JP5194838B2 - 交流同期モータの磁極位置推定方法 - Google Patents

Description

この発明はリニアモータを含む交流同期電動機の磁極位置の検出に関するものである。

交流同期電動機を用いたサーボ制御においては、トルクを有効に発生させる為に電流をモータの磁束方向であるｄ軸とそれに直交するトルク方向であるｑ軸とに分離して各々の電流制御を行ういわゆるベクトル制御が一般に行われる。ベクトル制御を行う為には正確な磁極位置の検出が必要である。

リニアモータでは、インクリメンタルエンコーダと組合せて用いられることが多いが、インクリメンタルエンコーダは相対位置しか検出できない為、初期磁極位置の検出が必要である。初期磁極位置の検出の精度が悪いと実モータの磁極位置と制御系が検出した磁極位置とがずれてしまう軸ずれ現象が発生する。

一方、回転型モータでは、アブソリュートエンコーダと組合せて利用し、予め磁極位置を検出し保存しておくことが一般に行われる。アブソリュートエンコーダを用いた場合には、初期磁極位置の検出は必要ないが、取り付けミスがあった場合などにも軸ずれが発生する。軸ずれが発生すると、トルク制御精度の悪化や最大発生トルクの減少などが生じる。

特開２００２−２４７８８１号公報 電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１２２、Ｎｏ．９、２００２

従来技術例１として電気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１２２、Ｎｏ．９、２００２に記載の「インクリメンタルエンコーダ付きブラシレスＤＣサーボモータの磁極位置検出法と制御」の技術がある。この技術は、実モータの制御位置（以下、実モータ磁極位置）と制御系が検出した磁極位置（以下、制御磁極位置）のｄ軸位置が一致している場合、ｄ軸電流を流してもトルクが発生しないが、実モータ磁極位置と制御磁極位置がずれている場合に、ｄ軸電流を流すと軸ずれ量に応じたトルクが発生するという原理を利用している。具体的には、電流指令に磁極位置検出用の信号を印加し、制御磁極位置と実モータ磁極位置との磁極誤差で発生するトルクによるモータ速度を検出し、それをＰＩ補正したものを用いて座標変換位置を修正すると、最終的に軸ずれ量を０に収束させることができ、磁極位置が推定できるというものである。

しかしながら外乱が存在する場合、特に静止摩擦が大きい場合には、磁極位置推定に用いるトルク分が摩擦トルクに埋もれてしまうため、大きな推定誤差が残ってしまう問題がある。この問題点に対して、磁極位置検出用の信号の振幅を大きくすることにより推定誤差を削減することが従来技術では提案されているが、その場合には、磁極位置推定時のモータの移動量が大きくなる、騒音が大きくなる、などの課題がある。また、電流振幅にはアンプ容量による限界が存在するため、磁極位置検出用の信号の振幅を大きくすることによって推定誤差を削減するという手法には限界があるという課題がある。

一方、特開２００２−２４７８８１号公報に記載の技術がある。この技術は、モータに磁極位置検出用の電流を印加し、それによって発生した磁界に向かって磁極が引き付けられるときの位置情報を読み取って、それを元に磁極位置を推定する。このときに、電流を印加する位相を、基準位相＋０度、基準位相＋１８０度、基準位相−９０度、基準位相＋９０度と振ってその都度の変位情報を検出し、その変位情報から磁極位置を推定するというものである。検出用の電流位相を基準位相−９０度、基準位相＋９０度に振った結果を用いて磁極位置を計算するため、静止摩擦の影響による磁極検出精度の悪化を削減することが可能となる。

しかしながら以下の課題がある。第１に、適当に短い時間だけ指令を印加し、且つすぐに指令を印加する方向を短時間で切り替えることで移動量を小さくするという手法を用いており、位置あるいは速度のフィードバック制御ループによりモータの移動量を制御する方式ではないので、例えば推定用信号の振幅に対して摩擦が極めて小さい場合など、条件によってはモータの実移動量を十分に小さくできないという課題がある。更にこの方式はフィードバック制御のような収束動作ではないため収束したら次のシーケンスに切り替えるというような方法が使えず、切り替える時間を適当に設定する必要がありその調整が難しいという課題がある。

