特許 6962957 直流励磁方式の磁極初期位置検出装置及び磁極位置検出装置

(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】6962957

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】直流励磁方式の磁極初期位置検出装置及び磁極位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20211025BHJP

   H02P 21/18 20160101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   H02P6/16

   H02P21/18

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2019-55633(P2019-55633)

(22)【出願日】2019年3月22日

(65)【公開番号】特開2020-65433(P2020-65433A)

(43)【公開日】2020年4月23日

【審査請求日】2020年3月23日

(31)【優先権主張番号】特願2018-193846(P2018-193846)

(32)【優先日】2018年10月12日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 謙治

(72)【発明者】

【氏名】森田 有紀

【審査官】 安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１０３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１９２４６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２６２３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２７２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１８８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８２９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１８７７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ６／１６

Ｈ０２Ｐ ２１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置であって、
電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、
前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、
前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、を備え、
前記トルクゼロ判定部は、前記同期モータの加速度の極性が変化した時点で、前記トルクがゼロになったと判定する、磁極初期位置検出装置。

【請求項2】

同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置であって、
電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、
前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、
前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、を備え、
前記トルクゼロ判定部は、前記同期モータの速度が最大または最小となった時点で、前記トルクがゼロになったと判定する、磁極初期位置検出装置。

【請求項3】

前記同期モータに設けられたセンサから前記ロータの位置を取得するロータ実位置取得部と、
前記同期モータの前記極対数に係る情報を記憶する記憶部と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載の磁極初期位置検出装置。

【請求項4】

同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置であって、
電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、
前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、
前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、
前記同期モータに設けられたセンサから前記ロータの位置を取得するロータ実位置取得部と、
前記同期モータの前記極対数に係る情報を記憶する記憶部と、を備え、
前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍における前記ロータ実位置は、前記ロータ実位置取得部により取得される前記ロータの位置のサンプリング区間のうち、前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点が含まれるサンプリング区間を画定する２つのサンプリング時点に挟まれるいずれかの時点における前記ロータの位置である、磁極初期位置検出装置。

【請求項5】

前記同期モータが突極性を有する同期モータである場合、前記直流励磁指令生成部は、所定の上限値未満の前記励磁電流を前記同期モータへ流す指令を前記第１指令として生成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁極初期位置検出装置。

【請求項6】

前記同期モータの主磁束の大きさをΦ、ｄ相インダクタンスをＬ_d、ｑ相インダクタンスをＬ_qとしたとき、前記所定の上限値は、

【数1】

に基づいて設定される、請求項５に記載の磁極初期位置検出装置。

【請求項7】

前記直流励磁指令生成部は、
電流位相を、任意に設定した第２位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第２指令を生成する第２指令生成部と、
前記同期モータに前記第２指令に基づく前記励磁電流を流したときの前記同期モータの回転方向と、前記同期モータに対する速度指令の回転方向とに基づいて、前記第１指令により前記同期モータが前記速度指令の回転方向と同一方向に回転するように、前記第１指令を生成するための前記第１位相を決定する励磁位相決定部と、
前記励磁位相決定部により決定された前記第１位相の電流位相を用いて前記第１指令を生成する第１指令生成部と、を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の磁極初期位置検出装置。

【請求項8】

同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置であって、
電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、
前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、
前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、を備え、
前記直流励磁指令生成部は、
電流位相を、任意に設定した第２位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第２指令を生成する第２指令生成部と、
前記同期モータに前記第２指令に基づく前記励磁電流を流したときの前記同期モータの回転方向と、前記同期モータに対する速度指令の回転方向とに基づいて、前記第１指令により前記同期モータが前記速度指令の回転方向と同一方向に回転するように、前記第１指令を生成するための前記第１位相を決定する励磁位相決定部と、
前記励磁位相決定部により決定された前記第１位相の電流位相を用いて前記第１指令を生成する第１指令生成部と、を備える、磁極初期位置検出装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の磁極初期位置検出装置により検出された磁極初期位置にて初期化された前記同期モータのロータの磁極位置を出力する磁極位置更新部を備える、磁極位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流励磁方式の磁極初期位置検出装置及び磁極位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

同期モータにおいては、ｄｑ座標制御系を用いてロータの磁極位置に応じて適切な励磁位相巻線に電流を流し、所望のトルクを発生させる。同期モータには、ロータの磁極位置を検出するためのエンコーダなどの磁極位置センサを有する同期モータと、磁極位置センサを有しない同期モータがある。

【0003】

このうち磁極位置センサを有しない同期モータの場合、同期モータの電源投入（始動）の度に磁極位置検出処理を行って磁極の初期位置（以下、「磁極初期位置」と称する。）を検出し、この磁極初期位置を基準とした磁極位置に基づいて同期モータの回転を制御する。磁極初期位置の検出方式として、例えば、同期モータに電流位相を固定して一定の励磁電流を流し続け、最終的に停止した位置を磁極初期位置とする直流励磁方式がある。

【0004】

例えば、駆動コイルに励磁電流を通電して固定子に回転磁界を発生させる通電手段と、上記回転磁界により回転駆動される永久磁石を有する回転子と、上記回転子の回転に応じて位相のずれた２相のパルス状の回転信号を出力するエンコーダと、単位時間中の上記回転信号パルス数より回転子の回転角速度を検出すると共に、上記回転信号から回転子の回転方向を検出する回転速度検出手段と、上記駆動コイルへ一定時間通電後通電を停止する制御を行なうと共に上記回転速度検出手段の出力により回転子の初期位置を演算する論理演算手段と、上記回転信号を入力し回転子の初期位置から現在までの回転量をカウントするカウンタとを具備し、上記論理演算手段は、上記回転子の初期位置と上記現在までの回転量とから現在の回転子位置を決定することを特徴とするブラシレスモータの駆動回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【0005】

例えば、電力変換装置から出力される可変電圧および可変周波数によって制御される永久磁石式同期モータ、および該永久磁石式同期モータによって駆動される機械装置における永久磁石式同期モータの制御装置において、前記機械装置の停止を保持するブレーキ装置を解除し、該永久磁石式同期モータの回転位置にかかわらず、所定の電機子電流を流したときのモータ発生トルクと負荷トルクがほぼ平衡した時に、該永久磁石式同期モータの磁極位相を、前記電機子電流と前記負荷トルクから推定または前記電機子電流から推定することを特徴とする永久磁石式同期モータの制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

