JP4271397B2 - 同期電動機の磁極位置検出装置 - Google Patents
同期電動機の磁極位置検出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、同期電動機の磁極位置を簡易、確実、かつ高精度に検出することができる同期電動機の磁極位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、同期電動機を効率よく制御するために、同期電動機の回転子の磁極位置を検出していた。この同期電動機の磁極位置を検出する場合、回転子の電気角（磁極位置）をエンコーダ等の位置検出器を用いて直接検出するものがある。しかし、回転子の回転角を直接検出するには、位置検出器等の磁極位置検出専用のセンサを同期電動機に付加する必要があり、装置構成の規模が大きくなるとともに、経済性が悪いという欠点をもたらす。
【０００３】
このため、位置検出器を用いないで同期電動機の磁極位置を検出する装置が提案されている（特開平７−１７７７８８号公報参照）。第２４図は、位置検出器を用いない従来における同期電動機の磁極位置検出装置の概要構成を示す図である。第２４図において、同期電動機１は、回転子が永久磁石型であり、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相巻線をもつ。演算部１０２は、回路部３に電圧ベクトル指令Ｖを出力するとともに、検出部４にトリガ信号Ｔｒを出力する。回路部３は、同期電動機１の各相に対して、入力された電圧ベクトル指令Ｖに基づいた電圧を印加する。検出部４は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流を検出し、検出電流Ｄｉを演算部１０２に出力する。演算部１０２は、入力された検出電流Ｄｉをもとに回転子の磁極位置θを演算し、出力する。
【０００４】
第２５図は、回路部３の詳細構成を示す図である。第２５図において、回路部３は、半導体スイッチ５〜１０を有し、半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、それぞれ直列接続され、直列接続された半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、電位差Ｅｄを生成する直流電圧源１１に並列接続される。半導体スイッチ５、８を接続する中点Ｐｕは、同期電動機１のＵ相に接続され、半導体スイッチ６、９を接続する中点Ｐｖは、同期電動機１のＶ相に接続され、半導体スイッチ７、１０を接続する中点Ｐｗは、同期電動機１のＷ相に接続される。また、各半導体スイッチ５〜１０は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６とダイオードＤ１〜Ｄ６とがそれぞれ対応して並列接続され、ダイオードの順方向は、直流電圧源１１のプラス側に向けられている。このＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のゲートに印加されるゲート信号は、電圧ベクトル指令Ｖを形成し、各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオン／オフする。
【０００５】
ここで、電圧ベクトル指令Ｖは、９つのスイッチングモード「０」〜「８」を有し、各スイッチングモード「０」〜「８」は、オンするＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の組み合わせによって、つぎのように定義される。
スイッチングモード ： オンするＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の組み合わせ
「０」 ： なし
「１」 ： Ｑ１、Ｑ５、Ｑ６
「２」 ： Ｑ１、Ｑ２、Ｑ６
「３」 ： Ｑ４、Ｑ２、Ｑ６
「４」 ： Ｑ４、Ｑ２、Ｑ３
「５」 ： Ｑ４、Ｑ５、Ｑ３
「６」 ： Ｑ１、Ｑ５、Ｑ３
「７」 ： Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３
「８」 ： Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６
【０００６】
各スイッチングモード「１」〜「８」にそれぞれ対応する電圧ベクトルＶ１〜Ｖ８は、第２６図に示すように、それぞれ６０度ずつの位相差をもち、大きさが等しい電圧ベクトルとなる。ここで具体的に、電圧ベクトルＶ１の大きさを求める。電圧ベクトルＶ１は、スイッチングモード「１」に対応するため、ＩＧＢＴＱ１、Ｑ５、Ｑ６はオンし、ＩＧＢＴＱ４、Ｑ２、Ｑ３はオフする。したがって、Ｕ相とＶ相との間の線間電圧Ｖｕｖ、Ｖ相とＷ相との間の線間電圧Ｖｖｗ、およびＷ相とＵ相との間の線間電圧Ｖｗｕは、次式（１）〜（３）
Ｖｕｖ＝Ｖｕ−Ｖｖ＝Ｅｄ …（１）
Ｖｖｗ＝Ｖｖ−Ｖｗ＝０ …（２）
Ｖｗｕ＝Ｖｗ−Ｖｕ＝−Ｅｄ …（３）
のようになる。ただし、「Ｖｕ」は、Ｕ相の電位（中点Ｐｕの電位）であり、「Ｖｖ」は、Ｖ相の電位（中点Ｐｖの電位）であり、「Ｖｗ」は、Ｗ相の電位（中点Ｐｗの電位）である。
さらに、式（１）〜（３）から、電位Ｖｕ〜Ｖｗを求めると、各電位Ｖｕ〜Ｖｗは、次式（４）〜（６）のようになる。すなわち、
Ｖｕ＝２／３＊Ｅｄ …（４）
Ｖｖ＝−１／３＊Ｅｄ …（５）
Ｖｗ＝−１／３＊Ｅｄ …（６）
となる。
【０００７】
したがって、電圧ベクトルＶ１の方向は、第２６図に示すように、Ｕ相の方向となる。また、電圧ベクトルＶ１の大きさ｜Ｖ１｜は次式（７）によって表される。すなわち、
｜Ｖ１｜＝２／３＊Ｅｄ−１／３＊Ｅｄcos（１２０度）
−１／３＊Ｅｄcos（２４０度）
＝Ｅｄ …（７）
となる。
【０００８】
なお、その他の電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６は、電圧ベクトルＶ１と同様の演算を行うことによって、その方向と大きさとを求めることができ、電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６の方向は、第２６図に示すように、Ｕ相に対して順次位相差６０度をもち、大きさはＥｄとなる。また、電圧ベクトルＶ７、Ｖ８は、第２６図に示すように、大きさが０の電圧ベクトルとなる。
【０００９】
この電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に対応した電圧が同期電動機１のＵ相、Ｖ相、およびＷ相に印加されるが、この際、検出部４はトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相に流れる電流を検出する。第２７図は、検出部４の詳細構成を示すブロック図である。第２７図において、電流検出器１２〜１４は、それぞれＵ相、Ｖ相、およびＷ相を流れる電流を検出し、それぞれ出力処理部１５〜１７に出力する。各出力処理部１５〜１７は、それぞれサンプルホールド回路１５ａ〜１７ａを有するとともに、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂを有する。サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａは、演算部１０２から入力されるトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングに、電流検出器１２〜１４が検出した電流値をサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂは、サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａがホールドしたアナログ信号をディジタル信号にそれぞれ変換し、それぞれＵ相の電流ｉｕ、Ｖ相の電流ｉｖ、Ｗ相の電流ｉｗからなる検出電流Ｄｉを演算部２に出力する。
【００１０】
ここで、第２８図に示すタイミングチャートを参照して電圧ベクトル指令Ｖとトリガ信号Ｔｒと検出電流Ｄｉとの関係について説明する。第２８図において、演算部１０２は、同期電動機１が静止し、かつ各相の電流が零の状態である場合に、まず、電圧ベクトル指令Ｖとして、電圧ベクトルＶ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ５→Ｖ０を順次、回路部３に出力するとともに、各電圧ベクトルの印加終了直後にトリガ信号Ｔｒを検出部４に出力する。上述したように、回路部３は電圧ベクトル指令Ｖをもとに電圧ベクトルＶ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ５→Ｖ０を順次、同期電動機１に印加する。なお、各電圧ベクトルＶ１、Ｖ３、Ｖ５の印加時間は、同期電動機１が磁気飽和しない範囲の十分短い時間とする。検出部４の出力処理部１５〜１７は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流、すなわち電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをサンプリングし、Ｕ相の電流ｉｕ１〜ｉｕ３、Ｖ相の電流ｉｖ１〜ｉｖ３、Ｗ相の電流ｉｗ１〜ｉｗ３を検出結果として演算部１０２に出力する。Ｕ相の電流ｉｕ１、Ｖ相の電流ｉｖ１、Ｗ相の電流ｉｗ１は、電圧ベクトルＶ１の直後に印加されるトリガ信号Ｔｒによって検出される電流であり、Ｕ相の電流ｉｕ２、Ｖ相の電流ｉｖ２、Ｗ相の電流ｉｗ２は、電圧ベクトルＶ３の直後に印加されるトリガ信号Ｔｒによって検出される電流であり、Ｕ相の電流ｉｕ３、Ｖ相の電流ｉｖ３、Ｗ相の電流ｉｗ３は、電圧ベクトルＶ５の直後に印加されるトリガ信号Ｔｒによって検出される電流である。
【００１１】
ところで、同期電動機１の回転子の磁極位置θと電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３との関係は第２９図に示す関係を有する。ここで、磁極位置θが０〜１８０度までの間に着目すると、電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の電流値の大小関係によって磁極位置θを３０度単位で６つに区分することができる。ここで、６つに区分される磁極位置θの領域区間に区分番号ｍを付して表すと、つぎのようになる。
区分番号ｍ ： 区間 ： 大小関係
１ ： ０〜 ３０度 ： ｉｕ１＞ｉｗ３＞ｉｖ２
２ ： ３０〜 ６０度 ： ｉｗ３＞ｉｕ１＞ｉｖ２
３ ： ６０〜 ９０度 ： ｉｗ３＞ｉｖ２＞ｉｕ１
４ ： ９０〜１２０度 ： ｉｖ２＞ｉｗ３＞ｉｕ１
５ ： １２０〜１５０度 ： ｉｖ２＞ｉｕ１＞ｉｗ３
６ ： １５０〜１８０度 ： ｉｕ１＞ｉｖ２＞ｉｗ３
【００１２】
したがって、この電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の大小関係をもとに、磁極位置θが０〜１８０度の範囲であれば、磁極位置θを３０度単位で求めることができる。具体的な磁極位置θの特定は、次式（８）をもとに演算する。すなわち、
θ＝（ｍ−１）×３０＋１５＋ｆ（ｍ）×（ｉａｖ−ｉｍ）×ｋ …（８）
によって磁極位置θを特定する。この場合、第２９図において、３０度単位の各区間における電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の電流値の中で、中間の電流値を有する電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３、たとえば磁極位置θが０〜３０度の区間における電流ｉｗ３をこの区間で直線であるとみなす。また、電流ｉａｖは、電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の平均値であり、電流ｉｍは、区分番号ｍにおいて直線近似した電流であり、係数ｋは、この直線の傾きである。なお、区分番号が１、３、５のとき、ｆ（ｍ）＝１であり、区分番号が２、４、６のとき、ｆ（ｍ）＝−１である。
【００１３】
ところで、磁極位置θは、この式（８）を用いて、０〜１８０度の範囲で、区間ではなく、一点の磁極位置θを特定することができるが、第２９図に示すように、磁極位置θは１８０度周期で変化するため、３６０度の全角に対しては、磁気飽和を用い、磁極位置θを一意に決定する。
【００１４】
たとえば、区間番号ｍが「１」の場合、磁極位置θは、０〜３０度または１８０度〜２１０度のいずれかの区間であり、一意に磁極位置θを特定することができないが、この場合、第１７図に示すように、磁気飽和が発生する長い印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１、Ｖ４を同期電動機１に印加することによって、磁極位置θの区間を選択決定する。
【００１５】
詳述すると、磁気飽和が発生しない場合、電流ｉｕ４、ｉｕ５の絶対値は等しくなる。しかし、磁極位置に近い電圧ベクトルＶ１、Ｖ４を印加したときに発生する磁束は同期電動機１の回転子の磁束に対して増磁方向に作用するため、磁気飽和が発生すると同期電動機１のコイルのインダクタンスが減少する。したがって、磁気飽和が発生すると、磁極位置θに近い位相の電圧ベクトルＶ１またはＶ４を印加したときの電流と、磁極位置θに近い位相に対して１８０度位相が異なる電圧ベクトルＶ４またはＶ１を印加したときの電流とを比較すると、磁極位置θに近い位相の電圧ベクトルＶ１またはＶ４を印加したときの電流の方が大きな値を有することになる。
【００１６】
この結果、たとえば磁極位置θが０〜３０度または１８０〜２１０度のいずれかである場合、電流ｉｕ４の大きさ｜ｉｕ４｜が、電流ｉｕ５の大きさ｜ｉｕ５｜に比して大きい場合には、磁極位置θは、０〜３０度の区間であると判定し、式（８）で求めた磁極位置θをそのまま出力する。また、電流ｉｕ４の大きさ｜ｉｕ４｜が、電流ｉｕ５の大きさ｜ｉｕ５｜に比して小さい場合には、磁極位置θは、１８０〜２１０度の区間であると判定し、この場合、式（８）で求めた磁極位置θに１８０度加算して出力する。
【００１７】
同様にして、区間番号ｍが「２」〜「６」の場合にも、式（８）を用いて、０〜１８０度の範囲の磁極位置θを求め、その後、区間番号に対応した電圧ベクトルを、磁気飽和させる印加時間をもって印加し、その電圧ベクトルの絶対値の大小関係を用いて１８０度の磁極位置関係を判定して、磁極位置θを全角にわたって一意に特定するようにしている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来における同期電動機の磁極位置検出装置は、まず、磁極位置θを大きく１８０度の範囲で求めるようにしているため、同期電動機１のコイルに磁気飽和を発生させない印加時間をもつ電圧ベクトルを印加する必要があった。磁気飽和を発生させない印加時間をもつ電圧ベクトルの印加によって検出される電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３等の振幅値は小さいことから、各電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３等の信号はノイズの影響を受けやすく、誤った振幅値を出力する可能性があり、あるいは、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂによってアナログ信号をディジタル信号に変換する際、桁落ちが発生する可能性がある。したがって、電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３等を精度良く検出することができない場合があり、この結果、磁極位置θを正しく検出することができないという問題点があった。
【００１９】
さらに、上述した従来における同期電動機の磁極位置検出装置は、磁気飽和を用いて、磁極位置θを０〜３６０度の範囲で一意に特定するために、磁気飽和する印加時間をもつ２種類の電圧ベクトルを印加するようにしていたが、この場合、コイルのヒステリシス特性による影響を考慮していない。実際の検出電流の振幅値は、同期電動機のコイルのヒステリシス特性の影響を受けることになり、電圧ベクトルの印加順序にも依存することになる。たとえば、電流ｉｕ４の大きさ｜ｉｕ４｜と電流ｉｕ５の大きさ｜ｉｕ５｜とは、ヒステリシス特性という非線形特性の影響を受けて、大きさ｜ｉｕ４｜に比して、大きさ｜ｉｕ５｜が小さくなる。したがって、単に、大きさ｜ｉｕ４｜と大きさ｜ｉｕ５｜とを比較することによって、位相が１８０度異なる範囲を判定し、磁極位置θを一意に特定すると、誤った磁極位置θの検出を行う場合が発生するという問題点があった。
【００２０】
従って、この発明は、同期電動機の磁極位置を簡易、確実、かつ高精度に検出することができる同期電動機の磁極位置検出装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、電圧ベクトル指令に基づいて同期電動機のｎ（ｎは３以上の自然数）相巻線に電圧ベクトルを印加する回路手段と、前記回路手段から印加される電圧ベクトルによって生成されるｎ相巻線上の電流を検出する検出手段と、前記回路手段に対して前記電圧ベクトル指令を出力するとともに該電圧ベクトル指令に基づいた電圧ベクトルの印加終了直後に前記検出手段にトリガ信号を与えて前記検出手段によるｎ相巻線上の電流を検出させ、該検出された電流値をもとに前記同期電動機の磁極位置を演算出力する演算手段と、を備えた同期電動機の磁極位置検出装置において、前記演算手段は、振幅が等しく、かつ等間隔位相をもつ２ｎ種類の各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる前記電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力するとともに、前記検出手段が検出した各相の電流値をもとに、該２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した加算電流値を生成し、この加算電流値に基づいて、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、前記演算手段が、振幅が等しく、かつ等間隔位相をもつ２ｎ種類の各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる前記電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力するとともに、前記検出手段が検出した各相の電流値をもとに、該２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した加算電流値を生成し、この加算電流値に基づいて、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力するようにしているので、±６０／（２＾（ｋ＋１））度の精度で磁極位置を検出することができる。
【００２３】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、電圧ベクトル指令に基づいて同期電動機のｎ（ｎは３以上の自然数）相巻線に電圧ベクトルを印加する回路手段と、前記回路手段から印加される電圧ベクトルによって生成されるｎ相巻線上の電流を検出する検出手段と、前記回路手段に対して前記電圧ベクトル指令を出力するとともに該電圧ベクトル指令に基づいた電圧ベクトルの印加終了直後に前記検出手段にトリガ信号を与えて前記検出手段によるｎ相巻線上の電流を検出させ、該検出された電流値をもとに前記同期電動機の磁極位置を演算出力する演算手段と、を備えた同期電動機の磁極位置検出装置において、前記演算手段は、２ｎ種類の各電圧ベクトルの位相が単調増加あるいは単調減少する順序で各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記演算手段が、２ｎ種類の各電圧ベクトルの位相が単調増加あるいは単調減少する順序で各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力するようにしているので、同期電動機のヒステリシス特性等による非線形要素の影響を抑えることができ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００２５】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、絶対値が最大となる前記加算電流値に対応する磁極位置を出力することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、前記演算手段が、絶対値が最大となる前記加算電流値に対応する磁極位置を出力するようにしているので、磁極位置を簡易かつ正しく検出することができる。
【００２７】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段が、前記加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置を出力することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、前記演算手段が、前記加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置を出力するようにしているので、磁極位置を簡易かつ正しく検出することができる。
【００２９】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルに直交する成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに６０／
（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、前記演算手段が、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルに直交する成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力するようにしているので、磁気飽和等の非線形要素の影響を抑えることができ、同期電動機の突極性によるインダクタンスの変化を検出できるので、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３１】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同相の成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、前記演算手段が、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同相の成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力するようにしているので、磁気飽和等の非線形要素の影響を抑えることができ、同期電動機の突極性によるインダクタンスの変化を検出できるので、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３３】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、前記演算手段が、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３５】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００３６】
この発明によれば、前記演算手段が、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３７】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００３８】
この発明によれば、前記演算手段が、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３９】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００４０】
この発明によれば、前記演算手段が、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００４１】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記第１または第２の加算電流値を含む関数値を用いた関数電流値を生成し、この関数電流値と前記第１または第２の加算電流値との大小関係をもとに磁極位置の領域をさらに狭めて特定することを特徴とする。
