CN102739137A - 检测同步电动机磁极位置的检测装置和具有它的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供检测同步电动机的磁极位置的检测装置以及具有它的控制装置。检测基于d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的检测装置具有生成单元和修正单元，生成单元在同步电动机的电源接通时检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时分别生成的用于使同步电动机旋转的正转时的d相电压指令和反转时的d相电压指令的差生成磁极修正值，修正单元根据磁极修正值和作为同步电动机的传感器的基准位置的传感器基准位置，修正磁极初始位置，控制装置具有该检测装置，根据修正后的磁极初始位置控制同步电动机的旋转。

Description

检测同步电动机磁极位置的检测装置和具有它的控制装置

技术领域

本发明涉及检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的检测装置以及具有它的控制装置。

背景技术

在同步电动机中，使用dq坐标控制系与转子的磁极位置对应在适当的励磁相位线圈中流过电流，产生希望的转矩。在该同步电动机中存在具有用于检测转子的磁极位置的编码器等的磁极位置传感器的同步电动机和没有磁极位置传感器的同步电动机。

其中在没有磁极位置传感器的同步电动机的情况下，在每次接通同步电动机的电源(启动)时进行磁极位置检测处理，检测磁极的初始位置(下面称“磁极初始位置”。)，根据以该磁极初始位置为基准的磁极位置控制同步电动机的旋转。但是，在该电源接通时磁极位置检测处理的检测精度具有偏差的情况下，有时在同步电动机的驱动时的转矩常数中也产生偏差，无法产生最大转矩。特别在旋转到需要弱励磁控制的高速的情况下如果磁极位置偏离则无法流过适当的d相电流，因此对同步电动机施加的驱动电压不足，控制变得不稳定。

为了应对该问题具有以下的方法：在最初启动同步电动机时，或者在电动机传感器更换维护时等情况下，预先在非易失存储器中存储作为磁极的基准位置和同步电动机的旋转传感器的基准位置的偏离量的磁极修正值θr，在实际接通同步电动机的电源时的磁极位置检测处理后最初检测到同步电动机的旋转传感器的基准位置时，根据与该基准位置对应的磁极修正值θr修正在旋转控制中使用的磁极位置，在驱动同步电动机时始终把相同的磁极位置作为基准进行控制。根据该方法，通过预先在非易失存储器中设定与传感器基准位置对应的磁极修正值θr，修正磁极初始位置，在那以后能够始终把与传感器基准位置对应的磁极修正值θr作为基准进行控制。

另外，如在日本特开2004-072902号公报中记载的那样，具有以下的方法：使编码器的基准点与进行直流励磁锁定的电动机定子侧的基准点(U相)一致，其后根据初始磁极推定结果以及编码器信息求出偏离量，存储在编码器的存储器中，进行修正。

在使用磁极修正值的方法中，在同步电动机的电源接通时的磁极位置检测处理后最初检测到同步电动机的旋转传感器的基准位置时，把以与该位置对应的磁极初始位置作为基准的磁极位置设定为磁极修正值。但是，如上所述，因为在磁极位置检测处理中在检测精度中存在偏差，所以为了减低由该检测精度的偏差引起的对于磁极修正值设定的影响，需要多次进行磁极位置检测处理，因此存在花费时间这样的问题。另外，在该方法中，特别是没有只要执行多少次磁极位置检测处理即可这样的指标，存在无法充分去除在磁极修正值内包含的误差这样的问题。

此外，作为磁极修正值的设定方法，在同步电动机正转时和反转时还考虑加减微调参数进行调整，以便不存在加速时间或转矩指令的差。但是，根据该方法，在把d相电流控制为零并且用q相电流进行转矩控制的非突极性的同步电动机中，因为即使磁极位置偏离，在正转以及反转中需要的实际q相电流(即q相电流指令向实际q轴的投影分量)作为绝对值相同，所以在转矩指令的绝对值以及实际转矩中不会产生差，因此该方法无法用于非突极性的同步电动机。

另外，在日本特开2004-072902号公报中记载的发明，因为使用初始磁极推定结果求出偏离量，所以在初始磁极推定结果偏离的情况下，在编码器的存储器中存储的偏离量有误差，存在这样的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明目的在于提供一种检测装置以及具有它的控制装置，对于根据d相电流指令以及q相电流指令被控制旋转的没有磁极位置传感器的同步电动机，能够高精度地而且在短时间内检测用于对在检测到传感器基准位置时通过磁极检测动作检测到的磁极初始位置进行修正的磁极修正值，将其设定在非易失存储器中。

为了实现上述目的，在本发明中，检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的检测装置具有：生成单元，其在同步电动机的电源接通时检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时分别生成的用于使同步电动机旋转的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差，生成磁极修正值；和修正单元，其根据磁极修正值和作为同步电动机的传感器的基准位置的传感器基准位置，修正磁极初始位置。

这里，在生成单元中给予同步电动机的预定的d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下是恒定值，在同步电动机是具有突极性的同步电动机的情况下是零。另外，修正单元把从磁极修正值中减去了把与传感器基准位置对应的磁极初始位置作为基准的磁极位置后的值与磁极初始位置相加得到的值设定为修正后的磁极初始位置。