【0006】

例えば、指令速度から指令トルク（指令電流）を計算する速度制御手段と、指令トルク（指令電流）の通りにＡＣ同期モータを駆動する電流制御手段及びＰＷＭ電力変換装置と、を備えたＡＣ同期モータ制御装置に設けられるＡＣ同期モータの初期磁極推定装置において、指令速度パターン発生手段から発生される前記指令速度から前記検出速度を差し引いて速度偏差を計算する速度偏差演算手段と、前記速度偏差に速度ゲインを乗じて指令トルク（指令電流）を計算する速度ゲイン制御部と、前記指令速度からモード区間（第１周期区間と第２周期区間）の判断処理を行うモード区間判断手段と、前記モード区間判断手段での結果に従って前記第１周期区間と前記第２周期区間とのいずれかのモード区間に切り換えるモードスイッチと、前記第１周期区間を選択した場合、前記指令速度がデータ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、判断された前記データ取得用速度区間で前記指令トルク（前記指令電流）から第１指令トルクデータ（第１指令電流データ）を演算する第１指令トルク演算手段（第１指令電流演算手段）と、前記第２周期区間を選択した場合、前記指令速度が前記データ取得用速度区間かどうかの判断を行うデータ取得用速度区間判断手段と、判断された前記データ取得用速度区間で前記指令トルク（前記指令電流）から第２指令トルクデータ（第２指令電流データ）を演算する第２指令トルク演算手段（第２指令電流演算手段）と、前記第１指令トルクデータ（前記第１指令電流データ）と前記第２指令トルクデータ（前記第２指令電流データ）の情報を用いて推定初期磁極位置を演算する推定初期磁極演算手段とを有することを特徴とするＡＣ同期モータの初期磁極推定装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平２−２７６４９２号公報

【特許文献2】特開２０００−７８８７８号公報

【特許文献3】特開２００１−１５７４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

直流励磁方式による磁極初期位置処理では、例えば、同期モータを磁極０度で直流励磁し、同期モータのロータの停止を待ち、次いで磁極９０度で直流励磁し、さらに停止した後の位置を磁極初期位置として取得している。このように同期モータに対して直流励磁を開始してから同期モータのロータが停止するまでの時間は非常に長く、磁極初期位置の取得には時間がかかる。特に、静圧軸受を有する同期モータなどのように摩擦が非常に小さく加速性能の高い同期モータでは、磁極初期位置の取得に数分程度かかることもある。したがって、直流励磁方式による磁極位置検出処理においては、同期モータのロータの磁極初期位置を短時間で取得することができる技術が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様によれば、同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置は、電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、を備え、前記トルクゼロ判定部は、前記同期モータの加速度の極性が変化した時点で、前記トルクがゼロになったと判定する。本開示の別の態様によれば、同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置は、電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、を備え、前記トルクゼロ判定部は、前記同期モータの速度が最大または最小となった時点で、前記トルクがゼロになったと判定する。本開示の更に別の態様によれば、同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置は、電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、前記同期モータに設けられたセンサから前記ロータの位置を取得するロータ実位置取得部と、前記同期モータの前記極対数に係る情報を記憶する記憶部と、を備え、前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍における前記ロータ実位置は、前記ロータ実位置取得部により取得される前記ロータの位置のサンプリング区間のうち、前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点が含まれるサンプリング区間を画定する２つのサンプリング時点に挟まれるいずれかの時点における前記ロータの位置である。本開示の更に別の態様によれば、同期モータのロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置は、電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第１指令を生成する直流励磁指令生成部と、前記同期モータに前記第１指令に基づく前記励磁電流が流れているときにおいて、前記同期モータのロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定するトルクゼロ判定部と、前記トルクゼロ判定部により前記トルクがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、前記同期モータの極対数と、前記第１指令による直流励磁中の励磁位相とに基づいて、前記同期モータのロータの磁極初期位置を取得する磁極初期位置取得部と、を備え、前記直流励磁指令生成部は、電流位相を、任意に設定した第２位相に固定した一定の励磁電流を前記同期モータへ流す第２指令を生成する第２指令生成部と、前記同期モータに前記第２指令に基づく前記励磁電流を流したときの前記同期モータの回転方向と、前記同期モータに対する速度指令の回転方向とに基づいて、前記第１指令により前記同期モータが前記速度指令の回転方向と同一方向に回転するように、前記第１指令を生成するための前記第１位相を決定する励磁位相決定部と、前記励磁位相決定部により決定された前記第１位相の電流位相を用いて前記第１指令を生成する第１指令生成部と、を備える。

【0010】

また、本開示の一態様によれば、磁極位置検出装置は、上記磁極初期位置検出装置により検出された磁極初期位置にて初期化された前記同期モータのロータの磁極位置を出力する磁極位置更新部を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示の一態様によれば、同期モータのロータの磁極初期位置を短時間で取得することができる直流励磁方式による磁極初期位置検出装置及びこれを備える磁極位置検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の第１実施形態に係る磁極初期位置検出装置を示すブロック図である。

【図2】電流位相を固定して一定の励磁電流を同期モータに流し続けたときにおける同期モータのロータの挙動を例示する図であって、（Ａ）はロータの速度及び位置の時間経過を例示する図であり、（Ｂ）は（Ａ）を時間軸方向に拡大した図である。

【図3】同期モータに係るｄｑ座標系と同期モータを制御するモータ制御装置に係るｄｑ座標系との関係を示す図である。

【図4】突極性を有する同期モータの磁極初期位置を取得するために流す励磁電流の大きさを説明する図である。

【図5】同期モータに設けられる永久磁石の温度と同期モータの主磁束の磁束密度との関係を例示する図である。

【図6】本開示の第１実施形態における磁極初期位置取得処理を説明する図であって、（Ａ）は同期モータのロータの加速度を例示し、（Ｂ）は同期モータのロータの速度を例示し、（Ｃ）は同期モータのロータ実位置を例示する。

【図7】本開示の第１実施形態による磁極初期位置検出装置の動作フローを示すフローチャートである。

【図8】本開示の第１実施形態による磁極初期位置検出装置を備える磁極位置検出装置を含むモータ制御装置を示すブロック図である。

【図9】本開示の第２実施形態に係る磁極初期位置検出装置の構成を表すブロック図である。

【図10】磁極初期位置検出に用いる励磁位相を決定するため励磁位相決定処理を表すフローチャートである。

【図11】非突極性を有する同期モータの場合における励磁電流の位相とトルクとの関係を表すグラフである。

【図12】励磁電流の位相とロータの回転方向との関係について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下図面を参照して、直流励磁方式の磁極初期位置検出装置及び磁極位置検出装置について説明する。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。図面に示される形態は実施するための一つの例であり、図示された実施形態に限定されるものではない。

【0014】

第１実施形態
図１は、本開示の第１実施形態による磁極初期位置検出装置を示すブロック図である。

【0015】

図１に示すように、本実施形態による同期モータ２のロータの磁極初期位置を検出する磁極初期位置検出装置１は、直流励磁指令生成部１１と、トルクゼロ判定部１２と、磁極初期位置取得部１３と、ロータ実位置取得部１４と、記憶部１５とを備える。