【００４２】
この発明によれば、前記演算手段が、前記第１または第２の加算電流値を含む関数値を用いた関数電流値を生成し、この関数電流値と前記第１または第２の加算電流値との大小関係をもとに磁極位置の領域をさらに狭めて特定するようにしているので、磁極位置の範囲を極端に狭めることが可能となり、一層精度のよい磁極位置を検出することができる。
【００４３】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記同期電動機の回転子が回転中に、該回転子の回転によって発生する誘起電圧に比して十分大きな電圧ベクトルを前記ｎ相巻線に印加して磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００４４】
この発明によれば、前記演算手段が、前記同期電動機の回転子が回転中に、該回転子の回転によって発生する誘起電圧に比して十分大きな電圧ベクトルを前記ｎ相巻線に印加して磁極位置を演算出力するようにしているので、同期電動機が回転中であっても、精度よく磁極位置を検出することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
【００４６】
まず、この発明の実施の形態１について説明する。第１図は、この発明の実施の形態１である同期電動機の磁極位置検出装置の概要構成を示すブロック図である。第１図において、この実施の形態１における同期電動機の磁極位置検出装置は、第２４図に示した従来の同期電動機の磁極位置検出装置における演算部１０２の構成を除き、第２４図に示した従来における同期電動機の磁極位置検出装置の構成と同一である。
【００４７】
すなわち、同期電動機１は、図示しない回転子が永久磁石型であり、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相巻線をもつ。演算部２は、回路部３に電圧ベクトル指令Ｖを出力するとともに、検出部４にトリガ信号Ｔｒを出力する。回路部３は、同期電動機１の各相に対して、入力された電圧ベクトル指令に基づいた電圧を印加する。検出部４は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流を検出し、検出電流Ｄｉを演算部２に出力する。演算部２は、入力された検出電流Ｄｉをもとに回転子の磁極位置θを演算し、出力する。
【００４８】
第２図は、回路部３の詳細構成を示す回路図である。第２図において、回路部３は、半導体スイッチ５〜１０を有し、半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、それぞれ直列接続され、直列接続された半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、電位差Ｅｄを生成する直流電圧源１１に並列接続される。半導体スイッチ５、８を接続する中点Ｐｕは、同期電動機１のＵ相に接続され、半導体スイッチ６、９を接続する中点Ｐｖは、同期電動機１のＶ相に接続され、半導体スイッチ７、１０を接続する中点Ｐｗは、同期電動機１のＷ相に接続される。また、半導体スイッチ５〜１０は、半導体電力スイッチング素子としてのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６とダイオードＤ１〜Ｄ６とがそれぞれ対応して並列接続され、各ダイオードの順方向は、直流電圧源１１のプラス側に向けられている。このＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のゲートに印加されるゲート信号は、電圧ベクトル指令Ｖを形成し、各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオン／オフする。
【００４９】
電圧ベクトル指令Ｖは、上述したスイッチングモード「１」〜「８」にそれぞれ対応する電圧ベクトルＶ１〜Ｖ８の種類を有する。各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は、第２６図に示したように、それぞれ６０度ずつの位相差をもち、大きさが等しく、また、電圧ベクトルＶ７、Ｖ８は、第２６図に示すように、大きさが０の電圧ベクトルである。なお、電圧ベクトルＶ０とは、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がオフ状態であることを意味する。
【００５０】
この電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に対応した電圧が同期電動機１のＵ相、Ｖ相およびＷ相に印加されるが、この際、検出部４は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相に流れる電流を検出する。第３図は、検出部４の詳細構成を示すブロック図である。第３図において、電流検出器１２〜１４は、それぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相を流れる電流を検出し、それぞれ出力処理部１５〜１７に出力する。各出力処理部１５〜１７は、それぞれサンプルホールド回路１５ａ〜１７ａを有するとともに、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂを有する。サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａは、演算部２から入力されるトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングに、電流検出器１２〜１４が検出した電流値をサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂは、サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａがホールドしたアナログ信号をディジタル信号にそれぞれ変換し、それぞれＵ相の電流ｉｕ、Ｖ相の電流ｉｖ、Ｗ相の電流ｉｗからなる検出電流Ｄｉを演算部２に出力する。
【００５１】
第４図は、演算部２の詳細構成を示すブロック図である。第４図において、ＣＰＵ１９は、メモリ２０に保持された所定のプログラムをもとに、出力回路２１を介して電圧ベクトル指令Ｖを回路部３に出力し、出力回路２２を介してトリガ信号Ｔｒを検出部４に出力し、検出部４から検出電流Ｄｉが入力回路１８に入力されると、検出電流Ｄｉをもとに後述する演算処理を行って、磁極位置θを特定し、出力回路２３を介して外部に出力する。
【００５２】
第５図は、電圧ベクトル指令Ｖとトリガ信号Ｔｒと検出電流Ｄｉとの関係を示すタイミングチャートである。第５図において、演算部２は、電圧ベクトルＶ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ５→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０の順序を有する電圧ベクトル指令Ｖを回路部３に出力すると、回路部３は、この電圧ベクトル指令Ｖに対応した電圧を順次、同期電動機１に印加する。この電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加時間は、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な時間であり、各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加によって同期電動機１のコイルは磁気飽和する。
【００５３】
また、演算部２は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加終了直後、トリガ信号Ｔｒを検出部４に出力する。検出部４は、各トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流ｉｕ（ｉｕ１〜ｉｕ６）、ｉｖ（ｉｖ１〜ｉｖ６）、ｉｗ（ｉｗ１〜ｉｗ６）を検出し、演算部２に出力する。
【００５４】
ここで、Ｕ相の位相と等しい電圧ベクトルＶ１を印加したときに検出された電流ｉｕと、この電圧ベクトルＶ１と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ４（第２６図参照）を印加したときに検出された電流ｉｕとの振幅和である電流Δｉｕを次式（９）で定義する。この場合、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は、Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ６の順序で印加されるので、電圧ベクトルＶ１を印加したときに検出される電流ｉｕは、電流ｉｕ１であり、電圧ベクトルＶ４を印加したときに検出される電流ｉｕは、電流ｉｕ４である。したがって、電流Δｉｕは、つぎのように表せる。すなわち、
Δｉｕ＝ｉｕ１＋ｉｕ４ …（９）
である。
【００５５】
ここで、同期電動機１のコイルが磁気飽和しない場合には、電流ｉｕ１と電流ｉｕ４とは振幅が等しく、符号が異なる（位相が異なる）ため、Δｉｕ＝０となる。しかし、この実施の形態１において印加される電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加時間は、磁気飽和するに十分な時間であるため、回転子の磁極位置θによってΔｉｕの値は、異なった値を示すことなる。
同様にして、Ｖ相の位相と等しい電圧ベクトルＶ３を印加したときに検出された電流ｉｖと、この電圧ベクトルＶ３と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ６を印加したときに検出された電流ｉｖとの電流Δｉｖは、次式（１０）で定義される。また、Ｗ相の位相と等しい電圧ベクトルＶ５を印加したときに検出された電流ｉｗと、この電圧ベクトルＶ５と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ２を印加したときに検出された電流ｉｗとの振幅和である電流Δｉｗは、次式（１１）で定義される。この場合、上述した電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加順序を考慮すると、式（１０）および式（１１）は、つぎのように表せる。すなわち、
Δｉｖ＝ｉｖ３＋ｉｖ６ …（１０）
Δｉｗ＝ｉｗ５＋ｉｗ２ …（１１）
である。
【００５６】
ところで、上述した電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗは、回転子の磁極位置θによって異なった値を示す。第６図は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が増減する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。第６図では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を、その位相が増減するＶ１→Ｖ４→Ｖ３→Ｖ６→Ｖ５→Ｖ２なる順序で印加した場合における電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示している。
【００５７】
ここで、コイルの磁気飽和による影響のみを考慮すれば、電流Δｉｕは、電圧ベクトルＶ１の印加後に検出したＵ相の電流ｉｕ１と、電圧ベクトルＶ４の印加後に検出したＵ相の電流ｉｕ４との和であるから、磁極位置θが０度のときの電流Δｉｕと、磁極位置θが１８０度のときの電流Δｉｕとの大きさ（絶対値）は等しくなるものと考えられる。
しかし、第６図に示したように、実際には、同期電動機１のヒステリシス特性等の非線形要因によって、電流Δｉｕの最大値（磁極位置θが０度のときの値）と最小値（磁極位置θが１８０度のときの値）との絶対値は、一致しない。このことは、電流Δｉｖおよび電流Δｉｗについても同じである。
【００５８】
一方、第７図は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が単調増加する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。第７図では、第５図で示したように、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を、その位相が単調増加するＶ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ６なる順序で印加した場合における電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示している。
【００５９】
この場合、位相が単調増加する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加することによって、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を小さくすることができ、第７図に示したように振幅値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗのそれぞれの最大値と最小値との絶対値をほぼ一致させることができる。
【００６０】
したがって、この実施の形態１では、第５図に示したように、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加順序を、その位相が単調増加する順序として、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けないようにしている。なお、この実施の形態１では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が単調増加する順序で印加するようにしているが、Ｖ６→Ｖ５→Ｖ４→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ１として、位相が単調減少する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加するようにしても、振幅値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗのそれぞれの最大値と最小値との絶対値をほぼ一致させることができる。
【００６１】
つぎに、演算部２は、上述した式（９）〜（１１）に示した電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算した後、これら電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを用いて、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値が最大となる値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算する。なお、ＭＡＸ（ｘ１、ｘ２、…、ｘｎ）は、値ｘ１〜ｘｎの最大値を意味する。
第７図に示したように、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの値は、磁極位置θが６０度ごとに最大値および最小値を有する。たとえば、磁極位置θが０のとき、Δｉｕが最大値であり、磁極位置θが６０度のとき、Δｉｗが最小値を有する。したがって、磁極位置θの区間を６０度毎に区分した区分番号ｍを用いると、区間と値ＭＡＸとの関係は、つぎのようになる。
区分番号ｍ ： 区間 ： ＭＡＸ
１ ： −３０〜 ３０度 ： Δｉｕ
２ ： ３０〜 ９０度 ： −Δｉｗ
３ ： ９０〜１５０度 ： Δｉｖ
４ ： １５０〜２１０度 ： −Δｉｕ
５ ： ２１０〜２７０度 ： Δｉｗ
６ ： ２７０〜３３０度 ： −Δｉｖ
となる。なお、値ＭＡＸの括弧内において、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗのようにマイナス符号を付したのは、たとえば、磁極位置θが６０度のとき、Δｉｗは最小値を示すが、この最小値を最大値として演算するためである。
【００６２】
具体的な値ＭＡＸの演算としては、たとえば、磁極位置θが６０度のとき、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）＝−Δｉｗとなり、区間番号ｍ＝２が得られ、このときの磁極位置θは３０〜９０度の範囲内であることがわかる。
【００６３】
具体的に、演算部２は、メモリ２０内に、上述した区分番号ｍと値ＭＡＸとの対応関係を保持し、最終的に演算した値ＭＡＸの値をもとに区間番号ｍを獲得し、この区間番号ｍを出力回路２３に送出する。出力回路２３は、区間番号ｍと区間あるいは特定の磁極位置θとの対応関係を保持し、入力された区間番号ｍに対応する磁極位置θを外部に出力する。
【００６４】
ここで、第８図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態１における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第８図において、まず、演算部２は、まず電圧ベクトルＶ０を一定時間、回路部３に出力し、同期電動機１に対して印加する（ステップＳ１０１）。その後、変数ｎを「１」に設定する（ステップＳ１０２）。さらに、この設定されたｎの値をもとに、演算部２は、電圧ベクトルＶｎを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３に出力し、同期電動機１に対して印加する（ステップＳ１０３）。その後、電圧ベクトルＶｎの印加終了直後、トリガ信号Ｔｒを検出部４に出力する（ステップＳ１０４）。そして、第５図に示した電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出部４から取得する（ステップＳ１０５）。たとえば、変数ｎが「１」である場合には、電圧ベクトルＶ１に対応する電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１を取得する。その後、変数ｎを１インクリメントし（ステップＳ１０６）、電圧ベクトルＶ０を一定時間、回路部３に出力し、同期電動機１に対して印加する（ステップＳ１０７）。その後、変数ｎが「６」を超えたか否かを判断し（ステップＳ１０８）、変数ｎが「６」を超えない場合（ステップＳ１０８、ＮＯ）には、ステップＳ１０３に移行し、さらに位相が６０度進んだ電圧ベクトルＶｎを同期電動機１に印加して、電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを取得する処理を繰り返す。
【００６５】
一方、変数ｎが「６」を超えた場合（ステップＳ１０８、ＹＥＳ）、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算する（ステップＳ１０９）。たとえば、電圧ベクトルＶ１が印加されたときの電流ｉｕ１と、電圧ベクトルＶ１の位相と１８０度異なる位相をもつ電圧ベクトルＶ４が印加されたときの電流ｉｕ４との和を演算し、この和を電流Δｉｕとしてメモリ２０に保持する。同様にして、電流Δｉｖ、Δｉｗを演算し、メモリ２０に保持する。さらに、演算部２は、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し（ステップＳ１１０）、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍを出力回路２３に出力し、出力回路２３は、入力された区間番号ｍに対応する磁極位置θを外部に出力し（ステップＳ１１１）、本処理を終了する。
【００６６】
なお、電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを取得するステップＳ１０５では、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算するに必要な電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６のみを取得するようにしてもよい。
【００６７】
また、この実施の形態１では、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの大小関係に基づいて磁極位置θを出力するようにしているが、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号に基づいて磁極位置θを出力するようにしてもよい。
【００６８】
すなわち、上述した区間番号ｍと区間とを用いると、これらと電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号との関係はつぎのようになる。
区分番号ｍ ： 区間 ： Δｉｕ Δｉｖ Δｉｗ
１ ： −３０〜 ３０度 ： ＋ − −
２ ： ３０〜 ９０度 ： ＋ ＋ −
３ ： ９０〜１５０度 ： − ＋ −
４ ： １５０〜２１０度 ： − ＋ ＋
５ ： ２１０〜２７０度 ： − − ＋
６ ： ２７０〜３３０度 ： ＋ − ＋
【００６９】
このような区間番号ｍと区間と電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号との関係を用い、各電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号の組合せから区間番号ｍの値を決定することができる。
【００７０】
この実施の形態１によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、±３０度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【００７１】
つぎに実施の形態２について説明する。実施の形態１では、単調増加する電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を同期電動機１に印加し、この際検出された各相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをもとに磁極位置θを６０度刻みで出力するようにしていたが、この実施の形態２では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に直交する成分の検出電流値を用いて、磁極位置θを３０度刻みで出力するようにしている。
【００７２】
この実施の形態２の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【００７３】
第９図は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の軸と、Ｕ相の軸に対する直交軸との関係を示す図である。第９図において、検出電流ＤｉはＵ相同相成分ＵｉとＵ相直交成分Ｕｑとに分離することができ、このＵ相直交成分Ｕｑは、Ｖ相の電流ｉｖとＷ相の電流ｉｗとの差に比例する。
【００７４】
たとえば、電圧ベクトルＶ１（Ｕ相）を同期電動機１に印加したときに、この電圧ベクトルＶ１に直交するＵ相直交成分Ｕｑの電流ｉｕｘ１は、電流ｉｖ１および電流ｉｗ１を用いて、次式（１２）で表すことができる。すなわち、
ｉｕｘ１＝ｉｖ１−ｉｗ１ …（１２）
である。同様にして、各電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６を同期電動機１に印加したときに、この電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６にそれぞれ直交する電流ｉｗｘ２〜ｉｖｘ６は、次式（１３）〜（１７）で表すことができる。すなわち、
ｉｗｘ２＝ｉｕ２−ｉｖ２ …（１３）
ｉｖｘ３＝ｉｗ３−ｉｕ３ …（１４）
ｉｕｘ４＝ｉｖ４−ｉｗ４ …（１５）
ｉｗｘ５＝ｉｕ５−ｉｖ５ …（１６）
ｉｖｘ６＝ｉｗ６−ｉｕ６ …（１７）
である。
【００７５】
磁気飽和が発生しない電圧ベクトルが同期電動機１に印加される場合、電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４とは、磁極位置θに対して１８０度周期で変化するため、同じ値になる。一方、磁気飽和が発生する電圧ベクトルが同期電動機１に印加される場合には、磁気飽和の影響によって３６０度周期で干渉するため、電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４とは、磁極位置θに対して３６０度周期で変化する。
