WO2007114058A1 - Permanent magnet synchronization motor magnetic pole position detecting method - Google Patents
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Definitions
- the moving amount of the mover can be reduced, and the time required for detecting the magnetic pole position can be reduced.
- the present invention is most suitable for detecting the magnetic pole position of a movable coil type permanent magnet synchronous linear motor in which the moving amount of the mover is large.
- the armature is energized for a predetermined time, and it is determined whether or not the motor has operated by the feedback signal of the detector 7, and the motor does not operate. In this case, increase the value of the current to be applied to the armature, and set the time for supplying the armature to a minute time by the timer (S21). It takes a certain amount of time to generate thrust.
- the minute time set to is set to the minimum time until the thrust is applied to the motor when the current is actually applied to the motor armature, for example, set to 10 msec. After that, the mover moves over a long distance, which makes sense.
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Abstract
Provided is a magnetic pole position detection method capable of detecting a position of a magnetic pole with the least motion of a movable element. The permanent magnet synchronization motor magnetic pole position detection method for detecting a position (d-axis position) of a magnetic pole of a permanent magnet synchronization motor expressed by d-q coordinate system includes: a first motor operation step (S1, S2) for setting a magnetic pole position (d^axis position) of the control coordinate to an intermediate angle (180 degrees) of the range of 360 degrees and electrically connecting an armature for a minute time so that q^axis armature current = 0, d^axis armature current = id; and a first magnetic pole position narrowing step (S3) for detecting the direction of operation of the motor so as to judge whether the actual motor magnetic pole position (d-axis position) is within a range smaller than the intermediate angle (180 degrees) or in a range larger than the intermediate angle (180 degrees) in the range of 360 degrees with respect to the control coordinate.
Description
明 細 書 Specification
永久磁石同期モータの磁極位置検出方法 Magnetic pole position detection method for permanent magnet synchronous motor
技術分野 Technical field
[0001] 本発明は、 d— q座標系で表される永久磁石同期モータの磁極位置（d軸の位置） を検出する永久磁石同期モータの磁極位置検出方法に関する。 The present invention relates to a magnetic pole position detection method for a permanent magnet synchronous motor that detects the magnetic pole position (d-axis position) of a permanent magnet synchronous motor represented by a dq coordinate system.
背景技術 Background art
[0002] 永久磁石同期モータは、永久磁石で界磁を作り、電機子に電流を流して力を発生 させる。永久磁石同期モータのうち、可動コイル型永久磁石同期リニアモータでは、 固定子側に N極と S極の永久磁石が交互に配置され、可動子側に U, V, W相のコィ ルが卷かれる。コイルに三相電機子電流を流すことによって直線的に移動する移動 界磁が発生し、可動子が固定子に対して直線的に移動する。 [0002] Permanent magnet synchronous motors generate a magnetic field by generating a field with permanent magnets and passing an electric current through the armature. Among the permanent magnet synchronous motors, the moving coil type permanent magnet synchronous linear motor has N pole and S pole permanent magnets arranged alternately on the stator side, and U, V, and W phase coils on the mover side. It is burned. When a three-phase armature current is passed through the coil, a moving field that moves linearly is generated, and the mover moves linearly with respect to the stator.
[0003] 界磁が直線的に移動する可動コイル型永久磁石同期リニアモータでも、界磁が回 転する回転界磁形同期モータと同様に、回転座標の d— q座標系を用いて d, q軸電 機子電流を制御している。 d， q軸電機子電流を制御するには、可動子に対する固定 子の磁極の位置、すなわち実際のモータの磁極位置（d軸の位置）を検出する必要 力 Sある。なぜならば、図 10に示されるように磁極の位置が真値からずれると、制御で とらえている cT _q座標と実際のモータの d_q座標にずれが生じる。制御でとらえて レ、る cT _q座標において、制御座標上の cT _q座標と実際のモータの d_q座標に ずれ角 Δ Θ がある場合、（Γ軸電機子電流 Γを 0に制御し、 q 軸電機子電流 Γを流 [0003] In a moving coil type permanent magnet synchronous linear motor in which the field moves linearly, similarly to a rotating field type synchronous motor in which the field rotates, d, qAxis armature current is controlled. To control the d and q-axis armature currents, there is a necessary force S to detect the position of the stator magnetic poles relative to the mover, that is, the actual motor magnetic pole position (d-axis position). This is because if the magnetic pole position deviates from the true value as shown in Fig. 10, there will be a deviation between the cT _q coordinate captured by the control and the d_q coordinate of the actual motor. If there is a deviation angle Δ Θ between the cT _q coordinate on the control coordinate and the d_q coordinate of the actual motor in the cT _q coordinate, the Γ-axis armature current Γ is controlled to 0 and the q-axis Armature current Γ
re d q したとしても、実際のモータの q軸に電機子電流 i =cos A θ ·Γが流れることになり Even if re d q, the armature current i = cos A θ
q re q q re q
、 cos A Θ の分だけ q軸電機子電流が減少する。モータの推力は、 q軸電機子電流 Q-axis armature current decreases by cos A Θ. The motor thrust is q-axis armature current
re re
に比例するから cos Δ Θ の分だけ推力も減少してしまう。 The thrust is also reduced by the amount of cos ΔΘ.
re re
[0004] 同期リニアモータの従来の磁極の位置の検出方法には、可動子に取り付けたホー ル素子で固定子の磁極の位置を読み取る方法 (例えば特許文献 1参照）や、制御座 標上の d"軸に電機子電流を流し、制御座標上の d 軸に実際のモータの磁極位置（d 軸）を引き付け合わせる方法がある。この方法では、例えば U相の電機子に鉄心が S 極になるような電流を流し、 U相の電機子と永久磁石の N極と引き付け合わせる。電
機子に引き付けあった永久磁石の N極の位置情報をエンコーダ等の位相検出器で 読み取り、読み取った位置情報を基に磁極位置を算出する。 [0004] Conventional magnetic pole position detection methods for synchronous linear motors include a method of reading the magnetic pole position of the stator with a hall element attached to the mover (see, for example, Patent Document 1) There is a method in which an armature current is passed through the d "axis and the actual motor magnetic pole position (d axis) is attracted to the d axis on the control coordinates. Then, attract the U-phase armature and the N pole of the permanent magnet. The position information of the N pole of the permanent magnet attracted to the machine is read by a phase detector such as an encoder, and the magnetic pole position is calculated based on the read position information.
