JP6351913B1 - 磁極位置検出装置及びモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

モータ制御装置の磁極位置検出装置は、磁極位置を推定する演算器を備える。演算器は、インバータを構成する３つのレグの全てを動作させる三相接続電圧パルス指令と、３つのレグのうち２つのみを動作させる一相欠相電圧パルス指令とを生成し、三相接続電圧パルス指令の印加時に流れるモータ電流に基づいて推定した第１の磁極位置推定値と、一相欠相電圧パルス指令の印加時に流れるモータ電流に基づいて推定した第２の磁極位置推定値とから推定範囲を絞り込む。

Description

本発明は、工作機械といった産業用機械装置を駆動するモータの磁極位置を検出することができる磁極位置検出装置及び当該磁極位置検出装置を備えたモータ制御装置に関する。

産業用機械装置を駆動するモータの１つに同期型磁石モータがある。同期型磁石モータは、一般にロータの磁極位置に応じた電流制御が求められる。モータの磁極位置が不定のままモータを回転させようとした場合には、モータの単位電流あたりの出力トルクが小さくなり、所望の出力特性を発揮できない場合がある。モータの磁極位置は、検出器とモータ磁極との取り付け関係が既知であれば、検出器の位置データから算出できる。ところが、検出器とモータ磁極の取り付け位置がモータ毎に異なる場合がある。この場合には、位置データから正確な磁極位置を検出することはできないため、磁極位置を推定することが求められる。

加えて、産業用機械装置を駆動するモータは水平軸もしくは重力軸に用いられる場合がある。水平軸に用いられる場合では、実際にモータを駆動するのに充分な電流を供給し、モータの回転動作を見て磁極位置を推定する手法が提案されている。一方、重力軸に用いられる場合、重力軸では落下防止のため、モータを機械的に拘束しながら、つまりモータを停止状態のままモータ磁極位置を推定する必要がある。このため、モータが重力軸に用いられる場合、モータの動作から磁極位置を推定する手法を用いることができないという課題がある。

上記課題に対し、モータが機械的に拘束された状態であっても停止したまま磁極位置推定を行う種々のモータ制御装置が提案されている。

モータを停止したまま磁極位置推定を行うモータ制御装置の一例として、下記特許文献１に示されたものがある。特許文献１には、モータにインバータが出力する電圧パルスを印加した際のモータ電流を計測し、巻線の磁気飽和特性による電流振幅和の差異に基づいて磁極位置を推定する技術が開示されている。特許文献１の手法は、モータ巻線に電流を流すものの、電流値は小さくモータを回転させるトルクを発生させるものではない。このため、対象モータが機械的に拘束された固定軸だとしても、磁極位置の推定が可能となる。

特開２０００−９２８９１号公報

しかしながら、特許文献１の手法で推定した磁極位置は、インバータの出力できる電圧ベクトルに６パターンという限りがあった。このため、推定した磁極位置には、±３０°の誤差を含み、モータの出力特性を十分に発揮できないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来手法よりも高精度に磁極位置を推定することが可能なモータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る磁極位置検出装置は、同期型磁石モータの磁極位置を検出する磁極位置検出装置であって、同期型磁石モータの各相に流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、磁極位置を推定するための電圧パルス指令を生成し、同期型磁石モータを駆動するインバータに出力すると共に、電圧パルス指令によってインバータが動作する際に流れるモータ電流に基づいて磁極位置を推定する演算器と、を備える。演算器は、インバータを構成する３つのレグの全てを動作させる第１の電圧パルス指令と、３つのレグのうち２つのみを動作させる第２の電圧パルス指令とを生成し、第１の電圧パルス指令の印加時に流れるモータ電流に基づいて推定した第１の磁極位置推定値と、第２の電圧パルス指令の印加時に流れるモータ電流に基づいて推定した第２の磁極位置推定値とから推定範囲を絞り込む。