第２に、対角な界磁位相指令をペアで順次発生することにより、微小回転量として尚且つ回転位置が元に戻るようになるとの記載があるが、磁極位置検出時に位置あるいは速度のフィードバック制御ループを組んでいない為、一回の検出モードにおいて元の位置に戻るような動作は行われず、検出開始前後の磁極位置が同一となることが保証されないという課題がある。正方向と負方向で外乱が異なる場合などには、検出開始前後のモータ位置が異なってしまうという課題がある。特に検出動作を多数繰り返すと徐々に位置がずれていくという課題がある。この課題に対して従来技術では位置・速度制御装置を有する構成について記載がされているものの、通常用いられる位置・速度制御ループでは磁極位置がずれている場合にはループが正常に働かないので記載の構成は意味を成していない。

第３に、本技術例では、磁極推定にアークタンジェントを用いるため、演算負荷が大きく、演算時間がかかるという課題がある。

上記課題を解決するため、本発明は、モータ検出器による検出結果を位置または速度制御器に入力してモータの位置または速度を制御し、位置または速度制御器の出力である磁極誤差推定値を用いて座標変換を行い、モータに印加する電圧または電流の位相を変換し、磁極誤差推定値をモータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づけることにより、磁極位置を推定する磁極位置推定方法において、予め定められた基準位相から＋αの位相の第１の磁極誤差推定値を入力する第１の磁極誤差入力ステップと、第１の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を正方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差真値に近づける正方向移動ステップと、正方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第１の磁極誤差推定収束値を記憶する第１の移動位相記憶ステップと、基準位相から−αの位相の第２の磁極誤差推定値を入力する第２の磁極誤差入力ステップと、第２の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を負方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差真値に近づける負方向移動ステップと、負方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第２の磁極誤差推定収束値を記憶する第２の移動位相記憶ステップと、第１の移動位相記憶ステップと、第２の移動位相記憶ステップにより記憶された磁極誤差推定収束値に基づいて真の磁極位置を推定する磁極位置推定ステップと、を備えたものである。

モータ検出器による検出結果を位置または速度制御器に入力して該モータの位置または速度を制御し、位置または速度制御器の出力である磁極誤差推定値を用いて座標変換を行い、モータに印加する電圧または電流の位相を変換し、磁極誤差推定値をモータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づけることにより、磁極位置を推定する磁極位置推定方法において、予め定められた基準位相から＋αの位相の第１の磁極誤差推定値を入力する第１の磁極誤差入力ステップと、第１の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を正方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差真値に近づける正方向移動ステップと、正方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第１の磁極誤差推定収束値を記憶する第１の移動位相記憶ステップと、基準位相から−αの位相の第２の磁極誤差推定値を入力する第２の磁極誤差入力ステップと、第２の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を負方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差真値に近づける負方向移動ステップと、負方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第２の磁極誤差推定収束値を記憶する第２の移動位相記憶ステップと、第１の移動位相記憶ステップと、第２の移動位相記憶ステップにより記憶された磁極誤差推定収束値に基づいて真の磁極位置を推定する磁極位置推定ステップと、とから構成されるために、推定用信号の振幅を大きくしなくても静止摩擦力による検出誤差を削減できる。また、検出動作時のモータの移動量を削減でき、検出開始前後の磁極位置が同一となり、磁極を推定する差異の演算負荷は小さく演算時間が短くてすむ。

実施の形態１．
本実施の形態における交流同期モータの磁極位置推定装置の構成を説明する。図１は本実施の形態における磁極位置検出の制御ブロックの構成図を示す。

電流制御部１はｄｑ軸電流指令とｄｑ軸電流フィードバック値とにより電流制御を行ってｄｑ軸電圧指令を出力する。電流制御は一般には比例積分制御が行われる。ｄｑ／ｕｖｗ座標変換部２は、後述する制御磁極位置情報を元にｄｑ軸電圧を座標変換し三相電圧を出力する。インバータ部３は電圧指令に基づいて電力変換を行い、モータ５を駆動する電圧を発生させる。ｕｖｗ/ｄｑ座標変換部４は、制御磁極位置情報を元に三相電流を座標変換しｄｑ軸電流フィードバック値を出力する。電気角演算部７はモータの回転部あるいは可動部に接続された検出器６で検出した実モータ位置を電気角位置に変換する。位置/速度制御部８は制御磁極位置であるモータ位置指令（θｍ*）と検出器６で検出したモータ磁極位置であるモータ位置（θｍ）より位置制御あるいは速度制御を行い磁極誤差推定値（θe）を出力する。なお、制御磁極位置情報は、電気角演算部７から出力された電気角位置に位置/速度制御部８からの磁極誤差推定値（θe）を加算したものを制御磁極位置（θce）として用いている。