特許文献 1 :特開平 4 295293号公報 Patent Document 1: JP-A-4 295293
発明の開示 Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題 Problems to be solved by the invention
[0005] しかし、制御座標上の d 軸に実際のモータの磁極位置（d軸）を引き付け合わせる 方法にあっては、永久磁石の N極と S極間のピッチ分を最大値にして、モータが作動 してしまうという問題がある。例えば N極と S極のピッチが大きい可動コイル型永久磁 石同期リニアモータの場合、可動子が固定子に対して最大数十 mm動いてしまうこと 力 Sある。可動子には負荷となる移動体が取り付けられる。磁極の位置を検出するため に可動子を数十 mm移動させると、移動体が数十 mm移動してしまうことになる。たし 力、に、ホール素子で磁極の位置を検出する方法では、磁極の位置を読み取つている ので、磁極の位置に応じた電機子電流を流すことで可動子の移動量を無くすことが できる。しかし、ホール素子で磁極の位置を検出する方法にあっては、ホール素子、 出力信号用の配線を設ける必要があり、また電機子に対するホール素子の位置を正 確に位置決めする必要があるので、コストがかかるという問題がある。このため、ホー ル素子無しで磁極の位置を検出できる方法が望まれている。 [0005] However, in the method of attracting the actual motor magnetic pole position (d-axis) to the d-axis on the control coordinates, the pitch between the N pole and S pole of the permanent magnet is maximized, and the motor is There is a problem that will work. For example, in the case of a moving-coil permanent magnet synchronous linear motor with a large N-pole and S-pole pitch, the mover can move up to several tens of millimeters relative to the stator. A movable body serving as a load is attached to the mover. If the mover is moved tens of millimeters to detect the position of the magnetic pole, the moving body will move tens of millimeters. However, in the method of detecting the position of the magnetic pole by the Hall element, since the position of the magnetic pole is read, the amount of movement of the mover can be eliminated by supplying an armature current according to the position of the magnetic pole. . However, in the method of detecting the position of the magnetic pole with the Hall element, it is necessary to provide the Hall element and output signal wiring, and it is necessary to accurately position the Hall element with respect to the armature. There is a problem of cost. Therefore, a method that can detect the position of the magnetic pole without a hole element is desired.
[0006] そこで本発明は、磁極の位置を検出する際に可動子の移動量をできるだけ少なく できる磁極位置検出方法を提供することを目的とする。 [0006] Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic pole position detection method capable of reducing the amount of movement of the mover as much as possible when detecting the position of the magnetic pole.
課題を解決するための手段 Means for solving the problem
[0007] 上記課題を解決するために、請求項 1に記載の発明は、 d_q座標系で表される永 久磁石同期モータの磁極位置（d軸の位置）を検出する永久磁石同期モータの磁極 位置検出方法において、制御座標の磁極位置（cT軸の位置）を 360度の範囲の中 間の角度に設定し、 q 軸電機子電流 =0，（Γ軸電機子電流 =iになるように電機子 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to a magnetic pole of a permanent magnet synchronous motor that detects a magnetic pole position (d-axis position) of the permanent magnet synchronous motor represented by a d_q coordinate system. In the position detection method, set the magnetic pole position (cT-axis position) of the control coordinates to an angle in the range of 360 degrees, so that q-axis armature current = 0 and (Γ-axis armature current = i Armature
d d
に微小時間通電してモータを動作させる第一のモータ作動工程と、モータが動作す る方向を検知して、実際のモータの磁極位置（d軸の位置）が前記制御座標に対して 、前記 360度の範囲において前記中間の角度未満の範囲にあるの力 \それとも前記 中間の角度よりも大きい範囲にあるのかを絞り込む第一の磁極位置絞り込み工程と、
を備えることを特徴とする。 The first motor operation step for energizing the motor for a short time to operate the motor and the direction in which the motor operates are detected, and the actual magnetic pole position (d-axis position) of the motor is A first magnetic pole position narrowing step for narrowing whether the force is in the range less than the intermediate angle in the range of 360 degrees or in the range larger than the intermediate angle; It is characterized by providing.
[0008] 請求項 2に記載の発明は、請求項 1に記載の永久磁石同期モータの磁極位置検 出方法において、前記永久磁石同期モータの磁極位置検出方法はさらに、制御座 標の磁極位置（cT軸の位置）を絞り込まれた角度範囲の中間の角度に設定し、 q 軸 電機子電流 =0, cT軸電機子電流 =iになるように電機子に微小時間通電してモー [0008] The invention described in claim 2 is the method of detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the method of detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor further includes the magnetic pole position ( cT-axis position) is set to an intermediate angle within the narrowed angle range, and the armature is energized for a short period of time so that q-axis armature current = 0 and cT-axis armature current = i.
d d
タを動作させる第二のモータ作動工程と、モータが動作する方向を検知して、前記制 御座標に対して実際のモータの磁極位置（d軸の位置）力 前記絞り込まれた角度範 囲において前記第二のモータ作動工程で設定した前記中間の角度未満の範囲にあ るの力、、それとも前記中間の角度よりも大きい範囲にあるのかを絞り込む第二の磁極 位置絞り込み工程と、を備え、前記第二のモータ作動工程及び前記第二の磁極位 置絞り込み工程を一回以上繰り返すことを特徴とする。 The second motor operation step for operating the motor and the direction in which the motor operates are detected, and the actual magnetic pole position (d-axis position) force with respect to the control coordinates In the narrowed angle range A second magnetic pole position narrowing step for narrowing down a force within a range less than the intermediate angle set in the second motor operation step, or a force within a range larger than the intermediate angle, The second motor operating step and the second magnetic pole position narrowing step are repeated one or more times.
