WO2023007745A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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WO2023007745A1
WO2023007745A1 PCT/JP2021/028485 JP2021028485W WO2023007745A1 WO 2023007745 A1 WO2023007745 A1 WO 2023007745A1 JP 2021028485 W JP2021028485 W JP 2021028485W WO 2023007745 A1 WO2023007745 A1 WO 2023007745A1
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WO
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magnetic pole
control device
unit
rotor
motor control
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Application number
PCT/JP2021/028485
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English (en)
French (fr)
Inventor
晋一 秋本
和彦 平松
Original Assignee
株式会社安川電機
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Publication date
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Priority to PCT/JP2021/028485 priority patent/WO2023007745A1/ja
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Priority to JP2023538202A priority patent/JPWO2023007745A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • H02P6/22—Arrangements for starting in a selected direction of rotation

Definitions

  • the disclosed embodiments relate to motor control devices.
  • motor controllers for motors such as permanent magnet synchronous motors have been known that use the magnetic pole positions detected by hall sensors to control the rotational speed.
  • the conventional technology described above requires a sensor input circuit that can respond to high-speed changes in signals, and there is room for improvement from the viewpoint of the cost of the motor control device.
  • An object of one aspect of the embodiments is to provide a motor control device in which an input circuit with a low response speed can be applied as a sensor input circuit.
  • a motor control device includes a first magnetic pole position detector, a second magnetic pole position detector, and a controller.
  • the first magnetic pole position detection unit detects the positions of the magnetic poles of the rotor having the magnetic poles before the start of rotation based on the detection result of the magnetic pole sensor.
  • a second magnetic pole position detector detects the position of the magnetic poles of the rotor based on the currents flowing through the plurality of drive windings that drive the rotor.
  • the control unit controls to start the rotation of the rotor based on the detection result of the first magnetic pole position detection unit, and rotates the rotor after starting rotation based on the detection result of the second magnetic pole position detection unit. control and perform.
  • a motor control device in which a low response speed input circuit can be applied as a sensor input circuit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a motor control device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of magnetic pole position detection by a magnetic pole sensor.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a signal input circuit included in the motor control device.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of wiring of a signal input circuit included in the motor control device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a wiring example of a signal input circuit included in the motor control device of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a motor control device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of magnetic pole position estimation according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a motor control device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a hardware configuration example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a motor control device according to a first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the motor control device 1. As shown in FIG. In addition, the motor 10 is further described in the figure.
  • This motor 10 is a synchronous motor and includes a stator 11 and a rotor 16.
  • the stator 11 includes drive windings 12-14 and magnetic pole sensors 61-63.
  • a motor 10 shown in the figure represents an example in which a rotating magnetic field is formed by applying a three-phase AC drive voltage to these drive windings 12 to 14 .
  • a rotor 16 shown in FIG. Accordingly, it rotates around the rotating shaft 17 .
  • the drive windings 12 to 14 are wired in a star connection in which one end of each is commonly connected in the stator 11 .
  • the drive windings 12 to 14 may be wired in a delta connection.
  • the drive windings 12 to 14 correspond to the U phase, which is the first phase of the three-phase AC, the V phase, which is the second phase, and the W phase, which is the third phase, respectively.
  • "U”, "V” and “W” in the figure represent U-phase, V-phase and W-phase wiring.
  • a three-phase AC current flows through the U-phase, V-phase, and W-phase drive windings.
  • a rotating magnetic field can be formed in the motor 10 .
  • the direction of rotation of the rotor 16 can be changed by reversing the phase order of the U-phase, V-phase, and W-phase drive windings to which the drive voltage is applied.
  • the magnetic pole sensors 61 to 63 are sensors that detect the position of the magnetic pole 15 .
  • Hall sensors can be applied to the magnetic pole sensors 61 to 63 .
  • This Hall sensor is a sensor that detects the strength and polarity of a magnetic field, generates a signal corresponding to the strength of the magnetic field formed by the magnetic pole 15, and outputs the signal as a detection result.
  • a plurality of magnetic pole sensors 61 and the like can be arranged in the motor control device 1 . The figure shows an example in which three magnetic pole sensors 61 to 63 are arranged. Further, the magnetic pole sensor 61 or the like can be arranged not only one for each of the drive windings 12 to 14, but also arranged at equal intervals between the drive windings 12 to 14. FIG. By arranging the magnetic pole sensors 61 and the like in this manner, the detection accuracy of the positions of the magnetic poles 15 of the rotor 16 can be improved.
  • the motor control device 1 includes a control section 20, a drive section 30, a first magnetic pole position detection section 40, a second magnetic pole position detection section 50, and a current sensor 64.
  • a current sensor 64 detects the current flowing between the drive unit 30 and the motor 10 .
  • the current sensor 64 can be configured to detect the current of each phase (U-phase, V-phase and W-phase) of a three-phase alternating current.
  • the current sensor 64 can be configured to detect any two-phase current of a three-phase alternating current. As long as no zero-phase current occurs, the sum of the U-phase, V-phase, and W-phase currents is zero, so even when detecting two-phase currents, it is possible to obtain information on the currents of all the phases.
  • the drive unit 30 is a circuit that supplies drive currents to the drive windings 12 to 14 under the control of the control unit 20 .
  • the drive unit 30 includes, for example, an inverter circuit in which six switching elements are connected in a three-phase bridge connection, and an inverter circuit between each line for supplying an input to the drive unit 30 and each line for taking out an output from the drive unit 30.
  • a matrix converter circuit connected by direction switches can be applied.
  • the switching elements and both switches are composed of semiconductor elements such as power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and are switched on and off according to drive signals.
  • the drive unit 30 applies a drive voltage to the drive windings 12 to 14 by switching on and off the plurality of semiconductor elements based on the drive signal input from the control unit 20, thereby causing the drive current to flow. .
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of magnetic pole position detection by a magnetic pole sensor.
  • the first magnetic pole position detector 40 detects the position of the magnetic pole 15 based on the detection results of the magnetic pole sensors 61-63.
  • the magnetic pole sensors 61 to 63 for example, output an ON signal when the N pole of the magnetic pole 15 is closer to the magnetic pole sensor than the S pole of the magnetic pole 15, and the S pole of the magnetic pole 15 is closer to the S pole than the N pole of the magnetic pole 15. When it is nearer, it outputs an OFF signal.
  • the first magnetic pole position detection unit 40 detects the position of the magnetic pole 15 in electrical angle units as shown in FIG.
  • the first magnetic pole position detector 40 can detect the position of the magnetic pole 15 while the rotor 16 is stopped.
  • the first magnetic pole position detection section 40 can also detect the positions of the magnetic poles 15 when the rotor 16 is rotating.
  • first magnetic pole position detection section 40 in FIG. 1 is arranged in the function control section 240 . Also, the first magnetic pole position detector 40 is connected to the magnetic pole sensors 61 to 63 via the input signal setting section 230 .
  • the function control section 240 and the input signal setting section 230 will be described later with reference to FIG.
  • the second magnetic pole position detection section 50 detects the position of the magnetic pole 15 based on the current detected by the current sensor 64 . As described above, when the motor 10 is driven, a three-phase AC voltage is applied to the drive windings 12 to 14 and a three-phase AC current is supplied as the drive current. By detecting this drive current, the position of the magnetic pole 15 can be detected.
  • the second magnetic pole position detection unit 50 calculates the phase error of the voltage command based on the voltage command and the detected value of the drive current from the drive unit 30 to the motor 10, and calculates the phase error of the voltage command based on the phase error of the voltage command.
  • the position of the magnetic pole 15 is detected.
  • the control unit 20 introduces a ⁇ coordinate system that rotates around the rotary shaft 17 in synchronization with the frequency command and an ⁇ coordinate system that is a fixed coordinate system, and calculates a voltage command V ⁇ and a value on each axis of the ⁇ coordinate system. Generate V ⁇ . Voltage commands V ⁇ and V ⁇ are generated based on current commands on the ⁇ -axis and the ⁇ -axis. The control unit 20 also converts the three-phase AC driving current detected by the current sensor 64 into values i ⁇ and i ⁇ on each axis of the ⁇ coordinate system.
  • the second magnetic pole position detector 50 detects voltage commands V ⁇ and V ⁇ , drive currents i ⁇ and i ⁇ , winding resistance R of the motor 10, and inductances L ⁇ and L ⁇ on the ⁇ and ⁇ axes of the motor 10.
