特開 2025-10863 磁極位置推定装置および磁極位置推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025010863

(43)【公開日】2025-01-23

(54)【発明の名称】磁極位置推定装置および磁極位置推定方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20250116BHJP

   H02P 21/32 20160101ALI20250116BHJP

【ＦＩ】

H02P6/16

H02P21/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023113135

(22)【出願日】2023-07-10

(71)【出願人】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】弁理士法人 共立特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】城戸 隆志

【テーマコード（参考）】

5H505

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H505AA18

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505GG01

5H505GG04

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ22

5H505JJ23

5H505JJ24

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

5H505LL58

5H560AA07

5H560BB04

5H560BB07

5H560BB12

5H560DA02

5H560DA07

5H560DC12

5H560EB01

5H560GG04

5H560JJ15

5H560SS02

5H560UA06

5H560XA02

5H560XA05

5H560XA13

(57)【要約】

【課題】可動子の磁極位置を推定可能な磁極位置推定装置および磁極位置推定方法を開示する。
【解決手段】磁極位置推定装置は、電圧指令設定部と、第一算出部と、第二算出部とを備える。電圧指令設定部は、電動機の界磁方向であるｄ軸方向の電圧指令であるｄ軸電圧指令を電圧指令値が異なるように複数設定する。第一算出部は、電圧指令設定部によって設定されたｄ軸電圧指令ごとに、ｄ軸電圧指令に基づいてｄ軸方向の電圧であるｄ軸電圧を印加し、固定子に対して可動子を所定の振幅および周波数で振動して可動子の磁極位置を推定した仮磁極位置を算出する。第二算出部は、電圧指令設定部によって設定されたｄ軸電圧指令および第一算出部によって算出された仮磁極位置の関係に基づいて、可動子の磁極位置を推定した推定磁極位置を算出する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機の界磁方向であるｄ軸方向の電圧指令であるｄ軸電圧指令を電圧指令値が異なるように複数設定する電圧指令設定部と、
前記電圧指令設定部によって設定された前記ｄ軸電圧指令ごとに、前記ｄ軸電圧指令に基づいて前記ｄ軸方向の電圧であるｄ軸電圧を印加し、固定子に対して可動子を所定の振幅および周波数で振動して前記可動子の磁極位置を推定した仮磁極位置を算出する第一算出部と、
前記電圧指令設定部によって設定された前記ｄ軸電圧指令および前記第一算出部によって算出された前記仮磁極位置の関係に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定した推定磁極位置を算出する第二算出部と、
を備える磁極位置推定装置。

【請求項2】

前記第一算出部は、前記固定子に対する前記可動子の位置を検出する位置センサの検出結果であって電気角の一周期における最大値と最小値を所定周期分、算出して、算出した前記所定周期分の前記最大値と前記最小値の平均値を前記仮磁極位置として算出する請求項１に記載の磁極位置推定装置。

【請求項3】

前記第二算出部は、前記ｄ軸電圧指令および前記仮磁極位置の関係において、前記ｄ軸電圧指令に対する前記仮磁極位置の近似曲線が定常値に漸近する所定関数を用いて、前記推定磁極位置を算出する請求項１または請求項２に記載の磁極位置推定装置。

【請求項4】

前記所定関数は、指数関数である請求項３に記載の磁極位置推定装置。

【請求項5】

前記所定関数は、分数関数である請求項３に記載の磁極位置推定装置。

【請求項6】

前記第二算出部は、最小二乗法によって前記推定磁極位置を算出する請求項３に記載の磁極位置推定装置。

【請求項7】

前記第一算出部は、外力が印加されている前記可動子の前記固定子に対する位置を検出する位置センサの検出結果を用いて、前記仮磁極位置を算出する請求項１に記載の磁極位置推定装置。

【請求項8】

前記外力は、重力である請求項７に記載の磁極位置推定装置。

【請求項9】

前記電動機は、鉛直方向に沿って延びるロボットアームを前記重力に抗して駆動する請求項８に記載の磁極位置推定装置。

【請求項10】

電動機の界磁方向であるｄ軸方向の電圧指令であるｄ軸電圧指令を電圧指令値が異なるように複数設定する電圧指令設定工程と、
前記電圧指令設定工程によって設定された前記ｄ軸電圧指令ごとに、前記ｄ軸電圧指令に基づいて前記ｄ軸方向の電圧であるｄ軸電圧を印加し、固定子に対して可動子を所定の振幅および周波数で振動して前記可動子の磁極位置を推定した仮磁極位置を算出する第一算出工程と、
前記電圧指令設定工程によって設定された前記ｄ軸電圧指令および前記第一算出工程によって算出された前記仮磁極位置の関係に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定した推定磁極位置を算出する第二算出工程と、
を備える磁極位置推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、磁極位置推定装置および磁極位置推定方法に関する技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の磁極位置検出装置は、信号選択手段と、平均値演算手段と、相対磁極位置演算手段とを備えている。信号選択手段は、磁気検出素子部によって生成され、電気角で１２０度ずつ位相ずれした３つの磁気検出信号の大きさを比較して、最大の磁気検出信号にＨのレベル信号、最小の磁気検出信号にはＬのレベル信号を割り当てる。平均値演算手段は、Ｈのレベル信号とＬのレベル信号が割り当てられた２つの磁気検出信号の平均値を演算して平均値信号を生成する。相対磁極位置演算手段は、平均値信号に基づいて所定の電気角の角度範囲内における相対磁極位置を演算する。

【0003】

特許文献２に記載の同期電動機の駆動装置は、同期電動機に高周波電圧を印加するための三相電圧指令信号を生成する指令電圧作成手段と、高周波電圧を印加した時に同期電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出結果に基づいて同期電動機の磁極位置を推定する磁極位置推定手段とを備えている。指令電圧作成手段は、第一の印加電圧モードと、第二の印加電圧モードと、第三の印加電圧モードを順次切り替えて三相電圧指令信号を生成する。第一の印加電圧モードは、任意の電圧振幅で、任意の位相に正と負に交番する高調波電圧を印加する。第二の印加電圧モードは、上記任意の位相から電気角で１２０度ずらした位相に同様の振幅の高周波電圧を印加する。第三の印加電圧モードは、上記任意の位相から電気角で２４０度ずらした位相に同様の振幅の高周波電圧を印加する。

【0004】

電流検出手段は、第一の印加電圧モード、第二の印加電圧モードおよび第三の印加電圧モードでの高周波電圧の印加により生じる脈動電流の正側値と負側値を、各モードで１相ずつ検出して、正側および負側の各相の電流値を検出する。磁極位置推定手段は、正側の各相の検出電流値、および、負側の各相の検出電流値を用いて、同期電動機の推定磁極位置を算出する。具体的には、同期電動機の駆動装置は、第一の印加電圧モード、第二の印加電圧モードおよび第三の印加電圧モードの各々で少なくとも１点以上検出した電流値を、各モードの検出点ごとに平均化処理する平均化処理手段を備えている。

【0005】

特許文献３に記載の磁気飽和特性演算部は、磁気飽和テーブル記憶部と、磁気飽和関数フィッティング部とを備えている。磁気飽和テーブル記憶部は、磁束推定部で算出された回数分の推定磁束量およびｄ軸電流最終値を記憶する。磁気飽和関数フィッティング部は、得られた推定磁束量およびｄ軸電流最終値を最小二乗法などで指数関数によりフィッティングする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１－１３６７７６号公報