【００７６】
ここで、磁気飽和が発生しないように電圧ベクトルを印加する従来における磁極位置検出装置では、検出される電流の振幅が小さいことから、検出部４のＡ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂがＡ／Ｄ変換を行う際の分解能に制約を与え、検出精度が劣化する。一方、Ａ／Ｄ変換時における分解能の制約をなくして検出精度を確保するのに十分な電流が発生できる場合、磁気飽和の影響によって、検出される電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４の大きさは一致しない。
【００７７】
したがって、この磁気飽和の影響を除去するために、電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４の平均値に比例する電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４との和である電流ｉｕｘを次式（１８）に示すように、定義する。すなわち、
ｉｕｘ＝ｉｕｘ１＋ｉｕｘ４ …（１８）
である。ここで、磁気飽和の影響は上述したように３６０度周期で変化することと、コイルのインダクタンス変化による影響は１８０度周期で変化することとを考慮すると、電流ｉｕｘは、３６０度周期である磁気飽和の影響を受けないことになる。
電流ｉｕｘと同様にして、電流ｉｖｘ３と電流ｉｖｘ６との和である電流ｉｖｘと、電流ｉｗｘ２と電流ｉｗｘ５との和である電流ｉｗｘとを、次式（１９）、（２０）として定義することができる。すなわち、
ｉｖｘ＝ｉｖｘ３＋ｉｖｘ６ …（１９）
ｉｗｘ＝ｉｗｘ２＋ｉｗｘ５ …（２０）
である。このようにして求めた電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと磁極位置θとの関係は、第１０図に示す関係を有する。第１０図において、各電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘは、磁気飽和の影響を受けずに１８０度周期で変化する。ここで、３０度刻みの磁極位置θに対する電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘに着目すると、たとえば、磁極位置θが−３０〜３０度のうちの−３０〜０度の間では、２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる関係を有し、０〜３０度の間では、その逆に２＊ｉｕｘ＞ｉｖｘ＋ｉｗｘなる関係を有する。同様にして、その他の６０度刻みの磁極位置θに対しても、この６０度刻みを２分割する３０度刻みの磁極位置θに対して、大小関係が逆転する関係を有することがわかる。
【００７８】
すなわち、３０度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ１として定義すると、つぎのような関係を有する。
区分番号ｍ１ ： 区間 ： 大小関係
１ａ ： −３０〜 ０度 ： ２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘ
１ｂ ： ０〜 ３０度 ： ２＊ｉｕｘ＞ｉｖｘ＋ｉｗｘ
２ａ ： ３０〜 ６０度 ： ２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘ
２ｂ ： ６０〜 ９０度 ： ２＊ｉｗｘ＞ｉｕｘ＋ｉｖｘ
３ａ ： ９０〜１２０度 ： ２＊ｉｖｘ＜ｉｕｘ＋ｉｗｘ
３ｂ ： １２０〜１５０度 ： ２＊ｉｖｘ＞ｉｕｘ＋ｉｗｘ
４ａ ： １５０〜１８０度 ： ２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘ
４ｂ ： １８０〜２１０度 ： ２＊ｉｕｘ＞ｉｖｘ＋ｉｗｘ
５ａ ： ２１０〜２４０度 ： ２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘ
５ｂ ： ２４０〜２７０度 ： ２＊ｉｗｘ＞ｉｕｘ＋ｉｖｘ
６ａ ： ２７０〜３００度 ： ２＊ｉｖｘ＜ｉｕｘ＋ｉｗｘ
６ｂ ： ３００〜３３０度 ： ２＊ｉｖｘ＞ｉｕｘ＋ｉｗｘ
【００７９】
ここで、第１１図および第１２図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態２における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１１図において、まず、演算部２は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０８において、実施の形態１におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【００８０】
その後、変数ｎが「６」を超えた場合（ステップＳ２０８、ＹＥＳ）、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算する（ステップＳ２０９）。たとえば、電圧ベクトルＶ１が印加されたときの電流ｉｕ１と、電圧ベクトルＶ１の位相と１８０度異なる位相をもつ電圧ベクトルＶ４が印加されたときの電流ｉｕ１との和を演算し、この和を電流Δｉｕとしてメモリ２０に保持する。同様にして、電流Δｉｖ、Δｉｗを演算し、メモリ２０に保持する。また、各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に直交する成分の電流ｉｕｘ、ｉｗｘ２、ｉｖｘ３、ｉｕｘ４、ｉｗｘ５、ｉｖｘ６を算出し、これら電流のうちの位相が１８０度異なる電流の振幅和の電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算する。
【００８１】
さらに、演算部２は、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し（ステップＳ２１０）、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する（ステップＳ２１１）。ここで、得られた区分番号ｍに対応する磁極位置θは、実施の形態１と同様に６０度刻みとなる。
【００８２】
さらに、第１２図において、演算部２は、区分番号ｍが「１」であるか否かを判断し（ステップＳ２２１）、区分番号ｍが「１」の場合（ステップＳ２２１、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ２０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ２２２）。２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ２２２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ１を「１ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「−１５度」を外部に出力し（ステップＳ２２３）、本処理を終了する。一方、２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ２２２、ＮＯ）には、区分番号ｍ１を「１ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「１５度」を外部に出力し（ステップＳ２２４）、本処理を終了する。
【００８３】
一方、区分番号ｍが「１」でない場合（ステップＳ２２１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍが「２」〜「６」の場合には、さらに、区分番号ｍが「２」であるか否かを判断し（ステップＳ２２５）、区分番号ｍが「２」である場合（ステップＳ２２５、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ２０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ２２６）。２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ２２６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ１を「２ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「４５度」を外部に出力し（ステップＳ２２７）、本処理を終了する。一方、２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ２２６、ＮＯ）には、区分番号ｍ１を「２ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「７５度」を外部に出力し（ステップＳ２２８）、本処理を終了する。
【００８４】
以下、同様にして区分番号ｍが「３」〜「５」に対応する判断処理と、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ１が
「３ａ」〜「６ｂ」に至るまで設定と、磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【００８５】
この実施の形態２によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係によって、±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【００８６】
つぎに実施の形態３について説明する。実施の形態２では、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしていたが、この実施の形態３では、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式の代わりに、各電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの値が絶対基準である「０」を超えるか否かによって、±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしている。
【００８７】
この実施の形態３の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【００８８】
第１０図において、磁極位置θが３０度毎に、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのいずれかが電流値「０」を交差している。そして、６０度刻みの磁極位置θの範囲を２分割する磁極位置θで電流値「０」を交差していることから、各磁極位置θの範囲に対応する電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの正負を判断することによって、３０度刻みの磁極位置θを特定することができる。たとえば、磁極位置θの範囲が−３０〜３０度のうちの−３０〜０度では、電流ｉｕｘが、ｉｕｘ＜０の大小関係を有し、−３０〜３０度のうちの０〜３０度では、電流ｉｕｘが、ｉｕｘ＞０の大小関係を有する。したがって、この大小関係を用いて、３０度刻みの磁極位置θの特定を行うことができる。
【００８９】
すなわち、実施の形態２に示した区分番号ｍ１が「１ａ」か「１ｂ」かの判断を行うための大小関係「２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘ」の代わりに、大小関係「ｉｕｘ＜０」を用いる。その他の区分番号ｍ１に対しても同様に、絶対基準「０」を用いた大小関係によって判断される。
【００９０】
すなわち、３０度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ２として定義すると、つぎのような関係を有する。
区分番号ｍ２ ： 区間 ： 大小関係
１ａ ： −３０〜 ０度 ： ｉｕｘ＜０
１ｂ ： ０〜 ３０度 ： ｉｕｘ＞０
２ａ ： ３０〜 ６０度 ： ｉｗｘ＜０
２ｂ ： ６０〜 ９０度 ： ｉｗｘ＞０
３ａ ： ９０〜１２０度 ： ｉｖｘ＜０
３ｂ ： １２０〜１５０度 ： ｉｖｘ＞０
４ａ ： １５０〜１８０度 ： ｉｕｘ＜０
４ｂ ： １８０〜２１０度 ： ｉｕｘ＞０
５ａ ： ２１０〜２４０度 ： ｉｗｘ＜０
５ｂ ： ２４０〜２７０度 ： ｉｗｘ＞０
６ａ ： ２７０〜３００度 ： ｉｖｘ＜０
６ｂ ： ３００〜３３０度 ： ｉｖｘ＞０
【００９１】
ここで、第１３図および第１４図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態３における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１３図において、まず、演算部２は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０８において、実施の形態２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【００９２】
さらに、ステップＳ３０９〜３１１において、実施の形態２と同様に、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算するとともに、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する。ここまでの処理は、実施の形態２と全く同様であり、実施の形態２と同様に６０度刻みの区分となる。
【００９３】
さらに、第１４図において、演算部２は、区分番号ｍが「１」であるか否かを判断し（ステップＳ３２１）、区分番号ｍが「１」の場合（ステップＳ３２１、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ３０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、ｉｕｘ＜０なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ３２２）。ｉｕｘ＜０なる大小関係を有する場合（ステップＳ３２２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ２を「１ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「−１５度」を外部に出力し（ステップＳ３２３）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜０なる大小関係を有しない場合（ステップＳ３２２、ＮＯ）には、区分番号ｍ２を「１ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「１５度」を外部に出力し（ステップＳ３２４）、本処理を終了する。
【００９４】
一方、区分番号ｍが「１」でない場合（ステップＳ３２１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍが「２」〜「６」の場合には、さらに、区分番号ｍが「２」であるか否かを判断し（ステップＳ３２５）、区分番号ｍが「２」である場合（ステップＳ３２５、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ３０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、ｉｗｘ＜０なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ３２６）。ｉｗｘ＜０なる大小関係を有する場合（ステップＳ３２６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ２を「２ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「４５度」を外部に出力し（ステップＳ３２７）、本処理を終了する。一方、ｉｗｘ＜０なる大小関係を有しない場合（ステップＳ３２６、ＮＯ）には、区分番号ｍ２を「２ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「７５度」を外部に出力し（ステップＳ３２８）、本処理を終了する。
【００９５】
以下、同様にして区分番号ｍが「３」〜「５」に対応する判断処理と、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ２が「３ａ」〜「６ｂ」に至るまで設定と磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【００９６】
この実施の形態３によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた簡易な大小関係によって、±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができるとともに、簡易な大小関係によって磁極位置θを検出するようにしているので、実施の形態２に比して少ない演算量で処理を行うことができる。
【００９７】
つぎに実施の形態４について説明する。実施の形態２、３では、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしていたが、この実施の形態４では、さらに電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて、±７．５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしている。
【００９８】
この実施の形態４の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【００９９】
第１０図において、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのうちのいずれか二つの電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘが、３０度刻みの磁極位置θを２分割する位置で交差している。たとえば、磁極位置θが−３０〜０度の範囲において、磁極位置θが−１５度で電流ｉｕｘと電流ｉｗｘとが交差している。この場合、交差する電流ｉｕｘと電流ｉｗｘとの大小関係を判断することによって、さらに精度の高い磁極位置θを特定することができる。
【０１００】
すなわち、実施の形態２、３に示した区分番号ｍ２が「１ａ」の区分をもつ磁極位置θの領域に対して、電流ｉｕｘと電流ｉｗｘとの大小関係を判断することによって、磁極位置θの領域を１５度刻みに特定することができる。ここで、１５度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ３として定義すると、つぎのような関係を有する。
【０１０１】
区分番号ｍ３ ： 区間 ： 大小関係
１ａα ： −３０〜−１５度 ： ｉｕｘ＜ｉｗｘ
１ａβ ： −１５〜 ０度 ： ｉｕｘ＞ｉｗｘ
１ｂα ： ０〜 １５度 ： ｉｕｘ＜ｉｖｘ
１ｂβ ： １５〜 ３０度 ： ｉｕｘ＞ｉｖｘ
２ａα ： ３０〜 ４５度 ： ｉｗｘ＜ｉｖｘ
２ａβ ： ４５〜 ６０度 ： ｉｗｘ＞ｉｖｘ
２ｂα ： ６０〜 ７５度 ： ｉｗｘ＜ｉｕｘ
２ｂβ ： ７５〜 ９０度 ： ｉｗｘ＞ｉｕｘ
３ａα ： ９０〜１０５度 ： ｉｖｘ＜ｉｕｘ
３ａβ ： １０５〜１２０度 ： ｉｖｘ＞ｉｕｘ
３ｂα ： １２０〜１３５度 ： ｉｖｘ＜ｉｗｘ
３ｂβ ： １３５〜１５０度 ： ｉｖｘ＞ｉｗｘ
４ａα ： １５０〜１６５度 ： ｉｕｘ＜ｉｗｘ
４ａβ ： １６５〜１８０度 ： ｉｕｘ＞ｉｗｘ
４ｂα ： １８０〜１９５度 ： ｉｕｘ＜ｉｖｘ
４ｂβ ： １９５〜２１０度 ： ｉｕｘ＞ｉｖｘ
５ａα ： ２１０〜２２５度 ： ｉｗｘ＜ｉｖｘ
５ａβ ： ２２５〜２４０度 ： ｉｗｘ＞ｉｖｘ
５ｂα ： ２４０〜２５５度 ： ｉｗｘ＜ｉｕｘ
５ｂβ ： ２５５〜２７０度 ： ｉｗｘ＞ｉｕｘ
６ａα ： ２７０〜３８５度 ： ｉｖｘ＜ｉｕｘ
６ａβ ： ３８５〜３００度 ： ｉｖｘ＞ｉｕｘ
６ｂα ： ３００〜３１５度 ： ｉｖｘ＜ｉｗｘ
６ｂβ ： ３１５〜３３０度 ： ｉｖｘ＞ｉｗｘ
【０１０２】
ここで、第１５図〜第１７図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１５図において、まず、演算部２は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０８において、実施の形態２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【０１０３】
さらに、ステップＳ４０９〜４１１において、実施の形態２と同様に、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算するとともに、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する。ここまでの処理は、実施の形態２と全く同様であり、実施の形態２と同様に６０度刻みの区分となる。
【０１０４】
さらに、第１５図において、演算部２は、ステップＳ４２１〜Ｓ４３６において、実施の形態２と同様に、区分番号ｍの値を判断し、この判断結果をもとに、さらに磁極位置θの領域を３０度刻みで２分割するために、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式によって、区分番号ｍ１の値を設定し、メモリ２０に記憶する。これによって、実施の形態２と同様に、磁極位置θの領域を３０度刻みで分割される。
【０１０５】
その後、第１７図において、演算部２は、区分番号ｍ１の値が「１ａ」であるか否かを判断し（ステップＳ４４１）、区分番号ｍ１の値が「１ａ」である場合には、さらに、ｉｕｘ＜ｉｗｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ４４２）。ｉｕｘ＜ｉｗｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ４４２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ３を「１ａα」に設定し、この設定した区分番号ｍ３を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ３の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−２２．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４３）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜ｉｗｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ４４２、ＮＯ）には、区分番号ｍ３を「１ａβ」に設定し、この設定した区分番号ｍ３を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ３の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−７．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４４）、本処理を終了する。
【０１０６】
