JP4523765B2

JP4523765B2 - Rotor position detection method and position detection apparatus for permanent magnet synchronous motor

Info

Publication number: JP4523765B2
Application number: JP2003207378A
Authority: JP
Inventors: 正司西方
Original assignee: 特殊電装株式会社
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: JP2005065361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石同期電動機において、起動前に回転子の位置を検出するのに用いる位置検出方法及び位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石同期電動機は、高効率であることから産業界において広く用いられている。この電動機は、例えば、永久磁石を設けた回転子と、三相巻線を有する固定子を備えており、起動時の同期外れを防ぐために回転子の位置に同期した電圧を固定子の三相巻線に印加する必要があるので、起動前に回転子の位置を検出する必要がある。そして、このような永久磁石同期電動機において、回転子の位置検出を行う手段としては、固定子にホール素子を設け、このホール素子で回転子の永久磁石の極性を検出して回転子の位置を検出するものが周知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような永久磁石同期電動機における回転子の位置検出にあっては、信頼性の向上や実装環境の制約などの観点からセンサを用いない方が望ましく、このような背景から、センサを用いずに回転子の位置を検出する研究が盛んに行われていたが、いずれの場合も装置が複雑になるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、センサを用いずに、装置を複雑化させることなく回転子の位置を検出することができる永久磁石同期電動機における回転子の位置検出方法及び位置検出装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる永久磁石同期電動機における回転子の位置検出方法は、永久磁石同期電動機において起動前の回転子の位置を検出する方法であって、固定子の三相巻線の一相に電圧を印加し、電圧を印加しない他の二相である非励磁相に発生した電圧波形を検出して、回転子の所定の回転角度毎における両非励磁相の電圧波形の最大値の大小関係と、同じく回転子の所定の回転角度毎における電圧最大値が小さい方の非励磁相の電圧波形の正負の傾きの大小関係とに基づいて、回転子の位置を検出する構成とし、より好ましい実施の形態として、固定子の三相巻線の各相について、一相への電圧の印加と、他の二相である非励磁相に発生した電圧波形の最大値の比較及び電圧最大値が小さい方の非励磁相の電圧波形の正負の傾きの比較を行う構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
また、本発明に係わる永久磁石同期電動機における回転子の位置検出装置は、永久磁石同期電動機において起動前の回転子の位置を検出する装置であって、固定子の三相巻線から選択した一相に電圧を印加するための励磁相選択回路と、電圧を印加しない他の二相である非励磁相に発生した電圧波形を取り込むための電圧比較相選択回路と、電圧比較相選択回路から入力した二相の電圧波形の最大値を比較する電圧最大値比較回路と、電圧比較相選択回路から入力した二相の電圧波形の正負の傾きを比較する電圧波形傾き比較回路を備え、電圧最大値比較回路が、回転子の所定の回転角度毎における両非励磁相の電圧波形の最大値の大小関係を比較し、電圧波形傾き比較回路が、回転子の所定の回転角度毎における電圧最大値が小さい方の非励磁相の電圧波形の正負の傾きの大小関係を比較することを特徴としている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる永久磁石同期電動機における回転子の位置検出方法によれば、センサを用いることなく、簡単な回路を用いて回転子の位置を検出することができ、永久磁石同期電動機の良好な起動に貢献し得るものとなる。
【０００８】
本発明の請求項２に係わる永久磁石同期電動機における回転子の位置検出方法によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、回転子の位置検出精度をより高めることができる。
【０００９】
本発明の請求項３に係わる永久磁石同期電動機における回転子の位置検出装置によれば、センサを用いることなく、簡単な回路構成で回転子の位置を検出することができる。また、動作の信頼性が高く、実装環境に好適なものになると共に、永久磁石同期電動機の良好な起動を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる永久磁石同期電動機における回転子の位置検出方法及び位置検出装置の一実施形態を説明する。
【００１１】
図１（ａ）に示す永久磁石同期電動機（以下、『電動機』とする）ＰＭは、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相巻線を有する固定子Ｓと、永久磁石Ｍ１，Ｍ２を有する回転子Ｒを備えており、図１（ｂ）に示すように、インバータＩｖを介して直流電源Ｖに接続してある。なお、図１では二極機を例示しているが、これに限定されることはない。
【００１２】
