DE102013008191A1 - Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln einer Position des Magnetpols des Rotors in einem Permanentmagnet - Synchronmotor - Google Patents

Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln einer Position des Magnetpols des Rotors in einem Permanentmagnet - Synchronmotor

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DE102013008191A1
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rotor
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detecting
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Naoto Sonoda
Masato Aochi
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Abstract

Eine Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung (30) weist eine Recheneinheit (42) zum Korrigieren einer Magnetpolposition auf, die von einer Ermittlungseinheit für die Magnetpolposition (50) ermittelt wurde. In der Ermittlungseinheit für die Magnetpolposition wird ein zusätzlicher Phasenbetrag zu der Position des Magnetpols addiert, die von der Ermittlungseinheit für die Magnetpolposition ermittelt wurde, um den Rotor zu bewegen bzw. zu drehen. In Bezug zu einem Bewegungsbetrag vor und nach dieser Bewegung wird ein von der Ermittlungseinheit für die Magnetpolposition ermittelter Bewegungsbetrag mit einem von einem Encoder ermittelten Bewegungsbetrag verglichen. Wenn die Differenz zwischen diesen Werten größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, wird der Prozess zum Ermitteln der Position des Magnetpols als eine falsche Ermittlung festgestellt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung, die eine Position eins Magnetpols eines Rotors in einen Permanentmagnet-Synchronmotor ermittelt.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • In einem Permanentmagnet-Synchronmotor (nachfolgend einfach nur Motor genannt), der einen Rotor mit einem Permanentmagneten und der einen Stator mit Wicklungen aufweist, werden den Wicklungen in Übereinstimmung mit der Position des Magnetpols des Rotors elektrische Ströme aufgegeben, so dass das gewünschte Drehmoment erzeugt werden kann. Aus diesem Grunde werden während der Ermittlung der Position des Magnetpols des Rotors durch einen Sensor wie zum Beispiel einem Encoder elektrische Ströme zu einer geeigneten Erregerphase zum Antreiben und Steuern des Motors aufgegeben. Folglich wird bei einem solchen Motor im Moment des Anlaufens bzw. Startens des Motors ein Abgleich zwischen einer Bezugsposition des Sensors und der Position des Magnetpols des Rotors vorgenommen. Ein Verfahren zum Ermitteln der Magnetpolposition eines Rotors für einen solchen Zweck ist beispielsweise in dem japanischen Patent Nr. 3.408.468 , dem japanischen Patent Nr. 4.816.645 , dem japanischen Patent Nr. 3.805.336 , der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2011-50.198 und dem japanischen Patent Nr. 3.971.741 offenbart.
  • Bei einem allgemein bekannten Verfahren wird jedoch die Genauigkeit der Erfassung aufgrund von Rauschen einschließlich eines Rückkopplungssignals, auf den Rotor wirkende Reibung, durch eine Unwucht einer Last verursachte externe Kräfte oder dergleichen vermindert. Ferner kann bei einem Verfahren zum Erfassen der Position eines Magnetpols durch Drehen eines Rotors ein Bewegungsbetrag des Rotors möglicherweise groß werden, so dass dieses Verfahren vom Standpunkt einer praktischen Perspektive aus nicht zu bevorzugen ist. Wenn Wicklungen des Motors an einen Verstärker in falscher Reihenfolge angeschlossen sind, wenn die Anzahl der magnetischen Pole des Motors nicht richtig angegeben ist oder wenn die Auflösung des Sensors nicht richtig eingestellt ist oder in einem ähnlichen Fall kann die Position des Magnetpols nicht ausreichend genau erfasst werden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in einer Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung, die die Magnetpolposition eines Rotors ermittelt, eine Abnahme der Ermittlungsungenauigkeit aufgrund von Signalrauschen, Reibung oder einer externen Kraft zu verhindern und auf geeignete Weise eine falsche Erfassung oder Messung einer Magnetpolposition zu ermitteln, so dass Sicherheit und Zuverlässigkeit eines Motors verbessert werden können.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einer ersten Erfindung der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung zum Ermitteln einer Position des Magnetpols eines Rotors zum Zeitpunkt des Anlaufens bzw. Startens eines Permanentmagnet-Synchronmotors, der den Rotor und einen Stator aufweist, von denen der Rotor Permanentmagnete und der Stator Wicklungen aufweist,
    eine Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition zum Ermitteln einer Position des Magnetpols des Rotors auf der Grundlage des Verhaltens des Rotors, wenn der Strom zu einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird;
    eine Messeinheit für einen Bewegungsbetrag zum Bestimmen eines Bewegungsbetrags des Rotors, wenn der Strom zu einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird;
    eine erste Speichereinheit für eine Magnetpolposition zum Speichern einer ersten Position des Magnetpols des Rotors, die von der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition ermittelt worden ist;
    eine Ausgabeeinheit für einen Strombefehl zum Ausgeben eines Strombefehls, der das Anlegen eines Stroms in einer ersten Erregerphase bewirkt, die durch Addieren eines vorgegebenen zusätzlichen Phasenbetrags zu der in der ersten Speichereinheit für die Position eines Magnetpols gespeicherten ersten Position des Magnetpols gewonnen wird,
