马达控制装置的制作方法

专利名称：马达控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种马达控制装置，具备能够通过电枢反作用磁场对永久磁铁马达 的转子中所配置的低矫顽磁力的永久磁铁的磁化状态进行调整的机构。
背景技术：
近年，在洗衣机中，通过直接驱动方式的永久磁铁马达与采用矢量控制的马达 控制装置的组合，实现马达的控制精度及洗衣性能的提高，并且得到消耗电力降低及洗 衣运转中的振动降低等效果。在以往一般的控制方式中，在脱水运转等使马达高速旋转 的情况下，进行通电对转矩无帮助的d轴电流Id而减小马达的感应电压的弱励磁控制。 在该情况下，由于在脱水运转中常时流动对转矩无作用的电流，因此使铜损增加，导致 效率下降。
对此，在专利文献1所公开的技术中，通过在矫顽磁力较低的永久磁铁中瞬间 流动d轴电流，由此不可逆地产生减磁现象，而使永久磁铁的磁通减少，使在马达绕线 中产生的感应电压减少，不常时通电d轴电流就能够进行高速运转。
专利文献1 日本特开2006-280195号公报
在专利文献1中，为了检测转子位置而具备解析器。但是，在家电设备等重视 成本的制品中，难以使用解析器那样高价的位置检测器，一般采用无位置传感器控制。 作为无位置传感器控制，一般有利用马达的感应电压与转子位置之间的关系进行位置推 测的方式。
例如，以使将⑴式的d轴电压方程式变形后的(2)式的左边所示的d轴感应电 压Ed成为零的方式，通过C3)式进行PI补偿运算，并推测马达速度ω，根据基于(4)式 的ω的积分推测转子位置θ。
Vd = R · Id-ω Lq · Iq+Ed ... (1)
Ed = Vd-R ‘ Id+ω · Lq · Iq — (2)
ω = ω O-Ed · (Kp+1/s · Ki) ... (3)
θ = l/s · ω... (4)
另外，(3)式中的ω0是在运算周期中上次所运算出的马达速度ω，S是微分运 算符，Kp、幻是PI控制中的增益。
这里，在⑵式的运算中包括d轴电流Id、d轴电压Vd。并且，在为了使永久 磁铁的磁通变化而进行增减磁通电的情况下，由于将d轴电流以脉冲状通电，所以d轴电 流Id及d轴电压Vd急剧地变化。此外，用于使磁通变化的通电，在马达的旋转控制中 进行是有效的，所以此时的电流变化率在几ms 几十ms之间成为马达额定电流的2 3 倍左右的大小。
这样，在马达旋转中通电增减磁电流时，需要在较短时间内急剧地进行电流波 形的上升和下降。一般在马达电流的控制中也使用PI控制的情况较多。在此情况下，d 轴电流Id的控制为，如(5)式那样运算d轴电流指令Id_ref与检测出的d轴电流Id的偏差Id_dev，并在(6)式中进行PI补偿，由此计算d轴电压指令Vd_ref。
Id_dev = Id_ref-Id ... (5)
Vd_ref = Id_dev · (Kp+l/s · Ki)... (6)
但是，上述控制系统是假定了通常的马达控制的控制系统，所以在短时间内进 行了增减磁通电的情况下，通过PI控制难以追随其变化。当实际通过PI控制进行d轴电 流的控制时，即使是将控制增益提高到不发散的程度的状态，也如图11所示那样，d轴 电流Id相对于电流指令Id_ref延迟。当发生这样的延迟时，不能够在适当的位置通电增 减磁电流，而不能够使永久磁铁的磁通量如期望那样地变化。发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的是提供一种马达控制装置，以无位置 传感器方式控制永久磁铁马达，并且在为了使永久磁铁的磁通变化而进行通电的结构 中，能够将增减磁电流无延迟地通电。
为了达到上述目的，技术方案1记载的马达控制装置的特征在于，具备逆变 器电路，由多个半导体开关元件构成，将直流电源的直流电压变换为交流电压，而对永 久磁铁马达供电，该永久磁铁马达在转子中配置有多个能够变更磁化量的程度的低矫顽 磁力的永久磁铁；位置推测机构，基于对于上述永久磁铁马达成立的电压方程式，推测 上述转子的旋转位置；矢量控制机构，基于上述推测出的旋转位置来运算d轴电流及q轴 电流，对为了控制上述永久磁铁马达而赋予的d轴电流指令及q轴电流指令与上述运算结 果的差分进行PI控制，而生成并输出d轴电压指令及q轴电压指令，对上述永久磁铁马达 进行矢量控制；磁化控制机构，通过经由上述逆变器电路对上述马达的绕线进行通电， 将上述永久磁铁磁化；以及控制指令切换机构，在该磁化控制机构为了将上述永久磁铁 磁化而通电磁化电流的期间中，切换上述矢量控制中的基于电流指令的控制和代替上述 电流指令而直接输出电压指令的控制。