【特許文献2】特開２０１１－０５０１９８号公報

【特許文献3】特開２０１０－０６８６２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

位置センサを用いて電動機を制御する場合、可動子の磁極位置と、位置センサの位置関係を把握するために、可動子の磁極位置を推定する必要がある。

【0008】

このような事情に鑑みて、本明細書は、可動子の磁極位置を推定可能な磁極位置推定装置および磁極位置推定方法を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本明細書は、電圧指令設定部と、第一算出部と、第二算出部とを備える磁極位置推定装置を開示する。前記電圧指令設定部は、電動機の界磁方向であるｄ軸方向の電圧指令であるｄ軸電圧指令を電圧指令値が異なるように複数設定する。前記第一算出部は、前記電圧指令設定部によって設定された前記ｄ軸電圧指令ごとに、前記ｄ軸電圧指令に基づいて前記ｄ軸方向の電圧であるｄ軸電圧を印加し、固定子に対して可動子を所定の振幅および周波数で振動して前記可動子の磁極位置を推定した仮磁極位置を算出する。前記第二算出部は、前記電圧指令設定部によって設定された前記ｄ軸電圧指令および前記第一算出部によって算出された前記仮磁極位置の関係に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定した推定磁極位置を算出する。

【0010】

また、本明細書は、電圧指令設定工程と、第一算出工程と、第二算出工程とを備える磁極位置推定方法を開示する。前記電圧指令設定工程は、電動機の界磁方向であるｄ軸方向の電圧指令であるｄ軸電圧指令を電圧指令値が異なるように複数設定する。前記第一算出工程は、前記電圧指令設定工程によって設定された前記ｄ軸電圧指令ごとに、前記ｄ軸電圧指令に基づいて前記ｄ軸方向の電圧であるｄ軸電圧を印加し、固定子に対して可動子を所定の振幅および周波数で振動して前記可動子の磁極位置を推定した仮磁極位置を算出する。前記第二算出工程は、前記電圧指令設定工程によって設定された前記ｄ軸電圧指令および前記第一算出工程によって算出された前記仮磁極位置の関係に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定した推定磁極位置を算出する。

【0011】

なお、本明細書には、願書に最初に添付した特許請求の範囲（以下、当初特許請求の範囲という。）に記載の請求項６において、「請求項３に記載の磁極位置推定装置」を「請求項３～請求項５のいずれか一項に記載の磁極位置推定装置」に変更した技術的思想が開示されている。また、本明細書には、当初特許請求の範囲に記載の請求項７において、「請求項１に記載の磁極位置推定装置」を「請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の磁極位置推定装置」に変更した技術的思想が開示されている。

【発明の効果】

【0012】

上記の磁極位置推定装置によれば、複数のｄ軸電圧指令ごとに仮磁極位置を算出して、ｄ軸電圧指令および仮磁極位置の関係に基づいて、推定磁極位置を算出することができる。磁極位置推定装置について既述されていることは、磁極位置推定方法についても同様に言える。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】電動機制御システムの一例を示す構成図である。

【図2】可動子の一例を示す構成図である。

【図3】制御装置の制御ブロックの一例を示すブロック図である。

【図4】磁極位置推定装置の制御ブロックの一例を示すブロック図である。

【図5】磁極位置推定装置による制御手順の一例を示すフローチャートである。

【図6】ｄ軸電圧指令の経時変化の一例を示す図である。

【図7】可動子の位置指令の経時変化の一例を示す図である。

【図8】位置センサの検出結果の経時変化の一例を示す図である。

【図9】ｄ軸電圧指令および仮磁極位置の関係の一例を示す図である。

【図10】図９の一部を拡大した拡大図である。

【図11】超音波診断システムの一例を示す斜視図である。

【図12】図１１のロボットの側面図である。

【図13】制御装置の制御ブロックの他の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

１．実施形態
１－１．電動機制御システム１０の構成例
磁極位置推定装置７０は、電動機制御システム１０に適用することができる。図１に示すように、実施形態の電動機制御システム１０は、電源２０と、平滑コンデンサ３０と、電力変換器４０と、制御装置６０とを備えている。また、電力変換器４０には、電動機５０が電気的に接続されている。

【0015】

電源２０は、電動機５０の駆動電力を供給する。電源２０は、電動機５０の駆動電力を供給することができれば良く、種々の形態をとり得る。電源２０は、例えば、直流電力を出力する。電源２０は、例えば、鉛蓄電池（バッテリ）、リチウムイオン電池、発電装置（例えば、燃料電池）などを用いることができる。また、電源２０は、例えば、公知の昇圧コンバータなどを用いて、低電圧の直流電力を昇圧することもできる。平滑コンデンサ３０は、電源２０から出力された直流電力を平滑する。平滑コンデンサ３０は、例えば、電解コンデンサを用いることができる。電源２０から供給された直流電力は、平滑コンデンサ３０によって平滑されてリップルが低減される。

【0016】

電力変換器４０は、電源２０から出力された直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を電動機５０に出力する。図１に示すように、電力変換器４０は、複数（６つ）のスイッチング素子（実施形態では、三組の一対のスイッチング素子４１）を備えており、これらは、フルブリッジ接続されている。三組の一対のスイッチング素子４１の各々は、電源２０の正極側に接続される正極側スイッチング素子４ｘｐと、電源２０の負極側に接続される負極側スイッチング素子４ｘｎとが直列接続されている。なお、実施形態の電動機５０は三相機であり、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである（以下、同様）。

【0017】

制御装置６０は、電力変換器４０の複数（６つ）のスイッチング素子（三組の一対のスイッチング素子４１を構成する正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）を開閉制御して、電力変換器４０を制御する。これにより、電力変換器４０は、電源２０から出力された直流電力を交流電力に変換する。図１に示すように、正極側スイッチング素子４ｘｐと負極側スイッチング素子４ｘｎとの間には、出力端子４２ｘが設けられている。出力端子４２ｘと、電動機５０の相端子４３ｘとの間は、電力ケーブル４４ｘによって電気的に接続されている。電力ケーブル４４ｘは、電力変換器４０によって変換された交流電力を電動機５０に給電する。

【0018】

電動機５０は、固定子５１と可動子５２を備えている。実施形態の電動機５０は、固定子５１および可動子５２が同軸に配設されるラジアル空隙型またはアキシャル空隙型の円筒状電動機であっても良く、可動子５２が固定子５１に対して直線状に移動するリニア電動機であっても良い。いずれの場合も、固定子５１は、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）を備え、可動子５２は、永久磁石５２ｂを備えている。図１に示すように、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Ｙ結線で接続することができる。同図では、中性点が中性点５１ｎで示されている。なお、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Δ結線で接続することもできる。

【0019】

図２に示すように、可動子５２は、可動子鉄心５２ａと、所定磁極対分（実施形態では四磁極対分であり、８つ）の永久磁石５２ｂと、シャフト５２ｃとを備えている。同図は、可動子５２の軸線方向（同図の紙面垂直方向）視の模式図であり、これらの配置が模式的に示されている。可動子鉄心５２ａは、薄板状の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）が軸線方向（同図の紙面垂直方向）に複数積層されて円柱状に形成されている。可動子鉄心５２ａには、シャフト５２ｃが設けられており、シャフト５２ｃは、可動子鉄心５２ａの軸心を軸線方向に沿って貫通している。シャフト５２ｃの軸線方向両端部は、ベアリングなどの軸受部材によって、移動可能（回転可能）に支持されている。