    eine Speichereinheit für einen Bewegungsbetrag zum Speichern des Bewegungsbetrags des Rotors von dem Zeitpunkt vor der Aufgabe des Strombefehls bis zu dem Zeitpunkt nach der Aufgabe des Strombefehls, wobei der Bewegungsbetrag durch die Messeinheit für einen Bewegungsbetrag gemessen wird;
    eine zweite Speichereinheit für eine Magnetpolposition zum Speichern einer zweiten Position des Magnetpols des Rotors nach der Aufgabe des Strombefehls, wobei die zweite Position des Magnetpols von der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition gemessen wird, eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer falschen Messung, wenn die Differenz des zusätzlichen Phasenbetrags und der Differenz zwischen der ersten Magnetpolposition und der zweiten Magnetpolposition größer als ein vorgegebener Grenzwert ist; und
    eine Recheneinheit zum Korrigieren der zweiten Position des Magnetpols des Rotors zum Berechnen einer aktuellen Magnetpolposition auf der Grundlage der ersten Position des Magnetpols, der zweiten Position des Magnetpols und des Bewegungsbetrags des Rotors, wenn die Differenz zwischen dem zusätzlichen Phasenbetrag und der Differenz zwischen der ersten Position des Magnetpols und der zweiten Position des Magnetpols gleich oder kleiner als der vorgegebene Grenzwert ist, wobei die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition, die Messeinheit für einen Bewegungsbetrag, die Ausgabeeinheit für einen Strombefehl, die Bestimmungseinheit und die Recheneinheit so ausgebildet sind, wiederholt derart zu arbeiten, dass der Vorgang des Errechnens der aktuellen Position des Magnetpols wenigstens einmal wiederholt wird.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist bei der ersten Ausführungsform der Erfindung die Recheneinheit so ausgebildet, so ausgebildet ist, dass sie die aktuelle Position des Magnetpols durch Dividieren eines Summenwerts durch 2 berechnet, wobei der Summenwert durch Aufsummieren der ersten Position des Magnetpols, der zweiten Position des Magnetpols und des Bewegungsbetrags des Magnetpols erhalten wird.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst bei der ersten oder zweiten Ausführungsform der Erfindung die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition eine Erkennungseinheit für die Bewegungsrichtung zum Erfassen der Bewegungsrichtung, in die der Rotor bewegt bzw. gedreht wird, wenn ein Strom zu einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird;
    eine Schätzeinheit für eine Magnetpolposition zum Schätzen der Magnetpolposition des Rotors auf der Grundlage der Bewegungsrichtung des Rotors, die von der Ermittlungseinheit für die Bewegungsrichtung bestimmt worden ist, und
    einer Ausgabeeinheit für einen zusätzlichen Strombefehl zum Ausgeben eines Strombefehls, der das Anlegen eines Stroms zu einer Erregerphase bewirkt, die auf der Grundlage der von der Schätzeinheit für eine Magnetpolposition geschätzten Magnetpolposition bestimmt wird, bei der die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition dazu ausgestaltet ist, wiederholt die Erkennungseinheit für die Bewegungsrichtung, die Schätzeinheit für eine Magnetpolposition und die Ausgabeeinheit für einen zusätzlichen Strombefehl zur Ermittlung der Magnetpolposition des Rotors arbeiten zu lassen.
  • Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung der vorliegenden Anmeldung umfasst in der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform der Erfindung die Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung ferner eine Abgabevorrichtung für ein Warnsignal zum Abgeben eines Warnsignals, wenn die Bestimmungseinheit eine falsche Messung oder Erkennung feststellt, aufweist.
  • Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, verständlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Steuervorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, zeigt.
  • 2 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Ermittlungsvorrichtung für die Position eines Magnetpols gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung funktionell zeigt.
  • 3 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Ermittlungsvorrichtung für die Position eines Magnetpols gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln der Position eines Magnetpols gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Fließschaltbild des Verfahrens zum Ermitteln der Position eines Magnetpols unter Verwendung der Ermittlungsvorrichtung für eine Magnetpolposition gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. 1 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Steuervorrichtung darstellt, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Wie in 1 dargestellt, weist diese Steuervorrichtung eine übergeordnete Steuervorrichtung 10, eine Positionssteuereinrichtung 12, eine Drehzahlsteuereinrichtung 14, eine Stromsteuereinrichtung 16, einen Verstärker 18, einen Motor 20, eine Magnetpolpositionserkennungseinrichtung 30 und eine Ausgabeeinheit für ein Warnsignal 60 auf. Der Motor 20 ist ein bekannter Permanentmagnet-Synchronmotor, der einen Rotor mit Permanentmagneten und einen Stator mit Wicklungen hat. Der Motor 20 ist ferner mit einem Sensor ausgestattet, der eine Bewegung (eine Position und eine Geschwindigkeit) des Rotors misst. Der Sensor ist zum Beispiel ein nicht dargestellter Encoder bzw. Messwertgeber.
