專利名稱：無傳感器電動機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機的驅(qū)動控制裝置，特別是涉及基于電動機中流過的高頻電流以 及高頻電壓來計算轉(zhuǎn)子的位置角并用于矢量控制運算的位置角的無傳感器矢量控制裝置。 本發(fā)明的無傳感器電動機控制裝置能夠用于例如用電動機驅(qū)動車輪的電動汽車(EV)、以及 進(jìn)一步用于由發(fā)動機進(jìn)行驅(qū)動并具備對蓄電池進(jìn)行充電的電動機的電動汽車(HEV)。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1 日本特開平1H99299號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-236015號公報專利文獻(xiàn)1記載了將高次諧波電流發(fā) 生器10所發(fā)生的高次諧波電流重疊(相加)在電動機矢量控制的2軸目標(biāo)電流id、iq之 一方id中，檢測電動機電壓并根據(jù)該電壓計算出q軸電壓，對其進(jìn)行微分并利用位置差檢 測器15計算出位置差的著眼于間隙磁通的位置角計算。專利文獻(xiàn)2記載了基于電動機矢 量控制的d軸電壓指令、電動機的d軸電流以及q軸電流來計算電動機的感應(yīng)電壓，并基于 該感應(yīng)電壓計算出位置角θ的位置運算。在利用高頻的位置角計算中，著眼于正交2軸的電感Ld、Lq，但因注入到電動機中 的高頻電流、或者電動機電流的高次諧波成分而在電動機中產(chǎn)生電力損耗，發(fā)生噪聲，故最 好是使高頻電流或者高次諧波電流變小，但若使其變小則LcULq計算的S/N比低，位置角算 出的誤差變大。另外，在車載用電機中多數(shù)為小型高輸出電機，越是高轉(zhuǎn)矩(高電流)驅(qū)動則越發(fā) 生磁飽和，凸極比(Lq/Ld)變得越小(越接近1)，位置角計算的精度因而降低。亦即、相對 于高頻電流或者高次諧波電流的正交2軸電感Ld、Lq就是圖5所示的成為定子的Ι/Φ曲 線的切線角度的動態(tài)電感，在Ι/Φ曲線的飽和區(qū)域附近，亦即高轉(zhuǎn)矩(高電流)區(qū)域中， Ld、Lq均接近0，Ld、Lq相對于電流I的高低變化的變化量較小，基于高頻電流或者高次諧 波電流和電壓的Ld、Lq計算值的S/N比低，以Ld、Lq為參數(shù)的位置角計算的精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在從低轉(zhuǎn)矩(低電流)到高轉(zhuǎn)矩(高電流)整個范圍中提高位 置角計算的精度并抑制低轉(zhuǎn)矩下的電力損耗。(1) 一種無傳感器電動機控制裝置(30)，其不使用用于檢測轉(zhuǎn)子為凸極性的電動 機(10)的磁極位置的傳感器，而具備在上述電動機中重疊高頻電流(idtAiqh*)來推定上 述電動機的轉(zhuǎn)子的磁極位置的磁極位置推定單元(45)，該無傳感器電動機控制裝置05) 的特征在于，具備高頻電流控制單元(33A 33C)，該高頻電流控制單元(33A 33C)基于 上述電動機(10)的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小來變更上述高頻電流的大小。此外，為了易于理解在括弧內(nèi)附記附圖所示的后述實施例的對應(yīng)或者相當(dāng)要素或 者事項的標(biāo)記作為例示以供參考。以下亦同樣如此。發(fā)明效果
在電動機的電流值大的高轉(zhuǎn)矩下，凸極比(Lq/Ld)因磁飽和而變小因而位置角的 檢測精度惡化，反之在電動機的電流值較小的低轉(zhuǎn)矩下，因凸極比(Lq/Ld)較大故能夠確 保位置角的檢測精度。因此，通過基于電動機的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小對用于位置角計算的 高頻或者高次諧波的電流(idh*、iqh*)變更大小，就能夠使位置角計算精度的提高和電力 損耗以及噪聲的抑制得以兼顧。(2)在上述(1)所記載的無傳感器電動機控制裝置(30)中，上述電動機(10)的 轉(zhuǎn)矩或者電流的大小越大，則上述高頻電流控制單元(33A 33C)相應(yīng)地加大上述高頻電 流(idtAiqh*)，上述電動機的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小越小則相應(yīng)地減小上述高頻電流(idh*、
