JP4780493B2 - 回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を求める回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法に関する。

永久磁石同期電動機（以降、ＰＭＳＭと称す：Permanent Magnet Synchronous Motor）は保守性に優れ、また、高効率であることから産業界で広く利用されている。

ＰＭＳＭを駆動する場合、回転子の絶対位置を得て、正確な電流制御を行う必要があり、回転子の絶対位置を得るためには、エンコーダやレゾルバなどの回転子位置検出器を用いることが一般的である。また、近年、製造コストや回転子位置検出器の構成の複雑さ等、さまざまな問題があることから、回転子位置検出器を用いずに回転子の位置を求める方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平９−１９１６９８号公報

しかしながら、従来の方法は、ＰＭＳＭの駆動中に回転子位置を検出するものがほとんどであり、ＰＭＳＭ始動時の回転子初期位置を検出する技術においては、簡単な方法が提案されていない。

そこで、本発明の課題は、ＰＭＳＭ始動時の回転子初期位置を直流電源を用いて簡単に検出することができる回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を採用した。請求項１の発明は、直流電源とインバータ回路によって駆動される永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を検出する回転子位置検出装置であって、前記永久磁石同期電動機の２端子間に前記直流電源の直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第１電圧と他方に誘導される第２電圧とを比較する第１比較手段と、前記永久磁石同期電動機の前記２端子間に前記直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される第４電圧とを比較する第２比較手段と、前記第１電圧と前記第２電圧との大小関係及び前記第３電圧と前記第４電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データを記憶する記憶手段と、前記第１比較手段及び前記第２比較手段による比較結果と、前記記憶手段に記憶された前記誘導起電力データとを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の回転子位置検出装置において、前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される前記第１電圧及び他方に誘導される前記第２電圧を選択して前記第１比較手段に出力し、前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される前記第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される前記第４電圧とを選択して前記第２比較手段に出力する選択手段を更に備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の回転子位置検出装置において、前記第１比較手段は、前記永久磁石同期電動機の３組の２端子間の内の第１の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第５電圧と他方に誘導される第６電圧とを比較し、第２の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第７電圧と他方に誘導される第８電圧とを比較し、第３の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第９電圧と他方に誘導される第１０電圧とを比較し、前記第２比較手段は、前記第１の２端子間、前記第２の２端子間または前記第３の２端子間のいずれか１組の２端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１１電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１２電圧とを比較することを特徴とする。

請求項４の発明は、直流電源とインバータ回路によって駆動される永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を検出する回転子位置検出方法であって、前記永久磁石同期電動機の２端子間に前記直流電源の直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第１電圧と他方に誘導される第２電圧とを比較する第１比較ステップと、前記永久磁石同期電動機の前記２端子間に前記直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される第４電圧とを比較する第２比較ステップと、前記第１電圧と前記第２電圧との大小関係及び前記第３電圧と前記第４電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データと前記第１比較ステップ及び前記第２比較ステップによる比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出ステップとを有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４記載の回転子位置検出方法において、前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される前記第１電圧及び他方に誘導される前記第２電圧を選択し、前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される前記第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される前記第４電圧とを選択する選択ステップを有することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４または請求項５記載の回転子位置検出方法において、前記第１比較ステップは、前記永久磁石同期電動機の３組の２端子間の内の第１の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第５電圧と他方に誘導される第６電圧とを比較し、第２の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第７電圧と他方に誘導される第８電圧とを比較し、第３の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第９電圧と他方に誘導される第１０電圧とを比較し、前記第２比較ステップは、前記第１の２端子間、前記第２の２端子間または前記第３の２端子間のいずれか１組の２端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１１電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１２電圧とを比較することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第１比較手段は、永久磁石同期電動機の２端子間に直流電源の直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間に誘導される電圧を比較し、第２の比較手段は、永久磁石同期電動機の２端子間に直流電圧を印加して正方向に励磁したときの非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される電圧とを比較し、初期位置検出手段は、記憶手段に記憶された誘導起電力データと、第１比較手段及び第２比較手段による比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、回転子の初期位置を検出するので、永久磁石同期電動機の始動時の回転子初期位置を直流電源を用いて簡単に検出することができる。

請求項２の発明によれば、選択手段は、永久磁石同期電動機の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間に誘導される電圧を選択して第１比較手段に出力し、永久磁石同期電動機の２端子間を正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される電圧とを選択して第２比較手段に出力するので、第１及び第２比較手段は選択手段から出力される２つの電圧を比較することで、各電圧の大小関係を示す比較結果を得ることができる。

請求項３の発明によれば、第１比較手段は３組の電圧を比較し、第２比較手段は１組の電圧を比較するので、記憶手段に記憶された誘導起電力データと照合するべき比較結果をより簡単に且つ正確に得ることができる。

請求項４の発明によれば、請求項１の効果と同様の効果を得ることができる。
請求項５の発明によれば、請求項２の効果と同様の効果を得ることができる。
請求項６の発明によれば、請求項３の効果と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例に係る回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法を図面を参照しながら詳細に説明する。

三相永久磁石同期電動機（以降、三相ＰＭＳＭという）の３つの入力端子の内の任意の２端子間を励磁すると、励磁されていない相（非励磁相）の端子を含む２組の２端子間（電機子巻線間）に過渡電圧が発生する。この２端子間に発生する過渡電圧の大きさは、三相ＰＭＳＭの回転子の位置と密接な関係があることが実験によって確認された。