  • Die übergeordnete Steuervorrichtung 10 steuert bzw. regelt den Betrieb des Motors 20, der in einer Werkzeugmaschine oder dergleichen eingesetzt ist. In Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Verarbeitungsprogramm gibt die übergeordnete Steuervorrichtung 10 zum Beispiel einen Positionsbefehl zur Steuerung einer entsprechenden Welle des Motors 20 aus, um so die Werkzeugmaschine korrekt zu betreiben.
  • Der von der übergeordneten Steuervorrichtung 10 ausgegebene Positionsbefehl wird der Positionssteuereinrichtung 12 aufgegeben. Die Positionssteuereinrichtung 12 subtrahiert von diesem Positionsbefehl einen Positionssignalbetrag bzw. -wert, der von dem Encoder des Motors 20 zurückgegeben wird, um die Abweichung einer Position zu berechnen. Dann multipliziert die Positionssteuereinrichtung 12 die Positionsabweichung mit der Positionskreisverstärkung zur Berechnung eines Geschwindigkeitsbefehls und gibt den Geschwindigkeitsbefehl an die Drehzahlsteuereinrichtung 14 ab. Die Geschwindigkeitssteuereinrichtung 14 subtrahiert von dem Drehzahlbefehl einen Drehzahlbetrag, während dieser von dem Encoder des Motors 20 zurückgeleitet wird, zum Berechnen einer Drehzahlabweichung. Auf der Basis der Drehzahlabweichung berechnet die Drehzahlsteuereinrichtung 14 einen Strombefehl, zum Beispiel durch eine Proportional-Integral-Regelung. Der Strombefehl wird der Stromsteuereinrichtung 16 aufgegeben. Auf der Basis des eingegebenen Strombefehls, der Informationen über den Strom, der von dem Verstärker 18 rückgekoppelt wird und in den Stator des Motors 20 fließt, und der Informationen über eine Rotorposition des Motors 20, die durch den Encoder des Motors 20 gewonnen wird, erzeugt die Stromsteuervorrichtung 16 einen Steuerbefehl an den Verstärker 18. In Übereinstimmung mit dem Steuerbefehl versorgt der Verstärker 18 den Motor 20 mit einem Antriebsstrom für den Betrieb des Rotors des Motors 20.
  • Um den Betrieb des Motors 20 genau zu regeln, muss die Positionsbeziehung zwischen einer Bezugsposition des Encoders und einer Position des Magnetpols des Rotors des Motors 20 genau bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung 30 zum Ermitteln einer Position des Magnetpols des Rotors verwendet. Die Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung 30 umfasst ebenfalls eine Abgabevorrichtung 60 für die Abgabe eines Warnsignals an die übergeordnete Steuervorrichtung 10, wenn die Möglichkeit einer Fehlfunktion des Motors 20 besteht.
  • Mit Bezugnahme auf 2 wird eine Konfiguration der Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung 30) näher beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung 30 weist eine Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50, eine 1. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 32, eine 2. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 34, eine Ermittlungseinheit für einen Bewegungsbetrag 36, eine Speichereinheit für einen Bewegungsbetrag 42 und eine Ausgabeeinheit für einen Strombefehl auf.
  • Die Ermittlungseinheit für die Magnetpolposition 50 ermittelt die Magnetpolposition des Motors auf der Basis des Verhaltens des Rotors des Motors 20, wie zum Beispiel der Bewegungsrichtung des Motors, wenn der Strom in einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird. Die Position des Magnetpols wird in über Einstimmung mit einem Satz von Werten wie zum Beispiel der vorgegebenen Anzahl der Magnetpole in dem Motor 20 und der Auflösung des Sensors berechnet. Der Ermittlungsvorgang der Ermittlungsvorrichtung 50 für die Magnetpolposition wird an späterer Stelle genauer beschrieben. Eine von der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 ermittelte Magnetpolposition wird in der 1. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 32 oder der 2. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 34 gespeichert. Eine in der 1. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 32 gespeicherte erste Position des Magnetpols wird von der Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 44 als notwendig ausgelesen und zur Erzeugung eines Strombefehls verwendet. Eine in der 2. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 32 gespeicherte zweite Position des Magnetpols wird von der Bestimmungseinheit 40 ausgelesen. Die Bestimmungseinheit 40 bestimmt, ob die Ermittlung der Magnetpolposition durch die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 falsch ist oder nicht. Details des Ermittlungsvorgangs durch die Ermittlungsvorrichtung 40 werden weiter unten beschrieben.
