圧k|VUV(+)|max>WU間電圧k|VWU(+)|maxであった場合、負励磁時UV間電圧k|VUV(ー)|max>正励磁時WU間電圧k|VWU(+)|maxとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路36には負励磁時のUV間電圧k|VUV(ー)|maxが上書されて保持される。
Here, the
また、VW間正励磁時にUV間電圧k|VUV(+)|max<WU間電圧k|VWU(+)|maxであった場合、負励磁時UV間電圧k|VUV(ー)|max<正励磁時WU間電圧k|VWU(+)|maxとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路36は、上書されずに正励磁時のWU間電圧k|VWU(+)|maxが保持され続ける。
In addition, when the voltage between UVs k | V UV (+) | max <the voltage between WUs k | V WU (+) | max at the time of positive excitation between VW, the voltage between UVs k | V UV (−) at the time of negative excitation. Since | max <voltage WU during positive excitation k | V WU (+) | max has been confirmed by experiments, the
同様に、電圧比較部3の入力端子IN2に入力されたWU間の過渡電圧VWU(ー)は非反転増幅器32でk倍に増幅され、過渡電圧kVWU(ー)がピークホールド回路35に入力される。
Similarly, the transient voltage V WU (−) between WUs input to the input terminal IN 2 of the
ここで、ピークホールド回路35には、VW間正励磁時に保持されたUV間の過渡電圧最大値k|VUV(+)|maxが保持されており、VW間正励磁時にUV間電圧k|VUV(+)|max>WU間電圧k|VWU(+)|maxであった場合、正励磁時UV間電圧k|VUV(+)|max>負励磁時WU間電圧k|VWU(ー)|maxとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路35は、上書されずに正励磁時のUV間電圧k|VUV(+)|maxが保持され続ける。
Here, the
また、VW間正励磁時にUV間電圧k|VUV(+)|max<WU間電圧k|VWU(+)|maxであった場合、正励磁時UV間電圧k|VUV(+)|max<負励磁時WU間電圧k|VWU(ー)|maxとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路35には負励磁時のWU間電圧k|VWU(ー)|maxが上書されて保持される。
In addition, UV voltage k at the time of VW HazamaTadashi excitation | V UV (+) | max <WU between the voltage k | V WU (+) | case was max, positive excitation during the UV voltage k | V UV (+) | max <negative excitation at WU voltage k | V WU (over) | for it to be max has been confirmed by experiments, WU voltage k in the negative excitation to the
つまり、VW間正励磁時にUV間電圧k|VUV(+)|max>WU間電圧k|VWU(+)|maxであった場合、VW間負励磁後、ピークホールド回路35には、k|VUV(+)|maxが保持され、ピークホールド回路36には、k|VUV(ー)|maxが保持される。
In other words, if the voltage between UV kVUV (+) | max > voltage between WU k | VWU (+) | max at the time of positive excitation between VW, after the negative excitation between VW, k | V UV (+) | max is held, and the
また、VW間正励磁時にUV間電圧k|VUV(+)|max<WU間電圧k|VWU(+)|maxであった場合、VW間負励磁後、ピークホールド回路35には、k|VWU(ー)|maxが保持され、ピークホールド回路36には、k|VWU(+)|maxが保持される。
In addition, when the voltage between UVs k | V UV (+) | max <the voltage between WUs k | V WU (+) | max at the time of positive excitation between VWs, after the negative excitation between VWs, the peak hold circuit 35 k | V WU (−) | max is held, and the
コンパレータ37は、ピークホールド回路35に保持された電圧とピークホールド回路36に保持された電圧とを比較して、比較結果を初期位置検出部5に出力する。初期位置検出部5は、この比較結果を記憶部4に記憶した後、ピークホールド回路35及び36に保持された電圧をリセットするための制御信号を出力する。
The
次に、初期位置検出部5は、この比較結果を図7に示した誘導起電力データと照合することにより、θ=0〜90°、90〜180°、180〜270°、270〜360°の内のいずれかであることを検出する。
Next, the initial
