特許 6115488 モータ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6115488

(24)【登録日】2017年3月31日

(45)【発行日】2017年4月19日

(54)【発明の名称】モータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/20 20160101AFI20170410BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/20

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-14981(P2014-14981)

(22)【出願日】2014年1月29日

(65)【公開番号】特開2015-142464(P2015-142464A)

(43)【公開日】2015年8月3日

【審査請求日】2016年3月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】下野 聖仁

【審査官】 尾家 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２０７８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１１５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３１５４９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２０００６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３８５５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ６／００− ６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータとステータを有する同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記同期モータの起動開始前に、前記ロータを位置決めする位置決め通電を行うための位置決め通電電圧を設定して電圧指令を生成する電圧指令生成部と、
前記電圧指令生成部から出力された電圧指令に基づいて３相のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部と、
直流電源から供給された直流電力を前記ＰＷＭ信号により３相の交流電力に変換して前記同期モータへ供給するインバータと、
前記ステータの巻線に流れる相電流を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記同期モータの相電流に基づいて、３相の前記相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を算出し回転座標系の２相電流（Ｉγ、Ｉδ）に変換する３相−２相変換部と、
前記３相−２相変換部から出力された２相電流のうちδ軸電流Ｉδを検出し、前記δ軸電流Ｉδが所定の電流値以上且つ所定の時間連続して流れた場合前記ロータが位置決めされたと判定する位置決め判定処理部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定された場合、
前記位置決め通電電圧の位相である位置決め通電角度θに所定角度φを加えて新たな通電角度θを設定して前記電圧指令生成部に出力する位置決め通電角度設定部をさらに備え、
前記位置決め通電角度設定部は、位置決め通電時に新たに設定された位置決め通電角度θを用いて、前記位置決め通電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。

【請求項3】

前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定し続けた場合、前記位置決め通電角度設定部で設定される位置決め通電角度θが所定の角度になるまで前記位置決め通電を繰り返し行うことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同期モータを駆動するモータ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載のモータ制御装置では、位置センサレス駆動を行う同期モータを起動する際に、停止しているロータ（回転子）の位置が分からない状態でモータを起動させるとモータがうまく起動しない虞がある。そこで、特許文献１では、ロータの位置を予め定めた所定の位置に位置決めする位置決め通電を行ってからモータを起動させるようにしている。即ち、特許文献１では、位置決め通電を行うことにより、ロータが所定の位置に位置決めされたことを前提として、次の起動シーケンスに移行するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−２０７８６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、ロータの位置決め通電を行ってもロータが所定の位置に位置決めがされていないと、制御軸であるγ−δ軸と、実軸であるｄ−ｑ軸との間に大きなずれがある状態で、モータの起動シーケンスが開始されることになるため、起動制御が正しく行われず、モータが起動できないことが想定される。特に、ロータの位置が所定の位置である電気角０度の位置と、その所定の位置に対して電気角で１８０度の位置にある場合は、位置決め通電を行ってもロータが回転しない。つまり、この電気角１８０度の位置にロータがある場合は位置決め通電を行ってもロータを所定の位置に位置決めすることができないため、従来のように位置決め通電によりロータが所定の位置に位置決めされたと想定して起動運転を行うと、起動制御が正しく行われず、起動成功率が低下するという問題がある。

【0005】

また、ロータが所定の位置に位置決めされていない状態でモータを起動するとロータが滑らかに回転しないため、起動運転時に振動が生じ、モータやモータを搭載した機器本体に対し振動によりダメージを与えるという問題がある。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同期モータの起動運転時における起動成功率が高く、起動運転時の振動を低減することができるモータ制御装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の側面にかかるモータ制御装置は、ロータとステータを有する同期モータを制御するモータ制御装置であって、前記同期モータの起動開始前に、前記ロータを位置決めする位置決め通電を行うための位置決め通電電圧を設定して電圧指令を生成する電圧指令生成部と、前記電圧指令生成部から出力された電圧指令に基づいて３相のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ生成部と、直流電源から供給された直流電力を前記ＰＷＭ信号により３相の交流電力に変換して前記同期モータへ供給するインバータと、前記ステータの巻線に流れる相電流を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記同期モータの相電流に基づいて、３相の前記相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を算出し回転座標系の２相電流（Ｉγ、Ｉδ）に変換する３相−２相変換部と、前記３相−２相変換部から出力された２相電流のうちδ軸電流Ｉδを検出し、前記δ軸電流Ｉδが所定の電流値以上且つ所定の時間連続して流れた場合前記ロータが位置決めされたと判定する位置決め判定処理部とを備えることを特徴とする。

