永磁电动机的弱磁控制装置及应用它的电动动力转向器的制作方法

专利名称：永磁电动机的弱磁控制装置及应用它的电动动力转向器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁电动机的弱磁控制装置及应用它的电动动力转 向器。
背景技术：
作为涉及弱磁区域相位控制的现有技术，存在特开2005-110354号公 报所述的以下方法根据电压相位角，向速度控制部输出垂下命令，通过 抑制电流指令值来控制电压相位。[专利文献l]特开2005-110354号公报但是，在特开2005-110354号公报所述的方法中，由于没有考虑电源 电压的变动、频率的变动和电感的变动，所以，无法输出电动机可以输出 的转矩最大值(界限转矩)。发明内容本发明的目的在于提供一种"永磁电动机的弱磁控制装置"，在弱磁 区域中，即便是在输入远大于界限转矩的转矩指令值的情况下，也可以不 失步地进行稳定驱动，而且，即便是在电源电压、频率和电感发生变动的 情况下，也可以输出界限转矩。本发明可以在输入远大于界限转矩的转矩指令值的情况下，根据规定 的状态量，改变作为控制的旋转相位指令值与电动机的旋转相位值之偏差 的相位角指令值的限制值、或电压相位限制值，从而输出界限转矩。根据本发明，可以提供一种在进行弱磁控制时，即便是输入远大于界 限转矩的转矩指令值的情况，也可以在控制系统不发生崩溃的前提下，输 出最大限转矩的电动机控制装置。


图l是第l实施例的整体构成图。
图2是第2相位角运算部15的详细框图。
图3是界限转矩与那时的电压相位。
图4是转矩指令过大的情况(图3的A点的情况)。
图5是输出界限转矩的电压相位-直流电压的特性。
图6是第2相位角运算部15的详细框图。
图7是第2实施例的整体构成图。
图8是第2相位角运算部17的详细框图。
图9是界限转矩与那时的电压相位(频率可变)。
图10是输出界限转矩的电压相位-频率的特性。
图11是将频率视作参数情况下的转矩-电压相位特性。
图12是第3实施例的整体构成图。
图13是第2相位角运算部18的详细框图。
图14是电动机电流-电动机电感值的特性。
图15是第4实施例的整体构成图。
图16是相位角限制修正部21的详细框图。
图17是第5实施例的整体构成图。
图18是第6实施例的整体构成图。
图中
Puvw*—PWM脉冲，Vde—电源电压，ed —位置检测值，co广频率运算 值，Iu、 Iv、 Iw—电流检测值，Idc—d轴电流检测值，Iqc — q轴电流检测值，
t* —转矩指令值，V — q轴电流指令值，V,* —第1电压指令值，S* —第 1电压相位指令值，V^mt—flg—弱磁控制标志，Id*—d轴电流指令值，
一第i相位角指令值，Ae"—第2相位角指令值，Ae^"—第3相位角
指令值，~皿*一电压相位限制值，Vd* —d轴电压指令值，Vq*—q轴电 压指令值，尺*_电动机的电阻设定值，Ld* — d轴的电感设定值，Lq*—q 轴的电感设定值，K^一感应电压常数设定值，V^a/ —电压指令限制值， Kq—比例增益，Ki一积分增益，Svm战一输出界限转矩的电压相位，—第2电压相位指令值，V/—U相电压指令值，VV*_V相电压指令值，
Vw—W相电压指令值，V^ —固定坐标系的电压指令值的a轴成分，Vp* 一固定坐标系的电压指令值的(3轴成分，Ld—d轴的电感，Lq—q轴的电 感，T一输出转矩，Vd—电动机电压的d轴成分，Vq—电动机电压的q轴 成分，叫一电动机旋转频率，R—电动机电阻，Id—d轴的电动机电流，Iq 一q轴的电动机电流，Ke—电动机的感应电压常数，V^mt—电动机可输 出的最大电压，Pm—电动机的极对数，L—电动机的电感(非凸极的情况)， Sv—电压相位，L/一随电动机电流变化的d轴电感，LqA—随电动机电流 变化的q轴电感，V"—第2电压指令值，cole—频率推定值，ede—位置 推定值。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。 [实施例1]
图1表示本发明的第1实施例的构成。
在图1中，l是向电力转换器2供电的电池等直流电源； 2是根据三相的PWM脉冲Puv^向电动机3提供三相交流电的电力 转换器；
3是电动机；
4是编码器、解角器或磁极位置传感器等位置检测器； 5是检测三相交流电的电流检测器； 6是检测直流电源1的电源电压Vde的电压检测器； 7是根据位置检测器4检测出的位置检测值0d运算频率运算值Cd的 频率运算部；