従って、初期位置検出部5は、VW間を正励磁及び負励磁して、正励磁時のUV間電圧の最大値k|VUV(+)|max、負励磁時のUV間電圧の最大値k|VUV(ー)|max、正励磁時のWU間電圧の最大値k|VWU(+)|max、負励磁時のWU間電圧の最大値k|VWU(ー)|maxの内の最大となる電圧がどの電圧であるかを得ることによって、三相PMSM7の回転子初期位置θを90°の精度で得ることができる。
Therefore, the initial
(3)WU間正励磁
次に、初期位置検出部5は、三相PMSM7のWU間を正励磁するために、モータ駆動用インバータ6(図2参照)のスイッチUN及びWPをONする制御信号を出力する。スイッチUN及びWPがONになると、直流電源Vd→スイッチWP→W相巻線→U相巻線→スイッチUN→直流電源Vdの経路で直流電流が流れる。
(3) Positive excitation between WUs Next, the initial
次に、初期位置検出部5は、励磁を終了させるためにスイッチWPをOFFする制御信号を出力する。スイッチWPがOFFになると、巻線に流れていた電流がW相巻線→U相巻線→スイッチUN→ダイオードD6→W相巻線の経路で還流する。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部5は、スイッチUNをOFFする制御信号を出力する。
Next, the
三相PMSM7のWU間を正励磁すると、三相PMSM7の非励磁相であるV相端子を含む2端子間(UV間及びVW間)に過渡電圧が生じる。 When the WU of the three-phase PMSM7 is positively excited, a transient voltage is generated between two terminals (between UV and VW) including the V-phase terminal which is a non-excitation phase of the three-phase PMSM7.
初期位置検出部5は、WU間正励磁の還流モード時において、信号選択部2のスイッチSUVの共通端子aと選択端子bとを接続し、スイッチSVWの共通端子dと選択端子fとを接続し、スイッチSGの共通端子gと選択端子iとを接続する。
Initial
また、初期位置検出部5は、電圧比較部3のスイッチS1の共通端子kと選択端子l、スイッチS2の共通端子nと選択端子p、スイッチS3の共通端子qと選択端子r、スイッチS4の共通端子tと選択端子vとをそれぞれ接続する。
The initial
信号選択部2及び電圧比較部3の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部3の入力端子IN1に入力されたUV間の過渡電圧VUV(+)は非反転増幅器31でk倍に増幅され、過渡電圧kVUV(+)がピークホールド回路35に入力される。ピークホールド回路35には、電圧kVUV(+)の最大値k|VUV(+)|maxが保持される。
When the switches of the
同様に、電圧比較部3の入力端子IN2に入力されたVW間の過渡電圧−VVW(+)は反転増幅器34で反転されて、k倍に増幅された過渡電圧kVVW(+)がピークホールド回路36に入力される。ピークホールド回路36には、電圧kVVW(+)の最大値k|VVW(+)|maxが保持される。
Similarly, the transient voltage −V VW (+) between VWs input to the input terminal IN2 of the
ピークホールド回路35,36に保持された過渡電圧最大値k|VUV(+)|max,k|VVW(+)|maxは初期位置検出部5からの制御により、コンパレータ37に出力される。コンパレータ37は、k|VUV(+)|maxとk|VVW(+)|maxとを比較して、比較結果を出力端子OUTから初期位置検出部5に出力する。初期位置検出部5は、この比較結果を記憶部4に記憶した後、ピークホールド回路35及び36に保持された電圧をリセットするための制御信号を出力する。
The maximum transient voltage values k | V UV (+) | max and k | V VW (+) | max held in the
次に、初期位置検出部5は、この比較結果を図7に示した誘導起電力データとを照合する。この照合結果と、VW間を正励磁及び負励磁したときの照合結果とに基づいて、三相PMSM7の回転子初期位置θを更に絞り込む。ここで、回転子初期位置θ=0〜30°、90〜120°、180〜210°、270〜300°の範囲にあるときは、回転子初期位置θを30°の精度で検出することができ、初期位置の検出を終了する。回転子初期位置θが上記の範囲外であるときは、回転子初期位置θを60°の精度で検出することができ、引き続きUV間を正励磁する。
Next, the
(4)UV間正励磁
次に、初期位置検出部5は、三相PMSM7のUV間を正励磁するために、モータ駆動用インバータ6(図2参照)スイッチVN及びUPをONする制御信号を出力する。スイッチVN及びUPがONになると、直流電源Vd→スイッチUP→U相巻線→V相巻線→スイッチVN→直流電源Vdの経路で直流電流が流れる。
(4) Positive Inter-UV Excitation Next, the
次に、初期位置検出部5は、励磁を終了させるためにスイッチUPをOFFする制御信号を出力する。スイッチUPがOFFになると、巻線に流れていた電流がU相巻線→V相巻線→スイッチVN→ダイオードD2→U相巻線の経路で還流する。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部5は、スイッチVNをOFFする制御信号を出力する。
Next, the
三相PMSM7のUV間を正励磁すると、三相PMSM7の非励磁相であるW相端子を含む2端子間(VW間及びWU間)に過渡電圧が生じる。 When the UV of the three-phase PMSM7 is positively excited, a transient voltage is generated between two terminals (between VW and WU) including the W-phase terminal which is a non-excitation phase of the three-phase PMSM7.