  • Die Ermittlungsvorrichtung für einen Bewegungsbetrag 36 ermittelt den Bewegungsbetrag bzw. -wert des Rotors auf der Grundlage der Ausgabe des Encoders des Motors 20. Der von der Ermittlungsvorrichtung für einen Bewegungsbetrag 36 ermittelte Bewegungsbetrag wird in der Speichereinheit für einen Bewegungsbetrag 38 gespeichert. Der von der Speichereinheit für einen Bewegungsbetrag 38 gespeicherte Bewegungsbetrag wird von der Recheneinheit 42 als erforderlich ausgelesen. Wenn die Bestimmungseinheit 40 feststellt, dass keine falsche Ermittlung vorliegt, führt die Recheneinheit 42 eine Berechnung entsprechend einer vorgegebenen numerischen Gleichung aus, um die Magnetpolposition zu korrigieren, die die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition ermittelt hat. Ein Berechnungsvorgang in der Recheneinheit 42 wird an späterer Stelle näher beschrieben. Das Rechenergebnis der Recheneinheit 42 wird in die Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 44 eingespeist. Auf der Basis des Rechenergebnisses erzeugt die Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 44 einen Strombefehl. Der auf diese Weise erzeugte Strombefehl wird von der Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 44 an die Stromsteuereinrichtung 16 ausgegeben.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 der Aufbau der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 ausführlich beschrieben. Der Aufbau und die vorteilhaften Wirkungen der Ermittlungseinheit 50 für die Magnetpolposition sind nicht mit Hinblick auf die vorliegende Erfindung speziell beschränkt. Folglich kann jedes Ermittlungssystem, das zur Ausführung eines bekannten Ermittlungsprozesses geeignet ist, als die Ermittlungseinheit für die Magnetpolposition 50 eingesetzt werden. In einem anwendbaren Beispiel wird ein Ermittlungsprozess ähnlich dem Erkennungsprozess, der im japanischen Patent Nr. 3.408.468 offenbart ist, nun kurz beschrieben. 3 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 weist eine Ermittlungseinheit für die Bewegungsrichtung 52, eine Schätzeinheit für die Magnetpolposition 54 und eine zweite Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 56 auf.
  • Die Ermittlungseinheit für die Bewegungsrichtung 52 hat die Funktion, die Richtung zu erkennen, in der sich der Rotor des Motors 20 bewegt, wenn ein Strom in einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird. Die Bewegungsrichtung des Motors wird durch einen Encoder des Motors 20 ermittelt. Auf der Basis der Bewegungsrichtung des Motors, die von der Ermittlungseinheit für die Bewegungsrichtung 52 ermittelt wurde, bestimmt die Schätzeinheit für die Magnetpolposition roh eine Magnetpolposition des Rotors.
  • Das auf den Motor 20 einwirkende Drehmoment kann aus dem Kreuzprodukt eines Stromvektors, der an den Motor 20 angelegt wird, und einem Magnetflussvektor gewonnen werden. Mit anderen Worten, das Drehmoment ist proportional zum Sinus des Winkels θ (sin θ), der als der Winkel zwischen dem Phasenwinkel des Stromvektors und einem Phasenwinkel des Magnetflussvektors definiert ist. Folglich, wenn die Gleichung 0° ≤ θ ≤ 180° erfüllt ist, ist die Gleichung sin θ ≥ 0 erfüllt und wird folglich das Drehmoment in einer positiven Richtung erzeugt. Wenn die Gleichung 180° < θ° < 360° erfüllt ist, ist die Gleichung sin θ < 0 erfüllt und wird somit das Drehmoment in einer negativen Richtung erzeugt. Aufgrund dieses Umstandes ist es möglich, den Bereich abzuschätzen, in den eine Position des Magnetpols (ein Phasenwinkel des Magnetflussvektors) des Rotors in Bezug auf eine gegebene Erregerphase des Stroms fällt, wenn ein Strom in einer gegebenen Erregerphase angelegt wird. Wenn ein Strom zum Beispiel in einer Erregerphase von 0° angelegt wird, wenn sich der Rotor in der negativen Richtung dreht, kann angenommen werden, dass die Magnetpolposition des Rotors in den Winkelbereich zwischen 180° und 360° fällt.
  • Die 2. Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 56 erzeugt einen Strombefehl (2. Strombefehl) zum Anlegen eines Stroms in einer Erregerphase, die auf der Grundlage der durch die Schätzeinheit für eine Magnetpolposition 54 geschätzten Magnetpolposition bestimmt wurde. Wenn zum Beispiel eine Magnetpolposition in den Bereich zwischen 180° und 360° fällt, wird ein Strombefehl (2. Strombefehl) zum Anlegen eines Stroms bei einem Phasenwinkel von 270° erzeugt; das ist ein Zwischenwert in dem Winkelbereich. Die 2. Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 56 gibt diesen Strombefehl an die Stromsteuereinheit 16 ab. Der Motor 20 wird dann in Übereinstimmung mit dem Strombefehl angetrieben, so, wie dies oben beschrieben wurde.
  • Im Anschluss hieran wird die Bewegungsrichtung des Rotors nochmals durch die Ermittlungseinheit für die Bewegungsrichtung 52 ermittelt. Auf der Grundlage der ermittelten Bewegungsrichtung schätzt die schätze Einrichtung für eine Magnetpolposition 54, ob die Magnetpolposition des Rotors in den Bereich zwischen 180° und 270° oder in den Bereich zwischen 270° und 360° fällt, auf die gleiche Weise, wie dies zuvor beschrieben wurde. Auf der Basis des geschätzten Ergebnisses wird ein Strombefehl von der 2. Ausgabeeinheit für einen Strombefehl an die Stromsteuereinrichtung 16 abgegeben. Dieser Prozessablauf wird für eine vorgegebene Anzahl von Wiederholungen wiederholt, so dass die Position des Magnetpols des Rotors ermittelt werden kann. Alternativ kann dieser Prozessablauf so lange wiederholt werden, bis sich der Rotor auf das Anlegen eines Stroms hin nicht mehr bewegt.