  • the second magnetic pole position detector 50 calculates the phase error of the voltage command based on the phase of the induced voltage. For example, the second magnetic pole position detector 50 calculates the phase angle of the induced voltage vector with respect to the ⁇ axis in the ⁇ coordinate system as the phase error of the voltage command. This is based on the fact that when the ⁇ -axis points in the direction of the magnetic pole 15, the induced voltage is generated only on the ⁇ -axis and the ⁇ -axis component of the induced voltage becomes zero.
  • the second magnetic pole position detection unit 50 detects the angle between the ⁇ coordinate system and the ⁇ coordinate system based on the integrated value of the frequency command with the position of the magnetic pole 15 detected by the first magnetic pole position detection unit 40 as the initial value.
  • An estimated value of the position of the magnetic pole 15 is calculated by calculating the difference and adding the phase error ⁇ to the angle difference.
  • the second magnetic pole position detector 50 can detect the position of the magnetic pole 15 .
  • the method of detecting the magnetic poles 15 in the second magnetic pole position detection section 50 is not limited to the above method.
  • the second magnetic pole position detector 50 may detect the position of the magnetic pole 15 by an observer that receives at least the drive current detected by the current sensor 64 and outputs the position of the magnetic pole 15 and the rotational speed of the magnetic pole 15 .
  • the control unit 20 controls the rotation of the rotor 16 of the motor 10.
  • This control unit 20 generates a drive current command and a frequency command for the motor 10 based on a control command from a host control device or an external setting device, or a control command set for the motor control device 1 as a parameter. do.
  • the control unit 20 performs control by outputting a drive signal to the drive unit 30 based on the generated drive current command and frequency command.
  • the control unit 20 generates the voltage commands V ⁇ and V ⁇ on the ⁇ coordinate system based on the drive current command in order to apply a current corresponding to the drive current command described above.
  • the control unit 20 converts the voltage commands V ⁇ and V ⁇ based on the positions of the magnetic poles 15 of the rotor 16 into rotational coordinates to voltage commands on the ⁇ coordinate system.
  • the position of the magnetic pole 15 detected by the first magnetic pole position detection unit 40 based on the outputs of the magnetic pole sensors 61 to 63, or the second magnetic pole position based on the frequency command and the output of the current sensor 64
  • the position of the magnetic pole 15 detected by the position detector 50 is used.
  • the control unit 20 converts the voltage command on the ⁇ coordinate axis into a drive voltage command by two-phase-to-three-phase conversion. As a result, for example, a three-phase AC drive voltage command is generated which has the amplitude and phase for directing the ⁇ -axis to the magnetic pole 15 and obtaining the output of the motor based on the control command.
  • the control unit 20 Based on the drive voltage command, the control unit 20 generates a drive signal by, for example, the triangular wave comparison method or the space vector method, and sequentially outputs the drive signal to the drive unit 30 to control the rotation of the rotor 16 .
  • the position of the magnetic pole 15 required to generate the drive voltage command is detected by the first magnetic pole position detector 40 and the second magnetic pole position detector 50 .
  • the control unit 20 generates a drive voltage command based on the detection result of the first magnetic pole position detection unit 40 and performs control to start the rotation of the rotor 16 .
  • the control unit 20 generates a drive voltage command based on the detection result of the second magnetic pole position detection unit 50, and controls the rotation of the rotor 16 after the start of rotation.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a signal input circuit included in the motor control device 1.
  • This signal input circuit 220 is a circuit that takes in an external signal.
  • a signal input circuit 220 in the figure includes terminals 221 to 223 and isolation circuits 224 to 226 .
  • Terminals 221 to 223 are terminals to which signal lines of external devices or the like are connected.
  • the isolation circuits 224 to 226 are circuits that electrically isolate and transmit signals. Photocouplers, for example, can be used for these isolation circuits 224 to 226 .
  • Terminals 221 to 223 are connected to the inputs of isolation circuits 224 to 226, respectively, through the load impedances of the input circuits represented by rectangles in the figure.
  • Signal commons of the isolation circuits 224 to 226 are commonly connected to a low-potential terminal of the power supply unit 213, which will be described later.
  • This input signal setting section 230 sets the application of the input signals connected to the terminals 221 to 223 .
  • the input signal setting section 230 is arranged between the function control section 240 and the function control section 240 .
  • the function control unit 240 represents a collection of function-specific control units 250 that implement each function of the motor control device 1 .
  • the motor control device 1 can set the contents of the signals input from the terminals 221 to 223 to the input signal setting section 230 using parameters.
  • the input signal setting section 230 outputs the signals input from the terminals 221 to 223 to any of the functional control sections 250 in the function control section 240 according to the content of the signal specified by the set parameters.
  • each of the terminals 221 to 223 can be switched and used to transmit a plurality of signals with different contents.
  • the input signal setting section 230 can also output signals input from the terminals 221 to 223 to a plurality of functional control sections 250 .
  • the above-described first magnetic pole position detection section 40 can be arranged as one of the functional control sections 250 .
  • the input/output power supply circuit 210 includes a power supply section 213 and terminals 211 and 212 .
  • the power supply unit 213 supplies a DC power supply voltage, for example.
  • a high potential terminal of the power supply section 213 is connected to the terminal 211 and a low potential terminal is connected to the terminal 212 .
  • An input/output power supply circuit 210 can supply power for generating an output signal in an external device through terminals 211 and 212 .
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of wiring of a signal input circuit included in the motor control device. This figure shows an example of connecting the control device 2 to the signal input circuit 220 .
  • a sequencer or the like that performs sequence control of the motor control device 1 can be applied to the control device 2 .
  • the control device 2 outputs an UP command for increasing the speed of the motor 10 and a DOWN command for decreasing the speed of the motor 10 to the motor control device 1, and the signal line transmitting these two commands is controlled. It is wired between the device 2 and the motor control device 1 . These wires can be connected to terminals 221 and 222 . Power is supplied to the control device 2 from a power supply circuit 210 .
  • the input signal setting unit 230 it is set that the contents of the input signals to the terminals 221 and 222 are the UP command and the DOWN command, respectively. Accordingly, the input signal setting section 230 sets the output destination of the signals from the terminals 221 and 222 to the external acceleration/deceleration control section 250A in the function control section 240.
  • the external acceleration/deceleration control unit 250A increases the speed command of the motor 10 by a constant speed width while the UP command is ON, and holds the speed command at that time when the UP command is OFF.
  • the external acceleration/deceleration control unit 250A decreases the speed command of the motor 10 by a constant speed width while the DOWN command is ON, and holds the speed command at that time when the DOWN command is OFF. As described above, the external acceleration/deceleration control unit 250A changes the speed command according to the UP command and the DOWN command, and outputs it to the control unit 20 to change the speed of the motor 10 according to the command from the control device 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a connection example of the input circuit of the magnetic pole sensor of the first embodiment.
  • This figure shows an example of connecting the magnetic pole sensors 61 to 63 to the signal input circuit 220 .
  • the sensor outputs of magnetic pole sensors 61, 62 and 63 are connected to terminals 221, 222 and 223, respectively.
  • Power is supplied from a power supply circuit 210 to the magnetic pole sensors 61 to 63 .
  • wires from terminals 211 and 212 are connected to power supply input terminals of the magnetic pole sensors 61 to 63, respectively.
  • power can be commonly supplied to the magnetic pole sensors 61 to 63 .
  • FIG. 1 In the case of FIG.
  • the input signal setting section 230 sets the output destination of the signals from the terminals 221 and 222 to the first magnetic pole position detection unit 40 corresponding to one of the function-specific control units 250 in the function control unit 240. set.
  • the UP command and DOWN command from the control device 2 described in FIG. 4 are signals that change at a relatively low speed.
  • the signal input circuit 220 of the motor control device 1 is normally used to input such signals, and is composed of a circuit that responds slowly to changes in signal status. Therefore, it cannot be applied to an input circuit for signals from the magnetic pole sensors 61 to 63 that detect the magnetic pole position while the motor 10 is rotating. This is because it cannot follow changes in the signal.
  • signals from the magnetic pole sensors 61 to 63 can be input to the signal input circuit 220. Become.
