永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法以及電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明所涉及的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法包括以下步驟：電壓施加步驟，將直流成分和交流成分合成所得的施加電壓改變交流成分的頻率來(lái)施加到永磁同步電動(dòng)機(jī)；電流檢測(cè)步驟，檢測(cè)與所施加的施加電壓相應(yīng)地流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流；相位差計(jì)算步驟，計(jì)算施加電壓的交流成分與電動(dòng)機(jī)電流的交流成分的相位差；以及電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算步驟，計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)。而且，在電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算步驟中，基于相位差變?yōu)?5度附近時(shí)的施加電壓和電動(dòng)機(jī)電流來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
【專利說明】永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法以及電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法以及電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了高精度地控制永磁同步電動(dòng)機(jī)，掌握電樞電阻、電感之類的電動(dòng)機(jī)常數(shù)是很重要的。例如，在以不使用磁極位置傳感器的方式控制這種電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制中，大多采用使用電動(dòng)機(jī)常數(shù)來(lái)估計(jì)磁極位置的方法。另外，在進(jìn)行矢量控制的控制中，大多應(yīng)用電流控制，使用電動(dòng)機(jī)常數(shù)以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定電流控制部的增益。
[0003]已知數(shù)種不使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)而求出這種電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)以容易地求出該電動(dòng)機(jī)常數(shù)的技術(shù)。例如已知專利文獻(xiàn)I。該技術(shù)中，流通直流電流而基于此時(shí)的輸入電壓和輸入電流來(lái)求出繞組電阻。與此同時(shí)，提取流通交流電流時(shí)的輸入電壓和輸入電流的基波成分，基于電壓和電流各自的大小以及兩者的相位差來(lái)求出電感。
[0004]另外，作為另一技術(shù)已知專利文獻(xiàn)2。該技術(shù)中，首先，存儲(chǔ)流通大小兩個(gè)水平的直流電流時(shí)的電壓。然后，通過將兩個(gè)水平的電壓之差除以兩個(gè)水平的電流之差來(lái)計(jì)算繞組電阻。與此同時(shí)，使電壓從基于較大一方的電流水平的電壓值驟變?yōu)榛谳^小一方的電流水平的電壓值。測(cè)量直到該驟變時(shí)的電流變?yōu)橐?guī)定值為止的時(shí)間，基于該時(shí)間和繞組電阻來(lái)計(jì)算電感。
[0005]然而，在如專利文獻(xiàn)I那樣的方法中，直到直流電流變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)為止需要時(shí)間。另外，在電阻和電感的測(cè)量中使用了各自不同的試驗(yàn)信號(hào)，測(cè)量需要時(shí)間。另外，若不適當(dāng)?shù)卦O(shè)定為了求出電感而流通的交流電流的頻率，則相位差的檢測(cè)精度會(huì)降低，結(jié)果導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的誤差變大。
[0006]在專利文獻(xiàn)2中，流通直流電流而直到其變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)為止也需要時(shí)間。另外，在電阻和電感的測(cè)量中使用了各自不同的試驗(yàn)信號(hào)，測(cè)量需要時(shí)間。另外，在使電壓值驟變來(lái)測(cè)量直到電流變?yōu)橐?guī)定值為止的時(shí)間的情況下，水平判斷、時(shí)間測(cè)量中易于包含誤差。另夕卜，在電感值根據(jù)電流的大小而變化的電動(dòng)機(jī)的情況下，無(wú)法成為時(shí)間常數(shù)固定的響應(yīng)，因此無(wú)法計(jì)算出正確的電感值。
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2000-312498號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-232573號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法包括以下步驟:電壓施加步驟，將直流成分和交流成分合成所得的施加電壓改變交流成分的頻率來(lái)施加到永磁同步電動(dòng)機(jī)；電流檢測(cè)步驟，檢測(cè)與所施加的施加電壓相應(yīng)地流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流；相位差計(jì)算步驟，計(jì)算施加電壓的交流成分與電動(dòng)機(jī)電流的交流成分的相位差；以及電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算步驟，計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)。而且，在電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算步驟中，基于相位差變?yōu)?5度附近時(shí)的施加電壓和電動(dòng)機(jī)電流來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)常數(shù)。另外，在電壓施加步驟中，也可以還使用不同的多個(gè)直流成分。
