專利名稱：同步電動機的磁極位置檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠簡易、確實并且高精度地檢測同步電動機的磁極位置的同步電動機的磁極位置檢測裝置。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，為了高效控制同步電動機，而檢測同步電動機的轉(zhuǎn)子的磁極位置。當檢測該同步電動機的磁極位置時，使用編碼器等位置檢測器來直接檢測轉(zhuǎn)子的電氣角(磁極位置)。但是，為了直接檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角，就需要給同步電動機附加位置檢測器等磁極位置檢測專用的傳感器，而存在裝置構成的規(guī)模變大，同時經(jīng)濟性變差的缺點。
因此，提出了不使用位置檢測器來檢測同步電動機的磁極位置的裝置(參照日本專利申請公開公報特開平7-177788號公報)。圖24是表示不使用位置檢測器的現(xiàn)有的同步電動機的磁極位置檢測裝置的簡要構成的圖。在圖24中，同步電動機1的轉(zhuǎn)子是永久磁體型的，同步電動機1具有U相、V相和W相的三相繞組。運算部102給電路部3輸出電壓矢量指令V，同時，給檢測部4輸出觸發(fā)信號Tr。電路部3給同步電動機1的各相施加基于所輸入的電壓矢量指令V的電壓。檢測部4以觸發(fā)信號Tr的上升沿定時來檢測各相的電流，把檢測電流Di輸出給運算部102。運算部102以所輸入的檢測電流Di為基礎來運算轉(zhuǎn)子的磁極位置θ，并輸出。
圖25是表示電路部3的詳細構成的電路圖。在圖25中，電路部3具有半導體開關5～10，半導體開關5、8、6、9、7、10的各對分別串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的半導體開關5、8、6、9、7、10的各對與生成電位差Ed的直流電壓源11并聯(lián)連接。連接半導體開關5、8的中點Pu與同步電動機1的U相相連接，連接半導體開關6、9的中點Pv與同步電動機1的V相相連接，連接半導體開關7、10的中點Pw與同步電動機1的W相相連接。而且，各個半導體開關5～10分別與絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)Q1～Q6和二極管D1～D6相對應并且并聯(lián)連接，二極管的正向向著直流電壓源11的正極。施加在該IGBT Q1～Q6的柵極上的柵極信號形成電壓矢量指令V，使各個IGBT Q1～Q6導通/關斷。
在此，電壓矢量指令V具有9個開關方式「0」～「8」，各個開關方式「0」～「8」通過導通的IGBT Q1～Q6的組合來按下面這樣進行定義開關方式 導通的IGBT Q1～Q6的組合「0」無「1」Q1、Q5、Q6「2」Q1、Q2、Q6「3」Q4、Q2、Q6「4」Q4、Q2、Q3「5」Q4、Q5、Q3「6」Q1、Q5、Q3「7」Q1、Q2、Q3「8」Q4、Q5、Q6與各個開關方式「0」～「8」分別對應的電壓矢量V1～V8，如圖26所示的那樣，是分別具有依次相差60度的相位差，并且大小相等的電壓矢量。在此，具體地說，求出電壓矢量V1的大小。由于電壓矢量V1與開關方式「1」相對應，故IGBT Q1、Q5、Q6導通，IGBT Q4、Q2、Q3關斷。因此，U相與V相之間的線電壓Vuv、V相與W相之間的線電壓Vvw以及W相與U相之間的線電壓Vwu為下式(1)～(3)那樣Vuv＝Vu－Vv＝Ed …(1)Vvw＝Vv－Vw＝0 …(2)Vwu＝Vw－Vu＝-Ed …(3)
其中，「Vu」是U相的電位(中點Pu的電位)，「Vv」是V相的電位(中點Pv的電位)，「Vw」是W相的電位(中點Pw的電位)。
而且，當從式(1)～(3)求出電位Vu～Vw時，各電位Vu～Vw為下式(4)～(6)那樣Vu＝2/3*Ed …(4)Vv＝-1/3*Ed …(5)Vw＝-1/3*Ed …(6)因此，電壓矢量V1的方向，如圖26所示的那樣，為U相方向。而且電壓矢量V1的大小由下式(7)所表示，即｜V1｜＝2/3*Ed-1/3*Ed cos(120度)-1/3*Ed cos(240度)＝Ed(7)其他的電壓矢量V2～V6，通過進行與電壓矢量V1相同的運算，能夠求出其方向和大小，電壓矢量V2～V6的方向，如圖26所示的那樣，相對于U相依次具有相位差60度，大小為Ed。而且，電壓矢量V7、V8，如圖26所示的那樣，成為大小為0的電壓矢量。
與該電壓矢量V1～V6相對應的電壓被施加給同步電動機1的U相、V相和W相，但是，此時，檢測部4以觸發(fā)信號Tr的上升沿定時來檢測在各相中流過的電流。圖27是表示檢測部4的詳細構成的方框圖。在圖27中，電流檢測器12～14分別檢測流過U相、V相和W相的電流，分別輸出給輸出處理部15～17。各輸出處理部15～17分別具有取樣保持電路15a～17a，同時，具有A/D變換器15b～17b。取樣保持電路15a～17a以從運算部102所輸入的觸發(fā)信號Tr的上升沿定時來對電流檢測器12～14檢測出的電流值進行取樣保持，A/D變換器15b～17b把取樣保持電路15a～17a保持的模擬信號分別變換為數(shù)字信號，分別把由U相的電流iu、V相的電流iv、W相的電流iw組成的檢測電流Di輸出給運算部2。
在此，參照圖28所示的時序圖，來對電壓矢量指令V、觸發(fā)信號Tr與檢測電流Di的關系進行說明。在圖28中，運算部102，在同步電動機1靜止并且各相的電流為零的狀態(tài)下，首先作為電壓矢量指令V依次向檢測部4輸出電壓矢量V0→V1→V0→V3→V0→V5→V0，同時，在各電壓矢量的施加結束之后，把觸發(fā)信號Tr輸出給檢測部4。如上述那樣，電路部3以電壓矢量指令V為基礎，依次給同步電動機1施加電壓矢量V0→V1→V0→V3→V0→V5→V0。而且，各電壓矢量V1、V3、V5的施加時間為同步電動機1不會磁飽和范圍內(nèi)的足夠短的時間。檢測部4的輸出處理部15～17觸發(fā)信號Tr的上升沿定時來對各相的電流即電流iu、iv、iw進行取樣，把U相的電流iu1～iu3、V相的電流iv1～iv3、W相的電流iw1～iw3作為檢測結果輸出給運算部102。U相的電流iu1、V相的電流iv1、W相的電流iw1是由緊跟電壓矢量V1之后所施加的觸發(fā)信號Tr所檢測出的電流，U相的電流iu2、V相的電流iv2、W相的電流iw2是由緊跟電壓矢量V3之后所施加的觸發(fā)信號Tr所檢測出的電流，U相的電流iu3、V相的電流iv3、W相的電流iw3是由緊跟電壓矢量V5之后所施加的觸發(fā)信號Tr所檢測出的電流。
因此，同步電動機1的轉(zhuǎn)子的磁極位置θ與電流iu1、iv2、iw3的關系具有圖29所示的關系。其中，當磁極位置θ著眼于0～180度之間時，能夠基于電流iu1、iv2、iw3的電流值的大小關系，把磁極位置θ以30度單位分成6個。其中，當給分成6個的磁極位置θ的區(qū)域區(qū)間標注分區(qū)編號m來表示時，為以下這樣分區(qū)編號m 區(qū)間 大小關系1 0～30度 iu1＞iw3＞iv22 30～60度 iw3＞iu1＞iv23 60～90度 iw3＞iv2＞iu14 90～120度 iv2＞iw3＞iu15120～150度 iv2＞iu1＞iw36150～180度 iu1＞iv2＞iw3因此，以該電流iu1、iv2、iw3的大小關系為基礎，如果磁極位置θ是0～180度的范圍，能夠以30度單位求出磁極位置θ。具體的磁極位置θ的確定以下式(8)為基礎進行運算。即θ＝(m－1)×30＋15＋f(m)×(iav－im)×k…(8)通過該式來確定磁極位置θ。在此情況下，在圖29中，在30度單位的各區(qū)間中的電流iu1、iv2、iw3的電流值中，把具有中間的電流值的電流iu1、iv2、iw3例如磁極位置θ在0～30度區(qū)間內(nèi)的電流iw3在該區(qū)間內(nèi)視為是直線。而且，電流iav是電流iu1、iv2、iw3的平均值，電流im是在分區(qū)編號m中近似直線的電流，系數(shù)k是該直線的斜率。而且，當分區(qū)編號為1、3、5時，f(m)＝1，當分區(qū)編號為2、4、6時，f(m)＝-1。
因此，磁極位置θ使用該式(8)，在0～180度的范圍內(nèi)，不是區(qū)間，而是能夠確定一點的磁極位置θ，但是，如圖29所示的那樣，磁極位置θ以180度周期變化，因此，對于360度的全部角度，使用磁飽和，來唯一地決定磁極位置θ。
例如，當分區(qū)編號m為「1」時，磁極位置θ是0～30度或者180度～210度的區(qū)間，而不能唯一地確定磁極位置θ，但是，在此情況下，如

圖17所示的那樣，通過給同步電動機1施加具有產(chǎn)生磁飽和的長施加時間的電壓矢量V1、V4，來選擇決定磁極位置θ的區(qū)間。
詳細描述時，當磁飽和沒有發(fā)生時，電流iu4、iu5的絕對值為相等的。但是，當施加了接近于磁極位置的電壓矢量V1、V4時產(chǎn)生的磁通，相對于同步電動機1的轉(zhuǎn)子的磁通在增磁方向上起作用，因此，當磁飽和發(fā)生時，同步電動機1的線圈的電感減少。因此，當磁飽和發(fā)生時，若把施加接近于磁極位置θ的相位的電壓矢量V1或者V4時的電流與施加相對于接近于磁極位置θ的相位具有180度相位差的電壓矢量V1或者V4時的電流進行比較，施加接近于磁極位置θ的相位的電壓矢量V1或者V4時的電流的一方具有較大的值。
其結果，例如，當磁極位置θ為0～30度或者180～210度時，當電流iu4的大小｜iu4｜大于電流iu5的大?。黫u5｜時，判定為磁極位置θ是0～30度的區(qū)間，原封不動地輸出由式(8)求出的磁極位置θ。而且，當電流iu4的大?。黫u4｜小于電流iu5的大?。黫u5｜時，判定為磁極位置θ是180～210度的區(qū)間，在此情況下，在式(8)求出的磁極位置θ上加上180度并輸出。
