電動機控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動機控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在高速地、高精度地對電動機進行控制的情況下，需要與轉(zhuǎn)子的磁極位置相對應(yīng) 地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通。但是，在磁極位置的檢測中使用位置傳感器的情況下，隨之產(chǎn)生高成本、 對振動及熱的脆弱性、電動機尺寸的大型化、配線的增加、配線長度的限制等各種問題。
[0003] 因此，以往開發(fā)出了不使用位置傳感器而檢測磁極位置的方法，利用由永磁體的 磁通產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電壓而推定轉(zhuǎn)子的磁極位置的方法（無傳感器矢量控制）已被公 知。但是，在該方法中，在感應(yīng)電壓較小的低速時，感應(yīng)電壓的檢測或推定變得困難，存在轉(zhuǎn) 子的磁極位置檢測精度以及速度推定精度變差的難點。
[0004] 作為解決該問題的方法，在低速時使用同步電流控制，在速度指令達到足以進行 感應(yīng)電壓的檢測或推定的值時從同步電流控制向無傳感器矢量控制切換的方法已被公知， 其中，同步電流控制是下述的方法，即，在任意的控制相位上使規(guī)定的電流矢量流過，作為 控制相位而提供通過對速度指令進行積分而得到的同步相位，由此使電動機的速度追隨速 度指令（例如，參照專利文獻1)。
[0005] 此外，對于具有磁凸極性的電動機，已知下述方法，S卩，在低速區(qū)域中，利用施加位 置推定用的高頻電壓指令并通過檢測電流對轉(zhuǎn)子的磁極位置進行推定的方法（高頻疊加 方式），對無傳感器矢量控制的相位推定誤差進行校正，在速度指令或推定速度達到足以進 行感應(yīng)電壓的檢測或推定的值時，轉(zhuǎn)換為僅進行無傳感器矢量控制（例如，參照專利文獻 2、專利文獻3)。
[0006] 另外，利用了磁阻扭矩的最大扭矩控制、考慮了鐵損等的最大效率控制等高效控 制已被公知（關(guān)于最大扭矩控制，例如參照專利文獻4,關(guān)于最大效率控制，例如參照專利 文獻5)。
[0007] 專利文獻1 :日本特開2012 - 19626號公報
[0008] 專利文獻2 :國際公開第2010/109528號
[0009] 專利文獻3 :日本特開2008 - 11616號公報
[0010] 專利文獻4 :日本特開2003 - 88157號公報
[0011] 專利文獻5 :日本特開平8 - 266099號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 另外，在無傳感器矢量控制下進行使用了磁阻扭矩的最大扭矩控制、最大效率控 制的情況下，由于使與扭矩電流相應(yīng)的勵磁電流流過，所以根據(jù)扭矩電流的大小不同，需要 使勵磁電流向負(fù)向流過。
[0013] 另一方面，在低速區(qū)域控制的情況下，在同步電流控制下使較強的勵磁電流流過 而將扭矩電流固定為零（專利文獻1)，或者使恒定的扭矩電流流過而將勵磁電流固定為零 (專利文獻3)等，需要使勵磁電流為零或者使勵磁電流向正向流過。
[0014] 另外，在高頻疊加方式下，由于流過高頻電流，所以與不施加高頻電壓的情況相比 損耗較多，電動機參數(shù)也發(fā)生變化，因而難以進行最大扭矩控制等控制。因此，在施加高頻 電壓的速度區(qū)域中，將高頻電壓施加前的勵磁電流指令設(shè)為零附近的恒定的值。
[0015] 總之，存在下述問題，S卩，如果在施加了一定程度的負(fù)載的狀態(tài)下對低速區(qū)域控制 與無傳感器矢量控制進行切換，則在控制切換的前后，勵磁電流急劇變化，速度、扭矩發(fā)生 變動。
[0016] 本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種電動機控制裝置，該電 動機控制裝置能夠抑制施加負(fù)載時的控制切換前后的勵磁電流的急劇變化，順利地進行控 制切換而不會使速度、扭矩發(fā)生變動。
[0017] 為了解決上述課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的特征在于，具 備：電壓施加單元，其基于驅(qū)動電壓指令向電動機施加交流電壓；電流檢測單元，其檢測流 過所述電動機的電動機電流；推定單元，其基于所述驅(qū)動電壓指令以及所述電動機電流，對 推定相位以及推定速度進行運算并輸出，其中，所述推定相位是所述電動機的轉(zhuǎn)子位置的 推定值，所述推定速度是所述電動機的轉(zhuǎn)速的推定值；以及控制單元，其輸出所述驅(qū)動電壓 指令，以使將所述電動機電流向任意的控制相位上進行坐標(biāo)變換后得到的控制電流矢量與 所述任意的控制相位上的控制電流矢量指令一致，所述控制單元基于所述控制相位、所述 推定相位、所述速度指令、預(yù)先設(shè)定的控制電流矢量、以使從外部輸入的速度指令與所述推 定速度一致的方式進行控制而得到的控制電流矢量指令，生成所述任意的控制相位上的控 制電流矢量指令，并且在任意設(shè)定的同步相位與所述推定相位之間相互切換而作為所述任 意的控制相位。