【0016】

直流励磁指令生成部１１は、電流位相を所定の位相（以下では、第１位相とも記載する）に固定した一定の励磁電流を同期モータ２へ流すための指令（以下では、第１指令とも記載する）を生成する。直流励磁指令生成部１１により生成された指令は、同期モータ２の駆動を制御するためのモータ制御装置１０００内の電流制御部３３に送られる（図８参照）。モータ制御装置１０００内の電流制御部３３は、直流励磁指令生成部１１から受信した指令と固定された電流位相で変換される電流フィードバックとに基づいて電圧指令を生成し、電力変換部３５は、受信した電圧指令に基づいて同期モータ２に電圧を印加することで、電流位相を固定した一定の励磁電流を生成する。この励磁電流を駆動源にして同期モータ２のロータは回転方向に振動し、振動は徐々に減衰して最終的には停止する。

【0017】

トルクゼロ判定部１２は、同期モータ２に直流励磁指令生成部１１により生成された第１指令に基づく一定の励磁電流が流れているときにおいて、同期モータ２のロータに発生するトルクがゼロ（０）となったか否かを判定する。なお、回転方向に振動するロータにおいてはトルクがゼロとなる時点（タイミング）はロータが完全に停止するまでに複数回存在するので、トルクゼロ判定部１２には、ロータが完全に停止する前までに、トルクゼロ判定をする機会が複数存在する。複数のトルクゼロ判定機会のうち、直流励磁指令生成部１１が同期モータ２に対する直流励磁指令の開始時点に近いトルクゼロ判定機会を採用するほど、直流励磁指令生成部１１が同期モータ２に対する直流励磁指令の開始時点から短い時間で磁極初期位置取得部１３による同期モータ２のロータの磁極初期位置の取得処理を完了することができる。例えば、トルクゼロ判定部１２は、直流励磁指令生成部１１が同期モータ２に対する直流励磁指令の開始後、一番最初に発生するトルクゼロを検知してこの検知結果（すなわちトルクゼロ判定）を磁極初期位置取得部１３に通知するのが最も好ましい。

【0018】

磁極初期位置取得部１３は、トルクゼロ判定部１２によりトルクがゼロとなったと判定された時点近傍における同期モータ２のロータの位置（ロータ実位置）と、同期モータ２の極対数と、直流励磁中の励磁位相とに基づいて、同期モータ２のロータの磁極初期位置を取得する。

【0019】

ロータ実位置取得部１４は、同期モータ２に設けられたセンサ５１から、同期モータ２のロータの位置であるロータ実位置を取得する。

【0020】

記憶部１５は、同期モータ２の極対数に係る情報を記憶する。記憶部１５は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などのような電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリ、または、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのような高速で読み書きのできるランダムアクセスメモリなどで構成される。

【0021】

ここで、同期モータ２のロータに発生するトルクがゼロになった時点またはその近傍の時点におけるロータ実位置に基づいて、同期モータ２のロータの磁極初期位置を取得する原理について、図２及び図３を参照して説明する。

【0022】

図２は、電流位相を固定して一定の励磁電流を同期モータに流し続けたときにおける同期モータのロータの挙動を例示する図であって、（Ａ）はロータの速度及び位置の時間経過を例示する図であり、（Ｂ）は（Ａ）を時間軸方向に拡大した図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、実線は同期モータ２のロータ実位置の時間経過を示し、一点鎖線は同期モータ２の速度（回転角速度）を示す。電流位相を固定して一定の励磁電流を同期モータ２に流し続けると、図２に例示するように、同期モータ２のロータは回転方向に振動する。同期モータ２の振動は徐々に減衰していき、ロータは最終的には停止する。

【0023】

図３は、同期モータに係るｄｑ座標系と同期モータを制御するモータ制御装置に係るｄｑ座標系との関係を示す図である。同期モータに係るｄｑ座標系の座標軸をｄ_m及びｑ_m、同期モータを制御するモータ制御装置に係るｄｑ座標系の座標軸をｄ_c及びｑ_cとする。また、各座標系間のｄ軸のずれ量（すなわち座標軸ｄ_mと座標軸ｄ_cとのなす角）をθとする。なお、ずれ量θは、各座標系間のｑ軸のずれ量（すなわち座標軸ｑ_mと座標軸ｑ_cとのなす角）でもある。

【0024】

電流位相をモータ制御装置に係るｄｑ座標系において０度に固定した一定の励磁電流をＩ_eとする。このとき、励磁電流Ｉ_eは、同期モータに係るｄｑ座標系では、式１のように表される。

【0025】

【数1】

【0026】

同期モータ２の極対数をｐｐ、主磁束をΦ、ｄ相インダクタンスをＬ_d、ｑ相インダクタンスをＬ_qとしたとき、突極性を有する同期モータに励磁電流Ｉ_eを流したときに発生するトルクＴ_rは式２のように表される。

【0027】

【数2】

【0028】

また、非突極性の同期モータ（すなわち突極性を有さない同期モータ）では、ｄ相インダクタンスＬ_dとｑ相インダクタンスＬ_qとは等しい。したがって、非突極性の同期モータに励磁電流Ｉ_eを流したときに発生するトルクＴ_rは、式２を変形して式３のように表される。

【0029】

【数3】

【0030】

電流位相を固定して一定の励磁電流を同期モータに流し続けると、図２に例示するように、同期モータのロータは回転方向に振動し、振動は徐々に減衰していき、最終的には停止する。同期モータのロータが最終的な停止位置にあるとき、このロータの停止位置は励磁位相と合致し、各座標系間のずれ量θはゼロとなる。同期モータに励磁電流を流し続けてロータが回転方向の振動している間、ずれ量θが刻々と変化している。式２及び式３には「ｓｉｎθ」が含まれるが、ずれ量θがゼロのとき「ｓｉｎθ」はゼロになり、したがってトルクＴ_rはゼロとなる。逆に言えば、トルクＴ_rがゼロのとき、式２及び式３における「ｓｉｎθ」がゼロであり、すなわちずれ量θがゼロとなり得る。よって、電流位相を固定して一定の励磁電流を同期モータに流し続けているときにおいて、トルクＴ_rがゼロとなった時点を検出し、この時点におけるロータ実位置に基づいて、磁極初期位置を取得する。

【0031】

ただし、突極性を有する同期モータの場合は、励磁電流Ｉ_eの大きさによっては、θがゼロ以外のときに式２における「｛Φ−（Ｌ_q−Ｌ_d）・Ｉ_e・ｃｏｓθ｝」がゼロになり、すなわち式２で表されるトルクＴ_rがゼロとなる可能性がある。つまり、突極性を有する同期モータの場合は、トルクＴ_rがゼロであるからといっても必ずしもずれ量θがゼロであるとは限らない。したがって、突極性を有する同期モータに本実施形態を適用する際には、「｛Φ−（Ｌ_q−Ｌ_d）・Ｉ_e・ｃｏｓθ｝」がゼロになるような励磁電流Ｉ_eを流さないようにする必要がある。一方、非突極性の同期モータの場合は、ずれ量θは式３で表されるので、トルクＴ_rがゼロとあるのはずれ量θがゼロのときに限られるので、非突極性の同期モータに本実施形態を適用する際には、電流位相を固定した一定の励磁電流Ｉ_eに上限値を設ける必要はない。

