專利名稱：電動機控制裝置及其磁極位置檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在不使用位置傳感器和速度傳感器的情況下驅(qū)動電動機的電動機控制裝置及其磁極位置檢測方法。
背景技術(shù)：
公知有為了檢測電動機的轉(zhuǎn)子磁極而利用電動機的磁飽和的控制裝置。作為該電動機控制裝置的例子，可列舉如下。在專利文獻I的電動機控制裝置中，在停止的同步電動機的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d軸方向施加與交流電流指令idr對應(yīng)的電力，使用反饋檢測到的“交流電流指令idr產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)q軸方向的電流iq’的振幅值”，執(zhí)行磁極位置估計值Θ ~的收斂運算，將收斂的磁極位置估計值θ~估計為同步電動機的磁極位置Θ的真值。并且，在專利文獻2的電動機控制裝置中，對于作為電動機的估計磁極軸的dc軸上的電壓指令施加微小變化，其結(jié)果為，利用電流脈動成分為正的期間與為負的期間之差、或者正側(cè)、負側(cè)中的電流變化率之差來判別磁極軸的極性，在dc軸和與其垂直的qc軸雙方上施加針對上述電壓指令的微小變化，根據(jù)各軸上的電流脈動成分，直接估計電動機的磁極位置?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開平10-229699號公報專利文獻2 日本特開2002-78392號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題然而，上述電動機控制裝置利用電動機的磁飽和、即N極、S極的電感Ld的差異，對微小電壓脈沖所產(chǎn)生的電動機電流的正負的流通時間的差進行比較，判別轉(zhuǎn)子磁極的極性。根據(jù)使用的磁性材料的不同，電動機的磁飽和的特性不同，并且，在產(chǎn)業(yè)用途中使用的釹磁鐵的磁鐵工作點較高。即，關(guān)于由不流過電動機電流的狀態(tài)下的定子和轉(zhuǎn)子形成的磁路的磁化特性，因位處于由B-H曲線表示的磁滯的飽和狀態(tài)的附近，所以，如果是微小的電壓，則很難觀測到飽和的影響。因此，本發(fā)明的目的在干，提供ー種電動機控制裝置及其控制方法，使用利用了電動機磁滯特性的磁極檢測方法，不受電動機轉(zhuǎn)子的磁飽和的影響地可靠地進行磁極位置檢測。解決問題的手段 為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，應(yīng)用以下電動機控制裝置，該電動機控制裝置具備永磁電動機；電カ變換器，其通過PWM控制向所述永磁電動機施加交流電壓指令，該交流電壓指令基于作為該永磁電動機的磁通方向的d軸電壓指令和與其垂直的q軸電壓指令；電流檢測器，其與所述PWM控制的周期同步地檢測流過所述永磁電動機的電動機電流；電流分布發(fā)生器，其生成電流分布；探測電壓運算器，其根據(jù)所述電流分布，對探測電壓脈沖進行運算并與所述d軸電壓指令相加；磁極位置檢測器，其根據(jù)所述電動機電流和所述探測電壓脈沖，對所述永磁電動機的磁極位置進行檢測；極性判別評價電流運算器，其根據(jù)所述電動機電流的d軸電流值運算極性判別評價電流，該極性判別評價電流用于判別所述永磁電動機的磁極極性；以及極性檢測器，其根據(jù)所述極性判別評價電流與所述電流指令間的偏差，判別所述磁極極性，輸出相位校正量。