專利名稱：Pm電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法以及電動機(jī)常數(shù)計算裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法以及電動機(jī)常數(shù)計算裝置。
背景技術(shù)：
近年來，為了高精度地控制PM電動機(jī)，尋求正確地掌握電動機(jī)的電樞電阻、電感等電動機(jī)常數(shù)。例如，在以不使用傳感器的方式控制PM電動機(jī)的磁極位置的無位置傳感器控制中，大多采用使用電動機(jī)常數(shù)來估計磁極位置的方法。另外，在PM電動機(jī)的矢量控制中，大多應(yīng)用電流控制，使用電動機(jī)常數(shù)以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定電流控制部的增益。于是，已知數(shù)種不使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)而容易地求出PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)I)。在專利文獻(xiàn)I所公開的技術(shù)中，首先，基于使直流電流流過PM電動機(jī)時的輸入電壓和輸入電流來求出繞組電阻值。接著，提取使交流電流流過PM電動機(jī)時的輸入電壓和輸入電流的基波成分，基于輸入電壓和輸入電流各自的大小以及輸入電壓與輸入電流的相位差來求出電感值。由此，求出PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)。另外，求出PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)的另一技術(shù)例如在專利文獻(xiàn)2中公開。根據(jù)專利文獻(xiàn)2，首先，存儲使大小不同的兩個水平的直流電流流過時的各自的電壓。接著，所存儲的兩個水平的電壓之差除以兩個水平的電流之差來計算繞組電阻值。同時，測量到從基于大水平的直流電流的電壓值驟變?yōu)榛谛∷降闹绷麟娏鞯碾妷褐禃r的電流變?yōu)橐?guī)定值為止的時間。然后，基于測量出的時間和計算出的繞組電阻值來計算電感值。但是，在專利文獻(xiàn)I中，到為了求出繞組電阻值而在PM電動機(jī)中流動的直流電流變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)為止，需要時間。另外，存在以下的問題等:由于使用各自分開的試驗信號來測量繞組電阻值和電感值，因此測量中需要時間。并且，若不適當(dāng)?shù)卦O(shè)定為了求出電感值而流動的交流電流的頻率，則相位差的檢測精度會降低。因此，導(dǎo)致所測量出的相位差的誤差變大。另一方面，在專利文獻(xiàn)2中，也與專利文獻(xiàn)I同樣地，到為了求出繞組電阻而在PM電動機(jī)中流動的直流電流變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)為止，需要時間。另外，存在以下的問題等:由于使用各自分開的試驗信號來測量繞組電阻值和電感值，因此測量中需要時間。并且，在測量到從大水平的電壓值驟變?yōu)樾∷降碾妷褐禃r流動的電流變?yōu)橐?guī)定值為止的時間的情況下，水平的判斷、所測量的時間易于包含誤差。另外，存在以下的問題:在電感值根據(jù)電流的大小而變化的電動機(jī)的情況下，無法成為時間常數(shù)固定的響應(yīng)，因此無法計算出正確的電感值。專利文獻(xiàn)1:日本特開2000-312498號公報專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-232573號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電動機(jī)常數(shù)計算方法具有以下步驟:電壓施加步驟，對PM電動機(jī)施加包含直流成分和多個頻率成分的施加電壓；電動機(jī)電流檢測步驟，檢測與通過電壓施加步驟施加的施加電壓相應(yīng)地流動的電動機(jī)電流；以及電動機(jī)常數(shù)計算步驟，基于施加電壓和電動機(jī)電流來計算PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)。由此，能夠在短時間內(nèi)高精度地計算PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式I中的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式I中的計算電動機(jī)常數(shù)的處理流程的流程圖。圖3是說明PM電動機(jī)的單相通電狀態(tài)的等效電路圖。圖4A是表示PM電動機(jī)的傳遞函數(shù)(增益)的頻率特性的圖。圖4B是表示PM電動機(jī)的傳遞函數(shù)(相位)的頻率特性的圖。圖5是表示本發(fā)明的實施方式2中的計算電動機(jī)常數(shù)的處理流程的流程圖。圖6是表示該實施方式中的電動機(jī)電流與電感的關(guān)系的圖。