[0009] 請求項 3に記載の発明は、請求項 1又は 2に記載の永久磁石同期モータの磁極位 置検出方法において、さらに、前記絞り込まれた角度範囲内において制御座標の磁 極位置 (cT軸の位置)を最小値から所定の角度 (X度)ずつ加算した値に設定し、 q" 軸電機子電流 =0, cT軸電機子電流 =iになるように電機子に微小時間通電してモ [0009] The invention according to claim 3 is the method for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1 or 2, and further, the magnetic pole position (cT) of the control coordinates within the narrowed angle range. (Axis position) is set to a value obtained by adding a predetermined angle (X degrees) from the minimum value, and the armature is energized for a short time so that q "axis armature current = 0 and cT axis armature current = i. T
d d
ータを動作させ、モータが動作する方向が反転するまで制御座標の磁極位置の加算 とモータの動作を繰り返して、制御座標に対する実際のモータの磁極位置（d軸の位 置）を分解能 (X度）の範囲で求める磁極位置検出工程を備えることを特徴とする。 The motor is operated and the addition of the magnetic pole position of the control coordinate and the motor operation are repeated until the motor operating direction is reversed, and the actual motor magnetic pole position (d-axis position) relative to the control coordinate is resolved (X And a magnetic pole position detection step obtained in a range of degrees.
[0010] 請求項 4に記載の発明は、請求項 1ないし 3いずれかに記載の永久磁石同期モー タの磁極位置検出方法において、前記第一のモータ作動工程、前記第二のモータ 作動工程、及び前記磁極位置検出工程の少なくとも一つの工程では、電機子に定 格電流よりも小さい電流を通電し、モータが動作するか否かを判断し、モータが動作 しない場合には電機子に通電する電流を大きくすることを特徴とする。 [0010] The invention according to claim 4 is the method of detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the first motor operating step, the second motor operating step, In at least one of the magnetic pole position detection steps, a current smaller than the rated current is supplied to the armature to determine whether or not the motor operates. When the motor does not operate, the armature is supplied. It is characterized by increasing the current.
[0011] 請求項 5に記載の発明は、請求項 1ないし 4いずれかに記載の永久磁石同期モー タの磁極位置検出方法において、前記永久磁石同期モータは可動コイル型永久磁 石リニアモータであることを特徴とする。 発明の効果 [0011] The invention according to claim 5 is the magnetic pole position detection method of the permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the permanent magnet synchronous motor is a moving coil type permanent magnet linear motor. It is characterized by that. The invention's effect
[0012] 請求項 1に記載の発明によれば、磁極の位置を絞り込めるので、磁極の位置を検
出する際に可動子の移動量を少なくすることができる。 [0012] According to the invention of claim 1, since the position of the magnetic pole can be narrowed down, the position of the magnetic pole is detected. When moving out, the amount of movement of the mover can be reduced.
[0013] 請求項 2に記載の発明によれば、さらに細かく磁極の位置を絞り込むことができる。 [0013] According to the invention of claim 2, the position of the magnetic pole can be further narrowed down.
[0014] 請求項 3に記載の発明によれば、可動子の移動量を少なくすることができ、し力も 磁極位置検出にかかる時間を低減することができる。 [0014] According to the invention described in claim 3, the moving amount of the mover can be reduced, and the time required for detecting the magnetic pole position can be reduced.
[0015] 本発明は、請求項 5に記載のように、可動子の移動量が大きい可動コイル型永久 磁石同期リニアモータの磁極位置の検出に最適である。 [0015] As described in claim 5, the present invention is most suitable for detecting the magnetic pole position of a movable coil type permanent magnet synchronous linear motor in which the moving amount of the mover is large.
図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings
[0016] [図 1]可動コイル型永久磁石同期リニアモータの斜視図 FIG. 1 is a perspective view of a moving coil type permanent magnet synchronous linear motor.
[図 2]d— q座標で表した永久磁石同期モータの等価回路 [Fig.2] Equivalent circuit of permanent magnet synchronous motor expressed in d-q coordinates
[図 3]d— q座標系を用いた永久磁石同期モータの制御の全体構成図 [Fig.3] Overall configuration diagram of permanent magnet synchronous motor control using d-q coordinate system
[図 4]制御でとらえている cT cT座標と実際のモータの d— q座標を示す図 [Fig.4] Diagram showing cT cT coordinates captured by control and d-q coordinates of actual motor
[図 5]磁極位置検出方法のフローチャート [Figure 5] Flow chart of magnetic pole position detection method
[図 6]磁極位置検出方法のフローチャート [Fig.6] Flow chart of magnetic pole position detection method
[図 7]制御でとらえている cT cT座標と実際のモータの d— q座標を示す図 [Fig.7] A diagram showing the cT cT coordinates captured by the control and the d-q coordinates of the actual motor
[図 8]制御でとらえている cT cT座標と実際のモータの d— q座標を示す図 [Fig.8] Diagram showing cT cT coordinates captured by control and d-q coordinates of actual motor
[図 9]制御でとらえている cT _q座標と実際のモータの d_ q座標を示す図 [Fig.9] Diagram showing cT _q coordinate captured by control and d_q coordinate of actual motor
[図 10]制御でとらえている cT _q座標と実際のモータの d_ q座標を示す図 符号の説明 [Fig. 10] Diagram showing cT _q coordinates captured by control and d_q coordinates of actual motor Explanation of symbols
1 · · ，固定子 1 · · · Stator
2· · ，永久磁石 2. Permanent magnet
3· · •可動子 3
4· · 'コイル 4.