本発明は、三相ＰＭＳＭの３つの入力端子の内の任意の２端子間を励磁したときに、非励磁相を含む２組の２端子間に発生する過渡電圧の大小関係を比較して、この比較結果に基づいて三相ＰＭＳＭの回転子初期位置を検出するものである。

図１は本発明の実施例１に係る回転子位置検出装置の機能構成と、検査対象となる三相ＰＭＳＭを駆動する駆動回路とを示すブロック図である。図１に示すように、本発明の実施例１に係る回転子位置検出装置１は、信号選択部２、電圧比較部３（本発明の第１、第２の比較手段）、記憶部４及び初期位置検出部５を備えて構成されている。また、検査対象となる三相ＰＭＳＭ７を駆動する駆動回路は、直流電源Ｖｄ、平滑用コンデンサＣ及びモータ駆動用インバータ６とで構成されている。なお、平滑用コンデンサＣは、省略することも可能である。

信号選択部２は、三相ＰＭＳＭ７の３つの端子（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に接続され、スイッチ切り換えにより、ＵＶ間の電圧、ＶＷ間の電圧、ＷＵ間の電圧の内から２つの電圧を選択して、電圧比較部３の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に出力する。

電圧比較部３は、三相ＰＭＳＭ７の３つの端子の内の任意の２端子間に直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁相を含む２組の２端子間の一方に誘導される過渡電圧と他方に誘導される過渡電圧とが入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に入力され、この２つの電圧を比較して比較結果を初期位置検出部５に出力する。

また、電圧比較部３は、三相ＰＭＳＭ７の２端子間に直流電圧を印加して正方向に励磁したときに、非励磁相を含む２端子間に誘導される過渡電圧と、逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される過渡電圧とが入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に入力され、この２つの電圧を比較して比較結果を初期位置検出部５に出力する。

記憶部４は、電圧比較部３から出力される比較結果と照合されるべき誘導起電力データを記憶する。この誘導起電力データは、電圧比較部３で比較される２つの電圧の大小関係に対応した回転子の初期位置を示すデータである（詳細は後述する）。

初期位置検出部５は、モータ駆動用インバータ６、信号選択部２、電圧比較部３を制御するとともに、電圧比較部３で比較された比較結果を記憶部４に記憶された誘導起電力データと照合し、照合結果に基づいて、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを検出する。初期位置検出部５は、例えばマイクロコンピュータ等で構成される。

図２は三相ＰＭＳＭ７の駆動回路を示す回路図である。図２に示すように、三相ＰＭＳＭ７の駆動回路は、直流電源Ｖｄと平滑用コンデンサＣとモータ駆動用インバータ６とで構成され、駆動用インバータ６は、スイッチＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮの６つのスイッチと、各スイッチに並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６で構成されている。これらのスイッチは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のスイッチング素子からなり、初期位置検出部５から出力される制御信号により、オン／オフ制御される。三相ＰＭＳＭ７のＵ相巻線はスイッチＵＰとスイッチＵＮとの間に接続され、Ｖ相巻線はスイッチＶＰとスイッチＶＮとの間に接続され、Ｗ相巻線はスイッチＷＰとスイッチＷＮとの間に接続される。

図３は三相ＰＭＳＭ７の一例を示す図である。図３に示すように、Ｕ相巻線の巻線軸の中心線を基準軸Ｏとして、基準軸Ｏが永久磁石のＮ極の中心軸Ａと一致したときを回転子初期位置θ＝０°とし、回転子初期位置θは、回転子が時計方向に回転するときを正とする。また、本実施例ではアウターロータ型の三相ＰＭＳＭ７を用いるが、本発明はインナーロータ型の三相ＰＭＳＭを用いても良い。

図４は本発明の実施例１に係る信号選択部２及び電圧比較部３を示すブロック図である。図４に示すように、信号選択部２は、三相ＰＭＳＭ７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続され、スイッチＳ_ＵＶ、Ｓ_ＶＷ、Ｓ_Ｇで構成されている。スイッチＳ_ＵＶ、Ｓ_ＶＷ、Ｓ_Ｇは一般的なスイッチング素子でよい。

スイッチＳ_ＵＶは、共通端子ａに接片２１の一端が接続され、接片２１の他端が選択端子ｂ、ｃに切り換え接続される。共通端子ａは電圧比較部３の入力端子ＩＮ１に接続され、選択端子ｂ、ｃはそれぞれ三相ＰＭＳＭ７のＵ相、Ｖ相に接続される。

スイッチＳ_ＶＷは、共通端子ｄに接片２２の一端が接続され、接片２２の他端が選択端子ｅ、ｆに切り換え接続される。共通端子ｄは電圧比較部３の入力端子ＩＮ２に接続され、選択端子ｅ、ｆはそれぞれ三相ＰＭＳＭ７のＶ相、Ｗ相に接続される。

スイッチＳ_Ｇは、共通端子ｇに接片２３の一端が接続され、接片２３の他端が選択端子ｈ、ｉ、ｊに切り換え接続される。共通端子ｇは接地され、選択端子ｈ、ｉ、ｊはそれぞれ三相ＰＭＳＭ７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。

電圧比較部３は入力端子ＩＮ１，ＩＮ２、非反転増幅器３１，３２、反転増幅器３３，３４、スイッチＳ１〜Ｓ４、ピークホールド回路３５，３６、コンパレータ３７、出力端子ＯＵＴで構成されている。非反転増幅器３１及び反転増幅器３３は入力端子ＩＮ１に接続され，非反転増幅器３２及び反転増幅器３４は入力端子ＩＮ２に接続されている。

