專利名稱：永磁無刷電動機初始磁極位置的推斷方法
技術領域：
本發明涉及永磁無刷電動機初始磁極位置的 檢測方法，尤其是關于在無傳感器的無刷電動機起動時檢測轉子磁極位置的方法。
背景技術：
在已有的無刷電動機中，利用省略由分相、或霍耳效應器件等構成的磁極位置檢測用傳感器的磁極位置檢測方法。
在磁極位置檢測方法中可利用的技術是，在起動時容許轉子旋轉的情況下，如特開平3-239186號公報所公開的，通過執行恒定運行的同步運行模式，和用于檢測磁極位置的轉子位置檢模式的模式切換，在起動時對3相各電樞線圈提供旋轉磁場產生用的門脈沖，使轉子旋轉，起動無刷電動機后，用位置檢測電路檢測在電樞線圈中產生的感應電壓，判別轉子位置(磁極位置)。
而且，已有技術是，在起動時不允許轉子旋轉的情況下，就是說，在仍然使電動機停止推斷磁極位置的情況下，如“電學論D、116卷7號、736～742頁、平成8年”中所示，在依次按任意方向提供電動機不致旋轉的間歇的脈沖狀電壓指令，根據在那時的靜止座標中變換的各相電流iαu、i βu和iαv、iβv和iαw、iβw等的非正弦波形狀變化的響應區別，推斷位置角θ，電動機仍然停止判別磁極位置。
然而，在上述的已有技術中，存在以下所示的問題，即有關在特開平3-239186號公報中揭示的技術中，使轉子旋轉起動電動機，為了判別轉子位置，不可能與如以動作前轉子靜止為條件的物件對應。
并且，有關在電學論D、116卷7號發表的技術中也存在實用上的問題，通過3項電壓方程式導出各相電流iαu、iαv、iαw等，為了求出電流響應的區別，必需無刷電動機的電感、電阻值等的電氣參數。從而，在這些參數未知的情況下，電流的響應區別不明，而且電壓指令也不是階躍狀交替指令，所以存在根據電壓指令的形狀流動過電流，或轉子旋轉的情況。
于是，本發明目的在于提供一種永磁無刷電動機的初始磁極位置推斷方法，即便不能正確把握電參數，也能依然不使轉子旋轉停止電動機，不流過過電流，可高速地處理轉子初始位置推斷。
發明的公開為了達到上述目的，本發明在永磁無刷電動機的磁極位置推斷方法中，空間座標上在任意設定γ軸和從γ軸前進90度電角的方向上設定δ軸，以閉環構成γ方向的電流控制系統，同時，以開環構成δ軸方向的電流控制系統，觀測在把前述γ軸方向的電流指令作為階躍狀交替電流指令提供時的δ軸方向發生的干擾電流，當該干擾電流積分值和γ軸電流指令值的積的符號為正時，僅使γ軸前進微小角Δθ，當前述符號為負時僅滯后微小角Δθ的相位，以此，使γ軸與實際磁軸d軸或從實際磁軸前進180度的-d軸一致。
在上述方式中，關于所述δ軸方向的干擾電流iδ的響應，當設γ軸方向的電流為iγ，設δ軸方向的電流為iδ，設γ軸方向的電壓為vγ、設δ軸方向電壓為vδ，設q軸的電感為Lq，設d軸的電感為Ld，設定子電阻為Rs，以及γ軸和d軸的電角誤差為θe情況下的永磁電動機的速度為0狀態的方程式表示為(1)式ddtiγiδ=-RsLdLqLq+(Ld-Lq)sin2θe12(Lq-Ld)sin2θe12(Lq-Ld)sin2θeLd-(Ld-Lq)sin2θe]]>iriδ+1LdLqLq+(Ld-Lq)sin2θe12(Lq-Ld)sin2θe12(Lq-Ld)isn2θeLd-(Ld-Lq)sin2θevrvδ---(1)]]>其中當用開環構成q軸方向的電流控制系統，用比例控制閉環構成d軸方向的電流控制系統時，則由于γ軸電流指令值為iγRef、vδ＝0、vγ＝kγ(iγRef-iγ)，所以永磁電動機的速度為0時的狀態方程式用(2)式表示ddtiriδ=-RsLdLqLq00Ldiriδ+1LdLqLq•Kr0(iγRef-ir)-RsLdLq]]>(Ld-Lq)sin2θe12(Lq-Ld)12(Lq-Ld)sin2θe-(Ld-Lq)sin2θeiriδ+1LdLq(Ld-Lq)Krsin2θe12(Lq-Ld)Krsin2θe(irRef-ir)---(2)]]>拉普拉斯變換的iδ響應用(3)式表示iδ(S)=KrarδSS2+[Krarr+RS(arr+aδδ)]S+(Kr+RS)Rs(arraδδ-arδ2)•irRef(S)---(3)]]>其中，Iδ(S)規定為iδ的拉普拉斯表達，IγRef(S)規定為iγ的拉普拉斯表達。