5· · '永久磁石同期モータ 5.'Permanent magnet synchronous motor
6· · •電力変換器 6 ·· • Power Converter
7· · '検出 7 ·· 'Detection
8· · •速度制御器 8 ·· • Speed controller
9· · •速度検出器 9 ·· Speed detector
10 …位置制御器
11…位置検出器 10… Position controller 11… Position detector
11…速度制御器 11 ... Speed controller
12· · ·(1軸電流制御器 12 (Single axis current controller
13· · 'q軸電流制御器 13'q-axis current controller
14…ベクトル回転器 · 3相 2相変換器 14 ... Vector rotator · 3- phase 2-phase converter
15…電流検出器 15 ... Current detector
16· · ·位相検出器 16 Phase detector
17…ベクトル回転器 · 2相 3相変換器 17… Vector Rotator · 2-phase 3-phase converter
19…初期磁極位置設定器 19… Initial magnetic pole position setter
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0018] 以下添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図 1に示されるよ うに、可動コイル型永久磁石同期リニアモータでは、固定子 1側に Ν極と S極の永久 磁石 2が交互に配置され、可動子 3側に U, V, W相のコイル 4が卷かれる。コイル 4 に三相電機子電流を流すことによって直線的に移動する移動界磁が発生し、可動子 3が固定子 1に対して直線的に移動する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As shown in Fig. 1, in a moving coil type permanent magnet synchronous linear motor, permanent magnets 2 and S poles 2 are alternately arranged on the stator 1 side, and U, V, and W phases on the mover 3 side. Coil 4 is burned. When a three-phase armature current is passed through the coil 4, a moving field that moves linearly is generated, and the mover 3 moves linearly with respect to the stator 1.
[0019] 界磁が直線的に移動する可動コイル型永久磁石同期リニアモータでも、界磁が回 転する回転界磁形同期モータと同様に、回転座標の d— q座標系を用いて d， q軸電 機子電流を制御する。モータの固定された部分と回転する部分をともに、回転する直 交座標へ変換するのが d_q変換であり、その座標系力 座標系である。 q軸は d 軸に対して π Ζ2進んだ位相にある。永久磁石同期モータの場合、 d軸は界磁の作 る磁束の方向に採るのが一般的であり、回転界磁形永久磁石同期モータでは d— q 座標は回転座標になる。 [0019] A moving-coil permanent magnet synchronous linear motor in which the field moves linearly also uses the d-q coordinate system of the rotating coordinates, d, as in the rotating field synchronous motor in which the field rotates. Controls the q-axis armature current. The d_q transformation converts both the fixed and rotating parts of the motor into rotating orthogonal coordinates, which is the coordinate system force coordinate system. The q axis is in a phase advanced by π Ζ2 with respect to the d axis. In the case of a permanent magnet synchronous motor, the d-axis is generally taken in the direction of the magnetic flux created by the field. In the rotating field permanent magnet synchronous motor, the dq coordinate is the rotational coordinate.
[0020] 図 2は d _ q座標で表した永久磁石同期モータの等価回路である。図 2において、 V FIG. 2 is an equivalent circuit of a permanent magnet synchronous motor represented by d_q coordinates. In Figure 2, V
d d
, Vは d, q軸電機子電圧、 i， iは d, q軸電機子電流， φ は電機子卷線鎖交磁束数 , Rは電機子卷線抵抗， Lは電機子卷線の自己インダクタンスである。 , V is the d and q axis armature voltage, i and i are the d and q axis armature currents, φ is the number of armature winding linkage flux, R is the armature winding resistance, L is the armature winding self Inductance.
[0021] q軸電機子電流を用いると永久磁石同期モータの推力は数式 1で表される。 [0021] When the q-axis armature current is used, the thrust of the permanent magnet synchronous motor is expressed by Formula 1.
[0022] [数 1]
永久磁石同期モータの場合、 φ は変動がないから、 iを制御することで推力を制御 f Q [0022] [Equation 1] In the case of a permanent magnet synchronous motor, φ does not fluctuate, so the thrust is controlled by controlling i f Q
できる。ここで、 iは一般的にはモータ効率の観点から 0になるように制御される。 i , i it can. Here, i is generally controlled to be 0 from the viewpoint of motor efficiency. i, i
d d q をこのように制御するには、これらを制御する V , Vが制御できることが必要であり、さ d q In order to control d d q in this way, it is necessary that V and V that control them can be controlled, and d q
らに d軸、 q軸の位置を知る必要がある。磁極の位置が真値からずれると、制御でとら えている cT _q座標と実際のモータの d_q座標にずれが生じるからである。このた め、制御でとらえている cT _q座標と実際のモータの d_q座標とのずれを検出する 必要がある。 In addition, it is necessary to know the positions of the d-axis and q-axis. This is because if the magnetic pole position deviates from the true value, there will be a deviation between the cT_q coordinate captured by the control and the d_q coordinate of the actual motor. For this reason, it is necessary to detect the deviation between the cT_q coordinate captured by the control and the d_q coordinate of the actual motor.
[0023] 図 3は、 d_q座標系を用いた永久磁石同期モータの制御の全体構成を示す。永久 磁石同期モータ 5とそれに電力を供給する電圧形 PWMインバータ等の電力変換器 6、電力変換器 6が永久磁石同期モータ 5に印加する電圧、あるいは流す電流の位 相を決定するためのリニアスケール等の検出器 7が基本構成である。そして、速度制 御を行う場合はそのための速度制御器 8及び速度検出器 9、さらに位置制御を行う 場合はそのための位置制御器 10及び位置検出器 11が付加される。速度検出器 9、 位置検出器 11は共用されてもょレ、。 FIG. 3 shows the overall configuration of control of the permanent magnet synchronous motor using the d_q coordinate system. Permanent magnet synchronous motor 5 and power converter 6 such as voltage source PWM inverter that supplies power to it, linear scale for determining the voltage applied to permanent magnet synchronous motor 5 by power converter 6 or the phase of flowing current The detector 7 is a basic configuration. When speed control is performed, a speed controller 8 and a speed detector 9 are added, and when position control is performed, a position controller 10 and a position detector 11 are added. The speed detector 9 and position detector 11 can be shared.
[0024] 位置制御器 10は、上位制御装置から出力される位置指令値 Θ * と位置検出器 1 The position controller 10 includes a position command value Θ * output from the host controller and a position detector 1
rm rm
1からの位置帰還値 Θ の偏差に基づレ、て速度指令値 ω * を演算する。速度制御 rm rm The speed command value ω * is calculated based on the deviation of the position feedback value Θ from 1. Speed control rm rm
器 8は、速度指令値 と速度検出器 9からの速度帰還値 ω の偏差に基づいて rm rm 8 is based on the deviation between the speed command value and the speed feedback value ω from the speed detector 9.