スイッチＳ１は、共通端子ｋに接片３８ａの一端が接続され、接片３８ａの他端が選択端子ｌ、ｍに切り換え接続される。共通端子ｋは、スイッチＳ３の選択端子ｒ及びスイッチＳ４の選択端子ｕに接続され、選択端子ｌ、ｍはそれぞれ非反転増幅器３１、反転増幅器３３に接続される。

スイッチＳ２は、共通端子ｎに接片３８ｂの一端が接続され、接片３８ｂの他端が選択端子ｏ、ｐに切り換え接続される。共通端子ｎはスイッチＳ４の選択端子ｖ及びスイッチＳ３の選択端子ｓに接続され、選択端子ｏ、ｐはそれぞれ非反転増幅器３２、反転増幅器３４に接続される。

スイッチＳ３は、共通端子ｑに接片３９ａの一端が接続され、接片３９ａの他端が選択端子ｒ、ｓに切り換え接続される。共通端子ｑはピークホールド回路３５に接続される。

スイッチＳ４は、共通端子ｔに接片３９ｂの一端が接続され、接片３９ｂの他端が選択端子ｕ、ｖに切り換え接続される。共通端子ｔはピークホールド回路３６に接続される。スイッチＳ１〜Ｓ４は一般的なスイッチング素子でよい。

ピークホールド回路３５はコンパレータ３７に接続され、スイッチＳ３を介して入力された過渡電圧の最大値を保持し、初期位置検出部５からの制御により保持された過渡電圧最大値をコンパレータ３７に出力する。

ピークホールド回路３６はコンパレータ３７に接続され、スイッチＳ４を介して入力された過渡電圧の最大値を保持し、初期位置検出部５からの制御により保持された過渡電圧最大値をコンパレータ３７に出力する。

また、ピークホールド回路３５及び３６に保持された過渡電圧最大値は、初期位置検出部５からの制御により、リセットされる。

また、電圧比較部３には、非反転増幅器３１及び反転増幅器３３と入力端子ＩＮ１との間と、非反転増幅器３２及び反転増幅器３４と入力端子ＩＮ２との間とに、電磁波ノイズを除去するためのローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２が接続される（簡単のため図示を省略した）。このローパスフィルタＬＰＦ１及びＬＰＦ２は例えば、遮断周波数４ｋＨｚのものを用い、電磁波ノイズの影響を無視してもよい環境であれば、省略することができる。

コンパレータ３７は、ピークホールド回路３５及び３６から出力された２つの過渡電圧の最大値を比較して、比較結果を出力端子ＯＵＴから初期位置検出部５に出力する。

初期位置検出部５は、回転子位置検出装置１の各部を制御する制御部であるとともに、電圧比較部３のコンパレータ３７から出力された過渡電圧最大値の比較結果を記憶部４に記憶された誘導起電力データと照合して、この照合結果に基づいて、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを検出する。

（本発明の原理説明）
ここで、本発明の原理を説明する。以降の説明では、三相ＰＭＳＭ７の２端子間に直流電源Ｖｄの直流電圧を印加して、相順の正方向（Ｕ→Ｖ、Ｖ→Ｗ、Ｗ→Ｕ）に電流を流すことを正励磁と呼び、相順の逆方向（Ｖ→Ｕ、Ｗ→Ｖ、Ｕ→Ｗ）に電流を流すことを負励磁と呼ぶ。なお、ここでは一例として三相ＰＭＳＭ７のＶＷ間を励磁した場合を説明する。

三相ＰＭＳＭ７のＶＷ間を正励磁すると、三相ＰＭＳＭ７の非励磁相であるＵ相端子を含む２組の２端子間（ＵＶ間及びＷＵ間）に過渡電圧が生じる。この過渡電圧は、電機子巻線に鎖交する磁束が変化することに起因する誘導起電力である。図５は三相ＰＭＳＭ７の回転子が回転子初期位置θ＝４０°である場合に、ＶＷ間を正励磁したときに発生した過渡電圧波形及びＶ相電流Ｉ_Ｖの波形を示した図である。図５に示すように、回転子初期位置θ＝４０°においては、還流モード（後述する）時のＵＶ間電圧の最大値｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとＷＵ間電圧の最大値｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとは、ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘの関係にある。

また、図６は三相ＰＭＳＭ７の回転子が、回転子初期位置θ＝４０°である場合に、ＶＷ間を負励磁したときに発生した過渡電圧波形及びＶ相電流Ｉ_Ｖの波形を示した図である。図６に示すように、負励磁時においても、正励磁時と同様にＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（−）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（ー）}｜_ｍａｘの関係にある。さらに、図５及び図６に示すように、回転子初期位置θ＝４０°においては、ＶＷ正励磁時のＵＶ間電圧最大値｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ（0.625Ｖ）とＶＷ負励磁時のＵＶ間電圧最大値｜Ｖ_{ＵＶ（−）}｜_ｍａｘ（0.666Ｖ）とは、負励磁時電圧｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘ＞正励磁時電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘの関係にある。

このように、三相ＰＭＳＭ７の２端子間を直流電源により励磁すると、非励磁相を含む２組の２端子間に過渡電圧が発生し、この２組の２端子間に発生する過渡電圧最大値には大小関係が生じる。また、正励磁時と負励磁時とでは非励磁相を含む２端子間に発生する過渡電圧最大値には大小関係が生じる。これらの大小関係は、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θにより変化する。

図７はＶＷ間、ＷＵ間、ＵＶ間を正励磁及び負励磁したときに非励磁相を含む２組の２端子間に生じる過渡電圧最大値の大小関係と三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θとの関係を示す図である。