本発明によれば、従来手法よりも高精度に磁極位置を推定することが可能になる、という効果を奏する。

実施の形態１に係るモータ制御システムの構成を示すブロック図 インバータの構成例を示すブロック図 実施の形態１における演算器の細部構成を示すブロック図 実施の形態１における演算器を実現するためのハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１で使用するインバータのスイッチング状態を示す図 実施の形態１のインバータが出力可能な第１の電圧パルス指令の組を示すベクトル図 実施の形態１のインバータが出力可能な第２の電圧パルス指令の組を示すベクトル図 電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６印加時のモータ電流の変化の一例を示す図 図８に示されるモータ電流の変化の関係を用いて得られる磁極位置の第１の推定テーブルを示す図 電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２印加時のモータ電流の変化の一例を示す図 図１０に示されるモータ電流の変化の関係を用いて得られる磁極位置の第２の推定テーブルを示す図 図８及び図１０の双方に示されるモータ電流の変化の関係を用いて得られる磁極位置の第３の推定テーブルを示す図 実施の形態１における磁極位置推定処理のメインフローを示すフローチャート 図１３に示したメインフローにおける「三相接続電圧パルス印加時の推定処理」を示すフローチャート 図１３に示したメインフローにおける「一相欠相電圧パルス印加時の推定処理」を示すフローチャート 実施の形態２における演算器の細部構成を示すブロック図 推定精度切り替え機能が付加された実施の形態２におけるメインフローを示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態に係る磁極位置検出装置及びモータ制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ制御システムの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るモータ制御システムは、図１に示すように、モータ５０と、モータ５０を制御対象とするモータ制御装置３０とを備える。モータ５０は、図示を省略した回転子に永久磁石を備え、図示を省略した固定子はＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線を備えた三相のモータ巻線を有する同期型磁石モータである。

また、モータ制御装置３０は、インバータ２と、モータ５０の磁極位置を検出する磁極位置検出装置２０とを備え、磁極位置検出装置２０は、電流検出手段３と、演算器４とを備える。

磁極位置検出装置２０において、電流検出手段３は、モータ５０の各相に流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。以下、モータ５０の各相に流れる電流を「モータ電流」と呼ぶ。演算器４は、電流検出手段３が検出したモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて、モータ５０の磁極位置推定を行う。また、演算器４は、モータ５０の磁極位置推定を行う際に、磁極位置推定のための電圧パルスを生成してインバータ２に出力する。インバータ２は、電圧パルスに従って動作する。インバータ２は、図１では図示しない電圧源の直流電圧を三相の交流電圧に変換し、変換した交流電圧をモータ５０の各相に印加する。

図２は、インバータ２の構成例を示すブロック図であり、インバータ２を三相電圧型のフルブリッジインバータで構成した場合の一例を示している。インバータ２は直流電圧の供給源である電圧源１１と、電力変換主回路を成すＵ相レグ８、Ｖ相レグ９及びＷ相レグ１０とを備えている。各相のレグは、Ｕ相レグ８に示すように、上アームスイッチ６と下アームスイッチ７とが直列に接続された一対のアームが１相分のアームを構成する。Ｖ相レグ９及びＷ相レグ１０では図示を簡略化しているが、Ｕ相レグ８と同様に１相分のアームが構成される。

インバータ２では、上アームスイッチ６又は下アームスイッチ７が後述する電圧パルス指令に従ってＯＮ又はＯＦＦに制御される。これにより、電圧源１１の電圧が上アームスイッチ６又は下アームスイッチ７を介してモータ５０に印加され、モータ５０にモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。なお、モータ５０は、図示のように、モータ巻線が有するモータインピーダンス１２を各相に挿入した等価回路で模擬できる。このとき、モータ５０に流れるモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、電圧源１１、上アームスイッチ６のＯＮ時間、下アームスイッチ７のＯＮ時間、及びモータインピーダンス１２によって決定される。

図３は、実施の形態１における演算器４の細部構成を示すブロック図である。演算器４は、図３に示すように、モータ５０の磁極位置を推定するための演算を行う磁極位置演算部４ａと、磁極位置推定のための電圧パルスを生成する電圧パルス指令生成部４ｂとを備える。電圧パルス指令生成部４ｂは、詳細は後述する２種類の電圧パルス指令を生成してインバータ２に印加する。なお、２種類の電圧パルス指令の１つである第１の電圧パルス指令は、３つのレグの全てを動作させる電圧パルス指令であり、２種類の電圧パルス指令のもう１つである第２の電圧パルス指令は、３つのレグのうち２つのみを動作させる電圧パルス指令である。以下、第１の電圧パルス指令を「三相接続電圧パルス指令」と呼ぶ。また、第２の電圧パルス指令は、動作させないレグがあること、すなわち一相を欠相とすることから、「一相欠相電圧パルス指令」と呼ぶ。

