控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】實(shí)施方式提供一種控制系統(tǒng)，控制在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部具有磁鐵的同步電動機(jī)，該控制系統(tǒng)具備：逆變器，輸出用于驅(qū)動同步電動機(jī)的交流；柵極指令生成部，生成用于驅(qū)動逆變器的柵極指令；電流檢測部，檢測從逆變器輸出的交流的電流值；磁極位置推測部，根據(jù)電流檢測部檢測到的電流值推測磁極位置；控制部，在進(jìn)行磁極極性的判定時，對所述柵極指令生成部進(jìn)行指示，以生成用于表示電流檢測部檢測的電流值的d軸分量是規(guī)定的值的極性判定用柵極指令；以及磁極極性判定部，如果生成了極性判定用柵極指令，則根據(jù)由磁極位置推測部推測出的磁極位置，求出表示基于正的d軸電流的電感的第一信息和表示基于負(fù)的d軸電流的電感的第二信息，比較所求出的第一信息和第二信息，將表示大的值的一方判定為N極。然后，該控制系統(tǒng)將在正方向以及負(fù)方向上以相同的規(guī)定電流值流過了電流的情況下表示磁極方向的電感的值變大的一側(cè)判定為N極側(cè)。
【專利說明】控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在永磁鐵同步電動機(jī)的無旋轉(zhuǎn)傳感器的控制裝置中，在從停止?fàn)顟B(tài)起動時的初始 磁極位置推測中，使用凸極性來進(jìn)行（例如，參照專利文獻(xiàn)1)，所以需要進(jìn)行磁極方向的推 測。
[0003] 提出了作為磁極方向的推測，利用磁飽和的推測法（例如，參照專利文獻(xiàn)2、專利 文獻(xiàn)3)。
[0004] 【專利文獻(xiàn)1】日本專利第3719910號公報 [0005]【專利文獻(xiàn)2】日本專利第3401155號公報
[0006] 【專利文獻(xiàn)3】日本特開2008-079489號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在上述以往的推測法中，利用磁鐵磁通方向的電感相對N極方向的電流增加而單 調(diào)減少這一點(diǎn)來推測磁極方向。
[0008] 因此，上述現(xiàn)有技術(shù)無法應(yīng)用于磁鐵磁通方向的電感并非相對N極方向的電流增 加單調(diào)減少，而是具有極大點(diǎn)的情況。
[0009] 本發(fā)明是鑒于上述而完成的，其目的在于實(shí)現(xiàn)一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)即使在 磁鐵磁通方向的電感相對N極方向的電流增加具有極大點(diǎn)的電動機(jī)中，也能夠進(jìn)行磁極方 向推測。
[0010] 實(shí)施方式提供一種控制系統(tǒng)，控制在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部具有磁鐵的同步電動機(jī)，在該控 制系統(tǒng)中，具備：逆變器，輸出用于驅(qū)動同步電動機(jī)的交流；柵極指令生成部，生成用于驅(qū) 動逆變器的柵極指令；電流檢測部，檢測從逆變器輸出的交流的電流值；磁極位置推測部， 根據(jù)電流檢測部檢測到的電流值推測磁極位置；控制部，在進(jìn)行磁極極性的判定時，對所述 柵極指令生成部進(jìn)行指示，以生成用于表示電流檢測部檢測的電流值的d軸分量是規(guī)定的 值的極性判定用柵極指令；以及磁極極性判定部，如果生成了極性判定用柵極指令，則根據(jù) 由磁極位置推測部推測出的磁極位置，求出表示基于正的d軸電流的電感的第一信息和表 不基于負(fù)的d軸電流的電感的第二信息，比較所求出的第一信息和第二信息，將表不大的 值的一方判定為N極。
[0011] 然后，該控制系統(tǒng)將在正方向以及負(fù)方向上以相同的規(guī)定電流值流過了電流的情 況下表示磁極方向的電感的值變大的一側(cè)判定為N極側(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是第一實(shí)施方式的永磁鐵同步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
[0013] 圖2是永磁鐵同步電動機(jī)的概要結(jié)構(gòu)縱剖面圖。