上記の電動機ＰＭを駆動するための駆動装置は、デジタル制御装置１と、起動前の回転子Ｒの位置を検出する位置検出装置２と、回転子Ｒの位置検出を行う際に固定子Ｓの一相に電圧を印加するためのスライダック３を備えている。デジタル制御回路１は、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰと、インバータ制御回路４を備えている。
【００１３】
位置検出装置２は、固定子Ｒの三相巻線（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）から選択した一相に電圧を印加するための励磁相選択回路５と、他の二相で発生した電圧波形を取り込むための電圧比較相選択回路６と、電圧比較相選択回路６から入力した二相の電圧波形の最大値を比較する電圧最大値比較回路７と、電圧比較相選択回路６から入力した二相の電圧波形の正負の傾きを比較する電圧波形傾き比較回路８を備えている。
【００１４】
上記の駆動装置は、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰにおいて電圧を印加する一相（励磁相）を決定し、その指令信号を励磁相選択回路５に送ることで、選択された一相にスライダック３から電圧を印加する。また、これと同時に、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰにおいて電圧を印加しない二相（非励磁相）を決定し、その指令信号を電圧比較相選択回路６に送ることで、他の二相で発生した電圧波形を取り込み、同電圧波形を電圧最大値比較回路７及び電圧波形傾き比較回路８に入力する。
【００１５】
電圧最大値比較回路７は、図２（ａ）に示すように、二相に対応する入力１及び２に対して、夫々の増幅回路９Ａ，９Ｂ及びピークホールド回路１０Ａ，１０Ｂと、比較器１１を備えており、入力１のピークホールド回路１０Ａから得られた電圧波形の最大値が、入力２のピークホールド回路１０Ｂから得られた電圧波形の最大値よりも大きい場合（入力１＞入力２）に、比較器１１から『Ｈｉｇｈ』を出力し、その逆の場合には『Ｌｏｗ』を出力する。
【００１６】
電圧波形傾き比較回路８は、図２（ｂ）に示すように、二相に対応する入力に対して、ローパスフィルタ１２と、微分器１３と、反転器１４と、夫々のピークホールド回路１５Ａ，１５Ｂと、比較器１６を備えている。この電圧波形傾き比較回路８は、ローパスフィルタ１２を経た電圧波形を微分器１３に入力して、元の波形における正の傾き（波形の上昇部分の傾き）の大きさを正の最大値に置き換えると共に、元の波形における負の傾き（波形の下降部分の傾き）の大きさを負の最大値に置き換える。
【００１７】
次に、一方のピークホールド回路１５Ａには、微分器１３を通したままの波形を入力し、他方のピークホールド回路１５Ｂには、反転器１４で反転させた波形を入力し、比較器１６においては、元の波形の正の傾きと負の傾きの大きさを比較して、正の傾きの最大値が負の傾きの最大値よりも小さい場合（正の傾き＜負の傾き）に『Ｈｉｇｈ』を出力し、その逆の場合には『Ｌｏｗ』を出力する。なお、この電圧波形傾き比較回路８に入力する電圧は、二相（非励磁相）のうち最大値が小さい方の相を選択する。
【００１８】
そして、本発明の回転子の位置検出方法では、上記構成を備えた位置検出装置２を用いて、固定子Ｓの三相巻線のいずれか一相に電圧を印加し、このとき他の二相に発生した電圧波形の最大値の比較結果と、同電圧波形の正負の傾きの比較結果、すなわち電圧最大値比較回路７からの『Ｈｉｇｈ』及び『Ｌｏｗ』の信号、並びに電圧波形傾き比較回路８からの『Ｈｉｇｈ』及び『Ｌｏｗ』の信号に基づいて回転子Ｒの位置を検出する。
【００１９】
ここで、二つの非励磁相に生じた電圧波形の最大値及び正負の傾きの各比較結果に基づいて回転子Ｒの位置を検出する原理をより詳細に説明する。
【００２０】
電動機ＰＭでは、図１（ａ）に示すように、三相巻線のうちのＵ相の巻線軸とＮ極の中心が一致している状態を０度とし、この状態でＵ相に単相交流電圧を印加すると、同図中に矢印で示すように、永久磁石のＮ極から発生した磁束がＶ相及びＷ相に均等に分かれてＳ極に達する。このとき、Ｕ相の電流の極性により永久磁石との合成磁束は増減し、励磁相であるＵ相巻線に負の電流が流れるときは鉄心の磁束が増加するので、非励磁相であるＶ相及びＷ相の鉄心は飽和状態になる。これらの結果、非励磁相であるＶ相及びＷ相には図３（ａ）に示す電圧が生じる。そして、図１（ａ）に示す状態から、回転子Ｒを反時計方向に回転させて３０度毎にＵ相に電圧を印加すると、回転子Ｒの位置によってＵ相巻線に錯交する磁束数が変化するので、巻線内の磁束の総量が変化し、図３（ａ）〜（ｈ）及び図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、Ｖ相及びＷ相に生じる電圧波形が変化する。
【００２１】
上記の電圧波形の調波解析を行うと、波形は第二次高調波を含むもので、両電圧波形の最大値は、図５に示すようにほぼ９０度毎で入れ替わり、両電圧波形の第二次高調波の位相は、図６に示すように０度又は１８０度で各相について半周期毎に入れ替わる。また、両電圧波形は、図３（ａ）に示す０度の状態では正の傾き（上昇部分の傾き）が大きく、回転角度が進むにつれて傾きが変化し、図３（ｇ）に示す１８０度の状態では正の傾きが小さくなる。さらに、両電圧波形の第二次高調波の含有率は、図７に示すように、誘起電圧の最大値が小さい方の相で第二次高調波成分が大きくなる。
【００２２】
表１には、回転子Ｒの回転角度と、二つの非励磁相（Ｖ相及びＷ相）に生じた電圧波形の最大値の比較結果を示し、表２には、回転子Ｒの回転角度と、二つの非励磁相に生じた電圧波形の正負の傾きの比較結果を示す。また、表３には、両比較結果のまとめとして、回転子Ｒの回転角度と、電圧波形の最大値の大小関係と、電圧波形の正負の傾きの大小関係を示す。なお、電圧波形の正負の傾きの大小関係の比較には、二つの非励磁相のうちの電圧最大値が小さい方の非励磁相の電圧波形を用いる。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