【0032】

ここで、突極性を有する同期モータの磁極初期位置を取得するために流すべき励磁電流Ｉ_eの大きさについて、図４及び図５を参照して説明する。

【0033】

図４は、突極性を有する同期モータの磁極初期位置を取得するために流す励磁電流の大きさを説明する図である。図４（Ａ）において、横軸はずれ量θを示し、縦軸はトルクＴ_rを示す。図４（Ｂ）において、横軸はずれ量θを示し、縦軸は発生トルクの式をｑ相電流で除したものを示す。また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、二点鎖線は励磁電流Ｉ_eが３０Ａｒｍｓの場合を示し、一点鎖線は励磁電流Ｉ_eが６０Ａｒｍｓの場合を示し、実線は励磁電流Ｉ_eが８０Ａｒｍｓの場合を示す。なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した励磁電流Ｉ_eの大きさはあくまでも一例である。

【0034】

励磁電流Ｉ_eが３０Ａｒｍｓの場合及び６０Ａｒｍｓの場合は、図４（Ａ）に示すようにずれ量θがゼロのときのみ、トルクＴ_rがゼロになっている。これに対し、励磁電流Ｉ_eが８０Ａｒｍｓの場合はずれ量θがゼロのときのみならず「−４４度」付近でもトルクＴ_rがゼロになっている。このように励磁電流Ｉ_eが８０Ａｒｍｓの場合において、ずれ量θがゼロ以外のときにもトルクＴ_rがゼロになる状態が発生するのは、図４（Ｂ）に示すように発生トルクの式をｑ相電流で除したものに負の領域が発生するからである。よって、突極性を有する同期モータに本実施形態を適用する際には、ずれ量θがゼロである以外の全ての場合において、式２で表されるトルクＴｒが正（すなわちゼロよりも大きい）となるような励磁電流Ｉｅを設定する必要がある。具体的には次の通りである。

【0035】

式２において「Ｔ_r＞０」かつ「θ≠０」を適用し、整理すると、不等式４が得られる。

【0036】

【数4】

【0037】

不等式４において「−１≦ｃｏｓθ≦１」が成り立つので、不等式４から不等式５が得られる。

【0038】

【数5】

【0039】

不等式５を整理すると、不等式６が得られる。

【0040】

【数6】

【0041】

よって、突極性を有する同期モータに本実施形態を適用する際には、電流位相を固定した一定の励磁電流Ｉ_eは、不等式６を満たす大きさに設定すべきである。本実施形態では、磁極初期位置が取得されるべき同期モータが突極性を有する同期モータである場合は、直流励磁指令生成部１１は、上限値「Φ／（Ｌ_q−Ｌ_d）」未満の励磁電流Ｉ_eを同期モータ２へ流すような指令を生成する。

【0042】

なお、主磁束Φは、同期モータ２に設けられる永久磁石の温度の上昇に従って、低下する。よって、突極性を有する同期モータ２の駆動時に想定される永久磁石の温度上昇を考慮して、励磁電流Ｉ_eの上限値を設定してもよい。ここで、突極性を有する同期モータの永久磁石の温度上昇を考慮した磁極初期位置を取得するために流すべき励磁電流Ｉ_eの大きさについて、図５を参照して説明する。

【0043】

図５は、同期モータに設けられる永久磁石の温度と同期モータの主磁束の磁束密度との関係を例示する図である。図５において、横軸は同期モータ２に設けられる永久磁石の温度を示し、縦軸は永久磁石が２０℃のとき磁束密度を１００％としたときの磁束密度の比率を示す。なお、図５に示す数値はあくまでも一例であって、その他の数値であってもよい。例えば、突極性を有する同期モータ２の駆動時に想定される永久磁石の最高温度が１６０度である場合、永久磁石が１６０度のときでもずれ量θがゼロ以外で発生トルクがゼロとなることがないように、想定される同期モータ２の永久磁石の最高温度における磁束Φ_min（もっとも小さくなる磁束密度）を考慮して、励磁電流Ｉ_eを制限する。すなわち、不等式６から不等式７を得ることができる。

【0044】

【数7】

【0045】

よって、突極性を有する同期モータに本実施形態を適用する際には、電流位相を固定した一定の励磁電流Ｉ_eは、同期モータの駆動時に想定される永久磁石の温度上昇を考慮して、不等式７を満たす大きさに設定してもよい。この場合、直流励磁指令生成部１１は、上限値「Φ_min／（Ｌ_q−Ｌ_d）」未満の励磁電流Ｉ_eを同期モータ２へ流すような指令を生成する。

【0046】

続いて、トルクゼロ判定部１２によるトルクゼロ判定処理について、図２を参照して説明する。

【0047】

図２に示すように、電流位相を固定して一定の励磁電流を同期モータ２に流し続けると、同期モータ２のロータは回転方向に振動する。同期モータ２の振動は徐々に減衰していき、ロータは最終的には停止する。同期モータ２のロータが回転方向に振動している間、同期モータ２のロータに発生するトルクＴ_rがゼロとなるのは、同期モータ２のロータの加速度の極性が、正から負へ、または負から正へ変化した時点である。また、同期モータ２の加速度の極性が正から負へ変化した時点において同期モータ２の速度は最大（極大）を示し、同期モータ２の加速度の極性が負から正へ変化した時点において同期モータ２の速度は最小（極小）を示す。よって、本実施形態では、トルクゼロ判定部１２は、同期モータ２の（ロータの）加速度を取得し、同期モータ２の加速度の極性が変化した時点を、トルクがゼロになった時点と判定する。またあるいは、トルクゼロ判定部１２は、同期モータ２の（ロータの）速度を取得し、同期モータ２の速度が最大または最小となった時点を、トルクがゼロになった時点と判定する。同期モータ２の加速度は、ロータ実位置取得部１４によって取得されたロータ実位置を２階微分することにより取得することができる。また、同期モータ２の速度は、ロータ実位置取得部１４によって取得されたロータ実位置を１階微分することにより取得することができる。ロータ実位置の微分計算処理は、トルクゼロ判定部１２において実行されてもよく、ロータ実位置取得部１４において実行されてもよく、あるいはさらに別の処理部において実行されてもよい。

