电动机磁极位置校正方法技术

本发明专利技术公开了一种电动机磁极位置校正方法，其包括：通过机械制动器阻止直接驱动电动机的活动元件的运动(步骤S9)；发出指定与现有位置分隔或分离的位置的指令(步骤S10)；检测直接驱动电动机的转矩指令值(步骤S12)；基于检测到的转矩值和预先确定的阈值之间的比较而确定磁极位置校正值(步骤S14和步骤S16)；将确定的磁极位置校正值存储在存储器中(步骤S18)；以及基于存储在存储器中的磁极位置校正值使用获取的电角度补偿值执行电动机控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直线型直接驱动电动机或旋转型直接驱动电动机，其能被用于机床的工作台。本专利技术涉及一种当在电动机和位置检测器之间出现安装误差时能够防止输出转矩减少的技术。
技术介绍
当电动机用于直接驱动工作台而不需要使用任何滚珠螺杆或任何减速装置时，直接驱动电动机用于实现机床的工作台的高速和高精度的定位。当电动机是直接驱动类型时，因为没有减速机构，电动机的定位精度直接影响工作台的定位精度。因此，直接驱动电动机被要求在定位方面足够的精确。一般来说，当电动机运行时，直接驱动电动机需要高分辨率的位置检测器来检测其工作台(为该直接驱动电动机的活动元件)的位置。一般来说，线性直接驱动电动机包括活动元件(即，活动体)和固定在床身上的定子。另一方面，旋转直接驱动电动机包括转子(即，活动体)和定子。本专利技术不仅应用于线性驱动电动机，也应用于旋转驱动电动机。在下面的描述中，术语“活动元件”包括各种类型的活动体，包括上述的旋转直接驱动电动机的转子。图8是示出了用于上述直接驱动电动机的控制系统的电路结构的框图。用于直接驱动电动机11的控制系统包括位置检测器12、两个比例放大器21和22、配电器23、积分放大器24、电流控制单元25、微分器沈、三相脉宽调制逆变器28以及电流检测器四。在图8所示的控制系统中，如果输入位置指令θ *，比例放大器21放大在输入的位置指令θ *的指令值与由位置检测器12 (即，在直接驱动电动机中的活动元件的位置)获得的检测值之间的差值。比例放大器21输出放大的差值作为活动元件的速度指令V*。然后，比例放大器22和积分放大器M共同地对速度指令V*和活动元件的速度之间的差值执行PI操作从而产生转矩指令Τ*。微分器沈通过对由位置检测器12取得的检测值进行微分能够获得活动元件的速度。配电器23接收转矩指令Τ*并且产生三相电流指令Iu*、Iv*以及Iw*中的两个电流指令(即，电流指令Iu*和Iv*)。配电器23将产生的电流指令Iu*和Iv*输出到电流控制单元25。在这种情况下，在产生电流指令时，配电器23要考虑到由位置检测器12供应的检测值。基于从配电器23接收的电流指令Iu*和Iv*以及基于电流指令Iw*，电流控制单元25产生三相电压指令eu*、ev*以及ew*，电流指令Iw*能够从公式表示的关系 iu*+iv*+iw* = 0中得到。电流控制单元25将产生的三相电压指令eu*、ev*和ew*输出到三相脉宽调制逆变器观。基于三相电压指令eu*、eV*以及ew*，三相脉宽调制逆变器28将从DC电源27供应的直流(DC)电压转换成三相交流(AC)电压分量。当三相交流电压分量自三相宽脉调制逆变器观被应用时能够驱动直接驱动电动机11。实际上应用于直接驱动电动机11的电压分量是三相电压指令eu*、ev*和电流控制单元25能够参照相对于电流检测值iu、iv的差值以及由电流检测器四检测的iw而获得的ew*。图9示出了当电流相位处于直接驱动电动机的活动元件被固定的状态时可获得的推力/转矩特性。从图9可以理解的是，如果电流保持相同，当电流相位被控制为90° 时，所述直接驱动电动机11的推力/转矩能够最大化。为了有效地产生所述直接驱动电动机的推力/转矩，需要将供应给直接驱动电动机11的定子线圈的电流的相位控制为相对于活动元件的磁极位置具有预定的相位差。因此，在活动元件的实际位置和由位置检测器12检测的位置检测值之间的相对关系需要与预先在控制电路中已经设定的预定的位置关系相同。