推力指令を演算し、さらに q軸電流指令 i*を演算する。永久磁石同期モータでは、 磁石による d軸磁束が確立されているので、 d軸電流指令 i*は通常 0にして制御する d Calculate the thrust command, and then calculate the q-axis current command i *. In the permanent magnet synchronous motor, the d-axis magnetic flux is established by the magnet, so the d-axis current command i * is normally set to 0.
。モータ力率を良くしたり、皮相電力を小さくしたりする観点から d軸電流を d軸と逆方 向に流すこともある。 . From the viewpoint of improving the motor power factor and reducing the apparent power, the d-axis current may flow in the direction opposite to the d-axis.
[0025] ベクトル回転器 · 3相 2相変換器 14は、電流検出器 15からの三相帰還電流値 iu, iv , iwを位相検出器からの位相検出器 16からの電気角信号 Θ に基づいて、 d軸電流 re [0025] Vector rotator · Three-phase two-phase converter 14 is based on the three-phase feedback current values iu, iv and iw from the current detector 15 based on the electrical angle signal Θ from the phase detector 16 from the phase detector. D axis current re
iと q軸電流 iに変換する。 d軸電流制御器 12は、 d軸電流指令 i*と d軸電流 iとの偏 d q d d 差を取り、 d軸電圧の指令値 V *を演算する。 q軸電流制御器 13は、 q軸電流指令 i* Converts i and q-axis current i. The d-axis current controller 12 calculates the deviation d q d d difference between the d-axis current command i * and the d-axis current i, and calculates the d-axis voltage command value V *. qAxis current controller 13
d q と q軸電流 iとの偏差を取り、 q軸電圧の指令値 を演算する。べ外ル回転器 · 2相 q q Calculate the q-axis voltage command value by taking the deviation between d q and q-axis current i. External rotator2 phase q q
3相変換器 17は、これらの電圧指令 V * , V *及び電気角信号 Θ に基づいて、三相
電圧指令 v* , v* , v* を出力する。電力変換器 6はこれらの電圧指令に基いて出 力電圧を PWM制御し、最終的には永久磁石同期モータ 5に流れる電流を制御する 。以上のようにして永久磁石同期モータ 5に交流電流が供給されることにより、永久磁 石同期モータ 5に推力が発生する。 Based on these voltage commands V * and V * and the electrical angle signal Θ, the three-phase converter 17 Outputs voltage commands v *, v *, v *. The power converter 6 performs PWM control of the output voltage based on these voltage commands, and finally controls the current flowing through the permanent magnet synchronous motor 5. By supplying an alternating current to the permanent magnet synchronous motor 5 as described above, thrust is generated in the permanent magnet synchronous motor 5.
[0026] 全体の制御構成には、モータ 5の磁極位置を仮定するための初期磁極位置設定器 19がさらに組み込まれる。制御でとらえている d _q座標と実際のモータの d_q座 標にずれがないとき、 q~軸電流 i* =0, cT軸電流 i* =iになるように制御を行ったと The overall control configuration further incorporates an initial magnetic pole position setting device 19 for assuming the magnetic pole position of the motor 5. When there is no deviation between the d_q coordinate captured by the control and the d_q coordinate of the actual motor, control is performed so that q ~ axis current i * = 0 and cT axis current i * = i.
q d d q d d
すると、リニアモータに推力は発生せず、保持力が発生する。しかし、図 4に示される ように、制御でとらえている cT _q座標と実際のモータの d_q座標にずれ角 Δ Θ があるとき、 q 軸電流 i* =0, cT軸電流 i* =iになるように制御を行ったとすると、 d" q d d Then, no thrust is generated in the linear motor, and a holding force is generated. However, as shown in Fig. 4, when there is a deviation angle ΔΘ between the cT _q coordinate captured by the control and the d_q coordinate of the actual motor, q-axis current i * = 0, cT-axis current i * = i D "qdd
_q座標へ実際のモータの d_q座標が引き付けられることとなり、推力が発生する。 The d_q coordinate of the actual motor is attracted to the _q coordinate, and thrust is generated.
[0027] 初期磁極位置設定器 19は cf軸電流を 0にし、 cT軸電流を iにして、この推力を発 [0027] The initial magnetic pole position setter 19 sets the cf-axis current to 0 and the cT-axis current to i, and generates this thrust.
d d
生させてモータを動作させる。そして、モータが動作する方向を検知して、磁極の位 置を検出する（その際、位置制御器 10と速度制御器 8は動作しない）。 And operate the motor. Then, the direction in which the motor operates is detected to detect the position of the magnetic pole (in this case, the position controller 10 and the speed controller 8 do not operate).