【表３】

【００２６】
表３に示すように、二つの非励磁相に生じた電圧波形は、最大値の大小関係や正負の傾きの大小関係が、回転子Ｒの回転位置に関する情報に成り得ることが明らかである。
【００２７】
そして、上記の電圧に関する大小関係の比較は、先述した位置検出装置２を含む駆動装置で行うことができ、表３に示した非励磁相の電圧波形の特性は、図８に示すように、電圧最大値比較回路７及び電圧波形傾き比較回路８の各々の比較結果、すなわち回転角度に応じた『Ｈｉｇｈ』及び『Ｌｏｗ』の信号とで表され、９０度毎に『Ｈｉｇｈ』と『Ｌｏｗ』を組み合わせた四個の基準データが得られる。換言すれば、双方の比較結果の組み合わせ（『Ｈｉｇｈ』と『Ｌｏｗ』の組み合わせ）から回転子Ｒの回転角度が求められる。
【００２８】
したがって、位置検出装置２を含む駆動装置では、上記の基準データを取得しておき、起動前に回転子Ｒの位置検出を行う際に、選択した一相に電圧を印加し、これにより他の二相に発生した電圧波形について、最大値の比較と正負の傾きの比較を行う。その結果、例えば、電圧最大値比較回路７から『Ｌｏｗ』が出力され、電圧波形傾き比較回路８から『Ｈｉｇｈ』が出力された場合には、図８を参照すると、回転子Ｒが９０〜１８０度の回転角度にあることがわかる。
【００２９】
また、本発明の回転子の位置検出方法では、回転子Ｒの位置検出精度をより高めるために、固定子Ｓの三相巻線の各相について、一相への電圧の印加と、他の二相に発生した電圧波形の最大値の比較及び正負の傾きの比較を行う。
【００３０】
この場合には、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相が１２０度間隔で配置してあることから、図９に示すように、Ｕ相を励磁相としたときのＶ相及びＷ相の電圧波形の比較結果（上段）に対して、Ｖ相を励磁相としたときのＵ相及びＷ相の電圧波形の比較結果（中段）が１２０度ずれたものとなり、これに対して、Ｗ相を励磁相としたときのＵ相及びＶ相の電圧波形の比較結果（下段）がさらに１２０度ずれたものとなる。したがって、この場合には、先の電圧に関する大小関係の比較によって３０度毎に１２個の基準データが得られることとなり、回転子Ｒの位置検出精度がより高められることが明らかである。
【００３１】
以上のように得られた回転子Ｒの位置検出結果は、図１に示す駆動装置において、インバータＩｖの制御に用いる。駆動装置は、回転子Ｒの位置検出が終了すると、位置検出装置２を遮断すると共に、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰからインバータ制御回路４に位置検出信号を入力し、位置検出した回転子Ｒの磁石Ｍ１，Ｍ２に対向する各相の鉄心頭部にＮ極又はＳ極が発生するようにインバータＩｖを制御する。
【００３２】
このとき、実際には、図８及び図９に示す基準パターンに対応して、予めインバータＩｖの制御パターン（励磁相を選択するパターン）を設定しておけばよく、これにより回転子Ｒの位置検出からインバータ制御に速やかに移行して、電動機ＰＭを円滑に起動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】永久磁石同期電動機を説明する断面図（ａ）及び位置検出装置を含む駆動装置を説明するブロック図（ｂ）である。
【図２】電圧最大値比較回路を説明するブロック図（ａ）及び電圧波形傾き比較回路を説明するブロック図（ｂ）である。
【図３】非励磁相に発生した電圧波形を３０度毎に示すグラフ（ａ）〜（ｈ）である。
【図４】図３に続いて非励磁相に発生した電圧波形を３０毎に示すグラフ（ａ）〜（ｅ）である。
【図５】回転子の回転角度と非励磁相に発生した電圧波形の最大値との関係を示すグラフである。
【図６】回転子の回転角度と非励磁相に発生した電圧波形の第二次高調波の位相との関係を示すグラフである。
【図７】回転子の回転角度と第二次高調波の含有率との関係を示すグラフである。
【図８】Ｕ相を励磁相として、回転子の回転角度に対する電圧最大値比較回路及び電圧波形傾き比較回路の出力信号を示す説明図である。
【図９】各相を順に励磁相として、回転子の回転角度に対する電圧最大値比較回路及び電圧波形傾き比較回路の出力信号を示す説明図である。
【符号の説明】
ＰＭ永久磁石同期電動機
Ｒ回転子
Ｓ固定子
５励磁相選択回路
６電圧比較相選択回路
７電圧最大値比較回路
８電圧波形傾き比較回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection method and a position detection device used for detecting the position of a rotor before starting in a permanent magnet synchronous motor.
[0002]
[Prior art]
Permanent magnet synchronous motors are widely used in the industry because of their high efficiency. This electric motor includes, for example, a rotor provided with a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, and a voltage synchronized with the position of the rotor is applied to the stator in order to prevent loss of synchronization at the time of startup. Since it is necessary to apply to the winding, it