  • Aufgrund eines solchen Ermittlungsprozesses kann die Position des Magnetpols des Rotors ermittelt werden, selbst wenn der Bewegungsbetrag des Rotors bzw. der Weg, den sich der Rotor bewegt, sehr klein ist. Ferner würde, anders als das im japanischen Patent Nr. 3.805.336 oder der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2002-50198 offenbarte Ermittlungsverfahren, der Ermittlungsprozess nicht durch ein Hervortreten des Motors 20 beeinflusst werden. Folglich kann der Entwicklungsprozess mit Vorteil bei einem Motor eingesetzt werden, in denen die Permanentmagnete an der Außenseite des Rotors angebracht sind. Mittlerweile ist der Bewegungsbetrag des Rotors klein, so dass der Einfluss der mechanischen Reibung, die auf die Bewegung des Rotors einwirkt, relativ groß wird. Folglich kann der Entwicklungsprozess mit Vorteil auf einen Motor angewendet werden, in dem die Permanentmagnete auf der Außenseite des Rotors angebracht sind. Mittlerweile ist der Bewegungsbetrag des Rotors klein, so dass der Einfluss der auf die Bewegung des Rotors einwirkenden mechanischen Reibung relativ groß wird. Ferner wird beispielsweise die Genauigkeit der Ermittlung möglicherweise durch eine extern, lokal der auf den Motor als Ergebnis einer Unwucht einer Last des Motors 20 wirkende Kraft verschlechtert. Darüber hinaus wird die Genauigkeit der Ermittlung auch vermindert, wenn ein Signal ein Rauschen enthält, da dieses Ermittlungsverfahren eine Geschwindigkeitsrückkopplung für die Ermittlung einer Bewegungsrichtung des Motors einsetzt.
  • Um die Genauigkeit der Ermittlung der Position eines Magnetpols zu verbessern, wird die von der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 ermittelte Magnetpolposition gemäß dem Ermittlungsprozess einer Ausführungsform der Erfindung korrigiert. Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird eine Serie von das Korrigieren herbeiführenden Prozessschritten nachfolgend beschrieben. 4 zeigt das Verfahren zur Ermittlung einer Magnetpolposition gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt Magnetpolpositionen des Motors in Bezug auf Bezugswinkel der Erregerphase des Stroms. Pfeile, die durch durchgezogene Linien dargestellt sind, geben Magnetpolposition in entsprechenden Prozessschritten wieder. 5 ist ein Fließschaltbild der Prozessschritte zur Ermittlung einer Position des Magnetpols durch die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 30 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wenn der Ermittlungsprozess startet, wird eine erste Position A des Magnetpols des Rotors des Motors 20 durch die Ermittlungseinheit 50 für die Magnetpolposition ermittelt (Schritt S1). Die erste Magnetpolposition A wird durch aufeinanderfolgendes Anlegen eines Stroms in vorgegebenen Erregerphasen und wiederholtes Ableiten des Verhaltens des Rotors aufgrund der angelegten Ströme, so, wie es zum Beispiel in Bezug auf 3 beschrieben wurde, ermittelt. Die erste Magnetpolposition wird in der 1. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 32 gespeicherte. Im Anschluss hieran liest die Ausgabeeinheit für einen Strombefehl 44 die erste Magnetpolposition A aus der Speichereinheit 32 für eine Magnetpolposition aus und gibt einen Strombefehl zum Anlegen in einer ersten Erregerphase (= A + B) ab, der durch Addieren einer vorgegebenen zusätzlichen Phase B bzw. eines zusätzlichen Phasenbetrags B zur ersten Magnetpolposition A erhalten wird. Auf diese Weise wird ein Strom in der ersten Erregerphase angelegt (Schritt S2). Die zusätzliche Phase B wird angemessen vorgegeben, so dass durch die technischen Spezifikationen des Motors 20 vorgegebene Einschränkungen des Bewegungsbereichs nicht überschritten werden.
  • Wenn in der ersten Erregerphase ein Strom angelegt wird, wird die Magnetpolposition des Rotors in eine Position vorbewegt, in der die Magnetpolposition der in der ersten Erregerphase entspricht, bzw. in der ein Drehmoment nicht erzeugt wird. Die Ermittlungseinheit für einen Bewegungsbetrag 36 ermittelt den Bewegungsbetrag B' vom Encoder des Motors 20, wobei der Bewegungsbetrag B' einem Weg des Rotors (Bewegungsbetrag), den der Rotor aktuell bewegt wird, wenn der Strom in der ersten Erregerphase angelegt wird (Schritt S3). Der Bewegungsbetrag B' wird beispielsweise aus der Differenz zwischen der Magnetpolposition vor und nach seiner Fortbewegung berechnet. Der Bewegungsbetrag B' wird dann in der Speichereinheit für den Bewegungsbetrag 30 gespeichert.
