电动机控制装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及的电动机控制装置无需使用传感器就能检测出同步电动机的转子位置。该电动机控制装置预先存储由感应电压波峰值Ep、和从电流电角度θi减去感应电压电角度θe后的差值（θe-θi）这2个参数规定的电流相位β，基于实际检测出的Ep、θi和θe，并参照预先存储的β，从而选定β，从实际检测出的θi减去该选定的β，由此计算出转子位置θm。而且，在选定β时，根据线圈中流过的电流的变化，对实际检测出的Ep及θe进行相应的修正，从而提高过渡期的转子位置的检测精度。
【专利说明】电动机控制装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电动机控制装置，该电动机控制装置无需传感器就能检测出同步电动机中旋转的转子位置，具体涉及能够提高过渡时的转子位置的检测精度的电动机控制装置。
【背景技术】
[0002] 以往的电动机控制装置基于线圈电流及与感应电压相关的检测值，从预先存储在旋转坐标系中的电流相位等的数据表中选定电流相位等，从而直接求出转子位置。这里，数据表是以同步电动机的负载固定的稳定状态下所成立的电压方程式为前提，用包含了感应电压波峰值或感应电压电角度的参数来规定电流相位等。通过利用该数据表，能够在一定精度下且以低处理负荷来检测出同步电动机的转子位置(例如参考专利文献I)。
现有技术文献 专利文献
[0003]专利文献1:日本专利公报:特开2011-10438号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0004]然而，当同步电动机的负载发生急剧变动时，线圈电流会在短时间内发生变化，因线圈的电感而产生的感应电压将会大大地增加或减小，但以往的电动机控制装置所使用的数据表是以稳定状态下成立的电压方程式为前提，并没有考虑到感应电压会随着同步电动机的负载急剧变动而发生增减的情况。因此，基于与感应电压相关的检测值而从数据表直接选定的电流相位会大大偏离实际的电流相位，导致有可能无法高精度地检测出转子位置。
[0005]因而，本发明鉴于上述现有问题，其目的在于提供一种电动机控制装置，通过根据负载的急剧变动而导致的线圈电流的变化，对与感应电压相关的检测值进行相应的修正，从而提高过渡时的转子位置的检测精度。
解决技术问题所采用的技术方案
[0006]为了实现上述目的，本发明的电动机控制装置无需使用传感器就能检测出同步电动机中旋转的转子位置，该电动机控制装置包括:电流检测单元，该电流检测单元检测出同步电动机的线圈中流过的电流；电压检测单元，该电压检测单元检测出同步电动机的线圈上所施加的电压；Ip及Qi检测单元，该Ip及Θ i检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流，检测出电流波峰值Ip及电流电角度θ?;Ερ及0e检测单元，该Ep及Ge检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流和所述电压检测单元检测出的电压，检测出感应电压波峰值Ep及感应电压电角度Θ e ;相位存储单元，该相位存储单元预先存储用Ip值、Ep值、及9e减去Θ i后的差值(0e-0 i)中的至少2个参数来规定的电流相位β或感应电压相位Y ;以及转子位置运算单元，该转子位置运算单元根据以所述相位选定单元所选定的β为第I变量、以所述Ip及Qi检测单元检测出的0i为第2变量的转子位置计算式，或者根据以所述相位选定单元所选定的Y为第I变量、以所述Ep及Ge检测单元检测出的Ge为第2变量的转子位置计算式，计算出转子位置0m，所述电动机控制装置还包括修正单元,该修正单元在所述相位选定单元选定电流或感应电压相位时，根据所述线圈中流过的电流的变化，对包含在规定电流或感应电压相位的所述至少2个参数内的、所述Ep及Θ e检测单元检测出的Ep或Θ e中的至少一方进行相应的修正。
[0007]根据上述结构，所述相位选定单元为了选定电流相位β或感应电压相位Y，利用所述修正单元，根据所述线圈中流过的电流的变化，对包含在规定所述电流相位β或感应电压相位Y的所述至少2个参数内的、所述Ep及0e检测单元检测出的Ep或Ge中的至少一方进行相应的修正。
[0008]另外，上述修正单元也可以基于所述线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对所述Ep及Θ e检测单元检测出的Ep或Θ e进行修正。从而,基于所述线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对所述Ep及Θ e检测单元检测出的Ep或0e进行修正。
[0009]此外，所述修正单元也可以基于用所述线圈电流变化率求出的0e的变化量Δ Θ，对所述Ep及0e检测单元检测出的0e进行修正。从而，基于用所述线圈电流变化率求出的Θ e的变化量Δ Θ，对所述Ep及Θ e检测单元检测出的Θ e进行修正。