具體實施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。此外，本發(fā)明并不限定于本實施方式。(實施方式I)下面，使用圖1來說明本發(fā)明的實施方式I中的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法和電動機(jī)常數(shù)計算裝置。圖1是表示本發(fā)明的實施方式I中的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。此外，圖1的框圖僅示出了 PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算裝置所需的功能部分。因此，使用圖1來說明各功能塊的功能和功能塊之間的關(guān)系。如圖1所示，本實施方式的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算裝置至少由電壓指令生成部1、PM電動機(jī)2、逆變器3、電流檢測器4a、4b、電流檢測部5以及電動機(jī)常數(shù)計算部6構(gòu)成。S卩，圖1所示的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算裝置通過如下所示的功能塊的動作來驅(qū)動PM電動機(jī)2。也就是說，電壓指令生成部I生成為了計算電動機(jī)常數(shù)而對PM電動機(jī)2施加的施加電壓的電壓指令。逆變器3接收從電壓指令生成部I輸出的電壓指令來對PM電動機(jī)2施加施加電壓。電流檢測器4a和電流檢測器4b至少檢測從逆變器3流向PM電動機(jī)2的電動機(jī)電流Iu、Iw。電流檢測部5將由電流檢測器4a、4b檢測出的電動機(jī)電流轉(zhuǎn)換為電動機(jī)電流檢測值。電動機(jī)常數(shù)計算部6基于作為電壓指令生成部I的輸出的電壓指令和作為電流檢測部5的輸出的電動機(jī)電流檢測值的輸入來計算PM電動機(jī)2的電動機(jī)常數(shù)。下面，使用圖2至圖4B，并參照圖1來說明各功能塊的動作和作用。圖2是表示本發(fā)明的實施方式I中的計算電動機(jī)常數(shù)的處理流程的流程圖。圖3是說明PM電動機(jī)的單相通電狀態(tài)的等效電路圖。圖4A是表示PM電動機(jī)的傳遞函數(shù)(增益)的頻率特性的圖。圖4B是表示PM電動機(jī)的傳遞函數(shù)(相位)的頻率特性的圖。如圖2所示，首先，當(dāng)開始電動機(jī)常數(shù)計算的處理時，逆變器3對PM電動機(jī)2施加直流電壓，將PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子引入到規(guī)定的位置。這是為了預(yù)先將PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子固定在規(guī)定的位置，是因為，PM電動機(jī)2由于轉(zhuǎn)子中存在磁體而有時會由于電壓的施加而轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)動。因此，優(yōu)選的是電動機(jī)常數(shù)的計算在PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子靜止的狀態(tài)下進(jìn)行。因此，對例如U相施加Va的直流電壓、并對V相和W相施加-Va/2的直流電壓，來將PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子引入到規(guī)定的位置(步驟S101)。此外，直流電壓Va例如被設(shè)定為在施加電壓時流動PM電動機(jī)2的額定電流程度的電流時的電壓，以使得PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子充分地被引入到規(guī)定的位置。此時，將PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子引入到規(guī)定的位置后的PM電動機(jī)2的等效電路如圖3所示。也就是說,如圖3所示，由于PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動，因此PM電動機(jī)2的等效電路由相電阻R和相電感L形成，U-VW之間被施加單相的施加電壓。由此，成為電流軸(d軸)與磁極軸一致的狀態(tài)。接著，為了計算電動機(jī)常數(shù)，電壓指令生成部I生成作為對PM電動機(jī)2施加的施加電壓的電壓指令Vs(t)(步驟S102)。具體地說，生成如(式I)所示那樣的、將直流成分VO與具有多個頻率成分的Vn (t)相加得到的電壓指令Vs(t)。此時，作為電壓指令Vn (t)，例如使用M序列信號(Maximum Length Sequence Signal:最大長度序列信號)。此外，關(guān)于生成將VO與Vn相加得到的電壓指令Vs⑴的理由，在后面敘述。[式I]Vs(t)=V0+Vn(t)然后，基于由電壓指令生成部I生成的電壓指令Vs(t)，與引入時同樣地向例如U相施加Vs (t)、并向V相和W相施加-Vs⑴/2，使得U-VW之間被施加單相的施加電壓(步驟S103)。此時，根據(jù)電壓指令Vs(t)流過PM電動機(jī)2的電動機(jī)電流流過與磁極軸相同的d軸，因此不產(chǎn)生使PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩。由此，能夠在使PM電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子靜止的狀態(tài)下進(jìn)行用于計算電動機(jī)常數(shù)的數(shù)據(jù)測量。接著，電流檢測器4a、4b和電流檢測部5檢測在施加步驟S103的施加電壓時流動的電動機(jī)電流Is⑴。然后，對通過步驟S103施加的電壓指令Vs⑴和作為電壓指令Vs⑴的響應(yīng)的電動機(jī)電流Is (t)進(jìn)行采樣，并作為時間序列數(shù)據(jù)取入(步驟S104)。