電動(dòng)機(jī)的磁極位置估計(jì)裝置及使用該裝置的控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電動(dòng)機(jī)的控制裝置具備重疊分量生成部、逆變部、電流檢測(cè)部、以及磁極位置估計(jì)部。重疊分量生成部在規(guī)定周期生成在電動(dòng)機(jī)的定子上設(shè)定的坐標(biāo)系中的矢量的方向相對(duì)于上次生成的重疊電壓指令相差90度的重疊電壓指令。逆變部將基于重疊了重疊電壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓向電動(dòng)機(jī)輸出。電流檢測(cè)部在規(guī)定周期檢測(cè)出在電動(dòng)機(jī)的各相中流動(dòng)的電流，并輸出電流檢測(cè)值。磁極位置估計(jì)部基于電流檢測(cè)值的變化量，來(lái)檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的磁極位置。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及電動(dòng)機(jī)的磁極位置估計(jì)裝置及使用該裝置的控制裝置。 電動(dòng)機(jī)的磁極位置估計(jì)裝置及使用該裝置的控制裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，已知估計(jì)具有凸極性的電動(dòng)機(jī)的磁極位置的磁極位置估計(jì)裝置，作為這種 磁極位置估計(jì)裝置，已知通過(guò)將高次諧波分量重疊于PWM信號(hào)來(lái)估計(jì)電動(dòng)機(jī)的磁極位置的 裝直。
[0003] 例如，在專利文獻(xiàn)1中記載的磁極位置估計(jì)裝置中，當(dāng)要獲得PWM信號(hào)時(shí)，針對(duì)三 相繞組的各相，將載波的連續(xù)的三周期量作為一個(gè)期間，在1/3的期間（最初的載波1周 期）中使原來(lái)的指令值為3倍，在剩余的2/3的期間（剩余載波2周期）中重疊高頻成分， 由此估計(jì)電動(dòng)機(jī)的磁極位置。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第4670044號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008] 然而，在專利文獻(xiàn)1中記載的磁極位置估計(jì)裝置中，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的原來(lái)的指 令值只能每隔載波的三個(gè)周期更新。
[0009] 本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)方式是鑒于上述問(wèn)題而做出的，其目的是提供一種能夠在 對(duì)用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電壓指令的更新周期不產(chǎn)生影響的情況下進(jìn)行磁極位置的估計(jì)的磁 極位置估計(jì)裝置以及電動(dòng)機(jī)的控制裝置。
[0010] 為解決技術(shù)問(wèn)題的方法
[0011] 本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)方式涉及的電動(dòng)機(jī)的控制裝置具備重疊分量生成部、逆變 部、電流檢測(cè)部、以及磁極位置估計(jì)部。所述重疊分量生成部在規(guī)定周期生成在電動(dòng)機(jī)的定 子上設(shè)定的坐標(biāo)系中的矢量的方向相對(duì)于上次生成的重疊電壓指令相差90度的重疊電壓 指令。所述逆變部將基于重疊了所述重疊電壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓向所述電動(dòng) 機(jī)輸出。所述電流檢測(cè)部在所述規(guī)定周期檢測(cè)出在所述電動(dòng)機(jī)的各相中流動(dòng)的電流，并輸 出電流檢測(cè)值。所述磁極位置估計(jì)部基于所述電流檢測(cè)值的變化量來(lái)檢測(cè)出所述電動(dòng)機(jī)的 磁極位置。
[0012] 發(fā)明效果
[0013] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)方式，能夠提供一種能夠在對(duì)用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電壓 指令的更新周期不產(chǎn)生影響的情況下進(jìn)行磁極位置的估計(jì)的電動(dòng)機(jī)的磁極位置估計(jì)裝置 以及使用該裝置的控制裝置。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是表示第一實(shí)施方式涉及的電動(dòng)機(jī)的控制裝置的構(gòu)成的圖。
