CN103580573A - 电动机的励磁装置、励磁方法、控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机的励磁装置、励磁方法、控制装置以及控制方法。在磁阻扭矩的比例大于磁铁扭矩的永磁铁型电动机中，可以进行磁极位置检测器的磁极对位。在具有N轴的多相线圈的永磁铁同步电动机中，取出任意的K组用独立的电源对K组的各轴线圈进行直流励磁。即，用1轴励磁装置对1轴线圈进行直流励磁，用2轴励磁装置对2轴线圈进行直流励磁，使得2轴线圈与1轴线圈的磁动势的大小相等且在电气上具有相位差π/N，…，用K轴励磁装置对K轴线圈进行直流励磁，使得K轴线圈与1轴线圈的磁动势的大小相等且在电气上具有相位差（K-1）π/K，来进行电动机的磁极对位，其中，N≥2，K≤N。

Description

电动机的励磁装置、励磁方法、控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种永磁铁同步电动机（以下简称为PMSM）的控制装置，特别是涉及进行其磁极位置检测器的磁极对位的电动机励磁装置。

背景技术

PMSM以转子的磁极位置为基准来进行电动机的电流控制，所以具有用于电动机的磁极位置检测的磁极位置检测器。在最初制造时将磁极位置检测器安装在电动机轴上的状态下，不知道转子的磁极位置和磁极位置检测器的相对位置关系，所以为了明确两者的相对的位置关系而需要磁极对位。作为该方法，专利文献1提出了在磁极位置检测器使用了编码器的方法。

即，在最初将电动机和编码器进行组合的状态下，只能确定编码器自身所具有的绝对的零位置。接着，在电动机的众所周知的V相以及W相线圈（未图示）施加正电流，在众所周知的U相线圈施加负电流来进行电动机的直流通电，使电动机停止在稳定点。这时，读取之前所述的编码器自身所具有的绝对的零位置和稳定停止点的位置误差δ，写入存储器中。并且，一边利用编码器的计数值来修正位置误差δ，一边匹配磁极位置进行运行驱动。

专利文献1：日本特开平9-219989号公报

发明内容

所述公知的方法对于磁阻扭矩比磁铁扭矩小的普通PMSM是有效的。但是，如果适用于磁阻扭矩比磁铁扭矩大的电动机（例如，日本特开2011-83066号公报所示的永磁铁辅助型磁阻电动机，这里以下简称为PRM（PERMANENTMAGNET ASSISTED SYNCHRONOUS RELLUCTANCE MOTOR）），则会产生稳定停止点不会定在1点的问题。通过附图来说明这种情况。

首先，说明在电动机流动直流电流时的稳定停止点。图1是表示d轴线圈以及q轴线圈电流矢量和电流相位角β的关系的图。图1中，将d轴的方向设为转子N极的方向，将q轴的方向设为从d轴电气前进π/2相位的方向。另外，将电流矢量I a的方向和q轴的相位角设为β。另外，q轴与无负荷感应电动势的矢量的方向相同。另外，图1的d轴和q轴是与转子同步旋转的旋转坐标轴，d q轴的正旋转方向为左旋转（数学的正方向）。因此，逆旋转为右旋转。

接着，图2表示电流相位角β和扭矩的关系的、通常的PMSM的一般例子。图2的β—扭矩特性有2π的周期性，在图的点A（β=β0）、点B（β=β1）成为扭矩0。这里，表示电流相位角β的范围为以下4种情况下，以电流相位角β进行直流励磁时的电动机的转子的举动。

（1）在-π≤β<β0的范围内时

扭矩为负，所以转子产生右旋转的扭矩。于是，图1的电流矢量的方向为dq轴以不变的状态进行右旋转，所以电流相位角β增加。终于成为β=β0，在该点A成为扭矩0并停止。

（2）β=β0或者β=β1

扭矩是0，所以保持停止状态。

（3）在β0<β<β1的范围内时

扭矩为正，所以转子产生左旋转的扭矩。于是，图1的电流扭矩的方向为d q轴以不变的状态进行左旋转，所以电流相位角β减少。终于在β=β0的点左旋转停下而停止。

（4）在β1<β≤π的范围内时

扭矩为负，所以和（1）一样，在成为β=β0的点停止。

由所述的（1）～（4）可知，进行直流励磁的瞬间的电流相位角β，如果β≠β1，则转子移动，使β=β0，并在这点稳定停止。另外，所谓稳定停止点β0，可以说是在电流相位角β增加时，将β=β0的点作为边界，扭矩从负转为正的点。在β=β1时，成为扭矩0并停止，但是与上述相比非常不稳定，磁动势的方向只变化一点点，使转子朝向稳定停止点β=β0移动。因此，实用上几乎不成为问题。