[0010]此外，所述线圈电流变化率通过从所述电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔来求出。从而，通过从所述电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔，从而求出所述线圈电流变化率。
发明效果
[0011]根据权利要求1的发明，在所述相位选定单元选定电流相位β或感应电压相位Y时，利用修正单元，能够根据线圈中流过的电流的变化，对包含在规定电流相位β或感应电压相位Y的至少2个参数内的、Ep及Θ e检测单元检测出的感应电压波峰值Ep或感应电压电角度Ge中的至少一方进行相应的修正。因而，能够基于包含了根据负载的急剧变动而得到相应修正的Ep或Θ e中的至少一方的参数来选定电流相位β或感应电压相位Y，因此，能够提高过渡时的转子位置的检测精度。
[0012]另外，根据权利要求2的发明，能够基于线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对Ep及Θ e检测单元检测出的Ep或Qe进行修正。因此,对于规定电流相位β或感应电压相位Y的至少2个参数,能够使用基于线圈电流变化率而得到了修正的Ep或Θ e的修正值。
[0013]此外，根据权利要求3的发明，能够基于用线圈电流变化率求出的Θ e的变化量Δ Θ，对Ep及0e检测单元检测出的0e进行修正。因此，对于规定电流相位β或感应电压相位Y的至少2个参数，能够使用基于Λ Θ而得到了修正的Ge的修正值。
[0014] 此外，根据权利要求4的发明，线圈电流变化率能够通过从电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔来求出。因此，通过在电流检测单元每次检测电流时求出其检测时间间隔内的线圈电流变化率，能够使Ep及0 e检测单元检测出的Ep或0 e接近实际的感应电压变化来进行修正。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的电动机控制装置的一个实施例的结构图。
图2是说明图1的转子位置检测部的内部结构的框图。
图3是说明用来规定电流相位的数据表的一个示例的说明图。
图4是表示用来规定电流相位或感应电压相位的参数的说明图。
图5是电动机矢量图。
图6是说明图1的修正部的内部结构的框图。
图7是表示本发明的电动机控制装置的动作的流程图。
图8是表示同步电动机的各相电流波形的说明图。
图9是表示同步电动机的各相感应电压波形的说明图。
图10是说明图7中步骤S5的处理内容的流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的电动机控制装置的一个实施例的图。该电动机控制装置10无需使用传感器就能检测出同步电动机12中旋转的转子位置，对由直流电源14向同步电动机12供电的逆变器16进行控制，内置有省略了图示的计算机。同步电动机12的轴输出被用于例如在车用空调装置中驱动用来压缩冷冻循环中的制冷剂的压缩机(省略图示)，但也可以用来驱动包括了车载式或固定式的冷冻/冷藏装置等的冷冻循环的压缩机。
[0017]同步电动机12由3相无刷电动机构成，具备包含U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc这3相线圈的未图示的定子、以及包含永磁体的未图示的转子。U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc各自的一端在中性点N进行电连接，从而联接成星形，但也可以联接成三角(delta)形。
[0018]逆变器16具有6个开关元件，高电位侧和低电位侧的开关元件两个两个地分别与同步电动机12的3相线圈中各自未与中性点N相连接的另一端的端子Tu、Tv及Tw相连接。开关元件使用IGBT，但也可以使用M0SFET、双极型晶体管等晶体管、或GT0。
与端子Tu、Tv及Tw相连接的开关元件中，位于高电位侧的上级开关元件Usu、Vsu及Wsu各自的发射极分别与端子Tu、Tv及Tw相连接，各自的集电极分别与直流电源14的正极相连接。另外，与端子Tu、Tv及Tw相连接的开关元件中，位于低电位侧的下级开关元件UsUVsl及Wsl各自的集电极分别与端子Tu、Tv及Tw相连接，各自的发射极分别与直流电源14的负极相连接。各开关元件Usu、Usl、Vsu、Vsl、Wsu及Wsl的栅极分别与后文所述的逆变器驱动部相连接。
[0019]逆变器16具有用于检测出同步电动机12的各相中流过的电流的分流电阻R1、R2及R3。分流电阻Rl位于下级开关元件Usl与直流电源14之间，分流电阻R2位于下级开关元件Vsl与直流电源14之间，分流电阻R3位于下级开关元件Wsl与直流电源14之间。
[0020]本发明的电动机控制装置10如图1所示，包括:速度控制部18、逆变器驱动部20、电流检测部22、电压检测部24、电流极坐标转换部26、感应电压极坐标转换部28、转子位置检测部30、以及修正部32。