[0015] 圖2A是用于說(shuō)明空間矢量調(diào)制法的圖。
[0016] 圖2B是用于說(shuō)明空間矢量調(diào)制法的圖。
[0017] 圖3是表示α β軸坐標(biāo)系中的電壓矢量與φ之間的關(guān)系的一例的圖。
[0018] 圖4是表示標(biāo)準(zhǔn)電壓的時(shí)間周期中的變化的圖。
[0019] 圖5是表示重疊分量生成部的標(biāo)準(zhǔn)電壓生成處理的流程圖。
[0020] 圖6是表示從重疊分量生成部輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓的α β軸分量的變化的圖。
[0021] 圖7是表示磁極位置估計(jì)部的構(gòu)成的圖。
[0022] 圖8是表示磁極位置估計(jì)部的磁極位置估計(jì)處理的流程圖。
[0023] 圖9是表示標(biāo)準(zhǔn)電壓與載波之間的關(guān)系的圖。
[0024] 圖10是表示第二實(shí)施方式涉及的控制裝置的構(gòu)成的圖。
[0025] 圖11是表示第二實(shí)施方式涉及的電壓矢量和Φ之間的關(guān)系的一例的圖。
[0026] 圖12是表示第二實(shí)施方式涉及的標(biāo)準(zhǔn)電壓的時(shí)間周期中的變化的圖。
[0027] 圖13是表示第二實(shí)施方式涉及的標(biāo)準(zhǔn)電壓的α β軸分量的變化的圖。
[0028] 圖14是表示第二實(shí)施方式涉及的重疊分量生成部的標(biāo)準(zhǔn)電壓生成處理的流程 圖。
[0029] 圖15是表示第二實(shí)施方式涉及的磁極位置估計(jì)部的構(gòu)成的圖。
[0030] 圖16是表示第二實(shí)施方式涉及的磁極位置估計(jì)部的磁極位置估計(jì)處理的流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下，參照附圖，對(duì)本申請(qǐng)所公開(kāi)的電動(dòng)機(jī)的磁極位置估計(jì)裝置以及使用該裝置 的控制裝置的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，電動(dòng)機(jī)的控制裝置包括磁極位置估計(jì)裝置，以 下，將電動(dòng)機(jī)的控制裝置簡(jiǎn)單記載為"控制裝置"。另外，本發(fā)明不限于以下所示的實(shí)施方 式。
[0032] (第一實(shí)施方式）
[0033] 首先，對(duì)第一實(shí)施方式涉及的控制裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示第一實(shí)施方式涉及 的控制裝置的構(gòu)成的圖。
[0034] 如圖1所示，第一實(shí)施方式涉及的控制裝置1包括逆變部10、電流檢測(cè)部20、以及 控制部30。該控制裝置1被連接在直流電源2與電動(dòng)機(jī)3之間，并將從直流電源2供給的 直流電壓Vdc由逆變部10轉(zhuǎn)換成交流電壓之后向電動(dòng)機(jī)3輸出，由此使電動(dòng)機(jī)3動(dòng)作。
[0035] 電動(dòng)機(jī)3是具有凸極性的電動(dòng)機(jī)，且包括：具有電樞繞組的定子3a ;以及將多個(gè)永 久磁鐵嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯中并沿周向配置的轉(zhuǎn)子3b。作為這種電動(dòng)機(jī)3,例如，存在嵌入式永磁 同步電動(dòng)機(jī)（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor:內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)） 等。
[0036] 逆變部10具備開(kāi)關(guān)元件Q1?Q6、二極管D1?D6、以及平流電容器C1。開(kāi)關(guān)元件 Q1?Q6進(jìn)行三相橋接，針對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)元件Q1?Q6,二極管D1?D6分別反向并聯(lián)連接。
[0037] 這種逆變部10基于從控制部30輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1?S6,控制開(kāi)關(guān)元件Q1?Q6， 并將與驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1?S6相應(yīng)的電壓（以下，記載為驅(qū)動(dòng)電壓）輸出至電動(dòng)機(jī)3。此外，作 為開(kāi)關(guān)元件Q1?Q6,例如，使用IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體元件。