同樣，當分區(qū)編號m為「2」～「6」時，使用式(8)來求出0～180度的范圍的磁極位置θ，然后，具有產(chǎn)生磁飽和的施加時間來施加與分區(qū)編號相對應的電壓矢量，使用該電壓矢量的絕對值的大小關系來判定180度的磁極位置關系，來在全部角度范圍內(nèi)唯一地確定磁極位置θ。
但是，上述現(xiàn)有的同步電動機的磁極位置檢測裝置，首先，為了在較大的180度的范圍內(nèi)求出磁極位置θ，需要給同步電動機1的線圈施加具有不會產(chǎn)生磁飽和的施加時間的電壓矢量。通過具有不會產(chǎn)生磁飽和的施加時間的電壓矢量的施加，所檢測出的電流iu1、iv2、iw3等的振幅值較小，因此，各電流iu1、iv2、iw3等的信號易于受到噪聲的影響，而存在輸出錯誤的振幅值的可能性，或者，當由A/D變換器15b～17b把模擬信號變換為數(shù)字信號時，存在丟位發(fā)生的可能性。因此，存在不能高精度地檢測電流iu1、iv2、iw3的情況，其結果，存在不能正確地檢測磁極位置θ的問題。
而且，上述現(xiàn)有的同步電動機的磁極位置檢測裝置，使用磁飽和來在0～360度的范圍內(nèi)唯一地確定磁極位置θ，因此，施加具有發(fā)生磁飽和的施加時間的兩種電壓矢量，但是，在此情況下，沒有考慮線圈的滯后特性所產(chǎn)生的影響。實際的檢測電流的振幅值受到同步電動機的線圈的滯后特性的影響，而依賴于電壓矢量的施加順序。例如，電流iu4的大?。黫u4｜和電流iu5的大?。黫u5｜受到滯后特性這樣的非線性特性的影響，與大?。黫u4｜相比，大小｜iu5｜變小。因此，當通過單純地比較大?。黫u4｜和大?。黫u5｜，來判定相位相差180的范圍，來唯一地確定磁極位置θ時，存在產(chǎn)生進行錯誤的磁極位置θ的檢測的情況。
這樣，本發(fā)明的目的是提供一種能夠簡易、確實并且高精度地檢測同步電動機的磁極位置的同步電動機的磁極位置檢測裝置。
發(fā)明概述本發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，包括電路裝置，根據(jù)電壓矢量指令給同步電動機的n(n為3以上的自然數(shù))相繞組施加電壓矢量；檢測裝置，檢測通過從上述電路裝置所施加的電壓矢量而生成的n相繞組上的電流；運算裝置，向上述電路裝置輸出上述電壓矢量指令，同時，在根據(jù)該電壓矢量指令的電壓矢量的施加結束之后，給上述檢測裝置提供觸發(fā)信號，使由上述檢測裝置所產(chǎn)生的n相繞組上的電流被檢測出，以該檢測出的電流值為基礎，運算輸出上述同步電動機的磁極位置，其特征在于，上述運算裝置向上述電路裝置輸出使振幅相等并且具有等間隔相位的2n種電壓矢量在同一時間被施加到上述n相繞組上的上述電壓矢量指令，以上述檢測裝置檢測出的各相的電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置向上述電路裝置輸出使振幅相等并且具有等間隔相位的2n種電壓矢量在同一時間被施加到上述n相繞組上的上述電壓矢量指令，以上述檢測裝置檢測出的各相的電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置，因此，能夠以±60/(2^(k＋1))度的精度檢測磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，包括電路裝置，根據(jù)電壓矢量指令給同步電動機的n(n為3以上的自然數(shù))相繞組施加電壓矢量；檢測裝置，檢測通過從上述電路裝置所施加的電壓矢量而生成的n相繞組上的電流；運算裝置，向上述電路裝置輸出上述電壓矢量指令，同時，在根據(jù)該電壓矢量指令的電壓矢量的施加結束之后，給上述檢測裝置提供觸發(fā)信號，使由上述檢測裝置所產(chǎn)生的n相繞組上的電流被檢測出，以該檢測出的電流值為基礎，運算輸出上述同步電動機的磁極位置，其特征在于，上述運算裝置向上述電路裝置輸出以2n種電壓矢量的相位單調(diào)增加或者單調(diào)減少的順序在同一時間給上述n相繞組施加各個電壓矢量的電壓矢量指令。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置向上述電路裝置輸出以2n種電壓矢量的相位單調(diào)增加或者單調(diào)減少的順序在同一時間給上述n相繞組施加各個電壓矢量的電壓矢量指令，因此，能夠抑制由同步電動機的滯后特性等所產(chǎn)生的非線性因素的影響，能夠高精度地檢測磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，上述運算裝置向上述電路裝置輸出在上述n相繞組發(fā)生磁飽和的足夠的時間內(nèi)來施加各個上述電壓矢量的電壓矢量指令。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置向上述電路裝置輸出在上述n相繞組發(fā)生磁飽和的足夠的時間內(nèi)來施加各個上述電壓矢量的電壓矢量指令，因此，能夠檢測出由磁飽和所引起的電感的變化，而高精度地檢測出磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的相加電流值，以該相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的相加電流值，以該相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置，因此，能夠抑制由同步電動機的突極性所引起的電感的變化，由此而能夠高精度地檢測磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置輸出與絕對值成為最大的上述相加電流值相對應的磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置輸出與絕對值成為最大的上述相加電流值相對應的磁極位置，因此，能夠簡易并且正確地檢測出磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置輸出與上述相加電流值各自的符號相對應的磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置輸出與上述相加電流值各自的符號相對應的磁極位置，因此，能夠簡易并且正確地檢測出磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第一相加電流值，同時，在具有與上述2n種的電壓矢量正交的成分的2n種的電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第二相加電流值，以上述第一和第二相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第一相加電流值，同時，在具有與上述2n種的電壓矢量正交的成分的2n種的電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第二相加電流值，以上述第一和第二相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置，因此，能夠抑制磁飽和等非線性因素的影響，能夠檢測出由同步電動機的凸極性所引起的電感的變化，由此而能夠高精度地檢測磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第一相加電流值，同時，在具有與上述2n種的電壓矢量同相的成分的2n種的電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第二相加電流值，以上述第一和第二相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第一相加電流值，同時，在具有與上述2n種的電壓矢量同相的成分的2n種的電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第二相加電流值，以上述第一和第二相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置，因此，能夠抑制磁飽和等非線性因素的影響，能夠檢測出由同步電動機的凸極性所引起的電感的變化，由此而能夠高精度地檢測磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，選擇與絕對值成為最大的上述第一相加電流值相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，選擇與絕對值成為最大的上述第一相加電流值相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置，因此，能夠高精度地縮窄磁極位置的范圍，高精度地檢測出磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，選擇與上述第一相加電流值的各自的符號相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，選擇與上述第一相加電流值的各自的符號相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置，因此，能夠高精度地縮窄磁極位置的范圍，高精度地檢測出磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，選擇與絕對值成為最大的上述第一相加電流值相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，進而，以使用上述第二相加電