此外，應(yīng)用如下的上述電動機控制裝置，其中，所述磁極位置檢測器具備符號檢測器，其檢測所述探測電壓脈沖的極性；第I乘法器，其將規(guī)定的増益與該符號檢測器的輸出值相乘；第2乘法器、第3乘法器，它們按每個成分將所述電動機電流的2相電流檢測值與所述第I乘法器的輸出相乘；濾波器，其使用該第2乘法器和第3乘法器的輸出，提取與所述探測電壓脈沖的周期同步的所述2相電流檢測值各自的峰值Icos、Isin ；以及反正切運算器，其通過所述峰值Icos、Isin的反正切運算來計算磁極位置。 此外，應(yīng)用如下的上述電動機控制裝置，其中，所述極性檢測器具備減法器，其對所述電流分布與所述極性判別評價電流間的偏差進行運算；脈沖發(fā)生器，其生成所述探測電壓脈沖的2倍頻率的脈沖序列；第4乘法器，其將所述減法器的輸出與所述脈沖序列相乘；失真方向判別器，其判別通過低通濾波器或者積分器疊加了該乘法器的輸出后的直流成分的極性；以及補償量選定器，其根據(jù)該失真方向判別器的輸出，將0[rad]或者π [rad]作為所述相位校正量進行輸出。此外，應(yīng)用如下的上述電動機控制裝置，該電動機控制裝置的特征在于，所述極性判別評價電流運算器由帶通濾波器構(gòu)成，從所述電動機電流的d軸電流值中提取與探測脈沖電壓相同的頻率，該帶通濾波器的固有角頻率被設(shè)定為與對所述電流分布設(shè)定的頻率相同。此外，應(yīng)用如下的上述電動機控制裝置，該電動機控制裝置具備電壓振幅運算器，其對輸入到所述電カ變換器的電壓指令值的振幅進行運算；以及電流分布修正器，其在所述電壓指令值的振幅是所述電カ變換器能夠輸出的最大電壓值以上的情況下，修正所述電流分布的振幅或者頻率。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的其他的方面，應(yīng)用以下的磁極位置檢測方法，該磁極位置檢測方法包括通過PWM控制向永磁電動機施加交流電壓指令的步驟，該交流電壓指令基于作為所述永磁電動機的磁通方向的d軸電壓指令和與其垂直的q軸電壓指令；與所述PWM控制的周期同步地檢測流過該永磁電動機的電動機電流的步驟；根據(jù)生成的電流分布對探測電壓脈沖進行運算的步驟；將探測電壓脈沖與所述d軸電壓指令的相加值重新設(shè)為d軸電壓指令的步驟；根據(jù)所述電動機電流和所述探測電壓脈沖檢測所述永磁電動機的磁極位置的步驟；根據(jù)所述電動機電流的d軸電流值運算極性判別評價電流的步驟，該極性判別評價電流用于判別所述永磁電動機的磁極極性；根據(jù)所述極性判別評價電流與所述電流分布間的偏差判別所述磁極極性的步驟；根據(jù)所述磁極極性的判別結(jié)果將O[rad]或者[rad]作為所述相位校正量進行輸出的步驟；以及將所述磁極位置與所述相位校正量相加而重新設(shè)為磁極位置的步驟。
發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，對于電動機轉(zhuǎn)子的磁飽和的影響或向電動機施加的電壓的變動，可靠地進行磁極位置檢測，因此能夠在短時間內(nèi)高精度地檢測磁極位置。


圖I是本發(fā)明的第I實施方式的電動機控制裝置的框圖。圖2是該實施方式的磁極位置檢測器106的詳細框圖。圖3是該實施方式的極性檢測器109的詳細框圖。圖4是對電流分布和發(fā)生電流的失真進行說明的圖。圖5是對電動機101具有的磁滯特性和磁化軌跡進行說明的圖。圖6是示出基于電流分布而產(chǎn)生的電流波形的圖。