次に図２を用いて位置/速度制御部８の一例を詳細に説明する。図２は位置比例制御かつ速度積分制御にて構成した例である。位置比例ゲイン部１０１はモータ位置指令（θｍ*）とモータ位置（θｍ）の偏差に位置比例ゲインを乗算してモータ速度指令を出力する。速度演算部１０２はモータ位置を微分もしくは類似動作を行ってモータ速度を演算する。速度比例ゲイン部１０３はモータ速度指令とモータ速度の偏差に速度比例ゲインを乗算する。速度積分演算部１０４はモータ速度指令とモータ速度の偏差に速度積分ゲインを乗算しその結果を積分器に加算する。位置・速度制御部出力である磁極誤差推定値は速度比例ゲイン部１０３と速度積分演算部１０４の出力を加算したものとする。この位置/速度制御部８により、磁極誤差推定値は、モータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づく。

次に図３を用いて本実施の形態における磁極位置推定方法を説明する。推定用電流信号Iｐとして一定振幅の直流信号を印加したとき、制御磁極位置と実モータ磁極位置に磁極誤差が存在すると、この磁極誤差に応じた誤差トルクが発生する。正方向にずれている場合には正の誤差トルクが発生し、負方向にずれている場合には負の誤差トルクが発生するので、モータはその誤差トルクが外乱トルクとして働くことによりモータ位置が移動することを利用して、磁極位置を推定するものである。ここでは、誤差トルクである外乱トルクを発生させる方法として、ｄ軸電流に固定の推定用信号を印加し、磁極誤差推定値を真の磁極位置からずらす方法を採用する。

本実施の形態では、モータ位置を移動させない制御をするために、あらかじめ、モータ位置指令（θｍ*）＝０を与えておく。位置/速度制御部８は検出器６で検出したモータ位置（θｍ）の変化に応じて位置・速度制御を行い、正方向に移動している場合には正の磁極誤差推定値を、負方向に移動している場合には負の磁極誤差推定値を出力する。得られた磁極誤差推定値で制御磁極位置をモータ電気角位置に加算して制御磁極位置を更新していくことで推定用電流信号を印加する方向を変化させ、誤差トルクを減少させる方向に制御が行われ、最終的には誤差トルクが０になり、モータ位置が停止したところで収束し、磁極誤差推定値は、磁極誤差真値に近づく。そのときの磁極誤差量はほぼ０となる。以上のような動作によって磁極位置推定が行われる。

また磁極誤差推定値を入力した場合、磁極位置推定によりモータ位置が移動すると、モータ位置指令（θｍ*＝０）とモータ位置（θm）に偏差が発生するため、その偏差を抑制する方向に位置/速度制御部８は動作し、出力である磁極誤差推定値によって図１のｄｑ／ｕｖｗ座標変換部２、ｕｖｗ/ｄｑ座標変換部４に用いる制御磁極位置を制御する。モータ位置指令（θｍ*＝０）とモータ位置（θm）に偏差が存在する間は、図２の速度積分演算部１０４の積分器に値が蓄積されていき、磁極誤差推定値の出力を操作し続けるので、モータ位置（θm）がモータ位置指令（θｍ*＝０）に近づき、最終的に収束値に達した時点ではモータ位置指令（θｍ*＝０）とモータ位置（θm）の偏差が０になる。以上の動作により本構成では磁極誤差推定値は、磁極誤差真値に近づき、磁極位置推定と同時にモータの速度・位置制御が行われる。即ち、モータ検出器６による検出結果を位置または速度制御器８に入力してモータの位置または速度を制御し、位置または速度制御器８の出力である磁極誤差推定値（θe）を用いて座標変換を行い、モータに印加する電圧または電流の位相を変換し、磁極誤差推定値（θe）をモータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づけることにより、磁極位置を推定するものである。