[0021]速度控制部18基于来自未图示的操作部的目标速度和来自转子位置检测部30的转子位置0 m，向逆变器驱动部20发送用来使同步电动机12以规定转速旋转或停止的控制信号。
[0022]逆变器驱动部20基于来自速度控制部18的控制信号，向逆变器16的上级开关元件Usu、Vsu和Wsu的栅极以及下级开关元件Usl、Vsl和Wsl的栅极发送用来使各开关元件导通或截止的驱动信号。上级开关元件Usu、Vsu和Wsu以及下级开关元件UsUVsI和Wsl根据来自逆变器驱动部20的驱动信号以规定模式导通和截止，对同步电动机12的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行基于该规定模式的正弦波通电(180度通电)。
[0023]电流检测部22是检测出同步电动机12的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc中流过的电流(U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw)的电流检测单元。该电流检测部22分别与逆变器16的分流电阻Rl、R2和R3的下级开关元件Usl、Vsl和Wsl —侧相连接，利用在这些连接点检测出的电压来检测出电流Iu、Iv和Iw。然后，将这些电流Iu、Iv、Iw发送到电流极坐标转换部26及感应电压极坐标转换部28。
[0024]电压检测部24是检测出同步电动机12的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc上施加的电压(U相电压Vu、V相电压Vv和W相电压Vw)的电压检测单元。该电压检测部24分别与将开关元件Usu及Usl之间与端子Tu连接起来的连接线、将开关元件Vsu及Vsl之间与端子Tv连接起来的连接线、以及将开关元件Wsu及Wsl之间与端子Tw连接起来的连接线分岔出来的各分岔线相连接。然后，将电压Vu、Vv及Vw发送到感应电压极坐标转换部28。
[0025]电流极坐标转换部26是基于电流检测部22检测出的各相电流Iu、Iv及Iw来检测出电流波峰值Ip和电流电角度9 i的Ip及9 i检测单元。
[0026]感应电压极坐标转换部28是基于电流检测部22检测出的电流Iu、Iv及Iw、和电压检测部24检测出的电压Vu、Vv及Vw来检测出感应电压波峰值Ep和感应电压电角度0 e的Ep及0 e检测单元。
[0027]转子位置检测部30基于电流极坐标转换部26和感应电压极坐标转换部28检测出的检测值，检测出转子位置0 m，并将其发送到速度控制部18。转子位置检测部30的内部结构如图2所示，包括相位存储部34、相位选定部36和转子位置运算部38。
[0028]相位存储部34是预先存储由感应电压波峰值Ep、及从感应电压电角度0e减去电流电角度0i后的差值(0e_0i)这2个参数所规定的电流相位P的相位存储单元。以旋转坐标系即dq坐标的q轴为基准的电流相位0如图3所示,与规定0的所述2个参数一起以数据表的形式存储在相位存储部34的ROM (只读存储器)等中。该数据表由在同步电动机12的负载固定的稳定状态下，例如感应电压波峰值Ep每变化IV且差值(0 e- 0 i)每变化1°时的电流相位P构成。
[0029]规定电流相位0的参数除了感应电压波峰值Ep和差值(0e-0i)这2个参数以外，也可以如图4所示，用电流波峰值Ip及差值(e e- e i)这2个参数、电流波峰值Ip及感应电压波峰值Ep这2个参数、或者电流波峰值Ip、感应电压波峰值Ep及差值(0 e-0 i)这3个参数来规定电流相位P。这些参数除了规定电流相位P以外，也可以规定感应电压相位Y。简而言之，相位存储单元34将由电流波峰值Ip、感应电压波峰值Ep、及差值(0 e-0 i)中的至少2个参数所规定的电流相位P或感应电压相位Y，以数据表的形式进行存储。
[0030]相位选定部36是通过参照相位存储部34中以数据表的形式存储的电流相位3，基于电流极坐标转换部26和感应电压极坐标转换部28检测出的检测值来选定电流相位3的相位选定单元。然后，将所选定的电流相位3发送到转子位置运算部38。另外，当相位存储部34中以数据表的形式存储的是感应电压相位Y时，也可以基于所述检测值来选定感应电压相位Y，并将其发送到转子位置运算部38。
[0031]转子位置运算部38是根据以相位选定部36所选定的电流相位P为第I变量、以电流极坐标转换部26检测出的电流电角度e i为第2变量的转子位置计算式，计算出同步电动机12的转子位置0 m的转子位置运算部。然后，将所算出的转子位置0 m发送到速度控制部18。当相位选定部36选定了感应电压相位Y时，也可以根据以该Y为第I变量、以感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压电角度0 e为第2变量的转子位置计算式，计算出转子位置0 m，并将其发送到速度控制部18。