  • the signal input circuit that the motor control device 1 normally has can be applied to input signals from the magnetic pole sensors 61 to 63 .
  • the power supply circuit 210 the magnetic pole sensors 61 to 63 and the control device 2 can share the power supply.
  • the hardware resources of the motor control device 1 can be effectively utilized.
  • the input signal setting unit 230 and setting the application of the input signal the signal input from the external device such as the control device 2 and the signal input from the magnetic pole sensor 61 can be switched by a software method. can be done. Thereby, the hardware configuration of the motor control device 1 can be simplified.
  • the motor control device 1 of the first embodiment of the present disclosure uses the magnetic pole sensors 61 to 63 to detect the positions of the magnetic poles 15 of the rotor 16 before starting, thereby detecting the positions of the magnetic poles 15. It can be detected precisely. Since the magnetic pole sensors 61 to 63 are not used after startup, the signals from the magnetic pole sensors 61 to 63 can be input to the signal input circuit 220 intended for signals that change state only at a low speed compared to the magnetic pole sensors 61 to 63. can.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a motor control device according to the second embodiment. This figure, like FIG. 1, is a block diagram showing a configuration example of the motor control device 1. As shown in FIG. The motor control device 1 shown in FIG. 1 is different from the motor control device 1 shown in FIG.
  • the magnetic pole position estimator 70 estimates the positions of the magnetic poles 15 of the rotor 16 .
  • the output signals of the magnetic pole sensors 61 to 63 and the speed estimation value from the control section 20 are input to the magnetic pole position estimating section 70 to estimate the stop position of the magnetic poles 15 when the rotor 16 is stopped.
  • the magnetic pole position estimator 70 can adopt a method of estimating the stop position of the magnetic poles 15 when the rotation is stopped based on the rotation speed of the rotor 16, for example.
  • the magnetic pole position holding section 71 holds the stop position of the magnetic pole 15 .
  • the magnetic pole position holding section 71 holds the position of the magnetic pole 15 estimated by the magnetic pole position estimating section 70 .
  • the held positions of the magnetic poles 15 are output to the control unit 20 when the motor 10 is next started.
  • the detection unit 75 detects whether the values of the magnetic pole sensor 61 or the like have changed while the motor 10 is stopped. After the position of the magnetic pole 15 is estimated by the magnetic pole position estimation unit 70 and held by the magnetic pole position holding unit 71, when the rotary shaft 17 rotates due to the influence of an external force or the like, the position of the magnetic pole 15 held by the magnetic pole position holding unit 71 is changed. It cannot be used as the position of the magnetic pole 15 before starting. The detection unit 75 detects changes in the positions of the magnetic pole sensor 61 and the like. A detection result is output to the switching unit 76 .
  • the switching section 76 switches between the output of the first magnetic pole position detection section 40 and the output of the magnetic pole position holding section 71 based on the detection result of the detection section 75 .
  • the switching unit 76 performs control to switch the output of the first magnetic pole position detection unit 40 to the input of the control unit 20 when the detection unit 75 detects a change in the value of the magnetic pole sensor while the motor 10 is stopped.
  • the switching unit 76 switches the output of the magnetic pole position holding unit 71 to the input of the control unit 20 when the detection unit 75 does not detect a change in the value of the magnetic pole sensor while the motor 10 is stopped.
  • the output of the first magnetic pole position detection unit 40 is used as the position of the magnetic pole 15, and the position of the magnetic pole 15 is detected. can prevent the error from increasing.
  • the magnetic pole position estimation unit 70 and the detection unit 75 correspond to one of the functional control units 250 shown in FIG. , and the input signal setting section 230 sets the output destinations of the signals from the terminals 221 and 222 to the first magnetic pole position detecting section 40 , the magnetic pole position estimating section 70 and the detecting section 75 .
  • the control unit 20 shown in the figure detects the positions of the magnetic poles 15 based on the detection results of the magnetic pole sensors 61 to 63 and the positions of the magnetic poles 15 held by the magnetic pole position holding unit 71, and rotates the rotor 16 based on the detection results. Control to start rotation. Further, the control unit 20 performs control to rotate the rotor 16 after the rotation is started based on the detection result of the second magnetic pole position detection unit 50 .
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of magnetic pole position estimation according to the second embodiment.
  • This figure is a diagram for explaining the estimation of the positions of the magnetic poles 15 of the rotor 16 in the magnetic pole position estimating section 70 .
  • the upper side of the figure is a graph showing the relationship between the rotation speed of the rotor 16 and time.
  • the vertical axis of this graph represents the speed of rotation of the rotor 16 .
  • the horizontal axis represents time.
  • a graph 401 in the figure represents the change in speed immediately before the rotor 16 stops.
  • the lower part of the figure represents waveforms obtained by binarizing the output signals of the magnetic pole sensors 61, 62 and 63 according to the ON state and the OFF state.
  • the output of each magnetic pole sensor changes according to the position (angle) of the rotor 16 .
  • the magnetic pole position estimator 70 acquires the rotational speed estimated value of the rotor 16 from the controller 20 in each control cycle of the controller 20 while the rotor 16 is stopped and decelerated. A frequency command value is used as the rotation speed estimation value.
  • the magnetic pole position estimator 70 calculates the rotational speed estimated value at that time and the rotation acquired in the previous control cycle (previous cycle).
  • a rotation speed change rate is calculated from the speed estimate.
  • Vpr represents the rotational speed estimated value of the current cycle.
  • Vpa represents the rotational speed estimate of the previous cycle.
  • Tc represents the control cycle time.
  • the stop position displacement Pdev estimated by the above equation is the displacement angle from the position where any one of the output signals of the magnetic pole sensors 61 to 63 changes to the stop position of the magnetic pole 15 .
  • the magnetic pole position estimator 70 repeats calculation of the stop position displacement Pdev, for example, each time one of the output signals of the magnetic pole sensors 61 to 63 changes.
  • the magnetic pole position estimator 70 determines that the rotor 16 has stopped when all the output signals of the magnetic pole sensors 61 to 63 have not changed within a predetermined time, and the stop position displacement Pdev at that time is finally is determined as a typical stop position displacement Pdev.
  • the position of the magnetic pole 15 when any of the output signals of the magnetic pole sensors 61 to 63 changes can be determined as shown in FIG. 2, for example. Therefore, the magnetic pole position estimating unit 70 monitors how the output signal of which sensor among the magnetic pole sensors 61 to 63 changes (from ON to OFF or from OFF to ON), and detects the magnetic pole sensor 61 according to FIG. 63 changes the position of pole 15 can be determined.
  • the magnetic pole position estimator 70 calculates an estimated value of the stop position of the magnetic pole 15 by adding the position where any one of the output sensors of the magnetic pole sensors 61 to 63 changes to the stop position displacement Pdev. In the example shown in the figure, the position of the magnetic pole 15 can be estimated at approximately 150°.
  • the rotational speed estimated value is not limited to this example.
  • the rotational speed of the magnetic pole 15 output by the observer may be used as the rotational speed estimation value.
  • the motor control device 1 of the second embodiment of the present disclosure maintains the positions of the magnetic poles 15 of the rotor 16 at the time of stop and applies them to the next startup, thereby improving the detection accuracy of the magnetic pole positions.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a motor control device according to the third embodiment. This figure, like FIG. 1, is a block diagram showing a configuration example of the motor control device 1. As shown in FIG. The motor control device 1 shown in FIG. 1 is different from the motor control device 1 shown in FIG.
  • the failure detection unit 72 detects failures of the magnetic pole sensors 61 to 63. Failure of the magnetic pole sensors 61 to 63 corresponds to disconnection of a signal line or the like.
  • the failure detector 72 can detect failure by monitoring the output signals of the magnetic pole sensors 61 to 63, for example. Specifically, the failure detection unit 72 can detect failure of the magnetic pole sensors 61 to 63 by detecting that the output signals of the magnetic pole sensors 61 to 63 are all OFF or all ON.
  • the failure detection unit 72 outputs a magnetic pole sensor failure signal to the selection unit 270 when detecting a failure of the magnetic pole sensors 61 to 63 .
  • the failure detection unit 72 corresponds to one of the function-specific control units 250 shown in FIG.
  • the input signal setting section 230 sets the output destinations of the signals from the terminals 221 and 222 to the first magnetic pole position detection section 40 and the fault detection section 72 .
