控制装置和使用该控制装置的交流电动机系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及交流电动机系统中使用的电动机驱动技术。
【背景技术】
[0002]在家电.工业.汽车等领域中，例如在风扇、栗、压缩机等转速控制以及电动助力转向等扭矩辅助装置、进一步、在制造装置中的输送机、升降机、定位控制等中使用马达驱动装置。在这些领域的马达驱动装置中，广泛使用作为小型.高效率的交流电动机的永久磁铁式同步电动机(以下称为“PM马达”)。但是，在驱动PM马达时，需要马达的转子的磁极位置的信息，需要用于它的旋转变压器和霍尔1C等位置传感器。近年来，不使用该位置传感器而进行PM马达的转速和/或扭矩控制的无传感器控制得到普及。
[0003]通过无传感器控制的实现，能够削减位置传感器所花费的费用(传感器自身的成本和传感器的配线所花费的成本、传感器的安装调整作业所花费的费用)，此外，还产生由于不需要传感器而使装置相应地小型化以及能够在恶劣的环境下使用等优点。
[0004]目前，PM马达的无传感器控制采用直接检测通过转子旋转而产生的感应电压(速度电动势)，将其作为转子的位置信息进行PM马达的驱动的方式和基于PM马达的数学模型进行转子位置的推定运算的位置推定技术等。
[0005]作为基于PM马达产生的感应电压的无传感器方法，具有基于感应电压的零交叉(zero-cross)的方式。该方式是以120度通电驱动PM马达，检测未通电的相的电压，通过比较器求取该电压零交叉的时刻，获得相位信息的方式。但是，该方式是基于速度电动势的方式，因此在停止.低速范围不能驱动PM马达。
[0006]此外，提案有不使用速度电动势的无位置传感器方式，作为不产生速度电动势的零速度范围的无位置传感器方式，例如具有日本特开2009-189176号公报(专利文献1)。在专利文献1中，当对PM马达的两个相施加脉冲电压时，与PM马达的转子的位置相应的电动势在未通电的非通电相产生。由此，通过对该电动势(磁饱和电动势)进行观测，观测到对转子的位置(角度)的依赖性，能够进行低速度范围内的无位置传感器驱动。由于磁饱和电动势是在非通电相产生的电压，所以需要在控制侧选择检测相，读取电压。由此，观测非通电相的磁饱和电动势的大小并同时在达到预先设定的阈值的时刻进行通电相的切换，就能够实现无位置传感器的驱动。此处，在通电相的切换中，“阈值”的设定精度很重要。
[0007]在日本特开2012-10477号公报(专利文献2)中，公开有关于该阈值的自动调整功能。在专利文献2中，按以下的步骤进行阈值的自动调整。首先，例如在模式1中流过直流电流，将转子引至其通电模式的位置。接着，使模式前进一个，同样进行直流的通电。此时，刚切换模式后的非通电相的电压与阈值电压一致。之后，通过反复进行上述步骤，能够从实际设备获取专利文献1中重要的阈值的值。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2009-189176号公报
[0011]专利文献2:日本特开2012-10477号公报
【发明内容】
[0012]发明所要解决的问题
[0013]在专利文献1中，马达在停止.低速状态下能够不失调地产生驱动力。但是，关于作为无传感器驱动的重要的设定常数的阈值的自动调整未有记载。
[0014]专利文献2公开有关于上述阈值的自动调整的内容，但是存在以下的问题。
[0015]第一，在一个通电模式中，通过施加直流而使转子暂时固定，之后，切换为下一个通电模式，进行直流通电，采取刚进行该切换之后的电动势，因此，如果在PM马达的惯性较小的情况下，在切换的同时转子发生移动，不能采取精确的阈值。
[0016]第二，在200V级的PM马达的情况下，多为使转子的磁铁量最佳化(最小化)地进行设计，而提高定子的匝数，以获得旋转扭矩那样的设计。在这种情况下，根据定子的电流值，PM马达的磁通量大幅变化，其结果是，阈值的适当的值也发生变化。即，需要在实现专利文献1中公开的无传感器控制的基础上根据PM马达的旋转扭矩或电流值将阈值自身设定为最佳值。否则，不仅不能获得满足PM马达的规格的足够的扭矩，而且存在导致失调和不稳定的振动的可能性。