iqh*) ο在電動機的電流值較大的高轉(zhuǎn)矩下，通過加大用于位置角計算的高頻或者高次諧 波的電流(idtAiqh*)，雖然電力損耗以及噪聲增加但能夠使位置角計算精度提高。反之在 電動機的電流值較小的低轉(zhuǎn)矩下，即便減小高頻或者高次諧波的電流(idh*、iqh*)也能夠 確保位置角的檢測精度，故能夠使電力損耗以及噪聲變小。(3)在上述( 所記載的無傳感器電動機控制裝置(圖2 圖4)中，上述高頻電 流控制單元(33A 33C)包括發(fā)生高頻電流信號的高頻發(fā)生單元(34)；由與上述電動機 (10)的轉(zhuǎn)矩或者電流的各值對應(yīng)的各電流水平指定數(shù)據(jù)的集合構(gòu)成的表；以及將高頻電 流信號放大成與現(xiàn)在的轉(zhuǎn)矩或者電流對應(yīng)的處于該表的電流水平指定數(shù)據(jù)所表示的水平 來生成上述高頻電流(idtAiqh*)的單元。據(jù)此，就能夠通過表訪問而獲得電流水平指定數(shù)據(jù)，并能夠容易地生成高頻電流 (idh*、iqh*)。(4)在上述(3)所記載的無傳感器電動機控制裝置(圖2、圖4)中，上述表的各電 流水平指定數(shù)據(jù)是振幅指定數(shù)據(jù)；上述高頻電流控制單元(33A、33C)將上述高頻電流信號 的振幅放大成上述振幅指定數(shù)據(jù)所指定的振幅以生成上述高頻電流指令值。據(jù)此，能夠通過表訪問獲得電流水平指定數(shù)據(jù)，并能夠容易地生成高頻電流指令 值(idh*、iqh*)。(5)在上述(3)所記載的無傳感器電動機控制裝置(圖3)中，上述表的各電流水 平指定數(shù)據(jù)是增益指定數(shù)據(jù)；上述高頻電流控制單元(33B)將上述高頻電流信號以上述增 益指定數(shù)據(jù)所指定的增益進(jìn)行放大以生成上述高頻電流指令值。(6)在上述( 至(5)中任意一項所記載的無傳感器電動機控制裝置(圖2)中， 上述表是與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩cn的各值對應(yīng)的各電流水平所指定數(shù)據(jù)之集合。(7)在上述C3)至(5)中任意一項所記載的無傳感器電動機控制裝置(圖3)中， 上述表是與正交2軸目標(biāo)電流(io)的各值對應(yīng)的各電流水平指定數(shù)據(jù)之集合。(8)在上述( 至(5)中任意一項所記載的無傳感器電動機控制裝置(圖4)中， 上述表是與正交2軸反供電流(if)的各值對應(yīng)的各電流水平指定數(shù)據(jù)之集合。


圖1是表示本發(fā)明1實施例的車輪驅(qū)動裝置的電氣系統(tǒng)之構(gòu)成的框圖。圖2是表示圖1所示的電機控制裝置30的第1實施例之功能構(gòu)成的框圖。圖3是表示圖1所示的電機控制裝置30的第2實施例之功能構(gòu)成的框圖。
圖4是表示圖1所示的電機控制裝置30的第3實施例之功能構(gòu)成的框圖。圖5是表示永磁磁鐵嵌入式同步電動機的定子通電電流值和磁通量之關(guān)系的概 略的曲線圖。符號說明10 電動機11 13:三相定子線圈14、15:電流傳感器17:車輛上的蓄電池18:—次側(cè)電容器19 一次電壓傳感器21:電抗器22:開關(guān)元件(升壓用)23:開關(guān)元件(降壓用)24、25 二極管27: 二次側(cè)電容器28 二次電壓傳感器Vdc 一次電壓(蓄電池電壓)Vuc 二次電壓(升壓電壓)
具體實施例方式對于本發(fā)明的其他目的以及特征，參照附圖在以下實施例的說明中將會更加清
