電動機磁極位置校正方法
2023-05-08 06:40:31 3
專利名稱：電動機磁極位置校正方法
技術領域：
本發明涉及直線型直接驅動電動機或旋轉型直接驅動電動機，其能被用於工具機的工作檯。本發明涉及一種當在電動機和位置檢測器之間出現安裝誤差時能夠防止輸出轉矩減少的技術。
背景技術：
當電動機用於直接驅動工作檯而不需要使用任何滾珠螺杆或任何減速裝置時，直接驅動電動機用於實現工具機的工作檯的高速和高精度的定位。當電動機是直接驅動類型時，因為沒有減速機構，電動機的定位精度直接影響工作檯的定位精度。因此，直接驅動電動機被要求在定位方面足夠的精確。一般來說，當電動機運行時，直接驅動電動機需要高解析度的位置檢測器來檢測其工作檯(為該直接驅動電動機的活動元件)的位置。一般來說，線性直接驅動電動機包括活動元件(即，活動體)和固定在床身上的定子。另一方面，旋轉直接驅動電動機包括轉子(即，活動體)和定子。本發明不僅應用於線性驅動電動機，也應用於旋轉驅動電動機。在下面的描述中，術語「活動元件」包括各種類型的活動體，包括上述的旋轉直接驅動電動機的轉子。圖8是示出了用於上述直接驅動電動機的控制系統的電路結構的框圖。用於直接驅動電動機11的控制系統包括位置檢測器12、兩個比例放大器21和22、配電器23、積分放大器24、電流控制單元25、微分器沈、三相脈寬調製逆變器28以及電流檢測器四。在圖8所示的控制系統中，如果輸入位置指令θ *，比例放大器21放大在輸入的位置指令θ *的指令值與由位置檢測器12 (即，在直接驅動電動機中的活動元件的位置)獲得的檢測值之間的差值。比例放大器21輸出放大的差值作為活動元件的速度指令V*。然後，比例放大器22和積分放大器M共同地對速度指令V*和活動元件的速度之間的差值執行PI操作從而產生轉矩指令Τ*。微分器沈通過對由位置檢測器12取得的檢測值進行微分能夠獲得活動元件的速度。配電器23接收轉矩指令Τ*並且產生三相電流指令Iu*、Iv*以及Iw*中的兩個電流指令(即，電流指令Iu*和Iv*)。配電器23將產生的電流指令Iu*和Iv*輸出到電流控制單元25。在這種情況下，在產生電流指令時，配電器23要考慮到由位置檢測器12供應的檢測值。基於從配電器23接收的電流指令Iu*和Iv*以及基於電流指令Iw*，電流控制單元25產生三相電壓指令eu*、ev*以及ew*，電流指令Iw*能夠從公式表示的關係 iu*+iv*+iw* = 0中得到。電流控制單元25將產生的三相電壓指令eu*、ev*和ew*輸出到三相脈寬調製逆變器觀。基於三相電壓指令eu*、eV*以及ew*，三相脈寬調製逆變器28將從DC電源27供應的直流(DC)電壓轉換成三相交流(AC)電壓分量。當三相交流電壓分量自三相寬脈調製逆變器觀被應用時能夠驅動直接驅動電動機11。實際上應用於直接驅動電動機11的電壓分量是三相電壓指令eu*、ev*和電流控制單元25能夠參照相對於電流檢測值iu、iv的差值以及由電流檢測器四檢測的iw而獲得的ew*。圖9示出了當電流相位處於直接驅動電動機的活動元件被固定的狀態時可獲得的推力/轉矩特性。從圖9可以理解的是，如果電流保持相同，當電流相位被控制為90° 時，所述直接驅動電動機11的推力/轉矩能夠最大化。為了有效地產生所述直接驅動電動機的推力/轉矩，需要將供應給直接驅動電動機11的定子線圈的電流的相位控制為相對於活動元件的磁極位置具有預定的相位差。因此，在活動元件的實際位置和由位置檢測器12檢測的位置檢測值之間的相對關係需要與預先在控制電路中已經設定的預定的位置關係相同。然而，通常在直接驅動電動機11和位置檢測器12之間會出現安裝誤差，這是由於各自的安裝孔和內螺紋孔的設定間隙，或者因為機械加工中的機械誤差的結果，比如在安裝孔和內螺紋孔之間的位置偏差。