【0048】

続いて、磁極初期位置取得部１３による磁極初期位置取得処理について、図６を参照して説明する。

【0049】

図６は、本開示の実施形態における磁極初期位置取得処理を説明する図であって、（Ａ）は同期モータのロータの加速度を例示し、（Ｂ）は同期モータのロータの速度を例示し、（Ｃ）は同期モータのロータ実位置を例示する。

【0050】

磁極初期位置取得部１３は、トルクゼロ判定部１２によりトルクＴ_rがゼロとなったと判定された時点近傍におけるロータ実位置と、同期モータ２の極対数と、直流励磁中の励磁位相とに基づいて、同期モータ２のロータの磁極初期位置を取得する。図示の例において、ロータ実位置取得部１４により取得されるロータ実位置のサンプリング周期をＴ_sとしたとき、ロータ実位置取得部１４が時刻０でロータ実位置を取得してから次にロータ実位置を取得するのは時刻Ｔ_sである。時刻０と時刻Ｔ_sとの間の時刻Ｔ₀で、同期モータ２のロータの加速度ａの極性が正から負に変化した（すなわちロータの加速度ａがゼロクロスした）とする。時刻０における同期モータ２のロータの加速度をＡ₀、ロータの速度をＶ₀、ロータ実位置をＰ₀とし、時刻Ｔ_sにおける同期モータ２のロータの加速度をＡ₁、ロータの速度をＶ₁、ロータ実位置をＰ₁とする。また、時刻Ｔ₀におけるロータ実位置をＰ_eとする。図示の例において、トルクＴ_rがゼロとなった時刻Ｔ₀におけるロータ実位置Ｐ_eから時刻Ｔ_sにおけるロータ実位置Ｐ₁までの間のずれに、同期モータ２の極対数を乗算して得られる値に直流励磁中の励磁位相を加算した値が、同期モータ２のロータの磁極初期位置に対応する。すなわち、ロータ実位置取得部１４により取得されたロータ実位置のサンプリング区間のうち、トルクゼロ判定部１２によりトルクＴ_rがゼロとなったと判定された時点が含まれるサンプリング区間を画定する２つのサンプリング時点である時刻０と時刻Ｔ_sとで挟まれる時間区間内に、トルクＴ_rがゼロとなったと判定された時点が含まれる。本実施形態では、ロータ実位置取得部１４により取得されたロータ実位置のサンプリング区間のうち、トルクゼロ判定部１２によりトルクＴ_rがゼロとなったと判定された時点が含まれるサンプリング区間を画定する２つのサンプリング時点（図６の例では時刻０と時刻Ｔ_s）に挟まれるいずれかの時点を、「トルクがゼロとなったと判定された時点」とみなし、これをトルクがゼロとなったと判定された時点の「近傍」と表現する。つまり、「トルクがゼロとなったと判定される時点近傍」は、トルクゼロ判定部１２によりトルクＴ_rがゼロとなったと判定された時点が含まれるサンプリング区間を画定する２つのサンプリング時点に挟まれる時間区間に存在すれば、いずれの時点であってもよい。ここで、当該時点におけるロータ実位置Ｐ_eを算出する。ロータ実位置Ｐ_eの算出処理の形態例について、以下にいくつか列挙する。

【0051】

ロータ実位置Ｐ_eの算出処理の第１の形態では次のようにしてロータ実位置Ｐ_eを算出する。

【0052】

時刻ｔにおける同期モータ２のロータの加速度ａは、式８のように表される。

【0053】

【数8】

【0054】

よって、同期モータ２のロータの加速度が正から負に変化する時刻Ｔ₀は、式８にｔ＝Ｔ₀、ａ（Ｔ₀）＝０を代入して式９のように表される。

【0055】

【数9】

【0056】

このとき、ロータ実位置もほぼ比例的に単調増加していることから、トルクＴ_rがゼロになる時点である同期モータ２のロータの加速度ａの極性が正から負に変化した（すなわちロータの加速度ａがゼロクロスした）時点におけるロータ実位置Ｐ_eは式１０のように表される。

【0057】

【数10】

【0058】

ロータ実位置Ｐ_eの算出処理の第１の形態では、磁極初期位置取得部１３は、式１０に基づいてロータ実位置を算出する。

【0059】

ロータ実位置Ｐ_eの算出処理の第２の形態では次のようにしてロータ実位置Ｐ_eを算出する。

【0060】

トルクゼロ判定部１２によりトルクＴ_rがゼロとなったと判定された時点が含まれる区間では、同期モータ２のロータの速度の変化が小さいことから、同期モータ２のロータの速度が一定速度Ｖ₀であるとみなすと、トルクＴ_rがゼロになる時点におけるロータ実位置Ｐ_eを式１１のように表すことができる。

【0061】

【数11】

【0062】

ロータ実位置Ｐ_eの算出処理の第２の形態では、磁極初期位置取得部１３は、式１１に基づいてロータ実位置を算出する。

【0063】

ロータ実位置Ｐ_eの算出処理の第３の形態では次のようにしてロータ実位置Ｐ_eを算出する。

【0064】

ロータ実位置はほぼ比例的に単調増加していることから、ロータ実位置のサンプリング区間の中間点をトルクＴ_rがゼロになった時点とみなし、トルクＴ_rがゼロになる時点におけるロータ実位置Ｐ_eを式１２のように表すことができる。

【0065】

【数12】

【0066】

ロータ実位置Ｐ_eの算出処理の第３の形態では、磁極初期位置取得部１３は、式１２に基づいてロータ実位置を算出する。

【0067】

磁極初期位置取得部１３は、第１〜第３の形態のうちのいずれかの算出処理にて算出されたトルクＴ_rがゼロになる時点Ｔ₀におけるロータ実位置Ｐ_eと、トルクＴ_rがゼロになってから次のサンプリング時点Ｔ_sにおけるロータ実位置Ｐ₁と、同期モータ２の極対数ｐｐとを用いて、式１３に基づいて磁極初期位置を計算する。

【0068】

【数13】

【0069】

磁極初期位置検出装置１にて検出された磁極初期位置にて磁極位置カウンタ（図示せず）を初期化し、これ以降はサンプリング周期ごとのインクリメンタルパルス量（＝Ｐ_n−Ｐ_n-1）を極対数倍したものを磁極位置カウンタに加算する。

【0070】

図７は、本開示の実施形態による磁極初期位置検出装置の動作フローを示すフローチャートである。

【0071】

ステップＳ１０１において、直流励磁指令生成部１１は、電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を同期モータ２へ流すための第１指令を生成する。電流位相（第１位相）は、例えば０度に固定される。直流励磁指令生成部１１により生成された第１指令は、同期モータ２の駆動を制御するためのモータ制御装置（図示せず）内の電流制御部に送られる。モータ制御装置内の電流制御部は、直流励磁指令生成部１１から受信した指令と固定された電流位相で変換される電流フィードバックとに基づいて電圧指令を生成し、電力変換部（図示せず）は、受信した電圧指令に基づいて同期モータ２に電圧を印加することで、電流位相を固定した一定の励磁電流を生成する。