发明的效果
根据技术方案1记载的马达控制装置，在矢量控制中组合了 PI控制的控制系统 中，即使在进行磁化控制的期间突发地流动较大的电流的情况下，控制指令切换机构将 矢量控制中的基于电流指令的控制切换为代替该电流指令而直接输出电压指令的控制， 所以能够将增减磁电流无延迟地通电。


图1是第1实施例，是表示马达控制装置的结构的框图。
图2是表示电流控制部的d轴侧比例积分器的内部结构的图。
图3是表示进行增减磁处理时的一例的时间图。
图4是表示以磁化控制部为中心的磁化控制的内容的流程图。
图5是表示以磁化控制切换部为中心的控制内容的流程图。
图6是表示以位置推测修正部为中心的控制内容的流程图。
图7是表示永久磁铁马达的转子结构的俯视图。
图8是表示滚筒式洗衣干燥机的内部结构的纵剖侧视图。
图9是表示热泵的结构的图。
图10是第2实施例，是概略地表示空调机的结构的图。
图11是说明在现有技术中实际电流相对于电流的控制指令延迟地流动的状态的 图。
符号的说明
1表示永久磁铁马达，3表示转子，如表示钕磁铁，9b表示铝镍钴磁铁(低矫顽 磁力永久磁铁)，21表示滚筒式洗衣干燥机，50表示马达控制装置(矢量控制机构)，52 表示逆变器电路，55表示速度位置推测部(位置推测机构)，61表示磁化控制部(磁化控 制机构)，62表示位置推测修正部(修正机构)，63表示磁化控制切换部(控制指令切换 机构)，77表示马达控制系统。
具体实施方式
(第1实施例)
以下，参照图1至图9对第1实施例进行说明。图7是表示永久磁铁马达1 (外 转子型无刷马达)的转子结构的俯视图。永久磁铁马达1由定子2和设置在外周的转子 3构成。定子2由定子铁芯4和定子绕线5构成。定子铁芯4是将冲裁形成的作为软磁 性体的硅钢板层叠多片、并敛缝而构成的，其具有环状的磁轭部如、和从该磁轭部如的 外周部放射状地突出的多个齿部4b。定子铁芯4的表面除了各齿部4b的前端面以外，被 PET树脂(模塑树脂(moldresin))覆盖。
此外，在定子2的内周部上一体地成型有由该PET树脂构成的多个安装部6。在 这些安装部6上设置有多个螺纹孔虹，通过将这些安装部6螺纹固定，由此定子2在此情 况下被固定安装在滚筒式洗衣干燥机21的水槽25(参照图8)的背面。定子绕线5由三 相构成，卷装在各齿部4b上。
转子3的构成为，将框架7、转子铁芯8和多个永久磁铁9 (9a、9b)通过未图示 的模塑树脂而一体化。框架7是通过冲压加工将作为磁性体的例如铁板形成为扁平的有 底圆筒状。转子铁芯8是将冲裁形成为大致环状的作为软磁性体的硅钢板层叠多片并敛 缝而构成的，并配置在框架7的内周部。该转子铁芯8的内周面(与定子2的外周面(定 子铁芯4的外周面)相对并与该定子2之间形成空隙的面)，形成为具有朝向内侧圆弧状 地突出的多个凸部(磁极前端)8a的凹凸状。
在这些多个凸部8a的内部，形成有在轴向(硅钢板的层叠方向)上贯通转子铁 芯8的矩形状的插入孔，这些多个插入孔成为在转子铁芯8中环状地配置的构成。永久 磁铁9由插入到插入孔中的矩形状的钕磁铁9a(高矫顽磁力永久磁铁)、和相同矩形状的 铝镍钴磁铁9b(低矫顽磁力永久磁铁)构成。在此情况下，钕磁铁9a的矫顽磁力是约 900kA/m,铝镍钴磁铁9b的矫顽磁力是约100kA/m，矫顽磁力相差9倍左右。永久磁铁 9的总数为48，其中的6个是铝镍钴磁铁9b，42个是钕磁铁9a。
在图7中，对于配置有铝镍钴磁铁9b的位置赋予A F，配置在A_B之间的钕 磁铁如为5个，配置在B-C之间的钕磁铁如为9个，配置在C-D之间的钕磁铁如为5 个，配置在D-E之间的钕磁铁9a为9个，配置在E-F之间的钕磁铁9a为5个，配置在 F-A之间的钕磁铁如为9个。该配置方式为，通过使对相同相产生的感应电压的平均值都为相同值，由此抑制齿槽转矩的发生。并且，永久磁铁马达1为48极/36槽结构，每 3槽对应于4极G极/3槽)。