如果安裝誤差出現，電流相位θ 1等於90°加上誤差分量(電角度)的和。因此，輸出轉矩減少。進一步地，直接驅動電動機11使用能夠提高電動機的定位精度的多級結構。使用多級結構的有利之處在於，能夠增加相對於電動機移動距離的電動機控制角度。然而，多級結構的不利之處在於，當安裝誤差出現時轉矩減少很多。更特別的是，現在可以假定旋轉型電動機裝配有η個極對並且具有關係θ 〃 =ηθ 『，其中，θ 『表示機械角度並且θ 「表示電角度。例如，如果根據機械角度的安裝誤差等於+1°，根據電角度裝配有四個極對的電動機具有+4°的誤差量。根據電角度裝配有32個極對的電動機具有+32°的安裝誤差。在這種情況下，如圖9所示，在前一種情況中輸出轉矩減少到99. 8%的水平(等於減少0.2%的轉矩)並且在後一種情況中輸出轉矩減少到85%的水平(等於減少15%的轉矩)。可以理解的是，如果安裝誤差的量級變大，多級電動機的轉矩減少很多。因此，如果直接驅動電動機使用上述多極結構，直接驅動電動機11和位置檢測器 12需要被精確的定位。然而，為了確保加工精度和確保組裝，由直接驅動電動機11和位置檢測器12的各自的安裝孔和內螺紋孔的設定間隙不能被忽略。因此，如JP2000-166278A中所討論的，完成裝配後電子地校正安裝誤差作為磁極位置校正方法是傳統已知的。然而，在JP2000-166278A中詳述的磁極位置校正方法用於在直接驅動電動機和位置檢測器之間的安裝誤差的電子校正。所述方法包括在使得電動機的旋轉軸以恆定速度旋轉的同時基於d軸電流誤差放大器的輸出而計算磁極位置校正值。因此，在 JP2000-166278A中詳述的磁極位置校正方法不能應用於活動角度有限的旋轉軸和移動距離有限的線性軸。進一步地，在初始狀態，由於直接驅動電動機和位置檢測器的安裝操作中的錯誤或誤差，直接驅動電動機和位置檢測器之間的位置關係可能非常大地偏離於最佳磁極位置校正值。例如，在沒有執行上述磁極位置校正的狀態下，根據電角度的角偏移量可能超出士90°的範圍。在這種情況下，術語「安裝操作中的錯誤」指的是電動機的活動元件或轉子以不同於或偏離於正常角度的角位置被錯誤地聯接。進一步地，術語「安裝誤差」是由於各自的安裝孔和內螺紋孔的設定間隙或由於機械加工中的機械誤差可能引起的安裝角度誤差，比如在安裝孔和內螺紋孔之間的位置偏差。如果在安裝狀態中的直接驅動電動機和位置檢測器之間的位置關係中的偏差超出了根據電角度的士90°範圍的極限，直接驅動電動機變得不可控制。在這種情況下，電動機的定位將會失敗並且不能執行磁極位置校正。進一步地，工作檯可能異常移動超出了預計活動範圍的極限並且可能與相鄰的機器零件碰撞並且最終可能受損傷。本發明解決了上述問題。為此，本發明的目的是提供一種用於使用於工作檯的直接驅動電動機的方法。根據本發明，控制系統能夠校正在直接驅動電動機和位置檢測器之間的安裝誤差。進一步地，本發明的另一個目的是提供一種在直接驅動電動機被用於工作檯的情況中，如果直接驅動電動機和位置檢測器之間出現安裝誤差時能夠實現安全校正的方法。
發明內容
為了達到上述目的，本發明提供了一種用於校正直接驅動電動機的活動元件位置和由聯接到直接驅動電動機的位置檢測器檢測到的活動元件位置檢測值之間的相對位置關係的方法。該磁極位置校正方法包括通過機械制動器阻止直接驅動電動機的活動元件的運動的步驟；輸入位置指令的步驟，該位置指令用於指定不同於現有值的位置作為直接驅動電動機的指令的活動元件位置；檢測直接驅動電動機的轉矩指令值的步驟；基於檢測到的轉矩指令值和預先確定的閾值之間的比較而確定磁極位置校正值的步驟；將確定的磁極位置校正值存儲在存儲器中的步驟；以及使用基於存儲在存儲器中的磁極位置校正值而取得的電角度補償值執行電動機控制的步驟。 