図４は、実施の形態１における演算器４を実現するためのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。演算器４の機能を実現する場合には、図４に示すように、演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）１６、ＣＰＵ１６によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ１７、並びに、信号の入出力を行う入力回路１５及び出力回路１８を含む構成とすることができる。なお、ＣＰＵ１６は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ１７とは、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが該当する。

メモリ１７には、後述する演算器４の機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ１６は、入力回路１５を介してモータ電流の検出値を受領し、モータ電流の検出値に基づいて、磁極位置推定のための演算処理を実行する。推定された磁極位置の情報は、メモリ１７に保持される。また、ＣＰＵ１６は、上述した２種類の電圧パルス指令、すなわち「三相接続電圧パルス指令」及び「一相欠相電圧パルス指令」のうちの何れかを選択し、出力回路１８を介してインバータ２に出力する。

次に、実施の形態１におけるインバータ２の動作について、図５〜図７の図面を参照して説明する。図５は、実施の形態１で使用するインバータ２のスイッチング状態を示す図である。図６は、インバータ２が出力可能な第１の電圧パルス指令の組を示すベクトル図である。図７は、インバータ２が出力可能な第２の電圧パルス指令の組を示すベクトル図である。

図５は、上アームスイッチ６及び下アームスイッチ７をＯＮ又はＯＦＦに制御することでとり得るインバータ２の一相あたりのスイッチングパターンを示すものである。図５では、上アームスイッチ６をＯＮに制御し、下アームスイッチ７をＯＦＦに制御するスイッチングパターンを“１”、上アームスイッチ６をＯＦＦに制御し、下アームスイッチ７をＯＮに制御するスイッチングパターンを“０”と定義する。なお、これらのスイッチングパターンは、上記した特許文献１においても使用されていたスイッチングパターンである。

ここで、実施の形態１では、新たに上アームスイッチ６及び下アームスイッチ７を共にＯＦＦに制御するスイッチングパターンを“Ｘ”と定義する。一般に、電圧型インバータでは、モータのような誘導性負荷を駆動する場合には、負荷開放防止のために、上アームスイッチ６及び下アームスイッチ７を共にＯＦＦに制御するスイッチングパターンは使用されない。一方、実施の形態１における磁極位置検出手法は、誘導性負荷を駆動するものの、モータ電流を断続的にスイッチングするスイッチングパターンを使用するため、上アームスイッチ６及び下アームスイッチ７を共にＯＦＦさせることができる。なお、上アームスイッチ６及び下アームスイッチ７を共にＯＮに制御するスイッチングパターンは、入力短絡を回避できないので、実施の形態１でも使用しない。

図６及び図７には、インバータ２が出力可能な電圧パルス指令のうちで、大きさが０以外のものが示されている。以下、図６及び図７では、それぞれのベクトル図上で表された電圧パルス指令を「電圧ベクトル」と呼ぶ。

図６において、電圧ベクトルＶ１からＶ６は、以下の（１）〜（４）式を用いて導出することができる。

上記（１）式において、Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗは、図２にも示すように、各相レグにおける上アームスイッチ６と下アームスイッチ７との接続点の電位である。以下、各相レグにおける上アームスイッチ６と下アームスイッチ７との接続点を「仮想中性点」と呼び、仮想中性点の電位を「仮想中性点電位」と呼ぶ。また、上記（１）式において、Ｖ_α，Ｖ_βは、仮想中性点電位Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗを、αβ座標系におけるα軸の成分と、α軸に直交するβ軸の成分とに分解したときの値である。上記（１）式によって、Ｖ_α及びＶ_βが求まると、上記（２）式によって電圧ベクトルの大きさが求まり、上記（３）式によって電圧ベクトルの位相角θが求まる。また、上記（２）、（３）式により、上記（４）式で表される電圧ベクトルが図６のように表される。

図６において、括弧内の数字は図５に示したスイッチングパターンの数値であり、左から順にＵ相レグ８、Ｖ相レグ９及びＷ相レグ１０のスイッチングパターンを示している。具体的に例を挙げると、Ｖ１（１，０，０）は、Ｕ相レグ８の上アームスイッチ６がＯＮ、Ｖ相レグ９の下アームスイッチ７がＯＮ、Ｗ相レグ１０の下アームスイッチ７がＯＮの状態であり、それ以外の上アームスイッチ６及び下アームスイッチ７はＯＦＦの状態であることを示している。また、Ｖ６（１，０，１）は、Ｕ相レグ８の上アームスイッチ６がＯＮ、Ｖ相レグ９の下アームスイッチ７がＯＮ、Ｗ相レグ１０の上アームスイッチ６がＯＮの状態であり、それ以外の上アームスイッチ６及び下アームスイッチ７はＯＦＦの状態であることを示している。