另外，钕磁铁如为高矫顽磁力、铝镍钴磁铁9b为低矫顽磁力是指，在如后述那 样经由定子2通电磁化电流的情况下，在通过能够使铝镍钴磁铁9b的磁化量变化的程度 的电流、钕磁铁9a的磁化量不变化的基准下，将前者称作高矫顽磁力，将后者称作低矫 顽磁力。
接着，对具备如上述那样构成的永久磁铁马达1的滚筒式洗衣干燥机21的结构 进行说明。图8是概略地表示滚筒式洗衣干燥机21的内部结构的纵剖侧视图。形成滚 筒式洗衣干燥机21的外壳的外箱22在前面具有圆形状地开口的洗衣物出入口 23，该洗 衣物出入口 23通过门M开闭。在外箱22的内部配置有背面被封闭的有底圆筒状的水槽 25，在该水槽25的背面中央部通过螺纹固定而固定安装有上述永久磁铁马达1(定子2)。 该永久磁铁马达1的旋转轴沈的后端部(图8中的右侧端部)固定在永久磁铁马达1 (转 子3)的轴安装部10上，前端部(图8中的左侧端部)突出到水槽25内。
在旋转轴沈的前端部上，相对于水槽25成为同轴状地固定有背面被封闭的有底 圆筒状的滚筒27，该滚筒27通过永久磁铁马达1的驱动而与转子3及旋转轴沈一体地旋 转。另外，在滚筒27上设置有能够流通空气及水的多个流通孔观、和用来进行滚筒27 内的洗衣物的抬起或散开的多个挡板四。在水槽25上连接有供水阀30，当该供水阀30 开放时，对水槽25内供水。此外，在水槽25上连接有具有排水阀31的排水管32，当该 排水阀31开放时，水槽25内的水被排出。
在水槽25的下方设置有向前后方向延伸的通风管道33。该通风管道33的前端 部经由前部管道34与水槽25内连接，后端部经由端部管道35与水槽25内连接。在通 风管道33的后端部设置有送风扇36，通过该送风扇36的送风作用，水槽25内的空气如 箭头所示从前部管道34送到通风管道33内，并通过后部管到35返回到水槽25内。
在通风管道33内部的前端侧配置有蒸发器37，在后端侧配置有冷凝器38。这 些蒸发器37及冷凝器38与压缩机39及节流阀40 —起构成热泵41 (参照图9)，在通风管 道33内流动的空气被蒸发器37除湿、并被冷凝器38加热，而循环到水槽25内。节流 阀40由膨胀阀构成，具有开度调整功能。
在外箱22的前面，位于门M上方设置有操作面板42，在该操作面板42上设置 有用于设定运转过程等的多个操作开关(未图示)。操作面板42与控制电路部(未图 示)连接，该控制电路部以微型计算机为主体地构成并控制滚筒式洗衣干燥机21的全部 运转，该控制电路部根据经由操作面板42而设定的内容，一边控制永久磁铁马达1、供 水阀30、排水阀31、压缩机39、节流阀40等的驱动，一边执行各种运转过程。此外， 虽然未图示，但构成压缩机39的压缩机马达也采用与永久磁铁马达1同样的结构。
图1通过框图表示对永久磁铁马达1的旋转进行矢量控制的马达控制装置50的 结构。另外，上述压缩机马达也由同样的结构控制。在矢量控制中，将在电枢绕线中 流动的电流分离为作为励磁的永久磁铁的磁通方向、和与其正交的方向，而对它们独立 地进行调整，并控制磁通和产生转矩。在电流控制中，使用由与马达1的转子一起旋转 的坐标系、所谓d_q坐标系表示的电流值，d轴是安装在转子上的永久磁铁形成的磁通方 向，q轴是正交于d轴的方向。在绕线中流动的电流的q轴成分即q轴电流ki，是产生旋转转矩的成分(转矩成分电流)，其d轴成分即d轴电流Id是形成磁通的成分(励磁或 磁化成分电流)。
电流传感器51 (U、V、W)是检测在马达1的各相(U相、V相、W相)中流动 的电流Iu、Iv、Iw的传感器。另外，也可以代替电流传感器51 (电流检测机构)而构成 为，在构成逆变器电路52 (驱动机构)的下臂侧的开关元件与地之间配置3个分流电阻， 基于它们的端子电压来检测电流Iu、Iv、Iw。
将由电流传感器51检测的电流Iu、Iv、Iw,在通过A/D变换器53进行A/D变 换并通过uvw/dq坐标变换器M变换为2相电流Ια、IB之后，进一步变换为d轴电流 Id、q轴电流Iq。 α、β是固定在马达1的定子上的2轴坐标系的坐标轴。在这里的坐 标变换的计算中，使用通过速度位置推测部M推测的转子的旋转位置推测值(α轴与d 轴的相位差的推测值)θ。
速度位置推测部(位置推测机构)55在内部具备Ed运算部56、比例积分器57、 运算器58、延迟器59及积分器60。Ed运算部56通过上述( 式运算d轴感应电压Ed， 比例积分器57对d轴感应电压Ed实施比例积分运算而作为减法值输出到减法器58。减 法器58的输出，经由赋予1个运算周期量延迟的延迟器59而作为被减值反馈，并且输出 到积分器60。并且，减法器58的输出为马达1的转速(角速度)ω，积分器60的输出 为旋转位置θ。