这里，生成单元具有：初始设定单元，其把同步电动机的电源接通时检测到的磁极初始位置作为基准，设定磁极修正值的候补值的初始值；计算单元，其根据在初始值以及磁极初始位置或者设定的候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时检测到的流入到同步电动机的电动机电流的d相电流反馈值和q相电流反馈值，分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量、以及正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差；判定单元，其判定通过计算单元计算出的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差是否在预定的阈值内；更新单元，其把判定单元判定为差在上述预定的阈值外时的初始值或者候补值与磁极位置偏离量相加得到的值设定为新的候补值，并且把此时的磁极初始位置或者磁极位置挪动磁极位置偏离量得到的位置设定为新的磁极位置；和确定单元，其把通过判定单元判定上述差在预定的阈值内时的候补值作为确定的磁极修正值存储在存储器中，计算单元以更新单元，在通过判定单元判定为上述差在上述预定的阈值内之前，执行上述的计算以及更新的各处理。

此外，生成单元还具有显示单元，其显示通过上述初始设定单元设定的初始值、以及通过计算单元计算的磁极位置偏离量以及上述差；判定单元，其判定是否有来自外部的结束指令；该生成单元内的该更新单元把判定单元判定为没有结束指令时的初始值或者候补值与从外部输入的量相加得到的值设定为新的候补值，并且把此时的磁极初始位置或者磁极位置挪动从外部输入的量得到的位置设定为新的磁极位置，生成单元内的确定单元把通过判定单元判定为有结束指令时的候补值作为确定的磁极修正值存储在存储器中。

另外，本发明的同步电动机的控制装置具有上述检测装置，根据以通过该检测装置内的修正单元设定的修正后的磁极初始位置为基准检测到的磁极位置，控制同步电动机的旋转。

附图说明

通过参照下面的附图能够更加明确地理解本发明。

图1是本发明的第一实施例的检测装置的原理框图。

图2是表示本发明的第一实施例的检测装置的动作流程的流程图。

图3是说明控制dq轴和电动机dq轴的偏离的图。

图4a以及图4b是说明正转时的转矩和反转时的转矩的关系的图。

图5是表示具有本发明的第一实施例的检测装置的同步电动机的控制装置的框图。

图6是本发明的第二实施例的检测装置的原理框图。

图7是表示本发明的第二实施例的检测装置的动作流程的流程图。

图8是表示具有本发明的第二实施例的检测装置的同步电动机的控制装置的框图。

具体实施方式

下面参照附图说明检测同步电动机的磁极位置的检测装置以及具有它的控制装置。但是应该理解，本发明不限于附图或者以下说明的实施方式。

图1是本发明的第一实施例的检测装置的原理框图。下面在不同的附图中具有相同参照符号的部件意味着具有相同功能的结构要素。

检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机的磁极位置的本发明的第一实施例的检测装置1，被设为控制同步电动机的旋转的控制装置(图1中未示)内的一个功能。

检测装置1具有生成单元11，其在同步电动机的电源接通时检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时分别生成的用于使同步电动机旋转的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差，生成磁极修正值；和修正单元12，其根据磁极修正值、和作为同步电动机的传感器的基准位置的传感器基准位置，修正磁极初始位置。此外，在生成单元11中，给予同步电动机的预定的d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下为恒定值，在同步电动机是有突极性的同步电动机的情况下为零，将在后面进行详细叙述。

生成单元11具有初始设定单元21、计算单元22、判定单元23、更新单元24、和确定单元25。

生成单元11内的初始设定单元21，在检测到传感器基准位置时，把与同步电动机的电源接通时检测到的磁极初始位置作为基准的传感器基准位置对应的磁极位置设定为磁极修正值的候补值的初始值。如后所述，该候补值的初始值，通过更新单元24更新设定新的候补值。

生成单元11内的计算单元22，根据在初始值以及磁极初始位置或者设定的候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使同步电动机正转以及反转时检测到的流入同步电动机的电动机电流的d相电流反馈值以及q相电流反馈值，计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量，并且根据此时的正转时d相电压指令、反转时d相电压指令、相电流反馈值以及q相电流反馈值，计算正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差。此外，具体的计算式如后所述。

生成单元11内的判定单元23判定通过计算单元22计算出的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差是否在预定的阈值内。

生成单元11内的更新单元24，把通过判定单元23判定为正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差在预定的阈值外时的磁极修正值的初始值或者候补值与磁极位置偏离量相加得到的值设定为新的磁极修正值的候补值，并且，把此时的磁极初始位置或者磁极位置挪动磁极位置偏离量得到的位置设定为新的磁极位置。

生成单元11内的确定单元25，把通过判定单元23判定为正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差在预定的阈值内时的候补值作为已确定的磁极候补值存储在存储器中。

生成单元11内的计算单元22以及更新单元24，在通过判定单元23判定正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差在预定的阈值内之前，执行上述的计算以及更新的各处理。