一方、区分番号ｍ１が「１ａ」でない場合（ステップＳ４４１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍ１が「１ｂ」〜「６ｂ」の場合には、さらに、区分番号ｍ１が「１ｂ」であるか否かを判断し（ステップＳ４４５）、区分番号ｍ１が「１ｂ」である場合（ステップＳ４４５、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ２０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、ｉｕｘ＜ｉｖｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ４４６）。ｉｕｘ＜ｉｖｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ４４６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ３を「１ｂα」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ３を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ３に対応する磁極位置θ、すなわち「７．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４７）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜ｉｖｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ４４６、ＮＯ）には、区分番号ｍ３を「１ｂβ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ３を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ３に対応する磁極位置θ、すなわち「２２．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４８）、本処理を終了する。
【０１０７】
以下、同様にして、区分番号ｍ３が「２ａ」〜「６ａ」に対応する判断処理と、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた１５度刻みの大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ３が「２ａα」〜「６ｂβ」に至るまで設定と、磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【０１０８】
なお、第１６図に示したステップＳ４２１〜４３６の処理は、第１４図に示した実施の形態３と同様な処理を行って、磁極領域θを３０度刻みに分割するようにしてもよい。
【０１０９】
この実施の形態４によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた簡易な大小関係によって、±７．５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【０１１０】
つぎに実施の形態５について説明する。実施の形態２〜４では、いずれも電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて、±１５度あるいは±７．５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしていたが、この実施の形態５では、さらに電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて、±３．７５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしている。
【０１１１】
この実施の形態４の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【０１１２】
この実施の形態５では、磁極位置θに対して、上述した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘ自体の変化による大小関係を用いるのではなく、上述した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた新たな関数を生成し、これらの関数と電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘとの大小関係を用いて、さらに１５度刻みの磁極位置θを分割するものである。
【０１１３】
この新たな関数として、
（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）
（２＊ｉｖｘ＋ｉｗｘ）／√（３）
（２＊ｉｖｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
等を用いている。
【０１１４】
第１８図は、磁極位置θが−３０〜３０度の範囲での磁極位置θに対する電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘおよび上述した４つの関数の変化を示した図である。第１８図において、たとえば、磁極位置θが−３０〜−１５度の範囲で、電流ｉｕｘと関数（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）とは、磁極位置θが「−２２、５度」で交差している。また、磁極位置θが−１５〜０度の範囲で、電流ｉｕｘと関数（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）とは、磁極位置θが「−７．５度」で交差している。したがって、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと、上述した新たに生成した関数との大小関係を判断することによって、さらに磁極位置θの領域を分割することができ、一層精度の高い磁極位置を特定することができる。
【０１１５】
ここで、７．５度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ４として定義すると、つぎのような関係を有する。なお、ここでは、磁極位置θが−３０〜３０度の範囲のみについて記述するが、他の磁極位置θの範囲についても同様な区分を行うことができる。
区分番号ｍ４： 区間 ： 大小関係
１ａαｘ ：-30.0〜-22.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
１ａαｙ ：-22.5〜-15.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
１ａβｘ ：-15.0〜- 7.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）
１ａβｙ ：- 7.5〜 0.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）
１ｂαｘ ： 0.0〜 7.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｖｘ＋ｉｗｘ）／√（３）
１ｂαｙ ： 7.5〜 15.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｖｘ＋ｉｗｘ）／√（３）
１ｂβｘ ： 15.0〜 22.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｖｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
１ｂβｙ ： 22.5〜 30.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｖｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
【０１１６】
ここで、第１９図〜第２２図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１９図において、まず、演算部２は、ステップＳ５０１〜Ｓ５０８において、実施の形態４におけるステップＳ４０１〜Ｓ４０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【０１１７】
さらに、ステップＳ５０９〜５１１において、実施の形態４と同様に、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算するとともに、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する。ここまでの処理によって、６０度刻みの区分に分割することができる。
【０１１８】
さらに、第２０図において、演算部２は、ステップＳ５２１〜Ｓ５３６において、実施の形態４と同様に、区分番号ｍの値を判断し、この判断結果をもとに、さらに磁極位置θの領域を３０度刻みで２分割するために、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式によって、区分番号ｍ１の値を設定し、メモリ２０に記憶する。これによって、６０度刻みの磁極位置θの領域がさらに２分割され、３０度刻みの分割となる。
【０１１９】
その後、第２１図において、演算部２は、ステップＳ５４１〜Ｓ５５６において、実施の形態４と同様に、区分番号ｍ１の値を判断し、この判断結果をもとに、さらに磁極位置θの領域を１５度刻みで２分割するために、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式によって、区分番号ｍ３の値を設定し、メモリ２０に記憶する。これによって、３０度刻みの磁極位置θの領域がさらに２分割され、１５度刻みの分割となる。
【０１２０】
さらに、第２２図において、演算部２は、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと新たに生成した関数との大小関係を判断することによって、１５度刻みの磁極位置θの領域を２分割する。まず、演算部２は、区分番号ｍ３の値が「１ａα」であるか否かを判断し（ステップＳ５６１）、区分番号ｍ３の値が「１ａα」である場合には、さらに、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ５６２）。ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）なる大小関係を有する場合（ステップＳ５６２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ４を「１ａαｘ」に設定し、この設定した区分番号ｍ４を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ４の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−２６．２５度」を外部に出力し（ステップＳ５６３）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）なる大小関係を有しない場合（ステップＳ５６２、ＮＯ）には、区分番号ｍ４を「１ａαｙ」に設定し、この設定した区分番号ｍ４を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ４の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−１８．７５度」を外部に出力し（ステップＳ５６４）、本処理を終了する。
【０１２１】
一方、区分番号ｍ３が「１ａα」でない場合（ステップＳ５６１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍ３が「１ａβ」〜「６ｂβ」の場合には、さらに、区分番号ｍ３が「１ａβ」であるか否かを判断し（ステップＳ５６５）、区分番号ｍ３が「１ａβ」である場合（ステップＳ５６５、ＹＥＳ）には、さらに、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ５６６）。ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）なる大小関係を有する場合（ステップＳ５６６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ４を「１ａβｘ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ４を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ４に対応する磁極位置θ、すなわち「−１１．７５度」を外部に出力し（ステップＳ５６７）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）なる大小関係を有しない場合（ステップＳ５６６、ＮＯ）には、区分番号ｍ４を「１ａβｙ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ４を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ４に対応する磁極位置θ、すなわち「−３．７５度」を外部に出力し（ステップＳ５６８）、本処理を終了する。
【０１２２】
以下、同様にして区分番号ｍ３が「１ｂα」〜「６ｂα」に対応する判断処理と、７．５度刻みの大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ４が「２ｂαｘ」〜「６ｂβｙ」に至るまで設定と、磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【０１２３】
この実施の形態５によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと、この電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて新たに生成した関数の値との大小関係によって、±３．７５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【０１２４】
つぎに実施の形態６について説明する。実施の形態１〜５では、いずれも同期電動機１が静止し、回転子が回転していない状態を前提として説明したが、この実施の形態６では、同期電動機１が回転動作をしている場合に上述した実施の形態１〜５の構成および処理を適用するものである。
【０１２５】
同期電動機１が回転している場合、同期電動機１の誘起電圧に比較して、印加される電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の大きさが十分大きいときには、この誘起電圧の存在を無視することができる。
【０１２６】
したがって、この実施の形態６は、上述した実施の形態１〜５において、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の大きさを、誘起電圧に比して十分大きな値に設定する。これによって、同期電動機１が回転動作中であっても、磁極位置θを高精度に正しき検出することができる。
【０１２７】
つぎに実施の形態７について説明する。実施の形態２〜６では、いずれも電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に直交する成分の電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて磁極位置θを出力するようにしているが、この実施の形態７では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と同相成分の電流値を用いて磁極位置θを出力するようにしている。
【０１２８】
第９図において、たとえば電圧ベクトルＶ１を同期電動機１に印加した場合、電圧ベクトルＶ１と同相の成分であるＵ相同相成分Ｕｉの電流ｉｕｚ１は、次式（２１）を用いて表すことができる。すなわち、
ｉｕｚ１＝２ｉｕ１−ｉｖ１−ｉｗ１ …（２１）
である。同様にして、各電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６を同期電動機１に印加した場合における、各電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６と同相の成分である電流ｉｗｚ２〜ｉｖｚ６は、次式（２２）〜（２６）を用いて表すことができる。すなわち、
ｉｗｚ２＝２ｉｗ２−ｉｕ２−ｉｖ２ …（２２）
ｉｖｚ３＝２ｉｖ３−ｉｗ３−ｉｕ３ …（２３）
ｉｕｚ４＝２ｉｕ４−ｉｖ４−ｉｗ４ …（２４）
ｉｗｚ５＝２ｉｗ５−ｉｕ５−ｉｖ５ …（２５）
ｉｖｚ６＝２ｉｖ６−ｉｗ６−ｉｕ６ …（２６）
となる。そして、実施の形態２と同様に、磁気飽和の影響を除去するために、位相が１８０度の位置にある電流ｉｕｚ１〜ｉｖｚ６を加算した組合せを定義すると、次式（２７）〜（２９）に示す電流ｉｕｚ〜ｉｗｚを得ることができる。すなわち、
ｉｕｚ＝ｉｕｚ１＋ｉｕｚ４−ｉｚ０ …（２７）
ｉｖｚ＝ｉｖｚ３＋ｉｖｚ６−ｉｚ０ …（２８）
ｉｗｚ＝ｉｕｚ２＋ｉｗｚ５−ｉｚ０ …（２９）
となる。ただし、「ｉｚ０」は、次式（３０）で示される値である。すなわち、
ｉｚ０＝（ｉｕｚ１＋ｉｗｚ２＋ｉｖｚ３
＋ｉｕｚ４＋ｉｗｚ５＋ｉｖｚ６）／３ …（３０）
である。
【０１２９】
このようにして求めた電流ｉｕｚ、ｉｖｚ、ｉｗｚと磁極位置θとの関係は第２３図に示す関係をもつ。第２３図において、各電流ｉｕｚ、ｉｖｚ、ｉｗｚは、磁気飽和の影響を受けず、１８０度周期で変化する。
【０１３０】
したがって、上述した実施の形態２〜６で用いた電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘに代え、電流ｉｕｚ、ｉｕｚ、ｉｗｚの大小関係を用いることによって、実施の形態２〜６と同様にして磁極位置θを出力することができる。
【０１３１】
（産業上の利用可能性）
この発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、簡易な構成によって効率的に制御することができる同期電動機の分野に有用であり、簡易、確実、かつ高精度に磁極位置を検出することができる同期電動機の磁極位置検出装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である同期電動機の磁極位置検出装置の概要構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した回路部３の詳細構成を示す回路図である。
【図３】 図１に示した検出部４の詳細構成を示すブロック図である。
【図４】 図１に示した演算部２の詳細構成を示すブロック図である。
【図５】 電圧ベクトル指令、トリガ信号、および各相の検出電流を示すタイミングチャートである。
【図６】 電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が増減する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。
【図７】 電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が単調増加する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。
【図８】 この実施の形態１における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャートである。
【図９】 Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の軸と、Ｕ相の軸に対する直交軸との関係を示す図である。
【図１０】 電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと磁極位置θとの関係を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図１２】 この発明の実施の形態２における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１３】 この発明の実施の形態３における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図１４】 この発明の実施の形態３における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１５】 この発明の実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図１６】 この発明の実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１７】 この発明の実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その３）である。
【図１８】 磁極位置θと、この発明の実施の形態５が用いる電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘおよびこれらの電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた新たな関数の値との関係を示す図である。
【図１９】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図２０】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図２１】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その３）である。
【図２２】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その４）である。
【図２３】 電流ｉｕｚ、ｉｖｚ、ｉｗｚと磁極位置θとの関係を示す図である。
【図２４】 従来における同期電動機の磁極位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】 図２４に示した回路部３の詳細構成を示す回路図である。
【図２６】 Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相と電圧ベクトルＶ１〜Ｖ８との関係を示す図である。
【図２７】 図２４に示した検出部４の詳細構成を示すブロック図である。
【図２８】 図２４に示した従来の磁極位置検出装置における電圧ベクトル指令とトリガ信号と各相の検出電流とのタイミングチャートである。
【図２９】 磁極位置θに対する電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の変化を示す図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、同期電動機の磁極位置を簡易、確実、かつ高精度に検出することができる同期電動機の磁極位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、同期電動機を効率よく制御するために、同期電動機の回転子の磁極位置を検出していた。この同期電動機の磁極位置を検出する場合、回転子の電気角（磁極位置）をエンコーダ等の位置検出器を用いて直接検出するものがある。しかし、回転子の回転角を直接検出するには、位置検出器等の磁極位置検出専用のセンサを同期電動機に付加する必要があり、装置構成の規模が大きくなるとともに、経済性が悪いという欠点をもたらす。
【０００３】
このため、位置検出器を用いないで同期電動機の磁極位置を検出する装置が提案されている（特開平７−１７７７８８号公報参照）。第２４図は、位置検出器を用いない従来における同期電動機の磁極位置検出装置の概要構成を示す図である。第２４図において、同期電動機１は、回転子が永久磁石型であり、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相巻線をもつ。演算部１０２は、回路部３に電圧ベクトル指令Ｖを出力するとともに、検出部４にトリガ信号Ｔｒを出力する。回路部３は、同期電動機１の各相に対して、入力された電圧ベクトル指令Ｖに基づいた電圧を印加する。検出部４は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流を検出し、検出電流Ｄｉを演算部１０２に出力する。演算部１０２は、入力された検出電流Ｄｉをもとに回転子の磁極位置θを演算し、出力する。
【０００４】