【0020】

可動子鉄心５２ａには、複数（８つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。具体的には、可動子鉄心５２ａには、周方向に等間隔で、複数の磁石収容部が設けられている。複数の磁石収容部には、所定磁極対分（実施形態では四磁極対分であり、８つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。永久磁石５２ｂは、例えば、公知のフェライト系磁石、希土類系磁石などを用いることができる。なお、固定子５１のスロット数および可動子５２の磁極数は、限定されない。

【0021】

制御装置６０は、公知の演算装置および記憶装置を備えており、制御回路が構成されている。制御装置６０は、電力変換器４０を含む電力変換システムを制御する。例えば、制御装置６０は、電力変換器４０の複数（６つ）のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）をパルス幅変調制御によって開閉制御することができる。

【0022】

図１に示すように、制御装置６０は、直流電圧センサ６０ａと、駆動回路６０ｂと、電流センサ６０ｃと、位置センサ６０ｄとを備えている。直流電圧センサ６０ａは、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力の直流電圧Ｖｄｃを検出する。本明細書では、直流電圧センサ６０ａによって検出された直流電圧Ｖｄｃを直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂという。駆動回路６０ｂは、制御装置６０から出力される駆動信号を増幅する駆動回路であり、例えば、公知のドライバ回路を用いることができる。例えば、電動機５０がサーボモータの場合、駆動回路６０ｂは、サーボアンプに含まれる。

【0023】

電流センサ６０ｃは、電力変換器４０から出力される出力電流を検出する。実施形態の電流センサ６０ｃは、電力ケーブル４４ｕおよび電力ケーブル４４ｖに設けられており、電力ケーブル４４ｕに流れるＵ相電流および電力ケーブル４４ｖに流れるＶ相電流を検出する。本明細書では、電流センサ６０ｃによって検出されたＵ相電流をＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂといい、電流センサ６０ｃによって検出されたＶ相電流をＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂという。なお、電力ケーブル４４ｗに流れるＷ相電流は、ゼロからＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出する。電流センサ６０ｃは、公知の電流検出器（例えば、カレントトランスを使用した電流検出器、シャント抵抗器を使用した電流検出器など）を用いることができる。

【0024】

位置センサ６０ｄは、固定子５１に対する可動子５２の位置を検出する。位置センサ６０ｄは、公知の位置センサ（例えば、エンコーダ、レゾルバ、ホールセンサなど）を用いることができる。本明細書では、位置センサ６０ｄによって検出された可動子５２の位置（電動機５０が円筒状電動機の場合、回転位置）を可動子位置θという。なお、制御装置６０は、既述されているセンサ以外にも種々のセンサを備えることができる。

【0025】

制御装置６０の演算装置は、記憶装置に記憶されている電力変換器４０の制御プログラムを読み出して、制御プログラムを実行する。また、既述されている検出値などは、絶縁部を介して、制御装置６０に入力される。演算装置は、絶縁部および図１に示す駆動回路６０ｂを介して、電力変換器４０の各スイッチング素子に開閉信号を出力して、電力変換器４０を開閉制御する。なお、絶縁部は、制御装置６０を含む低電圧側の回路と、電源２０を含む高電圧側の回路とを電気的に絶縁する。絶縁部は、例えば、公知のフォトカプラなどを用いることができる。

【0026】

１－２．制御装置６０による制御例
図３に示すように、実施形態の制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、三相／二相変換部６１と、角速度算出部６２と、位置制御部６３と、速度制御部６４と、ｑ軸電流制御部６５と、ｄ軸電流制御部６６と、二相／三相変換部６７と、磁極検出用指令部６８とを備えており、ベクトル制御を行うことができる。

【0027】

図２に示すように、電動機５０の可動子磁極（実施形態では、永久磁石５２ｂ）による界磁方向（主磁束方向）をｄ軸方向とし、ｄ軸方向と電気的に直交する方向（トルク方向）をｑ軸方向とする。実施形態の電動機５０は、八極の電動機であり、図示の便宜上、ｄ軸方向とｑ軸方向のなす角度（電気角で９０度）は、２２．５度（機械角）で示されている。また、永久磁石５２ｂが可動子５２に埋設されている埋込磁石型の同期電動機のｄ軸－ｑ軸座標系における電圧方程式は、（式１）で表すことができる。

【0028】

【数1】

【0029】

但し、ｄ軸方向の電圧は、ｄ軸電圧Ｖｄで表し、ｑ軸方向の電圧は、ｑ軸電圧Ｖｑで表す。また、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）の各巻線抵抗は、巻線抵抗Ｒで表す。さらに、ｄ軸インダクタンスは、ｄ軸インダクタンスＬｄで表し、ｑ軸インダクタンスは、ｑ軸インダクタンスＬｑで表す。また、ｄ軸方向の電流は、ｄ軸電流Ｉｄで表し、ｑ軸方向の電流は、ｑ軸電流Ｉｑで表す。さらに、可動子５２の角速度は、角速度ωで表し、誘起電圧定数は、誘起電圧定数Φで表す。また、微分演算子は、微分演算子ｐ（＝ｄ／ｄｔ）で表す。

【0030】

制御装置６０は、例えば、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを設定し、位置指令θ＿ｒｅｆに基づいて、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを設定して、電力変換器４０を駆動制御する。但し、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電流指令をいい、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電流指令をいう。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電圧指令をいい、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電圧指令をいう。さらに、位置指令θ＿ｒｅｆは、可動子５２の位置指令（電気角）をいう。

【0031】

１－２－１．三相／二相変換部６１
三相／二相変換部６１は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを算出する。但し、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂは、ｄ軸方向の電流算出値をいい、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂは、ｑ軸方向の電流算出値をいう。図３に示すように、三相／二相変換部６１には、電流センサ６０ｃによって検出されたＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂが入力される。既述されているように、Ｗ相電流は、ゼロからＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出することができる。Ｗ相電流の検出値（算出値）は、Ｗ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂとする。また、三相／二相変換部６１には、位置センサ６０ｄによって検出された可動子位置θが入力される。

【0032】

三相／二相変換部６１は、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂ、並びに、可動子位置θを用いて、（式２）に基づいてｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを算出する。なお、可動子位置θは、例えば、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂの経時変化から推定することもできる。また、可動子位置θは、例えば、各相の誘起電圧の経時変化から推定することもできる。実施形態では、可動子位置θは、位置センサ６０ｄによって検出される。

【0033】

【数2】

【0034】

１－２－２．角速度算出部６２
角速度算出部６２は、角速度算出値ω＿ｆｂを算出する。但し、角速度算出値ω＿ｆｂは、角速度ωの算出値をいう。図３に示すように、角速度算出部６２には、位置センサ６０ｄによって検出された可動子位置θが入力される。角速度算出部６２は、例えば、可動子位置θを時間微分して、可動子速度を算出し、可動子速度から角速度ωを算出して角速度算出値ω＿ｆｂを算出することができる。なお、制御装置６０は、公知の検出器を用いて、可動子速度を検出することもできる。

【0035】

１－２－３．位置制御部６３
位置制御部６３は、位置指令θ＿ｒｅｆおよび可動子位置θに基づいて、角速度指令ω＿ｒｅｆを算出する。但し、角速度指令ω＿ｒｅｆは、角速度ωの指令をいう。具体的には、位置制御部６３は、可動子位置θが位置指令θ＿ｒｅｆと一致するように、角速度指令ω＿ｒｅｆを算出する。位置制御部６３は、上記のように角速度指令ω＿ｒｅｆを算出することができれば良く、種々の形態をとり得る。