然而，通常在直接驱动电动机11和位置检测器12之间会出现安装误差，这是由于各自的安装孔和内螺纹孔的设定间隙，或者因为机械加工中的机械误差的结果，比如在安装孔和内螺纹孔之间的位置偏差。如果安装误差出现，电流相位θ 1等于90°加上误差分量(电角度)的和。因此，输出转矩减少。进一步地，直接驱动电动机11使用能够提高电动机的定位精度的多级结构。使用多级结构的有利之处在于，能够增加相对于电动机移动距离的电动机控制角度。然而，多级结构的不利之处在于，当安装误差出现时转矩减少很多。更特别的是，现在可以假定旋转型电动机装配有η个极对并且具有关系θ 〃 =ηθ ‘，其中，θ ‘表示机械角度并且θ “表示电角度。例如，如果根据机械角度的安装误差等于+1°，根据电角度装配有四个极对的电动机具有+4°的误差量。根据电角度装配有32个极对的电动机具有+32°的安装误差。在这种情况下，如图9所示，在前一种情况中输出转矩减少到99. 8%的水平(等于减少0.2%的转矩)并且在后一种情况中输出转矩减少到85%的水平(等于减少15%的转矩)。可以理解的是，如果安装误差的量级变大，多级电动机的转矩减少很多。因此，如果直接驱动电动机使用上述多极结构，直接驱动电动机11和位置检测器 12需要被精确的定位。然而，为了确保加工精度和确保组装，由直接驱动电动机11和位置检测器12的各自的安装孔和内螺纹孔的设定间隙不能被忽略。因此，如JP2000-166278A中所讨论的，完成装配后电子地校正安装误差作为磁极位置校正方法是传统已知的。然而，在JP2000-166278A中详述的磁极位置校正方法用于在直接驱动电动机和位置检测器之间的安装误差的电子校正。所述方法包括在使得电动机的旋转轴以恒定速度旋转的同时基于d轴电流误差放大器的输出而计算磁极位置校正值。因此，在 JP2000-166278A中详述的磁极位置校正方法不能应用于活动角度有限的旋转轴和移动距离有限的线性轴。进一步地，在初始状态，由于直接驱动电动机和位置检测器的安装操作中的错误或误差，直接驱动电动机和位置检测器之间的位置关系可能非常大地偏离于最佳磁极位置校正值。例如，在没有执行上述磁极位置校正的状态下，根据电角度的角偏移量可能超出士90°的范围。在这种情况下，术语“安装操作中的错误”指的是电动机的活动元件或转子以不同于或偏离于正常角度的角位置被错误地联接。进一步地，术语“安装误差”是由于各自的安装孔和内螺纹孔的设定间隙或由于机械加工中的机械误差可能引起的安装角度误差，比如在安装孔和内螺纹孔之间的位置偏差。如果在安装状态中的直接驱动电动机和位置检测器之间的位置关系中的偏差超出了根据电角度的士90°范围的极限，直接驱动电动机变得不可控制。在这种情况下，电动机的定位将会失败并且不能执行磁极位置校正。进一步地，工作台可能异常移动超出了预计活动范围的极限并且可能与相邻的机器零件碰撞并且最终可能受损伤。本专利技术解决了上述问题。为此，本专利技术的目的是提供一种用于使用于工作台的直接驱动电动机的方法。根据本专利技术，控制系统能够校正在直接驱动电动机和位置检测器之间的安装误差。进一步地，本专利技术的另一个目的是提供一种在直接驱动电动机被用于工作台的情况中，如果直接驱动电动机和位置检测器之间出现安装误差时能够实现安全校正的方法。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用于校正直接驱动电动机的活动元件位置和由联接到直接驱动电动机的位置检测器检测到的活动元件位置检测值之间的相对位置关系的方法。该磁极位置校正方法包括通过机械制动器阻止直接驱动电动机的活动元件的运动的步骤；输入位置指令的步骤，该位置指令用于指定不同于现有值的位置作为直接驱动电动机的指令的活动元件位置；检测直接驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川井庸市，
申请(专利权)人：大隈株式会社，
类型：发明
国别省市：