林 疋。實施例1在圖1中表示本發(fā)明第1實施例之概要。作為控制對象電動機的電動機10在本 實施例中就是搭載于車輛并用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動車輪的永磁磁鐵嵌入式同步電動機，其在轉(zhuǎn)子中 嵌入了永久磁鐵，并在定子中具有U相、V相以及W相的三相線圈11 13。電壓型逆變器 16對電動機10供給車輛上的蓄電池17的電力。在車輛上的電氣安裝部在電源接通時，在車輛上的蓄電池即蓄電池17上連接有 一次側(cè)電容器18并與蓄電池17—起構(gòu)成一次側(cè)直流電源。電壓傳感器19將表示一次側(cè)電 容器18的電壓(車輛上蓄電池17的電壓)的電壓檢測信號Vdc提供給電機控制裝置30。 在本實施例中，在電壓傳感器19上采用了分壓電阻。在一次側(cè)直流電源的正極(+線路) 上連接著變換器20的電抗器21的一端。在變換器20上還具有使該電抗器21的另一端與一次側(cè)直流電源的負(fù)極(-線路) 之間接通/斷開的升壓用開關(guān)元件即升壓用半導(dǎo)體開關(guān)22 ；使二次側(cè)電容器27的正極與 上述另一端之間接通/斷開的再生用開關(guān)元件即再生用半導(dǎo)體開關(guān)23 ；以及并聯(lián)地連接于 各半導(dǎo)體開關(guān)22、23的各二極管對、25。在升壓用半導(dǎo)體開關(guān)22接通(導(dǎo)通)時，電流就從一次側(cè)直流電源(17、18)經(jīng)電 抗器21流入到開關(guān)22，由此電抗器21進(jìn)行蓄電，在開關(guān)22切換到斷開(非導(dǎo)通)時，電抗 器21就通過二極管25對二次側(cè)電容器27進(jìn)行高壓放電。亦即感應(yīng)出比一次側(cè)直流電源的電壓還高的電壓并對二次側(cè)電容器27進(jìn)行充電。通過反復(fù)進(jìn)行開關(guān)22的接通/斷開，持續(xù) 進(jìn)行二次側(cè)電容器27的高壓充電。亦即、二次側(cè)電容器27以較高的電壓進(jìn)行充電。若以 一定周期反復(fù)進(jìn)行該接通/斷開，則電抗器21中蓄積的電力依照接通期間的長度而上升， 所以就能夠通過調(diào)整該一定周期之間的接通時間(接通占空比相對于該一定周期的接通 時間比)、亦即通過PWM控制來調(diào)整從一次側(cè)直流電源17、18經(jīng)變換器20對二次側(cè)電容器 27進(jìn)行供電的速度(牽引用的供電速度)。在使再生用半導(dǎo)體開關(guān)23接通(導(dǎo)通)時，二次側(cè)電容器27的蓄積電力就通過 開關(guān)23以及電抗器21提供給一次側(cè)直流電源17、18 (逆供電再生)。在此情況下，也能 夠通過調(diào)整一定周期之間的開關(guān)23的接通時間，亦即通過PWM控制來調(diào)整從二次側(cè)電容器 27經(jīng)變換器20對一次側(cè)直流電源17、18進(jìn)行逆供電的速度(再生用的供電速度)。電壓型逆變器16具備6個開關(guān)晶體管Trl Tr6，通過驅(qū)動電路四并行地發(fā)生的 6列驅(qū)動信號的各列來驅(qū)動接通(導(dǎo)通)晶體管Trl Tr6，將二次側(cè)電容器27的直流電 壓(變換器20的輸出電壓亦即二次電壓)變換成3列的位相差為2 π/3的交流電壓、亦即 三相交流電壓，并分別施加于電動機10的三相(U相、V相、W相)的定子線圈11 13。由 此在電動機10的定子線圈11 13上分別流過各相電流iU、iV、iW，使電動機10的轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)。為了使針對基于PWM脈沖的晶體管Trl Tr6的接通/斷開驅(qū)動(開關(guān))的電力供給 能力提高且抑制電壓浪涌，在逆變器16的輸入線路即變換器20的二次側(cè)輸出線路上連接 有大電容的二次側(cè)電容器27。相對于此，構(gòu)成一次側(cè)直流電源的一次側(cè)電容器18是小型且 低成本的小容量的電容器，一次側(cè)電容器18的容量比二次側(cè)電容器27的容量小很多。電 壓傳感器觀檢測變換器20的二次電壓Vuc并提供給電機控制裝置30。在連接于電動機 10的定子線圈11、12的供電線上安裝著采用了霍爾IC的電流傳感器14、15，分別檢測相電 流iV、iff以發(fā)生電流檢測信號(模擬電壓)并提供給電機控制裝置30。在圖2中表示電機控制裝置30之功能構(gòu)成。