【0036】

図３に示すように、位置制御部６３は、減算器６３ａを備えている。減算器６３ａには、位置指令θ＿ｒｅｆと可動子位置θが入力される。減算器６３ａは、位置指令θ＿ｒｅｆから可動子位置θを減じて、偏差Δθを算出する。例えば、位置制御部６３は、偏差Δθを入力として、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも一つによって、角速度指令ω＿ｒｅｆを算出する。つまり、位置制御部６３は、公知のＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御などを行って、角速度指令ω＿ｒｅｆを算出することができる。

【0037】

１－２－４．速度制御部６４
速度制御部６４は、角速度指令ω＿ｒｅｆおよび角速度算出値ω＿ｆｂに基づいて、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。具体的には、速度制御部６４は、角速度算出値ω＿ｆｂが角速度指令ω＿ｒｅｆと一致するように、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。速度制御部６４は、上記のようにｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを算出することができれば良く、種々の形態をとり得る。

【0038】

図３に示すように、速度制御部６４は、減算器６４ａを備えている。減算器６４ａには、角速度指令ω＿ｒｅｆと角速度算出値ω＿ｆｂが入力される。減算器６４ａは、角速度指令ω＿ｒｅｆから角速度算出値ω＿ｆｂを減じて、偏差Δωを算出する。例えば、速度制御部６４は、偏差Δωを入力として、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも一つによって、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。つまり、速度制御部６４は、公知のＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御などを行って、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを算出することができる。

【0039】

１－２－５．ｑ軸電流制御部６５およびｄ軸電流制御部６６
ｑ軸電流制御部６５は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂに基づいて、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。具体的には、ｑ軸電流制御部６５は、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂがｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆと一致するように、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。ｑ軸電流制御部６５は、上記のようにｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができれば良く、種々の形態をとり得る。

【0040】

図３に示すように、ｑ軸電流制御部６５は、減算器６５ａを備えている。減算器６５ａには、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆとｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂが入力される。減算器６５ａは、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆからｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを減じて、偏差ΔＩｑを算出する。例えば、ｑ軸電流制御部６５は、偏差ΔＩｑを入力として、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも一つによって、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。つまり、ｑ軸電流制御部６５は、公知のＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御などを行って、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができる。

【0041】

同様に、ｄ軸電流制御部６６は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂに基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを算出する。具体的には、ｄ軸電流制御部６６は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂがｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆと一致するように、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを算出する。ｄ軸電流制御部６６は、上記のようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを算出することができれば良く、種々の形態をとり得る。

【0042】

図３に示すように、ｄ軸電流制御部６６は、減算器６６ａを備えている。減算器６６ａには、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆとｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂが入力される。減算器６６ａは、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆからｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂを減じて、偏差ΔＩｄを算出する。例えば、ｄ軸電流制御部６６は、偏差ΔＩｄを入力として、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも一つによって、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを算出する。つまり、ｄ軸電流制御部６６は、公知のＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御などを行って、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを算出することができる。

【0043】

１－２－６．二相／三相変換部６７
二相／三相変換部６７は、二相の電圧指令（ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ）から三相の電圧指令（Ｕ相電圧指令Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令Ｖｗ＿ｒｅｆ）を算出する。但し、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＿ｒｅｆは、Ｕ相の電圧指令をいい、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＿ｒｅｆは、Ｖ相の電圧指令をいい、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＿ｒｅｆは、Ｗ相の電圧指令をいう。

【0044】

図３に示すように、二相／三相変換部６７には、ｄ軸電流制御部６６によって算出されたｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆと、ｑ軸電流制御部６５によって算出されたｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆとが入力される。また、二相／三相変換部６７には、位置センサ６０ｄによって検出された可動子位置θが入力される。二相／三相変換部６７は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ、並びに、可動子位置θを用いて、ｄ軸－ｑ軸座標系における逆変換を行い、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令Ｖｗ＿ｒｅｆを算出する。

【0045】

駆動回路６０ｂには、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令Ｖｗ＿ｒｅｆ、並びに、直流電圧センサ６０ａによって検出された直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂなどが入力される。駆動回路６０ｂは、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令Ｖｗ＿ｒｅｆ、並びに、直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂなどに基づいて、電力変換器４０の複数（６つ）のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）の開閉信号（パルス信号）を生成する。

【0046】

１－３．磁極位置推定装置７０の構成例
位置センサ６０ｄを用いて電動機５０を制御する場合、可動子５２の磁極位置５２ｐと、位置センサ６０ｄの位置関係を把握するために、可動子５２の磁極位置５２ｐを推定する必要がある。

【0047】

例えば、位置センサ６０ｄが着脱されると、可動子５２の磁極位置５２ｐと、位置センサ６０ｄの位置関係（可動子５２の磁極位置５２ｐと、位置センサ６０ｄの基準位置との関係）が不明になる。そのため、位置センサ６０ｄが取り付けられたときに、上記の位置関係を把握し直す必要がある。図２に示すように、可動子５２の磁極位置５２ｐは、所定磁極対分（実施形態では四磁極対分であり、８つ）の永久磁石５２ｂの基準位置であり、所定の永久磁石５２ｂ（可動子磁極）の位置とすることができる。

【0048】

図４に示すように、磁極位置推定装置７０は、電圧指令設定部７１と、第一算出部７２と、第二算出部７３とを備えており、可動子５２の磁極位置５２ｐを推定する。電圧指令設定部７１、第一算出部７２および第二算出部７３は、種々の演算装置、制御装置、管理装置などに設けることができる。例えば、電圧指令設定部７１、第一算出部７２および第二算出部７３のうちの少なくとも一つは、図１に示す制御装置６０に設けることができる。電圧指令設定部７１、第一算出部７２および第二算出部７３のうちの少なくとも一つは、クラウド上に形成することもできる。

【0049】

実施形態では、電圧指令設定部７１、第一算出部７２および第二算出部７３は、制御装置６０に設けられている。また、磁極位置推定装置７０は、図５に示すフローチャートに従って、制御を実行する。具体的には、電圧指令設定部７１は、ステップＳ１１に示す処理を行う。第一算出部７２は、ステップＳ１２～ステップＳ１７に示す処理および判断を行う。第二算出部７３は、ステップＳ１８に示す処理を行う。なお、本明細書において記載されている事項は、適宜、取捨選択して適用することができる。また、本明細書において記載されている事項は、適宜、組み合わせることができる。

【0050】

１－３－１．電圧指令設定部７１
電圧指令設定部７１は、ｄ軸方向の電圧指令であるｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを電圧指令値が異なるように複数設定する（ステップＳ１１）。電圧指令設定部７１は、電圧指令値が異なる複数のｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを設定することができれば良く、種々の形態をとり得る。図６は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆの経時変化の一例を示している。同図の縦軸は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを示し、横軸は、時間を示している。折れ線Ｌ１は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆの経時変化の一例を示している。なお、時刻Ｔ０において、可動子５２は、固定子５１に対して静止しているものとする。

【0051】

電圧指令設定部７１は、時刻Ｔ０において、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを第一所定値（一定値）に設定する。これにより、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、一定の増加率で増加し、時刻Ｔ１１において電圧Ｖ１１に到達し、一定の電圧Ｖ１１に設定される。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２まで、電圧Ｖ１１に設定される。電圧指令設定部７１は、時刻Ｔ１２において、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを第一所定値よりも大きい第二所定値（一定値）に設定する。これにより、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、一定の増加率で増加し、時刻Ｔ１３において電圧Ｖ１２に到達し、一定の電圧Ｖ１２に設定される。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４まで、電圧Ｖ１２に設定される。