【0072】

ステップＳ１０２において、磁極初期位置検出装置１は、同期モータ２のロータが動いたか否かを判定する。ステップＳ１０２において同期モータ２のロータが動いたと判定された場合はステップＳ１０３へ進み、同期モータ２のロータが動いたと判定されなかった場合はステップＳ１０５へ進む。

【0073】

ステップＳ１０３において、トルクゼロ判定部１２は、同期モータ２に直流励磁指令生成部１１により生成された指令に基づく一定の励磁電流が流れているときにおいて、同期モータ２のロータに発生するトルクがゼロとなったか否かを判定する。例えば、トルクゼロ判定部１２は、同期モータ２の加速度の極性が変化した時点を、トルクがゼロになった時点と判定する。また例えば、トルクゼロ判定部１２は、同期モータ２の速度が最大または最小となった時点を、トルクがゼロになった時点と判定する。ステップＳ１０３においてトルクがゼロとなったと判定された場合はステップＳ１０４へ進み、トルクがゼロにならなかったと判定された場合はステップＳ１０２へ戻る。

【0074】

ステップＳ１０４において、磁極初期位置取得部１３は、トルクゼロ判定部１２によりトルクがゼロとなったと判定された時点近傍における同期モータ２のロータ実位置と、同期モータ２の極対数と、直流励磁中の励磁位相とに基づいて、同期モータ２のロータの磁極初期位置を取得する。

【0075】

ステップＳ１０２において同期モータ２のロータが動いたと判定されなかった場合は、ステップＳ１０５において、直流励磁指令生成部１１は、ステップＳ１０１において設定していた電流位相（例えば０度）から９０度ずらした電流位相にて、一定の励磁電流を同期モータ２へ流すための指令を生成する。このようにステップＳ１０２において同期モータ２のロータが動いたと判定されなかった場合に電流位相を９０度ずらして再度、一定の励磁電流を流すのは、ステップＳ１０１において設定していた電流位相がロータの磁極初期位置近傍に既にあるときは励磁電流を流しても同期モータ２のロータが振動的な動作をせず、磁極初期位置を正確に取得することができないので、これを回避するためである。

【0076】

ステップＳ１０６において、磁極初期位置検出装置１は、同期モータ２のロータが動いたか否かを判定する。ステップＳ１０６において同期モータ２のロータが動いたと判定された場合はステップＳ１０３へ進み、同期モータ２のロータが動いたと判定されなかった場合はステップＳ１０７へ進む。

【0077】

ステップＳ１０６において同期モータ２のロータが動いたと判定されなかった場合は、同期モータ２のロータが留め具で固定されるなど何らかの拘束状態にある可能性があるので、磁極初期位置検出装置１は、アラームを発してその動作を停止する。

【0078】

図８は、本開示の実施形態による磁極初期位置検出装置１を備える磁極位置検出装置１００を含むモータ制御装置１０００を示すブロック図である。

【0079】

磁極位置検出装置１００は、磁極初期位置検出装置１と磁極位置更新部４１とを備える。モータ制御装置１０００は、磁極位置検出装置１００と、速度制御部３１と、電流指令生成部３２と、電流制御部３３と、ｄｑ三相変換部３４と、電力変換部３５と、三相ｄｑ変換部３６と、速度取得部３７とを備える。

【0080】

速度制御部３１は、速度指令ω_cmdと速度取得部３７によって取得された同期モータ２のロータの速度ω_mとに基づいて、トルク指令Ｔ_cmdを生成する。

【0081】

電流指令生成部３２は、トルク指令Ｔ_cmdと速度取得部３７によって取得された同期モータ２のロータの速度ω_mとに基づいて、ｄ軸電流指令Ｉ_dc及びｑ軸電流指令Ｉ_qcを生成する。

【0082】

三相ｄｑ変換部３６は、電力変換部３５から出力された三相電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wを磁極位置検出装置１００で検出された磁極位置に基づいて三相ｄｑ変換し、ｄ軸電流Ｉ_d及びｑ軸電流Ｉ_qを電流制御部３３へ出力する。

【0083】

電流制御部３３は、通常のモータ制御時には、ｄ軸電流指令Ｉ_dc及びｑ軸電流指令Ｉ_qcとｄ軸電流Ｉ_d及びｑ軸電流Ｉ_qとに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖ_dc及びｑ軸電圧指令Ｖ_qcを生成する。また、電流制御部３３は、磁極初期位置検出時には、磁極初期位置検出装置１（の直流励磁指令生成部１１）から出力された直流励磁指令（Ｉ_d＝Ｉ_e，Ｉ_q＝０）に基づいて、電流位相を固定した一定の励磁電流を流すためのｄ軸電圧指令Ｖ_dc及びｑ軸電圧指令Ｖ_qcを生成する。

【0084】

ｄｑ三相変換部３４は、ｄ軸電圧指令Ｖ_dc及びｑ軸電圧指令Ｖ_qcを磁極位置検出装置１００で検出された磁極位置に基づいてｄｑ三相変換し、三相電圧指令Ｖ_uc、Ｖ_vc、Ｖ_wcを電力変換部３５へ出力する。

【0085】

電力変換部３５は、例えば半導体スイッチング素子のフルブリッジ回路からなる逆変換器（三相インバータ）で構成され、受信した三相電圧指令Ｖ_uc、Ｖ_vc、Ｖ_wcに基づいて半導体スイッチング素子のオンオフを制御し同期モータ２を駆動するための三相電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wを出力する。

【0086】

磁極位置検出装置１００内の磁極位置更新部４１は、磁極初期位置検出装置１（の磁極初期位置取得部１３）から出力された磁極初期位置にて、磁極位置カウンタを初期化する。磁極位置カウンタの初期化後、磁極位置更新部４１は、インクリメンタルパルス量を極対数倍したものを磁極位置カウンタに加算して磁極位置を出力する。

【0087】

なお、上述した直流励磁指令生成部１１、トルクゼロ判定部１２、磁極初期位置取得部１３、ロータ実位置取得部１４、速度制御部３１、電流指令生成部３２、電流制御部３３、ｄｑ三相変換部３４、三相ｄｑ変換部３６、速度取得部３７、及び磁極位置更新部４１は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらをソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、モータ制御装置１０００内にある演算処理装置をこのソフトウェアプログラムに従って動作させることで、上述の各部の機能を実現することができる。またあるいは、直流励磁指令生成部１１、トルクゼロ判定部１２、磁極初期位置取得部１３、ロータ実位置取得部１４、速度制御部３１、電流指令生成部３２、電流制御部３３、ｄｑ三相変換部３４、三相ｄｑ変換部３６、速度取得部３７、及び磁極位置更新部４１を、各部の機能を実現するソフトウェアプログラムを書き込んだ半導体集積回路として実現してもよい。