圖7是本發(fā)明的第2實施方式的電動機控制裝置的框圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，通過對相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的標(biāo)號，來適當(dāng)?shù)厥÷灾貜?fù)說明。<第I實施方式>首先，參照圖I對本發(fā)明的第I實施方式的電動機控制裝置I的結(jié)構(gòu)進行說明。圖I是本發(fā)明的第I實施方式的電動機控制裝置I的框圖。如圖I所示，本實施方式的電動機控制裝置I具備電動機101、電流檢測器102、電カ變換器103、3相2相變換器104、dq變換器105、磁極位置檢測器106、電流控制器107、極性判別評價電流運算器108、極性檢測器109、探測電壓運算器110、電流分布發(fā)生器111以及加法器112、113。電動機101是作為控制對象的永磁電動機。在電動機101的磁通方向(d軸)和與其垂直的方向(q軸)構(gòu)成的坐標(biāo)系內(nèi)，進行以下的電動機控制。電流檢測器102與進行后述的PWM控制的周期同步地檢測流過電動機101的電流，作為3相電流(iu、iv、iw)輸出。雖未圖示，但電カ變換器103按姆個PWM開關(guān)(switching)周期對將輸入的交流電壓進行整流而得到的直流母線電壓進行PWM控制，基于后述的d軸和q軸電壓指令(V*sd、V*sq)、后述的磁極位置Θ與相位校正量Δ Θ的相加值來生成電壓指令,施加給電動機101。3相2相變換器104將3相電流(丨11、“、丨《)變換為2相的交流電流(丨バ、丨5^)。dq變換器105將2相的交流電流(isa、isi3 )變換為d軸和q軸電流(isd、isq)。磁極位置檢測器106根據(jù)2相的交流電流(is a、 8β )和后述的探測電壓脈沖Vposi對磁極位置Θ進行檢測。電流控制器107以d軸以及q軸電流指令(i*sd、i*sq)、與d軸以及q軸電流(isd、isq) 一致的方式進行控制，輸出d軸以及q軸電壓指令(V*sd、V*sq)。極性判別評價電流運算器108由帶通濾波器構(gòu)成，從d軸電流isd提取與探測脈沖電壓相同的頻率，將其作為極性判別評價電流idh進行輸出。濾波器的固有角頻率被設(shè)定為與對后述的電流分布Iposi設(shè)定的頻率相同。 極性檢測器109根據(jù)極性判別評價電流idh和電流分布Iposi，判別轉(zhuǎn)子磁極的極性，輸出相位校正量Λ Θ。關(guān)于極性檢測器109的動作，在后面敘述。探測電壓運算器110被輸入后述的電流分布Iposi，將電流分布Iposi的時間微分值與電感設(shè)定值LcT相乘來運算探測電壓脈沖Vposi，輸出至磁極位置檢測器106和加法器112。電流分布Iposi是三角波狀的信號，因此探測電壓脈沖Vposi是矩形波狀的信號，其周期相同。另外，探測電壓脈沖Vposi是用于磁極位置檢測的探測電壓。電感設(shè)定值Lcf是由電動機設(shè)計值、試運轉(zhuǎn)調(diào)整值或者在起動前進行的自動調(diào)諧 方法等來確定的。另外，此處所述的“電流分布”是指，預(yù)先設(shè)定電流變化模式，是考慮探測電壓脈沖Vposi為電カ變換器能夠輸出的最大電壓以下、產(chǎn)生的電流為電動機額定電流以下的條件而作成的，完全不需考慮電動機的磁飽和的影響，該電流變化模式是在將探測電壓脈沖Vposi施加到電動機的情況下，內(nèi)置在電動機中的磁鐵工作點沿著磁滯特性的局部回路移動時產(chǎn)生的。該電流變化模式是以零為中心、正負具有相同振幅的固定周期的三角波狀的電流指令信號，通過其電流峰值、變化率或頻率來設(shè)定。電流分布發(fā)生器111產(chǎn)生與電動機101相應(yīng)的電流分布Iposi，向極性檢測器109和探測電壓運算器110輸出。