【0052】

電圧指令設定部７１は、時刻Ｔ１４において、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを第二所定値よりも大きい第三所定値（一定値）に設定する。これにより、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、一定の増加率で増加し、時刻Ｔ１５において電圧Ｖ１３に到達し、一定の電圧Ｖ１３に設定される。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、時刻Ｔ１５から時刻Ｔ１６まで、電圧Ｖ１３に設定される。電圧指令設定部７１は、時刻Ｔ１６において、ｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆをゼロに設定する。これにより、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、一定の減少率で減少し、時刻Ｔ１７においてゼロになり、以降、ゼロに設定される。

【0053】

このようにして、電圧指令設定部７１は、電圧指令値が異なる複数（上記の例では、３つ）のｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを設定することができる（図６の折れ線Ｌ１を参照）。なお、電圧指令設定部７１は、２つのｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを設定することもできる。また、電圧指令設定部７１は、４つ以上のｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを設定することもできる。

【0054】

１－３－２．第一算出部７２
第一算出部７２は、電圧指令設定部７１によって設定されたｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆごとに、可動子５２の磁極位置５２ｐを推定した仮磁極位置ＡＰ０を算出する（ステップＳ１２～ステップＳ１７）。第一算出部７２は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆごとに、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸方向の電圧であるｄ軸電圧Ｖｄを印加し、固定子５１に対して可動子５２を所定の振幅および周波数で振動して仮磁極位置ＡＰ０を算出する。可動子５２を振動させる振幅および周波数は、任意に設定することができる。

【0055】

図７は、可動子５２の位置指令θ＿ｒｅｆの経時変化の一例を示している。同図の縦軸は、可動子５２の位置指令θ＿ｒｅｆを示し、横軸は、時間を示している。曲線Ｌ２は、可動子５２の位置指令θ＿ｒｅｆの経時変化の一例を示している。既述されているように、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆは、電圧指令設定部７１によって、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの時間、一定の電圧Ｖ１１に設定されている。これにより、ｄ軸電圧Ｖｄは、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの時間、一定の電圧Ｖ１１が印加される（ステップＳ１２）。

【0056】

第一算出部７２は、ｄ軸電圧Ｖｄとして電圧Ｖ１１が印加された状態で、可動子５２を所定の振幅および周波数で振動させる（ステップＳ１３）。具体的には、第一算出部７２は、時刻Ｔ１１よりも遅い時刻Ｔ１１ａから時刻Ｔ１２までの時間、可動子５２の静止位置（同図の０位置）を基準にして、負の方向および正の方向に位置指令θ＿ｒｅｆを正弦波状に変化させる。同図では、位置指令θ＿ｒｅｆの最小値が負値の位置θ１１で示され、位置指令θ＿ｒｅｆの最大値が正値の位置θ１２で示されている。また、位置指令θ＿ｒｅｆは、正弦波の任意の周期分、変動させることができる。実施形態では、位置指令θ＿ｒｅｆは、例えば、正弦波の５周期分、変動している。

【0057】

電圧指令設定部７１は、例えば、図３に示す磁極検出用指令部６８を用いて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電圧Ｖｄを印加し、固定子５１に対して可動子５２を所定の振幅および周波数で振動することができる。磁極検出用指令部６８は、磁極検出の際の各指令（図７に示す位置指令θ＿ｒｅｆ、図６に示すｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよびゼロに設定されるｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆ）を生成する。また、磁極検出用指令部６８は、切り替え器６８ａ，６８ｂ，６８ｃを備えている。

【0058】

切り替え器６８ａは、磁極検出の際に、位置センサ６０ｄによって検出された可動子位置θを、図７に示す位置指令θ＿ｒｅｆに切り替えて、二相／三相変換部６７に入力可能にする。切り替え器６８ｂは、磁極検出の際に、ｄ軸電流制御部６６によって算出されたｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを、図６に示すｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに切り替えて、二相／三相変換部６７に入力可能にする。切り替え器６８ｃは、磁極検出の際に、ｑ軸電流制御部６５によって算出されたｑ軸電圧指令Ｖｑ＿ｒｅｆを、ゼロに切り替えて、二相／三相変換部６７に入力可能にする。磁極検出用指令部６８は、図７に示す位置指令θ＿ｒｅｆによって回転磁界を発生させて、可動子５２を振動させることができる。

【0059】

既述されていることは、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆが電圧Ｖ１２に設定される場合についても同様に言える。第一算出部７２は、ｄ軸電圧Ｖｄとして電圧Ｖ１２が印加された状態で、時刻Ｔ１３よりも遅い時刻Ｔ１３ａから時刻Ｔ１４までの時間、可動子５２を上記の振幅と同じ振幅で、上記の周波数と同じ周波数で振動させる。また、既述されていることは、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆが電圧Ｖ１３に設定される場合についても同様に言える。第一算出部７２は、ｄ軸電圧Ｖｄとして電圧Ｖ１３が印加された状態で、時刻Ｔ１５よりも遅い時刻Ｔ１５ａから時刻Ｔ１６までの時間、可動子５２を上記の振幅と同じ振幅で、上記の周波数と同じ周波数で振動させる。このようにして、第一算出部７２は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆごとに、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電圧Ｖｄを印加し、固定子５１に対して可動子５２を所定の振幅および周波数で振動することができる。

【0060】

図７に示す位置指令θ＿ｒｅｆによって回転磁界が発生する。第一算出部７２は、回転磁界に基づいて、可動子５２の磁極位置５２ｐを推定することができ、仮磁極位置ＡＰ０を算出することができる。例えば、第一算出部７２は、固定子５１に対する可動子５２の位置を検出する位置センサ６０ｄの検出結果であって電気角の一周期における最大値と最小値を所定周期分、算出して、算出した所定周期分の最大値と最小値の平均値を仮磁極位置ＡＰ０として算出する。

【0061】

図８は、位置センサ６０ｄの検出結果の経時変化の一例を示している。同図の縦軸は、位置センサ６０ｄの検出結果を示し、横軸は、時間を示している。曲線Ｌ３は、位置センサ６０ｄの検出結果の経時変化の一例を示している。具体的には、曲線Ｌ３は、図７の曲線Ｌ２に示す位置指令θ＿ｒｅｆに対する応答例を示している。例えば、位置センサ６０ｄの検出結果は、時刻Ｔ１１ａよりも遅い時刻Ｔ１１ｂから、時刻Ｔ１２よりも遅い時刻Ｔ１２ａまでの時間、変動している。

【0062】

図７に示す例では、位置指令θ＿ｒｅｆは、正弦波の５周期分、変動している。図８では、電気角の一周期における位置センサ６０ｄの検出結果の最大値と最小値は、最初の１周期分について、最大値Ｍ１１および最小値Ｎ１１で示されている（ステップＳ１４）。残りの４周期分についても同様であり（ステップＳ１５でＮｏの場合）、検出結果の最大値と最小値は、最大値Ｍ１２および最小値Ｎ１２、最大値Ｍ１３および最小値Ｎ１３、最大値Ｍ１４および最小値Ｎ１４、最大値Ｍ１５および最小値Ｎ１５で示されている（ステップＳ１４）。