還有，aγγ、aδδ、aγδ用(4)式表示arr=Lq+(Ld-Lq)sin2θeLdLq,]]>aδδ=Ld-(Ld-Lq)sin2θeLdLq]]>arδ=(Lq-Ld)sin2θeLdLq---(4)]]>規定把前述γ軸方向電流指令作為階躍狀交替電流指令提供情況下的前述δ軸方向干擾電流iδ的積分∫iδdt比aγγ＝1/Ld、aδδ＝1/Lq、Kr大很多時用(5)式表示lim1→∞∫Otiδdt=Lq-Ld2RSsin2θe•irRef---(5)]]>前述干擾電流積分值和γ軸電流指令值的積fγ用(6)式表示fr=sign(irRef)•limt→∞∫Otiδdt---(6)]]>鑒于上述結果以及fγ和γ軸和d軸的電角度誤差θe是在X軸取fγ在γ軸取θe略呈正弦變化的fγ-θe特性，當fγ≥0時，如果調節得使沿γ軸僅前進Δθe，當fγ＜0時，如果調節得使沿γ軸僅滯后Δθe，則指定的γ軸最后漸漸接近d(相當于θe＝0)軸或-d(相當于θe＝180°)軸收斂，可推斷磁極位置。
附圖的簡要說明圖1是有關發明實施例的永磁無刷電動機初始磁極位置推斷方法的概念方框圖；圖2是圖1所示的無刷電動機初始磁極位置推斷方法的流程圖；圖3是圖1所示的γ軸電流指令的波形圖；圖4是圖1所示的γ軸和d軸的關系圖；圖5是圖2所示的θe和fγ的特性曲線圖；圖6是圖2所示的推斷磁軸θγ的校正波形圖；圖7是圖6所示的推斷磁軸θγ的其他相位的校正波形圖。
下面參照
本發明實施例。
圖1是有關發明實施例的永磁無刷電動機初始磁極位置推斷方法的概念方框圖。圖2是圖1所示的無刷電動機初始磁極位置推斷方法的流程圖；圖3是圖1所示的γ軸電流指令的波形圖；圖4是圖1所示的γ軸和d軸的關系圖；圖5是圖2所示的θe和fγ的特性曲線圖；圖6是圖2所示的推斷磁軸θγ的校正波形圖；圖7是圖6所示的推斷磁軸θγ的其他相位的校正波形圖。
在圖1中，通過電流傳感器等輸入如從γ軸電流發生電路1輸出的圖3所示的階躍狀γ軸電流指令iγRef和驅動無刷電動機8的變換器部5的電流iu、iv，把由3相2相變換部6變換得到的γ軸方向電流iγ輸入到γ軸電流控制部2，產生電壓指令vγ*。
另一方面，雖然從δ軸電流控制部3也產生δ軸方向電壓指令vδ*，但是，由于δ軸方向的控制系統作為開環增益為0，所以vδ*＝0。接著，在θγ形成電路7利用γ軸電流指令iγRef和δ軸電流iδ確定補正角θe(參照圖4)，使γ軸的角度θγ更新。借此，從向量控制部4把電壓指令大小v*和輸出相位θv供給變換器部5，但由于vδ*＝0，所以，v*＝vδ*、θv＝θγ。
接著說明其工作。
參照圖2的流程圖，首先，輸入永磁無刷電動機8的3相中的至少2相電流，其中u相電流和v相電流(也可以是其他組合)的K·Ts秒時(Ts為電流回路取樣時間)的電流iu(K)、iv(K)(S101)。
然后，根據通過δ軸的α相的位置(參照圖4)θγ(K)，執行2相3相變換，導出iγ(K)、iδ(K)(S102)。接著，根據圖3所示的階躍狀交替電流的γ軸電流指令iγRef(K)值使其分支(S103)。
在作S103的判定時，在iγRef(k)非0情況下的執行程序中，進行Sign[iγRef(K)]·∫iδdt運算，存儲在fγ(t)中(S104)。接著，在以下S105、S106、S107中，根據fγ(t)的符號，如圖4所示，利用使θγ僅變更Δθe，調整成使γ軸與實際磁軸d軸一致。
