永磁体型同步电动机的磁极位置检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁极位置检测装置，该磁极位置检测装置通过电流牵引方式来检 测构成永磁体型同步电动机的转子的永磁体的磁极位置的原点与磁极位置传感器的输出 信号的原点（基准位置）之间的偏离量，基于该偏离量来检测真正的磁极位置。
【背景技术】
[0002] 图1是通过逆变器来驱动永磁体型同步电动机的驱动系统的结构图。
[0003] 在图1中，1是永磁体型同步电动机（PMSM)，2是安装于同步电动机1的转子轴的 编码器等磁极位置传感器，3是被输入速度指令值η*的逆变器控制装置，4是PWM逆变器。
[0004] 在该驱动系统中，将通过磁极位置传感器2检测出的同步电动机1的转子（永磁 体）的磁极位置Θ反馈给逆变器控制装置3,生成针对逆变器4的半导体开关元件的驱动 信号来进行同步电动机1的速度控制、位置控制。
[0005] 图2是表示图1的逆变器控制装置3的具体结构的框图，用于通过所谓的矢量控 制来驱动同步电动机1。
[0006] 在图2中，减法器30求出速度指令值η*与速度检测值η之间的偏差，速度调节器 31以使该偏差变为零的方式运算转矩指令值Trq*。电流指令运算器32基于转矩指令值 Trq*来运算作为d_q旋转坐标上的相互正交的分量的d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值 Iq*。众所周知，d轴是沿着构成同步电动机1的转子的永磁体的磁通轴的控制上的虚拟轴， q轴是与d轴正交的轴。
[0007] 此外，39是对转子的磁极位置（角度）Θ进行微分来运算速度检测值n的微分运 算器。
[0008] 另一方面，通过电流检测器42、43检测逆变器4的输出电流Iv、Iw，并将该输出电 流Iv、Iw输入到坐标变换器（3相/2相变换器）38。坐标变换器38使用磁极位置Θ来将 包括上述输出电流IV、IW在内的3相的电流I U、IV、I/变换为2相的d轴电流检测值I d、q轴 电流检测值Iq。
[0009] 电流调节器35以使通过减法器33求出的d轴电流指令值Id*与d轴电流检测值 Id之间的偏差变为零的方式进行动作来生成d轴电压指令值V d*。另外，电流调节器36以 使通过减法器34求出的q轴电流指令值Iq*与q轴电流检测值Iq之间的偏差变为零的方 式进行动作来生成q轴电压指令值Vq*。
[0010] 坐标变换器（2相/3相变换器）37使用磁极位置Θ来将d轴电压指令值Vd*、q轴 电压指令值Vq*变换为3相的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。PWM逆变器4通过内部的半导体开 关元件的导通、截止动作，输出按照电压指令值Vu*、Vv*、Vw*的3相交流电压来驱动同步电 动机1。
[0011] 在上述结构中，在坐标变换器37、38中，根据通过磁极位置传感器2检测出的磁极 位置Θ，得到同步电动机1的转子的绝对位置信息。但是，由于希望在某种程度上简化组 装作业的要求、精度上和成本上的限制，难以使转子的磁极位置的原点与磁极位置传感器2 的输出信号的原点准确地一致。
[0012] 因此，一般进行以下处理：在初次运转同步电动机1之前，事先以手动或自动的方 式检测磁极位置的原点与磁极位置传感器2的输出信号的原点之间的偏离量、即从磁极位 置传感器2的输出侧看时的磁极位置的偏离量，并将该偏离量保存在存储器中，通过控制 运算的算法来校正该偏尚量。
[0013] 例如，作为通过所谓的电流牵引方式来检测磁极位置的偏离量、在通常运转时使 用利用上述偏离量进行校正后的磁极位置来运转永磁体型同步电动机的技术，已知专利文 献1所记载的发明。图7是表示该专利文献1所记载的磁极位置检测方法的流程图。