【0063】

所定周期分（上記の例では、５周期分）の最大値と最小値が算出され記録されると（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）、第一算出部７２は、算出した所定周期分の最大値（最大値Ｍ１１～最大値Ｍ１５）と、最小値（最小値Ｎ１１～最小値Ｎ１５）の平均値を仮磁極位置ＡＰ０として算出する。平均値は、上記の１０個の算出値を個数１０で除したものであり、以下、同じである。説明の便宜上、上記の仮磁極位置ＡＰ０を仮磁極位置ＡＰ１とする（ステップＳ１６）。

【0064】

同様に、位置センサ６０ｄの検出結果は、時刻Ｔ１３ａよりも遅い時刻Ｔ１３ｂから、時刻Ｔ１４よりも遅い時刻Ｔ１４ａまでの時間、変動している。電気角の一周期における検出結果の最大値と最小値は、最大値Ｍ２１および最小値Ｎ２１、最大値Ｍ２２および最小値Ｎ２２、最大値Ｍ２３および最小値Ｎ２３、最大値Ｍ２４および最小値Ｎ２４、最大値Ｍ２５および最小値Ｎ２５で示されている（ステップＳ１７でＮｏの場合のステップＳ１４）。

【0065】

所定周期分（上記の例では、５周期分）の最大値と最小値が算出され記録されると（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）、第一算出部７２は、算出した所定周期分の最大値（最大値Ｍ２１～最大値Ｍ２５）と、最小値（最小値Ｎ２１～最小値Ｎ２５）の平均値を仮磁極位置ＡＰ０として算出する。説明の便宜上、上記の仮磁極位置ＡＰ０を仮磁極位置ＡＰ２とする（ステップＳ１７でＮｏの場合のステップＳ１６）。

【0066】

また、位置センサ６０ｄの検出結果は、時刻Ｔ１５ａよりも遅い時刻Ｔ１５ｂから、時刻Ｔ１６よりも遅い時刻Ｔ１６ａまでの時間、変動している。電気角の一周期における検出結果の最大値と最小値は、最大値Ｍ３１および最小値Ｎ３１、最大値Ｍ３２および最小値Ｎ３２、最大値Ｍ３３および最小値Ｎ３３、最大値Ｍ３４および最小値Ｎ３４、最大値Ｍ３５および最小値Ｎ３５で示されている（ステップＳ１７でＮｏの場合のステップＳ１４）。

【0067】

所定周期分（上記の例では、５周期分）の最大値と最小値が算出され記録されると（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）、第一算出部７２は、算出した所定周期分の最大値（最大値Ｍ３１～最大値Ｍ３５）と、最小値（最小値Ｎ３１～最小値Ｎ３５）の平均値を仮磁極位置ＡＰ０として算出する。説明の便宜上、上記の仮磁極位置ＡＰ０を仮磁極位置ＡＰ３とする（ステップＳ１６）。以上により、所定（上記の例では、３つ）のｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆについて、仮磁極位置ＡＰ０がそれぞれ算出され（ステップＳ１７でＹｅｓの場合）、磁極位置推定装置７０による制御は、ステップＳ１８に示す処理に移行する。

【0068】

１－３－３．第二算出部７３
図９は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよび仮磁極位置ＡＰ０の関係の一例を示している。同図の縦軸は、可動子５２の磁極位置５２ｐを示し、横軸は、常用対数で表されたｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを示している。既述されているように、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆが電圧Ｖ１１に設定されている場合の仮磁極位置ＡＰ０は、仮磁極位置ＡＰ１である。電圧Ｖ１１は、常用対数で表すと、電圧Ｖ２１で示されるとする。同図の丸印は、電圧Ｖ２１に対する仮磁極位置ＡＰ１のグラフ上の位置を示している。

【0069】

同様に、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆが電圧Ｖ１２に設定されている場合の仮磁極位置ＡＰ０は、仮磁極位置ＡＰ２である。電圧Ｖ１２は、常用対数で表すと、電圧Ｖ２２で示されるとする。同図の四角印は、電圧Ｖ２２に対する仮磁極位置ＡＰ２のグラフ上の位置を示している。また、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆが電圧Ｖ１３に設定されている場合の仮磁極位置ＡＰ０は、仮磁極位置ＡＰ３である。電圧Ｖ１３は、常用対数で表すと、電圧Ｖ２３で示されるとする。同図の三角印は、電圧Ｖ２３に対する仮磁極位置ＡＰ３のグラフ上の位置を示している。

【0070】

図９の０位置は、正しい可動子５２の磁極位置５２ｐを示している。同図に示すように、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆが小さくなるほど、仮磁極位置ＡＰ０は、正しい可動子５２の磁極位置５２ｐから離間している。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆを増加させると、仮磁極位置ＡＰ０は、正しい可動子５２の磁極位置５２ｐに近づく。しかしながら、実際の装置では、印加可能な電圧に限界があり、仮磁極位置ＡＰ０を正しい可動子５２の磁極位置５２ｐに一致させることは、困難である。

【0071】

そこで、第二算出部７３は、電圧指令設定部７１によって設定されたｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよび第一算出部７２によって算出された仮磁極位置ＡＰ０の関係に基づいて、可動子５２の磁極位置５２ｐを推定した推定磁極位置ＥＰ０を算出する（ステップＳ１８）。第二算出部７３は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよび仮磁極位置ＡＰ０の関係に基づいて、推定磁極位置ＥＰ０を算出することができれば良く、種々の形態をとり得る。

【0072】

例えば、第二算出部７３は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよび仮磁極位置ＡＰ０の関係において、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに対する仮磁極位置ＡＰ０の近似曲線が定常値に漸近する所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）を用いて、推定磁極位置ＥＰ０を算出することができる。図９の曲線Ｌ４は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに対する仮磁極位置ＡＰ０の近似曲線の一例を示している。曲線Ｌ４は、定常値である推定磁極位置ＥＰ０に漸近しており、第二算出部７３は、定常値を推定磁極位置ＥＰ０として算出することができる。

【0073】

なお、所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに対する仮磁極位置ＡＰ０の近似曲線が定常値に漸近するものであれば良く、種々の関数を用いることができる。例えば、所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）は、指数関数、高次関数、分数関数、双曲線関数などで表すことができる。曲線Ｌ４で示される近似曲線は、指数関数で表すことができる。具体的には、所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）は、（式３）で表すことができる。但し、磁極位置は、磁極位置Ｘで表す。このように、所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）は、係数Ａおよび係数Ｂ、並びに、自然対数ｅｘｐを用いて、指数関数で表すことができる。

【0074】

【数3】

【0075】

第二算出部７３は、種々の方法により、係数Ａおよび係数Ｂを導出して、推定磁極位置ＥＰ０を算出することができる。例えば、第二算出部７３は、最小二乗法によって推定磁極位置ＥＰ０を算出することができる。最小二乗法は、所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）と測定点との偏差の二乗和が最小になるように、近似曲線の係数（上記の例では、係数Ａおよび係数Ｂ）を算出する。

【0076】

図１０は、図９の一部を拡大した拡大図である。同図では、曲線Ｌ４を表す所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）と仮磁極位置ＡＰ１との偏差が偏差ＤＦ１で示されている。同様に、所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）と仮磁極位置ＡＰ２との偏差が偏差ＤＦ２で示されている。また、所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）と仮磁極位置ＡＰ３との偏差が偏差ＤＦ３で示されている。第二算出部７３は、偏差ＤＦ１の二乗と、偏差ＤＦ２の二乗と、偏差ＤＦ３の二乗とを加算した二乗和が最小になるように、係数Ａおよび係数Ｂを決定する。この場合、推定磁極位置ＥＰ０は、係数Ａであり、（式４）で表すことができる。