また、図７には、電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２が示されている。電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２は、図５のテーブルに示されるスイッチングパターンＸを用いることでインバータ２が出力可能となった一相欠相時の電圧ベクトルである。一相欠相時の電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と同様に、上記（１）〜（４）式を用いて導出することができる。なお、図６と図７の比較により明らかなように、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と、電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２との間には、３０°の位相差がある。

また、電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２において、欠相させた相には電流が流れないので、欠相させた相の電位は、モータ５０の中性点電位と等しくなり、モータインピーダンス１２によって電圧源１１の電圧を等しく分圧させた値となる。なお、モータ５０の中性点電位は、磁気飽和の影響で変動するが、ここではその影響は小さいとして無視する。また、一相欠相時において、インバータ２が出力可能な電圧ベクトルは、Ｖ７〜Ｖ１２までの６パターンであり、３相接続時におけるパターン数と同数であるが、一相を常に欠相させて用いるため、スイッチのＯＮ及びＯＦＦの回数が削減され、スイッチング損失が小さくなるという利点がある。

次に、実施の形態１における磁極位置推定のアルゴリズムについて、図８〜図１２の図面を参照して説明する。図８は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６印加時のモータ電流の変化の一例を示す図であり、図９は、図８に示されるモータ電流の変化の関係を用いて得られる磁極位置の第１の推定テーブルを示す図である。また、図１０は、電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２印加時のモータ電流の変化の一例を示す図であり、図１１は、図１０に示されるモータ電流の変化の関係を用いて得られる磁極位置の第２の推定テーブルを示す図である。また、図１２は、図８及び図１０の双方に示されるモータ電流の変化の関係を用いて得られる磁極位置の第３の推定テーブルを示す図である。

図８の上段部及び下段部には、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した際のモータ電流ｉｕ１，ｉｗ２，ｉｖ３，ｉｕ４，ｉｗ５，ｉｖ６が示されている。モータ電流ｉｕ１は、電圧ベクトルＶ１を印加した際のモータ電流ｉｕである。以下同様に、モータ電流ｉｗ２は電圧ベクトルＶ２を印加した際のモータ電流ｉｗ、モータ電流ｉｖ３は電圧ベクトルＶ３を印加した際のモータ電流ｉｖ、モータ電流ｉ４は電圧ベクトルＶ４を印加した際のモータ電流ｉｕ、モータ電流ｉｗ５は電圧ベクトルＶ５を印加した際のモータ電流ｉｗ、モータ電流ｉｖ６は電圧ベクトルＶ６を印加した際のモータ電流ｉｖである。なお、インバータ２からモータ５０に流れる電流の向きを正と定義しているので、モータ電流ｉｕ１，ｉｖ３，ｉｗ５は正の値となり、モータ電流ｉｗ２，ｉｕ４，ｉｖ６は負の値となる。

モータ電流は、誘導性負荷であるモータインピーダンス１２が、モータ５０の回転子磁石の位置によって増磁又は減磁されるため、たとえ同じ大きさの電圧ベクトルを同じ時間印加したとしても、当該回転子磁石位置に応じて変化する。つまり、電圧ベクトルを印加した際の電流振幅の大小関係によって磁極位置を推定することが可能となる。なお、このときのモータ５０への電圧印加時間は、モータ巻線の磁気飽和を起こすのに充分な時間である一方で、モータ５０を回転させない程度の電流を流す時間とする。

図８の中段部には、Δｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１の波形が示され、図９に示す第１の推定テーブルの左列には、Δｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１及びΔｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１の符号を反転させた、−Δｉｕ１，−Δｉｖ１，−Δｉｗ１が記載されているが、これらは、以下の（５）〜（７）式を用いて求められる。