第２５図は、回路部３の詳細構成を示す図である。第２５図において、回路部３は、半導体スイッチ５〜１０を有し、半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、それぞれ直列接続され、直列接続された半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、電位差Ｅｄを生成する直流電圧源１１に並列接続される。半導体スイッチ５、８を接続する中点Ｐｕは、同期電動機１のＵ相に接続され、半導体スイッチ６、９を接続する中点Ｐｖは、同期電動機１のＶ相に接続され、半導体スイッチ７、１０を接続する中点Ｐｗは、同期電動機１のＷ相に接続される。また、各半導体スイッチ５〜１０は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）Ｑ１〜Ｑ６とダイオードＤ１〜Ｄ６とがそれぞれ対応して並列接続され、ダイオードの順方向は、直流電圧源１１のプラス側に向けられている。このＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のゲートに印加されるゲート信号は、電圧ベクトル指令Ｖを形成し、各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオン／オフする。
【０００５】
ここで、電圧ベクトル指令Ｖは、９つのスイッチングモード「０」〜「８」を有し、各スイッチングモード「０」〜「８」は、オンするＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の組み合わせによって、つぎのように定義される。
スイッチングモード ： オンするＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の組み合わせ
「０」 ： なし
「１」 ： Ｑ１、Ｑ５、Ｑ６
「２」 ： Ｑ１、Ｑ２、Ｑ６
「３」 ： Ｑ４、Ｑ２、Ｑ６
「４」 ： Ｑ４、Ｑ２、Ｑ３
「５」 ： Ｑ４、Ｑ５、Ｑ３
「６」 ： Ｑ１、Ｑ５、Ｑ３
「７」 ： Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３
「８」 ： Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６
【０００６】
各スイッチングモード「１」〜「８」にそれぞれ対応する電圧ベクトルＶ１〜Ｖ８は、第２６図に示すように、それぞれ６０度ずつの位相差をもち、大きさが等しい電圧ベクトルとなる。ここで具体的に、電圧ベクトルＶ１の大きさを求める。電圧ベクトルＶ１は、スイッチングモード「１」に対応するため、ＩＧＢＴＱ１、Ｑ５、Ｑ６はオンし、ＩＧＢＴＱ４、Ｑ２、Ｑ３はオフする。したがって、Ｕ相とＶ相との間の線間電圧Ｖｕｖ、Ｖ相とＷ相との間の線間電圧Ｖｖｗ、およびＷ相とＵ相との間の線間電圧Ｖｗｕは、次式（１）〜（３）
Ｖｕｖ＝Ｖｕ−Ｖｖ＝Ｅｄ …（１）
Ｖｖｗ＝Ｖｖ−Ｖｗ＝０ …（２）
Ｖｗｕ＝Ｖｗ−Ｖｕ＝−Ｅｄ …（３）
のようになる。ただし、「Ｖｕ」は、Ｕ相の電位（中点Ｐｕの電位）であり、「Ｖｖ」は、Ｖ相の電位（中点Ｐｖの電位）であり、「Ｖｗ」は、Ｗ相の電位（中点Ｐｗの電位）である。
さらに、式（１）〜（３）から、電位Ｖｕ〜Ｖｗを求めると、各電位Ｖｕ〜Ｖｗは、次式（４）〜（６）のようになる。すなわち、
Ｖｕ＝２／３＊Ｅｄ …（４）
Ｖｖ＝−１／３＊Ｅｄ …（５）
Ｖｗ＝−１／３＊Ｅｄ …（６）
となる。
【０００７】
したがって、電圧ベクトルＶ１の方向は、第２６図に示すように、Ｕ相の方向となる。また、電圧ベクトルＶ１の大きさ｜Ｖ１｜は次式（７）によって表される。すなわち、
｜Ｖ１｜＝２／３＊Ｅｄ−１／３＊Ｅｄcos（１２０度）
−１／３＊Ｅｄcos（２４０度）
＝Ｅｄ …（７）
となる。
【０００８】
なお、その他の電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６は、電圧ベクトルＶ１と同様の演算を行うことによって、その方向と大きさとを求めることができ、電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６の方向は、第２６図に示すように、Ｕ相に対して順次位相差６０度をもち、大きさはＥｄとなる。また、電圧ベクトルＶ７、Ｖ８は、第２６図に示すように、大きさが０の電圧ベクトルとなる。
【０００９】
この電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に対応した電圧が同期電動機１のＵ相、Ｖ相、およびＷ相に印加されるが、この際、検出部４はトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相に流れる電流を検出する。第２７図は、検出部４の詳細構成を示すブロック図である。第２７図において、電流検出器１２〜１４は、それぞれＵ相、Ｖ相、およびＷ相を流れる電流を検出し、それぞれ出力処理部１５〜１７に出力する。各出力処理部１５〜１７は、それぞれサンプルホールド回路１５ａ〜１７ａを有するとともに、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂを有する。サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａは、演算部１０２から入力されるトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングに、電流検出器１２〜１４が検出した電流値をサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂは、サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａがホールドしたアナログ信号をディジタル信号にそれぞれ変換し、それぞれＵ相の電流ｉｕ、Ｖ相の電流ｉｖ、Ｗ相の電流ｉｗからなる検出電流Ｄｉを演算部２に出力する。
【００１０】
ここで、第２８図に示すタイミングチャートを参照して電圧ベクトル指令Ｖとトリガ信号Ｔｒと検出電流Ｄｉとの関係について説明する。第２８図において、演算部１０２は、同期電動機１が静止し、かつ各相の電流が零の状態である場合に、まず、電圧ベクトル指令Ｖとして、電圧ベクトルＶ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ５→Ｖ０を順次、回路部３に出力するとともに、各電圧ベクトルの印加終了直後にトリガ信号Ｔｒを検出部４に出力する。上述したように、回路部３は電圧ベクトル指令Ｖをもとに電圧ベクトルＶ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ５→Ｖ０を順次、同期電動機１に印加する。なお、各電圧ベクトルＶ１、Ｖ３、Ｖ５の印加時間は、同期電動機１が磁気飽和しない範囲の十分短い時間とする。検出部４の出力処理部１５〜１７は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流、すなわち電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをサンプリングし、Ｕ相の電流ｉｕ１〜ｉｕ３、Ｖ相の電流ｉｖ１〜ｉｖ３、Ｗ相の電流ｉｗ１〜ｉｗ３を検出結果として演算部１０２に出力する。Ｕ相の電流ｉｕ１、Ｖ相の電流ｉｖ１、Ｗ相の電流ｉｗ１は、電圧ベクトルＶ１の直後に印加されるトリガ信号Ｔｒによって検出される電流であり、Ｕ相の電流ｉｕ２、Ｖ相の電流ｉｖ２、Ｗ相の電流ｉｗ２は、電圧ベクトルＶ３の直後に印加されるトリガ信号Ｔｒによって検出される電流であり、Ｕ相の電流ｉｕ３、Ｖ相の電流ｉｖ３、Ｗ相の電流ｉｗ３は、電圧ベクトルＶ５の直後に印加されるトリガ信号Ｔｒによって検出される電流である。
【００１１】
ところで、同期電動機１の回転子の磁極位置θと電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３との関係は第２９図に示す関係を有する。ここで、磁極位置θが０〜１８０度までの間に着目すると、電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の電流値の大小関係によって磁極位置θを３０度単位で６つに区分することができる。ここで、６つに区分される磁極位置θの領域区間に区分番号ｍを付して表すと、つぎのようになる。
区分番号ｍ ： 区間 ： 大小関係
１ ： ０〜 ３０度 ： ｉｕ１＞ｉｗ３＞ｉｖ２
２ ： ３０〜 ６０度 ： ｉｗ３＞ｉｕ１＞ｉｖ２
３ ： ６０〜 ９０度 ： ｉｗ３＞ｉｖ２＞ｉｕ１
４ ： ９０〜１２０度 ： ｉｖ２＞ｉｗ３＞ｉｕ１
５ ： １２０〜１５０度 ： ｉｖ２＞ｉｕ１＞ｉｗ３
６ ： １５０〜１８０度 ： ｉｕ１＞ｉｖ２＞ｉｗ３
【００１２】
したがって、この電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の大小関係をもとに、磁極位置θが０〜１８０度の範囲であれば、磁極位置θを３０度単位で求めることができる。具体的な磁極位置θの特定は、次式（８）をもとに演算する。すなわち、
θ＝（ｍ−１）×３０＋１５＋ｆ（ｍ）×（ｉａｖ−ｉｍ）×ｋ …（８）
によって磁極位置θを特定する。この場合、第２９図において、３０度単位の各区間における電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の電流値の中で、中間の電流値を有する電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３、たとえば磁極位置θが０〜３０度の区間における電流ｉｗ３をこの区間で直線であるとみなす。また、電流ｉａｖは、電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の平均値であり、電流ｉｍは、区分番号ｍにおいて直線近似した電流であり、係数ｋは、この直線の傾きである。なお、区分番号が１、３、５のとき、ｆ（ｍ）＝１であり、区分番号が２、４、６のとき、ｆ（ｍ）＝−１である。
【００１３】
ところで、磁極位置θは、この式（８）を用いて、０〜１８０度の範囲で、区間ではなく、一点の磁極位置θを特定することができるが、第２９図に示すように、磁極位置θは１８０度周期で変化するため、３６０度の全角に対しては、磁気飽和を用い、磁極位置θを一意に決定する。
【００１４】
たとえば、区間番号ｍが「１」の場合、磁極位置θは、０〜３０度または１８０度〜２１０度のいずれかの区間であり、一意に磁極位置θを特定することができないが、この場合、第１７図に示すように、磁気飽和が発生する長い印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１、Ｖ４を同期電動機１に印加することによって、磁極位置θの区間を選択決定する。
【００１５】
詳述すると、磁気飽和が発生しない場合、電流ｉｕ４、ｉｕ５の絶対値は等しくなる。しかし、磁極位置に近い電圧ベクトルＶ１、Ｖ４を印加したときに発生する磁束は同期電動機１の回転子の磁束に対して増磁方向に作用するため、磁気飽和が発生すると同期電動機１のコイルのインダクタンスが減少する。したがって、磁気飽和が発生すると、磁極位置θに近い位相の電圧ベクトルＶ１またはＶ４を印加したときの電流と、磁極位置θに近い位相に対して１８０度位相が異なる電圧ベクトルＶ４またはＶ１を印加したときの電流とを比較すると、磁極位置θに近い位相の電圧ベクトルＶ１またはＶ４を印加したときの電流の方が大きな値を有することになる。
【００１６】
この結果、たとえば磁極位置θが０〜３０度または１８０〜２１０度のいずれかである場合、電流ｉｕ４の大きさ｜ｉｕ４｜が、電流ｉｕ５の大きさ｜ｉｕ５｜に比して大きい場合には、磁極位置θは、０〜３０度の区間であると判定し、式（８）で求めた磁極位置θをそのまま出力する。また、電流ｉｕ４の大きさ｜ｉｕ４｜が、電流ｉｕ５の大きさ｜ｉｕ５｜に比して小さい場合には、磁極位置θは、１８０〜２１０度の区間であると判定し、この場合、式（８）で求めた磁極位置θに１８０度加算して出力する。
【００１７】
同様にして、区間番号ｍが「２」〜「６」の場合にも、式（８）を用いて、０〜１８０度の範囲の磁極位置θを求め、その後、区間番号に対応した電圧ベクトルを、磁気飽和させる印加時間をもって印加し、その電圧ベクトルの絶対値の大小関係を用いて１８０度の磁極位置関係を判定して、磁極位置θを全角にわたって一意に特定するようにしている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来における同期電動機の磁極位置検出装置は、まず、磁極位置θを大きく１８０度の範囲で求めるようにしているため、同期電動機１のコイルに磁気飽和を発生させない印加時間をもつ電圧ベクトルを印加する必要があった。磁気飽和を発生させない印加時間をもつ電圧ベクトルの印加によって検出される電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３等の振幅値は小さいことから、各電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３等の信号はノイズの影響を受けやすく、誤った振幅値を出力する可能性があり、あるいは、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂによってアナログ信号をディジタル信号に変換する際、桁落ちが発生する可能性がある。したがって、電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３等を精度良く検出することができない場合があり、この結果、磁極位置θを正しく検出することができないという問題点があった。
【００１９】
さらに、上述した従来における同期電動機の磁極位置検出装置は、磁気飽和を用いて、磁極位置θを０〜３６０度の範囲で一意に特定するために、磁気飽和する印加時間をもつ２種類の電圧ベクトルを印加するようにしていたが、この場合、コイルのヒステリシス特性による影響を考慮していない。実際の検出電流の振幅値は、同期電動機のコイルのヒステリシス特性の影響を受けることになり、電圧ベクトルの印加順序にも依存することになる。たとえば、電流ｉｕ４の大きさ｜ｉｕ４｜と電流ｉｕ５の大きさ｜ｉｕ５｜とは、ヒステリシス特性という非線形特性の影響を受けて、大きさ｜ｉｕ４｜に比して、大きさ｜ｉｕ５｜が小さくなる。したがって、単に、大きさ｜ｉｕ４｜と大きさ｜ｉｕ５｜とを比較することによって、位相が１８０度異なる範囲を判定し、磁極位置θを一意に特定すると、誤った磁極位置θの検出を行う場合が発生するという問題点があった。
【００２０】
従って、この発明は、同期電動機の磁極位置を簡易、確実、かつ高精度に検出することができる同期電動機の磁極位置検出装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、電圧ベクトル指令に基づいて同期電動機のｎ（ｎは３以上の自然数）相巻線に電圧ベクトルを印加する回路手段と、前記回路手段から印加される電圧ベクトルによって生成されるｎ相巻線上の電流を検出する検出手段と、前記回路手段に対して前記電圧ベクトル指令を出力するとともに該電圧ベクトル指令に基づいた電圧ベクトルの印加終了直後に前記検出手段にトリガ信号を与えて前記検出手段によるｎ相巻線上の電流を検出させ、該検出された電流値をもとに前記同期電動機の磁極位置を演算出力する演算手段と、を備えた同期電動機の磁極位置検出装置において、前記演算手段は、振幅が等しく、かつ等間隔位相をもつ２ｎ種類の各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる前記電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力するとともに、前記検出手段が検出した各相の電流値をもとに、該２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した加算電流値を生成し、この加算電流値に基づいて、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、前記演算手段が、振幅が等しく、かつ等間隔位相をもつ２ｎ種類の各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる前記電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力するとともに、前記検出手段が検出した各相の電流値をもとに、該２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した加算電流値を生成し、この加算電流値に基づいて、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力するようにしているので、±６０／（２＾（ｋ＋１））度の精度で磁極位置を検出することができる。
【００２３】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、電圧ベクトル指令に基づいて同期電動機のｎ（ｎは３以上の自然数）相巻線に電圧ベクトルを印加する回路手段と、前記回路手段から印加される電圧ベクトルによって生成されるｎ相巻線上の電流を検出する検出手段と、前記回路手段に対して前記電圧ベクトル指令を出力するとともに該電圧ベクトル指令に基づいた電圧ベクトルの印加終了直後に前記検出手段にトリガ信号を与えて前記検出手段によるｎ相巻線上の電流を検出させ、該検出された電流値をもとに前記同期電動機の磁極位置を演算出力する演算手段と、を備えた同期電動機の磁極位置検出装置において、前記演算手段は、２ｎ種類の各電圧ベクトルの位相が単調増加あるいは単調減少する順序で各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記演算手段が、２ｎ種類の各電圧ベクトルの位相が単調増加あるいは単調減少する順序で各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力するようにしているので、同期電動機のヒステリシス特性等による非線形要素の影響を抑えることができ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００２５】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、絶対値が最大となる前記加算電流値に対応する磁極位置を出力することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、前記演算手段が、絶対値が最大となる前記加算電流値に対応する磁極位置を出力するようにしているので、磁極位置を簡易かつ正しく検出することができる。
【００２７】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段が、前記加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置を出力することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、前記演算手段が、前記加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置を出力するようにしているので、磁極位置を簡易かつ正しく検出することができる。
【００２９】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルに直交する成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに６０／
（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、前記演算手段が、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルに直交する成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力するようにしているので、磁気飽和等の非線形要素の影響を抑えることができ、同期電動機の突極性によるインダクタンスの変化を検出できるので、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３１】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同相の成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、前記演算手段が、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同相の成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力するようにしているので、磁気飽和等の非線形要素の影響を抑えることができ、同期電動機の突極性によるインダクタンスの変化を検出できるので、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３３】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、前記演算手段が、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３５】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００３６】
この発明によれば、前記演算手段が、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３７】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００３８】
この発明によれば、前記演算手段が、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００３９】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定することを特徴とする。
【００４０】
この発明によれば、前記演算手段が、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定するようにしているので、磁極位置の範囲が精度よく狭められ、磁極位置を高精度に検出することができる。
【００４１】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記第１または第２の加算電流値を含む関数値を用いた関数電流値を生成し、この関数電流値と前記第１または第２の加算電流値との大小関係をもとに磁極位置の領域をさらに狭めて特定することを特徴とする。
【００４２】
この発明によれば、前記演算手段が、前記第１または第２の加算電流値を含む関数値を用いた関数電流値を生成し、この関数電流値と前記第１または第２の加算電流値との大小関係をもとに磁極位置の領域をさらに狭めて特定するようにしているので、磁極位置の範囲を極端に狭めることが可能となり、一層精度のよい磁極位置を検出することができる。
【００４３】
つぎの発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、上記の発明において、前記演算手段は、前記同期電動機の回転子が回転中に、該回転子の回転によって発生する誘起電圧に比して十分大きな電圧ベクトルを前記ｎ相巻線に印加して磁極位置を演算出力することを特徴とする。
【００４４】
この発明によれば、前記演算手段が、前記同期電動機の回転子が回転中に、該回転子の回転によって発生する誘起電圧に比して十分大きな電圧ベクトルを前記ｎ相巻線に印加して磁極位置を演算出力するようにしているので、同期電動機が回転中であっても、精度よく磁極位置を検出することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
【００４６】
まず、この発明の実施の形態１について説明する。第１図は、この発明の実施の形態１である同期電動機の磁極位置検出装置の概要構成を示すブロック図である。第１図において、この実施の形態１における同期電動機の磁極位置検出装置は、第２４図に示した従来の同期電動機の磁極位置検出装置における演算部１０２の構成を除き、第２４図に示した従来における同期電動機の磁極位置検出装置の構成と同一である。
【００４７】
すなわち、同期電動機１は、図示しない回転子が永久磁石型であり、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相巻線をもつ。演算部２は、回路部３に電圧ベクトル指令Ｖを出力するとともに、検出部４にトリガ信号Ｔｒを出力する。回路部３は、同期電動機１の各相に対して、入力された電圧ベクトル指令に基づいた電圧を印加する。検出部４は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流を検出し、検出電流Ｄｉを演算部２に出力する。演算部２は、入力された検出電流Ｄｉをもとに回転子の磁極位置θを演算し、出力する。