電機控制裝置30在本實施例中就是 以DSP(Digital Signal ftOcesser)為主體的電子控制裝置，其包括與驅(qū)動電路四；電流 傳感器14、15 ；—次電壓傳感器19以及二次電壓傳感器觀之間的未圖示的接口(信號處 理電路)，進(jìn)而，還包括與上述車輛上的未圖示的車輛行駛控制系統(tǒng)的主控制器之間的未圖 示的接口(通信電路)。參照圖2，位置運算45計算出電動機10轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度(磁極位置)Θ，速度運 算46基于旋轉(zhuǎn)角度θ計算出旋轉(zhuǎn)速度(角速度)ω。此外，準(zhǔn)確地講雖然電動機10轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)角度和磁極位置并不相同，但兩者為正比例關(guān)系，正比例系數(shù)取決于電動機10的磁 極數(shù)P。另外，雖然旋轉(zhuǎn)速度和角速度并不相同，但兩者亦可為正比例關(guān)系，正比例系數(shù)取決 于電動機10的磁極數(shù)ρ。在本說明書中，旋轉(zhuǎn)角度θ意味著磁極位置。雖然旋轉(zhuǎn)速度ω 意味著角速度但有時候也意味著旋轉(zhuǎn)速度。未圖示的車輛行駛控制系統(tǒng)的主控制器將電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM*提供給電機控制裝置 30。此外，該主控制器基于上述車輛的車速以及油門開度計算出車輛要求轉(zhuǎn)矩TCf，對應(yīng)于 該車輛要求轉(zhuǎn)矩TCf發(fā)生電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM*并提供給控制裝置30?？刂蒲b置30將電動機 10的旋轉(zhuǎn)速度ω rpm輸出到主控制器。電機控制裝置30通過轉(zhuǎn)矩指令限制31從限制轉(zhuǎn)矩表(查找表)讀出變換器20的 輸出電壓(二次電壓)的上限值Vmax以及對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度ω的限制轉(zhuǎn)矩Tifmax，若目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM*超過Tifmax則將Tifmax確定成目標(biāo)轉(zhuǎn)矩f。在小于等于Tifmax時將電機目標(biāo)轉(zhuǎn) 矩TM*確定成目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T*。施加這種限制所生成的電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T*被提供給輸出運算32， 另外被用于二次目標(biāo)電壓計算。此外，限制轉(zhuǎn)矩表就是以二次電壓的上限值Vmax以及旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)的電壓各 值作為地址，并將電動機10按該各值所能發(fā)生的最大轉(zhuǎn)矩作為限制轉(zhuǎn)矩Tifmax而寫入的 存儲區(qū)域，在本實施例中意味著控制裝置30內(nèi)的未圖示的RAM的一個存儲區(qū)域。二次電壓 的上限值Vmax越高則限制轉(zhuǎn)矩Tifmax越大，反之越低則越小。另外，旋轉(zhuǎn)速度ω越低則 限制轉(zhuǎn)矩Tifmax越大，越高則越小。在電機控制裝置30內(nèi)具有寫入了該限制轉(zhuǎn)矩表的數(shù)據(jù)Tifmax的非易失性存儲 器，在控制裝置30上施加動作電壓而使控制裝置30初始化自身以及圖1所示的電機驅(qū)動 系統(tǒng)這一過程，從非易失性存儲器中讀出并寫入RAM。雖然在控制裝置30上具有多個其他 同樣的查找表并將在后面言及，但它們也與限制轉(zhuǎn)矩表同樣地意味著被寫入處于非易失性 存儲器的參照數(shù)據(jù)的、RAM上的存儲區(qū)域。