即，稳定停止点在图2的β-扭矩特性图中，扭矩从负变为正时的扭矩成为0的相位。

接着，说明与PMSM的电流相位角β有关的扭矩方程式。在PMSM的等价电路常数中，如果直轴电感为Ld、横轴电感为Lq、感应电动势常数为k e、极对数为p、图1的电流矢量I a（大小与电流有效值相等）的d轴方向的电流分量为

q轴方向的电流分量为

则一般有以下的PMSM的扭矩式。

τ=p[ke×iq+（Ld–Lq）×id×iq]     （式1）

$\mathrm{Id}=\mathrm{id}/\sqrt{}3=-\mathrm{Ia}\&times;\sin \mathrm{\&beta;}$              （式2）

$\mathrm{I\; q}=\mathrm{i\; q}/\sqrt{\mathrm{}}3=\mathrm{I\; a}\&times;\cos \mathrm{\&beta;}$              （式3）

通过式1、式2、式3，电动机产生扭矩τ可以表示为：

τ=p[k e×i q+（L d–L q）×i d×i q]

=p[k e×I a×cosβ×3–(3/2)×（L d–L q）×I a²×sin2β]

=A×I a×[cosβ+B×I a×sin2β]   (–π≤β≤π)  (式4)

这里，A、B：常数、I a：电流矢量的大小（电流有效值）、I a>0、A>0。

式4括号内的第1项表示磁铁的磁通量和电流积的扭矩（一般称为磁性扭矩），括号内的第2项表示磁阻扭矩效果的磁阻扭矩。另外，式4是在只具有1轴的线圈（3相线圈为一组）的通常的PMSM中成立的式子，但是对于后述的多轴的线圈电动机如果也分别对各轴的线圈适用式4，求得其总和，则可以计算出各轴的线圈所产生的扭矩的电动机整体的合计扭矩。

在式4所表示的扭矩中，根据B×I a的值分成以下3种情况。

（1）-1/2≤B×I a≤1/2的情况

这种情况是磁阻扭矩的比例小的通常的PMSM的情况。横轴取电流相位β、纵轴取扭矩τ时，式4所表示的图形如图3那样。由图3可知，在–π≤β≤π只存在1个稳定停止点β0（β增加时，扭矩从负到正的点），该值与电动机常数无关，是稳定停止点β0=–π/2。特别当B=0时（即L d=L q），只成为磁性扭矩项，成为图2所示那样的正弦波的β–扭矩特性。

以上表示对电动机进行直流励磁时，稳定停止点β0表示只存在一个β0=–π/2，为了成为该稳定点，转子的N极被引向电流矢量的方向。

（2）B×I a>1/2的情况

这时，是磁阻扭矩的比例大的电动机，其中，也包括之前所述的PRM。式4所表示的图形将“B×I a=0.8”的情况作为例子列举时，如图4那样。由图4可知，在–π≤β≤π存在2个稳定停止点β0（图的A点、B点）。因此，对电动机进行直流励磁时，在哪个电流相位角β稳定是通过当时的电动机停止在哪个相位来决定的。

这样，稳定停止点有2点，所以不能确定是哪个点，也不能根据停止点来确定d轴相位（β=–π/2），这样不能决定磁极位置。并且，该稳定停止点受电动机常数的影响，不能唯一确定。

（3）B×I a<-1/2的情况

与所述（2）的B×I a>1/2的情况相同，这时也是磁阻扭矩的比例大的电动机。式4所表示的图形为图5所示那样。由图5可知，在–π≤β≤π只存在2个稳定停止点β0，但是与B×I a>1/2的情况不同的是，该值与电动机常数无关，是稳定停止点β0=–π/2或者π/2，但是与B×I a>1/2的情况一样，在对电动机进行直流励磁时，在哪个电流相位角β稳定是通过当时的电动机停止在哪个相位来决定的。这样，稳定停止点有2点，所以不能确定是哪个点，也不能根据停止点来确定d轴相位（β=–π/2），这样不能决定磁极位置。

如上所述，本发明是对于磁阻扭矩的比例大的电动机而提出的，其目的为提供可以进行磁阻扭矩的比例大的永磁铁电动机的磁极位置检测器的磁极对位的永磁铁电动机的电动机励磁装置以及电动机励磁方法。