本発明の誘導起電力データは、図７に示すような、三相ＰＭＳＭ７の２端子間を正励磁及び負励磁したときに非励磁相を含む２組の２端子間に生じる過渡電圧の大小関係と回転子初期位置θとの対応関係が記録されたデータをテーブル化したものである。

本発明は、電圧比較部３による比較結果とこの誘導起電力データとを照合することで、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを検出することができる。

例えば、図７に示すように、ＶＷ間を正励磁した場合の電圧比較部３による比較結果が、正励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞正励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、回転子初期位置θ＝０〜９０°または１８０〜２７０°であることを検出できる。ここで得られた回転子初期位置情報は１８０°周期であり、回転子磁石の極性が判別できない状態である。

このため、次に回転子磁石の極性を判別するために、ＶＷ間を負励磁し、正励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘと負励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘとを電圧比較部３により比較する。比較結果が、例えば、正励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞負励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘであった場合、回転子初期位置θ＝１８０〜２７０°であることを検出することができる。

次に、ＷＵ間を正励磁し、正励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘと正励磁時ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとの比較結果が、例えば、正励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞正励磁時ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、回転子初期位置θ＝２１０〜２７０°であることを検出することができる。

次に、ＵＶ間を正励磁し、正励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘと正励磁時ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとの比較結果が、例えば、正励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘ＞正励磁時ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、回転子初期位置θ＝２４０〜２７０°であることを検出することができる。

つまり、ＶＷ間正励磁時、ＶＷ間負励磁時、ＷＵ間正励磁時及びＵＶ間正励磁時に電圧比較部３により得られる比較結果と図７に示す誘導起電力データとを照合することで、３０°の精度で回転子初期位置θを検出することができる。

次に、本発明の実施例１に係る回転位置検出装置のより具体的な動作を詳細に説明する。

（１）ＶＷ間正励磁
まず、初期位置検出部５は、三相ＰＭＳＭ７のＶＷ間を正励磁するために、モータ駆動用インバータ６（図２参照）のスイッチＷＮ及びＶＰをＯＮする制御信号を出力する。スイッチＷＮ及びＶＰがＯＮになると、直流電源Ｖｄ→スイッチＶＰ→Ｖ相巻線→Ｗ相巻線→スイッチＷＮ→直流電源Ｖｄの経路で直流電流が流れる（以降、励磁モードという）。

次に、初期位置検出部５は、励磁を終了させるためにスイッチＶＰをＯＦＦする制御信号を出力する。スイッチＶＰがＯＦＦになると、巻線に流れていた電流がＶ相巻線→Ｗ相巻線→スイッチＷＮ→ダイオードＤ４→Ｖ相巻線の経路で還流する（以降、還流モードという）。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部５は、スイッチＷＮをＯＦＦする制御信号を出力する。

初期位置検出部５は、ＶＷ間正励磁の還流モード時において、図４に示すように、信号選択部２のスイッチＳ_ＵＶの共通端子ａと選択端子ｃとを接続し、スイッチＳ_ＶＷの共通端子ｄと選択端子ｆとを接続し、スイッチＳ_Ｇの共通端子ｇと選択端子ｈとを接続する。

また、初期位置検出部５は、電圧比較部３のスイッチＳ１の共通端子ｋと選択端子ｍ、スイッチＳ２の共通端子ｎと選択端子ｏ、スイッチＳ３の共通端子ｑと選択端子ｒ、スイッチＳ４の共通端子ｔと選択端子ｖとをそれぞれ接続する。

信号選択部２及び電圧比較部３の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部３の入力端子ＩＮ１に入力されたＵＶ間の過渡電圧−Ｖ_{ＵＶ（＋）}は反転増幅器３３で反転されて、ｋ倍に増幅された過渡電圧ｋＶ_{ＵＶ（＋）}がピークホールド回路３５に入力される。ピークホールド回路３５には、電圧ｋＶ_{ＵＶ（＋）}の最大値ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘが保持される。

同様に、電圧比較部３の入力端子ＩＮ２に入力されたＷＵ間の過渡電圧Ｖ_{ＷＵ（＋）}は非反転増幅器３２でｋ倍に増幅され、過渡電圧ｋＶ_{ＷＵ（＋）}がピークホールド回路３６に入力される。ピークホールド回路３６には、電圧ｋＶ_{ＷＵ（＋）}の最大値ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘが保持される。

ピークホールド回路３５，３６に保持された過渡電圧最大値ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ，ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘは初期位置検出部５からの制御により、コンパレータ３７に出力される。コンパレータ３７は、ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとを比較して、比較結果を出力端子ＯＵＴから初期位置検出部５に出力する。

（２）ＶＷ間負励磁
次に、初期位置検出部５は、三相ＰＭＳＭ７のＶＷ間を負励磁するために、モータ駆動用インバータ６（図２参照）のスイッチＶＮ及びＷＰをＯＮする制御信号を出力する。スイッチＶＮ及びＷＰがＯＮになると、直流電源Ｖｄ→スイッチＷＰ→Ｗ相巻線→Ｖ相巻線→スイッチＶＮ→直流電源Ｖｄの経路で直流電流が流れる。

次に、初期位置検出部５は、励磁を終了させるためにスイッチＷＰをＯＦＦする制御信号を出力する。スイッチＷＰがＯＦＦになると、巻線に流れていた電流がＷ相巻線→Ｖ相巻線→スイッチＶＮ→ダイオードＤ６→Ｗ相巻線の経路で還流する。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部５は、スイッチＶＮをＯＦＦする制御信号を出力する。