【0088】

第２実施形態
以下、本開示の第２実施形態に係る磁極初期位置検出装置１Ａについて説明する。磁極初期位置検出装置１Ａは、第１実施形態における磁極初期位置検出装置１の変形例に相当する。図９は、磁極初期位置検出装置１Ａの構成を表すブロック図である。磁極初期位置検出装置１Ａは、第１実施形態に係る直流励磁指令生成部１１の機能を実現する構成要素として、第１指令生成部１１Ａと、励磁位相決定部１６と、第２指令生成部１１Ｂとを備える。第１指令生成部１１Ａは、第１実施形態において直流励磁指令生成部１１が有する機能として説明した、電流位相を第１位相に固定した一定の励磁電流を同期モータ２へ流す第１指令を生成する機能を有する。第２指令生成部１１Ｂは、電流位相を、任意に設定した第２位相に固定した一定の励磁電流を同期モータ２へ流す指令（以下、第２指令とも記す）を生成する。励磁位相決定部１６は、同期モータ２に第２指令に基づく励磁電流を流したときの同期モータ２の回転方向と、同期モータ２に対する速度指令（ω_cmd）の回転方向とに基づいて、第１指令により同期モータ２が速度指令（ω_cmd）の回転方向と同一方向に回転するように、第１指令を生成するための第１位相を決定する。この構成により、第１指令生成部１１Ａが生成した第１指令による直流励磁によりロータが回転する方向を、速度指令（ω_cmd）によるロータの回転方向に合わせることができ、磁極初期位置検出動作から速度制御への移行をスムーズに行い、指令速度への到達時間を短縮することが可能になる。以下では、第２実施形態に係る磁極初期位置検出装置１Ａの上記機能に注目して説明を行う。

【0089】

第２実施形態に係る磁極初期位置検出装置１Ａによる磁極初期位置の検出動作の概略は以下のようになる。はじめに、第２指令生成部１１Ｂは、任意に設定した第２位相（θ₀）の電流位相で同期モータ２を直流励磁する。この場合の直流励磁は極短時間で良い。これにより、ロータが初期位置から、第２位相の電流位相での直流励磁に応じた方向に回転をはじめる。次に、励磁位相決定部１６は、このときの励磁位相（第２位相）とロータの回転方向との関係を取得する。この関係に基づいて、励磁位相決定部１６は、第１指令によりロータが回転する方向（極性）と速度指令（ω_cmd）の回転方向（極性）とが一致するように、第１指令を生成するための第１位相を決定する。第１指令生成部１１Ａは、励磁位相決定部１６により決定された励磁位相（第１位相）を用いて第１指令を生成する。第１指令生成部１１Ａにより生成された第１指令による直流励磁が行われると、トルクゼロ判定部１２及び磁極初期位置取得部１３の動作により磁極初期値が取得される。この場合、トルクゼロ判定部１２は、第１指令生成部１１Ａによる同期モータ２に対する第１指令の開始後、一番最初に発生するトルクゼロを検知してこの検知結果を磁極初期位置取得部１３に通知する。磁極初期位置が取得されると、速度指令（ω_cmd）による同期モータ２の速度制御への移行が行われる。

【0090】

図１０は、磁極初期位置検出装置１Ａ（主として第２指令生成部１１Ｂ及び励磁位相決定部１６）により実行される、磁極初期位置検出に用いる励磁位相（第１位相）を決定するための処理（以下、励磁位相決定処理と記す）を表すフローチャートである。はじめに、磁極初期位置検出装置１Ａは、変数‘ＳＴＡＧＥ’の値を確認する（ステップＳ１）。変数‘ＳＴＡＧＥ’の値は本処理開始時にゼロに初期化されているため、最初にステップＳ１が実行されるときには‘ＳＴＡＧＥ’＝０と判定され、処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、磁極初期位置検出装置１Ａは、本処理の開始時のロータ位置（θ_m0）をロータ実位置取得部１４から取得して記憶し、変数‘ＳＴＡＧＥ’を１に更新する。

【0091】

次に、第２指令生成部１１Ｂは、直流励磁の電流位相を設定するための変数Θｅに、任意に設定した電流位相θ₀（第２位相）の値を代入し、第２指令を生成する。第２指令はモータ制御装置１０００の電流制御部３３に送られ、第２指令による直流励磁が行われる（ステップＳ３）。ステップＳ４では、変数‘ＳＴＡＧＥ’の値が確認される。現在、‘ＳＴＡＧＥ’＝１であるため、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、磁極初期位置検出装置１Ａは、ロータが動いたか否かを判定する。その結果、ロータが動いている場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、励磁位相決定部１６は、ロータが動いた方向（極性）が、速度指令（ω_cmd）による回転方向（極性）と一致しているか否かを判定する（ステップＳ７）。その結果、ロータが動いた方向と速度指令による回転方向が一致している場合、（Ｓ７：ＹＥＳ）、励磁位相決定部１６は、第１指令を生成するための励磁位相を代入する変数Θ_wに、ステップＳ３で設定した電流位相θ₀の値を代入する（ステップＳ８）。

【0092】

他方、ロータが動いた方向と速度指令（ω_cmd）による回転方向とが一致しない場合には（Ｓ７：ＮＯ）、励磁位相決定部１６は、電流位相θ₀に１８０度を加えた値を変数Θ_wに代入する（ステップＳ９）。ここで電流位相θ₀に１８０度を加えたものを変数Θ_wに加えるのは、励磁位相（Θ_w）での直流励磁におけるロータの回転方向を、電流位相θ₀による直流励磁の場合のロータの回転方向と逆の方向とするためである。現時点のロータの位置は、ステップＳ２で記憶した処理開始時のロータ位置（θ_m0）よりも進んでいるので、ロータが進んだ分の位相を変数Θ_wに加えて最終的な第１指令を生成するための励磁位相（第１位相）とする（ステップＳ１０）。具体的には、ステップＳ１０では、以下のように変数Θ_wを決定する。
Θ_w＝Θ_w＋ｐｐ（Ｐ_c−θ_m0）
ここで、Ｐｃ：ロータ現在位置
ｐｐ：極対数
このように第１指令を生成するための励磁位相（Θ_w）が決定されると、励磁位相決定部１６は、決定された励磁位相（Θ_w）を第１指令生成部１１Ａに渡し、変数‘ＳＴＡＧＥ’を処理完了を示す３に更新する（ステップＳ１１）。スッテプＳ１１において変数‘ＳＴＡＧＥ’が３に更新されると、ステップＳ１において変数‘ＳＴＡＧＥ’が３であると判定され、本励磁位相決定処理は終了する。以上のように決定された励磁位相（Θ_w）を、第１指令生成部１１Ａにおいて第１指令を生成するために用いることで、磁極初期位置検出動作のための直流励磁におけるロータの回転方向を、速度指令（ω_cmd）によるロータの回転方向に一致させることができる。

