永磁體型同步電動機的磁極位置檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁極位置檢測裝置，該磁極位置檢測裝置通過電流牽引方式來檢 測構成永磁體型同步電動機的轉子的永磁體的磁極位置的原點與磁極位置傳感器的輸出 信號的原點（基準位置）之間的偏離量，基于該偏離量來檢測真正的磁極位置。
【背景技術】
[0002] 圖1是通過逆變器來驅動永磁體型同步電動機的驅動系統(tǒng)的結構圖。
[0003] 在圖1中，1是永磁體型同步電動機（PMSM)，2是安裝于同步電動機1的轉子軸的 編碼器等磁極位置傳感器，3是被輸入速度指令值η*的逆變器控制裝置，4是PWM逆變器。
[0004] 在該驅動系統(tǒng)中，將通過磁極位置傳感器2檢測出的同步電動機1的轉子（永磁 體）的磁極位置Θ反饋給逆變器控制裝置3,生成針對逆變器4的半導體開關元件的驅動 信號來進行同步電動機1的速度控制、位置控制。
[0005] 圖2是表示圖1的逆變器控制裝置3的具體結構的框圖，用于通過所謂的矢量控 制來驅動同步電動機1。
[0006] 在圖2中，減法器30求出速度指令值η*與速度檢測值η之間的偏差，速度調節(jié)器 31以使該偏差變?yōu)榱愕姆绞竭\算轉矩指令值Trq*。電流指令運算器32基于轉矩指令值 Trq*來運算作為d_q旋轉坐標上的相互正交的分量的d軸電流指令值Id*、q軸電流指令值 Iq*。眾所周知，d軸是沿著構成同步電動機1的轉子的永磁體的磁通軸的控制上的虛擬軸， q軸是與d軸正交的軸。
[0007] 此外，39是對轉子的磁極位置（角度）Θ進行微分來運算速度檢測值n的微分運 算器。
[0008] 另一方面，通過電流檢測器42、43檢測逆變器4的輸出電流Iv、Iw，并將該輸出電 流Iv、Iw輸入到坐標變換器（3相/2相變換器）38。坐標變換器38使用磁極位置Θ來將 包括上述輸出電流IV、IW在內的3相的電流I U、IV、I/變換為2相的d軸電流檢測值I d、q軸 電流檢測值Iq。
[0009] 電流調節(jié)器35以使通過減法器33求出的d軸電流指令值Id*與d軸電流檢測值 Id之間的偏差變?yōu)榱愕姆绞竭M行動作來生成d軸電壓指令值V d*。另外，電流調節(jié)器36以 使通過減法器34求出的q軸電流指令值Iq*與q軸電流檢測值Iq之間的偏差變?yōu)榱愕姆?式進行動作來生成q軸電壓指令值Vq*。
[0010] 坐標變換器（2相/3相變換器）37使用磁極位置Θ來將d軸電壓指令值Vd*、q軸 電壓指令值Vq*變換為3相的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*。PWM逆變器4通過內部的半導體開 關元件的導通、截止動作，輸出按照電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*的3相交流電壓來驅動同步電 動機1。
[0011] 在上述結構中，在坐標變換器37、38中，根據(jù)通過磁極位置傳感器2檢測出的磁極 位置Θ，得到同步電動機1的轉子的絕對位置信息。但是，由于希望在某種程度上簡化組 裝作業(yè)的要求、精度上和成本上的限制，難以使轉子的磁極位置的原點與磁極位置傳感器2 的輸出信號的原點準確地一致。
[0012] 因此，一般進行以下處理：在初次運轉同步電動機1之前，事先以手動或自動的方 式檢測磁極位置的原點與磁極位置傳感器2的輸出信號的原點之間的偏離量、即從磁極位 置傳感器2的輸出側看時的磁極位置的偏離量，并將該偏離量保存在存儲器中，通過控制 運算的算法來校正該偏尚量。
[0013] 例如，作為通過所謂的電流牽引方式來檢測磁極位置的偏離量、在通常運轉時使 用利用上述偏離量進行校正后的磁極位置來運轉永磁體型同步電動機的技術，已知專利文 獻1所記載的發(fā)明。圖7是表示該專利文獻1所記載的磁極位置檢測方法的流程圖。