8是将电流检测器5检测的电流检测值Iu、 Iv、 Iw，根据位置检测值ed 变换成d轴电流检测值Ide和q轴电流检测值Iqe的坐标转换部； 9是设定转矩指令值1*的转矩指令设定部；
10是根据转矩指令值1*运算q轴的电流指令值Iq*的电流指令运算部; 11是基于电动机常数，根据d轴电流指令设定部13设定的d轴电流 指令值I/、 q轴的电流指令值IJ、 d轴的电流检测值Ide、 q轴的电流检测值Iqe和频率运算值W，运算第1电压指令值V,*、第1电压相位指令值5* 和弱磁控制标志V^mt—flg的电压指令运算部；12是根据第1电压指令值V,*、第1电压相位指令值5*、作为相位角限制修正部16的输出的第3相位角指令值Aee***、以及位置检测值ed，输出PWM脉冲PuvZ的PWM控制部；13是将d轴电流指令值I/设定为0的d轴电流指令设定部；14是根据q轴的电流指令值Iq*、 q轴电流检测值Iqe和弱磁控制标志 V^mt』g，运算第1相位角指令值A0J的第1相位角运算部；15是根据第1电压相位指令值5*和电压检测器6检测出的电源电压 Vdc，运算第2相位角指令值Ae"的第2相位角运算部；16是根据第2相位角指令值A0e"限制第1相位角指令值输出第3相位角指令值Aej"的相位角限制修正部。图2表示第2相位角运算部15的详细构成。在图2中，151是输出输入电源电压Vde输出界限转矩的电压相位限制值S^a/的表；152是从电压相位限制值^a/中减去第1电压相位指令值5*，输出 第2相位角指令值A9c"的减法器。对本实施例的弱磁控制的动作进行说明。电压指令运算部11大致分为电流控制部、矢量控制运算部和弱磁控制标志生成部。电流控制部，对d轴电流指令值I/与d轴电流检测值Idc 的偏差，以及q轴电流指令值"*与q轴电流检测值Iqe的偏差进行比例积 分控制(PI控制)，生成第2d轴电流指令值1/*和第2q轴电流指令值Iq** 。 矢量控制运算部，根据第2d轴电流指令值Id**、第2q轴电流指令值Iq**、 频率运算值co,和电动机常数设定值，按照(式1)，运算第1电压指令值 V^、第1电压相位指令值5*。弱磁控制标志生成部，根据第1电压指令值V,，按照(式2)，运算弱磁控制标志V^mtj!g。[式1]
<formula>formula see original document page 12</formula>[式2]
<formula>formula see original document page 12</formula>J是电动机的输出电压或第l电压指令值
d轴电压指令值
q轴电压指令值 电动机的电阻设定值 d轴的电感设定值 q轴的电感设定值 感应电压常数设定值 电压指令限制值
另外，电压指令限制值V,max
v,饱和的值。
此外，在弱磁控制标志V,、tj!g为0的情况下，由电流控制部进行比 例积分运算。但是，在弱磁控制标志V^mt』g为1的情况下，停止电流控 制部的比例积分运算(PI运算)。
第1相位角运算部14，如(式3)那样，在弱磁控制标志V^mtjg为 0的情况下，第1相位角指令值Ae^输出0;在弱磁控制标志V,、t—flg为
1的情况下，根据q轴电流指令值"*与q轴电流检测值Iqe的偏差，进行
比例积分运算，运算第i相位角指令值Ae^。[式3] A 0C*=O
Kps+Ki
厶0C*=-(lq*—lqc)
(V,i机—fig = 0)
(Vi*imt—fig=1)
其中，
Kp:比例增益 Ki:积分增益
第2相位角运算部15，根据电源电压Vde，通过图2的表151，将输
出界限转矩的电压相位Sv,作为电压相位限制值5vma/输出。图3是表示
在电动机速度固定时、电源电压变动时的界限转矩和此时电压相位svmax
的特性。界限转矩随电源电压Vde的变化而变化，界限转矩时的电压相位 5v,也随电源电压Vde的变化而变化。减法器152按照(式4)，从电压
相位限制值~丽*中减去第1电压相位指令值S*，输出第2相位角指令值
△ec**。
A0c**=SVmax—<5*
相位角限制修正部16，通过第2相位角指令值限制第1相位
角指令值Aej，输出第3相位角指令值Aej^。
PWM控制部12，根据第1电压相位指令值5*和第3相位角指令值 △0C***，按照式(5)，生成第2电压相位指令值5**，输出与由式(6) 运算得到的3相电压指令值V/、 Vv*、 V,成比例的PWM脉冲Puvw、
S**= <5*+厶0c埘
、
1
Y 1
o
丁
、
'cos(0d) —sin(0d)l(V.Gos(S神) 、sin(0d) cos(0d)JLv-sin(5林).