【００４８】
第２図は、回路部３の詳細構成を示す回路図である。第２図において、回路部３は、半導体スイッチ５〜１０を有し、半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、それぞれ直列接続され、直列接続された半導体スイッチ５、８、６、９、７、１０の各対は、電位差Ｅｄを生成する直流電圧源１１に並列接続される。半導体スイッチ５、８を接続する中点Ｐｕは、同期電動機１のＵ相に接続され、半導体スイッチ６、９を接続する中点Ｐｖは、同期電動機１のＶ相に接続され、半導体スイッチ７、１０を接続する中点Ｐｗは、同期電動機１のＷ相に接続される。また、半導体スイッチ５〜１０は、半導体電力スイッチング素子としてのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６とダイオードＤ１〜Ｄ６とがそれぞれ対応して並列接続され、各ダイオードの順方向は、直流電圧源１１のプラス側に向けられている。このＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６のゲートに印加されるゲート信号は、電圧ベクトル指令Ｖを形成し、各ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６をオン／オフする。
【００４９】
電圧ベクトル指令Ｖは、上述したスイッチングモード「１」〜「８」にそれぞれ対応する電圧ベクトルＶ１〜Ｖ８の種類を有する。各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は、第２６図に示したように、それぞれ６０度ずつの位相差をもち、大きさが等しく、また、電圧ベクトルＶ７、Ｖ８は、第２６図に示すように、大きさが０の電圧ベクトルである。なお、電圧ベクトルＶ０とは、全てのＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６がオフ状態であることを意味する。
【００５０】
この電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に対応した電圧が同期電動機１のＵ相、Ｖ相およびＷ相に印加されるが、この際、検出部４は、トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相に流れる電流を検出する。第３図は、検出部４の詳細構成を示すブロック図である。第３図において、電流検出器１２〜１４は、それぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相を流れる電流を検出し、それぞれ出力処理部１５〜１７に出力する。各出力処理部１５〜１７は、それぞれサンプルホールド回路１５ａ〜１７ａを有するとともに、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂを有する。サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａは、演算部２から入力されるトリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングに、電流検出器１２〜１４が検出した電流値をサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂは、サンプルホールド回路１５ａ〜１７ａがホールドしたアナログ信号をディジタル信号にそれぞれ変換し、それぞれＵ相の電流ｉｕ、Ｖ相の電流ｉｖ、Ｗ相の電流ｉｗからなる検出電流Ｄｉを演算部２に出力する。
【００５１】
第４図は、演算部２の詳細構成を示すブロック図である。第４図において、ＣＰＵ１９は、メモリ２０に保持された所定のプログラムをもとに、出力回路２１を介して電圧ベクトル指令Ｖを回路部３に出力し、出力回路２２を介してトリガ信号Ｔｒを検出部４に出力し、検出部４から検出電流Ｄｉが入力回路１８に入力されると、検出電流Ｄｉをもとに後述する演算処理を行って、磁極位置θを特定し、出力回路２３を介して外部に出力する。
【００５２】
第５図は、電圧ベクトル指令Ｖとトリガ信号Ｔｒと検出電流Ｄｉとの関係を示すタイミングチャートである。第５図において、演算部２は、電圧ベクトルＶ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ５→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０の順序を有する電圧ベクトル指令Ｖを回路部３に出力すると、回路部３は、この電圧ベクトル指令Ｖに対応した電圧を順次、同期電動機１に印加する。この電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加時間は、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な時間であり、各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加によって同期電動機１のコイルは磁気飽和する。
【００５３】
また、演算部２は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加終了直後、トリガ信号Ｔｒを検出部４に出力する。検出部４は、各トリガ信号Ｔｒの立ち上がりタイミングで各相の電流ｉｕ（ｉｕ１〜ｉｕ６）、ｉｖ（ｉｖ１〜ｉｖ６）、ｉｗ（ｉｗ１〜ｉｗ６）を検出し、演算部２に出力する。
【００５４】
ここで、Ｕ相の位相と等しい電圧ベクトルＶ１を印加したときに検出された電流ｉｕと、この電圧ベクトルＶ１と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ４（第２６図参照）を印加したときに検出された電流ｉｕとの振幅和である電流Δｉｕを次式（９）で定義する。この場合、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６は、Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ６の順序で印加されるので、電圧ベクトルＶ１を印加したときに検出される電流ｉｕは、電流ｉｕ１であり、電圧ベクトルＶ４を印加したときに検出される電流ｉｕは、電流ｉｕ４である。したがって、電流Δｉｕは、つぎのように表せる。すなわち、
Δｉｕ＝ｉｕ１＋ｉｕ４ …（９）
である。
【００５５】
ここで、同期電動機１のコイルが磁気飽和しない場合には、電流ｉｕ１と電流ｉｕ４とは振幅が等しく、符号が異なる（位相が異なる）ため、Δｉｕ＝０となる。しかし、この実施の形態１において印加される電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加時間は、磁気飽和するに十分な時間であるため、回転子の磁極位置θによってΔｉｕの値は、異なった値を示すことなる。
同様にして、Ｖ相の位相と等しい電圧ベクトルＶ３を印加したときに検出された電流ｉｖと、この電圧ベクトルＶ３と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ６を印加したときに検出された電流ｉｖとの電流Δｉｖは、次式（１０）で定義される。また、Ｗ相の位相と等しい電圧ベクトルＶ５を印加したときに検出された電流ｉｗと、この電圧ベクトルＶ５と位相が１８０度異なる電圧ベクトルＶ２を印加したときに検出された電流ｉｗとの振幅和である電流Δｉｗは、次式（１１）で定義される。この場合、上述した電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加順序を考慮すると、式（１０）および式（１１）は、つぎのように表せる。すなわち、
Δｉｖ＝ｉｖ３＋ｉｖ６ …（１０）
Δｉｗ＝ｉｗ５＋ｉｗ２ …（１１）
である。
【００５６】
ところで、上述した電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗは、回転子の磁極位置θによって異なった値を示す。第６図は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が増減する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。第６図では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を、その位相が増減するＶ１→Ｖ４→Ｖ３→Ｖ６→Ｖ５→Ｖ２なる順序で印加した場合における電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示している。
【００５７】
ここで、コイルの磁気飽和による影響のみを考慮すれば、電流Δｉｕは、電圧ベクトルＶ１の印加後に検出したＵ相の電流ｉｕ１と、電圧ベクトルＶ４の印加後に検出したＵ相の電流ｉｕ４との和であるから、磁極位置θが０度のときの電流Δｉｕと、磁極位置θが１８０度のときの電流Δｉｕとの大きさ（絶対値）は等しくなるものと考えられる。
しかし、第６図に示したように、実際には、同期電動機１のヒステリシス特性等の非線形要因によって、電流Δｉｕの最大値（磁極位置θが０度のときの値）と最小値（磁極位置θが１８０度のときの値）との絶対値は、一致しない。このことは、電流Δｉｖおよび電流Δｉｗについても同じである。
【００５８】
一方、第７図は、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が単調増加する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。第７図では、第５図で示したように、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を、その位相が単調増加するＶ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ６なる順序で印加した場合における電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示している。
【００５９】
この場合、位相が単調増加する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加することによって、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を小さくすることができ、第７図に示したように振幅値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗのそれぞれの最大値と最小値との絶対値をほぼ一致させることができる。
【００６０】
したがって、この実施の形態１では、第５図に示したように、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の印加順序を、その位相が単調増加する順序として、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けないようにしている。なお、この実施の形態１では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が単調増加する順序で印加するようにしているが、Ｖ６→Ｖ５→Ｖ４→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ１として、位相が単調減少する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加するようにしても、振幅値Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗのそれぞれの最大値と最小値との絶対値をほぼ一致させることができる。
【００６１】
つぎに、演算部２は、上述した式（９）〜（１１）に示した電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算した後、これら電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを用いて、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの絶対値が最大となる値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算する。なお、ＭＡＸ（ｘ１、ｘ２、…、ｘｎ）は、値ｘ１〜ｘｎの最大値を意味する。
第７図に示したように、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの値は、磁極位置θが６０度ごとに最大値および最小値を有する。たとえば、磁極位置θが０のとき、Δｉｕが最大値であり、磁極位置θが６０度のとき、Δｉｗが最小値を有する。したがって、磁極位置θの区間を６０度毎に区分した区分番号ｍを用いると、区間と値ＭＡＸとの関係は、つぎのようになる。
区分番号ｍ ： 区間 ： ＭＡＸ
１ ： −３０〜 ３０度 ： Δｉｕ
２ ： ３０〜 ９０度 ： −Δｉｗ
３ ： ９０〜１５０度 ： Δｉｖ
４ ： １５０〜２１０度 ： −Δｉｕ
５ ： ２１０〜２７０度 ： Δｉｗ
６ ： ２７０〜３３０度 ： −Δｉｖ
となる。なお、値ＭＡＸの括弧内において、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗのようにマイナス符号を付したのは、たとえば、磁極位置θが６０度のとき、Δｉｗは最小値を示すが、この最小値を最大値として演算するためである。
【００６２】
具体的な値ＭＡＸの演算としては、たとえば、磁極位置θが６０度のとき、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）＝−Δｉｗとなり、区間番号ｍ＝２が得られ、このときの磁極位置θは３０〜９０度の範囲内であることがわかる。
【００６３】
具体的に、演算部２は、メモリ２０内に、上述した区分番号ｍと値ＭＡＸとの対応関係を保持し、最終的に演算した値ＭＡＸの値をもとに区間番号ｍを獲得し、この区間番号ｍを出力回路２３に送出する。出力回路２３は、区間番号ｍと区間あるいは特定の磁極位置θとの対応関係を保持し、入力された区間番号ｍに対応する磁極位置θを外部に出力する。
【００６４】
ここで、第８図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態１における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第８図において、まず、演算部２は、まず電圧ベクトルＶ０を一定時間、回路部３に出力し、同期電動機１に対して印加する（ステップＳ１０１）。その後、変数ｎを「１」に設定する（ステップＳ１０２）。さらに、この設定されたｎの値をもとに、演算部２は、電圧ベクトルＶｎを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３に出力し、同期電動機１に対して印加する（ステップＳ１０３）。その後、電圧ベクトルＶｎの印加終了直後、トリガ信号Ｔｒを検出部４に出力する（ステップＳ１０４）。そして、第５図に示した電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出部４から取得する（ステップＳ１０５）。たとえば、変数ｎが「１」である場合には、電圧ベクトルＶ１に対応する電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１を取得する。その後、変数ｎを１インクリメントし（ステップＳ１０６）、電圧ベクトルＶ０を一定時間、回路部３に出力し、同期電動機１に対して印加する（ステップＳ１０７）。その後、変数ｎが「６」を超えたか否かを判断し（ステップＳ１０８）、変数ｎが「６」を超えない場合（ステップＳ１０８、ＮＯ）には、ステップＳ１０３に移行し、さらに位相が６０度進んだ電圧ベクトルＶｎを同期電動機１に印加して、電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを取得する処理を繰り返す。
【００６５】
一方、変数ｎが「６」を超えた場合（ステップＳ１０８、ＹＥＳ）、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算する（ステップＳ１０９）。たとえば、電圧ベクトルＶ１が印加されたときの電流ｉｕ１と、電圧ベクトルＶ１の位相と１８０度異なる位相をもつ電圧ベクトルＶ４が印加されたときの電流ｉｕ４との和を演算し、この和を電流Δｉｕとしてメモリ２０に保持する。同様にして、電流Δｉｖ、Δｉｗを演算し、メモリ２０に保持する。さらに、演算部２は、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し（ステップＳ１１０）、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍを出力回路２３に出力し、出力回路２３は、入力された区間番号ｍに対応する磁極位置θを外部に出力し（ステップＳ１１１）、本処理を終了する。
【００６６】
なお、電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを取得するステップＳ１０５では、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを演算するに必要な電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６のみを取得するようにしてもよい。
【００６７】
また、この実施の形態１では、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの大小関係に基づいて磁極位置θを出力するようにしているが、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号に基づいて磁極位置θを出力するようにしてもよい。
【００６８】
すなわち、上述した区間番号ｍと区間とを用いると、これらと電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号との関係はつぎのようになる。
区分番号ｍ ： 区間 ： Δｉｕ Δｉｖ Δｉｗ
１ ： −３０〜 ３０度 ： ＋ − −
２ ： ３０〜 ９０度 ： ＋ ＋ −
３ ： ９０〜１５０度 ： − ＋ −
４ ： １５０〜２１０度 ： − ＋ ＋
５ ： ２１０〜２７０度 ： − − ＋
６ ： ２７０〜３３０度 ： ＋ − ＋
【００６９】
このような区間番号ｍと区間と電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号との関係を用い、各電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの符号の組合せから区間番号ｍの値を決定することができる。
【００７０】
この実施の形態１によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、±３０度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【００７１】
つぎに実施の形態２について説明する。実施の形態１では、単調増加する電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を同期電動機１に印加し、この際検出された各相の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをもとに磁極位置θを６０度刻みで出力するようにしていたが、この実施の形態２では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に直交する成分の検出電流値を用いて、磁極位置θを３０度刻みで出力するようにしている。
【００７２】
この実施の形態２の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【００７３】
第９図は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の軸と、Ｕ相の軸に対する直交軸との関係を示す図である。第９図において、検出電流ＤｉはＵ相同相成分ＵｉとＵ相直交成分Ｕｑとに分離することができ、このＵ相直交成分Ｕｑは、Ｖ相の電流ｉｖとＷ相の電流ｉｗとの差に比例する。
【００７４】
たとえば、電圧ベクトルＶ１（Ｕ相）を同期電動機１に印加したときに、この電圧ベクトルＶ１に直交するＵ相直交成分Ｕｑの電流ｉｕｘ１は、電流ｉｖ１および電流ｉｗ１を用いて、次式（１２）で表すことができる。すなわち、
ｉｕｘ１＝ｉｖ１−ｉｗ１ …（１２）
である。同様にして、各電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６を同期電動機１に印加したときに、この電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６にそれぞれ直交する電流ｉｗｘ２〜ｉｖｘ６は、次式（１３）〜（１７）で表すことができる。すなわち、
ｉｗｘ２＝ｉｕ２−ｉｖ２ …（１３）
ｉｖｘ３＝ｉｗ３−ｉｕ３ …（１４）
ｉｕｘ４＝ｉｖ４−ｉｗ４ …（１５）
ｉｗｘ５＝ｉｕ５−ｉｖ５ …（１６）
ｉｖｘ６＝ｉｗ６−ｉｕ６ …（１７）
である。
【００７５】
磁気飽和が発生しない電圧ベクトルが同期電動機１に印加される場合、電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４とは、磁極位置θに対して１８０度周期で変化するため、同じ値になる。一方、磁気飽和が発生する電圧ベクトルが同期電動機１に印加される場合には、磁気飽和の影響によって３６０度周期で干渉するため、電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４とは、磁極位置θに対して３６０度周期で変化する。
【００７６】
ここで、磁気飽和が発生しないように電圧ベクトルを印加する従来における磁極位置検出装置では、検出される電流の振幅が小さいことから、検出部４のＡ／Ｄ変換器１５ｂ〜１７ｂがＡ／Ｄ変換を行う際の分解能に制約を与え、検出精度が劣化する。一方、Ａ／Ｄ変換時における分解能の制約をなくして検出精度を確保するのに十分な電流が発生できる場合、磁気飽和の影響によって、検出される電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４の大きさは一致しない。
【００７７】
したがって、この磁気飽和の影響を除去するために、電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４の平均値に比例する電流ｉｕｘ１と電流ｉｕｘ４との和である電流ｉｕｘを次式（１８）に示すように、定義する。すなわち、
ｉｕｘ＝ｉｕｘ１＋ｉｕｘ４ …（１８）
である。ここで、磁気飽和の影響は上述したように３６０度周期で変化することと、コイルのインダクタンス変化による影響は１８０度周期で変化することとを考慮すると、電流ｉｕｘは、３６０度周期である磁気飽和の影響を受けないことになる。
電流ｉｕｘと同様にして、電流ｉｖｘ３と電流ｉｖｘ６との和である電流ｉｖｘと、電流ｉｗｘ２と電流ｉｗｘ５との和である電流ｉｗｘとを、次式（１９）、（２０）として定義することができる。すなわち、
ｉｖｘ＝ｉｖｘ３＋ｉｖｘ６ …（１９）
ｉｗｘ＝ｉｗｘ２＋ｉｗｘ５ …（２０）
である。このようにして求めた電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと磁極位置θとの関係は、第１０図に示す関係を有する。第１０図において、各電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘは、磁気飽和の影響を受けずに１８０度周期で変化する。ここで、３０度刻みの磁極位置θに対する電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘに着目すると、たとえば、磁極位置θが−３０〜３０度のうちの−３０〜０度の間では、２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる関係を有し、０〜３０度の間では、その逆に２＊ｉｕｘ＞ｉｖｘ＋ｉｗｘなる関係を有する。同様にして、その他の６０度刻みの磁極位置θに対しても、この６０度刻みを２分割する３０度刻みの磁極位置θに対して、大小関係が逆転する関係を有することがわかる。