[0038] 電流檢測(cè)部20檢測(cè)出在逆變部10與電動(dòng)機(jī)3之間的U相、V相以及W相的各相 中流動(dòng)的電流，并將電流檢測(cè)值Iu、I v、Iw作為其檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行輸出。電流檢測(cè)值Iu是U相 電流的瞬時(shí)值，電流檢測(cè)值、是￥相電流的瞬時(shí)值，電流檢測(cè)值1"是1相電流的瞬時(shí)值。 此外，作為電流檢測(cè)部20,例如，可以使用利用了作為電磁轉(zhuǎn)換元件的霍爾元件的電流傳感 器。
[0039] 控制部30具備3相/2相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部31、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部32、電流指令輸出部33、 電流控制部34、計(jì)數(shù)部35、重疊分量生成部36、加法部37、38、驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部39、以及磁極 位置估計(jì)部40?？刂撇?0具備作為磁極位置估計(jì)裝置的功能，能夠估計(jì)電動(dòng)機(jī)3中轉(zhuǎn)子 3b的磁極位置Θ (以下，有時(shí)記載為電動(dòng)機(jī)3的磁極位置Θ )。
[0040] 3相/2相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部31將電流檢測(cè)值1"、Iv、Iw轉(zhuǎn)換成固定坐標(biāo)上的正交的2軸 的α β軸分量，并求出將α軸方向的電流檢測(cè)值Ια和β軸方向的電流檢測(cè)值10作為矢 量分量的α β軸坐標(biāo)系的電流矢量。α β軸坐標(biāo)系是在電動(dòng)機(jī)3的定子3a上設(shè)定的正 交坐標(biāo)系，也稱作定子坐標(biāo)系。此外，也可以在電流檢測(cè)部20上設(shè)置3相/2相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部 31。
[0041] 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部32基于電動(dòng)機(jī)3的磁極位置Θ，對(duì)從3相/2相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部31中 輸出的α β軸坐標(biāo)系的分量進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。由此，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部32求出作為與轉(zhuǎn)子3b 相對(duì)應(yīng)地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的dq軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的q軸分量以及d軸分量的q軸電流檢測(cè)值I,和d 軸電流檢測(cè)值Id，并向電流控制部34輸出。此外，電動(dòng)機(jī)3的磁極位置Θ是從α β軸坐 標(biāo)系觀察到的磁極位置。
[0042] 電流指令輸出部33基于從外部輸入的轉(zhuǎn)矩指令Τ*，生成q軸電流指令I(lǐng),*和d軸 電流指令I(lǐng) d*，并向電流控制部34輸出。q軸電流指令I(lǐng),*是q軸分量的電流指令，d軸電 流指令I(lǐng)d*是d軸分量的電流指令。
[0043] 電流控制部34基于q軸電流指令I(lǐng),*、d軸電流指令I(lǐng)d*、q軸電流檢測(cè)值I,、d軸 電流檢測(cè)值I d以及電動(dòng)機(jī)3的磁極位置Θ，將α β軸坐標(biāo)系的α軸指令分量Va*和β 軸指令分量作為驅(qū)動(dòng)電壓，生成并輸出。
[0044] 具體而言，電流控制部34以使q軸電流指令I(lǐng)q*和q軸電流檢測(cè)值Iq的偏差為零 的方式，調(diào)整q軸電壓指令'*，以使d軸電流指令I(lǐng) d*和d軸電流檢測(cè)值Id的偏差為零的 方式，調(diào)整d軸電壓指令Vd*。另外，電流控制部34基于電動(dòng)機(jī)3的磁極位置Θ，將q軸電 壓指令V,*和d軸電壓指令V d*轉(zhuǎn)換成α β軸坐標(biāo)系的分量，并生成作為驅(qū)動(dòng)電壓指令的 α軸指令分量Va*和β軸指令分量Ve*。