另夕卜，如式(7)那样，3相的电压指令值也可以是根据第1电压指令值v^、第i电压相位指令值w和位置检测值ed，求出固定坐标系的
电压指令值Va*、 Vp*，并按第3相位角指令值A0^^前移相位后，生 成3相电压指令值V/、 Vv*、 Vw*。 [式7]<formula>formula see original document page 14</formula>用为了说明电压相位限制值S，a/的决定方法，图3表示电压变动时
的界限转矩和此时电压相位S^^的特性。根据图3，界限转矩会随电源 电压Vde的变化而变化，输出界限转矩的电压相位Sv,也随电源电压Vdc 的变化而变化。
因此，在转矩指令值^远大于界限转矩的情况下，按照(式4)、(式 5)，第2电压相位指令值5**被固定为电压相位限制值3^*，所以可以 输出界限转矩。另外，在转矩指令值1*处于界限转矩以下的情况下，第2
电压相位指令值S"被小于电压相位限制值Svma^的电压相位控制，所以
可以输出与转矩指令值e—致的转矩。
利用图4和图5，说明本发明的效果。
图4 (a)表示的是，在图3的A点中、在对转矩指令值1*赋予倾斜 状的远大于界限转矩的^的情况下的"和输出转矩t，图4 (b)表示此 时的第1相位角指令值Aee*、第2相位角指令值A0e^和第3相位角指令 值Aej"。对于图4 (a)，即使转矩指令值"超过界限转矩，也可以稳 定驱动。这时，如图4 (b)所示，由于第1相位角指令值Aej (虚线) 被第2相位角指令值A0e^(点虚线)限制，所以第3相位角指令值
(实线)能稳定控制。
图5表示d轴的电感Ld与q轴的电感Lq之比为1.2 (具有凸极性的 电动机)时的输出界限转矩的电压相位5v,和电源电压Vdc的特性。根 ;，在具有凸极性的电动机的情况下， 一旦电源电压Vde增加，输出界限转矩的电压相位Sv几乎线性地增加。因此，电压相位限制值5vm^ 可以设定为电源电压Vde越高越增加。
另夕卜，关于测定电源电压的电压检测器6的检测位置，图1虽然记载 的是测定电源端，但测定由微机和电子控制部件构成的电子控制模块端 子的电压和电动机的端子电压，也可以得到相同效果。
此外，对于相位角限制修正部16，在电源电压Vde下降至规定值以下 的情况下，例如因交流发电机的发电力不足等原因，电源电压Vde到达逆 变器的最低驱动补偿电压的附近的状态下，电动机3里流动的1次电流 上升时，直流电源1至电动机3的压降增加，降低电动机供电电压。其 结果，会发生以下情况对电动机的供电会下降至逆变器的最低驱动补 偿电压以下，使系统停止。
在这种情况下，对于第3相位角指令值A0e"、设定成0，或保持最 低驱动补偿电压时的值，限制1次电流I,的流入。这样，就可以防止系 统停止于未然。
这里，对所谓电源电压Vde的规定值进行如下设定
a. 在电压检测点为ECU端子电压、或电池端电压的情况下，是逆变
器驱动补偿电压与向电动机供电的电源线产生的压降最大值之和
b. 在电压检测点为电动机端子电压的情况下，是逆变器驱动补偿电压。
另外，由于逆变器驱动补偿电压通常是由预驱动电路的充电泵
(charge pump)所需要的最低电压等、驱动器的设计内容和部件的选定 内容所决定的，所以据此进行设定。
此外，己知如果电源电压Vde降低，1次电流I,就会增加。所以，对 于第2相位角运算部15，用图6取代图2，即使是电源电压Vde降低的情 况，也可以进行控制使得不超过1次电流的上限设定值Ilmax。图6的表
151'利用d轴电流检测值Ide和q轴电流检测值Iqe生成1次电流Ip与 表内事先设定的1次电流的上限设定值Ihnax进行比较。在1次电流I,比 上限设定值Ihnax小的情况下，将输出界限转矩的电压相位5v的值作为 电压相位限制值5vm^输出；在1次电流I,超过上限设定值I,max的情况下， 限制5v隨的值，并作为S画J输出。
15此外，对于第2相位角运算部15，表151也可以将电压相位限制值
Svm^线性修正。特别是在d轴电感和q轴电感的偏差在规定值以下的凸 极比较小的电动机的情况下，可以将电压相位限制值5，a/线性修正。
另外，对于电源电压Vde，也可以插入滤波器，从而避免发生电源电 压检测值由于噪声的混入而导致的误检测、和因对应电源的变动的电压 变动而由本控制而导致的转矩变动。
图7表示第2实施例的整体构成。1至5、 7至14和16的组块，是 与实施例1相同的组块，所以省略说明。第1实施例的第2相位角运算 部15是根据电源电压Vde运算第2相位角指令值本实施例的第2 相位角运算部17是根据频率运算值co,运算第2相位角指令值Aec**。 下面，利用图8，说明第2相位角运算部17的详细构成和操作。 图8根据频率运算值co，，通过表171 ，将输出界限转矩的电压相位Svmax 设定为电压相位限制值5vmax*。减法器152，按照(式4)，从电压相位 限制值5，狀*中减去第1电压相位指令值S*，输出第2相位角指令值