次に実施の形態１における磁極位置推定シーケンスを図３に示す。まず、シーケンスＳ１では、磁極誤差推定値の初期値を、適当な角度の状態（例えば、β）で、磁極位置推定を実施する。次にシーケンスＳ２において、シーケンスＳ１の磁極誤差推定値の収束値から−略９０度もしくは＋略９０度ずれた位置を磁極誤差推定値（シーケンスＳ１においてβがプラスの場合には−略９０度であり、シーケンスＳ１においてβがマイナスの場合には＋略９０度である）の初期値として設定して磁極位置推定をし、基準位相を算出する。

次にシーケンスＳ３において、シーケンスＳ２の磁極誤差推定値の収束値である基準位相から＋９０度ずらした位置を磁極誤差推定値の初期値として設定して磁極位置推定を実施しその収束値を記憶する。次に、シーケンスＳ４において、シーケンスＳ２の磁極誤差推定値の収束値である基準位相から−９０度ずらした位置を磁極誤差推定値の初期値として設定し磁極位置推定を実施しその収束値を記憶する。なお、本実施の形態では、Ｓ３及びＳ４において、±９０度ずらすとして説明したが、本願発明はこれに限られるものではなく、Ｓ３とＳ４との磁極誤差推定値は正負が逆であれば良く、例えば±αでも良い。

最後にシーケンスＳ５において、シーケンスＳ３とシーケンスＳ４で得られた磁極誤差推定値の収束値の平均値を取ってそれを最終の磁極誤差推定値とする。

磁極誤差推定値（θe）の初期値の入力は、実施の形態１においては、図２の速度積分演算部１０４の積分更新値に入力することにより可能である。シーケンス完了時点において、磁極誤差推定値（θe）の収束値は、図２のような構成であった場合、速度積分演算部１０４の積分更新値がほぼその値となる。したがって、積分更新値を読み出し、その値にずらす値を加減算した結果を、再度設定しなおすことによって次のシーケンスにおける初期値とすることが可能である。

シーケンスＳ１、Ｓ２の目的は、磁極位置を１８０度ずれて誤推定してしまうことを防ぐことにある。図１で説明した制御ブロックによる磁極位置推定では、磁極誤差が１８０度近傍の場合には誤差トルクが発生しないため、磁極位置推定ができない。すると一度のシーケンス完了後では磁極誤差０度もしくは１８０度のどちらの状態にあるか分離ができない。そこで、シーケンスＳ１、Ｓ２のように９０度ずらして励磁することにより１８０度ずれた状態でも必ず磁極位置推定が働くようにすることが可能となる。上記の結果、シーケンスＳ２の完了時には磁極ずれ量はほぼ０となっており、制御磁極位置はモータ磁極位置にほぼ一致することになる。

シーケンスＳ３、Ｓ４の目的は、静止摩擦の影響を除去することにある。静止摩擦が存在すると、磁極位置推定に用いる誤差トルクが静止摩擦に掴まった時点で、磁極位置推定が完了してしまうため、磁極ずれが残ってしまう。正の静止摩擦に掴まった場合には正の磁極ずれが、負の静止摩擦に掴まった場合には負の磁極ずれが残る。そこでシーケンスＳ３、Ｓ４により磁極誤差推定値の初期値を正方向と負方向に変更したシーケンスを行うことで、正方向動作と負方向動作を行って得られる正の磁極ずれを含む磁極誤差推定値と負の磁極ずれを含む磁極誤差推定値とから真の磁極誤差推定値を推定することで、静止摩擦による推定誤差を削減することが可能となる。正方向動作時と負方向動作時の静止摩擦の大きさが同一であれば完全にキャンセルできることになるため、理論的には推定誤差を完全に０にすることが可能である。

静止摩擦の影響をキャンセルするために、本実施の形態では正方向動作時と負方向動作時の磁極誤差推定値の平均値を取っているが、静止摩擦を陽に推定してその結果を用いて真の磁極誤差推定値を計算しても良い。直流電流信号Ipを印加した場合、静止摩擦の大きさは下式で求めることができる。