初期位置検出部５は、ＶＷ間負励磁の還流モード時において、信号選択部２のスイッチＳ_ＵＶの共通端子ａと選択端子ｃとを接続し、スイッチＳ_ＶＷの共通端子ｄと選択端子ｆとを接続し、スイッチＳ_Ｇの共通端子ｇと選択端子ｈとを接続する。

また、初期位置検出部５は、電圧比較部３のスイッチＳ１の共通端子ｋと選択端子ｍ、スイッチＳ２の共通端子ｎと選択端子ｏ、スイッチＳ３の共通端子ｑと選択端子ｓ、スイッチＳ４の共通端子ｔと選択端子ｕとをそれぞれ接続する。

信号選択部２及び電圧比較部３の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部３の入力端子ＩＮ１に入力されたＵＶ間の過渡電圧−Ｖ_{ＵＶ（ー）}は反転増幅器３３で反転されて、ｋ倍に増幅され、過渡電圧ｋＶ_{ＵＶ（ー）}がピークホールド回路３６に入力される。

ここで、ピークホールド回路３６には、ＶＷ間正励磁時に保持されたＷＵ間の過渡電圧最大値ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘが保持されており、ＶＷ間正励磁時にＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、負励磁時ＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘ＞正励磁時ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路３６には負励磁時のＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘが上書されて保持される。

また、ＶＷ間正励磁時にＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、負励磁時ＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘ＜正励磁時ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路３６は、上書されずに正励磁時のＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘが保持され続ける。

同様に、電圧比較部３の入力端子ＩＮ２に入力されたＷＵ間の過渡電圧Ｖ_{ＷＵ（ー）}は非反転増幅器３２でｋ倍に増幅され、過渡電圧ｋＶ_{ＷＵ（ー）}がピークホールド回路３５に入力される。

ここで、ピークホールド回路３５には、ＶＷ間正励磁時に保持されたＵＶ間の過渡電圧最大値ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘが保持されており、ＶＷ間正励磁時にＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、正励磁時ＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞負励磁時ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（ー）}｜_ｍａｘとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路３５は、上書されずに正励磁時のＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘが保持され続ける。

また、ＶＷ間正励磁時にＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、正励磁時ＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜負励磁時ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（ー）}｜_ｍａｘとなることが実験により確認されているため、ピークホールド回路３５には負励磁時のＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（ー）}｜_ｍａｘが上書されて保持される。

つまり、ＶＷ間正励磁時にＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、ＶＷ間負励磁後、ピークホールド回路３５には、ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘが保持され、ピークホールド回路３６には、ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘが保持される。

また、ＶＷ間正励磁時にＵＶ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘであった場合、ＶＷ間負励磁後、ピークホールド回路３５には、ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（ー）}｜_ｍａｘが保持され、ピークホールド回路３６には、ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘが保持される。

コンパレータ３７は、ピークホールド回路３５に保持された電圧とピークホールド回路３６に保持された電圧とを比較して、比較結果を初期位置検出部５に出力する。初期位置検出部５は、この比較結果を記憶部４に記憶した後、ピークホールド回路３５及び３６に保持された電圧をリセットするための制御信号を出力する。

次に、初期位置検出部５は、この比較結果を図７に示した誘導起電力データと照合することにより、θ＝０〜９０°、９０〜１８０°、１８０〜２７０°、２７０〜３６０°の内のいずれかであることを検出する。

従って、初期位置検出部５は、ＶＷ間を正励磁及び負励磁して、正励磁時のＵＶ間電圧の最大値ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ、負励磁時のＵＶ間電圧の最大値ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘ、正励磁時のＷＵ間電圧の最大値ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘ、負励磁時のＷＵ間電圧の最大値ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（ー）}｜_ｍａｘの内の最大となる電圧がどの電圧であるかを得ることによって、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを９０°の精度で得ることができる。

（３）ＷＵ間正励磁
次に、初期位置検出部５は、三相ＰＭＳＭ７のＷＵ間を正励磁するために、モータ駆動用インバータ６（図２参照）のスイッチＵＮ及びＷＰをＯＮする制御信号を出力する。スイッチＵＮ及びＷＰがＯＮになると、直流電源Ｖｄ→スイッチＷＰ→Ｗ相巻線→Ｕ相巻線→スイッチＵＮ→直流電源Ｖｄの経路で直流電流が流れる。

次に、初期位置検出部５は、励磁を終了させるためにスイッチＷＰをＯＦＦする制御信号を出力する。スイッチＷＰがＯＦＦになると、巻線に流れていた電流がＷ相巻線→Ｕ相巻線→スイッチＵＮ→ダイオードＤ６→Ｗ相巻線の経路で還流する。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部５は、スイッチＵＮをＯＦＦする制御信号を出力する。

三相ＰＭＳＭ７のＷＵ間を正励磁すると、三相ＰＭＳＭ７の非励磁相であるＶ相端子を含む２端子間（ＵＶ間及びＶＷ間）に過渡電圧が生じる。

初期位置検出部５は、ＷＵ間正励磁の還流モード時において、信号選択部２のスイッチＳ_ＵＶの共通端子ａと選択端子ｂとを接続し、スイッチＳ_ＶＷの共通端子ｄと選択端子ｆとを接続し、スイッチＳ_Ｇの共通端子ｇと選択端子ｉとを接続する。