[0014] 圖3是說明了永磁鐵同步電動機(jī)中的一般已知的d軸電感特性的圖。
[0015] 圖4是第一實(shí)施方式的永磁鐵同步電動機(jī)中的d軸電感特性的說明圖。
[0016] 圖5是特性說明圖。
[0017] 圖6是具有與圖4同樣的特性的其他轉(zhuǎn)子的一個例子的說明圖。
[0018] 圖7是磁通密度（B)與磁場的強(qiáng)度（H)的關(guān)系的說明圖。
[0019] 圖8是第一實(shí)施方式的動作原理說明圖。
[0020] 圖9是圖8的狀態(tài)下的d軸電流與d軸電感的關(guān)系說明圖。
[0021] 圖10是擴(kuò)大了磁路形成用鐵芯部的寬度的情況下的轉(zhuǎn)子側(cè)的d軸電流與d軸電 感的關(guān)系說明圖。
[0022] 圖11是定子側(cè)的d軸電流與d軸電感的關(guān)系說明圖。
[0023] 圖12是當(dāng)在縱孔部內(nèi)插入了永磁鐵的情況下的、轉(zhuǎn)子側(cè)的d軸電流與d軸電感的 關(guān)系說明圖。
[0024] 圖13是當(dāng)在縱孔部內(nèi)插入了永磁鐵的情況下的、定子側(cè)的d軸電流與d軸電感的 關(guān)系說明圖。
[0025] 圖14是第一實(shí)施方式中的d軸電感增加量和d軸電感減少量的說明圖。
[0026] 圖15是第一實(shí)施方式中的d軸電感的槽（slot)高次諧波所致的變化量的說明 圖。
[0027] 圖16是第一實(shí)施方式的磁極極性判定動作的說明圖。
[0028] 圖17A是磁極極性判定動作的其他例中的d軸電壓變化的說明圖。
[0029] 圖17B是磁極極性判定動作的其他例中的d軸電流變化的說明圖。
[0030] 圖18是第二實(shí)施方式的磁極極性判定動作的說明圖。
[0031] 圖19是第三實(shí)施方式的磁極極性判定部的概要結(jié)構(gòu)框圖。
[0032] 圖20是Y軸電流指令與Y軸電流的關(guān)系的說明圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 接下來，參照附圖，詳細(xì)說明實(shí)施方式。
[0034] [1]第一實(shí)施方式
[0035] 圖1是第一實(shí)施方式的永磁鐵同步電動機(jī)的控制裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
[0036] 電動機(jī)驅(qū)動裝置100大體上具備電流指令生成部10、電流控制部11、高頻電壓重 疊部12、第一坐標(biāo)變換部13、三角波PWM調(diào)制部14、逆變器15、電流檢測部16、第二坐標(biāo)變 換部17、磁極位置推測部18、以及磁極極性判定部19。
[0037] 在以上的結(jié)構(gòu)中，電流指令生成部10、電流控制部11、高頻電壓重疊部12、第一坐 標(biāo)變換部13、三角波PWM調(diào)制部14、電流檢測部16、第二坐標(biāo)變換部17、磁極位置推測部 18、以及磁極極性判定部19整體上作為逆變器控制部發(fā)揮功能。
[0038] 電流指令生成部10輸出磁通電流指令信號iYMf、以及轉(zhuǎn)矩電流指令信號i SMf。然 后，在判定磁極極性時，逆變器15輸出的電流也通過電流指令生成部10輸出的磁通電流指 令信號i YMf和轉(zhuǎn)矩電流指令信號iSMf來控制。
[0039] 電流控制部11根據(jù)從電流指令生成部10輸入的磁通電流指令信號iYMf、以及轉(zhuǎn) 矩電流指令信號i SMf以及磁通電流分量信號iY以及轉(zhuǎn)矩電流分量信號i S，輸出基波電 壓指令信號V Y 〇、V δ 〇。
[0040] 高頻電壓重疊部12將高頻電壓指令信號ν γ h、ν δ h重疊到基波電壓指令信號 vγO、VδO，生成電壓指令信號vY、vδ，輸出到第一坐標(biāo)變換部13。
[0041] 第一坐標(biāo)變換部13根據(jù)帶極性的磁極位置Θ est進(jìn)行電壓指令信號V Y、V δ的 Y S_uvw變換，生成電壓指令信號vu、vv、 vw，輸出到三角波PWM調(diào)制部14。
[0042] 三角波PWM調(diào)制部14根據(jù)所輸入的電壓指令信號vu、vv、vw，生成用于驅(qū)動構(gòu)成 逆變器15的未圖不的開關(guān)晶體管（例如，IGBT ;Insulated Gate Bipolar Transistor，絕 緣柵極雙極型晶體管）的柵極指令信號（群）GC而輸出到逆變器15。