[0018] 發(fā)明的效果
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，其具有下述效果，即，能夠抑制在施加負(fù)載時的控制切換前后的勵磁 電流的急劇變化，順利地進行控制切換而不會使速度、扭矩發(fā)生變動。
【附圖說明】
[0020] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0021] 圖2是說明圖1所示的控制單元所選擇的3個控制區(qū)域的各相位的特性圖。
[0022] 圖3是表示圖1所示的速度指令與Y軸電流指令運算部計算出的Y軸控制 電流矢量指令之間的關(guān)系例（其1)的特性圖。
[0023] 圖4是表示圖1所示的速度指令與Y軸電流指令運算部計算出的Y軸控制 電流矢量指令之間的關(guān)系例（其2)的特性圖。
[0024] 圖5是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0025] 圖6是說明圖5所示的控制單元所選擇的3個控制區(qū)域的各相位的特性圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面，基于附圖，對本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的實施方式進行詳細(xì)說明。此 外，本發(fā)明并不由該實施方式所限定。
[0027] 實施方式1
[0028] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在本實 施方式1中，對下述情況進行說明，即，從同步電流控制經(jīng)過切換控制而向無傳感器矢量控 制進行切換的情況，或者從無傳感器矢量控制經(jīng)過切換控制而向同步電流控制進行切換的 情況。
[0029] 此外，所謂無傳感器矢量控制是指下述方法，S卩，不在電動機中安裝位置傳感器， 或者即使在電動機中安裝有位置傳感器也不使用該位置傳感器，根據(jù)電動機的感應(yīng)電壓推 定電動機的轉(zhuǎn)速，對電動機速度進行控制以使推定速度與速度指令一致。另外，所謂同步 電流控制是指下述方法，即，通過在任意的控制相位上使規(guī)定的電流矢量流過，作為控制相 位而提供任意設(shè)定的同步相位，從而對電動機速度進行控制以使電動機的轉(zhuǎn)速追隨速度指 令，是在感應(yīng)電壓的檢測或推定較為困難的低速區(qū)域中適用的方法。
[0030] 在圖1中，電動機Ia例如是三相交流永磁體同步機，將轉(zhuǎn)子的磁極所產(chǎn)生的磁通 的方向（永磁體的中心軸）作為d軸，將在電、磁上與該d軸正交的軸（永磁體間的軸）作 為q軸。并且，將與d軸及q軸相對應(yīng)的控制上的推定軸作為Y軸及S軸。此外，d軸也 稱為磁通軸，q軸也稱為扭矩軸。
[0031 ] 對該電動機Ia進行驅(qū)動控制的、實施方式1所涉及的電動機控制裝置2a具備電 壓施加單元3、電流檢測單元4、推定單元5a、以及控制單元6a。該電動機控制裝置2a構(gòu)成 為，將與d軸及q軸相對應(yīng)的控制上的推定軸作為Y軸及S軸，使用該Y軸及S軸對電 動機Ia進行控制。
[0032] 電壓施加單元3是PffM(PulseWidthModulation:脈寬調(diào)制）方式逆變器等半導(dǎo) 體電力變換器，基于控制單元6a的輸出即驅(qū)動電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，將直流電壓向進行 PffM調(diào)制后的三相交流電壓變換，并將其施加于電動機la。
[0033] 電流檢測單元4是在連結(jié)電動機Ia與電壓施加單元3的電力線上安裝的例如變 流器，檢測從該電力線在電動機Ia與電壓施加單元3之間流過的三相的電動機電流iu、iv、 iw，并向控制單元6a輸出。此外，在圖1中，對3相的電流進行了檢測，但也可以僅對任意的 2相的電流進行檢測，利用電動機電流處于3相平衡這一點，通過運算求出剩余相的電流。
[0034] 推定單元5a基于電流檢測單元4的輸出即電動機電流iu、iw、以及控制單元6a的 輸出即驅(qū)動電壓指令Vu*、Vw*，對電動機Ia的轉(zhuǎn)子位置的推定值即推定相位（推定位置） 9〇、以及電動機Ia的轉(zhuǎn)速的推定值即推定速度〇r0進行運算，并向控制單元6a輸出。在 此，推定相位Q〇上的電流矢量是與d軸上及q軸上的控制電流矢量id、iq-致的電流矢 量。此外，在推定運算中，既可以使用適當(dāng)組合的2相的驅(qū)動電壓指令以及電動機電流，也 可以使用全部3相的驅(qū)動電壓指令以及電動機電流。
[0035] 推定單元5a的推定方法是利用了感應(yīng)電壓的方法，因此在低速區(qū)域中推定相位 的運算精度較差。因此，可以在從外部輸入的速度指令的絕對值II小于預(yù)先設(shè)定的 基準(zhǔn)值wlvl的情況下使推定單元5a停止，在絕對值I〇*|變得大于或等于基準(zhǔn)值olvl 時使推定單元5a進行動作。另外，可以將基準(zhǔn)值〇Ivl設(shè)定為推定相位0 0、推定速度〇r0 的運算精度達