流值的新的大小關系為基礎，進一步縮窄該磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，上述運算裝置，選擇與絕對值成為最大的上述第一相加電流值相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，進而，以使用上述第二相加電流值的新的大小關系為基礎，進一步縮窄該磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置，因此，能夠高精度地縮窄磁極位置的范圍，高精度地檢測出磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，選擇與上述第一相加電流值的各自的符號相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，進而，以使用上述第二相加電流值的新的大小關系為基礎，進一步縮窄該磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，選擇與上述第一相加電流值的各自的符號相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，進而，以使用上述第二相加電流值的新的大小關系為基礎，進一步縮窄該磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置，因此，能夠高精度地縮窄磁極位置的范圍，高精度地檢測出磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，生成使用包含上述第一或者第二相加電流值的函數(shù)值的函數(shù)電流值，以該函數(shù)電流值和上述第一或者第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄并確定磁極位置的區(qū)域。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，生成使用包含上述第一或者第二相加電流值的函數(shù)值的函數(shù)電流值，以該函數(shù)電流值和上述第一或者第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄并確定磁極位置的區(qū)域，因此，能夠極端地縮窄磁極位置的范圍，而能夠檢測出更高精度的磁極位置。
另一個發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，在上述發(fā)明中，其特征在于，上述運算裝置，在上述同步電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中，給上述n相繞組施加比由該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的感應電壓足夠大的電壓矢量，來運算輸出磁極位置。
根據(jù)該發(fā)明，上述運算裝置，在上述同步電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中，給上述n相繞組施加比由該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的感應電壓足夠大的電壓矢量，來運算輸出磁極位置，因此，即使在同步電動機的旋轉(zhuǎn)中，也能高精度地檢測出磁極位置。
附圖的簡要說明圖1是表示本發(fā)明的實施例1的同步電動機的磁極位置檢測裝置的簡要構成的框圖；圖2是表示圖1所示的電路部3的詳細構成的電路圖；圖3是表示圖1所示的檢測部4的詳細構成的框圖；圖4是表示圖1所示的運算部2的詳細構成的框圖；圖5是表示電壓矢量指令、觸發(fā)信號以及各相的檢測電流的定時圖；圖6是表示以電壓矢量V1～V6的相位增減的順序施加電壓矢量V1～V6時的對磁極位置θ的電流Δiu、Δiv、Δiw的變化的圖；圖7是表示以電壓矢量V1～V6的相位單調(diào)增加的順序施加電壓矢量V1～V6時的對磁極位置θ的電流Δiu、Δiv、Δiw的變化的圖；圖8是表示該實施例1中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖；圖9是表示U相、V相和W相的軸與對U相的軸的正交軸的關系的圖；圖10是表示電流iux、ivx、iwx與磁極位置θ的關系的圖；圖11是表示該實施例2中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其一)；圖12是表示該實施例2中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其二)；圖13是表示該實施例3中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其一)；圖14是表示該實施例3中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其二)；圖15是表示該實施例4中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其一)；圖16是表示該實施例4中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其二)；圖17是表示該實施例4中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其三)；圖18是表示磁極位置θ與本發(fā)明的實施例5所用的電流iux、ivx、iwx和使用這些電流iux、ivx、iwx的新的函數(shù)的值的關系的圖；圖19是表示該實施例5中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其一)；圖20是表示該實施例5中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其二)；圖21是表示該實施例5中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其三)；圖22是表示該實施例5中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理程序的流程圖(其四)；圖23是表示電流iuz、ivz、iwz與磁極位置θ的關系的圖；圖24是表示現(xiàn)有的同步電動機的磁極位置檢測裝置的構成的方框圖；圖25是表示圖24所示的電路部3的詳細構成的電路圖；圖26是表示U相、V相和W相與電壓矢量V1～V8的關系的圖；圖27是表示圖24所示的檢測部4的詳細構成的電路圖；圖28是表示圖24所示的現(xiàn)有磁極位置檢測裝置中的電壓矢量指令、觸發(fā)信號以及各相的檢測電流的定時圖；圖29是表示相對于磁極位置θ的電流iu1、iv2、iw3的變化的圖。
用于實施發(fā)明的最佳形態(tài)為了更詳細地描述本發(fā)明，按照附圖來對其進行說明。
首先，對本發(fā)明的實施例1進行說明。圖1是表示本發(fā)明的實施例1的同步電動機的磁極位置檢測裝置的簡要構成的框圖。在圖1中，該實施例1中的同步電動機的磁極位置檢測裝置除了圖24所示的現(xiàn)有的同步電動機的磁極位置檢測裝置中的運算部102的構成之外，其他部分與圖24所示的現(xiàn)有的同步電動機的磁極位置檢測裝置的構成相同。
即，同步電動機1的未圖示的轉(zhuǎn)子是永久磁鐵型的，同步電動機1具有U相、V相和W相的三相繞組。運算部2給電路部3輸出電壓矢量指令V，同時，給檢測部4輸出觸發(fā)信號Tr。電路部3給同步電動機1的各相施加基于所輸入的電壓矢量指令V的電壓。檢測部4以觸發(fā)信號Tr的上升沿定時來檢測各相的電流，把檢測電流Di輸出給運算部2。運算部2以所輸入的檢測電流Di為基礎來運算轉(zhuǎn)子的磁極位置θ，并輸出。
圖2是表示電路部3的詳細構成的電路圖。在圖2中，電路部3具有半導體開關5～10，半導體開關5、8、6、9、7、10的各對分別串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的半導體開關5、8、6、9、7、10的各對與生成電位差Ed的直流電壓源11并聯(lián)連接。連接半導體開關5、8的中點Pu與同步電動機1的U相相連接，連接半導體開關6、9的中點Pv與同步電動機1的V相相連接，連接半導體開關7、10的中點Pw與同步電動機1的W相相連接。而且，半導體開關5～10分別與作為半導體功率開關元件的IGBT Q1～Q6和二極管D1～D6相對應并且并聯(lián)連接，二極管的正向向著直流電壓源11的正極。施加在該IGBT Q1～Q6的柵極上的柵極信號形成電壓矢量指令V，使各個IGBT Q1～Q6導通/關斷。
電壓矢量指令V具有與上述開關方式「1」～「8」分別對應的電壓矢量V1～V8種。各個電壓矢量V1～V6，如圖26所示的那樣，分別具有依次相差60度的相位差，大小相等，并且，電壓矢量V7、V8，如圖26所示的那樣，成為大小為0的電壓矢量。而且，所謂電壓矢量V0是指全部的IGBT Q1～Q6為關斷狀態(tài)。
與該電壓矢量V1～V6相對應的電壓被施加給同步電動機1的U相、V相和W相，但是，此時，檢測部4以觸發(fā)信號Tr的上升沿定時來檢測在各相中流過的電流。圖3是表示檢測部4的詳細構成的方框圖。在圖3中，電流檢測器12～14分別檢測流過U相、V相和W相的電流，分別輸出給輸出處理部15～17。各輸出處理部15～17分別具有取樣保持電路15a～17a，同時，具有A/D變換器15b～17b。取樣保持電路15a～17a以從運算部2所輸入的觸發(fā)信號Tr的上升沿定時來對電流檢測器12～14檢測出的電流值進行取樣保持，A/D變換器15b～17b把取樣保持電路15a～17a保持的模擬信號分別變換為數(shù)字信號，分別把由U相的電流iu、V相的電流iv、W相的電流iw組成的檢測電流Di輸出給運算部2。