为了解决所述课题，本发明提供一种电动机励磁装置，其选择具有N轴（N≥2）的多相线圈的永磁铁同步电动机的任意的多个轴，将该多个轴的各轴线圈进行单独励磁并进行编码器和电动机的磁极对位，该电动机励磁装置的特征在于，具备：对位励磁电流指令部，其将所选择的多个轴设为K组（K≤N），产生励磁电流指令；各轴励磁装置，其接受所述励磁电流指令将直流的励磁电流供给所述K组的各轴线圈；存储部，其存储编码器的值，所述各轴励磁装置，根据所述励磁电流指令对K组的各轴线圈进行直流励磁，使得各轴线圈的磁动势相互间在电气上的相位差成为π/K，所述存储部将通过该直流励磁，电动机在稳定停止时的编码器的值存储为初始位置。

另外，在上述所记载的电动机励磁装置中，特征在于所述各轴励磁装置，根据所述励磁电流指令将励磁电流提供给各轴线圈，使得各轴线圈的磁动势的大小相等。

另外，在上述所记载的电动机励磁装置中，其特征在于，在永磁铁同步电动机的直流励磁之时，所述各个轴励磁装置提供电流使之逐渐上升到预定值。

另外，在上述所记载的电动机励磁装置中，其特征在于，在永磁铁同步电动机的直流励磁之时，所述各轴励磁装置以预定值提供电流，当转子停止或者旋转移动量成为0时，使更大的电流流动。

另外，在上述所记载的电动机励磁装置的特征在于，具有根据存储部存储的初始位置来修正编码器的旋转位置的修正部，通过所述修正部输出的旋转位置信号进行电动机的控制。

另外，为了解决上述课题，本发明提供一种电动机励磁方法，选择具有N轴（N≥2）的多相线圈的永磁铁同步电动机的任意的多个轴，对该多个轴的各轴线圈进行单独励磁并进行编码器和电动机的磁极对位，在该电动机励磁方法中，具备对位励磁电流指令部，其将所选择的多个轴设为K组（K≤N），产生励磁电流指令；各轴励磁装置，其接受所述励磁电流指令将直流的励磁电流供给所述K组的各轴线圈；存储部，其存储编码器的值，

根据所述励磁电流指令，通过所述各轴励磁装置，对K组的各轴线圈进行直流励磁，使得各轴线圈的磁动势相互间在电气上的相位差成为π/K，将通过该直流励磁，电动机稳定停止时的编码器的值作为初始位置存储在所述存储部中。

发明的效果

本发明根据权利要求1、2、6、7的发明，在通过各轴线圈所产生的磁阻扭矩的电动机整体的合计值为零时，稳定停止点β0定在1点，且该稳定停止点与电动机常数无关，只依赖进行直流励磁的K组的各轴线圈的数量K，所以可以从该稳定停止点β0容易地计算出电动机的磁极位置（N极位置）。

根据权利要求3、4、8、9的发明，在磁极对位时，可以不成为振动扭矩而快速地停止在稳定停止点。另外，可以使稳定停止点附近的扭矩为大，还可以更加高精度地进行磁极对位。

根据权利要求5、10的发明，即使在磁阻扭矩比例大的电动机中，通过权利要求1、2、6、7求得稳定停止点后，修正运算磁极位置，由此可以与通常的PMSM（磁阻扭矩比例小的电动机）同样地进行电动机的控制。