【００７８】
すなわち、３０度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ１として定義すると、つぎのような関係を有する。
区分番号ｍ１ ： 区間 ： 大小関係
１ａ ： −３０〜 ０度 ： ２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘ
１ｂ ： ０〜 ３０度 ： ２＊ｉｕｘ＞ｉｖｘ＋ｉｗｘ
２ａ ： ３０〜 ６０度 ： ２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘ
２ｂ ： ６０〜 ９０度 ： ２＊ｉｗｘ＞ｉｕｘ＋ｉｖｘ
３ａ ： ９０〜１２０度 ： ２＊ｉｖｘ＜ｉｕｘ＋ｉｗｘ
３ｂ ： １２０〜１５０度 ： ２＊ｉｖｘ＞ｉｕｘ＋ｉｗｘ
４ａ ： １５０〜１８０度 ： ２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘ
４ｂ ： １８０〜２１０度 ： ２＊ｉｕｘ＞ｉｖｘ＋ｉｗｘ
５ａ ： ２１０〜２４０度 ： ２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘ
５ｂ ： ２４０〜２７０度 ： ２＊ｉｗｘ＞ｉｕｘ＋ｉｖｘ
６ａ ： ２７０〜３００度 ： ２＊ｉｖｘ＜ｉｕｘ＋ｉｗｘ
６ｂ ： ３００〜３３０度 ： ２＊ｉｖｘ＞ｉｕｘ＋ｉｗｘ
【００７９】
ここで、第１１図および第１２図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態２における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１１図において、まず、演算部２は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０８において、実施の形態１におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【００８０】
その後、変数ｎが「６」を超えた場合（ステップＳ２０８、ＹＥＳ）、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算する（ステップＳ２０９）。たとえば、電圧ベクトルＶ１が印加されたときの電流ｉｕ１と、電圧ベクトルＶ１の位相と１８０度異なる位相をもつ電圧ベクトルＶ４が印加されたときの電流ｉｕ１との和を演算し、この和を電流Δｉｕとしてメモリ２０に保持する。同様にして、電流Δｉｖ、Δｉｗを演算し、メモリ２０に保持する。また、各電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に直交する成分の電流ｉｕｘ、ｉｗｘ２、ｉｖｘ３、ｉｕｘ４、ｉｗｘ５、ｉｖｘ６を算出し、これら電流のうちの位相が１８０度異なる電流の振幅和の電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算する。
【００８１】
さらに、演算部２は、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し（ステップＳ２１０）、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する（ステップＳ２１１）。ここで、得られた区分番号ｍに対応する磁極位置θは、実施の形態１と同様に６０度刻みとなる。
【００８２】
さらに、第１２図において、演算部２は、区分番号ｍが「１」であるか否かを判断し（ステップＳ２２１）、区分番号ｍが「１」の場合（ステップＳ２２１、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ２０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ２２２）。２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ２２２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ１を「１ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「−１５度」を外部に出力し（ステップＳ２２３）、本処理を終了する。一方、２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ２２２、ＮＯ）には、区分番号ｍ１を「１ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「１５度」を外部に出力し（ステップＳ２２４）、本処理を終了する。
【００８３】
一方、区分番号ｍが「１」でない場合（ステップＳ２２１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍが「２」〜「６」の場合には、さらに、区分番号ｍが「２」であるか否かを判断し（ステップＳ２２５）、区分番号ｍが「２」である場合（ステップＳ２２５、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ２０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ２２６）。２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ２２６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ１を「２ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「４５度」を外部に出力し（ステップＳ２２７）、本処理を終了する。一方、２＊ｉｗｘ＜ｉｕｘ＋ｉｖｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ２２６、ＮＯ）には、区分番号ｍ１を「２ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ１を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ１に対応する磁極位置θ、すなわち「７５度」を外部に出力し（ステップＳ２２８）、本処理を終了する。
【００８４】
以下、同様にして区分番号ｍが「３」〜「５」に対応する判断処理と、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ１が
「３ａ」〜「６ｂ」に至るまで設定と、磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【００８５】
この実施の形態２によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係によって、±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【００８６】
つぎに実施の形態３について説明する。実施の形態２では、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしていたが、この実施の形態３では、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式の代わりに、各電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの値が絶対基準である「０」を超えるか否かによって、±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしている。
【００８７】
この実施の形態３の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【００８８】
第１０図において、磁極位置θが３０度毎に、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのいずれかが電流値「０」を交差している。そして、６０度刻みの磁極位置θの範囲を２分割する磁極位置θで電流値「０」を交差していることから、各磁極位置θの範囲に対応する電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘの正負を判断することによって、３０度刻みの磁極位置θを特定することができる。たとえば、磁極位置θの範囲が−３０〜３０度のうちの−３０〜０度では、電流ｉｕｘが、ｉｕｘ＜０の大小関係を有し、−３０〜３０度のうちの０〜３０度では、電流ｉｕｘが、ｉｕｘ＞０の大小関係を有する。したがって、この大小関係を用いて、３０度刻みの磁極位置θの特定を行うことができる。
【００８９】
すなわち、実施の形態２に示した区分番号ｍ１が「１ａ」か「１ｂ」かの判断を行うための大小関係「２＊ｉｕｘ＜ｉｖｘ＋ｉｗｘ」の代わりに、大小関係「ｉｕｘ＜０」を用いる。その他の区分番号ｍ１に対しても同様に、絶対基準「０」を用いた大小関係によって判断される。
【００９０】
すなわち、３０度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ２として定義すると、つぎのような関係を有する。
区分番号ｍ２ ： 区間 ： 大小関係
１ａ ： −３０〜 ０度 ： ｉｕｘ＜０
１ｂ ： ０〜 ３０度 ： ｉｕｘ＞０
２ａ ： ３０〜 ６０度 ： ｉｗｘ＜０
２ｂ ： ６０〜 ９０度 ： ｉｗｘ＞０
３ａ ： ９０〜１２０度 ： ｉｖｘ＜０
３ｂ ： １２０〜１５０度 ： ｉｖｘ＞０
４ａ ： １５０〜１８０度 ： ｉｕｘ＜０
４ｂ ： １８０〜２１０度 ： ｉｕｘ＞０
５ａ ： ２１０〜２４０度 ： ｉｗｘ＜０
５ｂ ： ２４０〜２７０度 ： ｉｗｘ＞０
６ａ ： ２７０〜３００度 ： ｉｖｘ＜０
６ｂ ： ３００〜３３０度 ： ｉｖｘ＞０
【００９１】
ここで、第１３図および第１４図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態３における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１３図において、まず、演算部２は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０８において、実施の形態２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【００９２】
さらに、ステップＳ３０９〜３１１において、実施の形態２と同様に、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算するとともに、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する。ここまでの処理は、実施の形態２と全く同様であり、実施の形態２と同様に６０度刻みの区分となる。
【００９３】
さらに、第１４図において、演算部２は、区分番号ｍが「１」であるか否かを判断し（ステップＳ３２１）、区分番号ｍが「１」の場合（ステップＳ３２１、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ３０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、ｉｕｘ＜０なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ３２２）。ｉｕｘ＜０なる大小関係を有する場合（ステップＳ３２２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ２を「１ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「−１５度」を外部に出力し（ステップＳ３２３）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜０なる大小関係を有しない場合（ステップＳ３２２、ＮＯ）には、区分番号ｍ２を「１ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「１５度」を外部に出力し（ステップＳ３２４）、本処理を終了する。
【００９４】
一方、区分番号ｍが「１」でない場合（ステップＳ３２１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍが「２」〜「６」の場合には、さらに、区分番号ｍが「２」であるか否かを判断し（ステップＳ３２５）、区分番号ｍが「２」である場合（ステップＳ３２５、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ３０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、ｉｗｘ＜０なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ３２６）。ｉｗｘ＜０なる大小関係を有する場合（ステップＳ３２６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ２を「２ａ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「４５度」を外部に出力し（ステップＳ３２７）、本処理を終了する。一方、ｉｗｘ＜０なる大小関係を有しない場合（ステップＳ３２６、ＮＯ）には、区分番号ｍ２を「２ｂ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ２を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ２に対応する磁極位置θ、すなわち「７５度」を外部に出力し（ステップＳ３２８）、本処理を終了する。
【００９５】
以下、同様にして区分番号ｍが「３」〜「５」に対応する判断処理と、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ２が「３ａ」〜「６ｂ」に至るまで設定と磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【００９６】
この実施の形態３によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた簡易な大小関係によって、±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができるとともに、簡易な大小関係によって磁極位置θを検出するようにしているので、実施の形態２に比して少ない演算量で処理を行うことができる。
【００９７】
つぎに実施の形態４について説明する。実施の形態２、３では、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて±１５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしていたが、この実施の形態４では、さらに電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて、±７．５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしている。
【００９８】
この実施の形態４の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【００９９】
第１０図において、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘのうちのいずれか二つの電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘが、３０度刻みの磁極位置θを２分割する位置で交差している。たとえば、磁極位置θが−３０〜０度の範囲において、磁極位置θが−１５度で電流ｉｕｘと電流ｉｗｘとが交差している。この場合、交差する電流ｉｕｘと電流ｉｗｘとの大小関係を判断することによって、さらに精度の高い磁極位置θを特定することができる。
【０１００】
すなわち、実施の形態２、３に示した区分番号ｍ２が「１ａ」の区分をもつ磁極位置θの領域に対して、電流ｉｕｘと電流ｉｗｘとの大小関係を判断することによって、磁極位置θの領域を１５度刻みに特定することができる。ここで、１５度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ３として定義すると、つぎのような関係を有する。
【０１０１】
区分番号ｍ３ ： 区間 ： 大小関係
１ａα ： −３０〜−１５度 ： ｉｕｘ＜ｉｗｘ
１ａβ ： −１５〜 ０度 ： ｉｕｘ＞ｉｗｘ
１ｂα ： ０〜 １５度 ： ｉｕｘ＜ｉｖｘ
１ｂβ ： １５〜 ３０度 ： ｉｕｘ＞ｉｖｘ
２ａα ： ３０〜 ４５度 ： ｉｗｘ＜ｉｖｘ
２ａβ ： ４５〜 ６０度 ： ｉｗｘ＞ｉｖｘ
２ｂα ： ６０〜 ７５度 ： ｉｗｘ＜ｉｕｘ
２ｂβ ： ７５〜 ９０度 ： ｉｗｘ＞ｉｕｘ
３ａα ： ９０〜１０５度 ： ｉｖｘ＜ｉｕｘ
３ａβ ： １０５〜１２０度 ： ｉｖｘ＞ｉｕｘ
３ｂα ： １２０〜１３５度 ： ｉｖｘ＜ｉｗｘ
３ｂβ ： １３５〜１５０度 ： ｉｖｘ＞ｉｗｘ
４ａα ： １５０〜１６５度 ： ｉｕｘ＜ｉｗｘ
４ａβ ： １６５〜１８０度 ： ｉｕｘ＞ｉｗｘ
４ｂα ： １８０〜１９５度 ： ｉｕｘ＜ｉｖｘ
４ｂβ ： １９５〜２１０度 ： ｉｕｘ＞ｉｖｘ
５ａα ： ２１０〜２２５度 ： ｉｗｘ＜ｉｖｘ
５ａβ ： ２２５〜２４０度 ： ｉｗｘ＞ｉｖｘ
５ｂα ： ２４０〜２５５度 ： ｉｗｘ＜ｉｕｘ
５ｂβ ： ２５５〜２７０度 ： ｉｗｘ＞ｉｕｘ
６ａα ： ２７０〜３８５度 ： ｉｖｘ＜ｉｕｘ
６ａβ ： ３８５〜３００度 ： ｉｖｘ＞ｉｕｘ
６ｂα ： ３００〜３１５度 ： ｉｖｘ＜ｉｗｘ
６ｂβ ： ３１５〜３３０度 ： ｉｖｘ＞ｉｗｘ
【０１０２】
ここで、第１５図〜第１７図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１５図において、まず、演算部２は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０８において、実施の形態２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【０１０３】
さらに、ステップＳ４０９〜４１１において、実施の形態２と同様に、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算するとともに、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する。ここまでの処理は、実施の形態２と全く同様であり、実施の形態２と同様に６０度刻みの区分となる。
【０１０４】
さらに、第１５図において、演算部２は、ステップＳ４２１〜Ｓ４３６において、実施の形態２と同様に、区分番号ｍの値を判断し、この判断結果をもとに、さらに磁極位置θの領域を３０度刻みで２分割するために、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式によって、区分番号ｍ１の値を設定し、メモリ２０に記憶する。これによって、実施の形態２と同様に、磁極位置θの領域を３０度刻みで分割される。
【０１０５】
その後、第１７図において、演算部２は、区分番号ｍ１の値が「１ａ」であるか否かを判断し（ステップＳ４４１）、区分番号ｍ１の値が「１ａ」である場合には、さらに、ｉｕｘ＜ｉｗｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ４４２）。ｉｕｘ＜ｉｗｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ４４２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ３を「１ａα」に設定し、この設定した区分番号ｍ３を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ３の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−２２．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４３）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜ｉｗｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ４４２、ＮＯ）には、区分番号ｍ３を「１ａβ」に設定し、この設定した区分番号ｍ３を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ３の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−７．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４４）、本処理を終了する。
【０１０６】
一方、区分番号ｍ１が「１ａ」でない場合（ステップＳ４４１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍ１が「１ｂ」〜「６ｂ」の場合には、さらに、区分番号ｍ１が「１ｂ」であるか否かを判断し（ステップＳ４４５）、区分番号ｍ１が「１ｂ」である場合（ステップＳ４４５、ＹＥＳ）には、さらに、ステップＳ２０９で演算した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて、ｉｕｘ＜ｉｖｘなる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ４４６）。ｉｕｘ＜ｉｖｘなる大小関係を有する場合（ステップＳ４４６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ３を「１ｂα」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ３を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ３に対応する磁極位置θ、すなわち「７．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４７）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜ｉｖｘなる大小関係を有しない場合（ステップＳ４４６、ＮＯ）には、区分番号ｍ３を「１ｂβ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ３を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ３に対応する磁極位置θ、すなわち「２２．５度」を外部に出力し（ステップＳ４４８）、本処理を終了する。
【０１０７】
以下、同様にして、区分番号ｍ３が「２ａ」〜「６ａ」に対応する判断処理と、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた１５度刻みの大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ３が「２ａα」〜「６ｂβ」に至るまで設定と、磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【０１０８】
なお、第１６図に示したステップＳ４２１〜４３６の処理は、第１４図に示した実施の形態３と同様な処理を行って、磁極領域θを３０度刻みに分割するようにしてもよい。
【０１０９】
この実施の形態４によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた簡易な大小関係によって、±７．５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【０１１０】
つぎに実施の形態５について説明する。実施の形態２〜４では、いずれも電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて、±１５度あるいは±７．５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしていたが、この実施の形態５では、さらに電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式を用いて、±３．７５度の精度で磁極位置θを正しく検出するようにしている。