磁化控制部61参照由对洗衣干燥机21的运转进行控制的控制电路部(上位系 统)赋予的运转顺序信号，按照清洗、脱水、漂洗、干燥等的运转状态的变化，向位置 推测修正部(修正机构)62及磁化控制切换部(控制指令切换机构)63，输出用于将配置 在永久磁铁马达1的转子3中的铝镍钴磁铁9b磁化的磁化指令(增磁指令或减磁指令)。
位置推测修正部62为，当由磁化控制部61赋予磁化指令时，对速度位置推测部 55输出Ed保持指令。速度位置推测部55为，当被赋予Ed保持指令时，将从Ed运算部 56输出的d轴感应电压Ed的值保持为在该时刻得到的值。
对于磁化控制切换部63，由磁化控制部61与上述磁化指令一起赋予增减磁电流 值，此外，由uvw/dq坐标变换器M赋予d轴电流Id。并且，磁化控制切换部63对电 流控制器67的比例积分器70d输出控制切换指令和d轴电压指令Vd_ref。
由上述控制电路部赋予的转速指令值co_ref，当在速度控制部64的减法器65中 被求出与转速ω的差时，将该差在比例积分器66中进行比例积分运算，并作为q轴电流 指令值Iq_ref输出到电流控制部67。Id指令输出部68参照由上述控制电路部赋予的运转 顺序信号，在需要进行弱励磁控制的情况下，将对电流控制部67输出的d轴电流指令值 Id_ref设定为负值，在此外的情况下，将d轴电流指令值Id_ref设定为“0”。
在电流控制部67中，在减法器69d、69q中分别求出d轴电流指令值Id_ref、q轴 电流指令值Iq_ref与d轴电流Id、q轴电流Iq的差，该差由比例积分器70d、70q进行比 例积分运算。并且，比例积分运算的结果作为用d_q坐标系表示的输出电压指令值Vd、 Vq，输出到dq/uvw坐标变换器71。
这里，图2表示比例积分器70d的内部结构。减法器69d的减法结果被输入到 比例器72及积分器73。并且，比例器72、积分器73的输出，由加法器74相加后，赋 予切换开关75的输入端子的一个。对于切换开关75的输入端子的另一个，如上述那样赋予来自磁化控制切换部63的d轴电压指令Vd_ref。并且，切换开关75根据由磁化控 制切换部63赋予的控制切换指令，切换是选择输入端子的哪个作为d轴电流Vd输出。 在通常的马达控制时，切换开关75选择加法器74侧，当磁化控制部61为了将铝镍钴磁 铁9b磁化而输出磁化指令时，通过控制切换指令，切换开关75选择d轴电压指令Vd_ref 侧。
在dq/uvw坐标变换器71中，电压指令值Vd、Vq在变换为用α - β坐标系表 示的值之后，进一步变换为各相电压指令值Vu、Vv、Vw。在dq/uvw坐标变换器71的 坐标变换的计算中也使用旋转位置θ。
各相电压指令值Vu、Vv、Vw被输入到电力变换部76，形成用于供给与指令值 一致的电压的、被脉宽调制后的栅极驱动信号。逆变器电路52是将例如IGBT等开关元 件进行三相桥接而构成的，从未图示的直流电源电路接受直流电压的供给。由电力变换 部76形成的栅极驱动信号被赋予构成逆变器电路52的各开关元件的栅极，由此生成与各 相电压指令值Vu、Vv> Vw —致的、被PWM调制后的三相交流电压，并施加在马达1 的绕线5上。
在上述结构中，在电流控制部67中进行基于比例积分(PI)运算的反馈控制，并 控制为d轴电流Id、q轴电流Iq分别与d轴电流指令值Id_ref、q轴电流指令值Iq_ref — 致。作为该控制结果的角速度推测值ω反馈到减法器65，比例积分器66通过比例积分 运算使偏差Δ ω收敛为零。结果，转速ω成为与指令值coref—致。
在以上的结构中，对马达控制装置50加上永久磁铁马达1而构成马达控制系统 77。此外，除了逆变器电路52、电力变换部76以外的部分，是通过构成马达控制装置 50的微型计算机的软件实现的功能。
接着，对具备永久磁铁马达1的滚筒式洗衣干燥机21的作用进行说明。当控制 电路部经由磁化控制部61使逆变器电路52动作、由此定子绕线5通电时，基于电枢反作 用的外部磁场(通过在定子绕线5中流动的电流产生的磁场)，作用在转子3的永久磁铁 9a、9b上。并且，矫顽磁力较小的铝镍钴磁铁9b的磁化状态，通过上述外部磁场减磁或 增磁，结果与定子绕线5交链的磁通量(交链磁通量)增减。