[0028] 磁極の位置（d軸の位置）を検出する方法を、図 5及び図 6に示されるフローチヤ一 ト、並びに図 7に示される cT—cf座標系を用いて説明する。まず、図 5に示されるよう に、初期磁極位置設定器 19が制御座標の磁極位置（d"軸の位置）を 0度〜 360度 の範囲の中間の角度の 180度に設定する（その際、位相検出器 16は動作しない） ( Sl)。そして、制御座標の cT軸に流れる電流を定格電流の 1/n倍 (nは正の整数）、 例えば 1/8倍に設定する。そして、図 6に示されるモータ動作サブルーチン (S2)に 移る。このサブルーチンでは、電機子に所定時間電流を通電し、検出器 7のフィード バック信号によりモータが動作したかどうかを判断し、モータが動作しない場合には 電機子に通電する電流値を大きくする。電機子に通電する時間はタイマにより微小 時間に設定される（S21)。電機子に電流を流そうとしてから実際に電機子に電流が 流れて推力が発生するまでにある程度の時間がかかる。タイマに設定される微少時 間は、実際にモータの電機子に電流を通電してみてモータに推力が働くまでの最少 の時間に設定され、例えば 10msecに設定される。ただし、微少時間を長くし過ぎると 、可動子が長距離を移動することになるので、意味がなくなる。次に位置検出器 11に
より、モータが動作したか否かを判断し (S22)、モータが動作しない場合、電流値が 定格電流の 2倍であるかどうかを判断し (S23)、 2倍以下の場合は、電流値を 2倍に して再度モータの電機子に通電する（S24)。モータ動作サブルーチン（S2)は、この ステップをモータが動作するまで繰り返す。なお、実際のモータの磁極位置が制御座 標の cT _q座標の 180度の位置にあるとき、モータは動作しない。電流値 i*が定格 [0028] A method for detecting the position of the magnetic pole (d-axis position) will be described using the flow chart shown in FIGS. 5 and 6 and the cT-cf coordinate system shown in FIG. First, as shown in FIG. 5, the initial magnetic pole position setting device 19 sets the magnetic pole position of the control coordinates (d "axis position) to 180 degrees, which is an intermediate angle in the range of 0 degrees to 360 degrees (in that case). (Phase detector 16 does not operate) (Sl), and the current flowing through the cT axis of the control coordinate is set to 1 / n times the rated current (n is a positive integer), for example 1/8 times, and Moves to the motor operation subroutine (S2) shown in Fig. 6. In this subroutine, the armature is energized for a predetermined time, and it is determined whether or not the motor has operated by the feedback signal of the detector 7, and the motor does not operate. In this case, increase the value of the current to be applied to the armature, and set the time for supplying the armature to a minute time by the timer (S21). It takes a certain amount of time to generate thrust. The minute time set to is set to the minimum time until the thrust is applied to the motor when the current is actually applied to the motor armature, for example, set to 10 msec. After that, the mover moves over a long distance, which makes sense. Therefore, it is determined whether or not the motor has been operated (S22) .If the motor is not operating, it is determined whether or not the current value is twice the rated current (S23). Is doubled and the motor armature is energized again (S24). The motor operation subroutine (S2) repeats this step until the motor operates. Note that the motor does not operate when the actual magnetic pole position of the motor is at 180 ° of the cT_q coordinate of the control coordinate. Current value i * is rated
d 電流の 2倍になってもモータが動作しないときは、設定した磁極位置をモータの磁極 位置（S25)とする。 d If the motor does not operate even when the current is doubled, set the magnetic pole position as the motor magnetic pole position (S25).
[0029] 図 7に示されるように、実際のモータの d軸の位置が制御座標の cT一 q "座標から Δ [0029] As shown in FIG. 7, the actual d-axis position of the motor
Θ ずれていているとき、 cT軸の位置を 180度に設定して電機子電流 iを流すと、 d re d When Θ is shifted, if the armature current i is applied with the cT axis position set to 180 degrees, d re d
_q軸は cT _q 軸の位置へ引き付けられ、モータが動作することとなる。図 5に示さ れるように、リニアスケールのフィードバック信号によりモータが動作したかどうかを判 断し、モータが動作した場合はモータの動作方向、すなわち可動子の移動方向が正 の方向であるか負の方向であるかを判別する（S3)。そして、この可動子の移動方向 により、実際のモータの磁極位置（d軸の位置）が d"— cf座標に対して、 0度より大き く 180度未満の範囲にあるの力、それとも 180よりも大きく 360度以下の範囲にあるか を絞り込む。図 7に示されるように、例えば実際のモータの d軸が 0度より大きく 180度 未満の範囲にあれば、可動子が正の方向に移動する。よって、実際のモータの d軸 力 SO度より大きく 180度未満の範囲にあることが絞り込める。 The _q axis is attracted to the cT _q axis position and the motor operates. As shown in Fig. 5, it is determined whether or not the motor has operated by the feedback signal of the linear scale, and when the motor operates, the motor operating direction, that is, the moving direction of the mover is positive or negative. Is determined (S3). Then, depending on the moving direction of the mover, the actual motor magnetic pole position (d-axis position) is a force that is in the range of greater than 0 degrees and less than 180 degrees with respect to the d "-cf coordinates, or from 180 If the actual motor d-axis is in the range of more than 0 degrees and less than 180 degrees, as shown in Fig. 7, the mover moves in the positive direction. Therefore, it can be narrowed down to a range that is larger than the d-axis force SO degree of the actual motor and less than 180 degrees.
[0030] さらに、実際のモータの磁極位置（d軸の位置）が 0度以上 180度未満の範囲にある 場合、制御座標の磁極位置（d"軸の位置）を絞り込まれた角度範囲 180度の中間の 角度 90度に設定し (S4)、実際のモータの磁極位置が 180度より大きく 360度以下 の範囲にある場合、制御座標の磁極位置を絞り込まれた角度範囲 180度の中間の 角度 270度に初期磁極位置設定器 19を設定する（S5)。 [0030] In addition, when the actual magnetic pole position (d-axis position) of the motor is in the range of 0 to 180 degrees, the angle range narrowed down from the control coordinate magnetic pole position (d "-axis position) is 180 degrees. If the actual magnetic pole position of the motor is in the range of more than 180 degrees and less than 360 degrees, the angle range in which the control coordinate magnetic pole position is narrowed down is the intermediate angle of 180 degrees. The initial magnetic pole position setting device 19 is set to 270 degrees (S5).
