特許 6180330 モータの励磁装置、励磁方法、及び制御装置

(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】6180330

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】モータの励磁装置、励磁方法、及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20170807BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/16

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-5549(P2014-5549)

(22)【出願日】2014年1月16日

(65)【公開番号】特開2015-133881(P2015-133881A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2016年10月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000100861

【氏名又は名称】アイダエンジニアリング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】山口 芳弘

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 博

(72)【発明者】

【氏名】八原 昌尚

(72)【発明者】

【氏名】田島 文男

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 勧也

【審査官】 田村 惠里加

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１０３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３７４６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２７２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９５６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０７５７４２（ＷＯ，Ａ１）

(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】

永久磁石同期モータの多相巻線を励磁してエンコーダとモータの磁極位置合わせを行うモータの励磁装置であって、
励磁電流指令を発生する位置合わせ励磁電流指令部と、前記励磁電流指令を受けて前記多相巻線に直流の励磁電流を供給する励磁装置と、エンコーダの値を記憶する記憶部を備え、
前記励磁装置は、前記励磁電流指令に基いて、多相巻線を複数回直流励磁し、各回の直流励磁時の多相電流の位相は、直前の位相に対して異なる値に設定し、前記記憶部は各直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値と、各直流励磁時の回転移動量を記憶して、これら記憶した値よりモータのｄ軸位相を演算することを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータの励磁装置であって、
前記永久磁石同期モータは、リラクタンストルクの割合の大きい永久磁石同期モータであることを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項3】

請求項１または２のいずれか１項に記載のモータの励磁装置であって、
前記励磁装置は、前記励磁電流指令に基いて、各直流励磁における電流の大きさを等しくすることを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載のモータの励磁装置であって、
前記直流励磁の回数は３回であることを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項5】

請求項４に記載のモータの励磁装置であって、
前記励磁装置により励磁する第２回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第１回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して＋π／２とし、かつ第３回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第２回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して−π／２とするか、
前記励磁装置により励磁する第２回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第１回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して−π／２とし、かつ第３回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第２回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して＋π／２とするか、の何れかであることを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項6】

請求項４に記載のモータの励磁装置であって、
前記励磁装置により励磁する第２回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第１回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して＋π／３とし、かつ第３回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第２回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して−π／３とするか、
前記励磁装置により励磁する第２回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第１回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して−π／３とし、かつ第３回目の直流励磁時の多相電流の位相は、第２回目の直流励磁時の多相電流の位相に対して＋π／３とするか、の何れかであることを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載のモータの励磁装置であって、
前記永久磁石同期モータの直流励磁の際、前記励磁装置は電流を徐々に所定値まで立ち上げるように供給することを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか１項に記載のモータの励磁装置であって、
前記永久磁石同期モータの直流励磁の際、前記励磁装置は電流を所定値で供給し、ロータが停止または回転移動量がゼロになるとき、より大きな電流を流すことを特徴とするモータの励磁装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載のモータの励磁装置によって前記記憶部に記憶された、安定停止したときのエンコーダの値と各直流励磁時の回転移動量とに基づきモータのｄ軸位相を演算しエンコーダの回転位置を補正する補正部を有し、該補正部から出力される回転位置信号によりモータの制御を行うことを特徴とする永久磁石同期モータの制御装置。

【請求項10】

永久磁石同期モータの多相巻線を励磁してエンコーダとモータの磁極位置合わせを行うモータの励磁方法であって、
前記多相巻線を複数回直流励磁し、各回の直流励磁時の多相電流の位相を直前の位相に対して異なる値に設定し、各直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値と、各直流励磁時の回転移動量とに基づきモータのｄ軸位相を演算することを特徴とするモータの励磁方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は永久磁石同期モータ（以下、ＰＭＳＭと略す）の制御装置に係り、特にその磁極位置検出器の磁極位置合わせを行うモータの励磁装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＰＭＳＭは、回転子の磁極位置を基準にしてモータの電流制御をするので、モータの磁極位置検出用に磁極位置検出器を持っている。製造時に磁極位置検出器をモータ軸に最初に取り付けた状態では、回転子の磁極位置と磁極位置検出器の相対的位置関係が分からないので、両者の相対的位置関係を明確にする磁極位置合わせが必要である。この方法として、特開平９−２１９９８９号公報（特許文献１）に、磁極位置検出器にエンコーダを用いた方法が開示されている。すなわち、最初にモータとエンコーダとを組合せた状態では、エンコーダ自体が持っている絶対的零位置のみが確定している。次に、モータの周知のＶ相及びＷ相巻線（図示せず）に正電流を印加し、周知のＵ相巻線に負電流を印加してモータの直流通電を行い、モータを安定点に停止させる。このとき、先に述べたエンコーダ自体が持っている絶対的零位置と、安定停止点との位置誤差δを読み取り、メモリに書き込む。そして、位置誤差δをエンコーダのカウント値を用いて補正しながら、磁極位置を合わせて運転駆動する。

【0003】

また、上記方法とは別の方法として、特開２００２−３５４８７６号公報（特許文献２）に、他のモータでＰＭＳＭを外部駆動し、ＰＭＳＭの誘起電圧波形のゼロクロス点と、エンコーダの基準信号から位置誤差を補正する方法が開示されている。

【0004】

また、リラクタンストルクが磁石トルクより大きなモータの例として、例えば、特開２０１１−８３０６６号公報（特許文献３）に示す、永久磁石補助型リラクタンスモータ（ＰＥＲＭＡＮＥＮＴ ＭＡＧＮＥＴ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＳＹＮＣＨＲＯＮＯＵＳ ＲＥＬＵＣＴＡＮＣＥ ＭＯＴＯＲ）（以下、ＰＲＭと略す）がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平９−２１９９８９号公報

【特許文献2】特開２００２−３５４８７６号公報

【特許文献3】特開２０１１−８３０６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記特許文献１の方法はリラクタンストルクが磁石トルクより小さい通常のＰＭＳＭには有効である。しかし、特許文献３のような、リラクタンストルクが磁石トルクより大きなモータであるＰＲＭに適用すると、安定停止点が１点に定まらないという課題がある。

【0007】

前記特許文献２の方法は、ＰＲＭにも有効であるが、外部駆動用の別のモータが必要となる。また、誘起電圧波形に高調波が重畳している場合は、ゼロクロス点を見出すのが難しいという課題がある。