在洗衣运转中，控制电路部将供水阀30开放而向水槽25内进行供水，接着使滚 筒27旋转而进行洗衣。在此情况下，使铝镍钴磁铁9b的磁化状态增磁。由此，作用在 定子绕线5上的磁通量变多(磁力变强)，所以马达1成为适合于使滚筒27以高转矩低速 度旋转的特性。
在脱水运转中，控制电路部将排水阀31开放而将水槽25内的水排出，接着使滚 筒27高速旋转而将洗衣物包含的水分脱水。在此情况下，使铝镍钴磁铁9b的磁化状态 减磁。由此，作用在定子绕线5上的磁通量变少(磁力变弱)，所以马达1成为适合于使 滚筒27以低转矩高速度旋转的特性。最后，在干燥运转中，控制电路部使送风风扇36 及热泵41驱动，并且使滚筒27旋转而进行洗衣物的干燥。在此情况下，为下次洗衣运 转准备，而使铝镍钴磁铁9b的磁化状态增磁。
接着，还参照图3至图6对本实施例的作用进行说明。首先，参照图3的时间 图对处理的概况进行说明。在如上述那样将铝镍钴磁铁9b增减磁的情况下，在转子3的 位置相对于铝镍钴磁铁9b成为能够使基于d轴电流的通电的磁通有效地交链的位置关系的情况下，开始处理(增减磁顺序)。
当从进行通常的马达控制的期间(0)开始增减磁顺序时，最先使d轴电流增加 [参照顺序⑴、(d)]。另外，q轴电流Iq在图3的整个期间中为一定。此时，磁化控制 部61为，如果从上位系统(洗衣机的控制电路部)接受到的指令是增磁则将增磁指令、 如果是减磁则将减磁指令输出到位置推测修正部62及磁化控制切换部63。磁化控制切换 部63为，当被赋予增磁指令(减磁指令)时，对电流控制部67输出增磁(减磁)电压指 令。于是，(以下是增磁的情况)d轴电流Id由正的电压指令Vd_ref控制[参照(e)]，q 轴电流:tq由电流指令Iq_ref控制。
此外，位置推测修正部62为，当被赋予增磁指令，将保持d轴感应电压Ed的指 令输出到速度位置推测部阳。于是，速度位置推测部55将d轴感应电压Ed保持上次运 算结果不变而作为一定值，并基于该值来推测速度ω及角度θ。
并且，当d轴电流Id达到由磁化控制部61赋予的增减电流值11时，转移到下个 顺序( ，而使d轴电流Id减少。此时，磁化控制切换部63将d轴电压指令Vd_ref固 定为负值或零[参照(e)]，并使d轴电流Id急剧地减少[参照(d)]。
当d轴电流Id减少并减少到规定值12( >0)以下时，转移到下个顺序(3)。在 该时刻，磁化控制切换部63使d轴侧返回到基于电流指令Id_ref的电流控制，所以d、q 轴都成为基于电流指令Id_ref、Iq_ref的控制。当时间进一步经过而d轴电流Id成为零 时，磁化控制部61停止增磁指令的输出，返回到通常的马达控制[期间G)]。当增磁指 令的输出停止时，位置推测修正部62停止Ed保持指令的输出，而重新开始基于速度位置 推测部55的Ed运算器56的d轴感应电压Ed的运算。
图4是表示以磁化控制部61为中心的磁化控制的内容的流程图，每隔一定周期 地执行。磁化控制部61在未从上述控制电路部(洗衣机系统)接受到增减磁指令的期 间，从步骤Sl转移到S11，将磁化动作计数器清零。并且，当接受到增减磁指令时，转 移到步骤S2，并判断该时刻的磁化动作计数器值是否比与对增减磁结束时间(例如IOm 秒)加上一定时间后的时间相当的值小。
在步骤幻中，如果(磁化动作计数器)< (增减磁结束时间)+ (—定时间) (是)，则将磁化动作计数器增加(步骤S3)，并输出位置推测修正指令(步骤S4)。这 里，(增减磁结束时间)+ (—定时间)对应于图3中的顺序⑴ (3)的期间长度的总 和。
在之后的步骤S5中，在(磁化动作计数器)< (增减磁结束时间)(是)、从控 制电路部接受到的指令是增磁指令的情况下(步骤S6:是)，将增磁电流指令值与增磁指 令一起输出到位置推测修正部62及磁化控制切换部63 (步骤S7、S8)。此外，在从控制 电路部接受到的指令是减磁指令的情况下(步骤S6:否)，将减磁电流指令值与减磁指令 一起输出(步骤S9、S10)。
图6是表示以位置推测修正部62为中心的控制内容的流程图。在由磁化控制部 61赋予有位置推测修正指令的情况下(步骤S31 是)，判断修正模式是否是在速度位置 推测部55中使用上次值的类型(步骤S3》。另外，对于修正模式，能够预先由用户设 定，有上述的上次值使用类型/上次值不使用类型。对于上次值使用类型，有在步骤S33 中判断的模式(1 3)。9