【0077】

【数4】

【0078】

所定関数Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）は、分数関数で表すこともできる。例えば、電動機５０のコイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）に発生する磁力は、コイルに流れる電流に比例する。磁極位置５２ｐの推定に用いる位置指令θ＿ｒｅｆの振動周波数が小さくなるほど、コイルに印加する電圧と、コイルに流れる電流は、比例するものとみなすことができ、コイルに印加する電圧と、コイルに発生する磁力は、比例すると言える。

【0079】

また、可動子５２が磁極位置付近にあるとき、磁気吸引力と、磁極位置から可動子５２までの距離は、比例するものとして、運動方程式を導出することができる。この場合の運動方程式は、（式５）で表すことができる。但し、係数Ｋは、コイルに印加する電圧の電圧指令と磁気吸引力の比例係数であり、係数Ｇは、定数、係数Ｊは、可動子５２の慣性を表す。また、磁極位置は、磁極位置Ｘで表す。（式５）で表される運動系が十分に減衰し振動せずに十分な時間が経過したときの磁極位置は、（式６）で表すことができ、推定磁極位置ＥＰ０に漸近する分数関数で表現することができる。

【0080】

【数5】

【0081】

【数6】

【0082】

可動子５２に外力Ｆ０が印加されている場合、位置センサ６０ｄは、外力Ｆ０が印加されている可動子５２の固定子５１に対する位置を検出する。例えば、外力Ｆ０は、重力である。重力は、鉛直方向（Ｚ方向）の下方に向かって作用する。そのため、電動機５０の出力トルクが同じで、可動子５２を鉛直方向（Ｚ方向）の下方に向かって移動させる場合、可動子５２を鉛直方向（Ｚ方向）の上方に向かって移動させる場合と比べて、可動子５２が移動し易くなる。第一算出部７２が所定の振幅および周波数で、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って可動子５２を振動して仮磁極位置ＡＰ０を算出する場合も同様の状況になる。

【0083】

その結果、図９に示すように、重力のために、仮磁極位置ＡＰ０は、同図に示す０位置（正しい可動子５２の磁極位置５２ｐ）よりも鉛直方向（Ｚ方向）の下方位置に推定される。このような状況においても、第二算出部７３は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよび仮磁極位置ＡＰ０の関係に基づいて、推定磁極位置ＥＰ０を算出することができる。推定磁極位置ＥＰ０は、仮磁極位置ＡＰ０と比べて、０位置（正しい可動子５２の磁極位置５２ｐ）に十分、近似している。よって、磁極位置推定装置７０は、磁極位置の推定精度を向上させることができる。

【0084】

なお、外力Ｆ０は、重力に限定されない。例えば、位置センサ６０ｄは、水平方向に作用する外力Ｆ０が印加されている可動子５２の固定子５１に対する位置を検出することもできる。この場合、仮磁極位置ＡＰ０は、水平方向に移動可能な可動子５２の移動方向のうち、外力Ｆ０が作用する方向に、位置ずれが生じ易くなる。このような状況においても、第二算出部７３は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよび仮磁極位置ＡＰ０の関係に基づいて、推定磁極位置ＥＰ０を算出することができる。

【0085】

磁極位置推定装置７０は、種々の電動機制御システム１０に適用することができる。例えば、既述されている外力Ｆ０が重力の場合、電動機５０は、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って延びるロボットアーム８２０ａを重力に抗して駆動することができる。上記のロボットアーム８２０ａを備えるシステムとして、例えば、超音波診断システム８１０が挙げられる。

【0086】

１－４．超音波診断システム８１０の構成例
図１１は、超音波診断システム８１０の一例を示している。なお、同図において第一延伸部８２１の水平部８２１ｂの延伸方向をＸ方向とする。また、水平面においてＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。さらに、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向を鉛直方向（Ｚ方向）とする。

【0087】

超音波診断システム８１０は、ロボット８２０にエンドエフェクタＥＦ０であるプローブＰＢ０を保持し、プローブＰＢ０が被験者の検査対象部（例えば、皮膚）に押し当てられるようにロボット８２０を駆動することにより超音波診断を行う医療用装置である。実施形態の超音波診断システム８１０は、被験者の検査対象部に超音波を当て、検査対象部の断面画像を取得し、取得した画像から検査対象部の状態を確認するエコー診断に用いられる。図１１および図１２に示すように、超音波診断システム８１０は、ロボット８２０と、超音波診断装置１００とを備えている。

【0088】

また、超音波診断装置１００は、プローブＰＢ０と、プローブＰＢ０がケーブルを介して接続されている本体部１０２とを備えている。本体部１０２は、制御部１０３と、入力部１０４と、画像処理部１０５と、表示部１０６とを備えている。制御部１０３は、装置全体の制御を行う。入力部１０４は、検査者が診断開始などの指示を入力する。画像処理部１０５は、プローブＰＢ０から送信された信号を処理して超音波画像を生成する。表示部１０６は、画像処理部１０５によって生成された超音波画像を表示する。

【0089】

ロボット８２０は、ロボットアーム８２０ａと、ロボット本体８２０ｂとを備えている。ロボット本体８２０ｂは、基台８２６と、昇降装置８４０とを備えている。ロボットアーム８２０ａは、第一延伸部８２１と、第二延伸部８２２と、ベース８２５と、第一関節軸８３１と、第二関節軸８３２と、第三関節軸８３３と、第一延伸部駆動モータ８３５と、第二延伸部駆動モータ８３６と、姿勢保持装置８３７と、回転三軸機構８５０とを備えている。

【0090】

第一延伸部８２１の基端部は、第一関節軸８３１を介してベース８２５に連結されている。第一関節軸８３１の本体は、ベース８２５に固定されており、第一関節軸８３１の回転部は、第一延伸部８２１の基端部に接続されている。第一延伸部駆動モータ８３５は、第一関節軸８３１の本体に内蔵されており、第一関節軸８３１の回転部を回転軸（鉛直方向（Ｚ方向）に沿った方向の軸）回りに回転させることにより、第一延伸部８２１を水平面（ＸＹ平面）に沿って回動（旋回）させる。第一関節軸８３１は、位置センサを内蔵しており、位置センサは、第一延伸部駆動モータ８３５の位置（回転位置）を検出する。位置センサは、例えば、ロータリエンコーダなどの公知の位置センサを用いることができる。

【0091】

第一延伸部８２１は、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って延びる鉛直部８２１ａと、鉛直部８２１ａの上端部から水平方向に向けて延びる水平部８２１ｂとを備えている。鉛直部８２１ａの下端部は、第一関節軸８３１の回転部に接続されている。水平部８２１ｂの基端部は、鉛直部８２１ａの上端部に接続され、水平部８２１ｂの先端部は、第二関節軸８３２の回転部に接続されている。なお、第一延伸部８２１は、鉛直部８２１ａを省略することもできる。

【0092】

第二延伸部８２２の基端部は、第二関節軸８３２を介して第一延伸部８２１の先端部に連結されている。第二関節軸８３２の本体は、第二延伸部８２２の基端部に固定されており、第二関節軸８３２の回転部は、第一延伸部８２１の先端部に接続されている。第二延伸部駆動モータ８３６は、第二関節軸８３２の本体に内蔵されており、第二関節軸８３２の回転部を回転軸（鉛直方向（Ｚ方向）に沿った方向の軸）回りに回転させることにより、第一延伸部８２１を水平面（ＸＹ平面）に沿って回動（旋回）させる。第二関節軸８３２は、位置センサを内蔵しており、位置センサは、第二延伸部駆動モータ８３６の位置（回転位置）を検出する。位置センサは、例えば、ロータリエンコーダなどの公知の位置センサを用いることができる。