また、初期位置検出部５は、電圧比較部３のスイッチＳ１の共通端子ｋと選択端子ｌ、スイッチＳ２の共通端子ｎと選択端子ｐ、スイッチＳ３の共通端子ｑと選択端子ｒ、スイッチＳ４の共通端子ｔと選択端子ｖとをそれぞれ接続する。

信号選択部２及び電圧比較部３の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部３の入力端子ＩＮ１に入力されたＵＶ間の過渡電圧Ｖ_{ＵＶ（＋）}は非反転増幅器３１でｋ倍に増幅され、過渡電圧ｋＶ_{ＵＶ（＋）}がピークホールド回路３５に入力される。ピークホールド回路３５には、電圧ｋＶ_{ＵＶ（＋）}の最大値ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘが保持される。

同様に、電圧比較部３の入力端子ＩＮ２に入力されたＶＷ間の過渡電圧−Ｖ_{ＶＷ（＋）}は反転増幅器３４で反転されて、ｋ倍に増幅された過渡電圧ｋＶ_{ＶＷ（＋）}がピークホールド回路３６に入力される。ピークホールド回路３６には、電圧ｋＶ_{ＶＷ（＋）}の最大値ｋ｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘが保持される。

ピークホールド回路３５，３６に保持された過渡電圧最大値ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ，ｋ｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘは初期位置検出部５からの制御により、コンパレータ３７に出力される。コンパレータ３７は、ｋ｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとｋ｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとを比較して、比較結果を出力端子ＯＵＴから初期位置検出部５に出力する。初期位置検出部５は、この比較結果を記憶部４に記憶した後、ピークホールド回路３５及び３６に保持された電圧をリセットするための制御信号を出力する。

次に、初期位置検出部５は、この比較結果を図７に示した誘導起電力データとを照合する。この照合結果と、ＶＷ間を正励磁及び負励磁したときの照合結果とに基づいて、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを更に絞り込む。ここで、回転子初期位置θ＝０〜３０°、９０〜１２０°、１８０〜２１０°、２７０〜３００°の範囲にあるときは、回転子初期位置θを３０°の精度で検出することができ、初期位置の検出を終了する。回転子初期位置θが上記の範囲外であるときは、回転子初期位置θを６０°の精度で検出することができ、引き続きＵＶ間を正励磁する。

（４）ＵＶ間正励磁
次に、初期位置検出部５は、三相ＰＭＳＭ７のＵＶ間を正励磁するために、モータ駆動用インバータ６（図２参照）スイッチＶＮ及びＵＰをＯＮする制御信号を出力する。スイッチＶＮ及びＵＰがＯＮになると、直流電源Ｖｄ→スイッチＵＰ→Ｕ相巻線→Ｖ相巻線→スイッチＶＮ→直流電源Ｖｄの経路で直流電流が流れる。

次に、初期位置検出部５は、励磁を終了させるためにスイッチＵＰをＯＦＦする制御信号を出力する。スイッチＵＰがＯＦＦになると、巻線に流れていた電流がＵ相巻線→Ｖ相巻線→スイッチＶＮ→ダイオードＤ２→Ｕ相巻線の経路で還流する。一定時間後、還流が終了すると、初期位置検出部５は、スイッチＶＮをＯＦＦする制御信号を出力する。

三相ＰＭＳＭ７のＵＶ間を正励磁すると、三相ＰＭＳＭ７の非励磁相であるＷ相端子を含む２端子間（ＶＷ間及びＷＵ間）に過渡電圧が生じる。

初期位置検出部５は、ＵＶ間正励磁の還流モード時において、信号選択部２のスイッチＳ_ＵＶの共通端子ａと選択端子ｂとを接続し、スイッチＳ_ＶＷの共通端子ｄと選択端子ｅとを接続し、スイッチＳ_Ｇの共通端子ｇと選択端子ｊとを接続する。

また、初期位置検出部５は、電圧比較部３のスイッチＳ１の共通端子ｋと選択端子ｍ、スイッチＳ２の共通端子ｎと選択端子ｏ、スイッチＳ３の共通端子ｑと選択端子ｒ、スイッチＳ４の共通端子ｔと選択端子ｖとをそれぞれ接続する。

信号選択部２及び電圧比較部３の各スイッチが上記のように接続されると、電圧比較部３の入力端子ＩＮ１に入力されたＷＵ間の過渡電圧−Ｖ_{ＷＵ（＋）}は反転増幅器３３で反転されて、ｋ倍に増幅された過渡電圧ｋＶ_{ＷＵ（＋）}がピークホールド回路３５に入力される。ピークホールド回路３５には、電圧ｋＶ_{ＷＵ（＋）}の最大値ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘが保持される。

同様に、電圧比較部３の入力端子ＩＮ２に入力されたＶＷ間の過渡電圧Ｖ_{ＶＷ（＋）}は非反転増幅器３２でｋ倍に増幅され、過渡電圧ｋＶ_{ＶＷ（＋）}がピークホールド回路３６に入力される。ピークホールド回路３６には、電圧ｋＶ_{ＶＷ（＋）}の最大値ｋ｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘが保持される。

ピークホールド回路３５，３６に保持された過渡電圧最大値ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘ，ｋ｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘは初期位置検出部５からの制御により、コンパレータ３７に出力される。コンパレータ３７は、ｋ｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとｋ｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとを比較して、比較結果を出力端子ＯＵＴから初期位置検出部５に出力する。初期位置検出部５は、この比較結果を記憶部４に記憶した後、ピークホールド回路３５及び３６に保持された電圧をリセットするための制御信号を出力する。