S卩，如果是上次值使用类型(步骤S32 是)，则根据模式(1 幻的设定而从 步骤S33转移到SS34 35。模式⑴是将由Ed运算器56输出的d轴感应电压Ed(运 算结果)设为“0”的模式(步骤幻4)，模式(2)是保持d轴感应电压Ed的上次值、并 将其用作为此次的值的模式(步骤S35，在图3中说明的情况)。此外，模式(3)是通 过将由比例积分器57输出的值设为“0”、而将加法器58的输出结果保持为上次得到的 ω (运算结果)的模式(步骤S36)。因此，将对应于各模式的指令赋予Ed运算部56或 比例积分器57。另外，模式(1)严格地讲不使用上次值，但在这里将其作为符合该情况 的模式进行分类。
另一方面，在步骤S32中，在是上次值不使用类型的情况下(否)，将Ed运算 器56执行的运算式( 式临时地变更为如(7)式那样(步骤幻7)。
Ed = Vd-R · Id-S ‘ Ld ‘ Id+ω · Lq · Iq ... (7)
BP,附加右边第3项的微分项[-s · Ld · Id],而求出d轴感应电压Ed。在此 情况下，当使d轴电流Id例如向正侧急剧地变化时，右边第1项的Vd变得非常大，但右 边第3项的微分项[-S · Ld · Id]向负侧变大，因此左边的d轴感应电压Ed不会急剧变 化。
图5是表示以磁化控制切换部63为中心的控制内容的流程图，该处理接着图4 的处理执行。首先，在步骤S12中进行与步骤阳相同的判断，或者判断是否为磁化动作 计数器=0。这里，在判断为“否”的情况下，是如通常那样驱动控制永久磁铁马达1 的情况，因此如上述那样，使比例积分器70d内部的切换开关75选择加法器74侧、即基 于d轴电流指令Id_ref进行控制(步骤S17)。
在步骤S12中判断为“是”的情况下，是进行增减磁处理的情况，因此判断在d 轴电流的上升开始之后，该d轴电流或U、V、W某个相电流是否未达到增减磁电流指令 值(图3的II)(步骤Si:3)。在未达到上述指令值的情况下(是)，如果是增磁指令(步 骤S14:是)，则使切换开关75选择d轴电压指令Vd_ref侧，输出使铝镍钴磁铁9b增磁 的d轴电压指令(步骤S15)。此外，如果是减磁指令(步骤S14:否)，则输出使铝镍钴 磁铁9b减磁的d轴电压指令(步骤S16)。S卩，步骤S15、S16是对应于图3的顺序(1) 的处理。
另一方面，在步骤S13中判断为“否”的情况下，是转移到图3的顺序O)的 情况，判断d轴电流Id或U、V、W某个相电流是否未达到控制切换电流值(图3的12) (步骤S18)。如果未达到上述电流值(是)，并且如果是增磁指令(步骤S19 是)，则 输出d轴电压指令Vd_ref以使d轴电流Id减少(步骤S20)。并且，如果是减磁指令(步 骤S19:否)，则输出d轴电压指令Vd_ref以使减磁方向的d轴电流Id减少(步骤S21)。
在步骤S18中判断为“否”的情况下，是d轴电流Id等达到控制切换电流值而 转移到图3的顺序⑶的情况。因此，磁化控制切换部63进行切换，以使比例积分器70d 内部的切换开关75选择加法器74侧，并基于d轴电流指令Id_ref进行控制(步骤幻2)。
如上所述，根据本实施例，马达控制装置50为，速度位置推测部55基于对于永 久磁铁马达1成立的电压方程式，推测转子3的旋转位置θ，并基于该推测出的旋转位置 θ运算d轴电流及q轴电流，由此对永久磁铁马达1进行矢量控制。并且，位置推测修 正部62为，在磁化控制部61经由逆变器电路52对马达1的绕线5进行通电而将铝镍钴磁铁9b磁化的期间，将通过电压方程式得到的运算结果临时置换为固定值，由此对所推 测的转子位置θ进行修正。具体而言，位置推测修正部62根据用户的选择，将d轴感 应电压Ed保持为在开始磁化控制之前刚运算出的值、或保持为零，或者将通过电压方程 式的运行结果得到的转速ω保持为在开始磁化控制之前刚运算出的值，而将运算结果暂 时置换为固定值。