附图说明

图1是表示电流的相位关系的图。

图2是表示扭矩和电流相位角的关系的图。

图3是当-1/2≤B×I a≤1/2时，式4所表示的扭矩与电流相位角β的关系和直流励磁时的稳定停止点β0的说明图。

图4是当B×I a>1/2时，式4所表示的扭矩与电流相位角β的关系和直流励磁时的稳定停止点β0的说明图。

图5是当B×I a<-1/2时，式4所表示的扭矩与电流相位角β的关系和直流励磁时的稳定停止点β0的说明图。

图6是实施例1的电动机的截面图。

图7是实施例1的其他电动机的截面图。

图8是实施例1的电动机的励磁装置以及电动机的整体图。

图9是将各轴线圈以π/K的相位差进行励磁时的、与电流相位角对应的、各线圈所产生的扭矩的电动机整体的合计扭矩的说明图。

图10是实施例1的其他电动机励磁装置以及电动机的整体图。

图11是表示实施例1的控制流程的图。

图12是实施例1的通常运行状态的控制框图。

图13是在线圈2轴中，当一方的B×I a的值大5%时的、与电流相位角β对应的1轴和2轴的合计扭矩τ的关系和直流励磁时的稳定停止点β0的说明图。

图14是在K=2轴时，将可变直流电源与多轴线圈电动机11的各轴线圈直接连接的励磁装置的整体图。

图15是在K=3轴时，将可变直流电源1与多轴线圈电动机11的各轴线圈直接连接的励磁装置的整体图。

符号的说明

11      多线圈电动机

111     1轴线圈

112     2轴线圈

113     3轴线圈

11N     N轴线圈

11a     定子

11b     转子

11c     永磁铁

011     实施例1记载的多轴线圈电动机11的励磁装置

12      编码器

100     对位励磁电流指令部

211     1轴励磁装置

212     2轴励磁装置

21K     K轴励磁装置

11K     实施例1的电动机11的第K轴线圈

11NK    实施例1的电动机11的其他线圈

221     电流控制部（ACR）

231     PWM控制部

241     逆变器

251     电流检测器

101     位置存储部

021     实施例1记载的其他的多轴线圈电动机11的励磁装置

108     电流变更指令

108a    电流变更指令的一个例子

108b    电流变更指令的另外一个例子

108c    电流变更指令的另外一个例子

108d    电流变更指令的另外一个例子

012     通常运行时的多轴线圈电动机11的控制装置

102     使用位置存储部101中存储的初始位置进行修正的修正部

103     速度运算部

104     速度控制部

105     Id*、Iq*运算部

321     Id/Iq电流控制部

361     从正交2轴坐标系变换为三相交流坐标系的坐标变换部

371     从三相交流坐标系变换为正交2轴坐标系的坐标变换部

311     通常运行时的1轴控制装置

312     通常运行时的2轴控制装置

31N     通常运行时的N轴控制装置

105a、  105b、  105c、  105d、  105e  可变直流电源

106a、  106b、  106c、  106d、  106e  分流电阻

107a、  107b、  107c、  107d、  107e  电压/电流变换显示装置

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

（实施例1）

图6是在本实施例中作为对象的电动机11的内部结构的截面图。电动机11是具有多个从电动机内部引出的3相线圈的多轴线圈电动机。该多轴3相线圈分别称为1轴线圈111、2轴线圈112…、N轴线圈11N（N≥2）。还将多轴线圈的数量称为轴数。另外，本实施例中，关于电动机11，用3相电动机进行了说明，不过即使多相电动机也可以实现本申请的目的。

以下说明多轴线圈电动机11与通常经常制造的1轴线圈电动机的不同。在图6中，1轴线圈111、2轴线圈112…、N轴线圈11N在电动机的定子11a的圆周方向按顺序被卷绕。各个轴的端子被引出电动机外部。另外，图6的各轴的线圈的两端部分别被无干扰地卷绕，但即使多少有些两者重叠的干扰区域地被卷绕也没有问题。或者，可以有一种线圈方法，即定子11a的线圈如图7所示的截面图那样，1轴线圈111…、N轴线圈11N交互卷入，各轴线圈分别分散到定子的整个周围而被卷绕。

将以上多轴线圈电动机的各轴线圈进行串联或并联接线，引出到电动机外部后只作为1轴线圈的是通常的1轴线圈电动机。因此，如果说电动机内部的电磁现象，则两者本质上相同。转子11b位于定子11a的内侧，转子表面或者内部均等地配置有永磁铁11c。在图6以及图7中，作为一个例子，在圆周方向均匀地配置4个永磁铁11c。通过对多轴线圈电动机11的各轴的线圈进行直流励磁，转子11b产生扭矩，在稳定停止点停止。

多轴线圈电动机11由各轴独立的逆变器来驱动。与1轴线圈电动机相比，需要相同扭矩的逆变器（inverter）的数量增加。但是，该逆变器的容量是用轴数来除1轴线圈电动机的电流容量的值即可，所以有可以制造、使用小型的逆变器的优点。

图8是本发明实施例的电动机励磁装置011以及与其连接的多轴线圈电动机11的整体图。图8中，与图6以及图7相同的编号的表示相同的部件。编码器12用于检测电动机11的磁极位置，与电动机11的旋转轴相连。对位励磁电流指令部100将励磁电流指令赋予多轴线圈电动机11的各轴的3相线圈。

211、212、…、21K分别是1轴励磁装置、2轴励磁装置、…、K轴励磁装置，将电流供给分别对应的1轴线圈111、2轴线圈112…、K轴线圈11K（K≤N）。1轴励磁装置211具备电流控制部（ACR）221、PWM控制部231、逆变器241以及电流检测器251。