  • Im Anschluss hieran wird eine zweite Magnetpolposition C, das ist die Position des Magnetpols nach dem Anlegen des Stroms in der ersten Erregerphase ermittelt (Schritt S4) zu. Zu diesem Zweck wird die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition auf gleicher Weise verwendet, wie bei der Ermittlung der ersten Magnetpolposition A. Die zweite Position C des Magnetpols wird in der 2. Speichereinheit für eine Magnetpolposition 34 gespeichert.
  • Die Bestimmungseinheit 40 bestimmt, ob das Ergebnis der Ermittlung, die von der Ermittlungseinheit 50 für eine Magnetpolposition erfolgt ist, richtig ist oder nicht, auf der Grundlage der in der ersten Speichereinheit für eine Magnetpolposition 32 gespeicherten Position A des Magnetpols, der in der zweiten Speichereinheit 34 für eine Magnetpolposition gespeicherten Position C des Magnetpols und der zusätzlichen Phase B. Genauer gesagt, bestimmt die Bestimmungseinheit 40, ob die Differenz (= |A – C| – |B|) zwischen der zusätzlichen Phase |B| und einer Differenz (|A – C|) zwischen der ersten Magnetpolposition A und der zweiten Magnetpolposition C größer als ein vorgegebener Grenzwert ist oder nicht (Schritt S5).
  • Im Schritt S5 berechnet die Berechnungseinheit 42, wenn bestimmt ist, dass der Wert (= |A – C| – |B|) gleich oder kleiner als der vorgegebene Grenzwert ist, eine aktuelle Position C' des Magnetpols. Speziell hierfür teilt die Recheneinheit 42 den Wert (A + B' + C) durch 2, um die aktuelle Position C' des Magnetpols zu bestimmen (Schritt S6), wobei der Wert (A + B' + C) durch Summieren der ersten Position A des Magnetpols, der zweiten Position C des Magnetpols und des in der Speichereinheit für einen Bewegungsbetrag 38 des Rotors gespeicherten Bewegungsbetrags B' erhalten wird. Die aktuelle Position C' des Rotors ist ein korrigierter Wert der Position C des Magnetpols, der von der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 ermittelt wurde.
  • Vorzugsweise führt die Recheneinheit 42 den Prozess zur Berechnung der aktuellen Position C' eine vorgegebene Anzahl von Zeiten wiederholt aus, um die Genauigkeit der Ermittlung zu verbessern. Mit anderen Worten, wenn im Schritt S7 ermittelt wurde, dass die Wiederholungsanzahl der Ausführungen des von der Recheneinheit 42 ausgeführten Rechenprozesses nicht die vorgegebene Anzahl von Wiederholungen erreicht, wird ein Wert der aktuellen Position C' des Magnetpols anstelle der ersten Position A des Magnetpols (Schritt S8) verwendet, um die oben beschriebenen Schritte S2 bis S7 zu wiederholen. Für diesen Prozess wird eine andere zusätzliche Phase(nlänge) D anstelle der zusätzlichen Phase B verwendet, die das Mal zuvor verwendet wurde. Mit anderen Worten, es wird ein Strom in einer dritten Erregerphase (= C + D) angelegt, die durch Addieren der zusätzlichen Phase B zu der Position C' gewonnen wird. Die zusätzliche Phase D wird ermittelt, indem der Bewegungsbetrag des Motors berücksichtigt wird, wie im Fall der zusätzlichen Phase B. Die zusätzliche Phase D kann als die gleiche wie die Phase B vorgegeben werden. Dann wird der Bewegungsbetrag D' des Rotors, wenn der Strom in der dritten Erregerphase angelegt wird, durch die Ermittlungseinheit für den Bewegungsbetrag 36 gewonnen (Schritt S3). Im Schritt S4 wird eine dritte Position E des Magnetpols durch die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition 50 ermittelt.
  • Danach führt die Recheneinheit 42 den Prozess der Schritte S5 und S6 zur Berechnung der aktuellen Position E' des Magnetpols nach der Gleichung E' = (C' + D' + E)/2 aus.
  • Wenn im Schritt S7 ermittelt wurde, dass der Korrekturprozess des Schritts S6 so häufig wie vorgegeben ausgeführt wurde, wird die aktuelle Position C' des Magnetpols, die zuletzt berechnet wurde, als ein Ausgabewert der Ermittlungsvorrichtung für eine Magnetpolposition 30 ausgegeben (Schritt S9). Die auf diese Weise ermittelte Position C' des Magnetpols wird zur Betriebssteuerung des Motors 20 verwendet, die durch die übergeordnete Steuereinrichtung ausgeführt wird. Der oben beschriebene Korrekturprozess ist keine einfacher Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung, die unmittelbar ein Rückkopplungssignal verwendet, so dass die Genauigkeit der Ermittlung daran gehindert werden kann, durch ein Rauschen verschlechtert zu werden, das in dem rückgekoppelten Signal enthalten ist. Hinzukommt, dass durch wiederholte Ausführen des Prozesses der Schritte S2 bis S6 so häufig wie vorgegeben, der Einfluss der Reibung und einer externen Kraft, die den Betrieb des Motors beeinflussen können, auf einen geringen Wert beschränkt werden kann. Folglich kann der Motor 20 zuverlässiger sein.