is necessary to detect the position of the rotor before starting. In such a permanent magnet synchronous motor, as a means for detecting the position of the rotor, a Hall element is provided in the stator, and the polarity of the permanent magnet of the rotor is detected by this Hall element to determine the position of the rotor. What is detected is well known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in detecting the position of the rotor in the permanent magnet synchronous motor as described above, it is desirable not to use a sensor from the viewpoint of improvement in reliability or restrictions on the mounting environment. There have been many studies to detect the position of the rotor without using it, but in each case, there is a problem that the apparatus becomes complicated, and it has been a problem to solve such a problem.
[0004]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and the position of the rotor in the permanent magnet synchronous motor that can detect the position of the rotor without using a sensor and without complicating the apparatus. An object of the present invention is to provide a detection method and a position detection device.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The method for detecting the position of the rotor in the permanent magnet synchronous motor according to the present invention is a method for detecting the position of the rotor before starting in the permanent magnet synchronous motor, and applying a voltage to one phase of the three-phase winding of the stator. Detecting the voltage waveform generated in the non-excitation phase, which is the other two phases that are applied and not applying voltage, and the magnitude relationship between the maximum values of the voltage waveforms of both non-excitation phases for each predetermined rotation angle of the rotor, Similarly , the rotor position is detected based on the magnitude relationship between the positive and negative slopes of the voltage waveform of the non-excitation phase with the smaller voltage maximum value for each predetermined rotation angle of the rotor, and a more preferred embodiment As for each phase of the three-phase winding of the stator, the voltage applied to one phase and the maximum value of the voltage waveform generated in the other two-phase non-excited phase and the smaller voltage maximum value and it compares the positive and negative slope of the voltage waveform of the non-excitation phase It has a formation, and a means for solving the conventional problems with the above configuration.