初期位置検出部5は、UV間正励磁の還流モード時において、信号選択部2のスイッチSUVの共通端子aと選択端子bとを接続し、スイッチSVWの共通端子dと選択端子eとを接続し、スイッチSGの共通端子gと選択端子jとを接続する。
Initial
また、初期位置検出部5は、電圧比較部3のスイッチS1の共通端子kと選択端子m、スイッチS2の共通端子nと選択端子o、スイッチS3の共通端子qと選択端子r、スイッチS4の共通端子tと選択端子vとをそれぞれ接続する。
The initial
信号選択部2及び電圧比較部3の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部3の入力端子IN1に入力されたWU間の過渡電圧−VWU(+)は反転増幅器33で反転されて、k倍に増幅された過渡電圧kVWU(+)がピークホールド回路35に入力される。ピークホールド回路35には、電圧kVWU(+)の最大値k|VWU(+)|maxが保持される。
When the switches of the
同様に、電圧比較部3の入力端子IN2に入力されたVW間の過渡電圧VVW(+)は非反転増幅器32でk倍に増幅され、過渡電圧kVVW(+)がピークホールド回路36に入力される。ピークホールド回路36には、電圧kVVW(+)の最大値k|VVW(+)|maxが保持される。
Similarly, the transient voltage V VW (+) between VWs input to the input terminal IN 2 of the
ピークホールド回路35,36に保持された過渡電圧最大値k|VWU(+)|max,k|VVW(+)|maxは初期位置検出部5からの制御により、コンパレータ37に出力される。コンパレータ37は、k|VWU(+)|maxとk|VVW(+)|maxとを比較して、比較結果を出力端子OUTから初期位置検出部5に出力する。初期位置検出部5は、この比較結果を記憶部4に記憶した後、ピークホールド回路35及び36に保持された電圧をリセットするための制御信号を出力する。
The maximum transient voltage values k | V WU (+) | max and k | V VW (+) | max held in the
次に、初期位置検出部5は、この比較結果を図7に示した誘導起電力データとを照合する。この照合結果と、VW間を正励磁及び負励磁したときの照合結果と、WU間を正励磁したときの照合結果とに基づいて、三相PMSM7の回転子初期位置θを更に絞り込むことで、回転子初期位置θを30°の精度で検出することができる。
Next, the
次に、本発明の実施例1に係る回転子位置検出装置によって実現される回転子位置検出方法の一例を図8に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。図8に示すように、まず、VW間を正励磁する(ステップS1)。このときに、UV間に発生する過渡電圧の最大値|VUV(+)|maxとWU間に発生する過渡電圧の最大値|VWU(+)|maxとを比較する(ステップS2)。ステップS2でUV間電圧|VUV(+)|max>WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、UV間電圧|VUV(+)|maxの値を保持する(ステップS3)。 Next, an example of the rotor position detection method realized by the rotor position detection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. As shown in FIG. 8, first, positive excitation is performed between VW (step S1). At this time, the maximum value | V UV (+) | max of the transient voltage generated between UVs is compared with the maximum value | V WU (+) | max of the transient voltage generated between WUs (step S2). If the voltage between UVs | V UV (+) | max > the voltage between WUs | V WU (+) | max in step S2, the value of the voltage between UVs | V UV (+) | max is held (step S3). ).