【０１１１】
この実施の形態４の構成は、第１図に示した実施の形態１における演算部２が実施の形態１と異なる処理を行うため、この演算部２の構成が異なるが、その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。
【０１１２】
この実施の形態５では、磁極位置θに対して、上述した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘ自体の変化による大小関係を用いるのではなく、上述した電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた新たな関数を生成し、これらの関数と電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘとの大小関係を用いて、さらに１５度刻みの磁極位置θを分割するものである。
【０１１３】
この新たな関数として、
（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）
（２＊ｉｖｘ＋ｉｗｘ）／√（３）
（２＊ｉｖｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
等を用いている。
【０１１４】
第１８図は、磁極位置θが−３０〜３０度の範囲での磁極位置θに対する電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘおよび上述した４つの関数の変化を示した図である。第１８図において、たとえば、磁極位置θが−３０〜−１５度の範囲で、電流ｉｕｘと関数（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）とは、磁極位置θが「−２２、５度」で交差している。また、磁極位置θが−１５〜０度の範囲で、電流ｉｕｘと関数（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）とは、磁極位置θが「−７．５度」で交差している。したがって、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと、上述した新たに生成した関数との大小関係を判断することによって、さらに磁極位置θの領域を分割することができ、一層精度の高い磁極位置を特定することができる。
【０１１５】
ここで、７．５度刻みの磁極位置θの区分に対する区分番号を区分番号ｍ４として定義すると、つぎのような関係を有する。なお、ここでは、磁極位置θが−３０〜３０度の範囲のみについて記述するが、他の磁極位置θの範囲についても同様な区分を行うことができる。
区分番号ｍ４： 区間 ： 大小関係
１ａαｘ ：-30.0〜-22.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
１ａαｙ ：-22.5〜-15.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
１ａβｘ ：-15.0〜- 7.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）
１ａβｙ ：- 7.5〜 0.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）
１ｂαｘ ： 0.0〜 7.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｖｘ＋ｉｗｘ）／√（３）
１ｂαｙ ： 7.5〜 15.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｖｘ＋ｉｗｘ）／√（３）
１ｂβｘ ： 15.0〜 22.5度：ｉｕｘ＜（２＊ｉｖｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
１ｂβｙ ： 22.5〜 30.0度：ｉｕｘ＞（２＊ｉｖｘ＋ｉｕｘ）／√（３）
【０１１６】
ここで、第１９図〜第２２図に示すフローチャートを参照して、この実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理について説明する。第１９図において、まず、演算部２は、ステップＳ５０１〜Ｓ５０８において、実施の形態４におけるステップＳ４０１〜Ｓ４０８と同様に、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ０→Ｖ２→Ｖ０→Ｖ３→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ６→Ｖ０となる電圧ベクトルを、同期電動機１が磁気飽和するに十分な一定時間、回路部３を介して同期電動機１に印加し、少なくとも電流ｉｕ１、ｉｗ２、ｉｖ３、ｉｕ４、ｉｗ５、ｉｖ６を取得する処理を行う。
【０１１７】
さらに、ステップＳ５０９〜５１１において、実施の形態４と同様に、演算部２は、電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを演算するとともに、値ＭＡＸ（Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗ、−Δｉｕ、−Δｉｖ、−Δｉｗ）を演算し、得られた値ＭＡＸに対応する区間番号ｍをメモリ２０に保持する。ここまでの処理によって、６０度刻みの区分に分割することができる。
【０１１８】
さらに、第２０図において、演算部２は、ステップＳ５２１〜Ｓ５３６において、実施の形態４と同様に、区分番号ｍの値を判断し、この判断結果をもとに、さらに磁極位置θの領域を３０度刻みで２分割するために、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式によって、区分番号ｍ１の値を設定し、メモリ２０に記憶する。これによって、６０度刻みの磁極位置θの領域がさらに２分割され、３０度刻みの分割となる。
【０１１９】
その後、第２１図において、演算部２は、ステップＳ５４１〜Ｓ５５６において、実施の形態４と同様に、区分番号ｍ１の値を判断し、この判断結果をもとに、さらに磁極位置θの領域を１５度刻みで２分割するために、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた大小関係の判断式によって、区分番号ｍ３の値を設定し、メモリ２０に記憶する。これによって、３０度刻みの磁極位置θの領域がさらに２分割され、１５度刻みの分割となる。
【０１２０】
さらに、第２２図において、演算部２は、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと新たに生成した関数との大小関係を判断することによって、１５度刻みの磁極位置θの領域を２分割する。まず、演算部２は、区分番号ｍ３の値が「１ａα」であるか否かを判断し（ステップＳ５６１）、区分番号ｍ３の値が「１ａα」である場合には、さらに、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ５６２）。ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）なる大小関係を有する場合（ステップＳ５６２、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ４を「１ａαｘ」に設定し、この設定した区分番号ｍ４を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ４の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−２６．２５度」を外部に出力し（ステップＳ５６３）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｕｘ）／√（３）なる大小関係を有しない場合（ステップＳ５６２、ＮＯ）には、区分番号ｍ４を「１ａαｙ」に設定し、この設定した区分番号ｍ４を出力回路２３に出力し、出力回路２３は、この区分番号ｍ４の値に対応した磁極位置θ、すなわち、「−１８．７５度」を外部に出力し（ステップＳ５６４）、本処理を終了する。
【０１２１】
一方、区分番号ｍ３が「１ａα」でない場合（ステップＳ５６１、ＮＯ）、すなわち、区分番号ｍ３が「１ａβ」〜「６ｂβ」の場合には、さらに、区分番号ｍ３が「１ａβ」であるか否かを判断し（ステップＳ５６５）、区分番号ｍ３が「１ａβ」である場合（ステップＳ５６５、ＹＥＳ）には、さらに、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）なる大小関係を有するか否かを判断する（ステップＳ５６６）。ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）なる大小関係を有する場合（ステップＳ５６６、ＹＥＳ）には、区分番号ｍ４を「１ａβｘ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ４を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ４に対応する磁極位置θ、すなわち「−１１．７５度」を外部に出力し（ステップＳ５６７）、本処理を終了する。一方、ｉｕｘ＜（２＊ｉｗｘ＋ｉｖｘ）／√（３）なる大小関係を有しない場合（ステップＳ５６６、ＮＯ）には、区分番号ｍ４を「１ａβｙ」に設定し、出力回路２３に、この区分番号ｍ４を出力し、出力回路２３は、入力された区分番号ｍ４に対応する磁極位置θ、すなわち「−３．７５度」を外部に出力し（ステップＳ５６８）、本処理を終了する。
【０１２２】
以下、同様にして区分番号ｍ３が「１ｂα」〜「６ｂα」に対応する判断処理と、７．５度刻みの大小関係の判断処理とを行って、区分番号ｍ４が「２ｂαｘ」〜「６ｂβｙ」に至るまで設定と、磁極位置θの外部出力処理を実行する。
【０１２３】
この実施の形態５によれば、単調増加あるいは単調減少し、同期電動機１のコイルが磁気飽和するに十分な印加時間をもつ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を回路部３を介して同期電動機１に印加するようにしているので、同期電動機１のヒステリシス特性等による非線形要因の影響を受けず、電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと、この電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて新たに生成した関数の値との大小関係によって、±３．７５度の精度で磁極位置θを正しく検出することができる。
【０１２４】
つぎに実施の形態６について説明する。実施の形態１〜５では、いずれも同期電動機１が静止し、回転子が回転していない状態を前提として説明したが、この実施の形態６では、同期電動機１が回転動作をしている場合に上述した実施の形態１〜５の構成および処理を適用するものである。
【０１２５】
同期電動機１が回転している場合、同期電動機１の誘起電圧に比較して、印加される電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の大きさが十分大きいときには、この誘起電圧の存在を無視することができる。
【０１２６】
したがって、この実施の形態６は、上述した実施の形態１〜５において、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の大きさを、誘起電圧に比して十分大きな値に設定する。これによって、同期電動機１が回転動作中であっても、磁極位置θを高精度に正しき検出することができる。
【０１２７】
つぎに実施の形態７について説明する。実施の形態２〜６では、いずれも電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に直交する成分の電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いて磁極位置θを出力するようにしているが、この実施の形態７では、電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と同相成分の電流値を用いて磁極位置θを出力するようにしている。
【０１２８】
第９図において、たとえば電圧ベクトルＶ１を同期電動機１に印加した場合、電圧ベクトルＶ１と同相の成分であるＵ相同相成分Ｕｉの電流ｉｕｚ１は、次式（２１）を用いて表すことができる。すなわち、
ｉｕｚ１＝２ｉｕ１−ｉｖ１−ｉｗ１ …（２１）
である。同様にして、各電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６を同期電動機１に印加した場合における、各電圧ベクトルＶ２〜Ｖ６と同相の成分である電流ｉｗｚ２〜ｉｖｚ６は、次式（２２）〜（２６）を用いて表すことができる。すなわち、
ｉｗｚ２＝２ｉｗ２−ｉｕ２−ｉｖ２ …（２２）
ｉｖｚ３＝２ｉｖ３−ｉｗ３−ｉｕ３ …（２３）
ｉｕｚ４＝２ｉｕ４−ｉｖ４−ｉｗ４ …（２４）
ｉｗｚ５＝２ｉｗ５−ｉｕ５−ｉｖ５ …（２５）
ｉｖｚ６＝２ｉｖ６−ｉｗ６−ｉｕ６ …（２６）
となる。そして、実施の形態２と同様に、磁気飽和の影響を除去するために、位相が１８０度の位置にある電流ｉｕｚ１〜ｉｖｚ６を加算した組合せを定義すると、次式（２７）〜（２９）に示す電流ｉｕｚ〜ｉｗｚを得ることができる。すなわち、
ｉｕｚ＝ｉｕｚ１＋ｉｕｚ４−ｉｚ０ …（２７）
ｉｖｚ＝ｉｖｚ３＋ｉｖｚ６−ｉｚ０ …（２８）
ｉｗｚ＝ｉｕｚ２＋ｉｗｚ５−ｉｚ０ …（２９）
となる。ただし、「ｉｚ０」は、次式（３０）で示される値である。すなわち、
ｉｚ０＝（ｉｕｚ１＋ｉｗｚ２＋ｉｖｚ３
＋ｉｕｚ４＋ｉｗｚ５＋ｉｖｚ６）／３ …（３０）
である。
【０１２９】
このようにして求めた電流ｉｕｚ、ｉｖｚ、ｉｗｚと磁極位置θとの関係は第２３図に示す関係をもつ。第２３図において、各電流ｉｕｚ、ｉｖｚ、ｉｗｚは、磁気飽和の影響を受けず、１８０度周期で変化する。
【０１３０】
したがって、上述した実施の形態２〜６で用いた電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘに代え、電流ｉｕｚ、ｉｕｚ、ｉｗｚの大小関係を用いることによって、実施の形態２〜６と同様にして磁極位置θを出力することができる。
【０１３１】
（産業上の利用可能性）
この発明にかかる同期電動機の磁極位置検出装置は、簡易な構成によって効率的に制御することができる同期電動機の分野に有用であり、簡易、確実、かつ高精度に磁極位置を検出することができる同期電動機の磁極位置検出装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である同期電動機の磁極位置検出装置の概要構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示した回路部３の詳細構成を示す回路図である。
【図３】 図１に示した検出部４の詳細構成を示すブロック図である。
【図４】 図１に示した演算部２の詳細構成を示すブロック図である。
【図５】 電圧ベクトル指令、トリガ信号、および各相の検出電流を示すタイミングチャートである。
【図６】 電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が増減する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。
【図７】 電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の位相が単調増加する順序で電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を印加した場合における、磁極位置θに対する電流Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの変化を示す図である。
【図８】 この実施の形態１における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャートである。
【図９】 Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の軸と、Ｕ相の軸に対する直交軸との関係を示す図である。
【図１０】 電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘと磁極位置θとの関係を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図１２】 この発明の実施の形態２における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１３】 この発明の実施の形態３における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図１４】 この発明の実施の形態３における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１５】 この発明の実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図１６】 この発明の実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１７】 この発明の実施の形態４における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その３）である。
【図１８】 磁極位置θと、この発明の実施の形態５が用いる電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘおよびこれらの電流ｉｕｘ、ｉｖｘ、ｉｗｘを用いた新たな関数の値との関係を示す図である。
【図１９】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図２０】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図２１】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その３）である。
【図２２】 この発明の実施の形態５における演算部２による磁極位置θの検出処理手順を示すフローチャート（その４）である。
【図２３】 電流ｉｕｚ、ｉｖｚ、ｉｗｚと磁極位置θとの関係を示す図である。
【図２４】 従来における同期電動機の磁極位置検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】 図２４に示した回路部３の詳細構成を示す回路図である。
【図２６】 Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相と電圧ベクトルＶ１〜Ｖ８との関係を示す図である。
【図２７】 図２４に示した検出部４の詳細構成を示すブロック図である。
【図２８】 図２４に示した従来の磁極位置検出装置における電圧ベクトル指令とトリガ信号と各相の検出電流とのタイミングチャートである。
【図２９】 磁極位置θに対する電流ｉｕ１、ｉｖ２、ｉｗ３の変化を示す図である。
Claims (12)
- 電圧ベクトル指令に基づいて同期電動機のｎ（ｎは３以上の自然数）相巻線に電圧ベクトルを印加する回路手段と、
前記回路手段から印加される電圧ベクトルによって生成されるｎ相巻線上の電流を検出する検出手段と、
前記回路手段に対して前記電圧ベクトル指令を出力するとともに該電圧ベクトル指令に基づいた電圧ベクトルの印加終了直後に前記検出手段にトリガ信号を与えて前記検出手段によるｎ相巻線上の電流を検出させ、該検出された電流値をもとに前記同期電動機の磁極位置を演算出力する演算手段と、
を備えた同期電動機の磁極位置検出装置において、
前記演算手段は、
振幅が等しく、かつ等間隔位相をもつ２ｎ種類の各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる前記電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力するとともに、前記検出手段が検出した各相の電流値をもとに、該２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した加算電流値を生成し、この加算電流値に基づいて、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする同期電動機の磁極位置検出装置。 - 電圧ベクトル指令に基づいて同期電動機のｎ（ｎは３以上の自然数）相巻線に電圧ベクトルを印加する回路手段と、
前記回路手段から印加される電圧ベクトルによって生成されるｎ相巻線上の電流を検出する検出手段と、
前記回路手段に対して前記電圧ベクトル指令を出力するとともに該電圧ベクトル指令に基づいた電圧ベクトルの印加終了直後に前記検出手段にトリガ信号を与えて前記検出手段によるｎ相巻線上の電流を検出させ、該検出された電流値をもとに前記同期電動機の磁極位置を演算出力する演算手段と、
を備えた同期電動機の磁極位置検出装置において、
前記演算手段は、
２ｎ種類の各電圧ベクトルの位相が単調増加あるいは単調減少する順序で各電圧ベクトルを同一の前記ｎ相巻線が磁気飽和するに十分な時間、前記ｎ相巻線に印加させる電圧ベクトル指令を前記回路手段に出力することを特徴とする同期電動機の磁極位置検出装置。 - 前記演算手段は、絶対値が最大となる前記加算電流値に対応する磁極位置を出力することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置を出力することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルに直交する成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同位相である２ｎ通りの前記電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第１の加算電流値を生成するとともに、前記２ｎ種類の電圧ベクトルと同相の成分をもつ２ｎ通りの電流値のうち、位相が１８０度異なる組み合わせ毎の電流値を加算した第２の加算電流値を生成し、前記第１および第２の加算電流値をもとに、６０／（２＾ｋ）度（ｋは自然数）刻みの磁極位置を演算出力することを特徴とする請求項１に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定することを特徴とする請求項５または６に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭めて磁極位置を特定することを特徴とする請求項５または６に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、絶対値が最大となる前記第１の加算電流値に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定することを特徴とする請求項５または６に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記第１の加算電流値のそれぞれの符号に対応する磁極位置の領域を選択し、該選択した磁極位置の領域内において前記第２の加算電流値を用いた大小関係をもとにさらに磁極位置の領域を狭め、さらに前記第２の加算電流値を用いた新たな大小関係をもとに該磁極位置の領域をさらに狭めて磁極位置を特定することを特徴とする請求項５または６に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記第１または第２の加算電流値を含む関数値を用いた関数電流値を生成し、この関数電流値と前記第１または第２の加算電流値との大小関係をもとに磁極位置の領域をさらに狭めて特定することを特徴とする請求項５または６に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記同期電動機の回転子が回転中に、該回転子の回転によって発生する誘起電圧に比して十分大きな電圧ベクトルを前記ｎ相巻線に印加して磁極位置を演算出力することを特徴とする請求項１または２に記載の同期電動機の磁極位置検出装置。
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