在根據本發明的電動機磁極位置校正方法中，有用的是，確定磁極位置校正值的步驟包括當監測到轉矩指令值時自動地改變磁極位置校正值的步驟；以及搜索使得轉矩指令值變得小於預定的閾值的磁極位置校正值的步驟。進一步地，在根據本發明的電動機磁極位置校正方法中，有用的是，確定磁極位置校正值的步驟包括改變磁極位置校正值的步驟；獲取在後改變的轉矩指令值與在先改變的轉矩指令值之間的差值的步驟；以及搜索使得所述差值從負值變為正值的磁極位置校正值的步驟。進一步地，在根據本發明的電動機磁極位置校正方法中，有用的是，設定轉矩指令值的上限值。進一步地，在根據本發明的電動機磁極位置校正方法中，有用的是，添加下述步驟當在應用機械制動力而停止活動元件的狀態中執行直接驅動電動機的位置控制時，如果直接驅動電動機的轉矩指令值超出已經預先設定的閾值，判定直接電動機處於不可控制的狀態的步驟，該步驟作為先於輸入位置指令的步驟，所述位置指令指定不同於現有值的位置作為直接驅動電動機的指令的活動元件位置。此外，在根據本發明的電動機磁極位置校正方法中，有用的是，直接驅動電動機和傳感器以這樣的方式被定位和安裝直接驅動電動機和傳感器之間的安裝角度以最佳磁極位置校正值為中心有士90的電角度範圍。傳統的在JP2000-166278A中詳述的磁極位置校正方法包括在使得電動機的活動元件以恆定速度旋轉的同時，基於d軸電流誤差放大器的輸出而計算磁極位置校正值。 因此，需要在磁極位置校正過程中使活動元件以恆定的速度不斷地旋轉。因此，如果上述傳統的磁極位置校正方法應用於活動範圍有限的旋轉軸，在完成磁極位置校正之前旋轉軸就到達了行程終點。於是，預期的校正不能完全地實現。同樣地， 如果上述傳統的磁極位置校正方法應用於線性軸，在完成磁極位置校正之前線性軸就到達了行程終點。於是，預期的校正不能完全地實現。相反地，本發明提供了一種能夠在活動元件被固定的狀態下校正磁極位置的磁極位置校正方法。因此，根據本發明的磁極位置校正方法能夠應用於活動角度有限的旋轉軸和移動距離有限的線性軸。更特別地，甚至在直接驅動電動機和位置檢測器的檢測起點之間的位置關係不是處於理想狀態時，在直接驅動電動機的實際位置和位置檢測器的檢測值之間引起的偏差能夠通過控制系統被校正。進一步地，能夠實現精確的電流相位控制。因此，當引起偏差時本發明能夠消除任何在輸出轉矩中的減少。進一步地，甚至當直接驅動電動機進入不可控制的狀態時，工作檯不能移動超出預定的活動範圍的極限並且不會引起任何與相鄰部件的碰撞。
圖1是示出了根據本發明的實施例的能夠實現電動機磁極位置校正方法的電動機控制系統的示意性配置的框圖。圖2是示出了根據本發明的第一實施例的電動機磁極位置校正方法的處理過程的流程圖。圖3示出了根據本發明的磁極位置校正值和轉矩指令值之間的關係圖。圖4是示出了根據本發明的第二實施例的磁極位置校正方法的流程圖。圖5是示出了根據本發明的第三實施例的磁極位置校正方法的流程圖。圖6是示出了根據本發明的第四實施例的磁極位置校正方法的流程圖。圖7示出了由定位機構控制的直接驅動電動機和位置檢測器的側表面，該定位機構能夠將直接驅動電動機和位置檢測器組裝從而得到特定的位置關係。圖8是示出了直接驅動電動機的控制系統的框圖。圖9示出了電流相位差和電動機的推力/轉矩之間的關係。
具體實施例方式第一實施例結合圖1至圖3在下面描述本發明的第一實施例。圖1是示出了電動機控制系統