【0008】

また、本発明にかかるモータ制御装置は、上記の発明において、前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定された場合、前記位置決め通電電圧の位相である位置決め通電角度θに所定角度φを加えて新たな通電角度θを設定して前記電圧指令生成部に出力する位置決め通電角度設定部をさらに備え、前記位置決め通電角度設定部は、位置決め通電時に新たに設定された位置決め通電角度θを用いて、前記位置決め通電を行うことを行うことを特徴とする。

【0009】

また、本発明にかかるモータ制御装置は、上記の発明において、前記位置決め判定処理部で前記ロータが位置決めされていないと判定し続けた場合、前記位置決め通電角度設定部で設定される位置決め通電角度θが所定の角度になるまで前記位置決め通電を繰り返し行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明にかかるモータ制御装置は、位置検出センサを持たない同期モータの起動成功率の向上と共に、起動時における振動低減を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施の形態にかかるモータ制御装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、実施の形態におけるＵ−Ｖ−Ｗ固定座標系とγ−δ座標系とｄ−ｑ座標系との関係を示す図である。

【図3】図３は、実施の形態における起動開始前の位置決め通電処理を説明するための図である。

【図4】図４は、実施の形態における起動運転時の処理フローを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0013】

（実施の形態）
実施の形態にかかるモータ制御装置１について図１を用いて説明する。図１は本発明によるモータ制御装置の位置決め通電処理にかかわる構成を主に示している。モータ制御装置１は、ＰＷＭ変調による制御信号を生成し同期モータであるモータＭを制御する。モータＭは、例えば、ＰＭＳＭ（永久磁石同期モータ）であり、永久磁石を有し回転するロータと、ステータコイルを有しロータを回転させるための回転磁界を発生するステータを備える。同期モータの駆動においては、ロータの回転とステータコイルが発生する回転磁界を同期させる必要があるため、ロータの位置（回転位置）検出をすることが必要である。上記のように、モータＭが位置検出センサを持たない同期モータの場合には位置センサレス制御が必要である。

【0014】

モータ制御装置１は、位置検出センサを持たない同期モータ（以下、同期モータとする）Ｍを指令回転数で回転させるようにベクトル制御する定常運転を行う。モータ制御装置１は、同期モータＭを起動する際に、この定常運転ではなく、まず、起動用に設けられた起動運転モードで同期モータＭの起動運転を行い、その後、起動運転モードから定常運転モードへ移行して、定常運転モードで同期モータＭの定常運転を行う。

【0015】

従来は上記した起動運転モードにおいて、位置センサレス制御を行う同期モータＭを起動する際に、ロータの位置決め通電を行った後、ロータが所定の位置に位置決めされたことを前提として起動運転モードに入っていた。

【0016】

しかしながら、位置決め通電を行ってもロータが回転せずに所定の位置に位置決めされていない場合は、モータが起動しなかったり、起動しても振動が発生したりする虞があった。
そこで、本実施の形態では、位置センサレス制御を行う同期モータの起動時における問題として、位置決め通電後、位置決めされたことを前提に起動運転モードに入るのではなく、位置決め通電後にロータが回転して所定の位置に位置決めされたことを確認してから起動運転モードに入るようにする。

【0017】

すなわち、本実施の形態では、位置決め通電後に位置決め判定を行い、ロータが回転して位置決めされたと判定した場合のみ起動運転モードに入る。この位置決め判定は、位置決め通電後「ロータが回転して所定の位置に停止した」ことを「位置決めされた」と判定する。具体的には、位置決め通電を行い、ロータが回転しない場合は、流れる電流は全てγ軸（ｄ軸）電流として流れ、δ軸（ｑ軸）電流は流れず、ロータが回転した場合は、誘起電圧がｑ軸方向に発生し、その結果γ軸電流だけでなくδ軸（ｑ軸）電流も流れ、ロータが停止するとδ軸電流は流れ無くなることを利用し、「ロータが回転した後、停止した」すなわち「位置決めされた」と判定するものである。このように、位置決め通電によってロータが回転した後、停止したことが分かれば、ロータは所定の位置に位置決めされていると判断できるので、その時点で同期モータＭの起動運転を行えば同期モータＭの起動成功率が向上すると共に、起動時における振動の低減を図ることができる。