S卩，在电流控制中，q轴侧继续基于电流指令的控制，将d轴侧的控制切换为基 于电流指令的控制和基于电压指令直接值的控制，由此即使在增减磁电流急剧地上升、 下降的情况下，也能够不产生失调等地继续马达1的运转，能够进行高速的电流控制。 并且，如此地通过无位置传感器方式进行增减磁，由此在如洗衣干燥机21那样要求低成 本的家电用途中，也能够适用永久磁铁马达1那样的可变磁通马达，并能够增大与对马 达1要求的转速、转矩的特性相对应地进行的增减磁的效果，能够在运转区域的整个区 域中进行高效率的运转。因此，即使在通过无位置传感器方式进行控制的情况下，也能 够在马达1不产生失调的情况下进行增减磁通电。
此外，位置推测修正部62为，根据用户的选择，在磁化控制部61进行磁化控制 的期间，对d轴电压方式临时加上微分项s · Ld · Id而计算d轴感应电压Ed。因此， 在进行磁化的期间突发性地流动较大电流的情况下，也在位置推测运算所使用的d轴电 压方程式中临时加上对于瞬间变化的追随性良好的微分项S · Ld · Id而计算d轴感应电 压Ed，因此能够抑制感应电压Ed的急剧变化。
并且，磁化控制切换部63为，在马达控制装置50将PI控制组合到矢量控制的 反馈循环内的情况下，在磁化控制部61进行磁化控制的期间，切换矢量控制中的对电流 控制部67的d轴侧赋予电流指令Id_ref的控制、和代替电流指令Id_ref而将电压指令Vd_ ref直接输出到dq/uvw坐标变换器71的控制。因此，即使在进行磁化控制的期间突发性 地流动较大电流的情况下，也能够无延迟地通电增减磁电流。
此外，磁化控制切换部63为，在磁化控制部61输出使d轴电流增加的指令的期 间，对于d轴直接赋予使上述d轴电流增加的极性的电压指令Vd_ref，对于q轴赋予电流 控制指令Iq_ref，因此能够使d轴电流的通电量迅速地上升。
并且，磁化控制切换部63为，当U、V、W某个相电流值、或d轴电流Id的值 达到由磁化控制部61赋予的磁化电流指令值Il时，赋予电压指令Vd_ref以使d轴电流Id 减少，在磁化控制部61输出使d轴电流Id减少的指令的期间，对于d轴直接赋予使d轴 电流Id减少的极性的电压指令Vd_ref，对于q轴赋予电流控制指令Iq_ref，因此能够使d 轴电流Id的通电量迅速地下降。
此外，磁化控制切换部63为，当U、V、W某个相电流值(绝对值)、或d轴电 流Id(绝对值)减少到不足一定的阈值12时，进行切换以对dq轴都赋予电流控制指令， 因此通过在比d轴电流Id到达零更早的定时切换为基于电流控制指令的控制，由此能够 防止d轴电流Id向反极性侧下冲。
此外，在使用电流传感器(例如电流互感器)51检测马达电流的情况下没有问 题，但在如上述那样将分流电阻插入到逆变器电路51的下臂侧而检测电流的情况下，发 生以下那样的问题。在此情况下，通过在下臂侧的开关元件开启的期间中检测分流电阻 的端子电压，来进行电流检测。于是，在磁化控制部61进行磁化控制的情况下，通电d轴电流Id的期间变得非常短，所以随之下臂侧开关元件开启的时间也成为PWM占空比接 近于0%的状态，所以电流检测变得困难。
并且，根据本实施例，通过位置推测修正部62的作用，在上述那种情况下，速 度位置推测部55在未检测到马达电流的期间也能够进行位置推测。因此，通过代替电流 传感器51而使用分流电阻，能够有助于制品成本降低。
(第2实施例)
图10是第2实施例，表示将第1实施例的马达控制装置50适用到空调机(空气 调节器)中的情况。构成热泵101的压缩机(负荷)102为，将压缩部103和马达104收 容在同一铁制密闭容器105内而构成，马达104的转子轴与压缩部103连结。并且，压 缩机102、四通阀106、室内侧热交换器107、减压装置108、室外侧热交换器109，通过 作为冷媒通路的管连接为构成闭循环。另外，压缩机102例如是旋转式压缩机，马达104 是与第1实施例的马达1同样构成的永久磁铁马达。
在制暖时，四通阀106处于实线表示的状态，由压缩机102的压缩部103压缩的 高温冷媒，从四通阀106供给到室内侧热交换器107中而冷凝，然后通过减压装置108减 压，变为低温而流到室外侧热交换器109中，并在这里蒸发而向压缩机102返回。另一 方面，在制冷时，四通阀106被切换为虚线所示的状态。因此，由压缩机102的压缩部 103压缩的高温冷媒，从四通阀106供给到室外侧交换器109而冷凝，然后通过减压装置 108减压，变为低温而流到室内侧热交换器107中，并在这里蒸发而向压缩机102返回。 并且，在室内侧、室外侧的各热交换器107、109中构成为，分别通过风扇110、111进行 送风，通过该送风而效率良好地进行各热交换器107、109与室内空气、室外空气的热交 换。