次に、VW間を負励磁する(ステップS4)。このときに、VW間負励磁時のUV間に発生する過渡電圧の最大値|VUV(−)|maxと保持されたVW間正励磁時のUV間電圧|VUV(+)|maxと比較する(ステップS5)。ステップS5で正励磁時UV間電圧|VUV(+)|max>負励磁時UV間電圧|VUV(−)|maxである場合は、WU間を正励磁する(ステップS6)。このときに、VW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとUV間に発生する過渡電圧の最大値|VUV(+)|maxとを比較する(ステップS7)。ステップS7でVW間電圧|VVW(+)|max>UV間電圧|VUV(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=180〜210°であると検出する(ステップS8)。 Next, negative excitation is performed between VW (step S4). In this case, the maximum value of the transient voltage generated between UV negative excitation time between VW | V UV (-) | max and retained VW HazamaTadashi excitation when the UV voltage | V UV (+) | max and Compare (step S5). When the voltage between UVs at the time of positive excitation | V UV (+) | max > the voltage between UVs at the time of negative excitation | V UV (−) | max in step S5, the WU is positively excited (step S6). At this time, the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW and the maximum value | V UV (+) | max of the transient voltage generated between UV are compared (step S7). If the inter-VW voltage | V VW (+) | max > the inter-UV voltage | V UV (+) | max in step S7, it is detected that the rotor initial position θ = 180 to 210 ° (step S8). .
ステップS7でVW間電圧|VVW(+)|max<UV間電圧|VUV(+)|maxである場合は、UV間を正励磁する(ステップS9)。このときに、VW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとWU間に発生する過渡電圧の最大値|VWU(+)|maxとを比較する(ステップS10)。ステップS10でVW間電圧|VVW(+)|max>WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=210〜240°であると検出する(ステップS11)。 If the inter-VW voltage | V VW (+) | max <the inter-UV voltage | V UV (+) | max in step S7, the UV is positively excited (step S9). At this time, the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW and the maximum value | V WU (+) | max of the transient voltage generated between WU are compared (step S10). If the inter-VW voltage | V VW (+) | max > the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S10, it is detected that the rotor initial position θ = 210 to 240 ° (step S11). .
ステップS10でVW間電圧|VVW(+)|max<WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=240〜270°であると検出する(ステップS12)。 If the inter-VW voltage | V VW (+) | max <the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S10, it is detected that the rotor initial position θ = 240 to 270 ° (step S12). .
ステップS5で正励磁時UV間電圧|VUV(+)|max<負励磁時UV間電圧|VUV(−)|maxである場合は、WU間を正励磁する(ステップS13)。このときに、VW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとUV間に発生する過渡電圧の最大値|VUV(+)|maxとを比較する(ステップS14)。ステップS14でVW間電圧|VVW(+)|max>UV間電圧|VUV(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=0〜30°であると検出する(ステップS15)。 If it is determined in step S5 that the voltage between UVs during positive excitation | V UV (+) | max <the voltage between UVs during negative excitation | V UV (−) | max , the WU is positively excited (step S13). At this time, the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW and the maximum value | V UV (+) | max of the transient voltage generated between UV are compared (step S14). If the inter-VW voltage | V VW (+) | max > the inter-UV voltage | V UV (+) | max in step S14, it is detected that the rotor initial position θ = 0 to 30 ° (step S15). .
ステップS14でVW間電圧|VVW(+)|max<UV間電圧|VUV(+)|maxである場合は、UV間を正励磁する(ステップS16)。このときに、VW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとWU間に発生する過渡電圧の最大値|VWU(+)|maxとを比較する(ステップS17)。ステップS17でVW間電圧|VVW(+)|max>WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=30〜60°であると検出する(ステップS18)。 If the inter-VW voltage | V VW (+) | max <the inter-UV voltage | V UV (+) | max in step S14, the UV is positively excited (step S16). At this time, the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW and the maximum value | V WU (+) | max of the transient voltage generated between WU are compared (step S17). If the inter-VW voltage | V VW (+) | max > the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S17, it is detected that the rotor initial position θ = 30 to 60 ° (step S18). .