61的示意性配置的框圖，電動機控制系統1能夠實現根據本發明的實施例的電動機磁極位置校正方法。圖2是示出了根據本發明的第一實施例的電動機磁極位置校正方法的處理過程的流程圖。圖3示出了在直接驅動電動機輸出恆定推力/轉矩的情況下磁極位置校正值和轉矩指令值T*之間的關係。圖1中示出的電動機控制系統1包括包括有CPU(中央處理單元)、存儲器44和位置指令設置單元46的控制單元40。中央處理單元42可功能性操作用於讀取來自存儲器 44的磁極位置校正程序並且執行磁極位置校正程序。存儲器包括預先存儲有磁極位置校正程序的只讀存儲器(ROM)和存儲有檢測數據和其它可重寫的數據的隨機存取存儲器(RAM)。位置指令設置單元46可功能性操作用於自動地或根據操作人員的人工操作來設置位置指令Θ*，並且將位置指令θ *輸出到比例放大器，位置指令Θ*是用於指示直接驅動電動機的活動元件的位置的指令。位置指令設置單元46能包括適當的使得操作人員人工輸入信息/數據的輸入裝置，例如開關、鍵盤和刻度盤。電動機控制系統1包括與相關的圖8中描述的那些組成元件相似的組成元件。儘管這些組成元件的描述沒有重複，但是這些組成元件由相同的附圖標記表不。為了根據本實施例來取得磁極位置校正值，轉矩指令值和磁極位置校正值有下面的關係。當電動機類型是線性直接驅動電動機時，指令值應該是指推力指令值而不是上述的轉矩指令值。然而，在下面的描述中，推力指令值應該包含在轉矩指令值中。正如從圖3中所示的關係可以理解，當磁極位置校正值是最佳校正值時，轉矩指令值是最小的。當磁極位置校正值偏離於最佳校正值時，能夠由相同的電流產生的推力/ 轉矩增加。因此，轉矩指令值變得更高。因此，磁極位置校正值中的偏差能夠通過檢測轉矩指令值的量來確定。為了通過檢測轉矩指令值的量來取得磁極位置校正值中的偏差量，需要使直接驅動電動機進入恆定推力/轉矩輸出狀態。為此，例如，當旋轉軸的活動範圍沒有限制時，採用使直接驅動電動機通過速度控制以恆定的速度旋轉和檢測在這種狀態中取得的轉矩指令Τ*的方法是有用的。然而，在工作檯的活動範圍是有限的情況下，工作檯不能以指定的恆定速度旋轉。 因此，在本發明的實施例中，為了使直接驅動電動機輸出恆定的推力/轉矩，在適當的機械制動力被應用於工作檯的狀態中，不同於現有值的位置指令被應用於直接驅動電動機，並且在指令位置和工作檯之間的位置關係中產生誤差。進一步地，當指令位置變化時，適當的轉矩指令值(例如，推力/轉矩的量)根據本發明能被設置用於將被執行的磁極位置校正。接下來，根據第一實施例的磁極位置校正方法的調整過程在下面被描述。設置在控制單元40中的中央處理單元42能被配置用於執行軟體控制從而實現磁極位置校正方法。可選擇地，硬體部件能被用於實現磁極位置校正方法的過程的一部分。在圖2中，首先，在步驟S9中，控制單元40使用機械制動器阻止連接到活動元件的工作檯的運動。接下來，在步驟SlO中，控制單元40發出用於指定與現有位置分隔或分離的位置的指令。更特別地，自動地或根據操作人員的人工操作，位置指令設置單元46設置位置指令θ *，並且將位置指令θ *輸出給比例放大器21。於是，直接驅動電動機進入能夠輸出恆定推力/轉矩的狀態。另一方面，電角度補償值預先被存儲在控制單元40的存儲器44中。電角度補償值是指明位置檢測器的檢測起點和活動元件的磁極位置之間的相位差的值。進一步地，需要用於校正電角度補償值的磁極位置校正值也預先被存儲在控制單元40的存儲器44中。 磁極位置校正值是人工地或自動地可變的。接下來，在步驟S12中，控制單元40檢測在直接驅動電動機的定位操作過程中產生的轉矩指令值。在隨後的步驟S14中，控制單元40將檢測到的轉矩指令值與預定的閾值進行比較。例如，與位置指令θ *相關的預先存儲在存儲器44中的值能夠被用作閾值。如果可以確定轉矩指令值等於或者大於閾值(步驟S14中的否)，然後在步驟S16 中，控制單元40改變磁極位置校正值。進一步地，在步驟S12和步驟S14中，控制單元40 檢測轉矩指令值並且將檢測到的值與閾值進行比較。控制單元40在步驟S12、步驟S14和步驟S16中重複上述的循環性過程直至能夠得到小於閾值的轉矩指令值。