【0018】

また、本実施の形態では、位置決め判定の演算量を低減するために、実際の磁束位置（ｄ軸位置）の推定が必要なｄ−ｑ回転座標系を用いずに、実際の磁束位置の推定を行なわない制御軸であるγ−δ回転座標系を用いている。図２に、同期モータＭのステータ（固定子）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線が発生する磁界の向きに対応したＵＶＷ固定座標系とロータに同期して回転するｄ−ｑ回転座標系、ステータが発生する回転磁界に同期して回転するγ−δ回転座標系との関係を示す。

【0019】

ｄ軸は、同期モータＭにおけるロータの磁極Ｎの向きとし、ｄ軸から回転方向へ電気角９０［ｄｅｇ］ずらした軸をｑ軸とする。ステータが発生する回転磁界に対してこのｄ−ｑ軸に対応した座標軸をγ−δ軸とし、α軸（Ｕ相軸）からγ軸までの回転角をθｅとする。ここでα軸はＵＶＷ固定座標系を３相−２相変換により２相の固定座標系に変換したα−β固定座標系の軸で、α軸をＵ軸と同じ方向にとっている。そして、γ軸とｄ軸のずれ、すなわち位相差Δθとし、ロータは角速度ωｅで反時計回りに回転している。

【0020】

起動運転ではモータ制御装置１は、ロータの位置を推定しない場合、モータの起動運転時における起動成功率が高く、また、起動運転時の振動を低減するために、起動前の位置決め通電によりロータの初期位置を所定の位置に位置決めする必要がある。本発明のモータ制御装置１では、図３に示すように、特定相通電による位置決め制御を行う。

【0021】

本実施例のモータ制御装置１では、例えば、図３に示すように、Ｕ軸の位置を所定の位置としｄ軸とＵ軸が一致するように位置決め通電を行う。

【0022】

次に、本発明による位置決め通電の実施の形態にかかるモータ制御装置１の構成について図１を用いて具体的に説明する。図１は、モータ制御装置１の構成を示す図である。図１において、γ軸電圧指令値をＶγ＊とし、δ軸電圧指令値をＶδ＊とする（＊は指令値を表す）。

【0023】

モータ制御装置１は、インバータ１０、生成部２０、及び検出部８０を備え、同期モータのセンサレス制御を行なう。

【0024】

インバータ１０は、図示しない直流電源から直流電力を受け、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎを生成部２０から受ける。インバータ１０は、例えば図示しない６個のスイッチング素子を有し、３相のＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎに従って、各々のスイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング動作させることで３相の交流信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成し同期モータＭへ供給することにより、同期モータＭを駆動する。

【0025】

検出部８０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のうち２相の電流を検出する。具体的には、検出部８０は、電流センサ８１、及び電流センサ８２を含む。電流センサ８１は、Ｕ相の電流ｉｕを検出し、電流センサ８２は、Ｗ相の電流ｉｗを検出し、生成部２０へ出力する。

【0026】

生成部２０は、速度指令ωｍ＊を外部（例えば、上位のコントローラ）から受け、検出部８０から２相の電流ｉｕ，ｉｗを受ける。生成部２０は、２相の電流ｉｕ，ｉｗから残りの１相の電流ｉｖを算出して、速度指令ωｍ＊、３相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて、３相のＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎを生成する。例えば、生成部２０は、モータＭにおけるロータが速度指令ωｍ＊に従って回転するように、３相のＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎを生成する。

【0027】

具体的には、生成部２０は、３相−２相変換部２１、ＰＷＭ生成部２３、電流指令生成部３０、電圧指令生成部４０を有する。

【0028】

３相−２相変換部２１は、同期モータＭを駆動する際に検出部８０で検出した２相の電流ｉｕ、ｉｗから残りの１相の電流ｉｖを関係式「ｉｖ＝−ｉｕ−ｉｗ」を用いて算出し、固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電流ベクトル（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）を回転座標系（γ−δ座標系）における電流ベクトル（ｉγ，ｉδ）または、ｄ−ｑ座標系における電流ベクトル（ｉｄ，ｉｑ）へ変換する。なお、回転座標系は位置決め通電を行なう時はγ−δ座標系を、起動運転からはγ−δ座標系とｄ−ｑ座標系とが一致しているとしてｄ−ｑ座標系を用いる。