由对位励磁电流指令部赋予的直流励磁电流指令iu1*、iv1*、iw1*被输入到1轴励磁装置211内的电流控制部（ACR）221。电流控制部（ACR）221输出与检测输出的实电流的电流检测器251的偏差对应的各相的信号。PWM控制部231对应电流控制部（ACR）221的输出而工作，对逆变器241进行PMW控制，将直流励磁电流从逆变器241提供给1轴线圈111。这样，在1轴线圈111流动的直流励磁电流被控制为与对位励磁电流指令部100的指令信号对应的值。

对位励磁电流指令部100也向2轴励磁装置212输出直流励磁电流指令iu2*、iv2*、iw2*。2轴励磁装置212的结构和1轴励磁装置211相同，在2轴线圈112流动的直流励磁电流被控制为与对位励磁电流指令部100的指令信号对应的值。

以下同样，对位励磁电流指令部100也向K轴励磁装置21K输入直流励磁电流指令iuK*、ivK*、iwK*。在K轴线圈11K流动的电流被控制为与对位励磁电流指令部100的指令信号对应的值。另外，没有进行励磁的其它各个轴线圈11NK（N-K组）为开路状态。

这里，如以下的式5、式6、式7所示那样，如果各轴线圈的3相励磁电流指令相等，则多轴线圈电动机11的总扭矩在式4的扭矩式中，可以通过设为轴数K倍来如式8那样表示。

iu1*=iu2*=…=iuK*      （式5）

iv1*=iv2*=…=ivK*      （式6）

iw1*=iw2*=…=iwK*      （式7）

τ=K×A×I a×[cosβ+B×I a×sin2β](–π≤β≤π)      (式8)

式8的括号内，因为与式4相等，所以如课题所述那样，在B×I a>1/2或者在B×I a<-1/2时的电动机（磁阻扭矩比例大的电动机。也包括PRM）中，直流励磁时的稳定停止点β0有2点，所以不能确定是哪个点，也不能根据停止点来确定d轴相位（β=–π/2），这样不能决定磁极位置。并且，当B×Ia>-1/2时，如前所述，该稳定停止点β0受电动机常数的影响，不能唯一决定。

该课题可以如以下所示那样进行解决，在各轴线圈流动的UVW各相的电流指令中，相互磁动势的大小相等，进行将电流的相位每个错开π/K的直流励磁。

即，对1轴线圈111进行以下励磁，

                     （式9）

               （式10）

              （式11）

对2轴线圈112和各线圈进行以下励磁，

               （式12）

          （式13）

         （式14）

并且，对K轴线圈11K进行以下励磁，

        （式15）

  （式16）

  （式17）

1轴、2轴、…、K轴的大小相互相等，得到具有电气π/K的相位差的磁动势。

是相位，是作为自身的励磁方法而决定的0～2π的任意固定值。也可以说式9～式17是对UVW相线圈指示了3相交流电流时的、某个瞬间的电流指令值。因此，式9～式17的I a（电流矢量的大小）相当于电流有效值，与式4的I a相等，具有对应关系。通过所述记载知道该情况与励磁相位

无关而成立。

那么，将各轴线圈中流动的电流的相位每错开π/K时的、由各轴线圈产生的扭矩的电动机整体的合计扭矩的式子根据所述式4成为下式。

τ=∑A×I a×[cos（β–mπ/K）+B×I a×sin（2（β-mπ/K））](–π≤β≤π、K≥2)  (式18)

在式18，∑表示从m=0到K–1合计∑内的情况。

在式18，当从m=0到K–1进行∑内的总和计算时，∑内的第2项的磁阻扭矩项的总和为0，成为下式。

τ=A×I a×sin[β+π/（2K）]/sin[π/（2K）](–π≤β≤π、K≥2)  (式19)

图示式19则成为图9。磁阻扭矩项为0，所以合计扭矩τ成为与电流相位角β有关的单纯的正弦函数，在–π≤β≤π的范围只有一个稳定停止点β0。

另外，该稳定停止点根据式19，可知用下式表示，不受PMSM的等价电路常数的影响。

β0=-π/（2K）  （式20）

如上所述，当对各轴线圈分别以π/K的相位差进行励磁时，稳定停止点β0可以只定在β0=-π/（2K）的一点，从而唯一确定直流励磁时的初始位置。

这样，将进行直流励磁后电动机稳定停止的角度作为编码器12自身的从原点的旋转位置、即初始位置C0，在图8的位置存储部101进行存储。这里，C0是编码器的计数值。

接着，如图9所示那样，运算电动机的d轴位置（磁极位置）的电流相位角βd和稳定停止点的电流相位角β0之间的差βe。

βe=-π/2+π/（2K）    （式21）

将式21的βe换算为编码器计数值C e，通过与之前存储的、进行直流励磁时的稳定停止点的旋转位置C0相加，得到编码器自身的从原点的电动机的d轴位置（磁极位置）的计数值C d。