在這種情況下，電動機(jī)電流Is (t)為與在U-VW之間施加的單相的施加電壓相對的電動機(jī)電流，因此會采樣得到U相的電動機(jī)電流。接著，使用作為施加電壓時間序列數(shù)據(jù)的輸入的電壓指令Vs (t)與作為檢測電流時間序列數(shù)據(jù)的輸出的電動機(jī)電流Is(t)之間的關(guān)系，求出從電壓指令Vs(t)向電動機(jī)電流Is(t)的傳遞函數(shù)H(S)的頻率特性(步驟S105)。此外，能夠通過對電壓指令Vs (t)和電動機(jī)電流Is (t)進(jìn)行FFT (Fast Fourier Transform:快速傅立葉變換)處理等來得到傳遞函數(shù)H(S)的頻率特性。此時，施加電壓指令Vs (t)時的PM電動機(jī)的等效電路如圖3所示，用(式2)式來表示傳遞函數(shù)H(S)。[式2]
權(quán)利要求
1.一種PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，具有以下步驟: 電壓施加步驟，對PM電動機(jī)施加包含直流成分和多個頻率成分的施加電壓； 電動機(jī)電流檢測步驟，檢測與通過上述電壓施加步驟施加的上述施加電壓相應(yīng)地流動的電動機(jī)電流；以及 電動機(jī)常數(shù)計算步驟，基于上述施加電壓和上述電動機(jī)電流來計算上述PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 在上述電壓施加步驟中，對PM電動機(jī)施加包含不同的多個直流成分和上述多個頻率成分的施加電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 包含上述多個頻率成分的上述施加電壓是將白噪聲相加所得到的上述施加電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 上述白噪聲是M序列信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 包含上述多個頻率成分的上述施加電壓是將頻率隨時間變化的正弦波相加所得到的上述施加電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 在上述電動機(jī)常數(shù)計算步驟中， 運(yùn)算以施加電壓時間序列數(shù)據(jù)為輸入、以檢測電流時間序列數(shù)據(jù)為輸出的頻率特性，基于上述頻率特性來計算上述PM電動機(jī)的上述電動機(jī)常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 在上述電動機(jī)常數(shù)計算步驟中， 所計算的上述PM電動機(jī)的上述電動機(jī)常數(shù)是電氣時間常數(shù)、電阻值、電感值中的至少一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 在上述電動機(jī)常數(shù)計算步驟中， 基于上述頻率特性來求出截止頻率，基于上述截止頻率來計算上述PM電動機(jī)的上述電氣時間常數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 在上述電動機(jī)常數(shù)計算步驟中， 基于上述頻率特性來求出截止頻率，基于頻率低于上述截止頻率的低頻率區(qū)域的增益特性來計算上述PM電動機(jī)的上述電阻值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 在上述電動機(jī)常數(shù)計算步驟中， 基于上述頻率特性來求出截止頻率，基于上述截止頻率下的增益特性來計算上述PM電動機(jī)的上述電阻值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法，其特征在于， 在上述電動機(jī)常數(shù)計算步驟中， 基于上述頻率特性來求出截止頻率，基于上述截止頻率來計算上述PM電動機(jī)的上述電氣時間常數(shù)，基于頻率低于上述截止頻率的低頻率區(qū)域的增益特性或者上述截止頻率下的增益特性來計算上述PM電動機(jī)的上述電阻值，基于所計算出的上述電氣時間常數(shù)和上述電阻值來計算上述PM電動機(jī)的上述電感值。
12.—種PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算裝置，具有根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項所述的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法。
全文摘要
本發(fā)明的PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)計算方法具有以下步驟電壓施加步驟，對PM電動機(jī)施加包含直流成分和多個頻率成分的施加電壓；電動機(jī)電流檢測步驟，檢測與通過電壓施加步驟施加的施加電壓相應(yīng)地流動的電動機(jī)電流；以及電動機(jī)常數(shù)計算步驟，基于施加電壓和電動機(jī)電流來計算PM電動機(jī)的電動機(jī)常數(shù)。
文檔編號H02P21/00GK103155400SQ20118004867
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者田澤徹, 西園勝 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社