【0029】

電流指令生成部３０は、速度指令ωｍ＊と３相−２相変換部２１から受けた２相電流（ｉｄ，ｉｑ）からｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を生成し、電圧指令生成部４０へ出力する。

【0030】

具体的には、電流指令生成部３０は、位置・速度推定器３１、減算器３２、ｄ軸電流設定器３３、ｑ軸電流設定器３４、減算器３５、減算器３６を備える。

【0031】

位置・速度推定器３１は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑを３相−２相変換部２１から受け、後述するｄ軸電圧指令Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を電圧設定器５０から受ける。位置・速度推定器３１は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に基づいて、電気的な推定角速度ωｅ及び回転座標系の位相角θｄｑをそれぞれ推定する。位置・速度推定器３１は、電気的な推定角速度ωｅを１／Ｐｎ変換器３７へ出力し、位相角θｄｑを３相−２相変換部２１及び２相−３相変換部２２へ出力する。

【0032】

１／Ｐｎ変換器３７は、電気的な推定角速度ωｅを位置・速度推定器３１から受ける。１／Ｐｎ変換器３７は、例えば電気的な推定角速度ωｅに１／Ｐｎ（Ｐｎは極対数）を乗算することにより、電気的な推定角速度ωｅをモータＭにおけるロータの機械的な推定角速度ωｍに変換する。１／Ｐｎ変換器３７は、機械的な推定角速度ωｍを減算器３２へ出力する。

【0033】

減算器３２は、機械的な推定角速度ωｍを１／Ｐｎ変換器３７から受け、速度指令ωｍ＊を外部（例えば、上位のコントローラ）から受ける。減算器５２は、速度指令ωｍ＊から推定角速度ωｍを減算して速度偏差Δωを求め、求められた速度偏差Δωをｑ軸電流設定器３４へ出力する。

【0034】

ｑ軸電流設定器３４は、速度偏差Δωを減算器３２から受ける。ｑ軸電流設定器３４は、速度偏差Δωをゼロに近づけるように、ｑ軸電流指令ｉｑ＊を設定する。ｑ軸電流設定器３４は、設定したｑ軸電流指令ｉｑ＊を減算器３６へ出力する。

【0035】

減算器３６は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊をｑ軸電流設定器３４から受け、ｑ軸電流ｉｑを３相−２相変換部２１から受ける。減算器３６は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊からｑ軸電流ｉｑを減算してｑ軸電流偏差Δｉｑを求め、求めたｑ軸電流偏差Δｉｑを電圧指令生成部４０へ出力する。

【0036】

ｄ軸電流設定器３３は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊を予め定められた値（例えば、固定値）で生成して減算器３５へ出力する。

【0037】

減算器３５は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊をｄ軸電流設定器３３から受け、ｄ軸電流ｉｄを３相−２相変換部２１から受ける。減算器３５は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊からｄ軸電流ｉｄを減算してｄ軸電流偏差Δｉｄを求め、求めたｄ軸電流偏差Δｉｄを電圧指令生成部４０へ出力する。

【0038】

電圧指令生成部４０は、電流指令生成部３０からのｄ軸電流偏差Δｉｄ、ｑ軸電流偏差Δｉｑに応じて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を求める。電圧指令生成部４０は、求めたｄ軸電圧指令Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑを３相の電圧指令（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）に変換してＰＷＭ生成部２３へ出力する。

【0039】

具体的には、電圧指令生成部４０は、電圧設定部５０、２相−３相変換部２２を備える。

【0040】

電圧設定部５０は、δ（ｑ）軸電圧設定部５１、γ（ｄ）軸電圧設定部５２を備える。γ（ｄ）軸電圧設定部５２は、減算器３５から受けたｄ軸電流偏差Δｉｄに応じて（例えば、ｄ軸電流偏差Δｉｄをゼロに近づけるように）ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を設定する。δ（ｑ）軸電圧設定部５１は、減算器３６から受けるｑ軸電流偏差Δｉｑに応じて（例えば、ｑ軸電流偏差Δｉｑをゼロに近づけるように）ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を設定する。電圧設定部５０は、設定したｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を位置・速度推定器３１及び２相−３相変換部２２へ出力する。