次に、初期位置検出部５は、この比較結果を図７に示した誘導起電力データとを照合する。この照合結果と、ＶＷ間を正励磁及び負励磁したときの照合結果と、ＷＵ間を正励磁したときの照合結果とに基づいて、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを更に絞り込むことで、回転子初期位置θを３０°の精度で検出することができる。

次に、本発明の実施例１に係る回転子位置検出装置によって実現される回転子位置検出方法の一例を図８に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。図８に示すように、まず、ＶＷ間を正励磁する（ステップＳ１）。このときに、ＵＶ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとＷＵ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ２）。ステップＳ２でＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘの値を保持する（ステップＳ３）。

次に、ＶＷ間を負励磁する（ステップＳ４）。このときに、ＶＷ間負励磁時のＵＶ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＵＶ（−）}｜_ｍａｘと保持されたＶＷ間正励磁時のＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘと比較する（ステップＳ５）。ステップＳ５で正励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞負励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（−）}｜_ｍａｘである場合は、ＷＵ間を正励磁する（ステップＳ６）。このときに、ＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとＵＶ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ７）。ステップＳ７でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝１８０〜２１０°であると検出する（ステップＳ８）。

ステップＳ７でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、ＵＶ間を正励磁する（ステップＳ９）。このときに、ＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとＷＵ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝２１０〜２４０°であると検出する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１０でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝２４０〜２７０°であると検出する（ステップＳ１２）。

ステップＳ５で正励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜負励磁時ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（−）}｜_ｍａｘである場合は、ＷＵ間を正励磁する（ステップＳ１３）。このときに、ＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとＵＶ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝０〜３０°であると検出する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１４でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、ＵＶ間を正励磁する（ステップＳ１６）。このときに、ＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとＷＵ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝３０〜６０°であると検出する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１７でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝６０〜９０°であると検出する（ステップＳ１９）。

ステップＳ２でＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘの値を保持する（ステップＳ２０）。

次に、ＶＷ間を負励磁する（ステップＳ２１）。このときに、ＶＷ間負励磁時のＷＵ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＷＵ（−）}｜_ｍａｘと保持されたＶＷ間正励磁時のＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘと比較する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で正励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘ＞負励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（−）}｜_ｍａｘである場合は、ＷＵ間を正励磁する（ステップＳ２３）。このときに、ＵＶ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４でＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝２７０〜３００°であると検出する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２４でＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、ＵＶ間を正励磁する（ステップＳ２６）。このときに、ＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとＷＵ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝３３０〜３６０°であると検出する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２７でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝３００〜３３０°であると検出する（ステップＳ２９）。

ステップＳ２２で正励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘ＜負励磁時ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（−）}｜_ｍａｘである場合は、ＷＵ間を正励磁する（ステップＳ３０）。このときに、ＵＶ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘとＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１でＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝９０〜１２０°であると検出する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３１でＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、ＵＶ間を正励磁する（ステップＳ３３）。このときに、ＶＷ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘとＷＵ間に発生する過渡電圧の最大値｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘとを比較する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＞ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝１５０〜１８０°であると検出する（ステップＳ３５）。

ステップＳ３４でＶＷ間電圧｜Ｖ_{ＶＷ（＋）}｜_ｍａｘ＜ＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘである場合は、回転子初期位置θ＝１２０〜１５０°であると検出する（ステップＳ３６）。

図９は本発明により三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θ（θ＝４０°）を求め、三相ＰＭＳＭ７を始動させたときの各相の電圧波形と三相ＰＭＳＭ７の回転速度の変化を示す図である。図９に示すように、回転子初期位置θは、検出開始から検出終了まで４７ｍｓであり、三相ＰＭＳＭ７は正常に回転していることが分かる。

このように、本発明を適用することにより、任意の回転子位置からの三相ＰＭＳＭの始動が可能であることが実験により確認されている。

以上説明したように、本発明の実施例１に係る回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法は、三相ＰＭＳＭ７の２端子間に直流電圧を印加して、２端子間を励磁したときに、電圧比較部３は、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間に誘導される電圧を比較するとともに三相ＰＭＳＭ７の２端子間を正方向に励磁したときの非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される電圧とを比較し、初期位置検出部５は、記憶部４に記憶された誘導起電力データと、電圧比較部３による比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、回転子の初期位置を検出するので、三相ＰＭＳＭの始動時の回転子初期位置θを直流電源を用いて簡単に検出することができる。

なお、本実施例で説明した手順は一例に過ぎず、本発明は本実施例で示した手順に限られるものではない。例えば、ＶＷ間、ＷＵ間、ＵＶ間に励磁する順番は変更することができる。

また、ＶＷ間を正励磁及び負励磁し、ＷＵ間，ＵＶ間を正励磁するものとしたが、ＷＵ間，ＵＶ間を負励磁するものとしてもよい。また、正励磁及び負励磁する２端子間は、ＶＷ間に限らず、ＷＵ間またはＵＶ間でもよい。また、ＶＷ間、ＷＵ間、ＵＶ間の各々を正励磁及び負励磁するものとしてもよい。

また、本実施例では、ＶＷ間を正励磁及び負励磁して、正励磁時のＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（＋）}｜_ｍａｘ、負励磁時のＵＶ間電圧｜Ｖ_{ＵＶ（ー）}｜_ｍａｘ、正励磁時のＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（＋）}｜_ｍａｘ、負励磁時のＷＵ間電圧｜Ｖ_{ＷＵ（ー）}｜_ｍａｘの内の最大となる電圧がどの電圧であるかを得ることによって、三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを９０°の精度で得るものとしたが、最小となる電圧がどの電圧であるかを得ることによって三相ＰＭＳＭ７の回転子初期位置θを９０°の精度で得るものとしてもよい。