  • the initial magnetic pole position estimator 260 estimates the positions of the magnetic poles 15 when the rotor 16 starts rotating without using the magnetic pole sensors 61 to 63 .
  • a method of detecting the positions of the magnetic poles 15 of the rotor 16 by a high frequency superposition method can be applied.
  • the initial magnetic pole position estimating section 260 causes the driving section 30 to supply the motor 10 with a high-frequency search output that the rotor 16 cannot follow.
  • the initial magnetic pole position estimation unit 260 generates a high-frequency search voltage (search output) command instead of the control unit 20, and outputs a drive signal to the drive unit 30 based on this search voltage command. Therefore, the drive unit 30 applies a search voltage corresponding to the search voltage command to the motor 10 .
  • the initial magnetic pole position estimator 260 detects the position of at least one magnetic pole 15 based on the search current supplied to the motor 10 by applying the search voltage.
  • the initial magnetic pole position estimator 260 determines a pulse supply phase based on the detected position of the magnetic pole 15, for example.
  • a voltage is applied from the drive unit 30 to the motor 10 .
  • the positive pulse voltage is a pulse voltage that has the same phase as the pulse supply phase
  • the negative pulse voltage is a pulse voltage that is 180° out of phase with the positive pulse voltage.
  • the initial magnetic pole position estimator 260 evaluates the difference (response difference) between the positive current supplied to the motor 10 in response to the positive pulse voltage and the negative current supplied to the motor 10 in response to the negative pulse voltage. Positive and negative currents can be detected by current sensor 64 .
  • the initial magnetic pole position estimator 260 may be the result of subtracting the magnitude of the negative current from the magnitude of the positive current, or the result of subtracting the magnitude of the negative current from the time integral value of the positive current. can be evaluated as the response difference. If the sign of this response difference is positive, it can be determined that the N pole is present at the position of the previously detected magnetic pole 15 . On the other hand, if the sign of the response difference is negative, it can be determined that the S pole is at the position of the previously detected magnetic pole 15 and the N pole is at a position shifted by 180 degrees in electrical angle. In this manner, the initial magnetic pole position estimator 260 estimates the positions of the magnetic poles 15 when the rotor 16 starts rotating.
  • the selection unit 270 selects the magnetic pole position output from the first magnetic pole position detection unit 40 as the position of the magnetic pole 15 at the start of rotation, and controls the control unit 20. , and selects the drive signal output from the control section 20 as the drive signal and inputs it to the drive section 30 . Further, when the magnetic pole sensor failure signal is input from the failure detection unit 72, the selection unit 270 selects the magnetic pole position output from the initial magnetic pole position estimation unit 260 as the position of the magnetic pole 15 at the start of rotation, and selects the magnetic pole position output from the control unit. 20 , and selects the drive signal output from the initial magnetic pole position estimation unit 60 as the drive signal and inputs it to the drive unit 30 . As a result, when the magnetic pole sensors 61 to 63 fail, the initial magnetic pole position estimator 260 operates to detect the position of the magnetic pole 15 at the start of rotation.
  • the motor control device 1 of the third embodiment of the present disclosure can perform alternative detection of the position of the magnetic pole 15 when the magnetic pole sensors 61 to 63 fail. Thereby, the reliability of the motor control device 1 can be improved.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a hardware configuration example that implements the first to third embodiments.
  • hardware that implements the first to third embodiments includes one or more processors 291, a memory 292, a storage 293, an input/output port 294, and a switching control circuit 295.
  • the storage 293 has a computer-readable storage medium such as a non-volatile semiconductor memory.