【0041】

２相−３相変換部２２は、電圧設定部から受けた２相のｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を３相の電圧指令（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）に変換して、ＰＷＭ生成部２３へ出力する。

【0042】

ＰＷＭ生成部２３は、２相−３相変換部２２から受けた３相の電圧指令（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）に基づいて、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のＰＷＭ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎを生成して、インバータ１０へ出力する。

【0043】

以上が、同期モータのセンサレス制御を行なうモータ制御装置の構成の説明である。ここからは本発明の位置決め制御に関する説明をする。位置決め制御にかかわる位置決め手段６０の構成としては、上記生成部２０の中の３相−２相変換部２１と電圧指令生成部４０の他に位置決め判定処理部６１、位置決め制御部６２、及び位置決め通電角度設定部６３を備え、電流指令生成部３０は使用しない。

【0044】

また、電圧指令生成部４０に備えられた位置決め通電の電圧指令（Ｖγ＊，Ｖδ＊）を設定する電圧設定部５０と、電圧設定部５０で設定された回転座標系γ−δの電圧指令（Ｖγ＊，Ｖδ＊）を３つの固定座標系ＵＶＷの電圧指令（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）に変換する２相−３相変換部２２を位置決め手段６０として使用する。

【0045】

電圧設定部５０は、同期モータＭの起動運転開始前に同期モータのロータの位置決め通電に用いる２相電圧指令（Ｖγ＊，Ｖδ＊）を設定する。電圧設定部５０は、δ（ｑ）軸電圧設定部５１及びγ（ｄ）軸電圧設定部５２を有する。なお、位置決め通電の際、γδ軸電圧指令として電圧指令の設定が行なわれる。

【0046】

γ（ｄ）軸電圧設定部５２は、位置決め通電によりロータを回転させるために必要な回転座標系（γ−δ座標系）上での電圧ベクトル（以下、位置決め通電電圧ベクトルと記載する）のγ成分Ｖγを発生させるγ軸電圧指令Ｖγ＊を２相−３相変換部２２へ出力する。γ軸電圧Ｖγは固定の電圧で、γ軸電圧指令Ｖγ＊は同期モータＭの静止負荷を駆動するために十分な大きさのトルクを得るγ軸電圧を発生させる電圧指令として予め設定されている。

【0047】

δ（ｑ）軸電圧設定部５１は、回転座標系（γ−δ座標系）上で位置決め通電電圧ベクトルのδ成分Ｖδを予め定められた値（０Ｖ）とするδ軸電圧指令Ｖδ＊を２相−３相変換部２２へ出力する。

【0048】

このように、電圧設定部５０のγ軸電圧設定部５２とδ軸電圧設定部５１では、同期モータＭを起動する前に、例えば、Ｖδ＊＝０、Ｖγ＊＝（予め定められた値）とした位置決め通電用の電圧が設定される。

【0049】

２相−３相変換部（γ−δ／ＵＶＷ）２２は、後述する位置決め通電角度設定部６３により設定された角度θと、電圧設定部５０により設定された回転座標系（γ−δ座標系）上の位置決め通電電圧ベクトルを用いて固定座標系（ＵＶＷ座標系）における位置決め通電電圧ベクトルを生成する。

【0050】

具体的には、２相−３相変換部２２は、回転座標系（γ−δ座標系）における位置決め電圧ベクトル（Ｖγ，Ｖδ）、すなわちγ軸電圧指令値Ｖγ＊及びδ軸電圧指令Ｖδ＊を電圧設定部５０から受ける。２相−３相変換部２２は、後述する位置決め通電角度θを位置決め通電角度設定部６３から受ける。２相−３相変換部２２は、例えば、次の数式１〜数式３により、回転座標系（γ−δ座標系）における２相位置決め通電電圧ベクトル（Ｖγ，Ｖδ）を固定座標系（ＵＶＷ座標系）における３相位置決め通電電圧ベクトル（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）へ変換する。
Ｖｕ＝（√（２／３））×｛Ｖγ×ｃｏｓθ−Ｖδ×ｓｉｎθ｝ ・・・数式１
Ｖｖ＝（√（１／２）×Ｖγ＋√（１／６）×Ｖδ）×ｓｉｎθ
＋（√（１／２）×Ｖδ−√（１／６）×Ｖγ）×ｃｏｓθ・・・数式２
Ｖｗ＝（√（１／６）×Ｖδ−√（１／２）×Ｖγ）×ｓｉｎθ
−（√（１／６）×Ｖγ＋√（１／２）×Ｖδ）×ｃｏｓθ・・・数式３