[0043] 逆變器15根據(jù)柵極指令信號GC，生成用于驅(qū)動永磁鐵同步電動機(jī)（PMSM) 20的U 相信號U、v相信號V以及W相信號W。然后，逆變器15根據(jù)所生成的U相信號U、V相信號 V以及W相信號W，切換被內(nèi)置了的開關(guān)元件（例如，IGBT)的導(dǎo)通/截止，從而相互地變換 交流/直流電力。
[0044] 電流檢測部16通過電流傳感器16u以及電流傳感器16w，檢測與U相信號u對應(yīng) 地在永磁鐵同步電動機(jī)20中流過的U相電流iu以及與W相信號w對應(yīng)地在永磁鐵同步電 動機(jī)20中流過的W相電流iw而輸出到第二坐標(biāo)變換部17。另外，在本實(shí)施方式中，檢測 了 U相以及W相這2相的電流值（電流響應(yīng)值），但也能夠采用檢測全部3相的電流值的結(jié) 構(gòu)。
[0045] 第二坐標(biāo)變換部17根據(jù)帶極性的磁極位置Θ est，對所輸入的U相電流iu以及 W相電流iw進(jìn)行UVW-γ δ變換。然后，將通過UVW-γ δ變換而生成的磁通電流分量信號 i Υ以及轉(zhuǎn)矩電流分量信號i S輸出到磁極位置推測部18以及電流控制部11。
[0046] 磁極位置推測部18根據(jù)從第二坐標(biāo)變換部17輸入了的磁通電流分量信號 i Y (電流響應(yīng)值）以及轉(zhuǎn)矩電流分量信號i S (電流響應(yīng)值），推測永磁鐵同步電動機(jī)20 的磁極位置。
[0047] 作為磁極位置推測的方法，例如，使用專利文獻(xiàn)1所示那樣的方法。
[0048] S卩，使檢測到的電流通過帶通濾波器，通過運(yùn)算求出與磁極位置誤差相當(dāng)?shù)闹怠Ｈ?后，關(guān)于所求出的值，將磁極位置誤差輸入到PI控制器來推測角速度。接下來，對推測出的 角速度進(jìn)行積分來推測磁極位置。或者，也可以根據(jù)高頻電流，直接運(yùn)算磁極位置。
[0049] 即，磁極位置推測部18根據(jù)所輸入的磁通電流分量信號i Y以及轉(zhuǎn)矩電流分量信 號i S，推測磁極位置，將磁極位置推測信號Θ est〇輸出到磁極極性判定部19。
[0050] 在該磁極位置的推測中，使用轉(zhuǎn)子的凸極性。因此，有可能無法推測磁極的方向， 偏移了 180° (deg)的方向被作為磁極位置而求出。
[0051] 因此，在磁極位置的推測中，需要判定磁極方向。
[0052] 磁極極性判定部19根據(jù)所輸入的磁極位置推測信號Θ est0,生成帶極性的磁極 位置Θ est，輸出到第一坐標(biāo)變換部13以及第二坐標(biāo)變換部17。即，磁極極性判定部19利 用轉(zhuǎn)子鐵芯的磁飽和來判定N極和S極，在由磁極位置推測部18推測了的磁極位置偏移了 180° (deg)的情況下，將與磁極極性對應(yīng)的帶極性的磁極位置0est作為從磁極位置推測 信號eest〇反轉(zhuǎn)了 180° deg的值輸出。
[0053] 接下來，在具體的電動機(jī)驅(qū)動裝置100的動作說明之前，說明應(yīng)用了本實(shí)施方式 的永磁鐵同步電動機(jī)20的結(jié)構(gòu)。
[0054] 圖2是永磁鐵同步電動機(jī)的概要結(jié)構(gòu)縱剖面圖。
[0055] 永磁鐵同步電動機(jī)20具有定子21以及轉(zhuǎn)子22,通過基于由在各勵磁相中流過的 3相交流電流產(chǎn)生的磁場的磁性相互作用，產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子22旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。
[0056] 在定子21中，交替排列了定子齒23以及定子槽（stator slot) 24。
[0057] 在轉(zhuǎn)子22中，在轉(zhuǎn)子鐵芯25的規(guī)定位置，以遮擋磁極之間的方式配置多個縱孔部 (空隙部）26,在各縱孔部26內(nèi)，插入固定至少一個永磁鐵27,從而形成了磁極。進(jìn)而，在永 磁鐵27的兩側(cè)部，配置了用于形成在轉(zhuǎn)子鐵芯25內(nèi)成環(huán)的局部磁路的磁路形成用鐵芯部 28 〇
[0058] 首先，說明永磁鐵同步電動機(jī)20的特性。
[0059] 在以下的說明中，將磁極的N極方向設(shè)為d軸并且作為d軸電流使正的電流流過 是指：使在磁極方向的電感與電流的關(guān)系加強(qiáng)磁鐵磁通的電流方向上流動的電流流過。