[0006]
The rotor position detecting device in the permanent magnet synchronous motor according to the present invention is a device for detecting the position of the rotor before starting in the permanent magnet synchronous motor, and is selected from three-phase windings of the stator. Input from excitation phase selection circuit for applying voltage to phase, voltage comparison phase selection circuit for capturing voltage waveform generated in non-excitation phase, which is the other two phases not applying voltage, and voltage comparison phase selection circuit comprising a voltage maximum value comparing circuit for comparing the maximum value of the two-phase voltage waveform, the voltage waveform gradient comparator circuit for comparing the positive and negative slope of the voltage waveform of two phases input from the voltage comparator phase selection circuit, a voltage maximum value The comparison circuit compares the magnitude relationship between the maximum values of the voltage waveforms of the two non-excitation phases at each predetermined rotation angle of the rotor, and the voltage waveform inclination comparison circuit calculates the maximum voltage value at each predetermined rotation angle of the rotor. The smaller non It is characterized by comparing the magnitude of the positive and negative slope of磁相voltage waveform.
[0007]
【The invention's effect】
According to the rotor position detecting method in the permanent magnet synchronous motor according to claim 1 of the present invention, the position of the rotor can be detected using a simple circuit without using a sensor. Can contribute to a good start-up.
[0008]
According to the rotor position detecting method in the permanent magnet synchronous motor according to claim 2 of the present invention, the same effect as in claim 1 can be obtained, and the rotor position detection accuracy can be further improved. .
[0009]
According to the rotor position detecting device in the permanent magnet synchronous motor according to claim 3 of the present invention, the position of the rotor can be detected with a simple circuit configuration without using a sensor. Further, the reliability of the operation is high and it is suitable for the mounting environment, and the permanent magnet synchronous motor can be favorably started.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a rotor position detection method and a position detection apparatus in a permanent magnet synchronous motor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
A permanent magnet synchronous motor (hereinafter referred to as “motor”) PM shown in FIG. 1A includes a star-connected stator S having U-phase, V-phase and W-phase three-phase windings, and a permanent magnet M1. , M2 and is connected to a DC power source V via an inverter Iv as shown in FIG. In addition, although the bipolar machine is illustrated in FIG. 1, it is not limited to this.
[0012]
The driving device for driving the electric motor PM includes a digital control device 1, a position detection device 2 for detecting the position of the rotor R before activation, and the stator S when detecting the position of the rotor R. A slidac 3 for applying a voltage to one phase is provided. The digital control circuit 1 includes a digital signal processor DSP and an inverter control circuit 4.
[0013]
The position detection device 2 is generated by an excitation phase selection circuit 5 for applying a voltage to one phase selected from the three-phase windings (U phase, V phase and W phase) of the stator R, and the other two phases. The voltage comparison phase selection circuit 6 for taking in the voltage waveform, the voltage maximum value comparison circuit 7 for comparing the maximum values of the two-phase voltage waveforms input from the voltage comparison phase selection circuit 6, and the input from the voltage comparison phase selection circuit 6 A voltage waveform slope comparison circuit 8 for comparing the positive and negative slopes of the two-phase voltage waveforms is provided.
[0014]
The above driving device determines one phase (excitation phase) to which a voltage is applied in the digital signal processor DSP, and sends the command signal to the excitation phase selection circuit 5 so that the voltage from the slidac 3 is applied to the selected one phase. Apply. At the same time, the digital signal processor DSP determines two phases (non-excited phases) to which no voltage is applied, and sends the command signal to the voltage comparison phase selection circuit 6 to generate voltage waveforms generated in the other two phases. And the same voltage waveform is input to the voltage maximum value comparison circuit 7 and the voltage waveform slope comparison circuit 8.