【0051】

２相−３相変換部２２は、回転座標系（γ−δ座標系）から固定座標系（ＵＶＷ座標系）に変換した位置決め通電電圧ベクトル（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）をＰＷＭ生成部２３へ出力する。

【0052】

ＰＷＭ生成部２３は、２相−３相変換部２２により変換された位置決め通電電圧ベクトルに対応した３相のＵ、Ｖ、Ｗ（θは固定値となる）電圧をインバータ１０を介して同期モータＭへ供給することにより、同期モータＭに位置決め通電を行う。

【0053】

具体的には、ＰＷＭ生成部２３は、固定座標系（ＵＶＷ座標系）における位置決め通電電圧ベクトル（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）、すなわちＵ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊を２相−３相変換部２２から受ける。ＰＷＭ生成部２３は、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊に基づいてＰＷＭ信号を生成してインバータ１０へ供給する。これにより、ＰＷＭ生成部２３は、インバータ１０を介して同期モータＭに位置決め通電を行う。

【0054】

３相−２相変換部２１は、同期モータＭを駆動する際に検出部８０で検出した２相の電流ｉｕ、ｉｗから残りの１相の電流ｉｖを関係式「ｉｖ＝−ｉｕ−ｉｗ」を用いて算出し、固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電流ベクトル（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）を回転座標系（γ−δ座標系）における電流ベクトル（ｉγ，ｉδ）へ変換する。

【0055】

３相−２相変換部２１は、Ｕ相の電流ｉｕの検出値を電流センサ８１から受け、Ｗ相の電流ｉｗの検出値を電流センサ８２から受ける。また、３相−２相変換部２１は、位置決め通電角度θを後述する位置決め通電角度設定部６３から受ける。３相−２相変換部２１は、例えば、次の数式４及び数式５により、固定座標系（ＵＶＷ座標系）における電流ベクトル（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）を回転座標系（γ−δ座標系）における電流ベクトル（ｉγ，ｉδ）へ変換する。
ｉγ＝（√２）｛ｉｕ×ｃｏｓ（θ＋π／６）−ｉｗ×ｓｉｎθ｝ ・・・数式４
ｉδ＝−（√２）｛ｉｕ×ｓｉｎ（θ＋π／６）＋ｉｗ×ｃｏｓθ｝・・・数式５

【0056】

３相−２相変換部２１は、変換した回転座標系（γ−δ座標系）における電流ベクトルのδ成分、すなわちδ軸電流Ｉδを算出して後述する位置決め判定処理部６１へ出力する。

【0057】

位置決め判定処理部６１は、後述する位置決め制御部６２が起動運転開始前に位置決め通電を行う際に、３相−２相変換部２１から出力されるδ軸電流Ｉδの絶対値（Ｉδは直流）が所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れたか否かを判断して、ロータが位置決めされたか否かを判定する。これは、ロータが回転しない場合は、流れる電流が全てγ軸（ｄ軸）電流Ｉγとして流れ、δ軸（ｑ軸）電流Ｉδは流れず、ロータが回転した場合は、γ軸電流Ｉγだけでなくδ軸電流Ｉδも流れるが（δ軸電流Ｉδはプラスだけでなく、マイナスの場合も考えられる）、ロータが停止するとδ軸電流Ｉδが流れ無くなることを利用している。具体的には、位置決め判定処理部６１は、３相−２相変換部２１から出力されるδ軸電流Ｉδの電流値を検出して、その検出した電流値の絶対値が所定の電流値以上且つ所定の時間連続して流れた後、流れなくなると、「ロータが回転して停止した」、すなわち所定の位置にロータが「位置決めされた」と判定する。なお、所定の電流値、所定の時間については、実際に使用されるモータの定格やモータの負荷などにより実験結果に基づいて設定される。

【0058】

位置決め制御部６２は、位置決め通電を行い、位置決め判定処理部６１でロータが位置決めされたと判定されると、その時点で起動運転を開始する。つまり、ロータが所定の位置に位置決めされれば、高い起動成功率で起動させることができ、振動の少ないスムーズな起動運転が可能になる。