ステップS17でVW間電圧|VVW(+)|max<WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=60〜90°であると検出する(ステップS19)。 If the inter-VW voltage | V VW (+) | max <the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S17, it is detected that the rotor initial position θ is 60 to 90 ° (step S19). .
ステップS2でUV間電圧|VUV(+)|max<WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、WU間電圧|VWU(+)|maxの値を保持する(ステップS20)。 When the voltage between UVs | V UV (+) | max <the voltage between WUs | V WU (+) | max in step S2, the value of the voltage between WUs | V WU (+) | max is held (step S20). ).
次に、VW間を負励磁する(ステップS21)。このときに、VW間負励磁時のWU間に発生する過渡電圧の最大値|VWU(−)|maxと保持されたVW間正励磁時のWU間電圧|VWU(+)|maxと比較する(ステップS22)。ステップS22で正励磁時WU間電圧|VWU(+)|max>負励磁時WU間電圧|VWU(−)|maxである場合は、WU間を正励磁する(ステップS23)。このときに、UV間に発生する過渡電圧の最大値|VUV(+)|maxとVW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとを比較する(ステップS24)。ステップS24でUV間電圧|VUV(+)|max>VW間電圧|VVW(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=270〜300°であると検出する(ステップS25)。 Next, negative excitation is performed between VW (step S21). At this time, the maximum value of the transient voltage generated between WUs during negative excitation between VWs | V WU (−) | max and the inter-WU voltage during positive excitations between VWs | V WU (+) | max Compare (step S22). When the voltage between WUs during positive excitation | V WU (+) | max > the voltage between WUs during negative excitation | V WU (−) | max in step S22, the WU is positively excited (step S23). At this time, the maximum value | V UV (+) | max of the transient voltage generated between UV and the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW are compared (step S24). If the voltage between UVs | V UV (+) | max > the voltage between VWs | V VW (+) | max in step S24, it is detected that the rotor initial position θ is 270 to 300 ° (step S25). .
ステップS24でUV間電圧|VUV(+)|max<VW間電圧|VVW(+)|maxである場合は、UV間を正励磁する(ステップS26)。このときに、VW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとWU間に発生する過渡電圧の最大値|VWU(+)|maxとを比較する(ステップS27)。ステップS27でVW間電圧|VVW(+)|max>WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=330〜360°であると検出する(ステップS28)。 If the voltage between UVs | V UV (+) | max <the voltage between VWs | V VW (+) | max in step S24, the UV is positively excited (step S26). At this time, the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW and the maximum value | V WU (+) | max of the transient voltage generated between WUs are compared (step S27). If the inter-VW voltage | V VW (+) | max > the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S27, it is detected that the rotor initial position θ is 330 to 360 ° (step S28). .
ステップS27でVW間電圧|VVW(+)|max<WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=300〜330°であると検出する(ステップS29)。 If the inter-VW voltage | V VW (+) | max <the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S27, it is detected that the rotor initial position θ = 300 to 330 ° (step S29). .
ステップS22で正励磁時WU間電圧|VWU(+)|max<負励磁時WU間電圧|VWU(−)|maxである場合は、WU間を正励磁する(ステップS30)。このときに、UV間に発生する過渡電圧の最大値|VUV(+)|maxとVW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとを比較する(ステップS31)。ステップS31でUV間電圧|VUV(+)|max>VW間電圧|VVW(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=90〜120°であると検出する(ステップS32)。 If it is determined in step S22 that the voltage between WUs during positive excitation | V WU (+) | max <the voltage between WUs during negative excitation | V WU (−) | max , positive excitation is performed between WUs (step S30). At this time, the maximum value | V UV (+) | max of the transient voltage generated between UV and the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW are compared (step S31). If the UV voltage | V UV (+) | max > VW voltage | V VW (+) | max in step S31, it is detected that the rotor initial position θ is 90 to 120 ° (step S32). .