電機控制裝置30基于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩f和旋轉(zhuǎn)速度ω來判斷是“牽引”還是“再生”，若 是“牽弓丨”就從“牽弓丨”組內(nèi)的被分配給目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 "的二次目標(biāo)電壓表中讀出被分配給電動 機10的旋轉(zhuǎn)速度ω的二次目標(biāo)電壓Vuc*，若是“再生”就從“再生”組內(nèi)的被分配給目標(biāo) 轉(zhuǎn)矩f的二次目標(biāo)電壓表中讀出被分配給電動機10的旋轉(zhuǎn)速度ω的二次目標(biāo)電壓Vuc*， 并經(jīng)由驅(qū)動電路沈?qū)ψ儞Q器20進(jìn)行控制以使得傳感器觀檢測出的二次電壓吻合于目標(biāo) 電壓Vuc*。電機控制裝置30通過輸出運算32、電機電流控制42以及電壓變換43，進(jìn)行分別 在電動機10轉(zhuǎn)子上的磁極對的方向采用d軸并在與該d軸成直角的方向采用q軸的、基于 公知的d_q軸模型上的矢量控制運算的電機電流反饋控制。因而控制裝置30對電流傳感器 14,15的電流檢測信號iV、iW進(jìn)行數(shù)字變換并讀入，通過電流反饋運算49利用公知的固定 /旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換即三相/ 二相變換，將固定坐標(biāo)上的三相電流值iU、iV、iW變換成旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 上的d軸以及q軸的二相電流值id、iq。此外，由于iU+iV+iW = 0所以基于其計算出iU。作為查找表之一的第1高效率轉(zhuǎn)矩曲線表A處于輸出運算32中，在此第1高效率 轉(zhuǎn)矩曲線表A中寫入有與電機速度ω以及電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Τ*對應(yīng)起來的、用于按各電機速 度發(fā)生各目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 "的各d軸電流值id。雖然對應(yīng)于d軸電流id以及q軸電流iq的各值來確定電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，但針 對一個旋轉(zhuǎn)速度值、亦即在同一電機旋轉(zhuǎn)速度下，用于輸出同一轉(zhuǎn)矩的id、iq的組合卻存 在無數(shù)個，并處于恒轉(zhuǎn)矩曲線上。在恒轉(zhuǎn)矩曲線上有電力使用效率最高的(最低電力消耗 的)id、iq的組合，那里就是高效率轉(zhuǎn)矩點。將多個轉(zhuǎn)矩曲線上的高效率轉(zhuǎn)矩點連結(jié)起來的 曲線就是高效率轉(zhuǎn)矩曲線，并相對于各旋轉(zhuǎn)速度而存在。通過將針對電機的旋轉(zhuǎn)速度的高 效率轉(zhuǎn)矩曲線上的、所提供的電機目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 "位置的d軸電流id以及q軸電流iq作為目 標(biāo)電流值進(jìn)行電動機10的加載，電動機10輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T*，而且電機加載的電力使用效率 較高。在本實施例中，將高效率轉(zhuǎn)矩曲線分成表示d軸值的第1高效率轉(zhuǎn)矩曲線A和表 示q軸值的第2高效率轉(zhuǎn)矩曲線B這兩個系統(tǒng)，而且，第1高效率轉(zhuǎn)矩曲線A是使適用于牽 引區(qū)域的和適用于再生區(qū)域的成對的曲線，均表示相對于電機旋轉(zhuǎn)速度和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的d軸目標(biāo)電流。第1高效率轉(zhuǎn)矩曲線表A就是寫入了被分配給目標(biāo)轉(zhuǎn)矩f的、用于以最低電力消 耗發(fā)生目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的d軸目標(biāo)電流的存儲區(qū)域，并將牽引用的牽引表Al和再生用的再生表A2 結(jié)合起來成對地構(gòu)成。