[发明专利]永磁铁式旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种无需传感器即可检测转子的位置的（能够进行无旋转传感器驱动的）永磁铁式旋转电机。

背景技术

近年来，针对永磁铁型电动机等永磁铁式旋转电机，要求提高可靠性、降低成本及小型化。因此，为了响应上述要求，开发了一种无旋转传感器驱动技术，其不需要光学式编码器和解析器等电动机旋转检测装置。

作为永磁铁式旋转电机的无旋转传感器驱动方式的一种，提出了一种高频重叠方式，其即使在电动机不旋转的状态下也能够推定电动机的磁极位置（例如，参照专利文献1）。在高频重叠方式中，向电动机的电枢绕组施加与用于产生扭矩的电压不同的高频电压，利用由于电动机的电感的转子位置依赖性（凸极性）而引起的d轴电流和q轴电流的差，执行转子的位置检测。

另外，作为适用于高频重叠方式的电动机，即作为使用了电动机电感的转子位置依赖性（凸极性）的无旋转传感器驱动用电动机，使用具有凸极性的嵌入磁铁型电动机（例如，参照专利文献2）。在该嵌入磁铁型电动机中，通过将永磁铁埋设在转子铁心内，使定子铁心形成为一体结构，并形成为开口（opening）形状，从而能够检测电源接通时的初始磁极位置。

专利文献1：国际公开2009/040965号

专利文献2：日本特开2004－056871号公报

发明内容

在专利文献1所示的高频重叠方式中，假设永磁铁式旋转电机具有理想的电感分布，即d轴电流及q轴电流描绘出的椭圆轨迹不因负载或转子位置而变化，并执行转子的位置检测。然而，由于实际的永磁铁式旋转电机不具有理想的电感分布，因此，存在磁极位置的推定误差大，无法高精度地执行定位控制的问题。

另外，为了实现不需要光学式编码器和解析器等电动机旋转检测装置的无旋转传感器驱动技术，不仅在电源接通时，在电动机驱动时（电动机负载电流流过的有负载时）也必须执行转子的位置检测。

与其相对，如专利文献2所示，在定子铁心形成为一体结构的情况下，铁心内部的磁饱和状态易于随电动机的负载电流而变化。因此，电动机的电感的大小随负载电流变化，导致无传感器驱动时的位置检测误差的增大或失调等，也存在无法适用于定位控制的问题。

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种永磁铁式旋转电机，其能够在无传感器驱动时高精度地检测转子的位置。

本发明所涉及的永磁铁式旋转电机具有：转子，其上等间隔地配置有多个磁极；以及定子，其具有多个齿及电枢绕组，向电枢绕组施加与用于产生扭矩的电压的频率及振幅不同的高频电压，使用测定出的高频电流的电流轨迹而推定转子的磁极位置，在将测定出的高频电流进行了dq变换的情况下，dq轴上的电流轨迹成为椭圆形状，并且，椭圆的长轴相对于负载电流及转子位置的角度变动幅度形成为能够得到规定的位置推定分辨率。

发明的效果

根据本发明所涉及的永磁铁式旋转电机，在对施加有高频电压时测定出的高频电流进行了dq变换的情况下，dq轴上的电流轨迹成为椭圆形状，并且，椭圆的长轴相对于负载电流及转子位置的角度变动幅度形成为能够得到规定的位置推定分辨率。

因此，能够得到一种永磁铁式旋转电机，其能够在无传感器驱动时高精度地检测转子的位置。

附图说明

图1是表示通常的永磁铁式旋转电机的无传感器驱动时的磁极位置的检测方法的说明图。

图2是表示与永磁铁式旋转电机的转子位置相对的理想电感分布的说明图。

图3是表示在向具有理想电感分布的永磁铁式旋转电机施加了重叠有高频电压的驱动电压的情况下，dq轴上的电流轨迹的说明图。

图4是表示与实际的永磁铁式旋转电机的转子位置相对的实际电感分布的说明图。

图5是表示在向具有实际的电感分布的永磁铁式旋转电机施加了重叠有高频电压的驱动电压的情况下，dq轴上的电流轨迹的说明图。

图6是表示在向具有实际的电感分布的永磁铁式旋转电机施加了重叠有高频电压的驱动电压的情况下的dq轴上的电流轨迹中，实施了与dq轴电流的直流量相对应的偏差（offset）处理后的电流轨迹的说明图。

图7是表示将转子及定子形状设为参数，通过磁场解析，执行向永磁铁式旋转电机的无旋转传感器驱动中应用的研究而得的结果的代表例的说明图。

图8是表示本发明的实施方式1所涉及的永磁铁式旋转电机的结构的剖视图。

图9是表示本发明的实施方式1所涉及的永磁铁式旋转电机中的槽开口比、和电流轨迹椭圆的无负载时的长轴与有负载时的长轴的相位差的关系的说明图。