然后，修正单元12把从磁极修正值中减去传感器基准位置得到的值与磁极初始位置相加得到的值设定为修正后的磁极初始位置。

图2是表示本发明的第一实施例的检测装置的动作流程的流程图。

如上所述，一般在不具有磁极位置传感器的同步电动机中，为了同步电动机的旋转控制，在每次接通同步电动机的电源(启动)时，进行磁极位置检测处理检测磁极初始位置。在步骤S101，首先执行该磁极位置检测处理。通过该磁极位置检测处理检测到的磁极初始位置如在该阶段已经叙述的那样包含误差。因此，此后，通过本发明的第一实施例的检测装置1进行动作，使用磁极修正值修正磁极初始位置，由此去除该误差。在本说明书中，在这之后，为了与同步电动机实际被旋转控制的通常驱动模式相区别，把检测装置1进行动作的模式称为“调整模式”。

在步骤S102，控制装置判定当前是否处于调整模式。在判定为处于调整模式的情况下，控制装置指示检测装置1开始动作，前进到步骤S103。

在步骤S103，控制装置对于同步电动机给予正转一周的指令。此时还指令同步电动机的旋转速度。

在步骤S104，检测装置1在同步电动机正转一周期间，检测传感器的基准位置(下面称“传感器基准位置”)。然后，检测装置1把在步骤S101检测到的磁极初始位置作为基准，计算与检测到的传感器基准位置对应的“磁极修正值的候补值的初始值”，将其存储在存储器中。

接着在步骤S105中，控制装置对于同步电动机给予预定的正转d相电流指令使其正转。此时对于同步电动机的旋转速度也给予指令。这里，给予同步电动机的预定的正转d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下是恒定值，在同步电动机是有突极性的同步电动机的情况下是零。

接着在步骤S106，检测装置1计算使同步电动机正转时检测到的流入同步电动机的电动机电流的正转时d相电流反馈值以及正转时q相电流反馈值的各平均值Id_P以及Iq_P，将其存储在存储器中。另外，检测单元1把使同步电动机正转时的正转时d相电压指令Vd_P以及正转时q相电压指令Vq_P作为一定期间中的平均值来分别计算，将其存储在存储器中。

接着，在步骤S107，控制装置对于同步电动机给予预定的反转d相电流指令使其反向旋转。此时对于同步电动机的旋转速度也给予指令。这里，给予同步电动机的预定的反转d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下是恒定值，在同步电动机是有突极性的同步电动机的情况下是零。

接着在步骤S108，检测装置1计算使同步电动机反向旋转时检测到的流入同步电动机的电动机电流的反转时d相电流反馈值以及反转时q相电流反馈值的各平均值Id_N以及Iq_N，将其存储在存储器中。另外，检测单元1把使同步电动机反转时的反转时d相电压指令Vd_N以及反转时q相电压指令Vq_N作为一定期间中的平均值来分别计算，将其存储在存储器中。

此外，上述的步骤S105以及S106、和步骤S107以及S108也可以互换执行。

接着在步骤S109，检测装置1根据在步骤S106中存储的正转时d相电流反馈值Id_P、正转时q相电流反馈值Iq_P、反转时d相电流反馈值Id_N、反转时q相电流反馈值Iq_N，分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量Δθ、以及正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差。

在此，更详细地说明步骤S109中的通过检测装置1进行的作为控制系统的dq轴(下面称为“控制dq轴”)和电动机系统的dq轴(下面称为“电动机dq轴”)的轴偏离的磁极位置偏离量Δθ的计算。

图3是说明控制dq轴和电动机dq轴的偏离的图。在控制dq轴和电动机dq轴偏离Δθ的情况下，在控制dq轴坐标系和电动机dq轴坐标系中偏离Δθ检测磁极位置。控制dq轴坐标上的值(dc，qc)和电动机dq轴坐标上的值(dm，qm)之间的坐标变换矩阵用式1以及式2表示。

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{dm}\\ \mathrm{qm}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& -\sin \mathrm{\Δ\θ}\\ \sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{dc}\\ \mathrm{qc}\end{array}\right)...\left(1\right)$

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{dc}\\ \mathrm{qc}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& \sin \mathrm{\Δ\θ}\\ -\sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{dm}\\ \mathrm{qm}\end{array}\right)...\left(2\right)$

另外，关于在同步电动机中产生的转矩T，设同步电动机的极对数为pole、频率为ω、反电动势为ωφ、d相以及q相的各电感为Ld以及Lq、电动机轴上的d相以及q相的各电流为Idm以及Iqm，如式3所示。

T＝pole×{φ+(Ld-Lq×Idm}×Iqm                                …(3)

这里，当在式1中应用电动机dq轴坐标上的d相以及q相的各电流Idm以及Iqm、控制dq轴坐标上的d相以及q相的各电流Idc以及Iqc时，得到式4。

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idm}\\ \mathrm{Iqm}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& -\sin \mathrm{\Δ\θ}\\ \sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idc}\\ \mathrm{Iqc}\end{array}\right)...\left(4\right)$