[0060] 另外，d軸的磁路麗變成如圖2所示那樣，d軸電感Ld通過下式根據(jù)d軸的電流 的變化Λ id和d軸的磁通變化

【權(quán)利要求】
1. 一種控制系統(tǒng)，控制在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部具有磁鐵的同步電動機(jī)，該控制系統(tǒng)具備： 逆變器，輸出用于驅(qū)動所述同步電動機(jī)的交流電流； 柵極指令生成部，生成用于驅(qū)動所述逆變器的柵極指令； 電流檢測部，檢測從所述逆變器輸出的交流電流的電流值； 磁極位置推測部，根據(jù)所述電流檢測部檢測到的電流值推測磁極位置； 控制部，在進(jìn)行磁極極性的判定時，對所述柵極指令生成部進(jìn)行指示，以生成用于表示 所述電流檢測部檢測的電流值的d軸分量是規(guī)定的值的極性判定用柵極指令；以及 磁極極性判定部，如果生成了所述極性判定用柵極指令，則根據(jù)由所述磁極位置推測 部推測出的磁極位置，求出表不基于正的d軸電流的電感的第一信息和表不基于負(fù)的d軸 電流的電感的第二信息，比較所求出的第一信息和第二信息，將表示大的值的一方判定為N 極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述極性判定用柵極指令是表示通過電流值的d軸分量得到的電感是極大值或者極 大值的附近的指令。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子具有由2個磁鐵構(gòu)成的多個磁鐵部，各磁鐵部的2個磁鐵被配置為在最接近 于轉(zhuǎn)子的中心的部分兩者的距離為最短。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 構(gòu)成所述磁鐵部的2個磁鐵是夾著d軸而配置的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子具有由3個磁鐵構(gòu)成的多個磁鐵部，各磁鐵部中的2個磁鐵被配置為在最接 近于轉(zhuǎn)子的中心的部分兩者的距離為最短。
6. -種控制系統(tǒng)，控制在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部具有磁鐵的同步電動機(jī)，該控制系統(tǒng)具備： 逆變器，輸出用于驅(qū)動所述同步電動機(jī)的交流電流； 柵極指令生成部，生成用于驅(qū)動所述逆變器的柵極指令； 電流檢測部，檢測從所述逆變器輸出的交流電流的電流值； 磁極位置推測部，根據(jù)所述電流檢測部檢測到的電流值推測磁極位置； 控制部，在進(jìn)行磁極極性的判定時，對所述柵極指令生成部進(jìn)行指示，以生成用于表示 所述電流檢測部檢測的電流值的d軸分量是規(guī)定的值的極性判定用柵極指令；以及 磁極極性判定部，如果生成了所述極性判定用柵極指令，則根據(jù)由所述磁極位置推測 部推測出的磁極位置，求出表不基于正的d軸電流的電感的第一信息和表不基于負(fù)的d軸 電流的電感的第二信息，比較所求出的第一信息和第二信息，將表示小的值的一方判定為N 極， 所述極性判定用柵極指令是成為大于電感是相等的相同值的且極性不同的電流值、以 及電感為極大值的電流值的電流值的指令。
7. -種控制系統(tǒng)，控制在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部具有磁鐵的同步電動機(jī)，該控制系統(tǒng)具備： 逆變器，輸出用于驅(qū)動所述同步電動機(jī)的交流電流； 柵極指令生a成部，生成用于驅(qū)動所述逆變器的柵極指令； 電流檢測部，檢測從所述逆變器輸出的交流電流的電流值； 磁極位置推測部，根據(jù)所述電流檢測部檢測到的電流值推測磁極位置； 交流交變生成部，在進(jìn)行磁極極性的判定時，生成重疊于所述逆變器輸出的交流電流 的d軸分量的交流交變電壓；以及 磁極極性判定部，在重疊了通過所述交流交變性分量生成的交流交變電壓時，根據(jù)所 述電流檢測部檢測到的電流值，將d軸電流的振幅大的一方判定為S極。
【文檔編號】H02P6/18GK104145417SQ201380011615
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】谷口峻, 安井和也, 結(jié)城和明, 中沢洋介 申請人:株式會社東芝