【0008】

本発明の目的は、リラクタンストルクの割合が大きな永久磁石同期モータの磁極位置検出器の磁極位置合わせを、簡単な構成で行うことができる永久磁石同期モータの制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、永久磁石同期モータの多相巻線を励磁してエンコーダとモータの磁極位置合わせを行うモータの励磁方法あって、前記多相巻線を複数回直流励磁し、各回の直流励磁時の多相電流の位相を直前の位相に対して異なる値に設定し、各直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値と、各直流励磁時の回転移動量とに基づきモータのｄ軸位相を演算するようにした。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、リラクタンストルクの割合が大きな永久磁石同期モータであっても、磁極位置合わせを簡単な構成で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１のモータの断面図である。

【図2】実施例１のモータの励磁装置およびモータの全体図である。

【図3】電流の位相関係を示す図である。

【図4】−１／２≦Ｋ２×Ｉａ≦１／２の場合の、電流位相角β−トルク特性を示す図である。

【図5】Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合の、電流位相角β−トルク特性を示す図である。

【図6】Ｋ２×Ｉａ＜−１／２の場合の、電流位相角β−トルク特性を示す図である。

【図7】実施例１のＫ２×Ｉａ＞１／２の場合の、第１の安定停止点に静止したときの電流ベクトルＩ２とロータの位置関係を示す図である。

【図8】実施例１のＫ２×Ｉａ＞１／２の場合の、第２の安定停止点に静止したときの電流ベクトルＩ３とロータの位置関係を示す図である。

【図9】実施例１のＫ２×Ｉａ＜−１／２の場合の、第１の安定停止点に静止したときの電流ベクトルＩ２とロータの位置関係を示す図である。

【図10】実施例１のＫ２×Ｉａ＜−１／２の場合の、第２の安定停止点に静止したときの電流ベクトルＩ３とロータの位置関係を示す図である。

【図11】実施例１の制御フローを示す図である。

【図12】実施例１のモータの制御装置およびモータの全体図である。

【図13】実施例３のモータの励磁装置およびモータの全体図である。

【図14】実施例４のモータのＵ−ＶＷ間に可変直流電源を直接接続した励磁装置の全体図である。

【図15】実施例４のモータのＶ−Ｗ間に可変直流電源を直接接続した励磁装置の全体図である。

【図16】実施例４のモータのＵＶ−Ｗ間に可変直流電源を直接接続した励磁装置の全体図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

【実施例1】

【0013】

図１は本実施例で対象とするモータ１１（ＰＭＳＭ）の内部構造の断面図である。モータ１１は、モータ内部から３相巻線１１１の端子が外部に引き出されている。尚、本実施例では、モータ１１は３相モータで説明するが、多相モータでも本願の意図するところは実現できる。

【0014】

ロータ１１ｂはステータ１１ａの内側にあり、ロータ表面または内部に永久磁石１１ｃが均等に配置されている。図１では、一例として、永久磁石１１ｃを周方向に４個均等配置している。モータ１１の三相巻線１１１を直流励磁することでロータ１１ｂはトルクを発生し、安定停止点で停止する。モータ１１はインバータで駆動される。尚、本実施例では、ロータ１１ｂがステータ１１ａの内側にある内転型のモータで説明するが、外側にある外転型（アウターロータ型）の場合、または回転軸方向にロータとステータが対向しているアキシャルギャップ型の場合のＰＭＳＭでも、トルクの式（後述の式１または式４）は同じであるので、本願の意図するところが実現できるのは言うまでもない。

【0015】

図２は本実施例のモータの励磁装置０１１、およびそれが接続されているモータ１１の全体図である。図２において、図１と同じ番号のものは同じものを表す。

【0016】

図２において、エンコーダ１２はモータ１１の磁極位置を検出するためのもので、モータ１１の回転軸に接続されている。位置合わせ励磁電流指令部１００は、モータ１１の３相巻線に、励磁電流指令を与える。２１１は三相巻線１１１の励磁装置で、三相巻線１１１に電流を供給する。励磁装置２１１は、電流制御部（ＡＣＲ）２２１と、ＰＷＭ制御部２３１と、インバータ２４１と、電流検出器２５１を備えている。

【0017】

位置合わせ励磁電流指令部１００により与えられた直流励磁電流指令ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊は、励磁装置２１１内の電流制御部（ＡＣＲ）２２１に入力される。電流制御部（ＡＣＲ）２２１は、出力される実電流を検出する電流検出器２５１との偏差に応じた各相の信号を出す。ＰＷＭ制御部２３１は電流制御部（ＡＣＲ）２２１の出力に応じて働き、インバータ２４１をＰＷＭ制御し、インバータ２４１から三相巻線１１１に直流励磁電流が供給される。こうして、三相巻線１１１に流れる直流励磁電流は、位置合わせ励磁電流指令部１００の指令信号に応じた値に制御される。

【0018】

三相巻線１１１に直流励磁電流を与えると、モータ１１はトルクを発生して、ロータ１１ｂは回転する。そしてロータ１１ｂは安定停止点で静止する。

【0019】

次に、モータ１１（ＰＭＳＭ）のトルク方程式と、直流電流を流したときの安定停止点について述べる。

【0020】

図３は、ｄ軸巻線電流ベクトルＩｄおよびｑ軸巻線電流ベクトルＩｑと、電流位相角βの関係を表す図である。図３において、ｄ軸の向きをロータ（回転子）Ｎ極の主磁束の向き、ｑ軸の向きをｄ軸より電気角でπ／２位相が進んだ向きとする。また、ＩｄとＩｑの合成電流ベクトルＩａの向きと、ｑ軸との位相角をβ（電流位相角）とする。なお、ｑ軸は無負荷誘導起電力のベクトルの向きと等しい。また、図３のｄ軸とｑ軸は、ロータと同期して回転する回転座標軸であり、ｄ軸、ｑ軸の正回転方向は、左回転（数学的正方向）とする。従って、逆回転は右回転である。

【0021】

ＰＭＳＭのトルク方程式について述べる。ＰＭＳＭの等価回路定数において、直軸インダクタンスをＬｄ、横軸インダクタンスをＬｑ、誘導起電力定数をｋｅ、極対数をｐ、図３の電流ベクトルＩａ（大きさは電流実効値と等しい）の、ｄ軸方向の電流成分をＩｄ（＝ｉｄ／√３）、ｑ軸方向の電流成分をＩｑ（＝ｉｑ／√３）とすると、一般に次式のＰＭＳＭのトルク式が知られている。
τ＝ｐ[ｋｅ×ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄ×ｉｑ] …（１）
Ｉｄ＝ｉｄ／√３＝―Ｉａ×ｓｉｎβ …（２）
Ｉｑ＝ｉｑ／√３＝ Ｉａ×ｃｏｓβ …（３）
式（１）、（２）、（３）より、モータ発生トルクτは、下記、式（４）で表すことができる。
τ＝ｐ[ｋｅ×ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄ×ｉｑ]
＝ｐ[ｋｅ×Ｉａ×ｃｏｓβ×√３−(３／２) ×（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉａ²×ｓｉｎ ２β]
＝Ｋ１×Ｉａ×[ｃｏｓβ＋Ｋ２×Ｉａ×ｓｉｎ２β] （−π≦β≦π）…（４）
ここで、Ｋ１、Ｋ２：定数、Ｉａ：電流ベクトルの大きさ（電流実効値）、Ｉａ＞０、Ｋ１＞０である。