圖4是表示運算部2的詳細構成的方框圖。在圖4中，CPU19以在存儲器20中所保持的預定的程序為基礎，經(jīng)由輸出電路21向電路部3輸出電壓矢量指令V，經(jīng)由輸出電路22向檢測部4輸出觸發(fā)信號Tr，當從檢測部4向輸入電路18輸入檢測電流Di時，以檢測電流Di為基礎進行后述的運算處理，來確定磁極位置θ，經(jīng)由輸出電路23輸出到外部。
圖5是表示電壓矢量指令V、觸發(fā)信號Tr與檢測電流Di的關系的時序圖。在圖5中，當向電路部3輸出具有電壓矢量V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V5→V0→V6→V0的順序的電壓矢量指令V時，電路部3依次給同步電動機1施加與該電壓矢量指令V相對應的電壓。該電壓矢量V1～V6的施加時間是同步電動機1的線圈發(fā)生磁飽和的足夠的時間，由于各電壓矢量V1～V6的施加，同步電動機1的線圈發(fā)生磁飽和。
運算部2在電壓矢量V1～V6的施加結束之后，向檢測部4輸出觸發(fā)信號Tr。檢測部4以各觸發(fā)信號Tr的上升沿定時檢測各相的電流iu(iu1～iu6)、iv(iv1～iv6)、iw(iwi～iw6)，輸出給運算部2。
在此，用下式(9)來定義電流Δiu，該電流Δiu是當施加與U相的相位相等的電壓矢量V1時所檢測出的電流iu與施加該電壓矢量V1和相位相差180度的電壓矢量V4(參照圖26)時所檢測出的電流iu的振幅之和。在此情況下，由于以V1→V2→V3→V4→V5→V6的順序來施加電壓矢量V1～V6，故施加電壓矢量V1時所檢測出的電流iu是電流iu1，施加電壓矢量V4時所檢測出的電流iu是電流iu4。因此，電流Δiu按下面這樣表示，即Δiu＝iu1＋iu4 …(9)在此，當同步電動機1的線圈不產(chǎn)生磁飽和時，電流iu1和電流iu4的振幅相等，符號不同(相位不同)，因此，Δiu＝0。但是，在該實施例1中所施加的電壓矢量V1～V6的施加時間是對于產(chǎn)生磁飽和的足夠的時間，因此，取決于轉(zhuǎn)子的磁極位置θ，Δiu的值呈現(xiàn)不同的值。
同樣，用下式(10)來定義電流Δiv，該電流Δiv是當施加與V相的相位相等的電壓矢量V3時所檢測出的電流iv與施加與該電壓矢量V3相位相差180度的電壓矢量V6時所檢測出的電流iv的振幅之和。并且，用下式(11)來定義電流Δiw，該電流Δiw是當施加與W相的相位相等的電壓矢量V5時所檢測出的電流iw與施加該電壓矢量V5和相位相差180度的電壓矢量V2時所檢測出的電流iw的振幅之和。在此情況下，當考慮上述電壓矢量V1～V6的施加順序時，式(10)和式(11)為Δiv＝iv3＋iv6…(10)Δiw＝iw5＋iw2…(11)因此，上述電流Δiu、Δiv、Δiw表現(xiàn)為隨轉(zhuǎn)子的磁極位置θ而不同的值。圖6是表示以電壓矢量V1～V6的相位增減的順序施加電壓矢量V1～V6時的相對于磁極位置θ的電流Δiu、Δiv、Δiw的變化的圖。在圖6中，表示出了以其相位增減的V1→V4→V3→V6→V5→V2的順序來施加電壓矢量V1～V6時的電流Δiu、Δiv、Δiw的變化。
在此，如果僅考慮線圈的磁飽和所產(chǎn)生的影響，電流Δiu是電壓矢量V1施加后檢測出的U相的電流iu1與電壓矢量V4施加后檢測出的U相的電流iu4之和，因此，考慮磁極位置θ為0度時的電流Δiu和磁極位置θ為180度時的電流Δiu的大小(絕對值)為相等的。
但是，如圖6所示的那樣，實際上，由于同步電動機1的滯后特性等非線性因素，電流Δiu的最大值(磁極位置θ為0度時的值)與最小值(磁極位置θ為180度時的值)的絕對值不是→致的。對于電流Δiv和電流Δiw，這是相同的。
另一方面，圖7是表示以電壓矢量V1～V6的相位單調(diào)增加的順序施加電壓矢量V1～V6時的相對于磁極位置θ的電流Δiu、Δiv、Δiw的變化的圖。在圖7中，表示了按圖5那樣以其相位單調(diào)增加的V1→V2→V3→V4→V5→V6的順序來施加電壓矢量V1～V6時的電流Δiu、Δiv、Δiw的變化。
在此情況下，通過以相位單調(diào)增加的順序來施加電壓矢量V1～V6，就能減小同步電動機1的滯后特性等所引起的非線性因素的影響，能夠按圖7所示的那樣使振幅值Δiu、Δiv、Δiw各自的最大值和最小值的絕對值大致相一致。
因此，在該實施例1中，如圖5所示的那樣，把電壓矢量V1～V6的施加順序作為其相位單調(diào)增加的順序，就不會受到同步電動機1的滯后特性等所引起的非線性因素的影響。而且，在該實施例1中，雖然是以電壓矢量V1～V6的相位單調(diào)增加的順序來進行施加，但是，以V6→V5→V4→V3→V2→V1這樣的相位單調(diào)減小的順序來施加電壓矢量V1～V6，也能使振幅值Δiu、Δiv、Δiw各自的最大值和最小值的絕對值大致相一致。
接著，運算部2在運算了上述式(9)～(11)所示的電流Δiu、Δiv、Δiw之后，使用這些電流Δiu、Δiv、Δiw來運算電流Δiu、Δiv、Δiw的絕對值為最大的值MAX(Δiu、Δiv、Δiw、-Δiu、-Δiv、-Δiw)。而且，MAX(x1、x2、…、xn)表示值x1～xn的最大值。
如圖7所示的那樣，電流Δiu、Δiv、Δiw的值在磁極位置θ的每個60度中具有最大值和最小值。例如，當磁極位置θ為0時，Δiu為最大值，當磁極位置θ為60度時，Δiw具有最小值。因此，當使用按每60度來分割磁極位置θ的區(qū)間的分區(qū)編號m時，區(qū)間與值MAX的關系為以下這樣分區(qū)編號m 區(qū)間 MAX1 -30～30度 Δiu2 30～90度 -Δiw3 90～150度 Δiv4 150～210度 -Δiu5 210～270度 Δiw6 270～330度 -Δiv而且，在值MAX的括弧內(nèi)，之所以按-Δiu、-Δiv、-Δiw那樣付與負號，是因為例如當磁極位置θ為60度時，Δiw顯示出最小值，但是，把該最小值作為最大值來進行運算。
作為具體的值MAX的運算，例如，當磁極位置θ為60度時，值MAX(Δiu、Δiv、Δiw、-Δiu、-Δiv、-Δiw)＝-Δiw，得到分區(qū)編號m＝2，此時的磁極位置θ為30～90度的范圍內(nèi)。
具體地說，運算部2在存儲器20內(nèi)保持上述分區(qū)編號m和值MAX的對應關系，以最終運算的值MAX的值為基礎，來獲得分區(qū)編號m，把該分區(qū)編號m輸出給輸出電路23。輸出電路23保持分區(qū)編號m與區(qū)間或者特定的磁極位置θ的對應關系，把與所輸入的分區(qū)編號m相對應的磁極位置θ輸出到外部。
在此，參照圖8所示的時序圖來對該實施例1中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理進行說明。在圖8中，首先，運算部2以一定時間向電路部3輸出電壓矢量V0，施加給同步電動機1(步驟S101)。然后，把變量n設定為「1」(步驟S102)。接著，以該設定的n的值為基礎，運算部2以同步電動機1發(fā)生磁飽和所足夠的一定時間向電路部3輸出電壓矢量Vn，施加給同步電動機1(步驟S103)。然后，在電壓矢量Vn的施加結束之后，向檢測部4輸出觸發(fā)信號Tr(步驟S104)。接著，從檢測部4取得圖5所示的電流iu、iv、iw(步驟S105)。例如，當變量n為「1」時，取得與電壓矢量V1相對應的電流iu1、iv1、iw1。然后，使變量n遞增1(步驟S106)，在一定時間內(nèi)向電路部3輸出電壓矢量V0，施加給同步電動機1(步驟S107)。然后，判斷變量n是否超過「6」(步驟S108)，當變量n未超過「6」時(步驟S108，NO)，移到步驟S103，接著，給同步電動機1施加相位超前60度的電壓矢量Vn，取得電流iu、iv、iw，反復進行上述處理。
另一方面，當變量n超過「6」時(步驟S108，YES)，運算部2運算電流Δiu、Δiv、Δiw(步驟S109)。例如，運算電壓矢量V1被施加時的電流iu1和具有與電壓矢量V1的相位相差180度相位的電壓矢量V4被施加時的電流iu4之和，把該和作為電流Δiu保持在存儲器20中。同樣，運算電流Δiv、Δiw并保持在存儲器20中。接著，運算部2運算值MAX(Δiu、Δiv、Δiw、-Δiu、-Δiv、-Δiw)(步驟S110)，把與所得到的值MAX相對應的分區(qū)編號m輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m相對應的磁極位置θ輸出到外部(步驟S111)，結束本處理。
在取得電流iu、iv、iw的步驟S105中，可以僅取得在運算電流Δiu、Δiv、Δiw時所需要的電流iu1、iw2、iv3、iu4、iw5、iv6。
而且，在該實施例1中，根據(jù)電流Δiu、Δiv、Δiw的大小關系來輸出磁極位置θ，但是，也可以根據(jù)電流Δiu、Δiv、Δiw的符號來輸出磁極位置θ。
即，當使用上述分區(qū)編號m和區(qū)間時，他們與電流Δiu、Δiv、Δiw的符號的關系為以下這樣分區(qū)編號m 區(qū)間 Δiu Δiv Δiw1 -30～30度 + - -2 30～90度 + + -3 90～150度 - + -4 150～210度- + +5 210～270度- - +6 270～330度+ - +使用這樣的分區(qū)編號m和區(qū)間與電流Δiu、Δiv、Δiw的符號的關系，就能從各電流Δiu、Δiv、Δiw的符號的組合來決定分區(qū)編號m的值。