  • the storage 293 includes the control unit 20, the first magnetic pole position detection unit 40, the second magnetic pole position detection unit 50, the magnetic pole position estimation unit 70, the magnetic pole position holding unit 71, the failure detection unit 72, the initial magnetic pole position estimation unit 260 and a program for configuring functional blocks such as the selection unit 270 .
  • the memory 292 temporarily stores the program loaded from the storage medium of the storage 293 and the calculation result by the processor 291 .
  • the processor 291 configures each functional block by executing the above program in cooperation with the memory 292 .
  • the input/output port 294 inputs and outputs electrical signals to and from the magnetic pole sensors 61 to 63, the current sensor 64, and external devices according to instructions from the processor 291.
  • the power supply circuit 210 and signal input circuit 220 form part of the input/output port 294 .
  • the switching control circuit 295 supplies drive currents to the drive windings 12 to 14 by switching on and off the plurality of semiconductor elements in the drive section 30 according to instructions from the processor 291 .
  • each functional block is not necessarily limited to programs.
  • at least part of the functions may be configured by a dedicated logic circuit or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) integrated with this.
  • motor control device 10 motor 11 stator 15 magnetic pole 16 rotor 20 control section 40 first magnetic pole position detection section 50 second magnetic pole position detection section 61 to 63 magnetic pole sensors 64 current sensor 70 magnetic pole position estimation section 71 magnetic pole position holding Unit 72 Failure detection unit 75 Detection unit 76 Switching unit 210 Power supply circuit 220 Signal input circuit 230 Input signal setting unit 240 Function control unit 250 Control unit by function 250A External acceleration/deceleration control unit 260 Initial magnetic pole position estimation unit 270 Selection unit

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Abstract

低い応答速度のセンサ入力回路が適用可能なモータ制御装置を提供する。モータ制御装置は、第１の磁極位置検出部と、第２の磁極位置検出部と、制御部とを備える。第１の磁極位置検出部は、磁極を有する回転子における回転起動前の磁極の位置を磁極センサの検出結果に基づいて検出する。第２の磁極位置検出部は、回転子を駆動する複数の駆動巻線に流れる電流に基づいて回転子の磁極の位置を検出する。制御部は、第１の磁極位置検出部の検出結果に基づいて回転子を回転起動させる制御と第２の磁極位置検出部の検出結果に基づいて回転起動後の回転子を回転させる制御とを行う。

Description

モータ制御装置
　開示の実施形態は、モータ制御装置に関する。
　従来、永久磁石形同期モータなどのモータの制御装置において、ホールセンサにより検出した磁極位置を使用して回転速度の制御を行うモータ制御装置が知られている。
　たとえば、取得した回転速度が予め設定した閾値以下の場合にホールセンサにより検出した磁極位置を使用して回転させ、回転速度が上記閾値を超える場合に磁極位置を逆起電力により推定する制御方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
中国特許出願公開第１１００１１５７６号明細書
　しかしながら、上記した従来技術では、信号の高速変化に応答できるセンサ入力回路が必要となり、モータ制御装置のコストの観点からは改善の余地がある。
　実施形態の一態様は、低い応答速度の入力回路をセンサ入力回路として適用可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
　実施形態の一態様のモータ制御装置は、第１の磁極位置検出部と、第２の磁極位置検出部と、制御部とを備える。第１の磁極位置検出部は、磁極を有する回転子における回転起動前の上記磁極の位置を磁極センサの検出結果に基づいて検出する。第２の磁極位置検出部は、上記回転子を駆動する複数の駆動巻線に流れる電流に基づいて上記回転子の磁極の位置を検出する。制御部は、上記第１の磁極位置検出部の検出結果に基づいて上記回転子を回転起動させる制御と上記第２の磁極位置検出部の検出結果に基づいて回転起動後の上記回転子を回転させる制御とを行う。
　実施形態の一態様によれば、低い応答速度の入力回路をセンサ入力回路として適用可能なモータ制御装置を提供することができる。
図１は、第１の実施形態のモータ制御装置の構成例を示す図である。 図２は、磁極センサによる磁極位置の検出例を示す図である。 図３は、モータ制御装置が有する信号入力回路の構成例を示す図である。 図４は、モータ制御装置が有する信号入力回路の結線例を示す図である。 図５は、第１の実施形態のモータ制御装置が有する信号入力回路の結線例を示す図である。 図６は、第２の実施形態のモータ制御装置の構成例を示す図である。 図７は、第２の実施形態の磁極位置の推定の一例を示す図である。 図８は、第３の実施形態のモータ制御装置の構成例を示す図である。 図９は、ハードウェア構成例を示すブロック図である。
　以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　（１．第１の実施形態）
　［モータ制御装置の構成］
　図１は、第１の実施形態のモータ制御装置の構成例を示す図である。同図は、モータ制御装置１の構成例を表すブロック図である。なお、同図には、モータ１０を更に記載した。
　このモータ１０は、同期モータであり、固定子１１及び回転子１６を備える。固定子１１は、駆動巻線１２乃至１４と、磁極センサ６１乃至６３とを備える。同図のモータ１０は、これらの駆動巻線１２乃至１４に三相交流の駆動電圧を印加して回転磁界を形成する場合の例を表す。同図の回転子１６は、例えば回転軸１７と、回転軸１７と並行な方向に延伸する永久磁石等を備えた磁極１５とを有し、駆動巻線１２乃至１４により形成された回転磁界に応じて回転軸１７の回りに回転するものである。
　同図に表したように、駆動巻線１２乃至１４は、固定子１１においてそれぞれの一端が共通に接続されるスター結線に配線される。なお駆動巻線１２乃至１４はデルタ結線に配線されてもよい。同図において、駆動巻線１２乃至１４をそれぞれ三相交流の第一相であるＵ相、第二相であるＶ相及び第三相であるＷ相に対応させている。同図の「Ｕ」、「Ｖ」及び「Ｗ」は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の配線を表す。モータ１０の駆動の際、駆動巻線１２乃至１４の他端に三相交流の駆動電圧が印加されることにより三相交流の駆動電流が流れる。具体的には、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動巻線に三相交流電流が流れる。これにより、モータ１０に回転磁界を形成することができる。なお、駆動電圧を印加するＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動巻線の相順を逆転することにより、回転子１６の回転方向を変更することができる。
　磁極センサ６１乃至６３は、磁極１５の位置を検出するセンサである。この磁極センサ６１乃至６３には、ホールセンサを適用することができる。このホールセンサは、磁界の強度や極性を検出するセンサであり、磁極１５により形成される磁界の強度に応じた信号を生成し、検出結果として出力する。モータ制御装置１には、複数の磁極センサ６１等を配置することができる。同図は、３個の磁極センサ６１乃至６３を配置する例を表したものである。また、磁極センサ６１等は、駆動巻線１２乃至１４当たり１つ配置するだけでなく、駆動巻線１２乃至１４の間に等間隔で複数配置することもできる。このように、磁極センサ６１等を配置することにより、回転子１６の磁極１５の位置の検出精度を向上させることができる。