【0059】

また、位置決め制御部６２は、位置決め判定処理部６１でロータが位置決めされていないと判定されると（位置決め通電開始後、δ軸電流Ｉδが所定の電流値で所定の時間連続して流れなかった場合）、ロータが回転していないか、回転したとしても所定の位置に位置決めされていない虞があるため、位置決め通電電圧ベクトルの位相（通電角度θ）を変更して、再度位置決め通電を行う。位置決め制御部６２は、再度の位置決め通電で位置決めされたと判定されれば、その時点で起動運転を開始するが、位置決めされていないと判定された場合は、さらに位置決め通電電圧ベクトルの位相を変更して位置決め通電を所定回数リトライ（繰り返す）ようにする。この位置決め通電のリトライ回数は、設計仕様に応じて任意の回数に設定することができる。

【0060】

位置決め通電角度設定部６３は、位置決め通電処理を行う際の位置決め通電電圧の位相を決定するための位置決め通電角度θを設定する。位置決め通電角度θは、図２で示すα軸（Ｕ軸）からγ軸までの回転角θｅに相当する。位置決め制御部６２は、位置決め判定処理部６１でロータが位置決めされたと判定されなければ、位置決め通電角度設定部６３に対して位置決め通電角度θの変更を指示し位置決め通電をリトライする。位置決め通電角度設定部６３は、位置決め制御部６２から位置決め通電角度θの変更指示を受けると、変更指示前の位置決め通電角度θに所定角度φを加えて新たな位置決め通電角度θを設定し、２相−３相変換部２２と３相−２相変換部２１にそれぞれ出力する。所定角度φは、ロータを回転させた後に停止させた位置決めする必要があるため、前の位置決め通電角度θから所定量離れた位相（例えば、φ＝９０°やφ＝１２０°など）となるように設定することが望ましい。また、位置決め通電のリトライ回数は、このφとの関係で、ロータの１回転の電気角が例えば２極の同期モータの場合３６０°、４極の同期モータの場合７２０°であるので、その１回転の電気角を超えるまでリトライを繰り返すようにしても良い。

【0061】

本発明による位置決め通電処理を含めた同期モータの起動プロセスをフローにまとめると、図４となる。起動プロセスが開始されると、位置決め制御部６２は、位置決め通電角度設定部６３に対して位置決め通電角度を初期設定（θ＝０°）するように指示し（ステップＳ１）、この位置決め通電角度θを用いて位置決め通電処理を開始する（ステップＳ２）。位置決め通電処理を行うと、検出部８０は、同期モータＭのＵ相の電流ｉｕとＷ相の電流ｉｗの２相の電流を検出し、３相−２相変換部２１へ出力する。３相−２相変換部２１は、３相の固定座標系（ＵＶＷ座標系）の電流ベクトルの成分ｉｕとＷ相の電流ｉｗを２相の回転座標系（γ−δ座標系）における電流ベクトルに変換しそのδ成分であるδ軸電流Ｉδを位置決め判定処理部６１へ出力する。位置決め判定処理部６１は、位置決め通電開始後δ軸電流Ｉδが所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れたか否かを監視し位置決めされたか否かを判定する（ステップＳ３）。位置決め判定処理部６１で位置決め通電開始後δ軸電流Ｉδが所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れ位置決めされたと判定された場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、位置決め制御部６２はその判定結果を受けて起動運転を開始し（ステップＳ６）、起動プロセスが終了すると定常運転に移行する。位置決め判定処理部６１で位置決め通電開始後δ軸電流Ｉδが所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れず位置決めされなかったと判定された場合（ステップＳ３でＮｏ）、位置決め制御部６２はその判定結果を受けて位置決め通電角度設定部６３に対して位置決め通電角度θの再設定を指示する。位置決め通電角度設定部６３は、位置決め通電角度θに所定角度φを加えた新たな位置決め通電角度θを設定する（ステップＳ４）。位置決め通電角度設定部６３が指示している位置決め通電角度θが同期モータのロータ１回転の電気角の３６０°（同期モータが２極の場合）以上か否かを判断し（ステップＳ５）、３６０°未満であれば（ステップＳ５でＮｏ）、その位置決め通電角度θを２相−３相変換部２２と３相−２相変換部２１に出力してステップＳ２に戻る。位置決め制御部６２は、位置決め判定処理部６１の判定が位置決めされたとなるか（ステップＳ３でＹｅｓ）、位置決め通電角度θが３６０°以上になるまで、位置決め通電処理を所定回数繰り返す。位置決め制御部６２は、位置決め判定処理部６１の判定が位置決めされたとならずに（ステップＳ３でＮｏ）、位置決め通電角度θが３６０°以上になった（ステップＳ５でＹｅｓ）場合は、エラーとして判断して起動プロセスを停止する（ステップＳ７）。