根據(jù)該實施例1，經(jīng)由電路部3向同步電動機1施加單調(diào)增加或者單調(diào)減少的，具有對同步電動機1的線圈發(fā)生磁飽和所足夠的施加時間的電壓矢量V1～V6，因此，不會受到同步電動機1的滯后特性等所引起的非線性因素的影響，能夠以±30度的精度正確地檢測出磁極位置θ。
下面對實施例2進行說明。在實施例1中，給同步電動機1施加單調(diào)增加的電壓矢量V1～V6，以此時所檢測出的各相的電流iu、iv、iw為基礎，以60度的刻度輸出磁極位置θ，而在該實施例2中，使用與電壓矢量V1～V6正交的成分的檢測電流值，以30度的刻度輸出磁極位置θ。
該實施例2的構成是這樣的由于圖1所示的實施例1中的運算部2進行與實施例1不同的處理，故該運算部2的構成是不同的，而其他的構成與實施例1相同。
圖9是表示U相、V相和W相的軸與相對于U相的正交軸的關系的圖。在圖9中，檢測電流Di能夠分離成U相同相成分Ui和U相正交成分Uq，該U相正交成分Uq與V相的電流iv和W相的電流iw之差成比例。
例如，當給同步電動機1施加電壓矢量V1(U相)時，與該電壓矢量V1正交的U相正交成分Uq的電流iux1能夠使用電流iv1和電流iw1以下式(12)表示，即iux1＝iv1－iw1 (12)同樣，當給同步電動機1施加各電壓矢量V2～V6時，與該電壓矢量V2～V6分別正交的電流iwx2～ivx6可以用下式(13)～(17)表示，即iwx2＝iu2－iv2(13)iux3＝iw3－iu3(14)iux4＝iv4－iw4 (15)iwx5＝iu5－iv5 (16)iux6＝iw6－iu6 (17)當給同步電動機1施加磁飽和不會發(fā)生的電壓矢量時，電流iux1和電流iux4相對于磁極位置θ以180度周期變化，因此，成為相同的值。另一方面，當給同步電動機1施加磁飽和發(fā)生的電壓矢量時，由于磁飽和的影響，在360度周期內(nèi)發(fā)生干涉，因此，電流iux1和電流iux4相對于磁極位置θ以360度周期變化。
在此，在磁飽和不會發(fā)生的情況下施加電壓矢量的現(xiàn)有的磁極位置檢測裝置中，由于所檢測出的電流的振幅較小，檢測部4的A/D變換器15b～17b對A/D變換時的分辨能力產(chǎn)生制約，檢測精度變差。另一方面，在沒有A/D變換時的分辨能力的制約而確保檢測精度，并能夠產(chǎn)生足夠的電流的情況下，由于磁飽和的影響，所檢測出的電流iux1和電流iux4的大小不一致。
因此，為了消除該磁飽和的影響，按下式(18)那樣定義與電流iux1和電流iux4的平均值成比例的電流iux1和電流iux4之和的電流iux，即iux＝iux1＋iux4 (18)在此，當考慮磁飽和的影響按上述那樣以360度周期變化的情況和由線圈的電感變化所產(chǎn)生的影響以180度周期變化的情況時，電流iux不會受到360度周期的磁飽和的影響。
與電流iux相同，能夠按下式(19)、(20)那樣定義作為電流ivx3和電流ivx6之和的電流ivx、作為電流iwx2和電流iwx5之和的電流iwx，即ivx＝ivx3＋ivx6 (19)iwx＝iwx2＋iwx5 (20)這樣求出的電流iux、ivx、iwx與磁極位置θ的關系具有圖10所示的關系。在圖10中，各個電流iux、ivx、iwx不受磁飽和的影響，以180周期變化。在此，當著眼于與30度刻度的磁極位置θ相對應的電流iux、ivx、iwx時，例如，磁極位置θ在-30～30度中的-30～0度之間，具有2*iux＜ivx＋iwx的關系，在0～30度之間，相反地具有2*iux＞ivx＋iwx的關系。同樣，即使對于其他的60度刻度的磁極位置θ，對于把該60度刻度二等分的30度刻度的磁極位置θ，具有大小關系反轉(zhuǎn)的關系。
即，當把與30度刻度的磁極位置θ的分區(qū)相對應的分區(qū)編號定義為分區(qū)編號m1時，具有以下這樣的關系分區(qū)編號m1 區(qū)間 大小關系1a : -30～0度 2*iux＜ivx＋iwx1b : 0～30度 2*iux＞ivx＋iwx2a : 30～60度 2*iwx＜iux＋ivx2b : 60～90度 2*iwx＞iux＋ivx
3a 90～120度 2*ivx＜iux＋iwx3b 120～150度2*ivx＞iux＋iwx4a 150～180度2*iux＜ivx＋iwx4b 180～210度2*iux＞ivx＋iwx5a 210～240度2*iwx＜iux＋ivx5b 240～270度2*iwx＞iux＋ivx6a 270～300度2*ivx＜iux＋iwx6b 300～330度2*ivx＞iux＋iwx在此，參照圖11和圖12所示的時序圖，來對該實施例2中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理進行說明。在圖11中，首先，運算部2在步驟S201～S208中，與實施例1的步驟S101～S108相同進行這樣的處理通過電路部3把成為V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V6→V0的電壓矢量在同步電動機1發(fā)生磁飽和的足夠的一定時間內(nèi)施加給同步電動機1，至少取得電流iu1、iv2、iw3、iu4、iv5、iw6。
然后，當變量n超過「6」時(步驟S208，YES)，運算部2運算電流Δiu、Δiv、Δiw、iux、ivx、iwx(步驟S209)。例如，運算電壓矢量V1被施加時的電流iu1和具有與電壓矢量V1的相位相差180度相位的電壓矢量V4被施加時的電流iu4之和，把該和作為電流Δiu保持在存儲器20中。同樣，運算電流Δiv、Δiw并保持在存儲器20中。而且，算出與各電壓矢量V1～V6正交的成分的電流iux、ivx2、iwx3、iux4、ivx5、iwx6，運算這些電流中的相位相差180度的電流的振幅和的電流iux、ivx、iwx。
接著，運算部2運算值MAX(Δiu、Δiv、Δiw、-Δiu、-Δiv、-Δiw)(步驟S210)，把與所得到的值MAX相對應的分區(qū)編號m保持在存儲器20中(步驟S211)。在此，與所得到的分區(qū)編號m相對應的磁極位置θ與實施例1相同成為60度刻度。
接著，在圖12中，運算部2判斷分區(qū)編號m是否是「1」(步驟S221)，當分區(qū)編號m為「1」時(步驟S221，YES)，接著，使用在步驟S209中運算的電流iux、ivx、iwx，判斷是否具有2*iux＜ivx＋iwx的大小關系(步驟S222)。當具有2*iux＜ivx＋iwx的大小關系時(步驟S222，YES)，把分區(qū)編號m1設定為「1a」，把該分區(qū)編號m1輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m1相對應的磁極位置θ即「-15度」輸出到外部(步驟S223)，結束本處理。另一方面，當沒有2*iux＜ivx＋iwx的大小關系時(步驟S222，NO)，把分區(qū)編號m1設定為「1b」，把該分區(qū)編號m1輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m1相對應的磁極位置θ即「15度」輸出到外部(步驟S224)，結束本處理。
另一方面，當分區(qū)編號m不是「1」時(步驟S221，NO)，即分區(qū)編號m為「2」～「6」時，接著判斷分區(qū)編號m是否是「2」(步驟S225)，當分區(qū)編號m為「2」時(步驟S225，YES)，接著，使用在步驟S209中運算的電流iux、ivx、iwx，判斷是否具有2*iwx＜iux＋ivx的大小關系(步驟S226)。當具有2*iwx＜iux＋ivx的大小關系時(步驟S226，YES)，把分區(qū)編號m1設定為「2a」，把該分區(qū)編號m1輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m1相對應的磁極位置θ即「45度」輸出到外部(步驟S227)，結束本處理。另一方面，當沒有2*iwx＜iux＋ivx的大小關系時(步驟S226，NO)，把分區(qū)編號m1設定為「2b」，把該分區(qū)編號m1輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m1相對應的磁極位置θ即「75度」輸出到外部(步驟S228)，結束本處理。
以下同樣地進行分區(qū)編號m為「3」～「5」所對應的判斷處理和使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷處理，執(zhí)行分區(qū)編號m1至「3a」～「6b」的設定和磁極位置θ的外部輸出處理。
根據(jù)該實施例2，經(jīng)由電路部3向同步電動機1施加單調(diào)增加或者單調(diào)減少的，具有對同步電動機1的線圈發(fā)生磁飽和所足夠的施加時間的電壓矢量V1～V6，因此，不會受到同步電動機1的滯后特性等所引起的非線性因素的影響，通過使用電流iux、ivx、iwx的大小關系，能夠以±30度的精度正確地檢測出磁極位置θ。
下面對實施例3進行說明。在實施例2中，使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，以±15度的精度正確地檢測出磁極位置θ，而在該實施例3中，取代使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，通過各電流iux、ivx、iwx的值是否超過作為絕對基準的「0」，來以±15度的精度正確地檢測出磁極位置θ。
該實施例3的構成是這樣的由于圖1所示的實施例1中的運算部2進行與實施例1不同的處理，故該運算部2的構成是不同的，而其他的構成與實施例1相同。