另外，所輸出的電流分布Iposi的變化率是固定的，其頻率是與探測脈沖電壓相同的頻率。產(chǎn)生電流分布Iposi的周期與電流檢測器102中的3相電流(iu、iv、iw)的檢測相同，與PWM控制的周期同歩。此外，在電流分布Iposi的產(chǎn)生周期內(nèi)至少進行4次以上的電流檢測。不僅限定于此，例如，按照PWM控制的周期進行電流檢測的周期，且設(shè)為PWM開關(guān)周期的一半，進而按照PWM開關(guān)周期的2倍以上的周期產(chǎn)生電流分布Iposi即可。加法器112將d軸電壓指令V*sd與探測電壓脈沖Vposi相加，重新作為d軸電壓指令V*sd進行輸出。加法器113將磁極位置Θ與相位校正量Λ Θ相加，重新作為磁極位置Θ向電カ變換器103輸出。接著，參照圖2對本實施方式的磁極位置檢測器106進行說明。圖2是本實施方式的磁極位置檢測器106的詳細框圖。如圖2所示，本實施方式的磁極位置檢測器106具備符號檢測器201、乘法器202、乘法器203、増益放大器204、濾波器205、206以及反正切運算器207。此外，與將探測電壓脈沖Vposi和d軸電壓指令V*sd相加的周期，即電流分布Iposi的產(chǎn)生周期同步地計算磁極位置Θ。在探測電壓脈沖Vposi的極性為正的情況下，符號檢測器201輸出為1，為負的情況下，輸出為-I。增益放大器204將增益Gh與符號檢測器201的輸出相乘。乘法器202、203按照2相的交流電流(is a、is β )的α、β的每個成分，與增益放大器204的輸出相乘。濾波器205、206將乘法器202、203各自的輸出作為輸入，提取2相的交流電流(is α、is β )的各自的峰值(Icos、Isin)。濾波器205、206構(gòu)成為分母為s + cocv、分子為S· C ( S為微分運算符)的不完全微分器，固有角頻率《CV、COC是考慮了防止檢測延遲的規(guī)定值。由此，濾波器205、206通過位于分子的微分要素來提取電流的峰值，通過位于分母的低頻域濾波器要素除去開關(guān)噪聲。反正切運算器207通過峰值(Icos、Isin)的反正切運算來計算磁極位置Θ。這樣，磁極位置檢測器106根據(jù)2相的交流電流(is α、 8β )和探測電壓脈沖Vposi，檢測磁極位置Θ。另外，關(guān)于該磁極位置Θ，未完成轉(zhuǎn)子磁極的判別。接著，對在本實施方式中利用的磁極位置Θ和轉(zhuǎn)子磁極的極性的檢測原理進行說明，然后，對極性檢測器109的具體的工作進行說明。、
首先，使用圖4、圖5對電流分布Iposi和發(fā)生電流Ireal的失真進行說明。圖4是對電流分布Iposi和產(chǎn)生電流Ireal的失真進行說明的圖，也一同對引起電流Ireal產(chǎn)生的探測電壓脈沖Vposi進行了圖示。可知發(fā)生電流Ireal受到磁滯回路的影響而失真的情況。另外，在圖4中，將電流檢測的周期設(shè)為Ts，圖示了在作為三角波狀信號的電流分布Iposi的I個周期內(nèi)進行了 4次電流檢測的情況。圖5是對電動機101具有的磁滯特性和磁化軌跡進行說明的圖，圖5 Ca)是對電動機101具有的磁滯特性(主回路)進行說明的圖，圖5 (b)是對電動機101具有的部分的磁滯特性(局部回路)進行說明的圖，圖5 (c)是對基于將N極作為電壓施加的正側(cè)、S極作為電壓施加的負側(cè)時的施加電壓VdN的磁化軌跡進行說明的圖，圖5 Cd)是對基于將S極作為電壓施加的正側(cè)、N極作為電壓施加的負側(cè)時的施加電壓VdS的磁化軌跡進行說明的圖，圖5 (e)是將磁阻Rm的變化近似而進行說明的圖。