在步驟S12、步驟S14和步驟S16中執行的過程對應於在監測轉矩指令值的同時自動地改變磁極位置校正值的步驟和搜索使得轉矩指令值變得小於預先確定的閾值的磁極位置校正值的步驟。然後，如果使得轉矩指令值變得小於閾值的磁極位置校正值被找到，則在步驟S18 中，控制單元40將檢測到的值存儲在存儲器44中。控制單元40基於存儲在存儲器44中的校正值供應電角度補償值到配電器23以便電動機控制。用於取得最佳校正值的方法是，例如，用於在人工地改變磁極位置校正值的同時搜索使得轉矩指令值Τ*變得小於預先確定的閾值的磁極位置校正值的人工方法，或在自動地改變磁極位置校正值的同時、基於在轉矩指令值Τ*和預定的閾值之間的比較而獲取使得轉矩指令值Τ*變得小於預先確定的閾值的磁極位置校正值的自動方法。能夠使用兩種方法中的任一種方法來獲得本發明的效果。當使用自動地取得磁極位置校正值的方法時，能夠快速獲得最佳磁極位置校正值。如上所述，與JP2000-166278A中詳述的磁極位置校正方法相比較，根據本發明的磁極位置校正方法的有利之處在於，直接驅動電動機的工作檯不需要以恆定的速度旋轉或在磁極位置校正中不需要進行完整的旋轉。因此，根據本實施例的磁極位置校正方法可應用於活動範圍有限的工作檯。第二實施例圖4是示出了根據本發明的第二實施例的電動機磁極位置校正方法的處理過程的流程圖。根據第二實施例的方法的有利之處在於，當與第一實施例相比較時，能夠精確地獲得最佳磁極位置校正值。 在第二實施例中，控制單元40的存儲器44作為Τ*寄存器而存儲磁極位置校正值和轉矩指令值。首先，在步驟S20和步驟S22中，控制單元40初始化磁極位置校正值並且也初始化Τ*寄存器。在這種情況下，Τ*寄存器存儲能被應用於直接驅動電動機的最大轉矩指令值。 接下來，在步驟S23中，控制單元40使用機械制動器阻止連接到活動元件的工作檯的運動。其後，在步驟S24中，經由位置指令設置單元46已經自動地或人工地設置的位置指令θ *被供應給比例放大器21。基於位置指令θ *來驅動直接驅動電動機。活動元件通過位置控制能夠被定位在預先確定的位置。在這種情況下，在步驟S26中，控制單元40檢測需要直接驅動電動機所需用來輸出足夠使活動元件進入靜止狀態的預定轉矩的轉矩指令值。在隨後的步驟S28中，控制單元40將檢測到的轉矩指令值與存儲在T*寄存器中的值進行比較。接下來，如果可以確定檢測到的轉矩指令值T*小於或等於存儲在T*寄存器中的值(在步驟S^中的否)，然後在步驟S30中，控制單元40將轉矩指令值T*存儲在T*寄存器折中。在隨後的步驟S32中，控制單元40將磁極位置校正值加上預先確定的值δ。然後，控制單元40重複上述在步驟S^和步驟S28中的過程來檢測轉矩指令值Τ*並且將檢測到的轉矩指令值Τ*與Τ*寄存器中存儲的值進行比較。控制單元40重複上述過程直至檢測到的轉矩指令值Τ*變得大於在Τ*寄存器中存儲的值。在步驟S^至步驟S32中的執行的過程對應於改變磁極位置校正值的步驟，獲取在後改變的轉矩指令值和在先改變的轉矩指令值之間的差值的步驟，以及搜索使得所述差值從負值變為正值的磁極位置校正值的步驟。然後，如果所述使得轉矩指令值變得大於存儲在Τ*中的值(在步驟S28中的是) 的磁極位置校正值被找到，則在步驟S34中，控制單元40從獲得的磁極位置校正值中減去 δ量值並且將最終獲得的值存儲在控制單元40的存儲器44中。存儲在存儲器44中的校正值能被用作為位置檢測器12的磁極位置校正值。因而， 控制單元40完成磁極位置校正過程。控制單元40基於上述的磁極位置校正值而將電角度補償值供應給配電器23用於電動機控制。本實施例與第一實施例相似之處在於能夠基於檢測到的轉矩指令值獲得磁極位置校正值。然而，根據第一實施例，變得小於或等於預定閾值的磁極位置校正值被作為設定值被取得。