なおシーケンスＳ２の動作方向による条件分岐を用いれば、シーケンスＳ３、Ｓ４のいずれかを削減することも可能である。

また各シーケンスの磁極誤差推定値の収束値としては、位置/速度制御部８の出力の値を用いることとしているが、位置あるいは速度の積分制御を行っている場合には積分項出力を利用しても良い。また位置制御を組んだ状態であれば制御磁極位置情報を利用しても良い。

ここで位置・速度制御ゲインの設計方法ついて説明する。１シーケンス内におけるモータ位置θmの最大移動量△θmaxは、下式を用いて概略値を求めることができる。

ここでKtはトルク定数、Ipは重畳信号振幅、θerr0は初期磁極ずれ量、Jtはトータル慣性、Wsceは速度制御の比例応答帯域、Wspieは速度制御の積分帯域である。従って上式より逆算すれば、△θmaxの目標移動量を得るために必要な速度制御ゲインWsce、Wspieが計算できる。具体的には下式を用いて速度制御の帯域Wsceを設計すれば、概略目標移動量を得られることになる。

ここでNは速度制御積分帯域の比例応答帯域に対する比率であり一般的なPI制御時の比率で設定する。また位置制御を行う場合は、位置制御応答帯域は上式における速度制御の比例応答帯域よりもある程度小さい値で設定しておけば良い。応答帯域を高く設定することで磁極位置推定時のモータ位置移動量を極めて小さくなるように動作させることが可能となるが、適切でない応答帯域を設定すると不安定になってしまったり、ノイズで検出誤差が増大するなどの悪影響が発生する。前述のように位置・速度制御ゲインを設計してやれば、磁極位置推定時のモータ位置移動量の目標値に対して適切な制御ゲインで動作させることが可能になる。

図４に本実施の形態におけるモータ位置（θm）の動作波形例を示す。図のように一回のシーケンス毎のモータ位置（θm）がモータ指令位置（θｍ*＝０）である元の位置に戻ってくるように動作させるため、複数回のシーケンスを繰り返してもモータ位置（θm）が磁極位置推定前の位置からずれていくことがない。

この実施の形態１を適用した場合は、以下の効果が得られる。従来技術例１に対しては、少ない電流で静止摩擦の影響を除去した高精度な磁極位置推定を実施することが可能となる。また電流が少ないことから、磁極位置推定動作時の移動量や騒音を大きくしてしまうという問題を発生させないメリットがある。

また従来技術例２に対しては、磁極位置がずれていても正常に動作する位置・速度制御ループを有することにより、より移動量の少ない磁極位置推定が可能となる。また位置制御を組んだ場合には磁極位置推定動作前後のモータ位置（θm）を同一に保つことが可能であり、シーケンスを複数回繰り返しても位置がずれていくことはない。

更に、本構成を実装する場合は、一般的なサーボ制御ループにアドオンするだけの構成とすることが可能であり、非常に小さなソフトウェア負荷で実現が可能である。計算手段についても割り算及びアークタンジェントなどの三角関数演算を利用しないため、演算負荷が軽減され、極めて短時間でリアルタイムに精度よく検出を行うことが可能である。

また、モータの電気的突極性を利用しないため、表面磁石モータなどの非突極性モータでも利用することが可能である。

また、シーケンスＳ２、Ｓ３、Ｓ４において正常動作した場合には必ずモータ位置（θm）あるいはモータ速度の微動が発生するため、モータ位置（θm）あるいはモータ速度が発生しない場合には誤動作しているとみなすことにより、磁極位置の誤検出防止が可能となる。

また静止摩擦を陽に推定した場合には、その静止摩擦推定値を磁極検出後のサーボ制御時に活用することも可能である。また磁極誤差推定値の収束値として積分項出力を利用した場合にはノイズの影響を受けにくいメリットがある。更に磁極誤差推定値の初期値設定に速度積分演算部１０４の積分更新値を利用した場合には積分器のメモリの中身を書き換えるだけなので演算が容易になるというメリットがある。

実施の形態２．
図５は本実施の形態における磁極位置検出の制御ブロックの構成図を示す。図５で示す構成要素のうちで図１に示した構成要素と共通するものについては同じ参照符号を付してその説明を省略する。