[0045] 計(jì)數(shù)部35將后述的時(shí)間周期T作為4周期量，將內(nèi)部的計(jì)數(shù)值CNT累加或者重置， 并生成0?3的計(jì)數(shù)值0階。具體而言，計(jì)數(shù)部35在時(shí)刻七=111'(11 = 0、1、2、3、?）時(shí)， 設(shè)CNT = 0,在時(shí)刻t = T/4+nT時(shí)，設(shè)CNT = 1，在時(shí)刻t = T/2+nT時(shí)，設(shè)CNT = 2,在時(shí)刻 t = 3T/4+nT時(shí)，設(shè)CNT = 3。計(jì)數(shù)部35將所生成的計(jì)數(shù)值CNT向重疊分量生成部36以及 磁極位置估計(jì)部40輸出。
[0046] 作為用于重疊于α軸指令分量Va*和β軸指令分量Ve*的重疊電壓指令，重疊 分量生成部36生成電壓矢量V h(以下，也記載為標(biāo)準(zhǔn)電壓Vh)。具體而言，重疊分量生成部 36針對(duì)每個(gè)規(guī)定周期，生成α β軸坐標(biāo)系中的矢量的方向相對(duì)于上次所生成的標(biāo)準(zhǔn)電壓 \相差90度的標(biāo)準(zhǔn)電壓Vh。這種標(biāo)準(zhǔn)電壓Vh由作為α軸分量的α軸指令分量Vah和作 為β軸分量的β軸指令分量Veh構(gòu)成。
[0047] 加法部37向驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部39輸出a軸指令分量Va #，該a軸指令分量Va產(chǎn) 是將從電流控制部34輸入的a軸指令分量Va*和從重疊分量生成部36輸入的a軸指令 分量V ah累加所生成的。另外，加法部38向驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部39輸出β軸指令分量VM*， 該β軸指令分量是將從電流控制部34輸入的β軸指令分量V e*和從重疊分量生成 部36輸入的β軸指令分量Veh累加所生成的。
[0048] 驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部39基于從加法部37、38輸出的a軸指令分量Va #和β軸指令 分量νΜ*，使用空間矢量調(diào)制法來(lái)生成驅(qū)動(dòng)逆變部10的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1?S6。
[0049] 圖2A和圖2B是用于說(shuō)明空間矢量調(diào)制法的圖，在這些圖中，任意地設(shè)定的時(shí)間周 期T s由2TV表示。在圖2A中，示出了空間矢量調(diào)制中的電壓矢量，在該圖所示的例 子中，由a軸指令分量V al*和β軸指令分量VM*規(guī)定的電壓指令矢量Vs*使用兩個(gè)相鄰 的電壓矢量'、V2形成。
[0050] 電壓矢量Vi (100)在逆變部10中，設(shè)U相的上側(cè)開(kāi)關(guān)元件Q1為接通，設(shè)U相的下 側(cè)開(kāi)關(guān)元件Q4為切斷，設(shè)V相和W相的上側(cè)開(kāi)關(guān)元件Q2、Q3為切斷，設(shè)V相和W相的下側(cè) 開(kāi)關(guān)元件Q5、Q6為接通。另一方面，電壓矢量V 2(110)設(shè)U相和V相的上側(cè)開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2 為接通，設(shè)U相和V相的下側(cè)開(kāi)關(guān)元件Q4、Q5為切斷，設(shè)W相的上側(cè)開(kāi)關(guān)元件Q3為切斷，設(shè) W相的下側(cè)開(kāi)關(guān)元件Q6為接通。
[0051] 時(shí)間周期T中的各相的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如圖2B所示。圖2B所示的接通時(shí)間tpt2通過(guò) 下述式（1)、（2)計(jì)算出。此外，在下述式（1)、（2)中，θ ν是從電壓矢量％至電壓指令矢量 Vs*為止的相位角，|VS*|是電壓指令矢量Vs*的振幅，V_是逆變部10的輸出最大電壓。
[0052] [數(shù) 1]
【權(quán)利要求】
1. 一種電動(dòng)機(jī)的控制裝置，具備： 重疊分量生成部，其在規(guī)定周期生成在電動(dòng)機(jī)的定子上設(shè)定的坐標(biāo)系中的矢量的方向 相對(duì)于上次生成的重疊電壓指令相差90度的重疊電壓指令； 逆變部，其將基于重疊了所述重疊電壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓向所述電動(dòng)機(jī) 輸出； 電流檢測(cè)部，其在所述規(guī)定周期檢測(cè)出在所述電動(dòng)機(jī)的各相中流動(dòng)的電流，并輸出電 流檢測(cè)值；以及 磁極位置估計(jì)部，其基于所述電流檢測(cè)值的變化量來(lái)檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)的磁極位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述重疊分量生成部以使所述坐標(biāo)系中的矢量的方向相對(duì)于所述上次生成的重疊電 壓指令在正向或反向上相差各90度的方式，反復(fù)生成所述重疊電壓指令。