ステップS31でUV間電圧|VUV(+)|max<VW間電圧|VVW(+)|maxである場合は、UV間を正励磁する(ステップS33)。このときに、VW間に発生する過渡電圧の最大値|VVW(+)|maxとWU間に発生する過渡電圧の最大値|VWU(+)|maxとを比較する(ステップS34)。ステップS34でVW間電圧|VVW(+)|max>WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=150〜180°であると検出する(ステップS35)。 If the UV voltage | V UV (+) | max <the VW voltage | V VW (+) | max in step S31, the UV is positively excited (step S33). At this time, the maximum value | V VW (+) | max of the transient voltage generated between VW and the maximum value | V WU (+) | max of the transient voltage generated between WU are compared (step S34). If the inter-VW voltage | V VW (+) | max > the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S34, it is detected that the rotor initial position θ = 150 to 180 ° (step S35). .
ステップS34でVW間電圧|VVW(+)|max<WU間電圧|VWU(+)|maxである場合は、回転子初期位置θ=120〜150°であると検出する(ステップS36)。 If the inter-VW voltage | V VW (+) | max <the inter-WU voltage | V WU (+) | max in step S34, it is detected that the rotor initial position θ is 120 to 150 ° (step S36). .
図9は本発明により三相PMSM7の回転子初期位置θ(θ=40°)を求め、三相PMSM7を始動させたときの各相の電圧波形と三相PMSM7の回転速度の変化を示す図である。図9に示すように、回転子初期位置θは、検出開始から検出終了まで47msであり、三相PMSM7は正常に回転していることが分かる。
FIG. 9 is a diagram showing changes in the voltage waveform of each phase and the rotation speed of the three-phase PMSM7 when the three-phase PMSM7 is started by obtaining the rotor initial position θ (θ = 40 °) of the three-phase PMSM7 according to the present invention. It is. As shown in FIG. 9, the rotor initial position θ is 47 ms from the start of detection to the end of detection, and it can be seen that the three-
このように、本発明を適用することにより、任意の回転子位置からの三相PMSMの始動が可能であることが実験により確認されている。 As described above, it has been experimentally confirmed that the three-phase PMSM can be started from an arbitrary rotor position by applying the present invention.
以上説明したように、本発明の実施例1に係る回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法は、三相PMSM7の2端子間に直流電圧を印加して、2端子間を励磁したときに、電圧比較部3は、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間に誘導される電圧を比較するとともに三相PMSM7の2端子間を正方向に励磁したときの非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される電圧とを比較し、初期位置検出部5は、記憶部4に記憶された誘導起電力データと、電圧比較部3による比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、回転子の初期位置を検出するので、三相PMSMの始動時の回転子初期位置θを直流電源を用いて簡単に検出することができる。
As described above, the rotor position detection device and the rotor position detection method according to the first embodiment of the present invention apply a DC voltage between the two terminals of the three-
なお、本実施例で説明した手順は一例に過ぎず、本発明は本実施例で示した手順に限られるものではない。例えば、VW間、WU間、UV間に励磁する順番は変更することができる。 The procedure described in this embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to the procedure shown in this embodiment. For example, the order of excitation between VWs, WUs, and UVs can be changed.
また、VW間を正励磁及び負励磁し、WU間,UV間を正励磁するものとしたが、WU間,UV間を負励磁するものとしてもよい。また、正励磁及び負励磁する2端子間は、VW間に限らず、WU間またはUV間でもよい。また、VW間、WU間、UV間の各々を正励磁及び負励磁するものとしてもよい。 Further, positive excitation and negative excitation are performed between VW, and positive excitation is performed between WU and UV. However, negative excitation may be performed between WU and UV. Further, the distance between the two terminals for positive excitation and negative excitation is not limited to between VW but may be between WU or UV. Moreover, it is good also as what carries out positive excitation and negative excitation each between VW, between WU, and UV.