実施の形態１では、誤差トルクである外乱トルクを発生させる方法として、ｄ軸電流に固定の推定用信号を印加し、磁極誤差推定値を真の磁極位置からずらす方法を採用したが、本実施の形態においては、磁極誤差がない状態（制御磁極位置と実モータ磁極位置が一致している状態）で、推定用信号をｄ軸から位相のずれたところに印加する方法を採用する。具体的には、図５に示すように、印加信号座標変換部９によりｄｑ軸電流指令を生成する点である。なお、実施の形態２の制御ブロック構成においては、印加信号座標変換部９で用いるθp=０を座標変換原点として実施の形態１の構成と等価とする。

実施の形態２のシーケンスにおいては、実施の形態１で磁極誤差推定値の初期値をシーケンス毎に変更していたものを、磁極誤差推定値の変わりに推定用電流信号の印加位相をシーケンス毎に変更するのみで、それ以外は同一である。これは推定動作を行うための外乱トルクを磁極誤差推定値の初期値で与えるか、推定用印加信号の位相で与えるかの違いのみで本質的な差異は無い。従って上記のシーケンスを行うことによって実施の形態１と同一の原理で静止摩擦による影響を抑制する磁極位置推定を行うことが可能となる。

本実施の形態の効果は、基本的には実施の形態１と同一である。本実施の形態のメリットは位置・速度制御に積分制御を用いない方法を利用することもでき、演算量の削減が可能である。

実施の形態３．
図６は本実施の形態における磁極位置検出の制御ブロックの構成図を示す。図６で示す構成要素のうちで図１に示した構成要素と共通するものについては同じ参照符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３の構成で実施の形態１と異なる点は、磁極誤差を発生させるために、磁極誤差推定値を真の磁極位置からずらす方法ではなく、磁極誤差がない状態で、推定用信号をｄ軸から位相のずれたところに印加する方法を採用すること、すなわち、印加信号座標変換部９によりｄｑ軸電流指令を生成する点と、及び、位置/速度制御部８の出力をモータ電気角に加算せずに、印加信号座標変換部９の座標変換位置として用いる点である。実施の形態２の制御ブロック構成と比較すると、位置/速度制御部８から出力される磁極誤差推定値の座標変換を電流制御前に行うか、電流制御後に行うかという点が異なり、実施の形態２．と同様の磁極位置推定動作を行うことが可能となる。

本実施の形態の効果は、基本的には実施の形態１と同一である。本実施の形態のメリットとしては、dq/uvw座標変換部やuvw/dq座標変換部の座標変換位置（制御側磁極位置）の部分のソフトウェアを変更する必要が無いため、後から磁極推定機能を追加実装する場合には有利である。

実施の形態４．
図７は本実施の形態における磁極位置検出の制御ブロックの構成図を示す。図７で示す構成要素のうちで図１に示した構成要素と共通するものについては同じ参照符号を付してその説明を省略する。

実施の形態４の構成は、実施の形態３の構成から、uvw/dq座標変換部４によるdq軸電流演算および電流制御部１による電流制御を廃し、推定用電流信号を印加する代わりに推定用電圧信号を印加するように変更したものである。直流および低周波では電流と電圧の位相はほぼ同位相であるので実施の形態３とほぼ同じ動作が期待される。

本実施の形態では他の実施の形態に比べて磁極位置推定演算時の演算量を大幅に削減することができる。また何らかの理由で電流制御ループが組めない場合にも本実施の形態は適用することが可能である。例えば電流センサが存在しない場合や故障した場合などにも適用できる。

本発明における検出用信号振幅や磁極誤差推定初期値の大きさを、シーケンス内もしくはシーケンス毎に徐々に変更していくなどの工夫は容易に可能である。例えば検出用信号振幅をシーケンス内で徐々に大きくしていったり、磁極誤差推定初期値をシーケンス毎に徐々に小さくしていくなどの方法により、検出時間は長くなるが、より小さいモータ移動量でより精度の良い検出を行うことが可能となる。

また本実施の形態における位置・速度制御部の構成は図２に限るものではなく、例えば位置比例・積分・微分制御等でも実施の形態と同一の動作を行うことが可能である。また磁極位置推定前後のモータ位置（θm）を同一に保つことが厳密に必要でなければ、位置制御を行わず、速度指令とモータ速度に基づく速度比例・積分制御を行っても良い。この場合でも少ない移動量で精度の良い磁極位置推定が得られるという効果は同様に得ることができる。実施の形態２〜４の場合には、更にモータ移動量の許容値に余裕があるならば、速度比例制御を行っても良い。