【0093】

昇降装置８４０は、基台８２６上に設置されており、ベース８２５を基台８２６に対して昇降させる。基台８２６は、車輪８２６ａを備えている。図１１および図１２に示すように、昇降装置８４０は、スライダ８４１と、ガイド部材８４２と、ボールねじ軸８４３と、昇降用駆動モータ８４４とを備えている。スライダ８４１は、ベース８２５に固定されている。ガイド部材８４２は、基台８２６に固定されると共に鉛直方向（Ｚ方向）に沿って設けられており、スライダ８４１の移動を案内する。ボールねじ軸８４３は、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って設けられている昇降軸であり、スライダ８４１に固定されているボールねじナットが回転可能に連結されている。昇降用駆動モータ８４４は、ボールねじ軸８４３を回転駆動する。

【0094】

昇降装置８４０は、昇降用駆動モータ８４４によりボールねじ軸８４３を回転駆動することにより、スライダ８４１に固定されているベース８２５をガイド部材８４２に沿って鉛直方向（Ｚ方向）に移動させる。昇降装置８４０は、位置センサを内蔵しており、位置センサは、昇降用駆動モータ８４４の位置（昇降位置）を検出する。位置センサは、例えば、リニアエンコーダなどの公知の位置センサを用いることができる。

【0095】

回転三軸機構８５０は、鉛直方向（Ｚ方向）に沿って設けられる第三関節軸８３３を介して第二延伸部８２２の先端部に連結されている。回転三軸機構８５０は、互いに直交する第一回転軸８５１、第二回転軸８５２および先端軸の第三回転軸８５３と、第一回転軸８５１を回転させる第一回転軸駆動モータ８５５と、第二回転軸８５２を回転させる第二回転軸駆動モータ８５６と、第三回転軸８５３を駆動する先端軸駆動装置８６０とを備える。第一回転軸８５１は、第三関節軸８３３に対して直交姿勢で支持されている。第二回転軸８５２は、第一回転軸８５１に対して直交姿勢で支持されている。第三回転軸８５３は、第二回転軸８５２に対して直交姿勢で支持されている。第三回転軸８５３には、第三回転軸８５３と同軸上に位置するようにエンドエフェクタＥＦ０としてプローブＰＢ０が保持されている。

【0096】

回転三軸機構８５０は、第一位置センサと、第二位置センサとを備えている。第一位置センサは、第一回転軸駆動モータ８５５の位置（回転位置）を検出する。第二位置センサは、第二回転軸駆動モータ８５６の位置（回転位置）を検出する。先端軸駆動装置８６０は、第三回転軸８５３を回転駆動する駆動モータと、当該駆動モータの位置（回転位置）を検出する第三位置センサとを備えている。第一位置センサ、第二位置センサおよび第三位置センサは、例えば、ロータリエンコーダなどの公知の位置センサを用いることができる。

【0097】

実施形態では、ロボット８２０は、並進運動および回転運動の組み合わせにより、第三回転軸８５３のプローブＰＢ０を、任意の姿勢で任意の位置に移動させることができる。並進運動は、第一延伸部駆動モータ８３５と、第二延伸部駆動モータ８３６と、昇降装置８４０とによるＸ方向、Ｙ方向および鉛直方向（Ｚ方向）の三方向の運動をいう。回転運動は、回転三軸機構８５０によるＸ軸回り（ピッチング）、Ｙ軸回り（ローリング）およびＺ軸回り（ヨーイング）の三方向の運動をいう。

【0098】

姿勢保持装置８３７は、第三関節軸８３３に内蔵されており、姿勢保持用モータを備えている。第三関節軸８３３は、位置センサを内蔵しており、位置センサは、姿勢保持用モータの位置（回転位置）を検出する。位置センサは、例えば、ロータリエンコーダなどの公知の位置センサを用いることができる。姿勢保持装置８３７は、第一延伸部８２１および第二延伸部８２２の姿勢によらず回転三軸機構８５０の姿勢（第一回転軸８５１の向き）を一定の向きに保持する。姿勢保持装置８３７は、第一回転軸８５１の軸方向がＸ方向と一致するように、第一関節軸８３１の回転角度と第二関節軸８３２の回転角度とに基づいて、第三関節軸８３３の回転角度を制御する。これにより、三方向の並進運動の制御と、三方向の回転運動の制御とをそれぞれ独立して行うことができ、制御が容易になる。

【0099】

１－５．他の形態
電圧指令設定部７１は、図１３に示す磁極検出用指令部６９を用いて、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電圧Ｖｄを印加し、固定子５１に対して可動子５２を所定の振幅および周波数で振動することもできる。磁極検出用指令部６９は、磁極検出の際の各指令（図７に示す位置指令θ＿ｒｅｆ、図６に示すｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆの電圧変化に相当する階段状に増加するｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆおよびゼロに設定されるｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆ）を生成する。また、磁極検出用指令部６９は、切り替え器６９ａ，６９ｂ，６９ｃを備えている。

【0100】

切り替え器６９ａは、磁極検出の際に、位置センサ６０ｄによって検出された可動子位置θを、図７に示す位置指令θ＿ｒｅｆに切り替えて、三相／二相変換部６１および二相／三相変換部６７に入力可能にする。切り替え器６９ｂは、磁極検出の際に、上位システムから出力されたｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆを、階段状に増加するｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆに切り替えて、ｄ軸電流制御部６６の減算器６６ａに入力可能にする。切り替え器６９ｃは、磁極検出の際に、速度制御部６４によって算出されたｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを、ゼロに切り替えて、ｑ軸電流制御部６５の減算器６５ａに入力可能にする。これにより、電流フィードバック制御が行われて、図６に示すｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆが生成される。また、磁極検出用指令部６９は、図７に示す位置指令θ＿ｒｅｆによって回転磁界を発生させて、可動子５２を振動させることができる。

【0101】

２．磁極位置推定方法
磁極位置推定装置７０について既述されていることは、磁極位置推定方法についても同様に言える。具体的には、磁極位置推定方法は、電圧指令設定工程と、第一算出工程と、第二算出工程とを備える。電圧指令設定工程は、電圧指令設定部７１が行う制御に相当する。第一算出工程は、第一算出部７２が行う制御に相当する。第二算出工程は、第二算出部７３が行う制御に相当する。

【0102】

３．実施形態の効果の一例
磁極位置推定装置７０によれば、複数のｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆごとに仮磁極位置ＡＰ０を算出して、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＿ｒｅｆおよび仮磁極位置ＡＰ０の関係に基づいて、推定磁極位置ＥＰ０を算出することができる。磁極位置推定装置７０について既述されていることは、磁極位置推定方法についても同様に言える。

【符号の説明】

【0103】

５０：電動機、５１：固定子、５２：可動子、５２ｐ：磁極位置、
６０ｄ：位置センサ、７０：磁極位置推定装置、７１：電圧指令設定部、
７２：第一算出部、７３：第二算出部、８２０ａ：ロボットアーム、
ＡＰ０：仮磁極位置、ＥＰ０：推定磁極位置、Ｆ０：外力、
Ｆ（Ｖｄ＿ｒｅｆ）：所定関数、Ｖｄ＿ｒｅｆ：ｄ軸電圧指令、
Ｖｄ：ｄ軸電圧。

【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】