[0015]
As shown in FIG. 2 (a), the voltage maximum value comparison circuit 7 has an amplifier circuit 9A, 9B and peak hold circuits 10A, 10B, and a comparator 11 for inputs 1 and 2 corresponding to two phases. When the maximum value of the voltage waveform obtained from the peak hold circuit 10A of the input 1 is larger than the maximum value of the voltage waveform obtained from the peak hold circuit 10B of the input 2 (input 1> input 2) On the other hand, “High” is output from the comparator 11, and “Low” is output in the opposite case.
[0016]
As shown in FIG. 2 (b), the voltage waveform slope comparison circuit 8 has a low-pass filter 12, a differentiator 13, an inverter 14 and respective

peak hold circuits

15A, 15A, 15B and a comparator 16 are provided. The voltage waveform slope comparison circuit 8 inputs the voltage waveform that has passed through the low-pass filter 12 to the differentiator 13 and replaces the magnitude of the positive slope (the slope of the rising part of the waveform) in the original waveform with a positive maximum value. At the same time, the magnitude of the negative slope in the original waveform (the slope of the falling part of the waveform) is replaced with the negative maximum value.
[0017]
Next, the waveform that has passed through the differentiator 13 is input to one peak hold circuit 15A, and the waveform inverted by the inverter 14 is input to the other peak hold circuit 15B. Compares the magnitudes of the positive and negative slopes of the original waveform, and when the maximum value of the positive slope is smaller than the maximum value of the negative slope (positive slope <negative slope), “High ”Is output, and in the opposite case,“ Low ”is output. As the voltage input to the voltage waveform inclination comparison circuit 8, the phase having the smaller maximum value is selected from the two phases (non-excitation phase).
[0018]
In the rotor position detection method of the present invention, a voltage is applied to any one of the three-phase windings of the stator S using the position detection device 2 having the above-described configuration. The comparison result of the maximum value of the voltage waveform generated in the phase and the comparison result of the positive and negative slopes of the voltage waveform, that is, the “High” and “Low” signals from the voltage maximum value comparison circuit 7 and the voltage waveform slope comparison circuit The position of the rotor R is detected based on the “High” and “Low” signals from 8.
[0019]
Here, the principle of detecting the position of the rotor R based on the comparison results of the maximum value of the voltage waveform generated in the two non-excitation phases and the positive / negative slope will be described in more detail.
[0020]
In the electric motor PM, as shown in FIG. 1A, the state in which the U-phase winding axis of the three-phase windings and the center of the N pole coincide with each other is set to 0 degree, and in this state, the single phase is set to the U phase. When an AC voltage is applied, the magnetic flux generated from the N pole of the permanent magnet is equally divided into the V phase and the W phase and reaches the S pole as indicated by arrows in the figure. At this time, the combined magnetic flux with the permanent magnet increases or decreases depending on the polarity of the U-phase current, and the magnetic flux in the iron core increases when a negative current flows through the U-phase winding that is the excitation phase. Phase and W phase iron cores are saturated. As a result, the voltages shown in FIG. 3A are generated in the non-excited phase V and W. Then, when the rotor R is rotated counterclockwise from the state shown in FIG. 1A and a voltage is applied to the U phase every 30 degrees, the magnetic flux that interlaces with the U phase winding depending on the position of the rotor R. Since the number changes, the total amount of magnetic flux in the winding changes, and as shown in FIGS. 3A to 3H and FIGS. 4A to 4E, voltage waveforms generated in the V phase and the W phase. Changes.
[0021]
When the harmonic analysis of the voltage waveform is performed, the waveform includes the second harmonic, and the maximum value of both voltage waveforms is switched approximately every 90 degrees as shown in FIG. The phase of the second harmonic is 0 degree or 180 degrees as shown in FIG. 6 and is switched every half cycle for each phase. Further, both voltage waveforms have a large positive inclination (inclination of the rising portion) in the state of 0 degree shown in FIG. 3A, and the inclination changes as the rotation angle advances, and 180 degrees shown in FIG. 3G. In this state, the positive slope becomes smaller. Furthermore, as shown in FIG. 7, the second harmonic component of the content ratio of the second harmonic of both voltage waveforms increases in the phase with the smaller maximum value of the induced voltage.