また実施の形態１〜３では推定用信号として電流信号を印加しているが、電流ループを組んだ状態で推定用電圧信号を重畳して印加するような形態や、制御磁極位置に推定用信号を加算するような形態も可能である。磁極位置推定のための外乱トルクをどこで印加するかというだけの問題であるので、その他の様々な形態を取る事が可能である。

また実施の形態１〜２では実モータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差を推定する形となっているが、直接制御磁極位置を推定するような形態をとることも可能である。例えば座標変換に用いる制御磁極位置情報は、電気角演算部７から出力された電気角位置に位置/速度制御部８からの磁極誤差推定値（θe）を加算したものを制御磁極位置（θce）として用いているが、これを、位置/速度制御部８からの出力をそのまま制御磁極位置（θce）として用いている形に変更すればよい。

本発明の実施の形態１における制御ブロック構成を示す図である。 位置・速度制御部の制御ブロック図の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１における磁極位置推定のシーケンスを示す図である。 本発明の実施の形態１における磁極位置推定動作時のモータ位置（θm）の波形を示す図である。 本発明の実施の形態２における制御ブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における制御ブロック構成を示す図である。 本発明の実施の形態４における制御ブロック構成を示す図である。

符号の説明

１：電流制御部、２：ｄｑ/ｕｖｗ座標変換部、３：インバータ、４：uvw/dq座標変換部、５：モータ、６：検出器、７：電気角演算部、８：位置・速度制御部、９：印加信号座標変換部、１０１：位置比例ゲイン部、１０２：速度演算部、１０３：速度比例ゲイン部、１０４：速度積分演算部、θce：制御磁極位置、θe:磁極誤差推定値、θm:モータ位置、θm*:モータ位置指令、Ip：推定用電流信号、Vp:推定用電圧信号

Claims (8)