  • Wenn im Schritt S5 festgestellt wurde, dass der Wert (= |A – C| – |B|) größer als der vorgegebene Grenzwert ist, aktiviert die Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung 30 die Abgabeeinheit für ein Warnsignal 60, so dass die Abgabeeinheit für ein Warnsignal 60 ein Warnsignal an die übergeordnete Steuereinrichtung 10 abgibt (Schritt S10). Wenn die übergeordnete Steuervorrichtung 10 das Warnsignal empfängt, beendete die übergeordnete Steuervorrichtung 10 die magnetische Erregung des Motors 20, um eine Fehlfunktion des Motors 20 zu verhindern. Verschiedene Umstände können als der Anlass für eine falsche Ermittlung im Schritt S5 angesehen werden. Diese Umstände schließen einer Abnahme der Ermittlungsgenauigkeit aufgrund von in dem Signal enthaltenem Rauschen, Reibung und externe Kraft, wie sie oben beschrieben wurde, ein. Ferner umfassen diese Umstände Fehler bei der Verbindung der Drähte der Wicklungen des Motors 20, Einrichtfehler der Anzahl der Magnetpole des Rotors und Einstellungsfehler der Auflösung des Sensors. Beim Ermittlungsprozess der Magnetpolposition gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Warnsignal zum Anhalten des Betriebs des Motors abgegeben, wenn die Möglichkeit einer falschen Ermittlung bzw. Erkennung besteht. Auf diese Weise kann eine Fehlfunktion des Motors 20 verhindert werden und die Sicherheit des Motors 20 verbessert werden.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben. Es ist augenscheinlich für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet, dass die vorliegende Erfindung auch durch Kombinieren bestimmter Merkmale der Ausführungsformen, die ausdrücklich oder implizit in der vorliegenden Beschreibung offenbart sind, verwirklicht werden kann.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Magnetpolposition des Rotors auf der Basis des Verhaltens des Motors, wenn ein Strom zu einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird, ermittelt. Ein Strom wird dann in einer durch Addieren eines zusätzlichen Phasenbetrags zur Position des ermittelten Magnetpols gewonnenen Erregerphase angelegt, um den Rotor zu drehen. Vor diesem Prozessschritt wird die ermittelte Magnetpolposition mit einem Bewegungsbetrag des Rotors korrigiert, die vom Sensor gewonnen wurde. Auf diese Weise wird eine aktuelle Position des Magnetpols errechnet. Dies verhindert, dass die Erkennungsgenauigkeit aufgrund von Rauschen, Reibung, externer Kräfte oder dergleichen vermindert ist. Zusätzlich kann ermittelt werden, ob oder ob nicht das Ergebnis des Ermittlungsverfahrens zum Bestimmen der Position eines Magnetpols fehlerhaft ist oder nicht durch Vergleichen des Bewegungsbetrags des Rotors, der aus der Differenz der Position des Magnetpols vor und nach Anlegen des Stroms gewonnenen ist, mit dem zusätzlichen Phasenbetrag. Fernerhin kann ermittelt werden, ob die Spulen des Motors mit dem Verstärker in der falschen Reihenfolge der Verbindung verbunden worden sind, wenn die Anzahl der Magnetpole des Motors falsch vorgegeben wurde oder wenn die Auflösung bzw. Empfindlichkeit des Sensors beispielsweise falsch eingestellt wurde. Dies erlaubt es, ein Warnsignal abzugeben, um so den Betrieb des Motors zu stoppen, wenn die Position eines Magnetpols fehlerhaft ermittelt wurde und die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Motors verschlechtert wird.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird mit einer vorgegebenen Formel die aktuelle Position des Magnetpols aus der ermittelten Magnetpolposition und dem erkannten Bewegungsbetrag errechnet. Auf diese Weise wird ein rückgekoppeltes Signal nicht direkt verwendet, so dass die Ermittlungsgenauigkeit daran gehindert ist, durch Rauschen im rückgekoppelten Signal verschlechtert zu werden.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wird die Richtung der Bewegung bzw. Drehung des Rotors bestimmt, wenn ein Strom in einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird, und wird auf der Basis dieser Richtung der Bewegung bzw. Drehung die Position des Magnetpols des Rotors abgeschätzt. Dann wird auf der Basis dieses geschätzten Ergebnisses eine Erregerphase bestimmt, zu der ein Strom im nächsten Schritt angelegt wird. Dieser Prozess wird wiederholt, um auf diese Weise die Magnetpolposition des Rotors zu bestimmen. Mit einer solchen Konfiguration kann die Position eines Magnetpols selbst dann ermittelt werden, wenn der Betrag der Bewegung des Rotors extrem klein ist.
  • Gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung kann der Betrieb des Motors in geeigneter Weise gestoppt werden, wenn die Möglichkeit besteht, dass die Position des Magnetpols unrichtig ermittelt wird. Als Folge hiervon kann der Motor zuverlässiger arbeiten.