また、本実施例では、ＵＶ間、ＶＷ間、ＷＵ間の還流モード時の過渡電圧を電圧比較部３により比較するものとしたが、励磁モード時の各過渡電圧を電圧比較部３により比較するものとしてもよい。

本発明は、永久磁石同期電動機の回転子位置を簡単に検出できる回転子位置検出装置及び回転子位置検出方法として、利用可能である。

本発明の実施例１に係る回転子位置検出装置の構成及び三相永久磁石同期電動機の駆動回路を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る三相永久磁石同期電動機の駆動回路を示す回路図である。 本発明の実施例１に係る三相永久磁石同期電動機を示す図である。 本発明の実施例１に係る信号選択部及び電圧比較部を示すブロック図である。 ＶＷ間正励磁時（回転子初期位置θ＝４０°）のＵＶ間及びＷＵ間に発生する過渡電圧波形を示した図である。 ＶＷ間負励磁時（回転子初期位置θ＝４０°）のＵＶ間及びＷＵ間に発生する過渡電圧波形を示した図である。 本発明の誘導起電力データを示す図である。 本発明の実施例１に係る動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る回転子位置検出装置を使用して三相永久磁石同期電動機を始動したときの各相の電圧波形と三相永久磁石同期電動機の回転速度を示す図である。

符号の説明

１ 回転子位置検出装置
２ 信号選択部
３ 電圧比較部
４ 記憶部
５ 初期位置検出部
６ モータ駆動用インバータ
７ 三相ＰＭＳＭ
３１、３２ 非反転増幅器
３３、３４ 反転増幅器
３５、３６ ピークホールド回路
３７ コンパレータ
Ｃ 平滑用コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ_ＵＶ、Ｓ_ＶＷ、Ｓ_Ｇ、ＵＮ、ＵＰ、ＶＮ、ＶＰ、ＷＮ、ＷＰ スイッチ
Ｖｄ 直流電源

Claims (6)

1. 直流電源とインバータ回路によって駆動される永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を検出する回転子位置検出装置であって、
   前記永久磁石同期電動機の２端子間に前記直流電源の直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第１電圧と他方に誘導される第２電圧とを比較する第１比較手段と、
   前記永久磁石同期電動機の前記２端子間に前記直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される第４電圧とを比較する第２比較手段と、
   前記第１電圧と前記第２電圧との大小関係及び前記第３電圧と前記第４電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データを記憶する記憶手段と、
   前記第１比較手段及び前記第２比較手段による比較結果と、前記記憶手段に記憶された前記誘導起電力データとを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出手段と、
   を備えたことを特徴とする回転子位置検出装置。
2. 前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される前記第１電圧及び他方に誘導される前記第２電圧を選択して前記第１比較手段に出力し、前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される前記第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される前記第４電圧とを選択して前記第２比較手段に出力する選択手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の回転子位置検出装置。
3. 前記第１比較手段は、
   前記永久磁石同期電動機の３組の２端子間の内の第１の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第５電圧と他方に誘導される第６電圧とを比較し、第２の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第７電圧と他方に誘導される第８電圧とを比較し、第３の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第９電圧と他方に誘導される第１０電圧とを比較し、
   前記第２比較手段は、
   前記第１の２端子間、前記第２の２端子間または前記第３の２端子間のいずれか１組の２端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１１電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１２電圧とを比較することを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転子位置検出装置。
4. 直流電源とインバータ回路によって駆動される永久磁石同期電動機の回転子の初期位置を検出する回転子位置検出方法であって、
   前記永久磁石同期電動機の２端子間に前記直流電源の直流電圧を印加して正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第１電圧と他方に誘導される第２電圧とを比較する第１比較ステップと、
   前記永久磁石同期電動機の前記２端子間に前記直流電圧を印加して正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される第４電圧とを比較する第２比較ステップと、
   前記第１電圧と前記第２電圧との大小関係及び前記第３電圧と前記第４電圧との大小関係に対応した前記回転子の初期位置を示す誘導起電力データと前記第１比較ステップ及び前記第２比較ステップによる比較結果とを照合して、この照合結果に基づいて、前記回転子の初期位置を検出する初期位置検出ステップと、
   を有することを特徴とする回転子位置検出方法。
5. 前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される前記第１電圧及び他方に誘導される前記第２電圧を選択し、前記永久磁石同期電動機の２端子間を正方向及び逆方向に励磁し、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される前記第３電圧と逆方向に励磁したときに該２端子間に誘導される前記第４電圧とを選択する選択ステップを有することを特徴とする請求項４記載の回転子位置検出方法。
6. 前記第１比較ステップは、
   前記永久磁石同期電動機の３組の２端子間の内の第１の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第５電圧と他方に誘導される第６電圧とを比較し、第２の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第７電圧と他方に誘導される第８電圧とを比較し、第３の２端子間を正方向または逆方向に励磁したときに、非励磁の他の１端子を含む２組の２端子間の一方に誘導される第９電圧と他方に誘導される第１０電圧とを比較し、
   前記第２比較ステップは、
   前記第１の２端子間、前記第２の２端子間または前記第３の２端子間のいずれか１組の２端子間を正方向及び逆方向に励磁したときに、正方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１１電圧と逆方向に励磁したときに非励磁の他の１端子を含む２端子間に誘導される第１２電圧とを比較することを特徴とする請求項４または請求項５記載の回転子位置検出方法。

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