[0031] そして再びモータ動作サブルーチン（S2)を実行し、モータの動作方向、すなわち 可動子の移動方向を判別する（S6, S7)。この可動子の移動方向により、実際のモ ータの磁極位置（d軸の位置）が設定した角度範囲未満の範囲にあるの力 \それとも 設定した角度範囲より大きい範囲にあるのかを絞り込む。図 8に示されるように、例え ば制御座標の磁極位置（cT軸の位置）を 90度に設定したとき、実際のモータの d軸
力 SO度より大きく 90度未満の範囲にあれば、 q軸に正の電流 cos Δ Θ -iが流れ、可 Then, the motor operation subroutine (S2) is executed again to determine the motor operation direction, that is, the moving direction of the mover (S6, S7). Depending on the moving direction of this mover, it is narrowed down whether the actual motor magnetic pole position (d-axis position) is in the range below the set angle range or whether it is in the range above the set angle range. As shown in Fig. 8, for example, when the magnetic pole position (cT axis position) of the control coordinates is set to 90 degrees, the actual motor d axis If the force is greater than SO degrees and less than 90 degrees, positive current cos Δ Θ -i flows on the q-axis
re α re α
動子が正の方向に移動する。よって実際のモータの d軸が 0度より大きく 90度未満の 範囲にあると絞り込める。 The mover moves in the positive direction. Therefore, it can be narrowed down if the d-axis of the actual motor is in the range of greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
[0032] 以上の工程により、実際のモータの磁極位置（d軸の位置）が、 0度〜 90度の範囲 にあるのか、 90度〜 180度の範囲にあるの力、、 180度〜 270度の範囲にあるの力、、 2 70度〜 360度の範囲にあるのかが絞り込める。絞り込んだ角度範囲内でさらに磁極 位置を中間の角度に設定してモータを動作させれば、 45度の角度範囲で実際のモ ータの磁極位置（d軸の位置）を絞り込める。これをエンドレスに繰り返せば、 45Z2 度、 45/4度、 45Z8度、 45/16度…の角度範囲で実際のモータの磁極位置（d軸 の位置）を検出することができる。 [0032] Through the above steps, the actual motor magnetic pole position (d-axis position) is in the range of 0 ° to 90 °, or in the range of 90 ° to 180 °, 180 ° to 270 You can narrow down the force in the range of 2 degrees, 2 in the range of 70 degrees to 360 degrees. If the motor is operated with the magnetic pole position set to an intermediate angle within the narrowed angle range, the actual motor magnetic pole position (d-axis position) can be narrowed down within the 45-degree angle range. If this is repeated endlessly, the actual magnetic pole position (d-axis position) can be detected in the angle ranges of 45Z2 °, 45/4 °, 45Z8 °, 45/16 °….
[0033] しかし、繰り返す回数が増えると、磁極位置の検出に時間がかかる。そこである程度 絞り込んだ段階で、実際のモータの磁極位置（d軸の位置）を分解能 (X度）の範囲で 求める磁極位置検出工程を行う。具体的にはまず、絞り込まれた角度範囲内におい て制御座標の磁極位置（d"軸の位置）を最小値に設定し（S8〜S11)、モータ動作 サブルーチンを実行し（S2)、モータの動作方向、すなわち可動子の移動方向を判 別する（S12〜S15)。モータの動作方向が前回と同じであれば、制御座標の磁極位 置（cT軸の位置)所定の角度 (X度)加算した値に設定し (S16〜S19)、再度モータ 動作サブルーチンを実行する（S2)。モータが動作する方向が反転したとき、そのとき の制御座標の磁極位置（cT軸の位置）を実際のモータの磁極位置に設定する（S20 〜S23)。以上により実際のモータの磁極位置（d軸の位置）を分解能 (X度）の範囲 内で求められる。 However, as the number of repetitions increases, it takes time to detect the magnetic pole position. Therefore, after narrowing down to some extent, a magnetic pole position detection process is performed to find the actual motor magnetic pole position (d-axis position) within the resolution (X degrees) range. Specifically, first, the magnetic pole position (d "axis position) of the control coordinates is set to the minimum value within the narrowed angle range (S8 to S11), the motor operation subroutine is executed (S2), and the motor Determine the direction of movement, that is, the moving direction of the mover (S12 to S15) If the motor movement direction is the same as the previous one, the magnetic pole position of the control coordinate (cT axis position) Predetermined angle (X degrees) Set the added value (S16 to S19) and execute the motor operation subroutine again (S2) When the motor operating direction is reversed, the magnetic pole position (cT axis position) of the control coordinate at that time is actually Set to the magnetic pole position of the motor (S20 to S23) The actual motor magnetic pole position (d-axis position) can be obtained within the range of resolution (X degrees).
[0034] 例えば、図 9に示されるように、実際のモータの d軸の位置が 0度より大きく 90度未 満の角度範囲にあると絞り込めた場合、制御座標の磁極位置（cT軸の位置）を 0度に 設定し、モータを動作させる。次に制御座標の磁極位置（cT軸の位置）を 5度に設定 し、モータが動作する方向を判別し、前回と同じ方向であれば、制御座標の磁極位 置（cT軸の位置）にさらに 5度を加えて 10度に設定する。再度モータが動作する方向 を判別し、前回と異なる方向であれば、制御座標の磁極位置（cT軸の位置）の 10度 を実際のモータの磁極位置に設定する。そして、 10度回転させた制御座標上の d"
軸に電機子電流を流し、制御座標上の cT "軸に実際のモータの磁極位置（d軸）を引 き付け合わせる。制御座標の磁極位置（(Γ "軸の位置）と実際のモータの磁極位置（ d軸）とのずれ角 Δ Θ は 5度未満になっているので、可動子の移動量を少なくするこ re [0034] For example, as shown in FIG. 9, when the actual motor d-axis position is narrowed down to an angle range greater than 0 degrees and less than 90 degrees, the magnetic pole position of the control coordinate (cT-axis Set (Position) to 0 degrees and operate the motor. Next, set the control coordinate magnetic pole position (cT axis position) to 5 degrees, determine the direction in which the motor operates, and if it is the same direction as the previous time, set it to the control coordinate magnetic pole position (cT axis position). Add 5 degrees and set to 10 degrees. Determine the direction in which the motor operates again, and if it is different from the previous direction, set the magnetic pole position of the control coordinate (cT axis position) to 10 degrees as the actual motor magnetic pole position. Then d "on the control coordinates rotated 10 degrees The armature current is passed through the shaft, and the magnetic pole position (d axis) of the actual motor is attracted to the cT "axis on the control coordinate. The magnetic pole position of the control coordinate ((Γ" axis position) and the actual motor position Since the deviation angle Δ Θ from the magnetic pole position (d-axis) is less than 5 degrees, reduce the amount of movement of the mover.