[0014] 即，在圖7中，首先將磁極位置（相位）Θ。虛擬地固定為〇 [deg]，使直流電流（d 軸電流Id)向d軸方向流過永磁體型同步電動機的電樞繞組（步驟S1)。此時，在轉子（永 磁體）的實際的磁極位置與〇[deg]不一致的情況下，因 d軸電流1,引起的磁通的方向與因 轉子引起的磁通的方向不一致，因此產生旋轉轉矩。通過該旋轉轉矩，轉子進行旋轉直到與 因 d軸電流Id引起的磁通的方向一致為止。其結果，轉子的磁極被d軸電流I d牽引，最終， 轉子的磁極位置與虛擬的d軸一致而牽引完成（步驟S2 "是"）。在該時間點，轉子的磁極 位置位于〇 [deg]，讀入此時的磁極位置傳感器（編碼器）的計數(shù)值& (步驟S3)。
[0015] 接著，使轉子旋轉（步驟S4)，檢測從虛擬的d軸到檢測出編碼器的原點脈沖為止 的旋轉角度來作為計數(shù)值N2 (步驟S5 "是"，步驟S6)。當求出此時的計數(shù)值N2與上述計數(shù) 值K之差N dlf時，該差N dlf即為相當于編碼器的輸出信號的原點與轉子的磁極位置的原點 之間的偏離量的值（步驟S7)。接著，為了將該差Ndlf換算為電角度的相位差，對Ndlf乘以 換算系數(shù)K來求出相位差Θ dif (步驟S8)。
[0016] 將該相位差0dif事先存儲在存儲器中，在永磁體型同步電動機的通常運轉時，每 當檢測出編碼器的原點脈沖，就對檢測出的磁極位置Θ。加上相位差Θ dif來進行磁極對位， 求出校正了偏離量后的真正的磁極位置Θ來使用于矢量控制（步驟S9)。
[0017] 專利文獻1 :日本特開平11-252972號公報（[0006]段、[0007]段、圖2等）

【發(fā)明內容】

[0018] 發(fā)明要解決的問題
[0019] 在此，通過式1來表示永磁體型同步電動機（下面，也簡單稱為同步電動機）的電 流的基本式。
[0022] 其中，Id:d軸電流
[0023] Iq:q 軸電流
[0024] Ia:同步電動機的相電流（有效值）
[0025] β :電流相位角
[0026] 另外，通過式2來表示同步電動機的輸出轉矩，能夠使用式1來使式2如式3那樣 變形。
[0027] [式 2]
[0028] T = 3Pn{WaIq-(Ld-Lq)I dIJ
[0029] 其中，Pn:同步電動機的極對數(shù)
[0030] Ψ3:每相的永磁體所引起的電樞交鏈磁通的有效值
[0031] Ld:同步電動機的d軸電感
[0032] Lq:同步電動機的q軸電感
[0035] 式3的輸出轉矩T是式4所示的電磁轉矩（magnet torque) Tm與式5所示的磁阻 轉矩（reluctance torque) IV之和（T = Tm+IV)。在此，電磁轉矩1"是由電樞繞組的旋轉磁 場與轉子的磁極的吸引力或排斥力引起的，磁阻轉矩?；是由d軸電感與q軸電感之差引起 的。
[0041] 在同步電動機的相電流固定的情況下，各轉矩依賴于電流相位角β而如 圖3那樣。
[0042] 在前述的專利文獻1等以往技術中，在流通規(guī)定的直流電流來進行牽引動作的情 況下，Iq=〇且Id>〇。根據(jù)式1可知，在這種情況下，電流相位角β為-90[deg]。當流通 牽引電流時，在轉子的磁極位于電流相位角β為-90[deg]的位置以外的位置的情況下產 生牽引轉矩，在轉子的磁極位于電流相位角β為-90[deg]的位置的情況下牽引轉矩為零。 也就是說，最終，轉子的磁極被牽引到電流相位角β為-90[deg]的位置而停止。
[0043] 另一方面，如前所述，同步電動機的輸出轉矩T是電磁轉矩與磁阻轉矩?\之和。 根據(jù)圖3可以明確的是，在-90[deg]電流相位角β的附近，電磁轉矩1"隨著電流相位角 β的增加而變大，與此相對，磁阻轉矩?；隨著電流相位角β的增加而變小。另外，根據(jù)牽 引電流的大小而輸出轉矩Τ的大小發(fā)生變化，電磁轉矩和磁阻轉矩在輸出轉矩Τ中所 占的比例也發(fā)生變化。
[0044] 因此，根據(jù)永磁體型同步電動機的規(guī)格、特性而存在如下情況：在_90[deg]電流 相位角β的附近，輸出轉矩T與電流相位角β之間失去單調增加的關系，從而存在多個輸 出轉矩Τ為零的電流相位角。
[0045] 在這種情況下，例如像圖4所示那樣，轉子的磁極最終未被牽引到電流相位角 為-90 [deg]的點Ρ。，而被牽引到點Ρ。的前后的輸出轉矩Τ為零的點P i或點Ρ2。在這些點 Pi、匕處，轉子的磁極位置的原點與d軸方向不一致，因此若使用以此時的磁極位置傳感器 的計