把式4带入式3得到式5。

T＝pole×{φ+(Ld-Lq)×(Idc·cosΔθ-Iqc·sinΔθ)}

                              ×(Idc·sinΔθ+Iqc·cosΔθ)  …(5)

这里，在同步电动机是非突极性的情况下，因为Ld＝Lq，所以式5可以如式6那样变形。

T＝pole×φ×Iqm＝Kt×Iqm

                ＝Kt×(Idc·sinΔθ+Iqc·cosΔθ)            …(6)

图4a以及图4b说明正转时的转矩和反转时的转矩的关系。当以一定转速使同步电动机正转以及反转时，因为摩擦等机械条件在两者情况下都相同，正转时的转矩T_p和反转时的转矩T_N仅极性不同而绝对值相同，所以存在式7的关系。

T_P＝-T_S                                      …(7)

在没有磁阻转矩的非突极性的同步电动机中，当考虑控制d相电流使其成为零，在磁极偏离Δθ的状态下进行正转以及反转的情况时，如图4a以及图4b所示。关于实际转矩，通过作为速度控制的结果流动的q相电流Iqc在电动机dq轴坐标上的投影的分量的“Iqm＝Iqc×cosΔθ”决定，该值在把转矩常数设为Kt时成为转矩T＝Kt×Iqm。因此，因为同步电动机的正转以及反转时的转矩的绝对值相同，所以即使磁极偏离转矩指令或者q相电流或者产生转矩的绝对值也相同，不产生差。但是，通过流过恒定的d相电流，在具有磁极偏离的情况下，在电动机dq坐标上的q轴电流中如式6所示还包含Idc的投影分量，因为在旋转方向上影响不同，所以作为速度控制的结果的Iqc根据旋转方向，大小变得不同。

因此，当设控制dq轴坐标上的正转时的d相电流为Idc_P，q相电流为Iqc_P，反转时的d相电流为Iqc_N，q相电流为Iqc_N时，从式6以及式7得到式8。

Kt×(Idc_P·sinΔθ+Iqc_P·cosΔθ)＝-Kt×(Idc_N·sinΔθ+Iqc_N·cosΔθ)     …(8)

用cosΔθ除式8的两边，得到式9。

$\tan \mathrm{\Δ\θ}=\frac{-(I{\mathrm{qc}}_P+{\mathrm{Iqc}}_N)}{{\mathrm{Idc}}_P+{\mathrm{Idc}}_N}...\left(9\right)$

因此，在非突极性的同步电动机的情况下，控制dq轴和电动机dq轴的偏离Δθ即磁极位置偏离量Δθ可用式10求出。

$\mathrm{\Δ\θ}={\tan }^{-1}(-\frac{{\mathrm{Iqc}}_P+{\mathrm{Iqc}}_N}{{\mathrm{Idc}}_P+{\mathrm{Idc}}_N})...\left(10\right)$

此外，在非突极性的同步电动机的情况下，因为设d相电流指令Id不是零而是恒定值，所以式10中的Idc_P以及Idc_N都不为零，式10的分母不为零。在突极性的同步电动机的情况下，Ld≠Lq，不能利用以式6为前提的式10。在突极性的同步电动机的情况下，如下计算磁极位置偏离量Δθ。

在同步电动机是突极性的情况下，虽然Ld≠Lq，但是当为了简化式5而设d相的电流Idc为零时，从式5以及式7得到式11。

]

pole×{φ+(Lq-Ld)Iqc_P·sinΔθ}×Iqc_P·cosΔθ

＝-pole×{φ+(Lq-Ld)×Iqc_N·sinΔθ}×Iqc_N·cosΔθ         …(11)整理式11，得到式12。

φ(Iqc_P+Iqc_N)＝(Ld-Lq)×(Iq_P ²+Iqc_N ²)sinΔθ                 …(12)

进一步整理式12，得到式13。

$\sin \mathrm{\Δ\θ}=-\frac{\mathrm{\φ}/\mathrm{Ld}}{(\mathrm{Lq}/\mathrm{LD}-1)}\×\frac{{\mathrm{Iq}}_P+{\mathrm{Iq}}_N}{{{\mathrm{Iq}}_P}^2+{{\mathrm{Iq}}_N}^2}...\left(13\right)$

因此，在突极性的同步电动机的情况下，控制dq轴和电动机dq轴的偏离Δθ即磁极位置偏离量Δθ可用式14求出。

$\mathrm{\Δ\θ}={\sin }^{-1}(-\frac{\mathrm{\φ}/\mathrm{Ld}}{(\mathrm{Lq}/\mathrm{Ld}-1)}\×\frac{{\mathrm{Iq}}_P+{\mathrm{Iq}}_N}{{{\mathrm{Iq}}_P}^2+{{\mathrm{Iq}}_N}^2})...\left(14\right)$

接着，更详细地说明步骤S109中的通过检测装置1进行的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差的计算。此外，以下的式15～18在正转时以及反转时通用。