　モータ制御装置１は、制御部２０と、駆動部３０と、第１の磁極位置検出部４０と、第２の磁極位置検出部５０と、電流センサ６４とを備える。
　電流センサ６４は、駆動部３０とモータ１０との間に流れる電流を検出する。例えば、電流センサ６４は、三相交流の各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電流を検出するように構成することができる。また、例えば、電流センサ６４は、三相交流のいずれか２相の電流を検出するように構成することもできる。零相電流が生じない限り、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電流の合計はゼロであるため、２相の電流を検出する場合にも全相それぞれの電流の情報が得ることができる。
　駆動部３０は、制御部２０の制御に基づいて駆動巻線１２乃至１４に駆動電流を供給する回路である。この駆動部３０には、例えば、６個のスイッチング素子が３相のブリッチ接続されたインバータ回路や、駆動部３０へ入力を供給する各線と駆動部３０からの出力を取り出す各線の間を各々双方向スイッチで接続したマトリクスコンバータ回路を適用することができる。スイッチング素子や双方スイッチは、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子で構成され、駆動信号に応じてオン及びオフが切り替わる。駆動部３０は、制御部２０から入力される駆動信号に基づいて複数の半導体素子のオン及びオフを切り替えることにより、駆動巻線１２乃至１４に駆動電圧を印加し、駆動電流が流れるようにする。
　図２は、磁極センサによる磁極位置の検出例を示す図である。第１の磁極位置検出部４０は、磁極センサ６１乃至６３の検出結果に基づいて磁極１５の位置を検出するものである。磁極センサ６１乃至６３は、例えば、磁極センサに対して磁極１５のＳ極よりも磁極１５のＮ極の方がより近傍にあるときＯＮ信号を出力し、磁極１５のＮ極よりもＳ極の方がより近傍にあるときＯＦＦ信号を出力する。第１の磁極位置検出部４０は、磁極センサ６１乃至６３が出力する信号の状態により、例えば図２に示すように磁極１５の位置を電気角単位で検出する。この第１の磁極位置検出部４０は、回転子１６が停止している状態において、磁極１５の位置を検出することができる。また、第１の磁極位置検出部４０は、回転子１６が回転している場合の磁極１５の位置を検出することもできる。尚、図２には磁極センサ変化点として、磁極センサ６１乃至６３のいずれか一つの出力信号に変化が起きる磁極位置を記載しているが、これについては第２の実施形態の説明にて後述する。
　なお、図１の第１の磁極位置検出部４０は、機能制御部２４０に配置される。また、第１の磁極位置検出部４０は、入力信号設定部２３０を介して磁極センサ６１乃至６３に接続される。これら機能制御部２４０及び入力信号設定部２３０については、後述する図３において説明する。
　第２の磁極位置検出部５０は、電流センサ６４にて検出される電流に基づいて磁極１５の位置を検出するものである。前述のように、モータ１０の駆動時に駆動巻線１２乃至１４に三相交流電圧が印加されて駆動電流として三相交流電流が供給される。この駆動電流を検出することにより、磁極１５の位置を検出することができる。
　一例として、第２の磁極位置検出部５０は、電圧指令と、駆動部３０からモータ１０への駆動電流の検出値とに基づいて電圧指令の位相誤差を算出し、電圧指令の位相誤差に基づき磁極１５の位置を検出する。
　制御部２０は、周波数指令に同期して回転軸１７の回りに回転するγδ座標系と固定座標系であるαβ座標系を導入し、γδ座標系の各軸上の値である電圧指令Ｖγ及びＶδを生成する。電圧指令はＶγ及びＶδは、γ軸及びδ軸上の電流指令に基づき生成される。また、制御部２０は、電流センサ６４が検出した三相交流の駆動電流をγδ座標系の各軸上の値であるｉγ及びｉδに変換する。次に、第２の磁極位置検出部５０は、電圧指令Ｖγ及びＶδと、駆動電流ｉγ及びｉδと、モータ１０の巻線抵抗Ｒと、モータ１０のγ軸及びδ軸上のインダクタンスＬγ及びＬδとに基づいて、γδ座標系における誘起電圧の各軸上の成分εγ及びεδを以下の式で算出する。
　　εγ＝Ｖγ－Ｒ×ｉγ＋ω×Ｌδ×ｉδ
　　εδ＝Ｖδ－ω×Ｌγ×ｉγ－Ｒ×ｉδ
　更に、第２の磁極位置検出部５０は、誘起電圧の位相に基づいて電圧指令の位相誤差を算出する。例えば、第２の磁極位置検出部５０は、γδ座標系における誘起電圧ベクトルのδ軸に対する位相角を電圧指令の位相誤差として算出する。これはγ軸が磁極１５の方向を指向した場合、誘起電圧はδ軸のみに発生し、誘起電圧のγ軸成分はゼロになることに基づく。第２の磁極位置検出部５０は、αβ座標系に対するγδ座標系の回転方向を正方向として、次の式により位相誤差を算出する。
　　Δθ＝－ｔａｎ－１（εｄ／εｑ）
　次に、第２の磁極位置検出部５０は、第１の磁極位置検出部４０の検出した磁極１５の位置を初期値とする周波数指令の積分値に基づき、γδ座標系とαβ座標系の角度差を算出し、更にこの角度差に位相誤差Δθを加算することにより、磁極１５の位置の推定値を算出する。以上のようにして、第２の磁極位置検出部５０は磁極１５の位置を検出することができる。
　第２の磁極位置検出部５０における磁極１５の検出方法は、上記の方法に限定されない。例えば第２の磁極位置検出部５０は少なくとも電流センサ６４が検出した駆動電流を入力とし、磁極１５の位置及び磁極１５の回転速度を出力するオブザーバにより磁極１５の位置を検出してもよい。
　制御部２０は、モータ１０の回転子１６の回転を制御するものである。この制御部２０は、上位の制御装置や外部の設定装置からの制御指令、あるいはパラメータとしてモータ制御装置１に対して設定された制御指令に基づいて、モータ１０に対する駆動電流指令及び周波数指令を生成する。更に、制御部２０は、この生成した駆動電流指令及び周波数指令に基づき駆動部３０に駆動信号を出力することにより制御を行う。例えば、制御部２０は、上述の駆動電流指令に相当する電流を流すために、駆動電流指令に基づき、前述のγδ座標系上での電圧指令Ｖγ及びＶδを生成する。更に制御部２０は電圧指令Ｖγ及びＶδを回転子１６の磁極１５の位置に基づいて回転座標変換し、αβ座標系上での電圧指令に変換する。
　この磁極１５の位置としては、磁極センサ６１乃至６３の出力に基づいて第１の磁極位置検出部４０で検出した磁極１５の位置、又は周波数指令及び電流センサ６４の出力に基づいて第２の磁極位置検出部５０で検出した磁極１５の位置が使用される。更に制御部２０は、αβ座標軸上での電圧指令を二相三相変換して駆動電圧指令に変換する。これにより、例えばγ軸を磁極１５に指向させ、かつ制御指令に基づくモータの出力を得るための振幅と位相とを有する三相交流の駆動電圧指令が生成される。制御部２０は、更に駆動電圧指令に基づき、例えば三角波比較法や空間ベクトル法により駆動信号を生成し、駆動信号を駆動部３０に逐次出力して回転子１６の回転を制御する。駆動電圧指令を生成するのに必要な磁極１５の位置は、第１の磁極位置検出部４０及び第２の磁極位置検出部５０により検出される。制御部２０は、第１の磁極位置検出部４０の検出結果に基づいて駆動電圧指令を生成し、回転子１６を回転起動させる制御を行う。また、制御部２０は、第２の磁極位置検出部５０の検出結果に基づいて駆動電圧指令を生成し、回転起動後の回転子１６を回転させる制御を行う。
　［信号入力回路］
　図３は、モータ制御装置１が有する信号入力回路の構成例を表す図である。この信号入力回路２２０は、外部の信号を取り込む回路である。同図の信号入力回路２２０は、端子２２１乃至２２３と、絶縁回路２２４乃至２２６とを備える。同図は、３つの信号を取り込む場合の例を表したものである。端子２２１乃至２２３は、外部の機器等の信号線が接続される端子である。絶縁回路２２４乃至２２６は、信号を電気的に絶縁して伝達する回路である。これら絶縁回路２２４乃至２２６には、例えば、フォトカプラを使用することができる。端子２２１乃至２２３は、それぞれ同図の矩形により表した入力回路の負荷インクピーダンスを介して絶縁回路２２４乃至２２６の入力に接続される。また、絶縁回路２２４乃至２２６の信号コモンは、後述する電源部２１３の低電位端子に共通に接続される。このような信号入力回路２２０を配置することにより、外部からの信号線の接続を容易に行うことができる。
　なお、同図の信号入力回路２２０の出力は、入力信号設定部２３０に入力されてもよい。この入力信号設定部２３０は、端子２２１乃至２２３に接続される入力信号の用途を設定するものである。この入力信号設定部２３０は、機能制御部２４０との間に配置される。この機能制御部２４０は、モータ制御装置１が有する各機能を実現する機能別制御部２５０の集合体を表している。例えば、モータ制御装置１は、入力信号設定部２３０に対して端子２２１乃至２２３から入力される信号の内容をパラメータで設定することができる。この場合、入力信号設定部２３０は、設定されたパラメータが指定する信号の内容に応じて端子２２１乃至端子２２３から入力された信号を機能制御部２４０の中のどの機能別制御部２５０へ出力するかを変更する。これにより、端子２２１乃至２２３の各々を複数の異なる内容の信号の伝達に切り替えて使用することができる。尚、入力信号設定部２３０は、端子２２１乃至２２３から入力された信号を複数の機能別制御部２５０に出力することもできる。なお、機能別制御部２５０のうちの１つとして前述の第１の磁極位置検出部４０を配置することができる。
　また、同図には、入出力用の電源供給回路２１０を更に記載した。この入出力用の電源供給回路２１０は、電源部２１３と、端子２１１及び２１２とを備える。電源部２１３は、例えば、直流の電源電圧を供給するものである。電源部２１３の高電位端子は端子２１１に接続され、低電位端子は端子２１２に接続される。入出力用の電源供給回路２１０は、端子２１１及び２１２を介して外部の装置における出力信号生成用の電源を供給することができる。
　［信号入力回路の結線］
　図４は、モータ制御装置が有する信号入力回路の結線例を示す図である。同図は、制御装置２を信号入力回路２２０に接続する場合の例を表した図である。この制御装置２には、例えば、モータ制御装置１をシーケンス制御するシーケンサ等を適用することができる。図４に示す例では制御装置２は、モータ１０の速度を上昇させるＵＰ指令とモータ１０速度を下降させるＤＯＷＮ指令とをモータ制御装置１に出力し、これら二つの指令を伝達する信号線が制御装置２とモータ制御装置１との間に配線される。これらの配線は、端子２２１及び２２２に接続することができる。また、制御装置２には、電源供給回路２１０から電源が供給される。