[0010]另外，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算裝置具有執(zhí)行這種電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法的各步驟的功能。
[0011]通過這種結(jié)構(gòu)，能夠在短時(shí)間內(nèi)高精度地計(jì)算永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0013]圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的處理流程的流程圖。
[0014]圖3是用于說明單相通電狀態(tài)的等效電路圖。
[0015]圖4是用于說明電壓與電流的相位差的時(shí)間波形圖。
[0016]圖5是表示永磁同步電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)的頻率特性的圖。
[0017]圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的處理流程的流程圖。
[0018]圖7是表示電動(dòng)機(jī)電流與電感的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面，參照附圖來(lái)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式。
[0020](實(shí)施方式I)
[0021]圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式I中的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法的結(jié)構(gòu)例的框圖。該框圖僅示出了電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算所需的功能部分。即，在圖1中，示出了為了計(jì)算永磁同步式的電動(dòng)機(jī)即永磁同步電動(dòng)機(jī)(以下適當(dāng)?shù)刂环Q為電動(dòng)機(jī))12的電動(dòng)機(jī)常數(shù)而具備電壓指令生成部11、逆變器13、電流檢測(cè)器14a、14b、電流檢測(cè)部15以及電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算部16的一例。
[0022]說明圖1中的各功能塊的功能和功能塊之間的關(guān)系。
[0023]首先，電動(dòng)機(jī)12具有永磁體(未圖示)和纏繞在鐵芯等上的繞組(未圖示)。在作為普通的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，從逆變器13向該繞組施加交流電力，由此轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。在圖1中，列舉了以U相、V相、W相的三相交流電力來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)12的結(jié)構(gòu)例。
[0024]另外，電壓指令生成部11生成為了計(jì)算電動(dòng)機(jī)常數(shù)而對(duì)電動(dòng)機(jī)12施加的電壓指令。逆變器13接收從電壓指令生成部11輸出的電壓指令來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)12施加按照指令的電壓。電流檢測(cè)器14a和14b檢測(cè)從逆變器13流向電動(dòng)機(jī)12的電動(dòng)機(jī)電流。電流檢測(cè)部15將由電流檢測(cè)器14a和14b檢測(cè)出的電動(dòng)機(jī)電流轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值。電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算部16被輸入作為電壓指令生成部11的輸出的電壓指令和作為電流檢測(cè)部15的輸出的電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)值，計(jì)算電動(dòng)機(jī)12的電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
[0025]接著，使用圖2?圖5來(lái)說明各功能塊的動(dòng)作和作用。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法的處理流程的流程圖。
[0026]當(dāng)開始電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算處理時(shí)，首先由逆變器13對(duì)電動(dòng)機(jī)12施加直流電壓，進(jìn)行轉(zhuǎn)子的引入(引爸込> )。永磁同步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子中存在磁體而有時(shí)會(huì)由于電壓的施加而旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，為了在轉(zhuǎn)子靜止的狀態(tài)下進(jìn)行電動(dòng)機(jī)常數(shù)的計(jì)算，首先，從逆變器13施加直流電壓，將轉(zhuǎn)子引入到規(guī)定位置(步驟S101)。例如對(duì)U相施加Va的直流電壓，并對(duì)V相和W相施加-Va/2的直流電壓。圖3中示出了引入后的電動(dòng)機(jī)12的等效電路。如圖3所示，將電動(dòng)機(jī)12中的U相、V相以及W相的繞組進(jìn)行Y型接線。然后，由于轉(zhuǎn)子未旋轉(zhuǎn)，因此繞組由相電阻R和相電感L形成，U-VW之間被施加單相的電壓。此時(shí)成為電流軸(d軸)與磁極軸一致的狀態(tài)。
[0027]接著，電壓指令生成部11生成為了計(jì)算電動(dòng)機(jī)常數(shù)而對(duì)電動(dòng)機(jī)12施加的電壓指令。具體地說，通過如下式(式I)所示那樣將直流成分VO與交流成分Vn(t)合成，來(lái)生成將兩個(gè)成分相加得到的電壓指令Vs (t)(步驟S102)。作為交流成分Vn (t)，使用正弦波信號(hào)。