在电动机dq轴上，同步电动机的电路方程式，设电阻为R、频率为ω、反电动势为ωφ、d相以及q相的各电感为Ld以及Lq、d相以及q相的各电流为Idm以及Iqm、d相以及q相的各电压为Vdm以及Vqm，如式15所示。这里，忽略作为微分项的Ldt/di。

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Vdm}\\ \mathrm{Vqm}\end{array}\right)=R\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idm}\\ \mathrm{Iqm}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}0& -\mathrm{wLq}\\ \mathrm{wLd}& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idm}\\ \mathrm{Iqm}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ \mathrm{w\φ}\end{array}\right)...\left(15\right)$

当使用式2把式15变换到控制dq轴上时，成为式16那样。

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Vdc}\\ \mathrm{Vqc}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& \sin \mathrm{\Δ\θ}\\ -\sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Vdm}\\ \mathrm{Vqm}\end{array}\right)$

$=R\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& \sin \mathrm{\Δ\θ}\\ -\sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idm}\\ \mathrm{Iqm}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& \sin \mathrm{\Δ\θ}\\ -\sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}0& -\mathrm{wLq}\\ \mathrm{wLd}& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idm}\\ \mathrm{Iqm}\end{array}\right)$

$+\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& \sin \mathrm{\Δ\θ}\\ -\sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}0\\ \mathrm{w\φ}\end{array}\right)$

$=R\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idc}\\ \mathrm{Iqc}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& \sin \mathrm{\Δ\θ}\\ -\sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}0& -\mathrm{wLq}\\ \mathrm{wLd}& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& -\sin \mathrm{\Δ\θ}\\ \sin \mathrm{\Δ\θ}& \cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idc}\\ \mathrm{Iqc}\end{array}\right)$

$+\left(\begin{array}{c}\mathrm{w\φ}\·\sin \mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{w\φ}\·\cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)$

$=R\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idc}\\ \mathrm{Iqc}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}-w(\mathrm{Lq}-\mathrm{Ld})\sin \mathrm{\Δ\θ}\·\cos \mathrm{\Δ\θ}-w(\mathrm{Lq}\·{\cos }^2\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{Ld}\·{\sin }^2\mathrm{\Δ\θ})& \\ w(\mathrm{Lq}\·{\cos }^2\mathrm{\Δ\θ}+\mathrm{Ld}\·{\sin }^2\mathrm{\Δ\θ})& w(\mathrm{Lq}-\mathrm{Ld})\sin \mathrm{\Δ\θ}\·\cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Idc}\\ \mathrm{Iqc}\end{array}\right)$

$+\left(\begin{array}{c}\mathrm{w\φ}\·\sin \mathrm{\Δ\θ}\\ \mathrm{w\φ}\·\cos \mathrm{\Δ\θ}\end{array}\right)...\left(16\right)$

d相电压指令Vdc可以如图17那样表示。

Vdc＝R·Idc-w(Lq-Ld)sinΔθ·cosΔθIdc-w(Lq·cos²Δθ+Ld·sin²Δθ)Iqc

                                        +wφ·sinΔθ        …(17)

另一方面，q相电压指令Vqc可以如图18那样表示。

Vqc＝R·Iqc +w(Lq·cos²Δθ+Ld·sin²Δθ)Idc+w(Lq-Ld)sinΔθ·cosΔθ·Iqc

                                         +wφ·cosΔθ        …(18)

因此，正转时d相电压指令Vdc_P可以像式19那样表示，反转时d相电压指令Vdc_N像式20那样表示。

Vdc_P＝R·Idc_P-w_P(Lq-Ld)sinΔθ·cosΔθIdc_P-w_P(L_q·cos²Δθ+Ld·sin²Δθ)

                                       ·Iqc_P+wPφ·sinΔθ        …(19)

Vdc_N＝R·Idc_N-w_N(Lq-Ld)sinΔθ·cosΔθIdc_N-w_N(Lq·cos²Δθ+Ld·sin²Δθ)

                                      ·Iqc_N+w_Nφ·sinΔθ        …(20)

此外，调整模式，因为在不需要弱励磁的具有电压上的余裕的旋转区内执行，所以d相电流如指令一样流动，Idc_P和Idc_N大体一致。另一方面，因为作为速度控制的结果流过q相电流，所以通过存在磁极位置偏离量Δθ，产生转矩T成为同样的大小，但是不会成为Idc_P＝-Idc_N。

此外，特别在非突极性的电动机的情况下，因为Ld＝Lq，所以式19以及式20，设Ld＝Lq＝L，分别如式21以及式22那样表示。此时，因为在偏离Δθ的状态下进行速度控制，所以ω_P＝-ω_N，Idc_P＝Idc_N，ω_P·Iqc_P≠ω_N·Iqc_N，因此旋转方向不同，d相电压指令不同。

Vdc_P＝R·Idc_P-w_PL·Iqc_P+w_Pφ·sinΔθ                      …(21)

Vdc_N＝R·Idc_P+w_NL·Iqc_N-w_Nφ·sinΔθ                      …(22)