上記（５）〜（７）式で求められるΔｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１のそれぞれを「相電流振幅和」と呼ぶ。演算器４は、モータ電流ｉｕ１，ｉｗ２，ｉｖ３，ｉｕ４，ｉｗ５，ｉｖ６を用いて相電流振幅和Δｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１を演算すると共に、図９に示す第１の推定テーブルを使用してモータ磁極位置を推定する。具体例で説明すると、演算器４は、Δｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１及びΔｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１の符号を反転させた、−Δｉｕ１，−Δｉｖ１，−Δｉｗ１からなる６つの相電流振幅和｛Δｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１，−Δｉｕ１，−Δｉｖ１，−Δｉｗ１｝の中から最大値を選択し、最大値がΔｉｕ１ならば、モータ磁極位置を０°と推定し、最大値が−Δｉｕ１ならば、モータ磁極位置を１８０°と推定する。最大値が±Δｉｕ１以外の場合も、図９に示す第１の推定テーブルを使用してモータ磁極位置を推定することができる。

なお、上述のようにインバータ２が出力する６つの電圧ベクトルで磁極位置の推定を行う場合、３６０°を６分割すると６０°になるので、磁極位置の推定値から±３０°の範囲の推定誤差を含むことになる。具体例で説明すると、６つの相電流振幅和｛Δｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１，−Δｉｕ１，−Δｉｖ１，−Δｉｗ１｝のうちでΔｉｕ１が最大値の場合、磁極位置は０°となるが、真の磁極位置は−３０°〜３０°の間にあるということを意味している。

図１０の上段部及び下段部には、電圧ベクトルＶ７〜Ｖ１２を印加した際のモータ電流ｉｕ７，ｉｗ８，ｉｖ９，ｉｕ１０，ｉｗ１１，ｉｖ１２が示されている。モータ電流ｉｕ７は、電圧ベクトルＶ７を印加した際のモータ電流ｉｕである。以下同様に、モータ電流ｉｗ８は電圧ベクトルＶ８を印加した際のモータ電流ｉｗ、モータ電流ｉｖ９は電圧ベクトルＶ９を印加した際のモータ電流ｉｖ、モータ電流ｉｕ１０は電圧ベクトルＶ１０を印加した際のモータ電流ｉｕ、モータ電流ｉｗ１１は電圧ベクトルＶ１１を印加した際のモータ電流ｉｗ、モータ電流ｉｖ１２は電圧ベクトルＶ１２を印加した際のモータ電流ｉｖである。なお、インバータ２からモータ５０に流れる電流の向きを正と定義しているので、モータ電流ｉｕ７，ｉｖ９，ｉｗ１１は正の値となり、モータ電流ｉｗ８，ｉｕ１０，ｉｖ１２は負の値となる。

また、図１０の中段部には、Δｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２の波形が示され、図１１に示す第２の推定テーブルの左列には、Δｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２及びΔｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２の符号を反転させた、−Δｉｕ２，−Δｉｖ２，−Δｉｗ２が記載されているが、これらは、以下の（８）〜（１０）式を用いて求められる。

演算器４は、上記（８）〜（１０）式に従い、モータ電流ｉｕ７，ｉｗ８，ｉｖ９，ｉｕ１０，ｉｗ１１，ｉｖ１２を用いて相電流振幅和Δｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２を演算すると共に、図１１に示す第２の推定テーブルを使用してモータ磁極位置を推定する。具体例で説明すると、演算器４は、Δｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２及びΔｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２の符号を反転させた、−Δｉｕ２，−Δｉｖ２，−Δｉｗ２からなる６つの相電流振幅和｛Δｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２，−Δｉｕ２，−Δｉｖ２，−Δｉｗ２｝の中から最大値を選択し、最大値が−Δｉｗ２ならば、モータ磁極位置を３０°と推定し、最大値がΔｉｗ２ならば、モータ磁極位置を２１０°と推定する。最大値が±Δｉｗ２以外の場合も、図１１に示す第２の推定テーブルを使用してモータ磁極位置を推定することができる。

なお、第２の推定テーブルを使用した場合も６つの電圧ベクトルで磁極位置を推定するため、磁極位置の推定誤差は±３０°の範囲となる。これに対し、図９に示す第１の推定テーブルと図１１に示す第２の推定テーブルとを併用すれば、±１５°の精度で磁極位置の推定を行うことができる。図１２には、±１５°の精度で磁極位置の推定を行うことが示されている。具体例で説明すると、図１２の左列において、“Δｉｕ１ ａｎｄ −Δｉｗ２”の表記は、図９に示す第１の推定テーブルで“Δｉｕ１”が最大値であり、且つ、図１１に示す第２の推定テーブルで“−Δｉｗ２”が最大値であると判定された場合に該当する。よって、“Δｉｕ１ ａｎｄ −Δｉｗ２”は、磁極位置が０°から３０°の間に存在するとの判定となり、真の磁極位置は１５°を中心に±１５°の範囲にあると推定される。すなわち、図１２に示す第３の推定テーブルを用いれば、磁極位置は±１５°の精度で推定することが可能となる。