C d=C0+C e  （式22）

进行将式22的计数值C d重置为原点的修正，结束磁极对位。如果这样进行最初的磁极对位，则以后可以进行通常的运行。

如果位置存储部101的位置值存储在EEPROM那样的非易失性存储器中，则即使控制电源为断开也保存值，在交换了编码器时等、在变更电动机轴和编码器的相对位置的最初，进行产品制造后的磁极对位即可。

另外，通过基于对位励磁电流指令部100的指令的直流励磁进行电动机11的磁极对位时，如果从时刻t=0开始电流逐渐上升，在时刻t=tend上升到预定值，则相比于从开始赋予预定电流，可以防止扭矩通过稳定停止点β的振动扭矩，从而可以稳定地停止。t=tend的评估是可以估计电动机的旋转位置成为一定的附近、或者旋转速度成为0的附近等转子3的停止附近。

另外，在以t=0进行直流励磁时，转子3开始旋转，然后停止，但是在停止的附近t=tend，短时间、流动更大的电流，如果进行切换使得磁动势变大，则对于稳定停止点的迁入扭矩为大，可以进行更高精度的磁极对位。停止附近的电流切换定时与之前一样，可以估计转子的停止附近。

图10表示基于以上原理的电动机励磁装置021和多轴线圈电动机11（K≥2轴）的整体图。图10中，与图8相同编号的表示相同的部件。多轴线圈电动机11的励磁方法与图8的电动机励磁装置011中所述的方法相同。

021是本实施例1记载的其他多轴线圈电动机11的励磁装置。在电动机的励磁装置021中，使编码器12的旋转位置信息返回到对位励磁电流指令部100。在对位励磁电流指令部100中，所述的直流励磁电流指令作为电流变更指令（108的下段所示）安装有算法，根据该算法和编码器12的旋转位置信息以及据此运算出的旋转速度信息来进行电流指令。

电流变更指令是，如图10的108a的上段所示那样，估计转子3的旋转位置成为一定（即停止）的附近的时刻tend时，上升为预定电流的指令（108a的下段所示）；或者是如图10的108b的上段所示那样，估计转子3的旋转位置成为0的附近的时刻tend时上升为预定电流的指令（108b的下段所示）；或者是如图10的108c的上段所示那样，估计转子3的旋转位置成为一定的附近的时刻tend时，在短时间内、流动更大的电流的指令（108c的下段所示）；或者是如图10的108d的上段所示那样，估计转子3的旋转位置成为0的附近的时刻tend时，在短时间内、流动更大的电流的指令（108d的下段所示）；或者是将这些进行组合的指令。

在稳定停止点停止后，在位置存储部101存储这时的停止位置。根据该停止位置进行修正，以后进行通常的运行。

以交换编码器12时为例子，用图11的控制流程来说明上述的磁极对位的步骤。

在步骤101（S101），当交换编码器12时，需要磁极对位，所以将装置设为磁极对位模式（S102）。这时，如果需要则进行电动机的制动开路等，成为接近无负荷的状态。磁极对位模式，首先取出有N轴的各轴线圈中的K组的线圈，将对它们进行励磁的装置分为1轴励磁装置211、2轴励磁装置212、…、K轴励磁装置21K的K轴（K个）（S103）。然后，将预定的电流指令给与各轴的励磁装置的每一个，进行对位运行（S104）。预定的电流指令在1轴励磁装置211中为所述式9、式10以及式11所示的值，在2轴励磁装置212在为所述式12、式13以及式14所示的值，…，在K轴励磁装置21K中为所述式15、式16以及式17所示的值。

这样，相位流有一定的直流电流，当对各轴线圈进行直流励磁时，电动机动作停止到稳定停止点β0。并且，将该旋转停止位置作为编码器12自身的从原点的旋转位置，即初始位置存储在位置存储部101中（S105）。根据该初始位置来修正运算电动机的磁极位置（S106）。这样，可以确定电动机的磁极位置，所以利用该磁极位置进入通常的运行（S107）。

图12是通常运行时的、电动机控制装置012以及其连接的多轴线圈电动机11的控制框图。图12中部件编号和图8相同的是同一部件。多轴线圈电动机11是N轴，各轴分别由独立的控制装置311、312、…31N来驱动，但是驱动方式是作为永磁铁电动机的矢量控制而众所周知的方法。