△ec**。
为了说明电压相位限制值^a/的决定方法，图9表示频率运算值CO,
变动时的界限转矩和此时电压相位5vmax的特性。在转矩指令值^远大于 界限转矩的情况下，按照(式4)、(式5)，第2电压相位指令值5** 被固定为电压相位限制值 ，*，能够输出界限转矩。另夕卜，在转矩指令 值^为界限转矩以下的情况下，第2电压相位指令值5**被小于电压相位
限制值5vma/的电压相位所控制，所以可以输出与转矩指令值1*一致的转矩。
利用图10的输出界限转矩的电压相位Sv,和频率特性，对本实施例
的效果进行说明。由图10可知频率运算值(0,越高，输出界限转矩的电 压相位5vmax就越增加。因此，电压相位限制值5v^/,可设定为频率运算 值COl越高越增加。
此外，对于例如d轴的电感Ld与q轴的电感Lq之比为0.8至1.2的、 磁阻转矩较小、且可以忽略凸极性的电动机的情况，可以取代第2相位
角运算部17内的表171，通过下式导出电压相位限制值夂，*。电动机的电压方程式由式(8)表示,
<formula>formula see original document page 17</formula>其中，
Vd: d轴的电动机电压 Vq: q轴的电动机电压
COr:电动机旋转频率
R:电动机电阻
L:电动机电感
Id: d轴的电动机电流
Iq: q轴的电动机电流
Ke:感应电压常数
另夕卜，在可以忽略凸极性的电动机的情况下，由于d轴的电感Ld与q 轴的电感Lq相等，所以使用了电动机电感L。
此外，当将电动机可输出的最大电压设为V^,mt时，可用(式9)进
VVd2+ Vq2-V，、t 此外，输出转矩T可用以下的(式IO)进行表示,
其中，
Pm:电动机的极对数 另外，对于输出电压相位、 [式11]
(式11)成立<
2
Vd图ll表示将频率设为参数(3000min"， 4000mirf1， 5000min'1)时的
转矩和电压相位的特性。根据图ll，将输出界限转矩的电压相位S^^设 定为电压相位限制值 ，*。这时，电压相位限制值Svmax*，随频率大小 的变化而变化。此外，输出转矩无论频率的大小如何，对于电压相位5V 都表现出上凸的特性。所以，如果用电压相位5v对输出转矩T进行微分， 求出为O时的电压相位(-输出界限转矩的电压相位5vmax)，那么输出转 矩T为最大。因此，如果用电压相位5v对转矩进行微分，可以根据(式
11)转换成(式12)的式子。 [式12] <formula>formula see original document page 18</formula>将(式8)和(式9)代入(式10)，根据(式12)导出(式13) [式13]
<formula>formula see original document page 18</formula>
其中，将Vq/Vd设为x。
根据(式13)，对x求解，就得到(式14)
<formula>formula see original document page 18</formula>由此，输出界限转矩的电压相位L战，代入(式13)，成为(式15)。
另外，也可以使用频率运算值COp来代替电动机的旋转频率COr。
<formula>formula see original document page 18</formula>因此，在例如d轴的电感Ld与q轴的电感Lq之比为0.8至1.2的、 磁阻转矩较小且可以忽略凸极性的电动机的情况下，代替表171，使用(式
15)设定为电压相位限制值Svma^，也可以得到相同效果。
此外，根据(式15)，由于电压相位限制值Svma/随电动机的电阻R的大小而改变，所以也可以测定电动机温度，对电动机的电阻R进行修正。
此外，对于相位角限制修正部16，在电动机的频率运算值o),是要求 转矩为电动机的界限转矩以下这样条件的情况，可以考虑电动机效率， 进行控制将第3相位角指令值Aej"固定为0。
此外，即便是要求转矩在电动机的界限转矩以上的条件下，也可以考
虑电动机的输出效率，减少第3相位角指令值Ae/^的修正量，使电动
机的频率运算值w成为可得到良好转矩效率的相位修正值。
另外，取代频率运算部7运算的频率运算值co,，使用检测出赋予操 舵助力的电动机的输出轴频率的频率、或者检测出操舵机构的操舵速度 后乘以操舵机构与电动机的连接齿轮比而得到的频率值，也可以得到相 同效果。此外，取代频率运算值03p使用根据第1电压指令值V,、第1
电压相位指令值S*、 d轴电流检测值Ide和q轴电流检测值Iqe推定的频率 运算值COk，也可以得到相同效果。或者，将上游系统输出的频率指令值
输入第2相位角运算部17，也可以得到相同效果。 [实施例3]