采用牽引用和再生用的哪一個表是基于電動機的旋轉(zhuǎn)速度ω和所 提供的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 "來判斷是牽引還是再生，并按照判斷結(jié)果進(jìn)行決定?？刂蒲b置30通過“輸出運算” 32之中的d軸電流指令的計算，從對應(yīng)于由轉(zhuǎn)矩指 令限制所決定的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 "自第1高效率轉(zhuǎn)矩曲線表A所讀出的d軸電流值id中減去d 軸弱勵磁電流八1(1，計算出(1軸目標(biāo)電流1『為1『=1(1-八士(1。在q軸電流指令的計算中使用處于輸出運算32中的第2高效率轉(zhuǎn)矩曲線表B。第 2高效率轉(zhuǎn)矩曲線表B是將高效率轉(zhuǎn)矩曲線的表示q軸值的第2高效率轉(zhuǎn)矩曲線B進(jìn)一步 修正成表示減去與d軸弱勵磁電流Aid成對的q軸弱勵磁電流Aiq后的q軸目標(biāo)電流的 曲線，并保存了修正后的第2高效率轉(zhuǎn)矩曲線B的數(shù)據(jù)。第2高效率轉(zhuǎn)矩曲線表B就是寫 入了被分配給目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 "以及d軸弱勵磁電流Aid的、用于以最低電力消耗發(fā)生目標(biāo)轉(zhuǎn) 矩的d軸目標(biāo)電流、亦即修正后的第2高效率轉(zhuǎn)矩曲線B的目標(biāo)電流值的存儲區(qū)域，它也是 將牽引用的牽引表Bl和再生用的再生表B2結(jié)合起來成對地構(gòu)成的。采用牽引用和再生用 的哪一個是基于電動機的旋轉(zhuǎn)速度ω和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Τ*來判斷是牽引還是再生，并按照判斷 結(jié)果進(jìn)行決定。在q軸電流指令的計算中從第2高效率轉(zhuǎn)矩曲線表B中讀出被分配給目標(biāo)轉(zhuǎn)矩T* 以及d軸弱勵磁電流AidWq軸目標(biāo)電流iq*，并作為q軸電流指令。電機控制裝置30通過電機電流控制計算出d軸目標(biāo)電流icf與d軸電流id的電 流偏差S id、以及q軸目標(biāo)電流icf與q軸電流iq的電流偏差δ iq，并基于各電流偏差 δ id, Siq進(jìn)行比例控制以及積分控制(反饋控制的PI運算)，并基于其輸出通過電壓變 換43計算出作為輸出電壓的d軸電壓指令值VcT以及q軸電壓指令值Vcf。接著，通過旋轉(zhuǎn)/固定坐標(biāo)變換即二相/三相變換47，將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的目標(biāo)電壓 Vd*以及Vcf按照二相/三相變換而變換成固定坐標(biāo)上的三相目標(biāo)電壓VU*、W、Vff*,并發(fā) 送給PWM脈沖發(fā)生器48。在電壓控制模式為二相調(diào)制時，就調(diào)制成二相目標(biāo)電壓并發(fā)送給 PWM脈沖發(fā)生器48。當(dāng)PWM脈沖發(fā)生器48被給與了各相目標(biāo)電壓時，就變換成用于輸出這 些各值的電壓的PWM脈沖MU、MV、麗，并輸出到圖1所示的驅(qū)動電路四。驅(qū)動電路四基于 PWM脈沖MU、MV、麗并行地發(fā)生6列驅(qū)動信號，并利用各列的驅(qū)動信號使電壓型逆變器16 的晶體管Trl Tr6分別接通/斷開。由此，在電動機10的定子線圈11 13上分別施加 各相目標(biāo)電壓以流過相電流iU、iV以及iW。在被給與了二相調(diào)制模式的各相目標(biāo)電壓時， PWM脈沖發(fā)生器就發(fā)生如下信號二相發(fā)生PWM脈沖而使剩余的一相接通或者斷開(恒壓 輸出)。在被給與了單脈沖調(diào)制模式的各相目標(biāo)電壓時，輸出使各相為矩形波通電的通電區(qū) 間信號。此外，在弱勵磁電流運算中計算出用于弱勵磁控制的參數(shù)即電壓飽和指標(biāo)m。亦 即、基于d軸電壓指令值Vd*以及q軸電壓指令值Vcf，計算出電壓飽和計算值Δ V作為表 示電壓飽和程度的值，以計算勵磁調(diào)整值。