根据以上那样构成的第2实施例，将由永久磁铁马达104和逆变器装置50构成 的马达控制系统适用于空调机，而驱动压缩机102，所以能够稳定地进行空调机的运转， 并且能够降低消耗电力。
本发明并不仅限于上述或附图记载的实施例，能够进行以下那样的变形或扩展。
磁化电流指令值(Il)只要是能够将低矫顽磁力永久磁铁充分磁化的电流值即 可，能够适当设定。
此外，阈值(12)只要是在使进行磁化时通电的d轴电流Id减小的过程中、能够 防止向反极性侧发生下冲的值即可，能够适当设定。
对于修正模式，也可以执行预先设定的某一个模式。
在进行位置推测时也使用q轴电压方程式的情况下，也可以在增减磁通电的期 间中不仅保持d轴感应电压Ed、还同时保持q轴感应电压Eq。
钕磁铁9a、铝镍钴磁铁9b的配置个数比根据个别设计适当变更即可。
低矫顽磁力的永久磁铁并不限于铝镍钴磁铁，此外也可以使用例如钐钴磁铁。 此外，高矫顽磁力的永久磁铁也并不限于钕磁铁。
对于修正，也可以不修正转速而仅修正转子位置。
不限定于洗衣机及空调机，只要是将在转子中配置低矫顽磁力永久磁铁的永久 磁铁马达作为控制对象的装置都能够适用。
权利要求
1.一种马达控制装置，其特征在于，具备逆变器电路，由多个半导体开关元件构成，将直流电源的直流电压变换为交流电 压，而对永久磁铁马达供电，该永久磁铁马达在转子中配置有多个能够变更磁化量的程 度的低矫顽磁力的永久磁铁；位置推测机构，基于对于上述永久磁铁马达成立的电压方程式，推测上述转子的旋 转位置；矢量控制机构，基于上述推测出的旋转位置来运算d轴电流及q轴电流，对为了控制 上述永久磁铁马达而赋予的d轴电流指令及q轴电流指令与上述运算结果的差分进行PI控 制，而生成并输出d轴电压指令及q轴电压指令，对上述永久磁铁马达进行矢量控制；磁化控制机构，通过经由上述逆变器电路对上述马达的绕线进行通电，将上述永久 磁铁磁化；以及控制指令切换机构，在上述磁化控制机构为了将上述永久磁铁磁化而通电磁化电流 的期间中，切换上述矢量控制中的基于电流指令的控制和代替上述电流指令而直接输出 电压指令的控制。
2.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，上述控制指令切换机构为，在上述磁化控制机构输出使d轴电流增加的指令的期 间，对于d轴直接赋予使上述d轴电流增加的极性的电压指令，对于q轴赋予电流控制指 令。
3.如权利要求2所述的马达控制装置，其特征在于，上述控制指令切换机构为，当某个相的马达电流值、或者上述d轴电流值达到由 上述磁化控制机构赋予的磁化电流指令值时，以使d轴电流减少的方式赋予上述电压指 令。
4.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于， 上述控制指令切换机构为，在上述磁化控制机构输出使d轴电流减少的指令的期 间，对于d轴直接赋予使上述d轴电流减少的极性的电压指令，对于q轴赋予电流控制指 令。
5.如权利要求3或4所述的马达控制装置，其特征在于，上述控制指令切换机构为，当某个相的马达电流值的绝对值、或上述d轴电流值的 绝对值减少到不足一定阈值时，进行切换以便对dq轴都赋予电流控制指令。
全文摘要
一种马达控制装置，在以无位置传感器方式控制永久磁铁马达并为了使永久磁铁磁通变化而通电的结构中，无延迟地通电增减磁电流。马达控制装置(50)为，速度位置推测部(55)基于对于永久磁铁马达(1)成立的电压方程式来推测转子(3)的旋转位置(θ)，基于推测的旋转位置运算d轴电流及q轴电流，由此矢量控制永久磁铁马达。磁化控制切换部(63)为，在马达控制装置在矢量控制的反馈循环内组合PI控制时，在磁化控制部(61)进行磁化控制的期间，切换矢量控制中向电流控制部(67)的d轴侧赋予电流指令Id_ref的控制和代替电流指令Id_ref而将电压指令Vd_ref直接输出dq/uvw坐标变换器(71)的控制。
文档编号H02P21/14GK102025311SQ20101027466
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月3日 优先权日2009年9月18日
发明者前川佐理 申请人:株式会社东芝