图12表示第3实施例的整体构成。1至5、 7至14和16是与实施例 1相同的组块，所以省略说明。第1实施例的第2相位角运算部15，是 根据检测直流电源1的电压的电源检测器6的电压检测值Vdc运算第2相 位角指令值Aee"，但本实施例的第2相位角运算部18，是根据d轴的电
流检测值Ide和q轴的电流检测值Iqe运算第2相位角指令值
图13表示第2相位角运算部18的详细框图。表181根据d轴的电流
检测值Ide和q轴的电流检测值Iqe求得电压相位限制值S^a^。减法器152 按照(式4)，从电压相位限制值5vm^中减去第1电压相位指令值5*，
输出第2相位角指令值Ae"。
利用图14，对本实施例的效果进行说明。图14是表示电动机电流与 电动机的电感值的特性的图。如图14所示可知，随着电动机电流的增加， q轴的电感值降低。当d轴的电感和q轴的电感变化时，输出电压按照(式 16)发生变化。[式16]
<formula>formula see original document page 20</formula>
其中，
Ld 随电动机电流变化的d轴电感的推定值 LqA:随电动机电流变化的q轴电感的推定值
根据(式16)，若输出电压发生变化，则输出界限转矩的电压相位Svmax 也发生变化，所以，表301可以输入d轴的电流检测值Ide和q轴的电流
检测值Iqe，对电感值进行推定，根据推定的电感值，修正电压相位限制
借s 水
l且uvmax 0
另外，即便是本实施例的构成，在转矩指令值e远大于界限转矩的
情况下，按照(式4)、(式5)，第2电压相位指令值5**也被固定为
电压相位限制值Svma^上，所以可以输出界限转矩。另外，在转矩指令值
"处于界限转矩以下的情况下，第2电压相位指令值5**被小于电压相位
限制值~,*的电压相位所控制，所以可以输出与转矩指令值 一一致的转 矩。
此外，对于表181，取代d轴的电流检测值I&和q轴的电流检测值 Iqc，使用d轴的电流指令值Id*、 q轴的电流指令值I;和第3相位角指令 值A9J"进行修正，也可以得到相同效果。
另外，也可以将实施例l、实施例2、实施例3的任何一个组合起来 使用。
图15表示第4实施例的整体构成。1至9是与实施例1相同的组块， 所以省略说明。
19是根据转矩指令值1*、第1电压指令值VJ和电源电压Vde运算d
轴电流指令值Id*、 q轴电流指令值IJ的电流指令运算部；
20是基于电动机常数，根据d轴电流指令值Id*、 q轴电流指令值Iq*、 d轴电流检测值Ide、 q轴电流检测值Iqe和频率运算值W运算第1电压指 令值V,*、第1电压相位指令值3*的电压指令运算部；21是根据第1电压相位指令值5*和电源电压Vde，运算第2电压相位 指令值5**的相位角限制修正部；
22是根据第1电压指令值V,*、第2电压相位指令值5**和位置检测 值ed，输出PWM脉冲Puvw*的PWM控制部。
电流指令运算部19中，q轴电流指令值根据转矩指令值t*，运算q 轴的电流指令值V5。 d轴电流指令值I/，在通常控制时输出0，但在弱 磁控制时，进行运算使第1电压指令值V^与电压指令限制值V,m^—致。 电压指令运算部20大致分为电流控制部和矢量控制运算部。电流控 制部，对d轴电流指令值I/与d轴电流检测值Ide的偏差，和q轴电流指 令值I/与q轴电流检测值Iqc的偏差进行比例积分控制(PI控制)，生成 第2d轴电流指令值1/*和第2q轴电流指令值Iq**。矢量控制运算部，根 据第2d轴电流指令值Id**、第2q轴电流指令值Iq**、频率运算值0),和电 动机常数设定值，按照(式1)，运算第1电压指令值V,*、第1电压相 位指令值5*。
图16表示相位角限制修正部21的详细框图。
相位角限制修正部21由以下部分构成实施例1的图2所表示的表
151;和根据第1电压相位指令值5*、电压相位限制值、皿*，输出第2
电压相位指令值5**的电压相位角限制部211。
电压相位角限制部211用电压相位限制值U限制第1电压相位指 令值5*，输出第2电压相位指令值5**。
PWM控制部22，根据第1电压指令值Vl*、第2电压相位指令值S** 和位置检测值ed，按照(式6)，运算3相电压指令V/、 Vv*、 Vw*，输 出PWM脉冲Puvw*。
另外，本实施例中，虽然采取的是考虑电源电压Vde的结构，但也可 以采取考虑Vde、频率运算值CO,、以及d轴的电流检测值Ide和q轴的电 流检测值Iqe的至少一个的结构。
本实施例的结构下，在转矩指令值 一远大于界限转矩的情况下，按
照(式4)、(式5)，第2电压相位指令值5**被固定为电压相位限制
值La/，所以可以输出界限转矩。另外，在转矩指令值^处于界限转矩 以下的情况下，第2电压相位指令值S"，被小于电压相位限制值5^a^的电压相位所控制，所以可以输出与转矩指令值^一致的转矩。 因此，可以得到与实施例1至实施例3相同的效果。 [实施例5]