　また、入力信号設定部２３０には、端子２２１及び端子２２２への入力信号の内容が各々ＵＰ指令及びＤＯＷＮ指令であることが設定される。これにより、入力信号設定部２３０は、端子２２１及び２２２からの信号の出力先を機能制御部２４０の中の外部加減速制御部２５０Ａに設定する。外部加減速制御部２５０Ａは、ＵＰ指令がＯＮしている間、モータ１０の速度指令を一定速度幅だけ増加させ、ＵＰ指令がＯＦＦしたらその時の速度指令を保持する。また、外部加減速制御部２５０Ａは、ＤＯＷＮ指令がＯＮしている間、モータ１０の速度指令を一定速度幅だけ降下させ、ＤＯＷＮ指令がＯＦＦしたらその時の速度指令を保持する。外部加減速制御部２５０Ａは、以上のようにＵＰ指令及びＤＯＷＮ指令に応じて速度指令を変更し、制御部２０に出力することによりモータ１０の速度を制御装置２からの指令により変化させる。
　［磁極センサの接続］
　図５は、第１の実施形態の磁極センサの入力回路の結線例を示す図である。同図は、磁極センサ６１乃至６３を信号入力回路２２０に接続する場合の例を表した図である。磁極センサ６１、６２及び６３のセンサ出力は、それぞれ端子２２１、２２２及び２２３に接続される。また、磁極センサ６１乃至６３には、電源供給回路２１０から電源が供給される。具体的には、磁極センサ６１乃至６３の電源入力端子の各々に端子２１１及び２１２からの配線が接続される。これにより、磁極センサ６１乃至６３に共通に電源を供給することができる。同図の場合には、入力信号設定部２３０に信号入力回路２２０からの入力信号の内容が磁極センサ６１等の検出結果であることが設定される。また、このとき入力信号設定部２３０は、端子２２１及び２２２からの信号の出力先を、機能制御部２４０の中の機能別制御部２５０の一つに該当する第１の磁極位置検出部４０に設定する。
　図４において説明した制御装置２からのＵＰ指令及びＤＯＷＮ指令は、比較的低速に変化する信号である。モータ制御装置１が有する信号入力回路２２０は、通常はこのような信号を入力するために使用されるもので、信号の状態変化に対する応答が低速な回路により構成される。このため、モータ１０の回転中に磁極位置を検出する磁極センサ６１乃至６３からの信号の入力回路には適用できない。信号の変化に追従できないためである。しかしながら、本件発明においては、磁極センサ６１乃至６３はモータ１０の停止中あるいは低速回転時の磁極位置を検出するため、磁極センサ６１乃至６３からの信号を信号入力回路２２０に入力することが可能となる。
　このように、モータ制御装置１が通常有する信号入力回路を磁極センサ６１乃至６３からの信号の入力に適用することができる。また、電源供給回路２１０を配置することにより、磁極センサ６１乃至６３と制御装置２とにおいて電源を共用することができる。これらにより、モータ制御装置１のハードウェア資源を有効に活用することができる。また、入力信号設定部２３０を配置して入力信号の用途を設定することにより、制御装置２等の外部の装置からの信号入力と磁極センサ６１等の信号入力とをソフトウェア的な手法により切り替えることができる。これにより、モータ制御装置１のハードウェア構成を簡略化することができる。
　このように、本開示の第１の実施形態のモータ制御装置１は、磁極センサ６１乃至６３を使用して起動前の回転子１６の磁極１５の位置を検出することにより、磁極１５の位置を精密に検出することができる。起動後は磁極センサ６１乃至６３を使用しないため、磁極センサ６１乃至６３に比べて低速の状態変化しかしない信号を対象とした信号入力回路２２０に磁極センサ６１乃至６３からの信号を入力することができる。
　（２．第２の実施形態）
　［モータ制御装置の構成］
　図６は、第２の実施形態のモータ制御装置の構成例を示す図である。同図は、図１と同様に、モータ制御装置１の構成例を表すブロック図である。同図のモータ制御装置１は、磁極位置推定部７０、磁極位置保持部７１、検出部７５及び切替部７６を更に備える点で、図１のモータ制御装置１と異なる。
　磁極位置推定部７０は、回転子１６の磁極１５の位置を推定するものである。この磁極位置推定部７０には、磁極センサ６１乃至６３の出力信号と制御部２０から速度推定値が入力され、回転子１６の停止時の磁極１５の停止位置を推定するものである。磁極位置推定部７０は、例えば、回転子１６の回転速度に基づいて、回転停止時の磁極１５の停止位置を推定する方式を採ることができる。
　磁極位置保持部７１は、磁極１５の停止位置を保持するものである。この磁極位置保持部７１は、磁極位置推定部７０により推定された磁極１５の位置を保持する。保持された磁極１５の位置は、次回のモータ１０の起動の際に、制御部２０に対して出力される。
　検出部７５は、モータ１０の停止中に磁極センサ６１等の値に変化があったかを検出するものである。磁極位置推定部７０により磁極１５の位置が推定されて磁極位置保持部７１に保持された後に外力等の影響で回転軸１７が回転すると、磁極位置保持部７１に保持された磁極１５の位置を起動前の磁極１５の位置として使用することができない。検出部７５は、このような磁極センサ６１等の位置の変化を検出するものである。検出結果は、切替部７６に対して出力される。
　切替部７６は、検出部７５の検出結果に基づいて、第１の磁極位置検出部４０の出力及び磁極位置保持部７１の出力の切替を行うものである。切替部７６は、検出部７５がモータ１０の停止中における磁極センサの値の変化を検出した場合に第１の磁極位置検出部４０の出力を制御部２０の入力に切り替える制御を行う。一方、切替部７６は、検出部７５がモータ１０の停止中における磁極センサの値の変化を検出しない場合に磁極位置保持部７１の出力を制御部２０の入力に切り替える制御を行う。これにより、磁極位置保持部７１に磁極１５の位置が保持された後に回転軸１７が回転しても、第１の磁極位置検出部４０の出力が磁極１５の位置として使用され、磁極１５の位置の誤差の拡大を防ぐことができる。
　磁極位置推定部７０及び検出部７５は図３に示す機能別制御部２５０の一つに該当し、入力信号設定部２３０に信号入力回路２２０からの入力信号の内容が磁極センサ６１等の検出結果であることが設定され、入力信号設定部２３０は、端子２２１及び２２２からの信号の出力先を第１の磁極位置検出部４０、磁極位置推定部７０及び検出部７５に設定する。
　同図の制御部２０は、磁極センサ６１乃至６３の検出結果及び磁極位置保持部７１に保持された磁極１５の位置に基づいて磁極１５の位置を検出し、検出結果に基づいて回転子１６を回転起動させる制御を行う。また、制御部２０は、第２の磁極位置検出部５０の検出結果に基づいて回転起動後の回転子１６を回転させる制御を行う。
　［磁極位置の推定］
　図７は、第２の実施形態の磁極位置の推定の一例を示す図である。同図は、磁極位置推定部７０における回転子１６の磁極１５の位置の推定を説明する図である。同図の上側は、回転子１６の回転の速度及び時間の関係を表すグラフである。このグラフの縦軸は、回転子１６の回転の速度を表す。また、横軸は、時間を表す。同図のグラフ４０１は、回転子１６が停止する直前の速度の変化を表す。また、同図の下側は、磁極センサ６１、６２及び６３の出力信号をＯＮ状態及びＯＦＦ状態により２値化した波形を表す。
　同図に表したように、回転子１６の位置（角度）に応じてそれぞれの磁極センサの出力が変化する。例えば、磁極位置推定部７０は、回転子１６が停止減速中に制御部２０の制御サイクル毎に回転子１６の回転速度推定値を制御部２０より取得する。回転速度推定値としては周波数指令値を使用する。磁極センサ６１乃至６３の出力信号のいずれかが変化した制御サイクル（今回サイクル）にて、磁極位置推定部７０はその時の回転速度推定値及び１回前の制御サイクル（前回サイクル）で取得した回転速度推定値により、回転速度変化率を算出する。磁極位置推定部７０は、例えば、以下の式で回転速度変化率αを算出する。
　　α＝（Ｖｐａ－Ｖｐｒ）／Ｔｃ
ここで、Ｖｐｒは、今回サイクルの回転速度推定値を表す。Ｖｐａは、前回サイクルの回転速度推定値を表す。Ｔｃは、制御サイクル時間を表す。
　更に磁極位置推定部７０は、例えば回転子１６が停止減速中は回転子１６の回転速度が一定の回転速度変化率で降下すると仮定して、以下の式で図７の速度及び時間の関係を表すグラフの斜線部分の面積に相当する停止位置変位Ｐｄｅｖを推定する。
　　Ｐｄｅｖ＝Ｖｐｒ２／（２×α）
上式で推定される停止位置変位Ｐｄｅｖは磁極センサ６１乃至６３の出力信号のいずれかが変化した位置から磁極１５の停止位置までの変位角度である。磁極位置推定部７０は、例えば、磁極センサ６１乃至６３の出力信号のいずれかが変化するたびに、停止位置変位Ｐｄｅｖの算出を繰り返す。そして、磁極位置推定部７０は、磁極センサ６１乃至６３の出力信号の全てが所定の時間内に変化しなかったときに、回転子１６は停止したと判断し、その時の停止位置変位Ｐｄｅｖを最終的な停止位置変位Ｐｄｅｖとして確定する。
　磁極センサ６１乃至６３の出力信号のいずれかが変化したときの磁極１５の位置は、例えば図２に示すように定めることができる。従って、磁極位置推定部７０は、磁極センサ６１乃至６３のうち、どのセンサの出力信号がどのように変化したか（ＯＮからＯＦＦあるいはＯＦＦからＯＮ）をモニタすることにより、図２に従って磁極センサ６１乃至６３の出力のいずれかが変化したときの磁極１５の位置を割り出すことができる。磁極位置推定部７０は、停止位置変位Ｐｄｅｖに磁極センサ６１乃至６３の出力センサのいずれかが変化した位置を加算することにより、磁極１５の停止位置の推定値を算出する。同図の例においては、磁極１５の位置は、略１５０°の位置と推定することができる。
　なお、回転速度推定値として周波数指令値を使用することとしたが、回転速度推定値はこの例に限らない。第２の磁極位置検出部５０が第１の実施形態の説明で前述したオブザーバを有する場合、オブザーバが出力する磁極１５の回転速度を回転速度推定値としてもよい。
　このように、本開示の第２の実施形態のモータ制御装置１は、停止時の回転子１６の磁極１５の位置を保持して次回起動時に適用することにより、磁極の位置の検出精度を向上させることができる。
　（３．第３の実施形態）