一般來講，在轉(zhuǎn)子具有永久磁鐵的電動機中，具有圖5 Ca)所示的磁滯特性(主回路)。圖5 (a)中的磁滯特性的中心的箭頭示出初始磁化曲線,從Path A向Path B以向左旋轉(zhuǎn)的方式描繪磁化軌跡。此處，在磁鐵工作點位于由圖5 (b)的左圖的點P示出的位置的狀態(tài)下，通過圖5 (c)的施加電壓VdN、圖5 (d)的施加電壓VdS，產(chǎn)生由圖5 (b)的放大圖示出的稱為局部回路的部分的磁滯磁化軌跡?；趫D5(c)所示的施加電壓VdN的磁化軌跡沿著圖5(b)的右圖中所示的v_x_y_z的順序。此時，因為v-x區(qū)域的磁阻Rmtty-z區(qū)域(斜線部)的磁阻Rm大，所以產(chǎn)生的電流idN在各自的區(qū)域中電流波形的失真產(chǎn)生差別?；趫D5(d)所示的施加電壓VdS的磁化軌跡沿著圖5(b)的右圖中所示的y-z_v_x的順序。此時,產(chǎn)生的電流idS與電流idN順序相反。磁阻Rm越大則電感Ld越小，因此，此時發(fā)生的電流響應(yīng)變得陡峭。相反，當(dāng)磁阻Rm較小時，電流響應(yīng)變慢。由此，由于磁滯回路的影響，產(chǎn)生的電流發(fā)生失真，上述電流idS成為電流idN那樣的波形。圖6是示出基于電流分布Iposi而發(fā)生的電流波形的圖。在圖6中示出將基于電流分布Iposi而產(chǎn)生的電流作為2相的交流電流(is a、is β )來觀測的情況。其示出在嵌入磁鐵電動機中，在轉(zhuǎn)子中的永久磁鐵的極(N極或者S極)所存在的方向上，因為磁阻Rm較大，所以電感Ld變小，在不存在極的方向中，因為電感Ld較大，所以電流的峰值基于電感分布而變化。同樣，在表面磁鐵電動機的情況下，由于基于電流分布Iposi而產(chǎn)生的電流，磁通的磁路在定子槽的橋(bridge)部局部地變窄。此處磁阻較大、電感Ld變小，在定子磁心(core)的中心部電感Ld變大，因此2相的交流電流(is a、isi3 )的峰值產(chǎn)生變化。在作為控制對象的電動機101內(nèi)置了定子磁心的情況下出現(xiàn)該現(xiàn)象。因此，如果提取通過電流分布Iposi而產(chǎn)生的2相的交流電流(is a、is^)的峰值，則其變動周期與磁極位置的周期相同?；谠撛?，在磁極位置檢測器106中對磁極位置Θ進行檢測。接著，說明利用使用圖5 (a)至(d)而說明的磁滯回路的影響來檢測轉(zhuǎn)子磁極的極性的方法。如上所述，由于該磁滯回路的影響，如圖4所示那樣，產(chǎn)生電流Ireal發(fā)生了失真。此時的失真成分包含較多的施加的探測電壓脈沖Vposi的頻率的2倍頻率。在下面說明其 原因。例如，如圖5 (b)所示，在施加電壓VdN的I個周期中，前半周期具有如下過程在磁路上，從磁滯回路的工作點P經(jīng)由V，到達磁阻Rm最小的點，并且，經(jīng)由X，返回到工作點附近，后半周期具有如下過程從工作點附近經(jīng)由y，到達磁阻Rm最大的點，經(jīng)由z返回到工作點附近。此處，如果在v-x-y-z各自的區(qū)域中將磁阻Rm的值設(shè)為固定，則根據(jù)圖5 (C)的施加電壓VdN、產(chǎn)生的電流idN，磁阻Rm能夠近似為圖5 (e)那樣。即，在施加電壓VdN的I個周期中，磁阻Rm存在2個周期的變化，進而，在靠近N極側(cè)的v-x和靠近S極側(cè)的y-z中，磁阻Rm的大小不同，相對于X區(qū)域，z區(qū)域中的值較小，相對于V區(qū)域，y區(qū)域中的值較小。