ここでさらに、図６に示す第１の電圧パルス指令の組と、図７に示す第２の電圧パルス指令の組とを印加した際の電流振幅和の大小比較を行って、磁極位置がどちらの推定値に近いかを判断してもよい。具体例で説明すると、第３の推定テーブルで“Δｉｕ１ ａｎｄ −Δｉｗ２”と判定された場合、さらに“Δｉｕ１”と“−Δｉｗ２”とを比較し、“Δｉｕ１”の方が大きければ、０°に近いと判断し、“−Δｉｗ２”の方が大きければ、３０°に近いと判断することができる。すなわち、“Δｉｕ１”の方が大きければ、０°から１５°の範囲にあると推定でき、また、“−Δｉｗ２”の方が大きければ、１５°から３０°の範囲にあると推定でき、何れの場合も±７．５°の精度で磁極位置を推定することができる。なお、図６に示す第１の電圧パルス指令と、図７に示す第２の電圧パルス指令とでは、電圧ベクトルの振幅は等しくないため、等価的に同じ大きさの電圧ベクトルを印加したと見なせるように、得られた電流値に調整用の係数を乗算した上で大小比較すればよい。

次に、上述した実施の形態１に係る磁極位置推定のアルゴリズムを用いた場合における磁極位置推定の全体の流れについて、図１３から図１５の図面を参照して説明する。図１３は、実施の形態１における磁極位置推定処理のメインフローを示すフローチャートである。図１４は、図１３に示したメインフローにおける「三相接続電圧パルス印加時の推定処理」を示すフローチャートである。図１５は、図１３に示したメインフローにおける「一相欠相電圧パルス印加時の推定処理」を示すフローチャートである。

図１３において、ステップＳＴ１０１では、三相接続電圧パルス印加時の推定処理が実行される。この場合、図１４に示すフローチャートに飛ぶ。図１４において、ステップＳＴ１０１ａでは、演算器４によって上述した三相接続電圧パルスＶ１〜Ｖ６が印加され、ステップＳＴ１０１ｂでは、電流検出手段３によってモータ電流ｉｕ１〜ｉｗ６の振幅値が検出され、ステップＳＴ１０１ｃでは、演算器４によって上述した相電流振幅和Δｉｕ１，Δｉｖ１，Δｉｗ１が演算され、ステップＳＴ１０１ｄでは、演算器４によって磁極位置が推定される。なお、ここで得られた磁極位置の推定値は、±３０°の精度を持つ推定値である。ステップＳＴ１０１ｄの処理が終わると、図１３のステップＳＴ１０２に進む。

ステップＳＴ１０２では、一相欠相電圧パルス印加時の推定処理が実行される。この場合、図１５に示すフローチャートに飛ぶ。図１５において、ステップＳＴ１０２ａでは、演算器４によって上述した一相欠相電圧パルスＶ７〜Ｖ１２が印加され、ステップＳＴ１０２ｂでは、電流検出手段３によってモータ電流ｉｕ７〜ｉｗ１２の振幅値が検出され、ステップＳＴ１０２ｃでは、演算器４によって上述した相電流振幅和Δｉｕ２，Δｉｖ２，Δｉｗ２が演算され、ステップＳＴ１０２ｃでは、演算器４によって磁極位置が推定される。ここで得られた磁極位置の推定値は、±３０°の精度を持つ推定値である。ステップＳＴ１０２ｄの処理が終わると、図１３のステップＳＴ１０３に進む。

図１３では、ステップＳＴ１０３の処理を「詳細推定１」と表記している。ここで、ステップＳＴ１０１で得られた磁極位置の推定値を「第１の磁極位置推定値」と呼び、ステップＳＴ１０２で得られた磁極位置の推定値を「第２の磁極位置推定値」と呼ぶ。詳細推定１では、第１の磁極位置推定値と第２の磁極位置推定値との平均値を新たな推定値とする。この処理により得られた磁極位置の推定値は、±１５°の精度を持つ推定値である。ステップＳＴ１０３の処理の後、ステップＳＴ１０４に移行する。