在勵磁調(diào)整值的計算中，對Δν進(jìn)行累計，在累 計值Σ ΔΥ采取正值時在累計值Σ ΔΥ上乘以正比例常數(shù)以計算出用于進(jìn)行弱勵磁控制的 d軸弱勵磁電流Aid，并設(shè)定成正值，在電壓飽和計算值ΔΥ或者累計值Σ ΔΥ采取零以下值時將上述調(diào)整值Δ id以及累計值Σ ΔΥ設(shè)成零。調(diào)整值Δ id在d軸電流指令的計算以 及q軸電流指令的計算中被使用。作為轉(zhuǎn)子的位置角的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度(磁極位置)θ是位置運算45基于被注入 到電機10的三相電流中(重疊)的高頻電壓Vdh*、Vqh*，通過經(jīng)高頻對應(yīng)的正交2軸電感 LcULq的位置角運算而計算出來。計算出的位置角θ在速度運算46中被用于電機旋轉(zhuǎn)速 度ω的計算，另外，還在二相/三相變換47以及三相/ 二相變換中被用于相變換。為了在電機10上注入高頻電流，在本實施例中，利用高頻電流控制33Α生成在低 目標(biāo)轉(zhuǎn)矩(低電流值)下為低水平，隨著目標(biāo)轉(zhuǎn)矩變高而成為高水平的高頻電流指令idh*、 iqh*，并通過加減運算41d、41q相加在正交2軸的目標(biāo)電流值icf、iq*中。由此，在電壓變 換43的輸出中就包含有與已注入的高頻電流對應(yīng)的高頻電壓VdtA Vqh*。帶通濾波器44 將其抽取出來。濾波器44抽取出的高頻電壓VdtAVqh(瞬時值)被給與了位置運算45，位 置運算45計算出與這些值對應(yīng)的位置角θ并進(jìn)行輸出。在本實施例的高頻電流控制33Α中具有用于發(fā)生針對d、q軸的高頻(在本例為 500Hz)的一對恒振幅電流信號ido、iqo的高頻生成34 ；以及以目標(biāo)轉(zhuǎn)矩各值為地址并將 與各目標(biāo)轉(zhuǎn)矩對應(yīng)起來的高頻振幅作為電流水平指定數(shù)據(jù)的高頻振幅表(RAM—個區(qū)域的 數(shù)據(jù)群)3fe。從表35a中讀出與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Τ*建立對應(yīng)的高頻振幅(目標(biāo)振幅)，乘法運算 (放大)36將恒振幅電流信號ido、iqo放大成目標(biāo)振幅并輸出到加減運算41d、41q。由于在高頻振幅表35a中對應(yīng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩各值寫入有其值越高則越高水平、越低 則越低水平的高頻振幅，所以高轉(zhuǎn)矩(高電流)下的位置角計算的精度變高，低轉(zhuǎn)矩(低電 流)下的電力損耗變小。此外，在變形實施方式中，高頻振幅表35a的數(shù)據(jù)可以不是高頻振幅而是放大增 益，乘法運算(放大)36以從表35a中讀出的放大增益將恒振幅電流信號ido、iqo進(jìn)行放 大并輸出到加減運算41d、41q中。在后述的實施例2以及3的變形實施方式中也同樣如此。實施例2在圖3中表示第2實施例的電機控制裝置30之功能構(gòu)成。在此第2實施例中，利 用矢量運算37計算出通過三相/ 二相變換將電機的三相電流變換成正交2軸值的d軸電 流id以及q軸電流的矢量合成值亦即正交2軸坐標(biāo)下的目標(biāo)電流值io。在表35b中以目 標(biāo)轉(zhuǎn)矩 "對應(yīng)的目標(biāo)電流值io的各值為地址，保存著作為電流水平指定數(shù)據(jù)的高頻振幅 (目標(biāo)振幅)。從表35b中讀出與現(xiàn)在的目標(biāo)電流值io對應(yīng)起來的高頻振幅(目標(biāo)振幅)， 乘法運算(放大)36將恒振幅電流信號ido、iqo放大成目標(biāo)振幅并輸出到加減運算41d、 41q。第2實施例的其他構(gòu)成以及功能與上述第1實施例相同。實施例3在圖4中表示第3實施例的電機控制裝置30之功能構(gòu)成。在此第3實施例中，在 高頻電流控制33C的表35c中以電機電流值(反饋值)的各值為地址，保存著作為電流水 平指定數(shù)據(jù)的高頻振幅(目標(biāo)振幅)。利用矢量運算50計算出電機的三相電流通過三相/ 二相變換49變換成正交2軸值的d軸電流id以及q軸電流的矢量合成值亦即正交2軸坐 標(biāo)下的電機電流值(反饋電流值)if。利用低域濾波器51使計算值(瞬時值)平滑化(DC 變換)，從表35c中讀出與計算值(電機電流值)對應(yīng)的高頻振幅(目標(biāo)振幅)，利用乘法 運算(放大)36將恒振幅電流信號id0、iq0放大成目標(biāo)振幅，并輸出到加減運算41d、41q。第3實施例的其他構(gòu)成以及功能與上述第1實施例相同。