在图2的步骤S110，检测单元1，判定在步骤S109计算的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差“Vdc_P-Vdc_N”的绝对值是否在预定的阈值内。如果差“Vdc_P-Vdc_N”的绝对值在预定的阈值外则前进到步骤S111，如果在预定的阈值内则前进到步骤S112。

在步骤S111，检测单元1，把在步骤S110判定为正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差“Vdc_P-Vdc_N”的绝对值在预定的阈值外时的初始值或者候补值与磁极位置偏离量相加后的值，设定为新的候补值，并且把此时的磁极初始位置或磁极位置挪动磁极位置偏离量得到的位置，设定为新的磁极位置。

在步骤S112，检测单元1，把在步骤S110判定为正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差“Vdc_P-Vdc_N”的绝对值在预定的阈值内时的候补值，确定为确定的磁极候补值，将其存储在存储器中。

在步骤S110中判定为正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差“Vdc_P-Vdc_N”的绝对值在预定的阈值内之前，重复执行上述S105～S112的各处理。

在步骤S112确定的磁极修正值，在步骤S113中，用于在步骤S101的磁极位置检测处理中检测到的磁极初始位置的修正。如上所述在步骤S101检测到的磁极初始位置包含误差。该误差，认为主要由S101中的磁极初始位置的检测误差引起，所以在步骤S113，通过把步骤S112中确定的磁极修正值减去传感器基准位置后的值与磁极初始位置相加，去除在磁极初始位置中包含的误差成分。把由此得到的值设定为修正后的磁极初始位置，并存储在存储器中。经过上述的各处理得到的修正后的磁极初始位置，作为没有磁极位置传感器的同步电动机的旋转控制时的磁极位置的基准使用。

这里，当设在步骤S101中检测到的磁极初始位置为θ₀、同步电动机的极对数为pole、同步电动机的传感器的位置反馈的差为Δfb时，磁极位置θ可以用式23表示。

θ＝θ0+∑pole·Δfb                                …(23)

当设确定的磁极修正值为θr、把与传感器基准位置对应的磁极初始位置作为基准的磁极位置为θ₁、磁极位置偏离量为Δθ时，Δθ修正量＝Δθ＝θr-θ₁，修正后的磁极位置θ用式24表示。

θ＝θ0+∑pole·Δfb+Δθ                           …(24)

图5是表示具有本发明的第一实施例的检测装置的同步电动机的控制装置的框图。本发明的第一实施例的检测装置1，被设为控制同步电动机的旋转的控制装置100内的一种功能。

指令选择部31以及32以调整模式和通常驱动模式切换指令。指令选择部31，根据来自检测装置1的选择信号进行切换，在为通常驱动模式时向速度控制部33输入来自外部的速度指令，在调整模式时向速度控制部33输入来自检测装置1的正转以及反转的方向以及速度指令。另外，指令选择部32，根据来自检测装置1的选择信号进行切换，在为通常驱动模式时向DQ相电流控制部35输入来自DQ电流生成部34的d相电流指令Id，在为调整模式时向DQ相电流控制部35输入来自检测装置1的d相电流指令Id。

速度控制部33在通常驱动模式时根据来自外部的速度指令以及在调整模式时根据来自检测装置1的正转以及反转的方向以及速度指令，对于DQ电流生成部34输出转矩指令。

DQ电流生成部34，根据来自速度控制部33的转矩指令和表示同步电动机2的旋转速度的来自速度检测部39的速度反馈信号，生成d相电流指令Id以及q相电流指令Iq。

DQ电流生成部35，根据来自DQ电流生成部34的q相电流指令Iq、通常驱动模式时来自DQ电流生成部34的d相电流指令Id或者在调整模式时来自检测装置1的d相电流指令Id、d相电流反馈值Id以及q相电流反馈值Iq，生成d相电压指令Vd以及q相电压指令Vq。

DQ-3相变换部36，在把检测装置1生成的修正后的磁极初始位置作为基准的磁极位置，对输入的d相电压指令Vd以及q相电压指令Vq进行DQ-3相变换，生成3相电压指令，然后输出给电力放大部37。

电力放大部37根据输入的3相电压指令对于同步电动机2施加3相的驱动电压。

3相-DQ变换部38检测流入被施加了3相驱动电压的同步电动机2的电流(例如u相电流Iu以及v相电流Iv)，在把检测装置1生成的修正后的磁极初始位置作为基准的磁极位置对该电流进行3相-DQ变换，生成d相电流反馈值Id以及q相电流反馈值Iq，然后输出给检测装置1。

速度检测部39根据来自传感器41的与传感器位置有关的信号生成速度反馈信号。

同步电动机2根据施加的3相的驱动电压进行旋转。同步电动机2，在通常驱动模式时，根据来自外部的速度指令，根据把检测装置1设定的修正后的磁极初始位置为基准检测到的磁极位置被旋转控制。另外，同步电动机2，在调整模式时遵照来自检测装置1的指令旋转。