図１３では、ステップＳＴ１０４の処理を「詳細推定２」と表記している。ここで、第１の磁極位置推定値を得るのに使用した電圧ベクトル印加時に検出される電流振幅を「第１の電流振幅」と呼び、第２の磁極位置推定値を得るのに使用した電圧ベクトル印加時に検出される電流振幅を「第２の電流振幅」と呼ぶ。また、詳細推定１の処理で得られた推定値を「第３の磁極位置推定値」と呼ぶ。詳細推定２では、第１の電流振幅と、第２の電流振幅とを比較する。第１の電流振幅の方が大きい場合には、第１の磁極位置推定値と第３の磁極位置推定値との平均値を新たな推定値とする。また、第２の電流振幅の方が大きい場合には、第２の磁極位置推定値と第３の磁極位置推定値との平均値を新たな推定値とする。この処理により得られた磁極位置の推定値は、±７．５°の精度を持つ推定値である。

なお、上記ステップＳＴ１０４の処理、すなわち詳細推定２の処理では、第１の電流振幅と第２の電流振幅とを比較し、第１の電流振幅の方が大きい場合に第１の磁極位置推定値と第３の磁極位置推定値との平均値を新たな推定値としているが、当該平均値に限定されるものではない。第１の電流振幅と第２の電流振幅との差が相対的に小さい場合には、第１の磁極位置推定値と第３の磁極位置推定値との平均値よりも第３の磁極位置推定値に近い側の値を磁極位置の推定値としてもよい。同様に、上述した詳細推定２の処理では、第１の電流振幅と第２の電流振幅とを比較し、第２の電流振幅の方が大きい場合に第２の磁極位置推定値と第３の磁極位置推定値との平均値を新たな推定値としているが、当該平均値に限定されるものではない。第２の電流振幅と第１の電流振幅との差が相対的に小さい場合には、第２の磁極位置推定値と第３の磁極位置推定値との平均値よりも第３の磁極位置推定値に近い側の値を磁極位置の推定値としてもよい。

以上説明したように、実施の形態１に係る磁極位置検出装置及びモータ制御装置によれば、三相接続電圧パルス指令の印加時に流れるモータ電流に基づいて推定した第１の磁極位置推定値と、一相欠相電圧パルス指令の印加時に流れるモータ電流に基づいて推定した第２の磁極位置推定値との共通位置から推定範囲を絞り込むこととしたので、従来手法よりも高精度に磁極位置を推定することが可能となる。

また、実施の形態１に係る磁極位置検出装置及びモータ制御装置によれば、第１の磁極位置推定値と第２の磁極位置推定値との共通位置から絞り込んだ第３の磁極位置推定値を生成すると共に、第１の磁極位置推定値を得るのに使用した電圧ベクトル印加時に検出される第１の電流振幅と、第２の磁極位置推定値を得るのに使用した電圧ベクトル印加時に検出される第２の電流振幅との大小関係を比較し、第２の電流振幅よりも第１の電流振幅の方が大きい場合には、第１の磁極位置推定値と、第３の磁極位置推定値とから推定範囲をさらに絞り込み、また、第１の電流振幅よりも第２の電流振幅の方が大きい場合には、第２の磁極位置推定値と第３の磁極位置推定値とから推定範囲をさらに絞り込むこととしたので、磁極位置の推定精度の更なる向上が可能となる。

実施の形態２．
図１６は、実施の形態２における演算器４Ａの細部構成を示すブロック図である。実施の形態２における演算器４Ａは、図３に示した実施の形態１における演算器４において、磁極位置の推定精度を切り替えるための推定精度切り替え部４ｃを付加したものである。なお、その他の構成については、図３に示す実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。

図１７は、推定精度切り替え機能が付加された実施の形態２におけるメインフローを示すフローチャートである。まず、ステップＳＴ１００では、推定精度切り替え部４ｃによって推定精度が決定され、決定された推定精度の情報が磁極位置演算部４ａ及び推定精度が電圧パルス指令生成部４ｂに伝達される。推定精度の決定は、推定精度切り替え部４ｃを介して自由に行うことができる。

推定精度が第１の推定精度である±３０°に決定された場合、図１４に示すステップＳＴ１０１の処理のみを実行して処理を終える。

推定精度が第２の推定精度である±１５°に決定された場合、図１４に示すステップＳＴ１０１の処理、及び図１５に示すステップＳＴ１０２の処理を実行する。そして、次のステップＳＴ１０３において、実施の形態１で説明した詳細推定１の処理を実行して処理を終える。