【0022】

式（４）の大括弧内の第１項は、磁石の磁束と電流の積によるトルク（一般にマグネットトルクと呼ぶ）で、大括弧内の第２項は、リラクタンストルク効果によるリラクタンストルクを表す。

【0023】

式（４）で表されるトルクにおいて、Ｋ２×Ｉａの値によって、次の３つの場合に分けられる。

【0024】

（１）−１／２≦Ｋ２×Ｉａ≦１／２の場合
これは、リラクタンストルクの割合が小さい、通常のＰＭＳＭの場合である。横軸に電流位相角β、縦軸にトルクτをとったとき、式（４）で表されるグラフは、「Ｋ２×Ｉａ＝０．４」の場合を一例として挙げると、図４のようになる。図４のβ−トルク特性は、２πの周期性があり、図の点（−π／２，０）、点（π／２，０）でトルクは０となる。ここで、直流励磁した際のモータのロータの挙動を、電流位相角βの範囲が、以下の４つの場合について示す。

【0025】

（ａ）−π≦β＜−π／２の範囲内のとき
トルクは負なので、ロータは右回転のトルクを発生する。すると、図３の電流ベクトルの向きは不変の状態でｄ、ｑ軸が右回転するので、電流位相角βは増加する。やがては、β＝−π／２となり、この点でトルク０となり安定停止する。

【0026】

（ｂ）β＝−π／２またはβ＝π／２のとき
トルクは０なので、停止したままである。ただし、後述のように点（π／２，０）は非常に不安定な停止点である。

【0027】

（ｃ）−π／２＜β＜π／２の範囲内のとき
トルクは正なので、ロータは左回転のトルクを発生する。すると、図３の電流ベクトルの向きは不変の状態でｄ、ｑ軸が左回転するので、電流位相角βは減少する。やがては、点（−π／２，０）の点で左回転が止まり安定停止する。

【0028】

（ｄ）π／２＜β≦πの範囲内のとき
トルクは負なので、（ａ）と同様に、点（−π／２，０）となる点で安定停止する。

【0029】

以上の（ａ）〜（ｄ）より、直流励磁した瞬間の電流位相角βが、β≠π／２ならば、β＝−π／２となるようにロータが移動して、この点で安定停止することがわかる。また、点（π／２，０）のときにはトルク０となり停止するが、わずかに起磁力の向きが変化しただけで、点（−π／２，０）に向かうようにロータが移動する。よって、非常に不安定であり、実用上はこの点（π／２，０）に止まることはほぼないと考えてよい。

【0030】

すなわち、安定停止点とは、電流位相角βが増加したとき、安定停止点を境に、トルクが負から正に転じる点と言うことができる。また、不安定停止点とは、電流位相角βが増加したとき、トルクが正から負に転じる点と言うことができる。

【0031】

以上は、−１／２≦Ｋ２×Ｉａ≦１／２の場合、モータ１１を直流励磁したとき、安定停止点はモータ定数によらず、ただ１つの点（−π／２，０）だけ存在し、この安定点となるように電流ベクトルの向きにロータのＮ極位置が引き寄せられることを示している。

【0032】

（２）Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合
このときは、リラクタンストルクの割合が大きいモータであり、先に述べたＰＲＭは、これに含まれる。式（４）で表されるグラフは、「Ｋ２×Ｉａ＝０．８」の場合を一例として挙げると、図５のようになる。図５より、−π≦β≦πで安定停止点は２つ存在する。すなわち、図５のＡ点：β＝β０１とＢ点：β＝β０２であり、この安定停止点は、モータ定数の影響を受け、一意に定まらない。また、モータを直流励磁したとき、どちらの電流位相角βで安定するかは、そのときのモータがどの位相で停止していたかによって決まる。

【0033】

このように、安定停止点が２点あるので、どちらの点か特定できず、停止点からはｄ軸位相（β＝−π／２）を特定することができず、このままでは、磁極位置が定まらない。しかも、この安定停止点は、モータ定数の影響を受け、一意に定まらない。

【0034】

（３）Ｋ２×Ｉａ＜−１／２の場合
上記（２）のＫ２×Ｉａ＞１／２の場合と同じく、このときも、リラクタンストルクの割合が大きいモータである。式（４）で表されるグラフは、「Ｋ２×Ｉａ＝―０．８」の場合を一例として挙げると、図６のようになる。図６より、−π≦β≦πで安定停止点βは２つだけ存在するが、Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合と異なるのは、その値はモータ定数によらず、安定停止点β＝−π／２またはπ／２であることであるが、Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合と同様に、モータを直流励磁したとき、どちらの電流位相角βで安定するかは、そのときのモータがどの位相で停止していたかによって決まる。このように、安定停止点が２点あるので、どちらの点か特定できず、停止点からはｄ軸位相（β＝−π／２）を特定することができず、このままでは、磁極位置が定まらない。

【0035】

以上のように、上記（２）、（３）の、Ｋ２×Ｉａ＞１／２やＫ２×Ｉａ＜−１／２の場合、すなわち、｜Ｋ２×Ｉａ｜＞１／２の場合には、モータを直流励磁したときに、安定停止点が２点あるので、どちらの点か特定できず、停止点からはｄ軸位相を特定することができず、磁極位置が定まらないという課題がある。なお、本実施例では、この｜Ｋ２×Ｉａ｜＞１／２の条件を有するモータを、リラクタンストルクの割合が大きいモータと定義する。

【0036】

この課題は、以下に示すように、三相巻線に流すＵＶＷ各相の電流指令ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊において、計３回の直流励磁電流指令を行い、かつ各３回の直流励磁時の３相電流の位相φをずらすことで解決できる。

【0037】

まず、Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合で説明する。
手順として、まず、第１回の直流励磁において、下記式（５），（６），（７）で励磁して安定停止させる。
ｉｕ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ） …（５）
ｉｖ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ−２π／３） …（６）
ｉｗ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ＋２π／３） …（７）
なお、φは位相で、自身の励磁方法として決めた０〜２πの任意の一定値である。