使用位置存储部101中存储的初始位置通过修正部102修正编码器12的旋转位置信号，并作为磁极位置的旋转位置信号从修正部102输出。其通过速度运算部103变换为速度信号后输入到速度控制部104。速度控制部104根据速度指令信号和速度信号之间的偏差而工作，作为扭矩指令信号输入到指示d、q轴的电流分量的I d*、I q*运算部105。在I d*、I q*运算部105中进行指示与扭矩指令对应的d、q轴的电流分量的运算。例如，用与扭矩指令对应的电流，即使是相同的电流也进行指示多轴线圈电动机11的扭矩成为最大的电流分量的最大扭矩控制运算，指示各自的分量的电流。

1轴控制装置311的、I d/I q电流控制部321（I d/I q ACR）根据电流指令，根据与通过坐标变换部371将电流检测器251的电流检测值进行了坐标交换而得的电流检测值的偏差进行工作，输出电压指令。该信号在坐标变换部361中被变换为各相的电压指令，输入到PWM控制部231。这样由逆变器241执行PWM控制，1轴电流根据I d*、I q*运算部321来控制。其他轴的电流也用完全一样的方法来进行控制。这些控制运算如上所述，作为永磁铁的矢量控制而众所周知。

另外，本实施例中，表示了多轴线圈的电动机端子分别被独立引出的电动机，但是也可适用于在电动机内部成为多轴线圈构造的电动机。即，也适用于通过将所述多轴线圈电动机11的各轴线圈（1轴线圈111、2轴线圈112、…、N轴线圈11N）在电动机内部或者端子箱内进行串行或并行连接，在电动机端子外表上成为1轴线圈的电动机。在该电动机中，容易且可用在接线前使用本实施例的方法进行磁极对位。

另外，本实施例中，如式9～式17所示那样，线圈间的相位错开量为-π/K，但是也可以为+π/K。这时，各线圈轴产生的扭矩的电动机整体的合计扭矩的稳定停止点β0为π/（2K）。只是稳定停止点的电流相位角改变，关于其它，如果构成与所述的励磁装置相同的结构的电动机励磁装置，当然也可以同样地实施。

另外，为了使磁阻扭矩的影响变得比磁铁扭矩小而对K组的各轴线圈进行励磁，来支配磁铁扭矩是本发明的基本发明点，所以各轴线圈的磁动势的大小可以不一样，另外，即使不是电气上正好的π/K的相位差，稳定点也可以是1个地点。这里，赋予最大扭矩的电流相位β如果相对于最佳的电流相位在其前后±3°以内，则成为大致相同的扭矩值，实用上大多没有问题。

作为一个例子，说明N=2轴的电动机时，第2轴的电流平衡比第1轴大5%的情况。式4中，在第1轴，

B×I a=0.8            （式23）

第2轴为

B×I a=0.8×1.05      （式24）

由此，与电流相位角β对应的、由1轴线圈和2轴线圈产生的扭矩的合计扭矩如图13所示。稳定停止点只是一个，其值为β0≒47°，相对于最佳的电流相位在其前后±3°以内。图13中，中粗线表示1轴β–扭矩特性，细线表示2轴β–扭矩特性，粗线表示1轴和2轴的合成扭矩。

另外，减少5%时（B×I a=0.95），在稳定停止点β0≒43稳定停止点还是只是一个（未图示）。真正的稳定停止点为β0=-π/4=-45°，所以还是收敛于±3°以内，没有问题。

如上所述，即使各线圈轴的电流平衡有一些偏差，也可以实现本发明的目的。

另外，在本实施例中，表示在对各轴线圈进行励磁时，从对位励磁电流指令部100对各轴的励磁装置进行电流指示，控制各个轴的电流并进行励磁的结构，但与该方法无关，以在多轴线圈电动机11的各轴的UVW相端子直接连接可变直流电源的结构也可以达到本发明的目的。

图14表示用K=2轴，对电动机进行励磁的结构。如图14所示，在1轴线圈111的U-VW间连接可变直流电源105a，2轴线圈112的W-V间连接可变直流电源105b。1轴线圈的可变直流电源105a和1轴线圈111之间插入分流电阻106a。可以通过电压/电流变换显示装置107a将分流电阻106a间的电压变换为电流并进行显示，可以通过边观察该显示边调节可变直流电源105a的输出电压来调节直流电流。

同样，也在2轴线圈的可变直流电源105b和2轴线圈112之间插入分流电阻106b，通过电压/电流变换显示装置107b显示电流值。这里，如果将1轴线圈111中流动的直流电流调节为I，2轴线圈112中流动的直流电流调节为