[0032]这里，如图1所示，在感应电压极坐标转换部28与转子位置检测部30之间设有作为修正单元的修正部32。在图2所示的相位选定部36选定电流相位P时，该修正部32根据线圈中流过的电流的变化，对感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度0e进行相应的修正。另外，为了减轻电动机控制装置10的控制处理的负担，修正部32也可以对感应电压波峰值Ep及感应电压电角度0 e中的任意一方进行修正。简而言之，在相位选定部36选定电流相位P时，修正部32根据线圈中流过的电流的变化，对包含在规定电流相位3的至少2`个参数内的、感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度0 e中的至少一方进行相应的修正。在相位选定部36选定感应电压相位Y时，修正部32也进行与选定电流相位P时相同的修正。
[0033]接着，对修正部32的目标功能进行详细说明。
图5是同步电动机12的转子在稳定状态下旋转时的电动机矢量图，在dq坐标中用矢量来表示电压V、电流I以及感应电压E的关系。图中的记号Vd为电压V的d轴分量，记号Vq为电压V的q轴分量，记号Id为电流I的d轴分量，记号Iq为电流I的q轴分量，记号Ed为感应电压E的d轴分量，记号Eq为感应电压E的q轴分量，记号a为以q轴为基准的电压相位，记号P为以q轴为基准的电流相位，记号Y为以q轴为基准的感应电压相位。此外，图中的记号Ld为d轴电感，记号Lq为q轴电感，记号R为定子线圈的电阻值，记号$为转子总交链磁通量，记号Wa为转子永磁体磁通量。
[0034]根据该电动机矢量图，如果将转子的转速设为《，则下式成立:
[数学式I]
rVdl f R — CiJ Lq \ [ Idl t [ O、
—I
Vq J ( CiJ Ld R 八 W \￡iJ ￥ Bj若使用以Ed=Vd-1dX R、Eq=Vq-1qXR来表示的感应电压E的d轴分量Ed及q轴分量Eq，则下式成立:
[数2]
【权利要求】
1.一种电动机控制装置，无需使用传感器就能检测出同步电动机中旋转的转子位置，其特征在于，包括: 电流检测单元，该电流检测单元检测出同步电动机的线圈中流过的电流； 电压检测单元，该电压检测单元检测出同步电动机的线圈上所施加的电压； Ip及Θ i检测单元，该Ip及Θ i检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流，检测出电流波峰值Ip及电流电角度Θ i ； Ep及Qe检测单元，该Ep及Θ e检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流和所述电压检测单元检测出的电压，检测出感应电压波峰值Ep及感应电压电角度Θ e ； 相位存储单元，该相位存储单元预先存储由Ip值、Ep值、及0e减去0i后的差值(Θ e- Θ i)中的至少2个参数所规定的电流相位β或感应电压相位Y ； 相位选定单元，该相位选定单元通过参照所述相位存储单元中存储的β或Y，基于所述Ip及Θ i检测单元检测出的Ip及01、以及所述Ep及0e检测单元检测出的Ep及Θ e，选定β或Y ;以及 转子位置运算单元，该转子位置运算单元根据以所述相位选定单元所选定的β为第I变量、以所述Ip及Gi检测单元检测出的0i为第2变量的转子位置计算式，或者根据以所述相位选定单元所选定的Y为第I变量、以所述Ep及0e检测单元检测出的0e为第2变量的转子位置计算式，计算出转子位置ΘΠ!， 所述电动机控制装置还包括修正单元，该修正单元在所述相位选定单元选定β或Y时，根据所述线圈中流过的电流的变化，对包含在规定β或Y的所述至少2个参数内的、所述Ep及Θ e检测单元检测出的Ep或Θ e中的至少一方进行相应的修正。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述修正单元基于所述线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对所述Ep及0e检测单元检测出的Ep或0e进行修正。
3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述修正单元基于用所述线圈电流变化率求出的Θ e的变化量△ Θ ,对所述Ep及Θ e检测单元检测出的0e进行修正。
4.如权利要求2或3所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述线圈电流变化率通过从所述电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔来求出。
【文档编号】H02P6/18GK103493363SQ201280019709
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年3月23日 优先权日:2011年4月22日
【发明者】广野大辅 申请人:三电有限公司