推定精度が第３の推定精度である±７．５°に決定された場合、図１４に示すステップＳＴ１０１の処理、及び図１５に示すステップＳＴ１０２の処理を実行する。そして、次のステップＳＴ１０３において、実施の形態１で説明した詳細推定１の処理を実行し、さらにステップＳＴ１０４において、実施の形態１で説明した詳細推定２の処理を実行して処理を終える。

推定精度が±７．５°の場合、推定精度は高くなるが、処理時間は長くなる。一方、推定精度が±３０°の場合、ステップＳＴ１０１の処理のみで磁極位置を推定できるので、処理時間を短くすることができる。これにより、推定時間を優先するか、推定精度を優先するかの切り替えが可能となる。

以上説明したように、実施の形態２に係る磁極位置検出装置及びモータ制御装置によれば、要求される推定時間と要求される推定精度との間でトレードオフが可能となるので、ユーザの要求に的確且つ適切に対応できるという効果が得られる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

２ インバータ、３ 電流検出手段、４，４Ａ 演算器、４ａ 磁極位置演算部、４ｂ 電圧パルス指令生成部、４ｃ 推定精度切り替え部、６ 上アームスイッチ、７ 下アームスイッチ、８ Ｕ相レグ、９ Ｖ相レグ、１０ Ｗ相レグ、１１ 電圧源、１２ モータインピーダンス、１５ 入力回路、１６ ＣＰＵ、１７ メモリ、１８ 出力回路、２０ 磁極位置検出装置、３０ モータ制御装置、５０ モータ。

Claims (5)

1. 同期型磁石モータの磁極位置を検出する磁極位置検出装置であって、
   前記同期型磁石モータの各相に流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、
   前記磁極位置を推定するための電圧パルス指令を生成し、前記同期型磁石モータを駆動するインバータに出力すると共に、前記電圧パルス指令によって前記インバータが動作する際に流れる前記モータ電流に基づいて前記磁極位置を推定する演算器と、
   を備え、
   前記演算器は、前記インバータを構成する３つのレグの全てを動作させる第１の電圧パルス指令と、３つのレグのうち２つのみを動作させる第２の電圧パルス指令とを生成し、
   前記第１の電圧パルス指令の印加時に流れる前記モータ電流に基づいて推定した第１の磁極位置推定値と、前記第２の電圧パルス指令の印加時に流れる前記モータ電流に基づいて推定した第２の磁極位置推定値とから推定範囲を絞り込むことを特徴とする磁極位置検出装置。
2. 前記演算器は、前記第１の磁極位置推定値と前記第２の磁極位置推定値との共通位置から絞り込んだ磁極位置を第３の磁極位置推定値として生成すると共に、
   前記第１の磁極位置推定値を得るのに使用した電圧パルス指令の印加時に検出される第１の電流振幅と、第２の磁極位置推定値を得るのに使用した電圧パルス指令の印加時に検出される第２の電流振幅との大小関係を比較し、前記第２の電流振幅よりも前記第１の電流振幅の方が大きい場合には、前記第１の磁極位置推定値と前記第３の磁極位置推定値とから推定範囲を絞り込み、
   前記第１の電流振幅よりも前記第２の電流振幅の方が大きい場合には、前記第２の磁極位置推定値と前記第３の磁極位置推定値とから推定範囲を絞り込む
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁極位置検出装置。
3. 前記演算器は、推定時間を優先するか、推定精度を優先するかの切り替えを行う推定精度切り替え部を有することを特徴とする請求項２に記載の磁極位置検出装置。
4. 前記演算器は、
   前記推定精度を第１の推定精度に切り替えた場合には、前記第１の磁極位置推定値を生成し
   前記第１の推定精度よりも精度が高い第２の推定精度に切り替えた場合には、前記第１の磁極位置推定値及び前記第２の磁極位置推定値とから推定範囲を絞り込み、
   前記第２の推定精度よりも精度が高い第３の推定精度に切り替えた場合には、前記第１の磁極位置推定値及び前記第２の磁極位置推定値のうちの何れかと、前記第３の磁極位置推定値とから推定範囲を絞り込む
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁極位置検出装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の磁極位置検出装置を備えたことを特徴とするモータ制御装置。

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