则2轴线圈磁动势与1轴线圈磁动势的大小相等，相位差为π/2，如所述那样，可以将稳定停止点作为一点（β0=-π/4），并可以唯一确定磁极对位的初始位置。

接着，图15表示用K=3轴对电动机进行励磁的结构。如图15所示，在1轴线圈111的U-VW间连接可变直流电源105c，2轴线圈112的UW-V间连接可变直流电源105d，3轴线圈113的W-UV间连接可变直流电源105e。与K=2轴进行励磁的情况相同，在各3轴的线圈中插入分流电阻106c、106d、106e，通过电压/电流变换显示装置107c、107d、107e显示电流值。这里，如果将1轴线圈111、2轴线圈112、3轴线圈113中流动的直流电流调节为I，则2轴线圈磁动势和1轴线圈磁动势的大小相等，相位差为π/3，3轴线圈磁动势和1轴线圈磁动势的大小相等，相位差为2π/3，如所述那样，可以使稳定停止点为一点（β0=-π/6），并可以唯一确定磁极对位的初始位置。

当然即使K值在这之上，也可以通过采取与图14、图15相同的装置结构，调节多轴线圈电动机11的各个轴线圈的磁动势和相位差来使稳定停止点为一点。

Claims (10)

1.一种电动机励磁装置，选择具有N轴的多相线圈的永磁铁同步电动机的任意的多个轴，对该多个轴的各轴线圈进行单独励磁，进行编码器和电动机的磁极位置的对位，其中，N≥2，该电动机励磁装置的特征在于，

具备：

对位励磁电流指令部，其将所选择的多个轴设为K组，产生励磁电流指令，其中，K≤N；各轴励磁装置，其接受所述励磁电流指令，将直流的励磁电流提供给所述Ｋ组的各轴线圈；存储部，其存储编码器的值，

所述各轴励磁装置根据所述励磁电流指令，对K组的各轴线圈进行直流励磁，使得各轴线圈的磁动势相互间在电气上的相位差为π/K，所述存储部将通过该直流励磁电动机稳定停止时的编码器的值存储为初始位置。

2.根据权利要求1所述的电动机励磁装置，其特征在于，

所述各轴励磁装置根据所述励磁电流指令将励磁电流提供给K组的各轴线圈，使得各轴线圈的磁动势的大小相等。

3.根据权利要求1或2所述的电动机励磁装置，其特征在于，

在永磁铁同步电动机的直流励磁之时，所述各轴励磁装置提供电流使之逐渐上升到预定值。

4.根据权利要求1或2所述的电动机励磁装置，其特征在于，

在永磁铁同步电动机的直流励磁之时，所述各轴励磁装置以预定值提供电流，当转子停止或者旋转移动量变为零时，使更大的电流流动。

5.一种电动机控制装置，其特征在于，

具有修正部，其根据在权利要求1或2所述的电动机励磁装置的存储部中存储的初始位置来修正编码器的旋转位置，通过所述修正部输出的旋转位置信号进行电动机的控制。

6.一种电动机励磁方法，选择具有N轴的多相线圈的永磁铁同步电动机的任意的多个轴，将该多个轴的各轴线圈进行单独励磁，进行编码器和电动机的磁极位置的对位，其中，N≥2，该电动机励磁方法的特征在于，

具备：

对位励磁电流指令部，其将所选择的多个轴设为K组，产生励磁电流指令，其中，K≤N；各轴励磁装置，其接受所述励磁电流指令，将直流的励磁电流提供给所述Ｋ组的各轴线圈；存储部，其存储编码器的值，

所述各轴励磁装置根据所述励磁电流指令，对K组的各轴线圈进行直流励磁，使得各轴线圈的磁动势相互间在电气上的相位差为π/K，将通过该直流励磁电动机稳定停止时的编码器的值作为初始位置存储在所述存储部中。

7.根据权利要求6所述的电动机励磁方法，其特征在于，

所述各轴励磁装置根据所述励磁电流指令，将励磁电流提供给K组的各轴线圈，使得各轴线圈的磁动势的大小相等。

8.根据权利要求6或7所述的电动机励磁方法，其特征在于，

在永磁铁同步电动机的直流励磁之时，所述各轴励磁装置提供电流使之逐渐上升到预定值。

9.根据权利要求6或7所述的电动机励磁方法，其特征在于，

在永磁铁同步电动机的直流励磁之时，所述各轴励磁装置以预定值提供电流，当转子停止或者旋转移动量变为零时，使更大的电流流动。

10.一种电动机控制方法，其特征在于，

根据通过权利要求6或7所述的电动机励磁方法而存储的初始位置来修正编码器的旋转位置，进行电动机的控制。

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