由此,基于探測電壓脈沖Vposi的產(chǎn)生電流Ireal表現(xiàn)為探測電壓脈沖Vposi的2倍頻率。該頻率成分由于在前面說明的電感的變化，在施加到N極的情況與施加到S極的情況下，振幅發(fā)生變動。即，在施加到N側(cè)的情況下，探測電壓脈沖Vposi的2倍頻率成分的負側(cè)的振幅増大，在施加到S側(cè)的情況下，正側(cè)的振幅増大。轉(zhuǎn)子磁極的極性基于上述原理。下面說明的極性檢測器109利用了如上述那樣變動的振幅在正側(cè)較大、還是在負側(cè)較大的情況。由此，因為是利用電動機磁滯特性的方法，所以能夠在不受電動機轉(zhuǎn)子的磁飽和影響的情況下進行磁極檢測。接著，參照圖3對本實施方式的極性檢測器109進行說明。圖3是本實施方式的極性檢測器109的詳細框圖。如圖3所示，本實施方式的極性檢測器109具備減法器301、乘法器302、脈沖發(fā)生器303、失真方向判別器304以及補償量選定器305。減法器301對電流分布Iposi與極性判別評價電流idh間的偏差進行運算。乘法器302將減法器301的輸出與脈沖發(fā)生器303的輸出相乘，該脈沖發(fā)生器303產(chǎn)生探測脈沖電壓Vposi的2倍頻率的脈沖序列。該乘法結(jié)果的直流成分中包含上述變動的振幅是在正側(cè)較大、還是在負側(cè)較大，即向哪一側(cè)失真的信息。
失真方向判別器304是低通濾波器或者積分器，輸入乘法器302的輸出，除去噪聲。由此，失真方向判別器304根據(jù)提取的直流成分的極性，即、變動的振幅的失真信息來判別磁極的極性。在電動機101為嵌入磁鐵電動機的情況下，如果失真方向判別器304的輸出為正，則補償量選定器305輸出O [rad]作為相位校正量Λ Θ，如果為負，則輸出ji [rad]作為相位校正量Δ Θ，此外，在表面磁鐵電動機的情況下，如果失真方向判別器304的輸出為正，則輸出n [rad]作為相位校正量Λ Θ，如果為負，則輸出O [rad]作為相位校正量Λ Θ。由此，極性檢測器109根據(jù)極性判別評價電流idh與電流分布Iposi來判別轉(zhuǎn)子磁極的極性，輸出O [rad]或者[rad]作為相位校正量Δ Θ。如上所述，本實施方式的電動機控制裝置利用電動機的磁滯特性來判別轉(zhuǎn)子磁極的極性，因此，與電動機轉(zhuǎn)子的磁飽和的影響的大小無關(guān)，而且確切地考慮進入磁滯回路的 電流分布Iposi，能夠在短時間內(nèi)高精度地實現(xiàn)磁極位置檢測。〈第2實施方式>以上，對本發(fā)明的第I實施方式的電動機控制裝置I進行了說明。接著，參照圖7對本發(fā)明的第2實施方式的電動機控制裝置J進行說明。圖7是本發(fā)明的第2實施方式的電動機控制裝置的框圖。該第2實施方式的電動機控制裝置J與第I實施方式的電動機控制裝置I的不同之處在于，具有電流分布發(fā)生器Illa來代替電流分布發(fā)生器111，并且新追加了減法器401、電流分布修正器402以及電壓振幅運算器403，其他的結(jié)構(gòu)相同。因此，以下為了方便說明，省略重復(fù)的說明，以與第I實施方式的不同點為中心進行說明。在電流分布發(fā)生器11 Ia中追加了以下功能根據(jù)來自后述的電流分布修正器402的指示信號，降低在內(nèi)部設(shè)定的頻率、或者峰值。減法器401計算由電壓振幅運算器403運算的指令電壓的振幅值與電力變換器103能夠輸出的最大電壓振幅值的差。電流分布修正器402根據(jù)減法器401計算出的差，在指令電壓是最大電壓以上的情況下，即，在減法器401的運算結(jié)果為正的情況下，向電流分布發(fā)生器Illa輸出指示信號。