權(quán)利要求
1.一種無傳感器電動機控制裝置，其不使用用于檢測轉(zhuǎn)子為凸極性的電動機的磁極位 置的傳感器，而具備在上述電動機中重疊高頻電流來推定上述電動機的轉(zhuǎn)子的磁極位置的 磁極位置推定單元，該無傳感器電動機控制裝置的特征在于，具備高頻電流控制單元，該高頻電流控制單元基于上述電動機的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小 來變更上述高頻電流的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無傳感器電動機控制裝置，其特征在于，上述電動機的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小越大，則上述高頻電流控制單元越增大上述高頻電流；上述電動機的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小越小，則上述高頻電流控制單元越減小上述高頻電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無傳感器電動機控制裝置，其特征在于，上述高頻電流控制單元包括發(fā)生高頻電流信號的高頻發(fā)生單元；由與上述電動機的 轉(zhuǎn)矩或者電流的各值對應(yīng)的各電流水平指定數(shù)據(jù)的集合構(gòu)成的表；以及將高頻電流信號放 大成與現(xiàn)在的轉(zhuǎn)矩或者電流對應(yīng)的處于該表中的電流水平指定數(shù)據(jù)所表示的水平來生成 上述高頻電流的單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無傳感器電動機控制裝置，其特征在于，上述表的各電流水平指定數(shù)據(jù)是振幅指定數(shù)據(jù)；上述高頻電流控制單元將上述高頻電 流信號的振幅放大成上述振幅指定數(shù)據(jù)所指定的振幅，來生成上述高頻電流指令值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無傳感器電動機控制裝置，其特征在于，上述表的各電流水平指定數(shù)據(jù)是增益指定數(shù)據(jù)；上述高頻電流控制單元以上述增益指 定數(shù)據(jù)所指定的增益放大上述高頻電流信號，來生成上述高頻電流指令值。
全文摘要
本發(fā)明的無傳感器電動機控制裝置可以從低轉(zhuǎn)矩(低電流)到高轉(zhuǎn)矩(高電流)提高位置角(θ)的計算精度并抑制低轉(zhuǎn)矩下的電力損耗，其不使用檢測電動機(10)的磁極位置的傳感器，并具備在電動機上重疊高頻電流(idh＊、iqh＊)以推定上述電動機的轉(zhuǎn)子的磁極位置的磁極位置推定單元(45)，其中上述電動機(10)具有持凸極性的轉(zhuǎn)子，所述無傳感器電動機控制裝置還具備基于電動機(10)的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小來變更高頻電流的大小的高頻電流控制單元(33)。若電動機(10)的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小越大則該控制單元(33)相應(yīng)地加大高頻電流，若電動機的轉(zhuǎn)矩或者電流的大小越小則相應(yīng)地減小高頻電流。通過對以電動機的轉(zhuǎn)矩或者電流為地址的表進(jìn)行訪問，讀出高頻電流值指定數(shù)據(jù)并確定高頻電流值。
文檔編號H02P6/16GK102124644SQ20098013149
公開日2011年7月13日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者西村圭亮, 陳志謙 申請人:愛信艾達(dá)株式會社