また、本実施例では、VW間を正励磁及び負励磁して、正励磁時のUV間電圧|VUV(+)|max、負励磁時のUV間電圧|VUV(ー)|max、正励磁時のWU間電圧|VWU(+)|max、負励磁時のWU間電圧|VWU(ー)|maxの内の最大となる電圧がどの電圧であるかを得ることによって、三相PMSM7の回転子初期位置θを90°の精度で得るものとしたが、最小となる電圧がどの電圧であるかを得ることによって三相PMSM7の回転子初期位置θを90°の精度で得るものとしてもよい。 In the present embodiment, positive and negative excitation is performed between VW, and the voltage between UVs | V UV (+) | max during positive excitation and the voltage between UVs during negative excitation | V UV (−) | max positive excitation time of WU voltage | V WU (+) | max, negative excitation upon WU voltage | V WU (over) | by becomes maximum voltage of the max is obtained whether any voltage, three Although the rotor initial position θ of the phase PMSM7 is obtained with an accuracy of 90 °, the rotor initial position θ of the three-phase PMSM7 is obtained with an accuracy of 90 ° by obtaining which voltage is the minimum voltage. It may be a thing.
また、本実施例では、UV間、VW間、WU間の還流モード時の過渡電圧を電圧比較部3により比較するものとしたが、励磁モード時の各過渡電圧を電圧比較部3により比較するものとしてもよい。
In this embodiment, the transient voltage in the reflux mode between UV, VW, and WU is compared by the
本発明は、永久磁石同期電動機の回転子位置を簡単に検出できる回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法として、利用可能である。 The present invention can be used as a rotor position detection device and a rotor position detection method that can easily detect the rotor position of a permanent magnet synchronous motor.
1 回転子位置検出装置
2 信号選択部
3 電圧比較部
4 記憶部
5 初期位置検出部
6 モータ駆動用インバータ
7 三相PMSM
31、32 非反転増幅器
33、34 反転増幅器
35、36 ピークホールド回路
37 コンパレータ
C 平滑用コンデンサ
D1〜D6 ダイオード
S1〜S4、SUV、SVW、SG、UN、UP、VN、VP、WN、WP スイッチ
Vd 直流電源
DESCRIPTION OF
31, 32
D1~D6 diode S1~S4, S UV, S VW, S G, UN, UP, VN, VP, WN, WP switch Vd DC power supply
Claims (6)
前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第1電圧と他方に誘導される第2電圧とを比較する第1比較手段と、
前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第3電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される第4電圧とを比較する第2比較手段と、
前記第1電圧と前記第2電圧との大小関係及び前記第3電圧と前記第4電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データを記憶する記憶手段と、
前記第1比較手段及び前記第2比較手段による比較結果と、前記記憶手段に記憶された前記誘導起電力データとを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出手段と、
を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置。 A rotor position detecting device for detecting an initial position of a rotor of a permanent magnet synchronous motor driven by a DC power source and an inverter circuit,
When a DC voltage is applied between the two terminals of the permanent magnet synchronous motor to excite it in the forward or reverse direction, the first is induced to one of two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited. First comparing means for comparing the voltage with a second voltage induced on the other;
When a DC voltage is applied between the two terminals of the permanent magnet synchronous motor to excite it in the forward and reverse directions, and when excited in the forward direction, a third induced between the two terminals including the other one terminal that is not excited. A second comparison means for comparing a fourth voltage induced between the two terminals when the voltage is excited in the opposite direction;
Storage means for storing induced electromotive force data indicating an initial position of the rotor corresponding to a magnitude relation between the first voltage and the second voltage and a magnitude relation between the third voltage and the fourth voltage;
The comparison result by the first comparison unit and the second comparison unit is collated with the induced electromotive force data stored in the storage unit, and the initial position of the rotor is detected based on the collation result. Initial position detecting means;
A rotor position detecting device comprising:
前記永久磁石同期電動機の3組の2端子間の内の第1の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第5電圧と他方に誘導される第6電圧とを比較し、第2の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第7電圧と他方に誘導される第8電圧とを比較し、第3の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第9電圧と他方に誘導される第10電圧とを比較し、
前記第2比較手段は、
前記第1の2端子間、前記第2の2端子間または前記第3の2端子間のいずれか1組の2端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第11電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第12電圧とを比較することを特徴とする請求項1または請求項2記載の回転子位置検出装置。 The first comparing means includes
One of the two sets of two terminals including the other non-excited one terminal when the first two terminals of the three sets of the two terminals of the permanent magnet synchronous motor are excited in the forward direction or the reverse direction. The second voltage including the other one terminal that is not excited when the second voltage is excited in the forward direction or the reverse direction by comparing the fifth voltage induced by the second voltage and the sixth voltage induced by the other voltage. When the seventh voltage induced in one of the two terminals of the second and the eighth voltage induced in the other are compared, and the third two terminals are excited in the forward direction or the reverse direction, Comparing the ninth voltage induced in one of two sets of two terminals including one terminal with the tenth voltage induced in the other;