[0022]
Table 1 shows a comparison result between the rotation angle of the rotor R and the maximum value of the voltage waveform generated in the two non-excitation phases (V phase and W phase), and Table 2 shows the rotation angle of the rotor R. And the comparison result of the positive / negative inclination of the voltage waveform which arose in two non-excitation phases is shown. Table 3 shows a summary of both comparison results, which shows the relationship between the rotation angle of the rotor R, the maximum value of the voltage waveform, and the size of the positive and negative slopes of the voltage waveform. Note that the voltage waveform of the non-excited phase having the smaller voltage maximum value of the two non-excited phases is used for comparison of the magnitude relationship between the positive and negative slopes of the voltage waveform.
[0023]
[Table 1]

[0024]
[Table 2]

[0025]
[Table 3]

[0026]
As shown in Table 3, in the voltage waveforms generated in the two non-excited phases, it is clear that the magnitude relationship between the maximum values and the magnitude relationship between the positive and negative slopes can be information on the rotational position of the rotor R.
[0027]
And the comparison of the magnitude relationship regarding said voltage can be performed with the drive device containing the position detection apparatus 2 mentioned above, and the characteristic of the voltage waveform of the non-excitation phase shown in Table 3 is as shown in FIG. Each comparison result of the voltage maximum value comparison circuit 7 and the voltage waveform inclination comparison circuit 8, ie, “High” and “Low” signals corresponding to the rotation angle, is expressed by “High” and “Low” every 90 degrees. Four pieces of reference data obtained by combining are obtained. In other words, the rotation angle of the rotor R is obtained from a combination of both comparison results (a combination of “High” and “Low”).
[0028]
Therefore, in the driving device including the position detection device 2, the above-described reference data is acquired, and when the position of the rotor R is detected before starting, a voltage is applied to the selected one phase. For voltage waveforms generated in two phases, the maximum value is compared with the positive and negative slopes. As a result, for example, when “Low” is output from the voltage maximum value comparison circuit 7 and “High” is output from the voltage waveform slope comparison circuit 8, referring to FIG. It can be seen that the rotation angle is in degrees.
[0029]
Further, in the rotor position detection method of the present invention, in order to further improve the position detection accuracy of the rotor R, for each phase of the three-phase winding of the stator S, voltage application to one phase and other A comparison of maximum values of voltage waveforms generated in two phases and a comparison of positive and negative slopes are performed.
[0030]
In this case, since the U phase, the V phase, and the W phase are arranged at intervals of 120 degrees, as shown in FIG. 9, the voltage waveforms of the V phase and the W phase when the U phase is the excitation phase are shown. Compared to the comparison result (upper stage), the comparison result (middle stage) of the U-phase and W-phase voltage waveforms when the V-phase is the excitation phase is shifted by 120 degrees. The comparison result of the U-phase and V-phase voltage waveforms (lower stage) is further shifted by 120 degrees. Therefore, in this case, 12 reference data are obtained every 30 degrees by comparing the magnitude relations of the previous voltages, and it is clear that the position detection accuracy of the rotor R is further improved.
[0031]
The position detection result of the rotor R obtained as described above is used for controlling the inverter Iv in the drive device shown in FIG. When the position detection of the rotor R is completed, the driving device shuts off the position detection device 2 and inputs a position detection signal from the digital signal processor DSP to the inverter control circuit 4 to detect the position of the magnet M1, the rotor R. The inverter Iv is controlled so that an N pole or an S pole is generated at the iron core head of each phase facing M2.
[0032]
At this time, in practice, a control pattern (pattern for selecting an excitation phase) of the inverter Iv may be set in advance corresponding to the reference pattern shown in FIGS. It is possible to promptly shift from the detection to the inverter control and start the motor PM smoothly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view (a) illustrating a permanent magnet synchronous motor and a block diagram (b) illustrating a driving device including a position detection device.
FIG. 2A is a block diagram for explaining a voltage maximum value comparison circuit, and FIG. 2B is a block diagram for explaining a voltage waveform inclination comparison circuit.
FIG. 3 is graphs (a) to (h) showing voltage waveforms generated in a non-excitation phase every 30 degrees.