【0038】

ここで、まず、式（５），（６），（７）で各巻線を励磁して安定停止したとき、図５のＢ点の電流位相角β（β＝β０２）で静止したとする。この状態で静止した後、第２回の直流励磁を下記式（８），（９），（１０）で行う。
ｉｕ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ＋π／２） …（８）
ｉｖ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ＋π／２−２π／３） …（９）
ｉｗ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ＋π／２＋２π／３） …（１０）
すなわち、第２回の直流励磁では、第１回目の直流励磁時の３相電流の位相に対して＋π／２となるように各巻線を励磁する。すると、図５より、第２回目の直流励磁の瞬間は、＋π／２となるように各巻線を励磁するので、電流位相角βは−π／２＜β＜０の範囲になる。よって、ロータは正回転または逆回転して、最終的に安定停止点であるＡ点の電流位相角β（β＝β０１）で静止する。このときのモータ１１の電流ベクトルＩ２とロータの位置関係を図７に示す。

【0039】

また、第１回の直流励磁において、図５のＡ点の電流位相角β（β＝β０１）で静止していたとすると、図５より、第２回の直流励磁の瞬間は、＋π／２となるように各巻線を励磁するので、電流位相βは０＜β＜π／２の範囲となる。よって、正のトルクを発生し、ロータ１１ｂは正回転し、最終的に安定停止点であるＡ点の電流位相角β（β＝β０１）で静止する。

【0040】

したがって、第１回の直流励磁でＡ点とＢ点いずれの点に安定停止していたとしても、第２回の直流励磁で必ず、Ａ点の電流位相角（β＝β０１）で安定停止することになる。これを第１の安定停止点と呼ぶ。このときモータが安定停止した角度を、エンコーダ１２自体の原点からの回転位置、すなわち初期位置Ｃ１として、図２の位置記憶部１０１で記憶する。ここで、Ｃ１はエンコーダのカウント値である。

【0041】

次に第３回の直流励磁を行う。第３回の直流励磁では、式（５），（６），（７）で表すように各巻線を励磁する。すなわち、第２回の直流励磁時の３相電流の位相に対して−π／２となるように各巻線を励磁する。

【0042】

図５より、第３回目の直流励磁の瞬間は、−π／２となるように各巻線を励磁するので、電流位相角βは−π＜β＜−π／２の範囲となる。よって、ロータは正回転または逆回転して、最終的に安定停止点であるＢ点の電流位相角β（β＝β０２）で静止する。これを第２の安定停止点と呼ぶ。このときモータが安定停止した角度を、エンコーダ１２自体の原点からの回転位置、すなわち初期位置Ｃ２として、図２の位置記憶部１０１で記憶する。ここで、Ｃ２はエンコーダのカウント値である。また、回転移動量θを移動前後のエンコーダカウント値の差で計測し、エンコーダ回転量Ｃθ（＝Ｃ２−Ｃ１）として、図２の位置記憶部１０１で記憶する。

【0043】

さて、エンコーダ１２のカウント値は、エンコーダ１２自体の原点からの回転位置という以上の意味はなく、モータ１１の物理量（電流の大きさＩａ、電流位相角β…等）と何ら関係があるものではない。逆にいえば人為的に如何様にも関連付けることができるといえる。ここでは、第３回の直流励磁時の電流ベクトルＩ３の方向として関連付けることとする。このときのモータ１１の電流ベクトルＩ３とロータの位置関係を図８に示す。

【0044】

ここで、図８にも示すように、第２回目の直流励磁時の電流ベクトルＩ２は、電流ベクトルＩ３に対してπ／２進んだ方向にある。また、第２回の直流励磁時の安定停止点（Ａ点、β＝β０１）から、第３回の直流励磁時の安定停止点（Ｂ点、β＝β０２）に移る際に、ロータ１１ｂは電気角でθ回転したとする。

【0045】

ここで、第３回の直流励磁時の安定停止点（Ｂ点、β＝β０２）で静止した状態で、次式に示すように、
ｉｕ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ＋π／２＋θ） …（１１）
ｉｖ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ＋π／２＋θ−２π／３） …（１２）
ｉｗ＊＝√２×Ｉａ×ｓｉｎ（φ＋π／２＋θ＋２π／３） …（１３）
と励磁しても、ロータ１１ｂは第３回の直流励磁で安定停止した位置のまま、静止状態を維持するのは図８より明らかである。これは、式（１１）、（１２）、（１３）で与えられる直流励磁は、第２回目の直流励磁で安定停止したときの電流ベクトルＩ２とd軸（磁石主磁束方向）との相対的位置関係と等しくなるように、回転移動量θの分を補正して直流励磁していることになるからである。仮に、上記の式（１１）、（１２）、（１３）の直流励磁を行った場合、図５のA点（β＝β０１）に安定停止していることに他ならない。このときの電流ベクトルは、図８の破線に示すＩ２’となる。

【0046】

次に、電流ベクトルＩ２’の位置を、エンコーダ１２自体の原点からの回転位置Ｃ１’で表す。Ｃ１’は、電気角π／２をエンコーダ回転量換算したＣ９０、θをエンコーダ回転量換算したＣθ、第３回の直流励磁時のエンコーダカウント値Ｃ２を用いて、次式（１４）で演算できる。
Ｃ１’ ＝ Ｃ２ ＋ Ｃ９０ ＋ Ｃθ …（１４）
この演算したＣ１’を、図２の位置記憶部１０１で記憶する。

【0047】

以上より、直流励磁時の電流ベクトルＩ２’、Ｉ３に対応したエンコーダカウント値Ｃ１’、Ｃ２が求まる。図８より、直流励磁時の電流ベクトルＩ２’、Ｉ３は、電流位相角β０１、β０２と対応しており、すなわち、電流位相角β０１、β０２に対応したエンコーダカウント値Ｃ１’、Ｃ２が求まることになる。

【0048】

ここで、Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合、図５を用いて、β＝β０１、β０２の中点が、ｄ軸位相（直流励磁時の電流ベクトルの方向が、磁石Ｎ極の主磁束の方向となる電流位相角。β＝−π／２）であることを以下の式（１５）〜式（２１）に示す。