【0093】

ステップＳ５においてロータが動かないと判定された場合は、磁極初期位置検出装置１Ａは、電流位相θ₀に９０度を加えた電流位相Θ_eにて直流励磁を行う（ステップＳ６）。ここで、ステップＳ５でロータが動かないと判定されるのは、電流位相θ₀がロータの磁極初期位置（位相）近傍にある場合である。よって、これを回避するために、電流位相θ₀に９０度を加えた電流位相Θ_eで直流励磁を行うこととする。ステップＳ６では、変数‘ＳＴＡＧＥ’を２に更新する。ステップＳ５において変数‘ＳＴＡＧＥ’が２に更新されて処理がステップＳ１に戻ると、変数‘ＳＴＡＧＥ’が２であると判定され、処理はステップＳ４に進む。この場合、ステップＳ４において変数‘ＳＴＡＧＥ’の値が２であると判定され、処理はステップＳ１２に進む。

【0094】

ステップＳ１２では、ステップＳ６で電流位相θ₀に９０度を加えた電流位相Θ_eで直流励磁を行った結果としてロータが動いたか否かが判定される。その結果、ロータが動いたと判定された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ロータが回転した方向（極性）が判定される（ステップＳ１３）。その結果、ロータの回転方向がプラス方向であると判定された場合には（Ｓ１３：‘＋’）、ステップＳ３で設定した電流位相θ₀が磁極初期位置（位相）を表していることになる。この場合、電流位相θ₀に、本処理を開始してからロータが移動した分の位相を加えた値（Θ_w）を以下の数式の通り求めて磁極初期位置とする（ステップＳ１４）。
Θ_w＝θ₀＋ｐｐ（Ｐ_c−θ_m0）

【0095】

他方、ステップＳ１３においてロータの回転方向がマイナス方向であると判定された場合には（Ｓ１３：‘−’）、ステップＳ３で設定した電流位相θ₀に１８０度を加えた値が磁極初期位置（位相）を表していることになる。この場合、電流位相θ₀に１８０度を加えた値に、本処理を開始してからロータが移動した分の位相を加えた値（Θ_w）を以下の数式の通り求めて磁極初期位置とする（ステップＳ１５）。
Θ_w＝θ₀＋１８０度＋ｐｐ（Ｐ_c−θ_m0）

【0096】

ステップＳ１６では、ステップＳ１４又はＳ１５で求められたΘ_wを磁極初期位置と決定し、本励磁位相決定処理を完了するため変数‘ＳＴＡＧＥ’を３に更新する。この場合、本励磁位相決定処理は終了し、第１指令生成部１１Ａによる第１指令の生成及び第１指令に基づく磁極初期位置検出は行われない。ステップＳ１４又はＳ１５で求められたΘ_wは、磁極初期位置検出装置１から磁極位置更新部４１に出力する磁極初期位置とされる。

【0097】

ここで、ステップＳ６において電流位相θ₀に９０度を加えた電流位相Θ_eで直流励磁を行った場合に、ロータの回転方向に応じてステップＳ１４、Ｓ１５の通り磁極初期位置を決定できることについて説明する。ステップＳ５でロータが動かないと判定されるのは、電流位相θ₀が磁極初期値の位相と一致しているか、磁極初期位置の位相と１８０度異なる場合である。ステップＳ６で電流位相θ₀＋９０度で直流励磁しロータが動いた状況について考える。ロータが動くのは、図３を参照して説明した通り、励磁電流Ｉ_eの励磁位相（図３の場合０度）と、磁極位置との間にθのずれがある場合、すなわち、数式２及び数式３で示したトルクが発生している場合である。ここでは、非突極性の場合（数式３）について考える。図１１は、励磁位相と磁極位置とのずれθにより数式３に従って発生するトルクを表すグラフである。図１１に示す通り、励磁位相と磁極位置との間のずれθが正の範囲（０〜１８０度）でトルクは負の値をとり、θが負の範囲（０〜−１８０度）でトルクは正の値をとる。

【0098】

この場合、図１２に示すように、励磁電流Ｉ_eをｄ_c軸の位相０度に設定した座標系に対して磁極位置（位相）が第１象限及び第２象限に存在する場合にはロータはマイナス方向に回転し、磁極位置（位相）が第３象限及び第４象限にある場合にはロータはプラス方向に回転する。ここで、位相のプラス方向が図１２の左回りであることに留意すると、電流位相（θ₀＋９０度）での直流励磁においてロータの回転方向がプラスと判定されるのは（Ｓ１３：‘＋’）、電流位相（θ₀＋９０度）に対して磁極初期位置がマイナス方向に９０度ずれた位置（つまり、電流位相θ₀の位置）にある場合であると理解できる。他方、電流位相（θ₀＋９０度）での直流励磁においてロータの回転方向がマイナスと判定されるのは（Ｓ１３：‘−’）、電流位相（θ₀＋９０度）に対して磁極初期位置がプラス方向に９０度ずれた位置（つまり、電流位相θ₀に１８０度を加えた位置）にあった場合である。したがって、ステップＳ１４では電流位相θ₀にロータが移動した分の位相を加えた値（Θ_w）を磁極初期値として決定することができ、ステップＳ１５では電流位相θ₀に１８０度を加えた値にロータが移動した分の位相を加えた値（Θ_w）を磁極初期値として決定することができる。

【0099】

図１０の説明に戻り、ステップＳ１２でロータが動かないと判定されるのは、同期モータ２が拘束状態にあるか、動力線が断線している状態である。よってこの場合、磁極初期位置検出装置１Ａはアラームを発し、本処理を停止するため変数‘ＳＴＡＧＥ’を３に更新する。

【0100】

以上説明したように、第２実施形態によれば、第１指令生成部１１Ａが生成する第１指令による直流励磁によりロータが回転する方向を、速度指令（ω_cmd）によるロータの回転方向に合わせることができ、磁極初期位置検出動作から速度制御への移行をスムーズに行うことが可能になる。

【0101】

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

【符号の説明】

【0102】

１、１Ａ 磁極初期位置検出装置
２ 同期モータ
１１ 直流励磁指令生成部
１１Ａ 第１指令生成部
１１Ｂ 第２指令生成部
１２ トルクゼロ判定部
１３ 磁極初期位置取得部
１４ ロータ実位置取得部
１５ 記憶部
１６ 励磁位相決定部
３１ 速度制御部
３２ 電流指令生成部
３３ 電流制御部
３４ ｄｑ三相変換部
３５ 電力変換部
３６ 三相ｄｑ変換部
３７ 速度取得部
４１ 磁極位置更新部
１００ 磁極位置検出装置
１０００ モータ制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】