4 is graphs (a) to (e) showing voltage waveforms generated in a non-excited phase every 30 after FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a rotation angle of a rotor and a maximum value of a voltage waveform generated in a non-excitation phase.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the rotor and the phase of the second harmonic of the voltage waveform generated in the non-excitation phase.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the rotation angle of the rotor and the content ratio of the second harmonic.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing output signals of a voltage maximum value comparison circuit and a voltage waveform inclination comparison circuit with respect to the rotation angle of the rotor using the U phase as an excitation phase.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing output signals of a voltage maximum value comparison circuit and a voltage waveform inclination comparison circuit with respect to the rotation angle of the rotor, with each phase as an excitation phase in order.
[Explanation of symbols]
PM Permanent magnet synchronous motor R Rotor S Stator 5 Excitation phase selection circuit 6 Voltage comparison phase selection circuit 7 Voltage maximum value comparison circuit 8 Voltage waveform slope comparison circuit

Claims

永久磁石同期電動機において起動前の回転子の位置を検出する方法であって、固定子の三相巻線の一相に電圧を印加し、電圧を印加しない他の二相である非励磁相に発生した電圧波形を検出して、回転子の所定の回転角度毎における両非励磁相の電圧波形の最大値の大小関係と、同じく回転子の所定の回転角度毎における電圧最大値が小さい方の非励磁相の電圧波形の正負の傾きの大小関係とに基づいて、回転子の位置を検出することを特徴とする永久磁石同期電動機における回転子の位置検出方法。A method for detecting the position of a rotor before starting in a permanent magnet synchronous motor, in which a voltage is applied to one phase of a three-phase winding of a stator and a non-excited phase that is the other two phases without applying a voltage. The generated voltage waveform is detected, and the relationship between the maximum values of the voltage waveforms of both non-excitation phases at each predetermined rotation angle of the rotor and the smaller voltage maximum value at each predetermined rotation angle of the rotor A rotor position detection method in a permanent magnet synchronous motor, wherein the rotor position is detected based on a magnitude relationship between positive and negative slopes of a voltage waveform of a non-excitation phase .

固定子の三相巻線の各相について、一相への電圧の印加と、他の二相である非励磁相に発生した電圧波形の最大値の比較及び電圧最大値が小さい方の非励磁相の電圧波形の正負の傾きの比較を行うことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機における回転子の位置検出方法。For each phase of the three-phase winding of the stator, apply a voltage to one phase, compare the maximum value of the voltage waveform generated in the other two non-excitation phases , and de-excitation with the smaller voltage maximum value The rotor position detection method in a permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the positive and negative slopes of the phase voltage waveforms are compared.

永久磁石同期電動機において起動前の回転子の位置を検出する装置であって、固定子の三相巻線から選択した一相に電圧を印加するための励磁相選択回路と、電圧を印加しない他の二相である非励磁相に発生した電圧波形を取り込むための電圧比較相選択回路と、電圧比較相選択回路から入力した二相の電圧波形の最大値を比較する電圧最大値比較回路と、電圧比較相選択回路から入力した二相の電圧波形の正負の傾きを比較する電圧波形傾き比較回路を備え、
電圧最大値比較回路が、回転子の所定の回転角度毎における両非励磁相の電圧波形の最大値の大小関係を比較し、
電圧波形傾き比較回路が、回転子の所定の回転角度毎における電圧最大値が小さい方の非励磁相の電圧波形の正負の傾きの大小関係を比較することを特徴とする永久磁石同期電動機における回転子の位置検出装置。A device for detecting the position of a rotor before starting in a permanent magnet synchronous motor, an excitation phase selection circuit for applying a voltage to one phase selected from a three-phase winding of a stator, and other than applying a voltage A voltage comparison phase selection circuit for capturing a voltage waveform generated in a non-excitation phase that is a two-phase voltage, a voltage maximum value comparison circuit for comparing the maximum values of the two-phase voltage waveforms input from the voltage comparison phase selection circuit, A voltage waveform slope comparison circuit that compares the positive and negative slopes of the two-phase voltage waveforms input from the voltage comparison phase selection circuit ,
The voltage maximum value comparison circuit compares the magnitude relationship between the maximum values of the voltage waveforms of both non-excitation phases at each predetermined rotation angle of the rotor,
Rotation in a permanent magnet synchronous motor characterized in that the voltage waveform slope comparison circuit compares the magnitude relationship between the positive and negative slopes of the voltage waveform of the non-excitation phase with the smaller maximum voltage value for each predetermined rotation angle of the rotor Child position detection device.