[0028][式I]
[0029]Vs (t) =VO-Vn (t) (式 I)
[0030]接著，基于由電壓指令生成部11生成的電壓指令Vs(t)，與引入時(shí)同樣地向U-VW之間施加單相的電壓。例如，向U相施加Vs(t)的電壓，并向V相、W相施加-Vs(t)/2的電壓來(lái)作為施加電壓(步驟S103)。通過這樣，根據(jù)電壓指令Vs (t)流通的電流流過與磁極軸相同的d軸，不產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。即，能夠在轉(zhuǎn)子靜止的狀態(tài)下進(jìn)行用于計(jì)算電動(dòng)機(jī)常數(shù)的數(shù)據(jù)測(cè)量。
[0031]然后，電流檢測(cè)器14a、14b和電流檢測(cè)部15檢測(cè)在步驟S103的施加電壓時(shí)流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流Is⑴。
[0032]接著，對(duì)作為電 壓指令的施加電壓Vs⑴和作為此時(shí)的響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)電流Is(t)進(jìn)行測(cè)量(步驟S104)。電動(dòng)機(jī)電流Is(t)為與單相電壓的施加相對(duì)的電動(dòng)機(jī)電流，因此測(cè)
量U相電流。
[0033]接著,計(jì)算施加電壓Vs (t)的交流成分與電動(dòng)機(jī)電流Is(t)的交流成分的相位差(步驟S105)。相位差計(jì)算例如如下:使施加電壓Vs (t)和電動(dòng)機(jī)電流Is (t)分別通過以交流成分Vn(t)的頻率為中心頻率的帶通濾波器等來(lái)提取交流成分，基于過零時(shí)刻的時(shí)間差來(lái)計(jì)算相位差。使用圖4來(lái)說明。在圖4中，示出了所提取的施加電壓Vs(t)和電動(dòng)機(jī)電流Is(t)的交流成分的時(shí)間軸數(shù)據(jù)。獲取施加電壓Vs (t)和電動(dòng)機(jī)電流Is (t)的交流成分的過零時(shí)刻的時(shí)間差T2，并基于作為交流成分的周期的Tl來(lái)利用下式(式2)能夠計(jì)算出相位差Θ diff O
[0034][式2]
[0035]Θ diff=360X (T2/T1)(式 2)
[0036]接著，判斷相位差Θ diff是否為45度(步驟S106)。如果Θ diff不是45度，則改變電壓指令Vs (t)的交流成分Vn (t)的頻率(步驟S107)，重復(fù)步驟102以后的步驟。作為改變頻率的方法，有使頻率從高頻依次降低等方式。在后面有所敘述，相位差相對(duì)于頻率具有單調(diào)增加特性，因此相位差由頻率唯一決定。如果相位差9(--是45度，則計(jì)算此時(shí)的施加電壓Vs⑴與電動(dòng)機(jī)電流Is⑴之間的關(guān)系(步驟108)。具體地說,計(jì)算表示電流Is⑴相對(duì)于施加電壓Vs(t)的大小的振幅比|ls(t)/Vs(t) I。
[0037]最后，使用作為施加電壓Vs(t)與電動(dòng)機(jī)電流Is(t)之間的關(guān)系的上述的振幅比計(jì)算電動(dòng)機(jī)常數(shù)(步驟S1 09)。
[0038]在此，說明基于相位差為45度時(shí)的施加電壓和電動(dòng)機(jī)電流進(jìn)行的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)笪
[0039]在施加了電壓Vs⑴時(shí)，電動(dòng)機(jī)12的繞組的等效電路如圖3所示，用下式(式3)來(lái)表示傳遞函數(shù)。
[0040][式3]
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟: 電壓施加步驟，將直流成分和交流成分合成所得的施加電壓改變上述交流成分的頻率來(lái)施加到永磁同步電動(dòng)機(jī)； 電流檢測(cè)步驟,檢測(cè)與所施加的上述施加電壓相應(yīng)地流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流； 相位差計(jì)算步驟，計(jì)算上述施加電壓的交流成分與上述電動(dòng)機(jī)電流的交流成分的相位差；以及 電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算步驟，計(jì)算上述永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)， 其中，在上述電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算步驟中，基于上述相位差變?yōu)?5度附近時(shí)的上述施加電壓和上述電動(dòng)機(jī)電流來(lái)計(jì)算上述電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法，其特征在于， 在上述電壓施加步驟中，還改變上述直流成分的電壓來(lái)將上述施加電壓施加到上述永磁同步電動(dòng)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法，其特征在于， 在上述電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算步驟中，計(jì)算電氣時(shí)間常數(shù)、電阻值以及電感值中的至少一個(gè)以上來(lái)作為上述永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)。
4.一種電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算裝置，具有執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項(xiàng)所述的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)計(jì)算方法的各步驟的功能。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK103718454SQ201280037960
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月3日
【發(fā)明者】田澤徹, 西園勝 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社