首先，判斷是否fγ(t)≥0(S105)，如果fγ(t)≥0的情況下(S105是)，則θγ變更量Δθe為正(S106)。而且，在判斷為fγ(t)＞0的情況下(S105否)，則θγ變更量Δθe為負(S107)。
這樣，執行使γ軸與d軸一致的操作，還有，通過時間中斷，作成(K+1)Ts秒間的電流指令iγRef(K+1)。如圖3所示，iγRef(K+1)以階躍狀提供(S108)。
在前面S103的判斷中分路的，在iγRef(K)＝0時的執行程序中，根據上次的γ軸電流指令iγRef(K-1)，利用改變處理，判斷是否iγRef(K-1)＝0(S109)。如果判斷iγRef(K-1)＝0的情況下(S109是)，維持θγ(K+1)＝θγ(K)(S110)。而且，在判斷iγRef(K-1)不為0的情況下(S109否)，根據由前面的S104以下的執行程序確定的Δθe，更新γ軸位置θγ(S111)。就是說，通過在S104～S107確定的Δθe，在該S109～S111的分支程序僅更新一次θγ。
接著，為了下面的S104～S107的分支程序，設置iδ的積分項(S112)。
圖6、圖7是利用如上的磁極位置推斷方法實際調整θγ的實驗結果。作為該情況下的條件，是初始推斷γ軸和d軸偏差電角90°時的初始磁極位置的結果，以約0.1秒的高速推斷d軸或-d軸。
象這樣，根據本實施例，利用只是根據干擾電流iδ的積分值和γ軸電流積的符號的正負產生的推斷，可迅速地求出初始磁極位置。并且，其中由于在運算中使用積分，所以電流傳感器等的噪聲再大，電流的大小不大，也只需通過符號判斷，只要電感Lq和Ld中存在差別便可，由于不受大小左右，所以能穩定地調整。而且，由于電流指令iγRef交替供給，所以平均轉矩為0，因不使轉子旋轉，所以電動機仍然停止，也可作磁極推斷。
如上所述，根據本發明，空間座標上設定γ軸和從γ軸任意前進90°的方向上，設定δ軸，用閉環構成γ軸電流控制系統，用開環構成δ軸電流控制系統，觀測把γ軸方向電流指令iγRef作為階躍狀交替電流指令提供時的δ軸方向上產生的干擾電流iδ，根據該干擾電流iδ的積分值和γ軸電流指令值iγRef的積的符號為正時，γ軸僅前進微小角Δθ，符號為負時僅滯后微小角Δθ的相位，就使得γ軸與實際磁軸d軸或從實際磁軸前進180°的-d軸一致，所以即便沒有正確把握電感、電阻等的電參數，不使轉子旋轉，電動機停止不動，也無過電流流動，能高速地推斷轉子的初始磁極位置。
權利要求
1.一種永磁無刷電動機的磁極位置推斷方法，其特征是，在空間座標上任意地設定γ軸和從γ軸前進電角90°的方向上設定δ軸，以閉環構成γ軸方向的電流控制系統，同時以開環構成δ軸方向的電流控制系統，導出把所述γ軸方向電流指令iγRef作為階躍狀交替電流指令提供時的δ軸方向上發生的干擾電流，該干擾電流的積分值和γ軸電流指令值的積的符號為正時，使γ軸僅前進微小角Δθ，當所述符號為負時僅滯后微小角Δθ，據此，使γ軸與實際磁軸d軸或從實際磁軸前進180°的-d軸一致。
全文摘要
一種永磁無刷電動機(8)的磁極位置推斷方法,在空間坐標上任意地設定γ軸和從γ軸前進電角90°的方向上設定δ軸,以閉環構成γ軸方向的電流控制部(2),以開環構成δ軸方向的電流控制部(3),導出把所述γ軸方向電流指令作為階躍狀交替電流指令提供時的δ軸方向上發生的干擾電流,該干擾電流的積分值和γ軸電流指令值的積的符號為正時,使γ軸僅前進微小角△θ,當所述符號為負時僅滯后微小角△θ,據此,使γ軸與實際磁軸d軸或從實際磁軸前進180°的－d軸一致。
文檔編號H02P27/04GK1267405SQ98808311
公開日2000年9月20日 申請日期1998年6月16日 優先權日1997年6月18日
發明者小黑龍一, 龜井健 申請人:株式會社安川電機