图17表示第5实施例的整体构成。1至9、 20至22是与实施例4相 同的组块，所以省略说明。仅对不同组块进行说明。
供电限制部23中，根据向电动机供电的电源电压Vde，对第1电压指 令值V^进行限制，输出第2电压指令值V,"。
虽然实施例4的电流指令运算部19中，输入第1电压指令值V,*, 但本实施例的电流指令运算部24中，输入根据电源电压Vde进行限制的 第2电压指令值V^、由此，过渡状态下的过调(overshoot)受到抑制， 所以即便是电源电压Vde急剧变化的情况，也可以将电压指令限制值 V^/设定得较大。
另外，虽然本实施例采取的是考虑电源电压Vde的结构，但也可以采 取对Vde、频率运算值CO,、以及d轴的电流检测值Ide和q轴的电流检测 值Iqe的至少一个进行考虑的结构。
本实施例的结构下，在转矩指令值"远大于界限转矩的情况下，按
照(式4)、(式5)，第2电压相位指令值5**被固定为电压相位限制 值&,*，所以可以输出界限转矩。另外，在转矩指令值"处于界限转矩 以下的情况下，第2电压相位指令值5**，也被小于电压相位限制值5vmax* 的电压相位所控制，所以可以输出与转矩指令值^一致的转矩。
因此，可以得到与实施例1至实施例3相同的效果。
图18表示第6实施例的整体结构。l至3、 5、 6、 8至11以及13至 16是与实施例l相同的组块，所以省略说明。
25是根据第1电压指令值VJ、第1电压相位指令值5*、 d轴电流检 测值U、 q轴电流检测值Iqe以及作为频率推定部27的输出即频率推定值 colc，运算作为电动机的旋转相位值与控制的旋转相位指令值之偏差的轴 误差A9e的轴误差运算部；
26是从第3相位角指令值Aej"中减去轴误差Ae。的减法器；
27是根据减法器26的输出，推定频率推定值colc的频率推定部；28是根据频率推定值C01(;，通过积分运算，推定位置推定值9de的位
置推定部；
29是根据第1电压指令值V,、第1电压相位指令值5*和推定位置 推定值edc，输出PWM脉冲Puv^的PWM控制部。
轴误差运算部25，根据第1电压指令值V^、第1电压相位指令值5*、 d轴的电流检测值Idc、 q轴的电流检测值Iqe和作为频率推定部27的输出 的频率推定值o)k，按照(式17)，运算作为控制的旋转相位指令值与电 动机的旋转相位之偏差的轴误差Aec。
—Vi*-sin(<5*) —R*. ldc—Wic.Lq*' U。 V^'cos((5" —R*. Iqc+ahc.Lq*- l加
PWM控制部29，根据第1电压指令值Vl*、第1电压相位指令值5* 和电动机的位置推定值ede，运算3相电压指令Vu*、 Vv*、 Vw*，输出PWM 脉冲Puvw*。
另外，本实施例中，虽然采取的是考虑电源电压Vdc的结构，但也可 以采取对Vde、频率推定值COu、以及d轴的电流检测值Ide和q轴的电流 检测值Iqe的至少一个进行考虑的结构。
本实施例的结构下，在转矩指令值^远大于界限转矩的情况下，按
照(式4)、(式5)，第2电压相位指令值S"被固定为电压相位限制
值Svm^上，所以可以输出界限转矩。另外，在转矩指令值1*处于界限转
矩以下的情况下，第2电压相位指令值5**被小于电压相位限制值3vmax*
的电压相位所控制，所以可以输出与转矩指令值e—致的转矩。
另外，在实施例1至实施例5中，取代使用了位置检测器的位置检测
值ed和频率运算值O)p省略位置检测器，根据位置推定值0de以及第1
电压指令值V^、第1电压位置指令值5*、 d轴的电流检测值Ide、 q轴的
电流检测值Iqe、频率推定值CO,e，来运算轴误差A0e，通过以使轴误差为 0的方式推定频率推定值C^。使用上述频率推定值COk，也可以得到同样 效果。
此外，在实施例1至实施例6中，省略电流检测器5，使用通常为检测电源线断线而设置的处于直流电源1与电力转换器2之间的直流分流 器电阻，检测3相电动机电流值Iu、 Iv、 Iw，也可以得到同样效果。此外，对于应用本发明的电动动力转向装置和车载机器，由于在弱磁 控制时，可以输出到界限转矩，所以比起以往，电动机的体格可以縮小。
权利要求
1.一种电动机控制装置，根据d轴和q轴的电流指令值、d轴和q轴的电流检测值、以及频率运算值，控制驱动永磁电动机的电力转换器的输出电压指令值，其特征在于，在输入远大于电动机能输出的转矩最大值的转矩指令值的情况下，根据规定的状态量，改变作为控制的旋转相位指令值与电动机的旋转相位值之偏差的相位角的限制值。
2. 根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述规定的状态量，是对所述电动机供电的电源电压、所述电动机的频率或所述电动机的电流值。