【0049】

２点の安定停止点（トルクが０）の電流位相角βを次式（１５）で表す。
β＝β０１、β０２ （−π＜β０２＜−π／２＜β０１＜０とする） …（１５）
β＝β０１を式（４）に代入すると、トルク＝０より、次式（１６）が成り立つ。
０＝Ａ×Ｉａ[ｃｏｓβ０１＋Ｋ２×Ｉａ×ｓｉｎ２β０１] …（１６）
式（１６）を変形すると、次式（１７）となる。
０＝Ａ×Ｉａ[ｃｏｓ（−β０１−π）＋Ｂ×Ｉａ×ｓｉｎ２（−β０１−π）] …（１７）
式（１７）より、β＝−β０１−πも式（４）でトルク＝０の解である。さて、図５のグラフより、トルク＝０となる電流位相角βの値は、β＝β０１、β０２、π／２の３つのみである。ここで、β０１の範囲は次式（１８）、
―π／２＜β０１＜０ …（１８）
であるので、−β０１−πの範囲は式（１８）より、次式（１９）となる。
−π＜−β０１―π＜−π／２ …（１９）
よって、式（１５）、式（１９）より次式（２０）が得られる。
β０２＝−β０１−π …（２０）
式（２０）を変形すると、次式（２１）が導出できる。
（β０１＋β０２）／２ ＝ −π／２ …（２１）
式（２１）より、２点の安定停止点Ａ（β-＝β０１）、Ｂ（β＝β０２）の中点がｄ軸位相（磁石Ｎ極の主磁束の方向、β＝−π／２）であることが証明された。

【0050】

よって、電流位相角β０１、β０２に対応したエンコーダカウント値Ｃ１’、Ｃ２を用いて、次式（２２）よりエンコーダ自体の原点からのモータのｄ軸位相（磁石Ｎ極の主磁束の方向）のカウント値Ｃｄを得る。
Ｃｄ＝（Ｃ１’＋Ｃ２）／２ …（２２）
式（２２）のカウント値Ｃｄを原点にリセットする補正を行い、磁極位置合わせを完了する。このようにして最初の磁極位置合わせを行えば、以後は通常の運転を行うことができる。以上は、Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合のｄ軸位相を求める必要最小限の手順となる。

【0051】

次に、Ｋ２×Ｉａ＜−１／２の場合について説明する。

【0052】

この場合にも、上記と、まったく同じ手順でｄ軸位相（β＝−π／２）のエンコーダカウント値Ｃｄを求めることが出来る。すなわち、第１回目の直流励磁において、式（５）、（６）、（７）で表すように３相巻線１１１の各巻線を励磁する。

【0053】

このとき、図６のＣ点の電流位相角β（β＝π／２）で静止したとする。この状態で、式（８）、（９）、（１０）に示すように３相巻線１１１の各巻線を励磁する第２回目の直流励磁を行うと、図６より、第２回の直流励磁の瞬間は、＋π／２となるように各巻線を励磁するので、電流位相角β＝−π（またはπ）となり、負のトルクを発生し、ロータ１１ｂは逆回転し、最終的に安定停止点であるＤ点の電流位相角β（β＝−π／２）で静止する。

【0054】

また、第１回の直流励磁において、図６のＤ点で静止していた場合には、図６より、第２回の直流励磁の瞬間は、＋π／２となるように各巻線を励磁するので、電流位相角β＝０となり、ロータ１１ｂは正回転するが、最終的に安定停止点であるＤ点の電流位相角β（β＝−π／２）で静止する。

【0055】

よって、第１回の直流励磁で図６のＣ点とＤ点いずれの点に安定停止していたとしても、第２回の直流励磁で必ず、Ｄ点の電流位相角で安定停止する。これを第１の安定停止点と呼ぶ。このときのモータ１１の電流ベクトルＩ２とロータの位置関係を図９に示す。このときモータが安定停止した角度を、エンコーダ１２自体の原点からの回転位置、すなわち初期位置Ｃ１として、図２の位置記憶部１０１で記憶する。

【0056】

次に第３回の直流励磁を行う。第３回の直流励磁では、式（５）、（６）、（７）で表すように各巻線を励磁する。すなわち、第２回の直流励磁時の位相に対して−π／２となるように各巻線を励磁する。図６より、第３回の直流励磁の瞬間は、電流位相角β＝−π（またはπ）となるので、負のトルクを発生し、最終的に安定停止点であるＤ点（β＝−π／２）に静止する。これを第２の安定停止点と呼ぶ。このときモータが安定停止した角度を、エンコーダ１２自体の原点からの回転位置、すなわち初期位置Ｃ２として、図２の位置記憶部１０１で記憶する。このときのモータ１１の電流ベクトルＩ３とロータの位置関係を図１０に示す。このとき、図１０に示すように、第２回目の直流励磁時の電流ベクトルＩ２は、電流ベクトルＩ３に対してπ／２進んだ方向にある。また、第２回の直流励磁時の安定停止点（Ｄ点、β＝−π／２）から、第３回の直流励磁時の安定停止点（Ｄ点、β＝−π／２）に移る際に、ロータ１１ｂは電気角でθ（＝−π／２）回転する。

【0057】

ここで、第３回の直流励磁時の安定停止点（Ｄ点、β＝−π／２）で静止した状態で、式（１１）、（１２）、（１３）で、θ＝−π／２として各巻線を励磁しても、ロータ１１ｂは第３回の直流励磁で安定停止した位置のまま、静止状態を維持するのは図１０から明らかである。これは、図６のＤ点（β＝−π／２）に安定停止していることに他ならず、電流ベクトルは、図１０に示すＩ２’（＝Ｉ３）となる。

【0058】

ここで、電流ベクトルＩ２‘の位置を、エンコーダ１２自体の原点からの回転位置Ｃ１’で表す。Ｃ１’は、電気角π／２をエンコーダ回転量換算したＣ９０、θ（＝−π／２）をエンコーダ回転量換算した−Ｃ９０、第３回の直流励磁時のエンコーダカウント値Ｃ２を用いて、次式（２３）で演算できる。
Ｃ１’＝Ｃ２＋Ｃ９０−Ｃ９０＝Ｃ２ …（２３）
この演算したＣ１’を、図２の位置記憶部１０１で記憶する。

【0059】

よって、ｄ軸位相のエンコーダカウント値Ｃ１’（＝Ｃ２）を用いて、式（２２）よりエンコーダ自体の原点からのモータのｄ軸位相（磁石Ｎ極の主磁束の方向）のカウント値Ｃｄを得る。上記は、Ｋ２×Ｉａ＞１／２の場合とまったく同じ手順でｄ軸位相を求めていることを強調しておく。