另一方面，根據本實施例，使得轉矩指令值最小化的磁極位置校正值作為設定值被取得。本實施例能夠獲得精確的磁極位置校正值並且當直接驅動電動機11和位置檢測器12之間出現安裝誤差時能夠防止輸出轉矩減少。如上所述，與JP2000-166278A中詳述的磁極位置校正方法相比較，根據本實施例的磁極位置校正方法的有利之處在於，直接驅動電動機的工作檯不需要以恆定的速度旋轉或在磁極位置校正中不需要進行完整的旋轉。因此，根據本實施例的磁極位置校正方法可應用於活動範圍有限的工作檯。第三實施例圖5是示出了根據本發明的第三實施例的電動機磁極位置校正方法的處理過程的流程圖。結合圖5所示的流程圖在下面描述根據本實施例的磁極位置校正方法的過程。在第一實施例和第二實施例中描述的磁極位置校正方法中，如果轉矩指令被設定為大於或等於電動機的額定推力/轉矩，在調整操作中電動機可能被過度加熱並且設置在電動機中的熱保護器可能強制停止調整。為了防止上述的問題，有用的是，設定轉矩極限函數來防止轉矩指令值超出預先確定的恆定值。當適當地設定極限函數用於使轉矩指令小於或等於電動機的額定推力/轉矩，電動機溫度不會超出可允許的溫度並且電動機能被防止過度加熱。
進一步地，當制動力小於由電動機產生的推力，或當由於在調整操作中的原因出現制動故障，如果電動機在轉矩指令值很大的狀態中被驅動，電動機可能超出活動範圍的極限而運動並且與機器碰撞。設定轉矩極限函數對於預先防止上述不期望的現象是有用的。更特別地，在步驟S50中，控制單元40設定轉矩極限值Tlim作為轉矩指令值T* 的上限值。操作人員可以人工操作位置指令設定單元46的輸入裝置從而將上述設定值輸入到控制單元40。可選擇地，控制單元40可以讀取預先存儲在存儲器44中的值。接下來，在步驟S52中，控制單元40執行磁極位置校正過程從而取得最佳磁極位置校正值。在隨後的步驟SM中，控制單元40將取得的最佳磁極位置校正值存儲在存儲器 44中。隨後的根據第三實施例的磁極位置校正過程相似於結合第一實施例中圖2所示的流程圖的步驟S9至步驟S18描述的過程。根據第三實施例的磁極位置校正過程是獨特的原因在於，控制單元40將在步驟S12中檢測到的轉矩指令值T*與上述轉矩極限值Tlim進行比較並且以防止轉矩指令值T*超出上述轉矩極限值的方式生成指令。然後，控制單元40設定存儲在存儲器44中的磁極位置校正值作為位置檢測器12 的磁極位置校正值並且完成磁極位置校正過程。控制單元40基於上述磁極位置校正值而將電角度補償值供應給配電器23以便電動機控制。第四實施例圖6是示出根據本發明的第四實施例的電動機磁極位置校正方法的處理過程的流程圖。在第四實施例中，制動器(未示出)被設置用於固定連接到活動元件的工作檯。根據第四實施例的電動機磁極位置校正方法其特徵在下面幾方面控制單元40在由制動器應用制動力的狀態中執行直接驅動電動機的位置控制；控制單元40結合直接驅動電動機 11的轉矩指令值T*而確定直接驅動電動機是否是不可控制的。如果磁極位置校正值是使直接驅動電動機進入不可控制的狀態的值，小的位置誤差可以產生過大的轉矩指令T*。考慮到上述的現象，有用的是，使用轉矩指令值T*的量值來確定當前的磁極位置校正值是否使直接驅動電動機進入不可控制的狀態。首先，在圖6所示的步驟S60中，控制單元40將第一轉矩極限值Tlim作為轉矩指令值T*的上限值。在步驟S60中設定的第一轉矩極限值Tliml與上述機械制動器的制動力相比較是相當小的值。因此，即使當在磁極位置校正值的偏差大於或等於預先確定的值的狀態下直接驅動電動機11變得不可控制時，工作檯也可通過制動力被靜止地固定。接下來，在步驟S62中，控制單元40應用機械制動力到活動元件從而使活動元件保持靜止狀態。