在圖10中，磁極位置θ在每30度中，電流iux、ivx、iwx的任一個與電流值「0」相交。而且，在把60度刻度的磁極位置θ的范圍二等分的磁極位置θ中，與電流值「0」相交，因此，通過判斷與各磁極位置θ的范圍相對應的電流iux、ivx、iwx的正負，能夠確定30度刻度的磁極位置θ。例如，在磁極位置θ范圍為-30～30度中的-30～0度之間，電流iux具有iux＜0的大小關系，在-30～30度中的0～30度之間，電流iux具有iux＞0的大小關系。因此，使用該大小關系能夠進行30度刻度的磁極位置θ的確定。
即，取代實施例2所示的用于進行分區(qū)編號m1是「1a」還是「1b」的判斷的大小關系「2*iux＜ivx＋iwx」，而使用大小關系「iux＜0」。對于其他的分區(qū)編號m1，同樣是通過使用絕對基準「0」的大小關系來判斷。
即，當把與30度刻度的磁極位置θ的分區(qū)相對應的分區(qū)編號定義為分區(qū)編號m2時，具有以下這樣的關系分區(qū)編號m2 區(qū)間 大小關系1a -30～0度 iux＜01b 0～30度 iux＞02a 30～60度 iwx＜02b 60～90度 iwx＞03a 90～120度 ivx＜03b 120～150度 ivx＞0
4a 150～180度iux＜04b 180～210度iux＞05a 210～240度iwx＜05b 240～270度iwx＞06a 270～300度ivx＜06b 300～330度ivx＞0在此，參照圖13和圖14所示的時序圖，來對該實施例3中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理進行說明。在圖13中，首先，運算部2在步驟S301～S308中，與實施例2的步驟S201～S208相同進行這樣的處理通過電路部3把成為V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V6→V0的電壓矢量在同步電動機1發(fā)生磁飽和的足夠的一定時間內(nèi)施加給同步電動機1，至少取得電流iu1、iv2、iw3、iu4、iv5、iw6。
接著，在步驟S309～311中，與實施例2相同，運算部2運算電流Δiu、Δiv、Δiw、iux、ivx、iwx，同時，運算值MAX(Δiu、Δiv、Δiw、-Δiu、-Δiv、-Δiw)，把與所得到的值MAX相對應的分區(qū)編號m保持在存儲器20中。到此為止的處理與實施例2完全相同，與實施例2相同，成為60度刻度的分區(qū)。
接著，在圖14中，運算部2判斷分區(qū)編號m是否是「1」(步驟S321)，當分區(qū)編號m為「1」時(步驟S321，YES)，接著，使用在步驟S309中運算的電流iux、ivx、iwx，判斷是否具有iux＜0的大小關系(步驟S322)。當具有iux＜0的大小關系時(步驟S322，YES)，把分區(qū)編號m2設定為「1a」，把該分區(qū)編號m2輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m2相對應的磁極位置θ即「-15度」輸出到外部(步驟S323)，結束本處理。另一方面，當沒有iux＜0的大小關系時(步驟S322，NO)，把分區(qū)編號m2設定為「1b」，把該分區(qū)編號m2輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m2相對應的磁極位置θ即「15度」輸出到外部(步驟S324)，結束本處理。
另一方面，當分區(qū)編號m不是「1」時(步驟S321，NO)，即分區(qū)編號m為「2」～「6」時，接著判斷分區(qū)編號m是否是「2」(步驟S325)，當分區(qū)編號m為「2」時(步驟S325，YES)，接著，使用在步驟S309中運算的電流iux、ivx、iwx，判斷是否具有iwx＜0的大小關系(步驟S326)。當具有iwx＜0的大小關系時(步驟S326，YES)，把分區(qū)編號m2設定為「2a」，把該分區(qū)編號m2輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m2相對應的磁極位置θ即「45度」輸出到外部(步驟S327)，結束本處理。另一方面，當沒有iwx＜0的大小關系時(步驟S326，NO)，把分區(qū)編號m2設定為「2b」，把該分區(qū)編號m2輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m2相對應的磁極位置θ即「75度」輸出到外部(步驟S328)，結束本處理。
以下同樣地進行分區(qū)編號m為「3」～「5」所對應的判斷處理和使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷處理，執(zhí)行分區(qū)編號m2至「3a」～「6b」的設定和磁極位置θ的外部輸出處理。
根據(jù)該實施例3，經(jīng)由電路部3向同步電動機1施加單調(diào)增加或者單調(diào)減少的，具有對同步電動機1的線圈發(fā)生磁飽和所足夠的施加時間的電壓矢量V1～V6，因此，不會受到同步電動機1的滯后特性等所引起的非線性因素的影響，通過使用電流iux、ivx、iwx的簡易的大小關系，能夠以±15度的精度正確地檢測出磁極位置θ，同時，通過簡易的大小關系，來檢測磁極位置θ，因此，能夠以比實施例2少的運算量來進行處理。
下面對實施例4進行說明。在實施例2、3中，使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，以±15度的精度正確地檢測出磁極位置θ，而在該實施例4中，使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，來以±7.5度的精度正確地檢測出磁極位置θ。
該實施例4的構成是這樣的由于圖1所示的實施例1中的運算部2進行與實施例1不同的處理，故該運算部2的構成是不同的，而其他的構成與實施例1相同。
在圖10中，電流iux、ivx、iwx中的任意兩個電流iux、ivx、iwx在把30度刻度的磁極位置θ二等分的位置上相交。例如，在磁極位置θ為-30～0度的范圍內(nèi)，在磁極位置θ為-15度處，電流iux與電流iwx相交。在此情況下，通過判斷相交的電流iux與電流iwx的大小關系，能夠確定精度高的磁極位置θ。
即，對于實施例2、3所示的分區(qū)編號m2具有「1a」的分區(qū)的磁極位置θ的區(qū)域，通過判斷電流iux與電流iwx的大小關系，能夠以15度刻度確定磁極位置θ的區(qū)域。在此，當把與15度刻度的磁極位置θ的分區(qū)相對應的分區(qū)編號定義為分區(qū)編號m3時，具有以下這樣的關系分區(qū)編號m3 區(qū)間大小關系1aα -30～-15度 iux＜iwx1aβ -15～0度 iux＞iwx1bα 0～15度 iux＜ivx1bβ 15～30度 iux＞ivx2aα 30～45度 iwx＜ivx2aβ 45～60度 iwx＞ivx2bα 60～75度 iwx＜iux2bβ 75～90度 iwx＞iux3aα 90～105度ivx＜iux3aβ 105～120度 ivx＞iux3bα 120～135度 ivx＜iwx3bβ 135～150度 ivx＞iwx4aα 150～165度 iux＜iwx4aβ 165～180度 iux＞iwx4bα 180～195度 iux＜ivx4bβ 195～210度 iux＞ivx
5aα 210～225度iwx＜ivx5aβ 225～240度iwx＞ivx5bα 240～255度iwx＜iux5bβ 255～270度iwx＞iux6aα 270～385度ivx＜iux6aβ 385～300度ivx＞iux6bα 300～315度ivx＜iwx6bβ 315～330度ivx＞iwx在此，參照圖15～圖17所示的時序圖，來對該實施例4中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理進行說明。在圖15中，首先，運算部2在步驟S401～S408中，與實施例2的步驟S201～S208相同進行這樣的處理通過電路部3把成為V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V6→V0的電壓矢量在同步電動機1發(fā)生磁飽和的足夠的一定時間內(nèi)施加給同步電動機1，至少取得電流iu1、iv2、iw3、iu4、iv5、iw6。
接著，在步驟S409～411中，與實施例2相同，運算部2運算電流Δiu、Δiv、Δiw、iux、ivx、iwx，同時，運算值MAX(Δiu、Δiv、Δiw、-Δiu、-Δiv、-Δiw)，把與所得到的值MAX相對應的分區(qū)編號m保持在存儲器20中。到此為止的處理與實施例2完全相同，與實施例2相同，成為60度刻度的分區(qū)。
在圖15中，運算部2在步驟S421～S436中，與實施例2相同，判斷分區(qū)編號m的值，以該判斷結果為基礎，進一步以30度刻度來二等分磁極位置θ的區(qū)域，通過使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，來設定分區(qū)編號m1的值，存儲到存儲器20中。由此，與實施例2相同，以30度刻度分割磁極位置θ的區(qū)域。
然后，在圖17中，運算部2判斷分區(qū)編號m1是否是「1a」(步驟S441)，當分區(qū)編號m1為「1a」時，接著，判斷是否具有iux＜iwx的大小關系(步驟S422)。當具有iux＜iwx的大小關系時(步驟S442，YES)，把分區(qū)編號m3設定為「1aα」，把該設定的分區(qū)編號m3輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m3相對應的磁極位置θ即「-22.5度」輸出到外部(步驟S443)，結束本處理。另一方面，當沒有iux＜iwx的大小關系時(步驟S442，NO)，把分區(qū)編號m3設定為「1aβ」，把該設定的分區(qū)編號m3輸出給輸出電路23，輸出電路23把與該分區(qū)編號m3相對應的磁極位置θ即「-7.5度」輸出到外部(步驟S444)，結束本處理。