【0060】

さらに、−１／２≦Ｋ２×Ｉａ≦１／２の場合も、Ｋ２×Ｉａ＞１／２とまったく同じ手順でｄ軸位相（β＝−π／２）のエンコーダカウント値Ｃｄを求めることが出来る。すなわち、−１／２≦Ｋ２×Ｉａ≦１／２の場合は、図４より、ただひとつの安定停止点（β＝−π／２）しかないので、先に述べたような計３回の直流励磁を行っても、どの場合も必ずβ＝−π／２に静止する。これは、先に述べたＫ２×Ｉａ＜−１／２の場合の、第２回の直流励磁時と同じ状況なので、ｄ軸位相（β＝−π／２）を同じ手順で求めることができるのは言うまでもない。

【0061】

以上より、Ｋ２×Ｉａの値がいずれの場合でも、同じ手順でｄ軸位相（β＝−π／２）のエンコーダカウント値Ｃｄを求め、Ｃｄを原点にリセットする補正を行い、磁極位置合わせを完了することができる。このようにして最初の磁極位置合わせを行えば、以後は通常の運転を行うことができる。

【0062】

なお、以上のことはモータ１１の回路定数が未知の場合でも、同じ手順で磁極位置あわせができる優れた方法であるが、回路定数がわかっている場合は過程を省略することもできる。

【0063】

すなわち、Ｋ２×Ｉａ＜−１／２とわかっている場合は、第２回の直流励磁でｄ軸位相（β＝−π／２）が求まるので、このときのエンコーダカウント値Ｃ２をもって、ｄ軸位相のカウント値Ｃｄとし、以降の過程を省略してもよい。また、−１／２≦Ｋ２×Ｉａ≦１／２とわかっている場合は、第１回の直流励磁でｄ軸位相（β＝−π／２）が求まるので、このときのエンコーダカウント値Ｃ１をもって、ｄ軸位相のカウント値Ｃｄとし、以降の過程を省略してもよい。

【0064】

また、本実施例の基本ポイントは、複数回の直流励磁を行い、電流ベクトルとロータの位置関係を変えることでｄ軸位相を見出すことであるから、異なる安定停止点に移るのであれば直流励磁時の３相電流の位相は式（５）〜式（１０）で表す値でなく、異なってもよい。すなわち、第２回の直流励磁時の３相電流の位相を、第１回の直流励磁時の位相に対して＋π／２としなくてもよく、また第３回の直流励磁時の３相電流の位相を、第２回の直流励磁時の位相に対して−π／２としなくてもよい。その際は、式（１４）のＣ９０の値を、変更した位相に対応する値に適宜変更させればよいのは言うまでもない。ただし、本実施例記載のように、第２回の直流励磁時の３相電流の位相を、第１回の直流励磁時の位相に対して＋π／２、また第３回の直流励磁時の３相電流の位相を、第２回の直流励磁時の位相に対して−π／２とした場合は、直流励磁時のロータ１１ｂの回転移動量が必要以上に大きくなることがないという効果がある。

【0065】

なお、第２回の直流励磁時の３相電流の位相を、第１回の直流励磁時の位相に対して＋π／２でなく−π／２とし、かつ第３回の直流励磁時の３相電流の位相を、第２回の直流励磁時の位相に対して−π／２でなく＋π／２としても、直流励磁時のロータ１１ｂの回転移動量が必要以上に大きくなることがないという上記と同様の効果が得られる。このことについては、図４または図５または図６より前述と同様の手順で導くことができるので、ここでは割愛する。

【0066】

また、電流の大きさＩａも計３回の直流励磁で異なってもよい。ただし、同一の大きさにした場合は以下の利点がある。直流励磁でロータ１１ｂが回転移動する際、モータ１１に静止摩擦トルクの影響がある場合、本来静止する位置からわずかにずれた位置で静止する。モータ構造が対称ならば直流励磁時の電流ベクトルがｄ軸位相（回転子Ｎ極の主磁束の方向）に対して進んでいるか遅れているかで静止摩擦トルクの方向が磁極位置を境に正負逆となり、ここで第２回と第３回の直流励磁で同じ大きさの電流Ｉａとすれば、静止摩擦トルクの影響を正負相殺、もしくは小さくできる。

【0067】

また、本実施例では３回以下の、必要最小限の回数の直流励磁を行う例を示したが、より複数回の直流励磁を実施してもよい。たとえば、第２回目の直流励磁の後に、複数回の常に直前の直流励磁時の３相電流の位相に対して＋π／２の位相の直流励磁を与え、最後に、直前の直流励磁時の位相に対して−π／２とした場合でも、同様にｄ軸位相（β＝−π／２）のエンコーダカウント値Ｃｄを求めることができるのは言うまでもない。この場合は、第２回目の直流励磁の後の複数回の直流励磁では、同一方向に回転することになるので、モータの軸端に取り付けている軸受の潤滑油がよく馴染み、機械的摩擦が小さくなる効果が得られる。

【0068】

また、本実施例の適用対象である永久磁石同期モータは、モータ定数が電流に依存して変化し、またモータの巻線鎖交磁束の空間分布に高調波が重畳しているようなモータでも適用可能である。すなわち、本来、式（４）のトルク式は、モータ定数に電流依存性がないことを前提とした理論により導出された式であるが、電流に依存してモータ定数が変化していても、直流励磁時の静的な一定トルクを与えているときは、そのときのモータ定数は一定となるので、式（４）のトルク式でトルク特性を十分表現でき、本実施例の複数回の直流励磁によるｄ軸位相の決定方法をそのまま適用することができるのは言うまでもない。

【0069】

また、位置記憶部１０１での位置の値はＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリに記憶させれば制御電源をオフにしても値が保持され、製品製造後の磁極位置合わせは、エンコーダを交換したときなど、モータ軸とエンコーダの相対位置が変更された最初だけ行えばよい。

【0070】

以上述べた磁極位置合わせの手順を、エンコーダ１２を交換したときを例にとって図１１の制御フローで説明する。

【0071】

図１１において、ステップ１０１（Ｓ１０１）でエンコーダ１２を交換すると磁極位置合わせが必要となるので、装置を磁極位置合わせモードにする（Ｓ１０２）。このとき、必要ならばモータのブレーキ開放などを行い、無負荷に近い状態にする。

【0072】

磁極位置合わせモードでは、まず、三相巻線１１１に第１回の直流励磁を行い、位置合わせ運転を行う（Ｓ１０３）。所定の電流指令は式（５）、（６）、（７）で示した値とする。このようにして位相φが一定の直流電流を流して、各巻線を直流励磁すると、モータは安定停止点まで動き、停止する。