  • Auch wenn die Erfindung mit beispielhaften Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet, dass verschiedene andere Abänderungen, Auslassungen und Hinzufügungen von und für sie vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken und Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (4)

  1. Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung (30) zum Ermitteln einer Position des Magnetpols eines Rotors zum Zeitpunkt des Startens eines Permanentmagnet-Synchronmotors (20), der den Rotor und einen Stator aufweist, von denen der Rotor Permanentmagnete und der Stator Wicklungen hat, bei der die Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung umfasst: eine Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition (50) zum Ermitteln einer Position des Magnetpols des Rotors auf der Grundlage des Verhaltens des Rotors, wenn der Strom zu einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird; eine Messeinheit für einen Bewegungsbetrag (36) zum Bestimmen eines Bewegungsbetrags des Rotors, wenn der Strom zu einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird; eine erste Speichereinheit für eine Magnetpolposition (32) zum Speichern einer ersten Position des Magnetpols des Rotors, die von der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition (50) ermittelt worden ist; eine Ausgabeeinheit für einen Strombefehl (44) zum Ausgeben eines Strombefehls, der das Anlegen eines Stroms in einer ersten Erregerphase bewirkt, die durch Addieren eines vorgegebenen zusätzlichen Phasenbetrags zu der in der ersten Speichereinheit für die Position eines Magnetpols (32) gespeicherten ersten Position des Magnetpols gewonnen wird, eine Speichereinheit für einen Bewegungsbetrag (38) zum Speichern des Bewegungsbetrags des Rotors von dem Zeitpunkt vor der Aufgabe des Strombefehls bis zu dem Zeitpunkt nach der Aufgabe des Strombefehls, wobei der Bewegungsbetrag durch die Messeinheit für einen Bewegungsbetrag (36) gemessen wird; eine zweite Speichereinheit für eine Magnetpolposition (34) zum Speichern einer zweiten Position des Magnetpols des Rotors nach der Aufgabe des Strombefehls, wobei die zweite Position des Magnetpols von der Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition (50) gemessen wird, eine Bestimmungseinheit (40) zum Bestimmen einer falschen Messung, wenn die Differenz des zusätzlichen Phasenbetrags und der Differenz zwischen der ersten Magnetpolposition und der zweiten Magnetpolposition größer als ein vorgegebener Grenzwert ist; und eine Recheneinheit (42) zum Korrigieren der zweiten Position des Magnetpols des Rotors zum Berechnen einer aktuellen Magnetpolposition auf der Grundlage der ersten Position des Magnetpols, der zweiten Position des Magnetpols und des Bewegungsbetrags des Rotors, wenn die Differenz zwischen dem zusätzlichen Phasenbetrag und der Differenz zwischen der ersten Position des Magnetpols und der zweiten Position des Magnetpols gleich oder kleiner als der vorgegebene Grenzwert ist, wobei die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition (50), die Messeinheit für einen Bewegungsbetrag (36), die Ausgabeeinheit für einen Strombefehl (44), die Bestimmungseinheit (40) und die Recheneinheit (42) so ausgebildet sind, wiederholt derart zu arbeiten, dass der Vorgang des Errechnens der aktuellen Position des Magnetpols wenigstens einmal wiederholt wird.
  2. Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung (30) nach Anspruch 1, bei der die Recheneinheit (42) so ausgebildet ist, dass sie die aktuelle Position des Magnetpols durch Dividieren eines Summenwerts durch 2 berechnet, wobei der Summenwert durch Aufsummieren der ersten Position des Magnetpols, der zweiten Position des Magnetpols und des Bewegungsbetrags des Magnetpols erhalten wird.
  3. Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition (50) umfasst: eine Erkennungseinheit für die Bewegungsrichtung (52) zum Erfassen der Bewegungsrichtung, in die der Rotor bewegt bzw. gedreht wird, wenn ein Strom zu einer vorgegebenen Erregerphase angelegt wird; eine Schätzeinheit für eine Magnetpolposition (54) zum Schätzen der Magnetpolposition des Rotors auf der Grundlage der Bewegungsrichtung des Rotors, die von der Ermittlungseinheit für die Bewegungsrichtung (52) bestimmt worden ist, und einer Ausgabeeinheit für einen zusätzlichen Strombefehl (56) zum Ausgeben eines Strombefehls, der das Anlegen eines Stroms zu einer Erregerphase bewirkt, die auf der Grundlage der von der Schätzeinheit für eine Magnetpolposition (54) geschätzten Magnetpolposition bestimmt wird, bei der die Ermittlungseinheit für eine Magnetpolposition (50) dazu ausgestaltet ist, wiederholt die Erkennungseinheit für die Bewegungsrichtung (52), die Schätzeinheit für eine Magnetpolposition (54) und die Ausgabeeinheit für einen zusätzlichen Strombefehl (56) zur Ermittlung der Magnetpolposition des Rotors arbeiten zu lassen.
  4. Magnetpolpositionsermittlungsvorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine Abgabevorrichtung für ein Warnsignal (60) zum Abgeben eines Warnsignals, wenn die Bestimmungseinheit (40) eine falsche Messung oder Erkennung feststellt, aufweist.
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