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 將所述坐標(biāo)系的2軸設(shè)為α軸和β軸的正交坐標(biāo)軸， 所述重疊電壓指令的矢量的方向相對(duì)于所述α軸或所述β軸平行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 將所述坐標(biāo)系的軸設(shè)為α軸和β軸的正交坐標(biāo)軸， 所述重疊電壓指令的矢量的方向相對(duì)于所述α軸或所述β軸具有45度的相位差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述電流檢測(cè)部將在所述電動(dòng)機(jī)的各相中流動(dòng)的電流的值轉(zhuǎn)換成所述正交坐標(biāo)系的 電流檢測(cè)值并輸出， 所述磁極位置估計(jì)部具備： 電流差分運(yùn)算部，其運(yùn)算從所述電流檢測(cè)部輸出的電流檢測(cè)值的1次差分值；以及 磁極位置運(yùn)算部，其基于所述1次差分值，求出所述電動(dòng)機(jī)的磁極位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述電流檢測(cè)部將在所述電動(dòng)機(jī)的各相中流動(dòng)的電流的值轉(zhuǎn)換成所述正交坐標(biāo)系的 電流檢測(cè)值并輸出， 所述磁極位置估計(jì)部具備： 電流差分運(yùn)算部，其計(jì)算從所述電流檢測(cè)部輸出的電流檢測(cè)值的二次差分值；以及 磁極位置運(yùn)算部，其基于所述二次差分值，求出所述電動(dòng)機(jī)的磁極位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制裝置具備驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部基于重疊了所述重疊電壓指 令的驅(qū)動(dòng)電壓指令，針對(duì)每個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電壓指令，通過(guò)空間矢量調(diào)制法，在時(shí)間周期內(nèi)生成 不同的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并向所述逆變部輸出， 所述電流檢測(cè)部在所述時(shí)間周期的ηΤ/2 (η為自然數(shù)）將所述電流檢測(cè)值向所述磁極 位置估計(jì)部輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制裝置具備驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成部通過(guò)基于重疊了所述重疊電 壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓指令和載波之間的比較的載波比較調(diào)制法，生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并向所述逆 變部輸出， 所述電流檢測(cè)部在所述三角波狀的載波的波峰和/或波谷的時(shí)刻將所述電流檢測(cè)值 向所述磁極位置估計(jì)部輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)是嵌入式永磁同步電動(dòng)機(jī)。
10. -種電動(dòng)機(jī)的磁極位置估計(jì)裝置，具備： 重疊分量生成部，其在規(guī)定周期生成在電動(dòng)機(jī)的定子上設(shè)定的坐標(biāo)系中的矢量的方向 相對(duì)于上次生成的重疊電壓指令相差90度的重疊電壓指令； 電流檢測(cè)部，其在所述規(guī)定周期檢測(cè)出基于重疊了所述重疊電壓指令的驅(qū)動(dòng)電壓指令 而被驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的各相中流動(dòng)的電流，并輸出電流檢測(cè)值；以及 磁極位置估計(jì)部，其基于所述電流檢測(cè)值的變化量，來(lái)檢測(cè)出所述電動(dòng)機(jī)的磁極位置。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK104106209SQ201280069396
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月22日
【發(fā)明者】潮田貴之, 森本進(jìn)也, 井浦英昭 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)