另一方面，當分區(qū)編號m1不是「1a」時(步驟S441，NO)，即分區(qū)編號m1為「1b」～「6b」時，接著判斷分區(qū)編號m1是否是「1b」(步驟S445)，當分區(qū)編號m1為「1b」時(步驟S445，YES)，接著，使用在步驟S209中運算的電流iux、ivx、iwx，判斷是否具有iux＜ivx的大小關系(步驟S446)。當具有iux＜ivx的大小關系時(步驟S446，YES)，把分區(qū)編號m3設定為「1bα」，把該分區(qū)編號m3輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m3相對應的磁極位置θ即「7.5度」輸出到外部(步驟S447)，結束本處理。另一方面，當沒有iux＜ivx的大小關系時(步驟S446，NO)，把分區(qū)編號m3設定為「1bβ」，把該分區(qū)編號m3輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m3相對應的磁極位置θ即「22.5度」輸出到外部(步驟S448)，結束本處理。
以下同樣地進行分區(qū)編號m3為「2a」～「6a」所對應的判斷處理和使用電流iux、ivx、iwx的15度刻度的大小關系的判斷處理，執(zhí)行分區(qū)編號m3至「2aα」～「6bβ」的設定和磁極位置θ的外部輸出處理。
圖16所示的步驟S421～436的處理可以進行與圖14所示的實施例3相同的處理，把磁極位置θ分成30度刻度。
根據(jù)該實施例4，經(jīng)由電路部3向同步電動機1施加單調(diào)增加或者單調(diào)減少的，具有對同步電動機1的線圈發(fā)生磁飽和所足夠的施加時間的電壓矢量V1～V6，因此，不會受到同步電動機1的滯后特性等所引起的非線性因素的影響，通過使用電流iux、ivx、iwx的簡易的大小關系，能夠以±7.5度的精度正確地檢測出磁極位置θ。
下面對實施例5進行說明。在實施例2～4中，都是使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，以±15度或者±7.5的精度正確地檢測出磁極位置θ，而在該實施例5中，進一步使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，來以±3.75度的精度正確地檢測出磁極位置θ。
該實施例5的構成是這樣的由于圖1所示的實施例1中的運算部2進行與實施例1不同的處理，故該運算部2的構成是不同的，而其他的構成與實施例1相同。
在該實施例5中，對于磁極位置θ，不使用由上述電流iux、ivx、iwx本身的變化所引起的大小關系，而是生成使用上述電流iux、ivx、iwx的新的函數(shù)，使用這些函數(shù)和電流iux、ivx、iwx的大小關系，進一步分割15度刻度的磁極位置θ。
作為新的函數(shù)，使用(2*iwx＋iux)/ (2*iwx＋ivx)/ (2*ivx＋iwx)/ 等(2*ivx＋iux)/ 等圖18是表示與磁極位置θ為-30～30度的范圍內(nèi)的磁極位置θ相對應的電流iux、ivx、iwx和上述四個函數(shù)的變化的圖。在圖18中，例如，在磁極位置θ為-30～-15度的范圍內(nèi)，電流iux和函數(shù)(2*iwx＋iux)/ 在磁極位置θ為「-22.5度」處相交。而且，在磁極位置θ為-15～0度的范圍內(nèi)，電流iux和函數(shù)(2*iwx＋ivx)/ 在磁極位置θ為「-7.5度」處相交。因此，通過判斷電流iux、ivx、iwx和上述新生成的函數(shù)的大小關系，能夠進一步分割磁極位置θ的區(qū)域，能夠確定更高精度的磁極位置。
在此，當把與7.5度刻度的磁極位置θ的分區(qū)相對應的分區(qū)編號定義為分區(qū)編號m4時，具有以下這樣的關系。并且，在此，僅對磁極位置θ為-30～30度的范圍進行記述，但對于其他的磁極位置θ的范圍，可以進行同樣的分區(qū)。分區(qū)編號m4區(qū)間 大小關系1aαx -30.0～-22.5度 iux＜(2*iwx＋iux)/ 1aαy -22.5～-15.0度 iux＞(2*iwx＋iux)/ 1aβx -15.0～-7.5度 iux＜(2*iwx＋ivx)/ 1aβy -7.5～0.0度 iux＞(2*iwx＋ivx)/ 1bαx 0.0～ 7.5度 iux＜(2*ivx＋iwx)/ 1bαy 7.5～15.0度 iux＞(2*ivx＋iwx)/ 1bβx 15.0～22.5度 iux＜(2*ivx＋iux)/ 1bβy 22.5～30.0度 iux＞(2*ivx＋iux)/ 在此，參照圖19～圖22所示的時序圖，來對該實施例5中的運算部2所進行的磁極位置θ的檢測處理進行說明。在圖19中，首先，運算部2在步驟S501～S508中，與實施例4的步驟S401～S408相同進行這樣的處理通過電路部3把成為V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V6→V0的電壓矢量在同步電動機1發(fā)生磁飽和的足夠的一定時間內(nèi)施加給同步電動機1，至少取得電流iu1、iv2、iw3、iu4、iv5、iw6。
接著，在步驟S509～511中，與實施例4相同，運算部2運算電流Δiu、Δiv、Δiw、iux、ivx、iwx，同時，運算值MAX(Δiu、Δiv、Δiw、-Δiu、-Δiv、-Δiw)，把與所得到的值MAX相對應的分區(qū)編號m保持在存儲器20中。通過到此為止的處理，能夠分割成60度刻度的分區(qū)。
在圖20中，運算部2在步驟S521～S536中，與實施例4相同，判斷分區(qū)編號m的值，以該判斷結果為基礎，進一步以30度刻度來二等分磁極位置θ的區(qū)域，通過使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，來設定分區(qū)編號m1的值，存儲到存儲器20中。由此，進一步二等分60度刻度的磁極位置θ的區(qū)域，而成為30度刻度。
然后，在圖21中，運算部2在步驟S541～S556中，與實施例4相同，判斷分區(qū)編號m1的值，以該判斷結果為基礎，進一步以15度刻度來二等分磁極位置θ的區(qū)域，通過使用電流iux、ivx、iwx的大小關系的判斷式，來設定分區(qū)編號m3的值，存儲到存儲器20中。由此，進一步二等分30度刻度的磁極位置θ的區(qū)域，而成為15度刻度。
然后，在圖22中，運算部2通過判斷電流iux、ivx、iwx和新生成的函數(shù)的大小關系，二等分該15度刻度的磁極位置θ的區(qū)域。首先，運算部2判斷分區(qū)編號m3是否是「1aα」(步驟S561)，當分區(qū)編號m3為「1aα」時，接著，判斷是否具有iux＜(2*iwx＋iux)/ 的大小關系(步驟S562)。當具有iux＜(2*iwx＋iux)/ 的大小關系時(步驟S562，YES)，把分區(qū)編號m4設定為「1aαx」，把該設定的分區(qū)編號m4輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m4相對應的磁極位置θ即「-26.25度」輸出到外部(步驟S563)，結束本處理。另一方面，當沒有iux＜(2*iwx＋iux)/ 的大小關系時(步驟S562，NO)，把分區(qū)編號m4設定為「1aαy」，把該設定的分區(qū)編號m4輸出給輸出電路23，輸出電路23把與該分區(qū)編號m4相對應的磁極位置θ即「-18.75度」輸出到外部(步驟S564)，結束本處理。
另一方面，當分區(qū)編號m3不是「1aα」時(步驟S561，NO)，即分區(qū)編號m3為「1aβ」～「6bβ」時，接著，接著判斷分區(qū)編號m3是否是「1aβ」(步驟S565)，當分區(qū)編號m3是「1aβ」時(步驟S565，YES)，接著判斷是否具有iux＜(2*iwx＋ivx)/ 的大小關系(步驟S566)。當具有iux＜(2*iwx＋ivx)/ 的大小關系時(步驟S566，YES)，把分區(qū)編號m4設定為「1aβx」，把該設定的分區(qū)編號m4輸出給輸出電路23，輸出電路23把與所輸入的分區(qū)編號m4相對應的磁極位置θ即「-11.75度」輸出到外部(步驟S567)，結束本處理。另一方面，當沒有iux＜(2*iwx＋ivx)/ 的大小關系時(步驟S566，NO)，把分區(qū)編號m4設定為「1aβy」，把該設定的分區(qū)編號m4輸出給輸出電路23，輸出電路23把與該分區(qū)編號m4相對應的磁極位置θ即「-3.75度」輸出到外部(步驟S568)，結束本處理。
以下同樣地進行分區(qū)編號m3為「1bα」～「6bα」所對應的判斷處理和7.5度刻度的大小關系的判斷處理，執(zhí)行分區(qū)編號m4至「2bαx」～「6bβy」的設定和磁極位置θ的外部輸出處理。
根據(jù)該實施例5，經(jīng)由電路部3向同步電動機1施加單調(diào)增加或者單調(diào)減少的，具有對同步電動機1的線圈發(fā)生磁飽和所足夠的施加時間的電壓矢量V1～V6，因此，不會受到同步電動機1的滯后特性等所引起的非線性因素的影響，通過使用電流iux、ivx、iwx的簡易的大小關系，能夠以±3.75度的精度正確地檢測出磁極位置θ。
下面對實施例6進行說明。在實施例1～5中，都是以同步電動機1靜止即轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)為前提進行說明的，但是，在該實施例6中，在同步電動機1進行旋轉(zhuǎn)動作時，使用上述實施例1～5的構成和處理。
在同步電動機1旋轉(zhuǎn)的情況下，與同步電動機1的感應電壓進行比較，當所施加的電壓矢量V1～V6的大小足夠大時，可以忽略該感應電壓的存在。