传感器41在任意的位置对于电动机磁极0度位置安装了传感器基准位置，输出同步电动机2的旋转位置以及传感器基准位置。

检测装置1，根据来自传感器41的当前位置信号以及传感器基准位置信号、dq相反馈(或者指令)电流Id以及Iq、和dq相电压指令Vd以及Vq，根据上述的处理，生成并输出关于“修正后的磁极初始位置”的信号。

图6是本发明的第二实施例的检测装置的原理框图。本发明的第二实施例，在参照图1说明的第一实施例中，在显示装置中显示计算出的磁极位置偏离量以及正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差“Vdc_P-Vdc_N”的绝对值使用户能够识别，将用户输入的数据反映在磁极初始位置的修正中。

本发明的第二实施例的检测装置1，在生成单元11内，除了参照图1说明的初始设定单元21、计算单元22、更新单元24以及确定单元25之外，还具有显示单元26和判定单元27，显示单元26使外部显示装置显示通过初始设定单元21设定的初始值以及通过计算单元22计算的磁极位置偏离量以及正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差，判定单元27用于判定是否有来自外部的结束指令。通过显示单元26指示显示的外部显示装置也可以是公知的显示装置。另外，虽然未特别图示，但是采用用户能够从键盘以及坐标输入装置等各种输入装置从外部输入的结构。

生成单元11内的判定单元27判定是否有来自外部的结束指令。结束指令从上述各种输入装置输入。

生成单元11内的更新单元24，把通过判定单元27判定为没有结束指令时的初始值或者候补值与“从外部输入的量”相加后的值设定为新的候补值，并且把使此时的磁极初始位置或磁极位置挪动从外部输入的量后的位置设定为新的磁极位置。此外，上述“从外部输入的量”可以通过用户任意设定。另外，第二实施例也和第一实施例的情况相同，在生成单元11中给予同步电动机的预定的d相电流指令，在同步电动机是非突极性的同步电动机的情况下是恒定值，在同步电动机是有突极性的同步电动机的情况下为零。

生成单元11内的确定单元25把通过判定单元27判定为具有结束指令时的候补值作为确定的磁极候补值存储在存储器中。

此外，关于这以外的电路结构要素与图5表示的电路结构要素相同，所以对相同的电路结构要素附以相同的符号，省略关于该电路结构要素的详细的说明。

生成单元11内的计算单元22以及更新单元24，在通过判定单元27判定为有结束指令之前，执行上述的计算以及更新的各处理。

另外，修正单元12，把磁极修正值减去传感器基准位置后的值与磁极初始位置相加得到的值设定为修正后的磁极初始位置。

图7是表示本发明的第二实施例的检测装置的动作流程的流程图。在本发明的第二实施例中，步骤S101～S109以及S112的各处理与上述第一实施例中的步骤S101～S109以及S112的各处理相同。

在步骤S121，检测装置1使显示器显示在步骤S109计算的磁极位置偏离量以及正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差。在步骤S121，还可以使显示装置显示步骤S104中的传感器基准位置以及磁极修正值的候补值的初始值。

在步骤S122，检测装置1判定是否有来自外部的结束指令。如果没有结束指令则前进到步骤S123，如果有结束指令则前进到步骤S112。

在步骤S123，检测单元1，把初始值或者候补值与“从外部输入的量”相加得到的值，设定为新的候补值，并且把此时的磁极初始位置或者磁极位置挪动从外部输入的量得到的位置，设定为新的磁极位置。此外，上述“从外部输入的量”可以由用户任意设定。

在步骤S112，检测单元1，把判定为具有结束指令时的候补值，确定为确定的磁极候补值，将其存储在非易失存储器中。

在步骤S122判定为具有来自外部的结束指令之前，重复执行上述S105～S109、S112、以及S121～S123的各处理。

在步骤S113中，把在步骤S112中确定的磁极修正值，用于在步骤S101的磁极位置检测处理中检测到的磁极初始位置的修正。如上所述在步骤S101检测到的磁极初始位置包含误差。认为该误差主要由磁极初始位置检测时的检测误差引起，所以在步骤S113中，把在步骤S112确定并存储在非易失存储器中的磁极修正值减去与传感器基准位置对应的磁极位置后的值与磁极初始位置相加，来去除误差量。把由此得到的值设定为修正后的磁极初始位置，作为控制上的磁极位置使用。如上所述，因为在磁极修正值的生成中使用用户“从外部输入的量”，所以能够在磁极初始位置的修正中反映用户输入的数据。经过上述各处理得到的修正后的磁极初始位置，作为没有磁极位置传感器的同步电动机的旋转控制时的磁极位置的基准使用。

图8是表示具有本发明的第二实施例的检测装置的同步电动机的控制装置的框图。本发明的第二实施例的检测装置1，也和第一实施例的情况相同，被设为控制同步电动机的旋转的控制装置100内的一种功能。

检测装置1对于外部显示装置34输出显示数据。在显示数据中，具有磁极位置偏离量、正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差、传感器基准位置、修正后的磁极初始位置、修正前的磁极初始位置、已确定的磁极修正值、磁极修正值的候补值及其初始值、以及结束指令等，但是还可以具有这些以外的信息。