【0062】

以上のように、本実施の形態では、電圧設定部５０が同期モータＭの起動開始前に位置決め通電用の電圧指令を設定し、第１の変換部としての２相−３相変換部２２で電圧設定部５０から出力された２相γ−δ回転座標系上の位置決め通電電圧ベクトル（電圧指令）を３相ＵＶＷ固定座標系における位置決め通電電圧ベクトルに変換し、駆動部１０が第１の変換部としての２相−３相変換部２２により変換され出力された位置決め通電電圧ベクトルに対応した電圧で同期モータＭを駆動し、第２の変換部としての３相−２相変換部２１で駆動部１０から同期モータＭを駆動する際の３相ＵＶＷ固定座標系における電流ベクトルを２相γ−δ回転座標系における電流ベクトルへ変換し、その変換された電流ベクトルのうちδ成分のδ軸電流Ｉδが位置決め判定処理部６１で所定の電流値以上で且つ所定の時間連続して流れると、同期モータＭのロータが位置決めされたと判定し、それ以外の場合は位置決めされていないと判定する。位置決め制御部６２は、電圧設定部５０で設定された電圧を用いて同期モータＭのロータを位置決めする位置決め通電を行い、位置決め判定処理部６１でロータが位置決めされたと判定されると、前記同期モータの起動運転を開始する。これにより、起動運転開始前の位置決め通電後にロータが所定位置に位置決めされたか否かが判定できるので、同期モータをスムーズに起動することが可能となり、起動成功率が向上すると共に、起動時における振動を低減することができる。

【0063】

また、本実施の形態では、位置決め制御部６２は、位置決め判定処理部６１でロータが位置決めされていないと判定されると、そのときの位置決め通電角度θに所定角度φを加えた新たな位置決め通電角度θを用いて生成した位置決め通電電圧ベクトルにより再度位置決め通電を行い、位置決め判定処理部６１で同期モータＭのロータの位置決め判定を行う。これにより、位置決め通電を行って位置決めされていないと判定されても、所定量離れた電圧位相φをもつ位置決め通電電圧ベクトル用いて位置決め通電をリトライするので、位置決めを確実に行うことができ、同期モータの起動成功率を向上させることができる。

【0064】

また、本実施の形態では、位置決め制御部６２は、位置決め判定処理部６１でロータが位置決めされたと判定されるか、位置決め通電角度設定部６３で設定される位置決め通電角度θが所定の電気角になるまで位置決め通電を繰り返す。これにより、位置決め通電角度を一通り試してみて、それでもロータが位置決めされたと判定されない場合は、ロータロック状態にある可能性があるため、必要以上に位置決め通電の繰り返しを防止することができる。

【0065】

なお、本実施の形態では、相電流を検出する方法として、２つの電流センサを用いて３相の相電流を算出しているが、電流センサを３つ用いて３相の相電流を検出したり、または、インバータの母線電流を検知する１シャント方式でもよい。

【産業上の利用可能性】

【0066】

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、同期モータの制御に有用である。

【符号の説明】

【0067】

１ モータ制御装置
１０ インバータ
２０ 生成部
２１ ３相−２相変換部
２２ ２相−３相変換部
２３ ＰＷＭ生成部
３０ 電流指令生成部
３１ 位置・速度推定器
３２ 減算器
３３ ｄ軸電流設定器
３４ ｑ軸電流設定器
３５ 減算器
３６ 減算器
３７ １／Ｐｎ変換器
４０ 電圧指令生成部
５０ 電圧設定部
５１ δ（ｑ）軸電圧設定部
５２ γ（ｄ）軸電圧設定部
６０ 位置決め手段
６１ 位置決め判定処理部
６２ 位置決め制御部
６３ 位置決め通電角度設定部
８０ 検出部
８１ 電流センサ
８２ 電流センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】