The second comparing means includes
When exciting between the first two terminals, between the second two terminals, or between any one pair of the two terminals in the forward and reverse directions, when exciting in the forward direction Compare the eleventh voltage induced between the two terminals including the other non-excited terminal with the twelfth voltage induced between the two terminals including the other non-excited terminal when excited in the reverse direction. The rotor position detecting device according to claim 1 or 2, wherein
前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第1電圧と他方に誘導される第2電圧とを比較する第1比較ステップと、
前記永久磁石同期電動機の2端子間に直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第3電圧と逆方向に励磁したときに該2端子間に誘導される第4電圧とを比較する第2比較ステップと、
前記第1電圧と前記第2電圧との大小関係及び前記第3電圧と前記第4電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データと前記第1比較ステップ及び前記第2比較ステップによる比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出ステップと、
を有することを特徴とする回転子位置検出方法。 A rotor position detection method for detecting an initial position of a rotor of a permanent magnet synchronous motor driven by a DC power source and an inverter circuit,
When a DC voltage is applied between the two terminals of the permanent magnet synchronous motor to excite it in the forward or reverse direction, the first is induced to one of two sets of two terminals including the other one terminal that is not excited. A first comparison step for comparing the voltage with a second voltage induced on the other;
When a DC voltage is applied between the two terminals of the permanent magnet synchronous motor to excite it in the forward and reverse directions, and when excited in the forward direction, a third induced between the two terminals including the other one terminal that is not excited. A second comparison step of comparing a voltage and a fourth voltage induced between the two terminals when excited in the opposite direction;
Inductive electromotive force data indicating the initial position of the rotor corresponding to the magnitude relationship between the first voltage and the second voltage and the magnitude relationship between the third voltage and the fourth voltage, the first comparison step, and the An initial position detecting step of comparing the comparison result of the second comparison step and detecting the initial position of the rotor based on the comparison result;
A rotor position detection method comprising:
前記永久磁石同期電動機の3組の2端子間の内の第1の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第5電圧と他方に誘導される第6電圧とを比較し、第2の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第7電圧と他方に誘導される第8電圧とを比較し、第3の2端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の1端子を含む2組の2端子間の一方に誘導される第9電圧と他方に誘導される第10電圧とを比較し、
前記第2比較ステップは、
前記第1の2端子間、前記第2の2端子間または前記第3の2端子間のいずれか1組の2端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第11電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の1端子を含む2端子間に誘導される第12電圧とを比較することを特徴とする請求項4または請求項5記載の回転子位置検出方法。 The first comparison step includes
One of the two sets of two terminals including the other non-excited one terminal when the first two terminals of the three sets of the two terminals of the permanent magnet synchronous motor are excited in the forward direction or the reverse direction. The second voltage including the other one terminal that is not excited when the second voltage is excited in the forward direction or the reverse direction by comparing the fifth voltage induced by the second voltage and the sixth voltage induced by the other voltage. When the seventh voltage induced in one of the two terminals of the second and the eighth voltage induced in the other are compared, and the third two terminals are excited in the forward direction or the reverse direction, Comparing the ninth voltage induced in one of two sets of two terminals including one terminal with the tenth voltage induced in the other;
The second comparison step includes
When exciting between the first two terminals, between the second two terminals, or between any one pair of the two terminals in the forward and reverse directions, when exciting in the forward direction Compare the eleventh voltage induced between the two terminals including the other non-excited terminal with the twelfth voltage induced between the two terminals including the other non-excited terminal when excited in the reverse direction. 6. The rotor position detection method according to claim 4, wherein the rotor position is detected.
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