【0073】

次に、第２回の直流励磁を行い、位置合わせ運転を行う（Ｓ１０４）。所定の電流指令は（８）、（９）、（１０）で示した値とする。そして、この回転停止位置をエンコーダ１２自体の原点からの回転位置すなわち、初期位置として位置記憶部１０１で記憶する（Ｓ１０５）。

【0074】

次に、第３回の直流励磁を行い、位置合わせ運転を行う（Ｓ１０６）。所定の電流指令は、式（５）、（６）、（７）で示した値とする。

【0075】

そして、この回転停止位置をエンコーダ１２自体の原点からの回転位置、すなわち、初期位置として位置記憶部１０１で記憶する（Ｓ１０７）。また、第２回の直流励磁時の安定停止した位置から、第３回の直流励磁時の安定した位置に移るまでの回転移動量を移動前後のエンコーダカウント値の差で計測し、エンコーダ回転量として位置記憶部１０１で記憶する（１０８）。これら初期位置および回転移動量と、電気角π／２をエンコーダ回転量換算した値をもって、モータの磁極位置を演算する（Ｓ１０９）。こうして、モータの磁極位置が確定できるので、この磁極位置を利用しながら通常の運転に入る（Ｓ１１０）。

【0076】

図１２は、通常運転時のモータの制御装置０１２、およびそれが接続されているモータ１１の制御ブロック図である。図１２において番号が図２と同じものは同一の機能を有する。モータ１１は制御装置３１１で駆動されるが、駆動方式そのものは永久磁石同期モータのベクトル制御として周知の方法である。

【0077】

図１２において、エンコーダ１２からの回転位置信号は、位置記憶部１０１に記憶されている値を用いて演算した磁極位置のカウント値Ｃｄを用いて、補正部１０２で原点リセット補正され、磁極位置からの回転位置信号として補正部１０２から出力される。それは速度演算部１０３により速度信号に変換されて速度制御部１０４に入力される。速度制御部１０４は速度指令信号と速度信号との偏差に応じて働き、トルク指令信号として、ｄ、ｑ軸の電流成分を指令するＩｄ＊、Ｉｑ＊演算部１０５に入力される。Ｉｄ＊、Ｉｑ＊演算部１０５では、トルク指令に応じたｄ、ｑ軸の電流成分を指令する演算を行う。例えば、トルク指令に応じた電流で、同一電流でもモータ１１のトルクが最大となるような電流成分を指令する最大トルク制御演算を行い、それぞれの成分の電流を指令する。

【0078】

制御装置３１１の、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部３２１（Ｉｄ／ＩｑＡＣＲ）は、電流指令に従い、電流検出器２５１の電流検出値を座標変換部３７１により座標変換した電流検出値との偏差に応じて働き、電圧指令を出力する。この信号は座標変換部３６１で各相の電圧指令に変換され、ＰＷＭ制御部２３１に入力される。こうしてインバータ２４１によりＰＷＭ制御が実行され、電流はＩｄ＊、Ｉｑ＊演算部３２１に応じて制御される。よって、リラクタンストルクの割合の大きいモータにおいても、安定停止点を求めた後、磁極位置を補正演算することで、通常のリラクタンストルクの割合の小さいモータと同様に、モータの制御を行うことが可能となる。

【0079】

以上説明したように、本実施例は、永久磁石同期モータの多相巻線を励磁してエンコーダとモータの磁極位置合わせを行うモータの励磁装置であって、励磁電流指令を発生する位置合わせ励磁電流指令部と、前記励磁電流指令を受けて前記多相巻線に直流の励磁電流を供給する励磁装置と、エンコーダの値を記憶する記憶部を備え、前記励磁装置は、前記励磁電流指令に基いて、多相巻線を複数回直流励磁し、各回の直流励磁時の多相電流の位相は、直前の位相に対して異なる値に設定し、前記記憶部は各直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値と、各直流励磁時の回転移動量を記憶して、これら記憶した値よりモータのｄ軸位相を演算するようにした。

【0080】

また、モータの励磁装置によって記憶部に記憶された、安定停止したときのエンコーダの値と各直流励磁時の回転移動量とに基づきモータのｄ軸位相を演算しエンコーダの回転位置を補正する補正部を有し、該補正部から出力される回転位置信号によりモータの制御を行う永久磁石同期モータの制御装置とした。

【0081】

また、永久磁石同期モータの多相巻線を励磁してエンコーダとモータの磁極位置合わせを行うモータの励磁方法として、前記多相巻線を複数回直流励磁し、各回の直流励磁時の多相電流の位相を直前の位相に対して異なる値に設定し、各直流励磁によりモータが安定停止したときのエンコーダの値と、各直流励磁時の回転移動量とに基づきモータのｄ軸位相を演算するようにした。

【0082】

これにより、リラクタンストルクの割合が大きな永久磁石同期モータであっても、磁極位置検出器の磁極位置合わせを、簡単な構成で行うことができる永久磁石同期モータの励磁装置、及び制御装置を提供することができる。

【実施例2】

【0083】

本実施例では、空間高調波が重畳しているＰＭＳＭに対する直流励磁について説明する。

【0084】

モータの巻線鎖交磁束の空間分布に高調波が重畳しているようなモータとしては、特に固定子を集中巻構造にしたＰＭＳＭが挙げられる。すなわち、集中巻のＰＭＳＭは各相巻線が重なり合わず、固定子のティースに集中して巻いているが、このようなＰＭＳＭの場合、３相電流を流した時の磁力線の分布は、位置によって大きく値が異なることが知られている。一方、その磁力線分布は電気角でπ／３ごとに回転周期性があることもまた知られている。

【0085】

そのため、空間高調波が重畳しているＰＭＳＭに関しては、第２回の直流励磁時の３相電流の位相を、第１回の直流励磁時の位相に対して＋π／３とし、また第３回の直流励磁時の位相を、第２回の直流励磁時の位相に対して−π／３と励磁すれば、各直流励磁時で磁力線の分布状況を同等にでき、各直流励磁時で同一の大きさのトルクを発生でき、静止摩擦トルクの影響を正負相殺、もしくは小さくでき、精度の良い磁極位置合わせができる。

【0086】

また、第２回の直流励磁時の３相電流の位相を、第１回の直流励磁時の位相に対して＋π／３でなく−π／３とし、かつ第３回の直流励磁時の３相電流の位相を、第２回の直流励磁時の位相に対して−π／３でなく＋π／３としても同様の効果が得られるのは言うまでもない。