因此，該實施例6在上述實施例1～5中把電壓矢量V1～V6設定為與感應電壓相比足夠大的值。由此，即使同步電動機1處于旋轉(zhuǎn)動作中，也能夠高精度地正確檢測磁極位置θ。
下面對實施例7進行說明。在實施例2～6中，都是使用與電壓矢量V1～V6正交的成分的電流iux、ivx、iwx來輸出磁極位置θ，但是，在該實施例7中，可以使用與電壓矢量V1～V6同相成分的電流值來輸出磁極位置θ。
在圖9中，例如，當給同步電動機1施加電壓矢量V1時，作為與電壓矢量V1同相的成分的U相同相成分Ui的電流iuz1可以使用下式(21)來表示，即iuz1＝2iu1－iv1－iw1…(21)同樣，當給同步電動機1施加各個電壓矢量V2～V6時，作為與各個電壓矢量V2～V6同相的成分的電流iwz2～ivz6可以使用下式(22)～(26)來表示，即
iwz2＝2iw2－iu2－iv2…(22)ivz3＝2iv3－iw3－iu3…(23)iuz4＝2iu4－iv4－iw4…(24)iwz5＝2iw5－iu5－iv5…(25)ivz6＝2iv6－iw6－iu6…(26)接著，與實施例2相同，為了消除磁飽和的影響，當定義把相位處于180度的位置上的電流iuz1～ivz6相加的組合時，能夠得到下式(27)～(29)所示的電流iuz～iwz。即iuz＝iuz1＋iuz4－iz0 …(27)ivz＝ivz3＋ivz6－iz0 …(28)iwz＝iwz2＋iwz5－iz0 …(29)其中，「iz0」是由下式(30)所示的值。即iz0＝(iuz1＋iwz2＋ivz3＋iuz4＋iwz5＋ivz6)/3…(30)這樣求出的電流iuz、ivz、iwz與磁極位置θ的關系具有圖23所示的關系。在圖23中，各個電流iuz、ivz、iwz不受磁飽和的影響，以180度周期變化。
因此，通過使用電流iuz、ivz、iwz的大小關系，來取代在上述實施例2～6中使用的電流iux、iux、iwx，就能與實施例2～6相同輸出磁極位置θ。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明所涉及的同步電動機的磁極位置檢測裝置，用于能夠通過簡易的構成有效地進行控制的同步電動機的領域，適用于能夠簡易、確實并且高精度地檢測磁極位置的同步電動機的磁極位置檢測裝置。
權利要求
1.一種同步電動機的磁極位置檢測裝置，包括電路裝置，根據(jù)電壓矢量指令給同步電動機的n(n為3以上的自然數(shù))相繞組施加電壓矢量；檢測裝置，檢測通過從上述電路裝置所施加的電壓矢量而生成的n相繞組上的電流；運算裝置，向上述電路裝置輸出上述電壓矢量指令，同時，在根據(jù)該電壓矢量指令的電壓矢量的施加結束之后，給上述檢測裝置提供觸發(fā)信號，使由上述檢測裝置所產(chǎn)生的n相繞組上的電流被檢測出，以該檢測出的電流值為基礎，運算輸出上述同步電動機的磁極位置，其特征在于，上述運算裝置向上述電路裝置輸出使振幅相等并且具有等間隔相位的2n種電壓矢量在同一時間被施加到上述n相繞組上的上述電壓矢量指令，以上述檢測裝置檢測出的各相的電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
2.一種同步電動機的磁極位置檢測裝置，包括電路裝置，根據(jù)電壓矢量指令給同步電動機的n(n為3以上的自然數(shù))相繞組施加電壓矢量；檢測裝置，檢測通過從上述電路裝置所施加的電壓矢量而生成的n相繞組上的電流；運算裝置，向上述電路裝置輸出上述電壓矢量指令，同時，在根據(jù)該電壓矢量指令的電壓矢量的施加結束之后，給上述檢測裝置提供觸發(fā)信號，使由上述檢測裝置所產(chǎn)生的n相繞組上的電流被檢測出，以該檢測出的電流值為基礎，運算輸出上述同步電動機的磁極位置，其特征在于，上述運算裝置向上述電路裝置輸出以2n種電壓矢量的相位單調(diào)增加或者單調(diào)減少的順序在同一時間給上述n相繞組施加各個電壓矢量的電壓矢量指令。
3.根據(jù)權利要求1所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置向上述電路裝置輸出在上述n相繞組發(fā)生磁飽和的足夠的時間內(nèi)來施加各個上述電壓矢量的電壓矢量指令。
4.根據(jù)權利要求1所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的相加電流值，以該相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
5.根據(jù)權利要求4所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置輸出與絕對值成為最大的上述相加電流值相對應的磁極位置。
6.根據(jù)權利要求4所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置輸出與上述相加電流值各自的符號相對應的磁極位置。
7.根據(jù)權利要求1所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第一相加電流值，同時，在具有與上述2n種的電壓矢量正交的成分的2n種的電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第二相加電流值，以上述第一和第二相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
8.根據(jù)權利要求1所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，在作為與上述2n種的電壓矢量相同相位的2n種的上述電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第一相加電流值，同時，在具有與上述2n種的電壓矢量同相的成分的2n種的電流值中，生成把相位相差180度的每個組合的電流值相加的第二相加電流值，以上述第一和第二相加電流值為基礎，運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，選擇與絕對值成為最大的上述第一相加電流值相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
10.根據(jù)權利要求7或8所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，選擇與上述第一相加電流值的各自的符號相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
11.根據(jù)權利要求7或8所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，選擇與絕對值成為最大的上述第一相加電流值相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，進而，以使用上述第二相加電流值的新的大小關系為基礎，進一步縮窄該磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
12.根據(jù)權利要求7或8所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，選擇與上述第一相加電流值的各自的符號相對應的磁極位置的區(qū)域，在該選擇的磁極位置的區(qū)域內(nèi)，以使用上述第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄磁極位置的區(qū)域，進而，以使用上述第二相加電流值的新的大小關系為基礎，進一步縮窄該磁極位置的區(qū)域，來確定磁極位置。
13.根據(jù)權利要求7或8所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，生成使用包含上述第一或者第二相加電流值的函數(shù)值的函數(shù)電流值，以該函數(shù)電流值和上述第一或者第二相加電流值的大小關系為基礎，進一步縮窄并確定磁極位置的區(qū)域。
14.根據(jù)權利要求1或2所述的同步電動機的磁極位置檢測裝置，其特征在于，上述運算裝置，在上述同步電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中，給上述n相繞組施加比由該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的感應電壓足夠大的電壓矢量，來運算輸出磁極位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及同步電動機的磁極位置檢測裝置,運算部2向電路部3輸出具有振幅相等并且具有等間隔相位的6種電壓矢量作為電壓矢量指令V,通過電路部3,把電壓矢量施加到同步電動機1上,同時,每當各個電壓矢量的施加結束時,向檢測部4輸出觸發(fā)信號Tr,使各相的檢測電流Di被檢測出。然后,運算部2以檢測電流Di為基礎,運算輸出60/(2^k)度(k是自然數(shù))極距的磁極位置θ。以各電壓矢量的相位單調(diào)增加或者單調(diào)減少的順序,以各相繞組發(fā)生磁飽和的足夠的相同時間來施加各個電壓矢量。運算部2在檢測磁極位置時,在與電壓矢量相同相位的電流值中,生成按每個相位相差180度的組合相加的相加電流值,以該相加電流值為基礎來確定磁極位置θ。
文檔編號H02P6/14GK1326608SQ99813337
公開日2001年12月12日 申請日期1999年9月20日 優(yōu)先權日1999年9月20日
發(fā)明者金原義彥, 貝谷敏之 申請人:三菱電機株式會社