1. モータ検出器による検出結果を位置または速度制御器に入力して該モータの位置または速度を制御し、該位置または速度制御器の出力である磁極誤差推定値を用いて座標変換を行い、該モータに印加する電圧または電流の位相を変換し、磁極誤差推定値をモータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づけることにより、磁極位置を推定する磁極位置推定方法において、
   予め定められた基準位相から＋αの位相の第１の磁極誤差推定値を入力する第１の磁極誤差入力ステップと、
   該第１の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を正方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差真値に近づける正方向移動ステップと、
   該正方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第１の磁極誤差推定収束値を記憶する第１の移動位相記憶ステップと、
   前記基準位相から−αの位相の第２の磁極誤差推定値を入力する第２の磁極誤差入力ステップと、
   該第２の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を負方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差真値に近づける負方向移動ステップと、
   該負方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第２の磁極誤差推定収束値を記憶する第２の移動位相記憶ステップと、
   前記第１の移動位相記憶ステップと、前記第２の移動位相記憶ステップにより記憶された磁極誤差推定収束値に基づいて真の磁極位置を推定する磁極位置推定ステップと、
   を有する交流同期モータの磁極位置推定方法。
2. 前記予め定められた基準位相を推定すべく、
   任意の位相からβの位相の第３の磁極誤差推定値を入力する第３の磁極誤差入力ステップと、
   該第３の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差推定値を、第３の磁極誤差真値に近づける第３の移動ステップと、
   該第３の移動ステップによりモータの移動が収束した位相から±略９０度の位相の第４の磁極誤差推定値を入力する第４の磁極誤差入力ステップと、
   該第４の磁極誤差入力ステップにより、モータの位置を変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差推定値を、第４の磁極誤差真値に近づける第４の移動ステップと、
   該第４の移動ステップによるモータの変動が収束した際の位相を基準位相として記憶する基準位相記憶ステップと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の交流同期モータの磁極位置推定方法。
3. 磁極位置推定ステップは、
   第１の移動位相記憶ステップで記憶された第１の磁極誤差推定収束値と、第２の移動位相記憶ステップで記憶された第２の磁極誤差推定収束値との平均値に基づいて真の磁極位置を推定する
   ことを特徴とした請求項１又は請求項２に記載の交流同期モータ磁極位置推定方法。
4. モータ検出器による検出結果を位置または速度制御器に入力して該モータの位置または速度を制御し、該位置または速度制御器の出力である磁極誤差推定値を用いて座標変換を行い、該モータに印加する電圧または電流の位相を変換し、磁極誤差推定値をモータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づけることにより、磁極位置を推定する磁極位置推定方法において、
   予め定められた基準位相から＋αの位相の第１の推定用電流を印加信号座標変換部へ入力する第１の推定用電流入力ステップと、
   該第１の推定用電流入力ステップにより、モータの位置を正方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差真値に近づける正方向移動ステップと、
   該正方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第１の磁極誤差推定収束値を記憶する第１の移動位相記憶ステップと、
   前記基準位相から−αの位相の第２の推定用電流を印加信号座標変換部へ入力する第２の推定用電流入力ステップと、
   該第２の推定用電流入力ステップにより、モータの位置を負方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果を用いて、磁極誤差推定値を、磁極誤差真値に近づける負方向移動ステップと、
   該負方向移動ステップによるモータの移動が収束した際の位相である第２の磁極誤差推定収束値を記憶する第２の移動位相記憶ステップと、
   前記第１の移動位相記憶ステップと、前記第２の移動位相記憶ステップにより記憶された磁極誤差推定収束値に基づいて真の磁極位置を推定する磁極位置推定ステップと、
   を有する交流同期モータの磁極位置推定方法。
5. 前記磁極誤差推定値が前記印加信号座標変換部に入力されること
   を特徴とする請求項４に記載の交流同期モータの磁極位置推定方法。
6. 前記推定用電流信号に代えて推定用電圧信号を入力する
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の交流同期モータの磁極位置推定方法。
7. モータ検出器による検出結果を入力してモータの位置または速度を制御し、磁極誤差推定値を出力する位置または速度制御器と、
   当該速度制御器から出力された磁極誤差推定値を用いて座標変換を行う座標変換部と、
   モータに印加する電圧または電流の位相を変換しモータを制御するインバータと、
   を備え、
   予め定められた基準位相から＋αの位相の第１の磁極誤差推定値とモータの位置を正方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果とに基づいて、前記第１の磁極誤差推定値をモータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づけ、正方向へのモータの移動が収束した際の位相である第１の磁極誤差推定収束値を求め、
   前記基準位相から−αの位相の第２の磁極誤差推定値と、モータの位置を負方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果と、に基づいて、前記第２の磁極誤差推定値を磁極誤差真値に近づけ、負方向へのモータの移動が収束した際の位相である第２の磁極誤差推定収束値を求め、
   第１の磁極誤差推定収束値と第２の磁極誤差推定収束値に基づいて真の磁極位置を推定する
   ことを特徴とする磁極位置推定装置。
8. モータ検出器による検出結果を入力してモータの位置または速度を制御し、磁極誤差推定値を出力する位置または速度制御器と、
   当該速度制御器から出力された磁極誤差推定値を用いてモータに印加する印加信号の座標変換を行う印加信号座標変換部と、
   モータに印加する電圧または電流の位相を変換しモータを制御するインバータと、
   を備え、
   予め定められた基準位相から＋αの位相の第１の推定用電流を印加信号座標変換部へ入力して座標変換し、変換された電流と、モータの位置を正方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果と、に基づいて、磁極誤差推定値をモータ磁極位置と制御磁極位置との差である磁極誤差真値に近づけ、正方向へのモータの移動が収束した際の位相である第１の磁極誤差推定収束値を求め、
   前記基準位相から−αの位相の第２の推定用電流を印加信号座標変換部へ入力して座標変換し、変換された電流と、モータの位置を負方向に変動させた際のモータ検出器による検出結果と、に基づいて、磁極誤差推定値を磁極誤差真値に近づけ、負方向へのモータの移動が収束した際の位相である第２の磁極誤差推定収束値を求め、
   第１の磁極誤差推定収束値と第２の磁極誤差推定収束値に基づいて真の磁極位置を推定する、
   ことを特徴とする磁極位置推定装置。

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