[0017]本发明的目的在于提供一种在零速度附近不使用转子位置传感器而能够实现高扭矩且高稳定的交流电动机的驱动控制装置和使用其的交流电动机系统。
[0018]用于解决问题的方式
[0019]为了解决上述问题，例如采用权利要求的范围内记载的结构。本发明包括解决上述问题的多个机构，列举其一例为:选择三相交流电动机的两相进行通电，基于剩余的非通电相的电压值与针对该电压值的阈值的比较来切换通电相，对该三相交流电动机进行旋转驱动的交流电动机的控制装置，在该交流电动机的控制装置中，上述阈值的设定采用包括用于检测上述阈值的阈值检测模式的方式，在该阈值检测模式下，通过直流通电使上述三相交流电动机的转子暂时固定，然后在两相间进行交流电流通电来获取上述阈值。
[0020]发明的效果
[0021]根据本发明，能够提供在从停止状态至高速度范围为止的大范围内高扭矩且稳定的控制装置和使用其的交流电动机系统。
【附图说明】
[0022]图1是表示由应用本发明的实施例1的控制装置和交流电动机构成的交流电动机系统的结构的图。
[0023]图2是表示对实施例1的马达进行直流通电时的动作的图。
[0024]图3是表示对实施例1的马达进行交流通电期间的动作的图。
[0025]图4是关于实施例1的阈值获取的流程图。
[0026]图5是关于应用本发明的实施例2的阈值获取的流程图。
[0027]图6是表示对应用本发明的实施例3的交流电动机进行的双极脉冲电压的施加的图。
[0028]图7是表示实施例3的磁饱和电动势和正转、反转方向的阈值电压的图。
[0029]图8是关于实施例3的阈值获取的流程图。
[0030]图9是表示应用本发明的实施例4的交流电动机的控制装置的控制器的框图。
[0031 ]图10是表示实施例4的阈值获取时的电流波形的上升的图。
[0032]图11是表示应用本发明的实施例5的交流电动机的控制装置的控制器的框图。
[0033]图12是表不实施例5的线间电压、相电流、非通电相电动势的波形图。
[0034]图13是表不实施例5的线间电压、相电流、非通电相电动势的波形图。
[0035]图14是表示实施例5的线间电压、相电流、非通电相电动势的波形图。
[0036]图15是表示应用本发明的实施例6的交流电动机的控制装置的速度、电流控制器的框图。
[0037]图16是表示实施例6的交流电动机的控制装置的起动时的波形的图。
[0038]图17是表示应用本发明的实施例7的交流电动机的控制装置的速度.电流控制器的框图。
[0039]图18是表示实施例7的交流电动机的控制装置的稳定状态的电流波形的图。
[0040]图19是表示应用本发明的实施例8的交流电动机的控制装置的速度.电流控制器的框图。
[0041 ]图20是表示实施例8的交流电动机的阈值的电流依赖性的图。
[0042]图21是表示应用本发明的实施例9的交流电动机的控制装置的非通电相电动势的阻尼振荡的图。
[0043]图22是关于实施例9的交流电动机的控制装置的非通电相电动势所含的阻尼期间的测量的图。
[0044]图23是表示实施例9的交流电动机的控制装置的控制器的框图。
[0045]图24是关于应用本发明的实施例10的交流电动机的控制装置的重叠时间的波形图。
[0046]图25是表示实施例10的交流电动机的控制装置的控制器的框图。
[0047]图26是包括使用应用本发明的实施例11的交流电动机的控制装置的通用逆变器的交流电动机系统的图。
[0048]图27是表示现有例中的向两相间施加脉冲电压的图。
[0049]图28是表示现有例中的磁饱和电动势的转子位置依赖性的图。
[0050]图29是关于现有例中的用于切换交流电动机的通电相、通电模式、非通电相和在非通电相产生的电动势以及用于切换通电模式的阈值电压的图。
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