　図８は、第３の実施形態のモータ制御装置の構成例を示す図である。同図は、図１と同様に、モータ制御装置１の構成例を表すブロック図である。同図のモータ制御装置１は、故障検出部７２、初期磁極位置推定部２６０及び選択部２７０を更に備える点で、図１のモータ制御装置１と異なる。
　故障検出部７２は、磁極センサ６１乃至６３の故障を検出するものである。磁極センサ６１乃至６３の故障には、信号線の断線等が該当する。故障検出部７２は、例えば、磁極センサ６１乃至６３の出力信号を監視することにより故障を検出することができる。具体的には、故障検出部７２は、磁極センサ６１乃至６３の出力信号が全てＯＦＦ、あるいは全てＯＮとなることを検出することにより、磁極センサ６１乃至６３の故障を検出することができる。故障検出部７２は、磁極センサ６１乃至６３の故障を検出すると、磁極センサ故障信号を選択部２７０に出力する。
　故障検出部７２は図３に示す機能別制御部２５０の一つに該当し、入力信号設定部２３０に信号入力回路２２０からの入力信号の内容が磁極センサ６１等の検出結果であることが設定され、入力信号設定部２３０は、端子２２１及び２２２からの信号の出力先を第１の磁極位置検出部４０及び故障検出部７２に設定する。
　初期磁極位置推定部２６０は、磁極センサ６１乃至６３を使用せず、回転子１６の回転起動時の磁極１５の位置を推定するものである。この初期磁極位置推定部２６０には、例えば、高周波重畳法により回転子１６の磁極１５の位置を検出する方式を適用することができる。
　初期磁極位置推定部２６０は、回転子１６が追従できない高周波の探索出力を駆動部３０からモータ１０に供給させる。例えば、初期磁極位置推定部２６０は、制御部２０に代わって高周波の探索電圧（探索出力）指令を生成し、この探索電圧指令に基づいて駆動部３０に駆動信号を出力する。このため、駆動部３０は、探索電圧指令に相当する探索電圧をモータ１０に印加する。初期磁極位置推定部２６０は、この探索電圧の印加によりモータ１０に供給される探索電流に基づいて、少なくとも１つの磁極１５の位置を検出する。　　　
　また、初期磁極位置推定部２６０は、例えば、検出した磁極１５の位置に基づきパルス供給位相を定め、このパルス供給位相にモータ１０の動きを微動にとどめる程度のパルス幅の正パルス電圧及び負パルス電圧を駆動部３０からモータ１０に印加させる。この際、正パルス電圧はパルス供給位相と等しい位相を有するパルス電圧であり、負パルス電圧は正パルス電圧とは位相が１８０°シフトしたパルス電圧である。初期磁極位置推定部２６０は、正パルス電圧に応じてモータ１０に供給された正電流と、負パルス電圧に応じてモータ１０に供給された負電流との差分（応答差分）を評価する。正電流と負電流は電流センサ６４により検出することができる。例えば、初期磁極位置推定部２６０は、正電流の大きさから負電流の大きさを減算した結果又は、正電流の大きさの時間積分値から負電流の大きさの時間積分値を減算した結果を応答差分として評価することができる。この応答差分の符号が正であれば、先に検出した磁極１５の位置にＮ極が有ると判断することができる。一方、応答差分の符号が負であれば、先に検出した磁極１５の位置にＳ極があり、電気角で１８０°シフトした位置にＮ極があると判断することができる。このようにして初期磁極位置推定部２６０は、回転子１６の回転起動時の磁極１５の位置を推定する。
　選択部２７０は、故障検出部７２より磁極センサ故障信号が入力されない場合は、回転起動時の磁極１５の位置として第１の磁極位置検出部４０から出力される磁極位置を選択して制御部２０に入力し、駆動信号として制御部２０から出力される駆動信号を選択して駆動部３０に入力する。また、選択部２７０は、故障検出部７２より磁極センサ故障信号が入力された場合は、回転起動時の磁極１５の位置として初期磁極位置推定部２６０から出力される磁極位置を選択して制御部２０に入力し、駆動信号として初期磁極位置推定部６０から出力される駆動信号を選択して駆動部３０に入力する。これにより磁極センサ６１乃至６３が故障した場合、初期磁極位置推定部２６０が動作して回転起動時の磁極１５の位置の検出が行われる。
　このように、本開示の第３の実施形態のモータ制御装置１は、磁極センサ６１乃至６３の故障時に磁極１５の位置の代替検出を行うことができる。これにより、モータ制御装置１の信頼性を向上させることができる。
　図９は、第１乃至第３の実施形態を実現するハードウェア構成例を示す模式図である。同図に示すように、第１乃至第３の実施形態を実現するハードウェアは、一つ又は複数のプロセッサ２９１と、メモリ２９２と、ストレージ２９３と、入出力ポート２９４と、スイッチング制御回路２９５とを含む。ストレージ２９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。例えばストレージ２９３は、制御部２０、第１の磁極位置検出部４０、第２の磁極位置検出部５０、磁極位置推定部７０、磁極位置保持部７１、故障検出部７２、初期磁極位置推定部２６０及び選択部２７０などの機能ブロックを構成させるためのプログラムを記憶している。
　メモリ２９２は、ストレージ２９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ２９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ２９１は、メモリ２９２と協働して上記プログラムを実行することにより、各機能ブロックを構成する。入出力ポート２９４は、プロセッサ２９１からの指令に従って、磁極センサ６１乃至６３や電流センサ６４や外部の装置との間で電気信号の入出力を行う。電源供給回路２１０及び信号入力回路２２０は入出力ポート２９４の一部を構成するものである。スイッチング制御回路２９５は、プロセッサ２９１からの指令に従って、駆動部３０内の複数の半導体素子のオン及びオフを切り替えることによって、駆動巻線１２乃至１４に駆動電流を供給する。
　なお、各機能ブロックの実現は必ずしもプログラムによるものに限らない。例えば専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
　１　モータ制御装置
　１０　モータ
　１１　固定子
　１５　磁極
　１６　回転子
　２０　制御部
　４０　第１の磁極位置検出部
　５０　第２の磁極位置検出部
　６１～６３　磁極センサ
　６４　電流センサ
　７０　磁極位置推定部
　７１　磁極位置保持部
　７２　故障検出部
　７５　検出部
　７６　切替部
　２１０　電源供給回路
　２２０　信号入力回路
　２３０　入力信号設定部
　２４０　機能制御部
　２５０　機能別制御部
　２５０Ａ　外部加減速制御部
　２６０　初期磁極位置推定部
　２７０　選択部

Claims (11)

  1. 　磁極を有する回転子における回転起動前の前記磁極の位置を磁極センサの検出結果に基づいて検出する第１の磁極位置検出部と、
    　前記回転子を駆動する複数の駆動巻線に流れる電流に基づいて前記回転子の磁極の位置を検出する第２の磁極位置検出部と、
    　前記第１の磁極位置検出部の検出結果に基づいて前記回転子を回転起動させる制御と前記第２の磁極位置検出部の検出結果に基づいて回転起動後の前記回転子を回転させる制御とを行う制御部と
    　を備えることを特徴とするモータ制御装置。
  2. 　前記磁極センサは、ホールセンサであること
    　を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記磁極センサは、前記複数の駆動巻線当たり１つ又は複数配置されること
    　を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記磁極センサは、前記複数の駆動巻線の間に等間隔に複数配置されること
    　を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記回転子の停止時の前記磁極の位置を推定する磁極位置推定部と、
    　前記推定した磁極の位置を保持する磁極位置保持部と
    を更に備え、
    　前記制御部は、前記磁極センサの検出結果及び前記保持された磁極の位置に基づいて前記回転子を回転起動させる制御を行うこと
    　を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  6. 　前記磁極位置推定部は、前記回転子の回転速度に基づいて前記磁極の位置を推定すること
    　を特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
  7. 　前記回転子の停止中に磁極センサの値の変化を検出する検出部と、
    　前記検出部の検出結果に基づいて前記第１の磁極位置検出部の検出結果の前記磁極の位置及び前記磁極位置保持部に保持された磁極の位置を切り替えて前記制御部に伝達する切替部と
    　を更に備え、
    　前記制御部は、前記切替部により伝達される磁極の位置に基づいて前記回転子を回転起動すること
    　を特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
  8. 　前記磁極センサの故障を検出する故障検出部と、
    　前記故障検出部が前記故障を検出した際に前記磁極の位置を推定する初期磁極推定部と
    　を更に備え、
    　前記推定した磁極の位置に基づいて前記回転子を起動させる制御を更に行うこと
    　を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  9. 　前記制御部に外部からの信号を入力する信号入力回路
    を更に備え、
    　前記磁極センサは、前記信号入力回路を介して前記検出結果を前記第１の磁極位置検出部に伝達すること
    　を特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  10. 　前記信号入力回路における信号の用途を磁極の位置検出用に設定する入力信号設定部を更に備えること
    　を特徴とする請求項９に記載のモータ制御装置。
  11. 　前記外部に入出力用電源を供給する電源供給回路
    を更に備え、
    　前記磁極センサは、前記電源供給回路を介して自身の電源が供給されること
    　を特徴とする請求項９に記載のモータ制御装置。
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