此外，关于这以外的电路结构要素，因为与图5表示的电路结构要素相同，所以对相同的电路结构要素赋予相同的符号，省略关于该电路结构要素的详细的说明。此外，在控制装置100内，还可以设置模式选择部42，能够选择通常驱动模式和调整模式。

本发明能够应用于没有磁极位置传感器的同步电动机。该同步电动机可以是突极性以及非突极性的任何一种。

根据本发明的检测装置，对于根据d相电流指令以及q相电流指令控制旋转的没有磁极位置传感器的同步电动机，能够高精度且在短时间内检测磁极修正值。另外，根据本发明的检测装置，因为使同步电动机正转以及反转生成磁极修正值，所以与现有技术相比能够进一步减低在磁极修正值内包含的误差。另外，根据本发明的控制装置，因为如上所述在通过检测装置生成的磁极修正值内包含的误差被减低，所以在旋转控制同步电动机时能够在同步电动机内流过适当的d相电流，不会出现施加的驱动电压不足的情况，同步电动机的控制稳定，另外，本发明的检测装置以及控制装置能够应用于突极性以及非突极性的任何一种同步电动机。

Claims (4)

1.一种检测装置(1)，其检测根据d相电流指令以及q相电流指令被控制的同步电动机(2)的磁极位置，其特征在于，具有：

生成单元(11)，其在上述同步电动机(2)的电源接通后在通过磁极检测处理检测到磁极初始位置后，根据给予预定的d相电流指令使上述同步电动机(2)正转以及反转时分别生成的用于使上述同步电动机(2)旋转的正转时d相电压指令和反转时d相电压指令的差，生成磁极修正值；和

修正单元(12)，其根据上述磁极修正值、和作为上述同步电动机(2)的传感器(41)的基准位置的传感器基准位置，修正上述磁极初始位置。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

上述生成单元(11)具有：

初始设定单元(21)，其在上述同步电动机(2)的电源接通后，设定把在通过磁极检测处理检测到的上述磁极初始位置作为基准的磁极修正值的候补值的初始值；

计算单元(22)，其根据在上述初始值以及上述磁极初始位置或者设定的上述候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使上述同步电动机(2)正转以及反转时检测到的流入到上述同步电动机(2)的电动机电流的d相电流反馈值和q相电流反馈值以及d相电压指令和q相电压指令，分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量、以及上述正转时d相电压指令和上述反转时d相电压指令的差；

判定单元(23)，其判定通过上述计算单元(22)计算出的上述正转时d相电压指令和上述反转时d相电压指令的差是否在预定的阈值内；

更新单元(24)，其把上述判定单元(23)判定为上述差在上述预定的阈值外时的上述初始值或者上述候补值与上述磁极位置偏离量相加得到的值设定为新的上述候补值，并且把此时的上述磁极初始位置或者上述磁极位置挪动上述磁极位置偏离量得到的位置设定为新的磁极位置；和

确定单元(25)，其把通过上述判定单元(23)判定上述差在上述预定的阈值内时的上述候补值作为确定的上述磁极修正值存储在存储器中，

上述计算单元(22)以及上述更新单元(24)，在通过上述判定单元(23)判定为上述差在上述预定的阈值内之前，执行上述的计算以及更新的各处理。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

上述生成单元(11)具有：

初始设定单元(21)，其在上述同步电动机(2)的电源接通后，设定把通过磁极检测处理检测到的上述磁极初始位置作为基准的磁极修正值的候补值的初始值；

计算单元(22)，其根据在上述初始值以及上述磁极初始位置或者设定的上述候补值以及磁极位置下给予预定的d相电流指令使上述同步电动机(2)正转以及反转时检测到的流入上述同步电动机(2)的电动机电流的d相电流反馈值和q相电流反馈值以及d相电压指令和q相电压指令，分别计算作为控制系统的dq轴和电动机系统的dq轴的轴偏离的磁极位置偏离量、以及上述正转时d相电压指令和上述反转时d相电压指令的差；

显示单元(26)，其显示通过上述初始设定单元(21)设定的上述初始值、以及通过上述计算单元(22)计算的上述磁极位置偏离量以及上述差；

判定单元(27)，其判定是否有结束指令；

更新单元(24)，其把上述判定单元(27)判定为没有上述结束指令时的上述初始值或者上述候补值与从外部输入的量相加得到的值设定为新的上述候补值，并且把此时的上述磁极初始位置或者上述磁极位置挪动从外部输入的量得到的位置设定为新的磁极位置；和

确定单元(26)，其把通过上述判定单元(27)判定为有上述结束指令时的上述候补值作为确定的上述磁极修正值存储在存储器中，

上述计算单元(22)以及上述更新单元(24)，在通过上述判定单元(27)判定为上述差在上述预定的阈值内之前，执行上述计算以及更新的各处理。

4.根据权利要求1～3的任意一项所述的检测装置，其特征在于，

在上述生成单元(11)中上述同步电动机被赋予的上述预定的d相电流指令，在上述同步电动机(2)是具有非突极性的同步电动机时为恒定值，在上述同步电动机(2)是的同步电动机时为零。

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