在步驟S64中，控制單元40啟動直接驅動電動機11的位置控制。然後，在步驟S66中，控制單元40檢測和確認在活動元件被固定的狀態中產生的轉矩指令值T*。在隨後的步驟S68中，控制單元40將轉矩指令值T*與閾值T*thr進行比較。閾值T*thr是用於計算能夠防止電動機變得不可控制的磁極位置校正值的預先確定的值。換句話說，閾值T*thr對於確定轉矩指令值T*是否過大是有用的。閾值T*thr是與第一轉矩極限值Tliml相當的值。如果可以確定的是轉矩指令值T*大於或等於閾值T*thr (步驟S68中的不)，則在步驟S70中，控制單元40將磁極位置校正值加上δ量。然後，控制單元40重複上述在步驟S66和步驟S68中的過程來檢測轉矩指令值Τ*並且將檢測到的轉矩指令值Τ*與閾值T*thr進行比較。控制單元40重複上述過程直至檢測到的轉矩指令值T*變得小於閾值
T氺thr。然後，如果使得轉矩指令值T*變得小於閾值T*thr的磁極位置校正值被找到(步驟S68中的是)，則在步驟S72中，控制單元40將檢測到的值存儲在存儲器44中。接下來，在步驟S74中，控制單元40設定轉矩指令值T*的第二轉矩極限值Tlim2。 第二轉矩極限值Tlim2在小於或等於直接驅動電動機的額定推力/轉矩的情況下被設定。然後，在步驟S78中，控制單元40執行最佳磁極位置校正過程。然後，在步驟S79 中，控制單元40將獲得的最佳磁極位置校正值存儲在存儲器44中。控制單元40能夠使用獲得的最佳磁極位置校正值作為位置檢測器12的磁極位置校正值。然後，控制單元40完成磁極位置校正。控制單元40基於上述磁極位置校正值產生校正的電角度補償值並且將產生的電角度補償值供應到配電器23以便電動機控制。結合圖7在下面詳細描述能夠以與旋轉直接驅動電動機具有特定位置關係的方式將位置檢測器12定位在旋轉直接驅動電動機上的定位機構。直接驅動電動機包括具有三相繞組的定子31和具有大量永久磁鐵的活動元件 32，永久磁鐵沿著活動元件32的圓周方向放置從而形成間隔排列的N極和S極。位置檢測器12包括傳感器33和檢測齒輪34( S卩，由傳感器33檢測的目標)。使用緊固螺栓60將定子31固定到定子外殼36。使用緊固螺栓61將檢測齒輪34固定到活動元件32。能夠以預先確定角範圍安裝直接驅動電動機11和位置檢測器12從而防止直接驅動電動機11和位置檢測器12變得不可控制的定位結構在下面被描述。在本示例性實施例中，根據電角度防止不可控制性角範圍是士90°範圍，其中，如圖9所示，輸出轉矩具有正值。為了滿足上述的角度要求，直接驅動電動機11和位置檢測器12 —起被組裝以具有特定的位置關係。進一步地，最佳電角度補償值被設定給控制系統1。為此，必要的是以維持定子31、活動元件32、傳感器33和檢測齒輪34之間的不變的位置關係的方式安裝直接驅動電動機11。例如，圖7所示，當定子31、活動元件32、傳感器33和檢測齒輪34 —起被組裝時，定子31的U相位槽中心、活動元件32的永久磁鐵的S 極、傳感器33的中心和檢測齒輪34的Z相位35沿直線對齊。然而，當緊固螺栓60和緊固螺栓61以等節距(uniform pitches)被放置時，當工作人員犯錯時上述構件可能被錯誤地組裝，因為甚至當構件隨角度彼此偏離時它們也能被組裝。於是，已經被設定的電角度補償以及在直接驅動電動機11與位置檢測器12之間的位置關係可能使電動機進入不可控制的狀態。因此，以不規則的節距放置緊固螺栓60和緊固螺栓61是有用的，因為除非構件被正確地被設定為具有預先確定的節距關係，上述構件無法被組裝。換句話說，在任何情況下直接驅動電動機11和位置檢測器12能一起被組裝以具有特定的位置關係。