電流分布發(fā)生器11 Ia根據(jù)該指示信號，以降低作為電流分布Iposi而產(chǎn)生的三角狀電流變化模式的頻率的方式，使周期逐步地増加，直到減法器401的運算結(jié)果為負。此夕卜，預(yù)先設(shè)定周期増加的上限，例如，在超過了 5Ts的情況下，使電流振幅的峰值減少。其減少率例如設(shè)為每次減少初始設(shè)定值的10%。由此，以探測電壓運算器110輸出的探測電壓脈沖Vposi變小的方式進行調(diào)整。如上所述，本實施方式的電動機控制裝置J考慮電力變換器103能夠輸出的最大電壓振幅值，具有修正電流分布Iposi的電流分布修正器402，由此在第I實施方式的電動機控制裝置I起到的作用/效果的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)τ谝蜉斎腚娫措妷旱慕档偷葘?dǎo)致的直流母線電壓的變動可靠地進行磁極位置檢測。即便對于向電力變換器的輸入電源電壓的變動，也同樣地修正電流分布Iposi，因此電カ變換器103在由電壓型逆變器構(gòu)成的情況下特別有效。以上，對本發(fā)明的實施方式進行了說明。但是，如果是所謂的本領(lǐng)域技術(shù)人員，則可以在不脫離本發(fā)明的主g的范圍內(nèi)，根據(jù)上述實施方式進行適當(dāng)變更，此外，還可以適當(dāng)?shù)亟M合并利用基于上述實施方式和變更例的方法。即，即使是實施了這種變更等的技術(shù)，顯然也包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。標(biāo)號說明101永磁電動機102電流檢測器103電カ變換器1043相2相變換器105dq 變換器
106磁極位置檢測器107電流控制器108極性判別評價電流運算器109極性檢測器110探測電壓運算器IllUlla電流分布發(fā)生器112、113 加法器201符號檢測器202、203、302 乘法器204增益放大器205、206 濾波器207反正切運算器301、401 減法器303脈沖發(fā)生器304失真方向判別器305補償量選定器402電流分布修正器403電壓振幅運算器
權(quán)利要求
1.一種電動機控制裝置，其特征在于，該電動機控制裝置具備 永磁電動機； 電カ變換器，其通過PWM控制向所述永磁電動機施加交流電壓指令，該交流電壓指令基于作為該永磁電動機的磁通方向的d軸電壓指令和與其垂直的q軸電壓指令； 電流檢測器，其與所述PWM控制的周期同步地檢測流過所述永磁電動機的電動機電流； 電流分布發(fā)生器，其生成電流分布； 探測電壓運算器，其根據(jù)所述電流分布，對探測電壓脈沖進行運算并與所述d軸電壓指令相加； 磁極位置檢測器，其根據(jù)所述電動機電流和所述探測電壓脈沖，對所述永磁電動機的磁極位置進行檢測； 極性判別評價電流運算器，其根據(jù)所述電動機電流的d軸電流值運算極性判別評價電流，該極性判別評價電流用于判別所述永磁電動機的磁極極性；以及 極性檢測器，其根據(jù)所述極性判別評價電流與所述電流指令間的偏差，判別所述磁極極性，輸出相位校正量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在干， 所述磁極位置檢測器具備 符號檢測器，其檢測所述探測電壓脈沖的極性； 第I乘法器，其將規(guī)定的増益與該符號檢測器的輸出值相乘； 第2乘法器、第3乘法器，它們按每個成分將所述電動機電流的2相電流檢測值與所述第I乘法器的輸出相乘； 濾波器，其使用該第2乘法器和第3乘法器的輸出，提取與所述探測電壓脈沖的周期同步的所述2相電流檢測值各自的峰值Icos、Isin ;以及 反正切運算器，其通過所述峰值Icos、Isin的反正切運算來計算磁極位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在干， 所述極性檢測器具備 減法器，其對所述電流分布與所述極性判別評價電流間的偏差進行運算； 脈沖發(fā)生器，其生成所述探測電壓脈沖的2倍頻率的脈沖序列； 第4乘法器，其將所述減法器的輸出與所述脈沖序列相乘； 失真方向判別器，其判別通過低通濾波器或者積分器疊加了該乘法器的輸出后的直流成分的極性；以及 補償量選定器，其根據(jù)該失真方向判別器的輸出，將O [rad]或者π [rad]作為所述相位校正量進行輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在干， 所述極性判別評價電流運算器由帶通濾波器構(gòu)成，從所述電動機電流的d軸電流值中提取與探測脈沖電壓相同的頻率，該帶通濾波器的固有角頻率被設(shè)定為與對所述電流分布設(shè)定的頻率相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任意一項所述的電動機控制裝置，其特征在干， 該電動機控制裝置具備電壓振幅運算器，其對輸入到所述電カ變換器的電壓指令值的振幅進行運算；以及電流分布修正器，其在所述電壓指令值的振幅是所述電カ變換器能夠輸出的最大電壓值以上的情況下，修正所述電流分布的振幅或者頻率。
6.一種電動機控制裝置的磁極位置檢測方法，其特征在干，該磁極位置檢測方法包括 通過PWM控制向永磁電動機施加交流電壓指令的步驟，該交流電壓指令基于作為所述永磁電動機的磁通方向的d軸電壓指令和與其垂直的q軸電壓指令； 與所述PWM控制的周期同步地檢測流過該永磁電動機的電動機電流的步驟； 根據(jù)生成的電流分布對探測電壓脈沖進行運算的步驟； 將探測電壓脈沖與所述d軸電壓指令的相加值重新設(shè)為d軸電壓指令的步驟； 根據(jù)所述電動機電流和所述探測電壓脈沖檢測所述永磁電動機的磁極位置的步驟； 根據(jù)所述電動機電流的d軸電流值運算極性判別評價電流的步驟，該極性判別評價電流用于判別所述永磁電動機的磁極極性； 根據(jù)所述極性判別評價電流與所述電流分布間的偏差判別所述磁極極性的步驟； 根據(jù)所述磁極極性的判別結(jié)果將O [rad]或者π [rad]作為所述相位校正量進行輸出的步驟；以及 將所述磁極位置與所述相位校正量相加而重新設(shè)為磁極位置的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供電動機控制裝置及其控制方法，利用電動機的磁滯特性，不受電動機轉(zhuǎn)子的磁飽和的影響地可靠地進行磁極位置檢測。電動機控制裝置具備生成電流分布的電流分布發(fā)生器(111)；探測電壓運算器(110)，其根據(jù)電流分布對探測電壓脈沖進行運算并與d軸電壓指令相加；磁極位置檢測器(106)，其根據(jù)探測電壓脈沖檢測永磁電動機的磁極位置；極性判別評價電流運算器(108)，其根據(jù)與PWM控制的周期同步地檢測到的電動機電流的d軸電流值運算極性判別評價電流，該極性判別評價電流用于判別永磁電動機的磁極極性；以及極性檢測器(109)，其根據(jù)極性判別評價電流與電流指令間的偏差來輸出相位校正量。
文檔編號H02P21/00GK102668361SQ20108005861
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者久恒正希, 井手耕三 申請人:株式會社安川電機