[0014] 即，在图7中，首先将磁极位置（相位）Θ。虚拟地固定为〇 [deg]，使直流电流（d 轴电流Id)向d轴方向流过永磁体型同步电动机的电枢绕组（步骤S1)。此时，在转子（永 磁体）的实际的磁极位置与〇[deg]不一致的情况下，因 d轴电流1,引起的磁通的方向与因 转子引起的磁通的方向不一致，因此产生旋转转矩。通过该旋转转矩，转子进行旋转直到与 因 d轴电流Id引起的磁通的方向一致为止。其结果，转子的磁极被d轴电流I d牵引，最终， 转子的磁极位置与虚拟的d轴一致而牵引完成（步骤S2 "是"）。在该时间点，转子的磁极 位置位于〇 [deg]，读入此时的磁极位置传感器（编码器）的计数值& (步骤S3)。
[0015] 接着，使转子旋转（步骤S4)，检测从虚拟的d轴到检测出编码器的原点脉冲为止 的旋转角度来作为计数值N2 (步骤S5 "是"，步骤S6)。当求出此时的计数值N2与上述计数 值K之差N dlf时，该差N dlf即为相当于编码器的输出信号的原点与转子的磁极位置的原点 之间的偏离量的值（步骤S7)。接着，为了将该差Ndlf换算为电角度的相位差，对Ndlf乘以 换算系数K来求出相位差Θ dif (步骤S8)。
[0016] 将该相位差0dif事先存储在存储器中，在永磁体型同步电动机的通常运转时，每 当检测出编码器的原点脉冲，就对检测出的磁极位置Θ。加上相位差Θ dif来进行磁极对位， 求出校正了偏离量后的真正的磁极位置Θ来使用于矢量控制（步骤S9)。
[0017] 专利文献1 :日本特开平11-252972号公报（[0006]段、[0007]段、图2等）
【发明内容】
[0018] 发明要解决的问题
[0019] 在此，通过式1来表示永磁体型同步电动机（下面，也简单称为同步电动机）的电 流的基本式。
[0022] 其中，Id:d轴电流
[0023] Iq:q 轴电流
[0024] Ia:同步电动机的相电流（有效值）
[0025] β :电流相位角
[0026] 另外，通过式2来表示同步电动机的输出转矩，能够使用式1来使式2如式3那样 变形。
[0027] [式 2]
[0028] T = 3Pn{WaIq-(Ld-Lq)I dIJ
[0029] 其中，Pn:同步电动机的极对数
[0030] Ψ3:每相的永磁体所引起的电枢交链磁通的有效值
[0031] Ld:同步电动机的d轴电感
[0032] Lq:同步电动机的q轴电感
[0035] 式3的输出转矩T是式4所示的电磁转矩（magnet torque) Tm与式5所示的磁阻 转矩（reluctance torque) IV之和（T = Tm+IV)。在此，电磁转矩1"是由电枢绕组的旋转磁 场与转子的磁极的吸引力或排斥力引起的，磁阻转矩?；是由d轴电感与q轴电感之差引起 的。
[0041] 在同步电动机的相电流固定的情况下，各转矩依赖于电流相位角β而如 图3那样。
[0042] 在前述的专利文献1等以往技术中，在流通规定的直流电流来进行牵引动作的情 况下，Iq=〇且Id>〇。根据式1可知，在这种情况下，电流相位角β为-90[deg]。当流通 牵引电流时，在转子的磁极位于电流相位角β为-90[deg]的位置以外的位置的情况下产 生牵引转矩，在转子的磁极位于电流相位角β为-90[deg]的位置的情况下牵引转矩为零。 也就是说，最终，转子的磁极被牵引到电流相位角β为-90[deg]的位置而停止。
[0043] 另一方面，如前所述，同步电动机的输出转矩T是电磁转矩与磁阻转矩?\之和。 根据图3可以明确的是，在-90[deg]电流相位角β的附近，电磁转矩1"随着电流相位角 β的增加而变大，与此相对，磁阻转矩?；随着电流相位角β的增加而变小。另外，根据牵 引电流的大小而输出转矩Τ的大小发生变化，电磁转矩和磁阻转矩在输出转矩Τ中所 占的比例也发生变化。
[0044] 因此，根据永磁体型同步电动机的规格、特性而存在如下情况：在_90[deg]电流 相位角β的附近，输出转矩T与电流相位角β之间失去单调增加的关系，从而存在多个输 出转矩Τ为零的电流相位角。
[0045] 在这种情况下，例如像图4所示那样，转子的磁极最终未被牵引到电流相位角 为-90 [deg]的点Ρ。，而被牵引到点Ρ。的前后的输出转矩Τ为零的点P i或点Ρ2。在这些点 Pi、匕处，转子的磁极位置的原点与d轴方向不一致，因此若使用以此时的磁极位置传感器 的计