根據圖7中所示的實例，定子31和定子外殼36通過八個緊固螺栓60被組裝在一起，其中，七個緊固螺栓60在圓周方向上以等節距(角度A)被放置並且剩餘的一個緊固螺栓60以不規則的節距(A〃 <A<A')被放置。進一步地，使用八個緊固螺栓61將檢測齒輪34固定到活動元件32，其中，七個緊固螺栓61在圓周方向上以等節距(角度B)被放置並且剩餘的一個緊固螺栓61以不規則的節距(B" < B < B')被放置。以維持定子31、活動元件32、傳感器33和檢測齒輪34之間的不變的位置關係的方式組裝直接驅動電動機11的定位結構並不限於上述的應用於緊固螺栓的布置。任何其它適當的結構都可以使用。例如，能夠使用包括有相互連接的鍵和鍵槽的連接結構。能夠以預先確定的角範圍安裝直接驅動電動機11和位置檢測器12從而防止直接驅動電動機11和位置檢測器12變得不可控制的定位結構被應用於線性直接驅動電動機。 如上所述，根據本實施例的定位結構能夠防止工作人員在組裝操作中犯錯，因為當定位結構參與時，提供了以具有預先確定的位置關係的方式調整電動機和位置檢測器的適當的機構。
權利要求
1.一種電動機磁極位置校正方法，其用於校正在直接驅動電動機的活動元件位置與由連接到直接驅動電動機的位置檢測器檢測到的活動元件位置檢測值之間的相對位置關係， 所述方法包括通過機械制動器阻止直接驅動電動機的活動元件的運動的步驟； 輸入位置指令的步驟，所述位置指令用於指定不同於現有值的位置作為直接驅動電動機的指令的活動元件位置；檢測直接驅動電動機的轉矩指令值的步驟；基於檢測到的轉矩指令值和預定的閾值之間的比較而確定磁極位置校正值的步驟； 將確定的磁極位置校正值存儲在存儲器中的步驟；以及基於存儲在存儲器中的磁極位置校正值使用獲取的電角度補償值執行電動機控制的步驟。
2.根據權利要求1所述的電動機磁極位置校正方法，其中， 確定磁極位置校正值的步驟，包括在監測轉矩指令值的同時自動地改變磁極位置校正值的步驟； 以及搜索使得轉矩指令值變得小於預定的閾值的磁極位置校正值的步驟。
3.根據權利要求1所述的電動機磁極位置校正方法，其中， 確定磁極位置校正值的步驟，包括改變磁極位置校正值的步驟；獲取在後改變的轉矩指令值與在先改變的轉矩指令值之間的差值的步驟；以及搜索使得所述差值從負值變為正值的磁極位置校正值的步驟。
4.根據權利要求1所述的電動機磁極位置校正方法，其中，轉矩指令值的上限值被設定。
5.根據權利要求1所述的電動機磁極位置校正方法，進一步包括當在應用機械制動力而停止活動元件的狀態下執行直接驅動電動機的位置控制時，如果直接驅動電動機的轉矩指令值超出預先設定的閾值，則判定直接驅動電動機處於不可控制的狀態的步驟，所述步驟被添加作為先於輸入位置指令的步驟，所述位置指令指定不同於現有值的位置作為直接驅動電動機的指令的活動元件位置。
6.根據權利要求1所述的電動機磁極位置校正方法，其中，直接驅動電動機和傳感器以這樣的方式被定位和安裝直接驅動電動機和傳感器之間的安裝角度以最佳磁極位置校正值為中心有士90的電角度範圍。
全文摘要
本發明公開了一種電動機磁極位置校正方法，其包括通過機械制動器阻止直接驅動電動機的活動元件的運動(步驟S9)；發出指定與現有位置分隔或分離的位置的指令(步驟S10)；檢測直接驅動電動機的轉矩指令值(步驟S12)；基於檢測到的轉矩值和預先確定的閾值之間的比較而確定磁極位置校正值(步驟S14和步驟S16)；將確定的磁極位置校正值存儲在存儲器中(步驟S18)；以及基於存儲在存儲器中的磁極位置校正值使用獲取的電角度補償值執行電動機控制。
文檔編號H02P6/08GK102545738SQ201110391569
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月25日 優先權日2010年11月25日
發明者川井庸市 申請人:大隈株式會社