とができる。しかも、角度を加算する磁極位置検出工程を行うことで、エンドレスに磁 極位置を絞り込む必要もなくなるので、磁極位置の検出に時間が力かることもない。 本明糸田書は、 2006年 3月 31日出願の特願 2006— 100609に基づく。この内容は すべてここに含めておく。
You can. In addition, by performing the magnetic pole position detection step of adding the angle, it is not necessary to endlessly narrow down the magnetic pole position, so that it does not take time to detect the magnetic pole position. This book is based on Japanese Patent Application No. 2006-100609 filed on Mar. 31, 2006. All this content is included here.
Claims
[1] d— q座標系で表される永久磁石同期モータの磁極位置（d軸の位置）を検出する永 久磁石同期モータの磁極位置検出方法において、 [1] In the permanent magnet synchronous motor magnetic pole position detection method for detecting the magnetic pole position (d-axis position) of the permanent magnet synchronous motor expressed in the d-q coordinate system,
制御座標の磁極位置（cT軸の位置）を 360度の範囲の中間の角度に設定し、 q 軸 電機子電流 =0, cT軸電機子電流 =iになるように電機子に微小時間通電してモー Set the magnetic pole position (cT axis position) in the control coordinates to an intermediate angle in the range of 360 degrees, and energize the armature for a short time so that q-axis armature current = 0 and cT-axis armature current = i. Mo
d d
タを動作させる第一のモータ作動工程と、 A first motor operating process for operating the motor,
モータが動作する方向を検知して、実際のモータの磁極位置（d軸の位置）が前記 制御座標に対して、前記 360度の範囲において前記中間の角度未満の範囲にある のカ それとも前記中間の角度よりも大きい範囲にあるのかを絞り込む第一の磁極位 置絞り込み工程と、を備えることを特徴とする永久磁石同期モータの磁極位置検出 方法。 The direction in which the motor operates is detected, and the actual motor magnetic pole position (d-axis position) is within the 360 ° range and less than the intermediate angle with respect to the control coordinates. And a first magnetic pole position narrowing step of narrowing down whether the angle is larger than the angle of the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor.
[2] 前記永久磁石同期モータの磁極位置検出方法はさらに、 [2] The method for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor further includes:
制御座標の磁極位置（d"軸の位置）を絞り込まれた角度範囲の中間の角度に設定 し、 cf軸電機子電流 =0， cT軸電機子電流 =iになるように電機子に微小時間通電 Set the magnetic pole position (d "axis position) in the control coordinates to an angle in the middle of the narrowed angle range, and set the armature to a short time so that cf-axis armature current = 0 and cT-axis armature current = i. Energized
d d
してモータを動作させる第二のモータ作動工程と、 And a second motor operation step for operating the motor,
モータが動作する方向を検知して、前記制御座標に対して実際のモータの磁極位 置（d軸の位置）が、前記絞り込まれた角度範囲において前記第二のモータ作動ェ 程で設定した前記中間の角度未満の範囲にあるのか、それとも前記中間の角度より も大きい範囲にあるのかを絞り込む第二の磁極位置絞り込み工程と、を備え、 前記第二のモータ作動工程及び前記第二の磁極位置絞り込み工程を一回以上繰 り返すことを特徴とする請求項 1に記載の永久磁石同期モータの磁極位置検出方法 The direction in which the motor operates is detected, and the actual magnetic pole position (d-axis position) with respect to the control coordinates is set in the second motor operation range within the narrowed angle range. A second magnetic pole position narrowing step that narrows down whether the angle is in a range less than the intermediate angle or larger than the intermediate angle, and includes the second motor operation step and the second magnetic pole position. 2. The method for detecting a magnetic pole position of a permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the narrowing-down process is repeated one or more times.
[3] 前記永久磁石同期モータの磁極位置検出方法はさらに、 [3] The method for detecting the magnetic pole position of the permanent magnet synchronous motor further includes:
前記絞り込まれた角度範囲内において制御座標の磁極位置（cT軸の位置）を最小 値から所定の角度 (X度）ずつ加算した値に設定し、 cf軸電機子電流 =0， cT軸電機 子電流 =iになるように電機子に微小時間通電してモータを動作させ、モータが動作 Within the narrowed angle range, the magnetic pole position (cT axis position) of the control coordinates is set to a value obtained by adding a predetermined angle (X degrees) from the minimum value, and cf-axis armature current = 0, cT-axis armature Operate the motor by energizing the armature for a short time so that the current = i.
d d
する方向が反転するまで制御座標の磁極位置の加算とモータの動作を繰り返して、 制御座標に対する実際のモータの磁極位置（d軸の位置）を分解能 (X度）の範囲で
求める磁極位置検出工程を備えることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の永久磁 石同期モータの磁極位置検出方法。 Repeat the addition of the magnetic pole position of the control coordinates and the motor operation until the direction of rotation is reversed, and the actual magnetic pole position of the motor (d-axis position) relative to the control coordinates within the range of resolution (X degrees) 3. The method for detecting a magnetic pole position of a permanent magnet synchronous motor according to claim 1, further comprising a magnetic pole position detection step to be obtained.
[4] 前記第一のモータ作動工程、前記第二のモータ作動工程、及び前記磁極位置検出 工程の少なくとも一つの工程では、電機子に定格電流よりも小さい電流を通電し、モ ータが動作するか否力 ^判断し、モータが動作しない場合には電機子に通電する電 流を大きくすることを特徴とする請求項 1ないし 3いずれかに記載の永久磁石同期モ ータの磁極位置検出方法。 [4] In at least one of the first motor operation step, the second motor operation step, and the magnetic pole position detection step, a current smaller than the rated current is supplied to the armature to operate the motor. The magnetic pole position detection of the permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 3, wherein when the motor does not operate, the current supplied to the armature is increased. Method.
[5] 前記永久磁石同期モータは可動コイル型永久磁石リニアモータであることを特徴と する請求項 1ないし 4いずれかに記載の永久磁石同期モータの磁極位置検出方法。
5. The method for detecting a magnetic pole position of a permanent magnet synchronous motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the permanent magnet synchronous motor is a moving coil type permanent magnet linear motor.
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