【0087】

なお、磁極位置合わせの別の方法として、特許文献２に記載の方法のように、モータ１１を別のモータで駆動して発電機運転し、そのときのモータ１１の誘起電圧波形のゼロクロス点または、誘起電圧波形の交差点から、エンコーダの位置を補正するという方法があるが、空間高調波の重畳しているモータでは、誘起電圧波形に高調波が重畳しており、波形のゼロクロス点または、交差点を見出すのは容易ではない。しかし、本実施例によれば、そのような困難さはなく、容易に磁極位置合わせを行うことが出来る。

【実施例3】

【0088】

本実施例では、位置合わせ励磁電流指令部１００からの指令に基づく直流励磁の具体的な与え方について説明する。

【0089】

図１３に、本実施例のモータの励磁装置０２１とモータ１１の全体図を示す。図１３で、図２と同じ番号のものは同じものを表す。モータ１１の励磁方法は、図２のモータ励磁装置０１１で述べた方法と同様である。

【0090】

図１３において、モータの励磁装置０２１では、エンコーダ１２の回転位置情報を、位置合わせ励磁電流指令部１００に帰還させている。位置合わせ励磁電流指令部１００では、先述の直流励磁電流指令が電流変更指令１０９としてアルゴリズムが実装されており、このアルゴリズムとエンコーダ１２の回転位置情報、およびこれをもとに演算した回転速度情報をもとに、電流指令を行う。

【0091】

電流変更指令は、図１３の１０９ａの上段に示すように、ロータ１１ｂの回転位置が一定となる（すなわち停止）付近の時刻ｔｅｎｄを見計らい、このとき所定電流となるように立ち上げる指令（１０９ａの下段に示す）、または図１３の１０９ｂの上段に示すように、ロータ１１ｂの回転速度が０となる付近の時刻ｔｅｎｄを見計らい、このとき所定電流となるように立ち上げる指令（１０９ｂの下段に示す）、または図１３の１０９ｃの上段に示すように、ロータ１１ｂの回転位置が一定となる付近の時刻ｔｅｎｄを見計らい、このとき短時間、より大きな電流を流す指令（１０９ｃの下段に示す）、または図１３の１０９ｄの上段に示すように、ロータ１１ｂの回転速度が０となる付近の時刻ｔｅｎｄを見計らい、このとき短時間、より大きな電流を流す指令（１０９ｄの下段に示す）、またはこれらを組み合わせた指令である。

【0092】

このように、位置合わせ励磁電流指令部１００からの指令に基づく直流励磁により、モータ１１の磁極位置合わせを行う際は、時刻ｔ＝０から電流を徐々に立ち上げ、時刻ｔ＝ｔｅｎｄで所定値となるように立ち上げるようにすれば、最初から所定電流を与えるよりも、トルクが安定停止点βを通り過ぎるような振動トルクを防止でき、安定的に停止させることが可能となる。ｔ＝ｔｅｎｄの見極めは、モータの回転位置が一定となる付近、または回転速度がゼロとなる付近とする等、ロータ１１ｂの停止付近を見計らえば良い。

【0093】

また、ｔ＝０で直流励磁したとき、ロータ１１ｂが回転し始め、そして停止するが、停止する付近のｔ＝ｔｅｎｄで、短時間、より大きな電流を流し、起磁力を大きくするように切り替えるようにすれば、安定停止点付近のトルクを大とすることができ、安定停止点への引き込みトルクを大として、より精度の良い磁極位置合わせを可能とする。停止付近の電流切り替えタイミングは、先と同様に、ロータの停止付近を見計らえばよい。

【0094】

第１、第２の安定停止点に止まったら、このときの停止位置と、第１の安定停止点から第２の安定停止点に移る際の回転移動量θを位置記憶部１０１で記憶する。この停止位置をもとに補正を行い、以後は通常の運転を行う。

【実施例4】

【0095】

前述した実施例では、三相巻線１１１の各巻線を励磁する際、位置合わせ励磁電流指令部１００から励磁装置２１１に電流指令して、電流を制御して励磁する構成を説明したが、本実施例では、モータ１１のUVW相端子に可変直流電源を直接接続する構成について説明する。

【0096】

すなわち、第１回と第３回の直流励磁では、図１４に示すように、巻線１１１のU−VW間に可変直流電源１０６ａを接続する装置構成とする。可変直流電源１０６ａと、巻線１１１間には、シャント抵抗１０７ａが挿入されている。シャント抵抗１０７ａ間の電圧を、電圧／電流変換表示装置１０８ａにより、電流に変換して表示できるようにしており、この表示を見ながら可変直流電源１０６ａの出力電圧を調節することで直流電流の大きさＩを調節することができる。

【0097】

また、第２回の直流励磁では、図１５に示すように、巻線１１１のＶ−Ｗ間に可変直流電源１０６ａを接続する装置構成とすれば、第１回および第３回の直流励磁時の位相に対して、＋π／２の位相が得られる。

【0098】

電流の大きさは、第１回、および第３回の直流励磁時と異なってもよいが、第２回目の直流励磁では、図１５に示すように、（√３／２×Ｉ≒０．８６６×Ｉ）にした場合、モータ１１にかかる起磁力の大きさを第１回、および第３回の直流励磁時と同一にできる。これにより、モータの静止摩擦トルクの影響を小さくできることは先述の通りである。

【0099】

また、空間高調波の重畳しているＰＭＳＭの場合は、第２回の直流励磁では、図１６に示すように、巻線１１１のＵＶ−Ｗ間に可変直流電源１０６ａを接続する装置構成とすれば、第１回および第３回の直流励磁時の位相に対して、＋π／３の位相が得られる。これにより、空間高調波の重畳しているＰＭＳＭでも、モータの静止摩擦トルクの影響を小さくできることは前述の通りである。

【0100】

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0101】

１１…モータ、１１１…三相巻線、１１ａ…ステータ、１１ｂ…ロータ、
１１ｃ…永久磁石、０１１、０２１…モータの励磁装置、１２…エンコーダ、
１００…位置合わせ励磁電流指令部、２１１…励磁装置、
２２１…電流制御部（ＡＣＲ）、２３１…ＰＷＭ制御部、２４１…インバータ、
２５１…電流検出器、１０１…位置記憶部、
１０９、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ…電流変更指令、
０１２…モータの制御装置、１０２…補正部、１０３…速度演算部、
１０４…速度制御部、１０５…Ｉｄ＊、Ｉｑ＊演算部、３２１…Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部、
３６１、３７１…座標変換部、３１１…制御装置、１０６ａ…可変直流電源、
１０７ａ…シャント抵抗、１０８ａ…電圧／電流変換表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】