3. —种电动机控制装置，其特征在于，包括d轴电流指令设定部，设定作为电动机转子的磁极方向的d轴的电流 指令值；转矩指令设定部，设定给电动机的转矩指令值；电流指令运算部，根据所述转矩指令值，运算与d轴电垂直的q轴的 电流指令值；频率运算部，根据位置检测值运算频率运算值；坐标转换部，从所述电动机各相中流动的电流值和所述位置检测值， 坐标转换为d轴的电流检测值和q轴的电流检测值；电压指令运算部，根据所述d轴的电流指令值、所述q轴的电流指令 值、所述d轴的电流检测值、所述q轴的电流检测值和所述频率运算值， 运算向所述电动机提供的第1电压指令值、第1电压相位指令值和电压限、第1相位角运算部，根据所述q轴的电流指令值、所述q轴的电流检 测值和所述电压限制检测信号，运算第1相位角指令值；第2相位角运算部，根据所述第1电压相位指令值和规定的状态量， 运算第2相位角指令值；相位角限制修正部，按照所述第2相位角指令值，限制所述第l相位 角指令值，输出第3相位角指令值；和PWM控制部，根据所述第1电压指令值、所述第1电压相位指令值、所述位置检测值和所述第3相位角指令值，输出PWM脉冲。
4. 根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述规定的状态量，是对所述电动机供电的电源电压、所述电动机的频率或所述电动机的电流值。
5. —种电动机控制装置，其特征在于，权利要求4所述的电动机控制装置，是控制车载的电动机的电动机控 制装置，所述电源电压是车载的电池。
6. —种电动机控制装置，其特征在于，权利要求5所述的电动机控制装置由电子控制模块构成，所述电子控 制模块由微机和电子控制部件构成，所述电源电压，是在由电池向所述电子控制模块端子供电的电源线 的、控制模块侧的输入端子上测量到的电压。
7. 根据权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电池的电压是所述电动机端子的电压。
8. 根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电动机是凸极电机。
9. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 在所述电源电压为规定值以下时，所述相位角限制修正部禁止修正所述第3相位角指令值，或者减少修正所述第3相位角指令值。
10. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电源电压越高，所述第2相位角运算部越将所述第2相位角指令值增加修正。
11. 根据权利要求10所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述第2相位角运算部，对所述第2相位角指令值进行线性修正。
12. 根据权利要求10所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述第2相位角运算部，在从作为所述电动机电感的所述d轴成分的d轴电感中减去作为q轴成分的q轴电感所得的差值为规定值以下的情况 下，对所述第2相位角指令值进行线性修正。
13. 根据权利要求10所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述第2相位角运算部，以对应所述电源电压的变化延迟规定的时间的方式，对所述第2相位角指令值进行修正。
14. 一种电动机控制装置，其特征在于，权利要求4所述的电动机控制装置，是对赋予操舵机构以操舵助力的 电动机进行控制的电动机控制装置，所述电动机的频率，是赋予操舵助力的电动机的输出轴的频率。
15. —种电动机控制装置，其特征在于，权利要求4所述的电动机控制装置，是对赋予操舵机构以操舵助力的 电动机进行控制的电动机控制装置，所述电动机的频率，是对所述操舵机构的操舵速度乘以操舵机构与电 动机的连接齿轮比而得到的值。
16. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电动机的频率是根据所述第1电压指令值、所述第1电压相位指令值、所述d轴的电流检测值、所述q轴的电流检测指令值推定的频率推 定值。
17. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电动机的频率，是向所述电动机提供的频率指令值。
18. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 在所述电动机的频率为规定值以下时，所述相位角限制修正部，将所述第3相位角指令值固定为定值或者减少修正。
19. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电动机的频率越高，所述相位角限制修正部越对所述第3相位角指令值进行增加修正。
20. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电动机为非凸极，或磁阻转矩在总转矩中所占比例为规定值以下，所述第2相位角指令值，通过将所述电动机的电阻值除以所述电动机 电感值与所述电动机频率的乘积，并将所得到的值从兀/2[md]中减去来求出。
21. 根据权利要求20所述的电动机控制装置，其特征在于，所述第2相位角指令值，随所述电动机的温度而变化。
22. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述电动机的电流值，是根据提供给所述电动机的电流指令值和所述第3相位角指令值运算得到的电流值。
23. 根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，所述电动机的电流值，是所述电动机的电流检测值。
24. —种电动机控制装置，其特征在于，包括转矩指令设定部，设定给电动机的转矩指令值；电流指令运算部，根据所述转矩指令值、由后述的电压指令运算部运 算得到的第l电压指令值、以及电压检测值，运算作为电动机转子的磁极 方向的d轴的电流指令值，和与该d轴电垂直的q轴的电流指令值；频率运算部，根据位置检测值运算频率运算值；坐标转换部，从所述电动机各相中流动的电流值和所述位置检测值， 坐标转换为d轴的电流检测值和q轴的电流检测值；电压指令运算部，根据所述d轴的电流指令值、所述q轴的电流指令 值、所述d轴的电流检测值、所述q轴的电流检测值和所述频率运算值， 运算提供给所述电动机的第1电压指令值和第1电压相位指令值；相位角限制修正部，按照规定的状态量，限制所述第l电压相位指令 值，输出第2电压相位指令值；禾口PWM控制部，根据所述第1电压指令值、所述第2电压相位指令值 和所述位置检测值，输出PWM脉冲。
25. 根据权利要求24所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述规定的状态量，是对所述电动机供电的电源电压、所述电动机的频率或所述电动机的电流值。
26. —种电动机控制装置，其特征在于，包括 转矩指令值运算部，运算给电动机的转矩指令值； 电流指令值运算部，根据所述转矩指令值、由后述的电压指令运算部运算出的第1电压指令值和电压检测值，运算作为电动机转子的磁极方向 的d轴的电流指令值、和与该d轴电垂直的q轴的电流指令值；频率运算部，根据位置检测值运算频率运算值；坐标转换部，从所述电动机各相中流动的电流值和所述位置检测值， 坐标转换为d轴的电流检测值和q轴的电流检测值；电压指令运算部，根据所述d轴的电流指令值、所述q轴的电流指令 值、所述d轴的电流检测值、所述q轴的电流检测值和所述频率运算值， 运算提供给所述电动机的第1电压指令值和第1电压相位指令值；供电电压限制部，将提供给所述电动机的第1电压指令值限制为规定 值以下，作为第2电压指令值输出；电压相位角限制部，将所述第1电压相位指令值限制为规定的相位角 以下；相位角限制修正部，按照规定的状态量，修正所述规定的相位角的值；和PWM控制部，根据所述供电电压的输出、所述相位角限制修正部的 输出和所述位置检测值，输出PWM脉冲。
27. 根据权利要求26所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述规定的状态量是对所述电动机供电的电源电压、所述电动机的频率或所述电动机的电流值。
28. —种电动机控制装置，其特征在于，包括d轴电流指令设定部，设定作为电动机转子的磁极方向的d轴的电流 指令值；转矩指令设定部，设定给电动机的转矩指令值；电流指令运算部，根据所述转矩指令值，运算与d轴电垂直的q轴的 电流指令值；轴误差运算部，根据所述d轴的电流指令值、所述q轴的电流指令值、 d轴的电流检测值、q轴的电流检测值、以及提供给电动机的第1电压指 令值、第1电压相位指令值和频率运算值，运算作为控制的旋转相位指令 值与电动机的旋转相位之偏差的轴误差；减法器，从后述的第3相位角指令值中减去所述轴误差； 频率推定部，根据所述减法器的输出，运算所述频率推定值； 位置推定部，根据所述频率推定值，推定位置推定值；坐标转换部，从所述电动机各相中流动的电流值和所述位置推定值，坐标转换为所述d轴的电流检测值和所述q轴的电流检测值；电压指令运算部，根据所述d轴的电流指令值、所述q轴的电流指令 值、所述d轴的电流检测值、所述q轴的电流检测值和所述频率运算值， 运算提供给所述电动机的第1电压指令值、所述第1电压相位指令值和电 压限制检测信号；第l相位角运算部，根据所述q轴的电流指令值、所述q轴的电流检 测值和所述电压限制检测信号，运算第1相位角指令值；第2相位角运算部，根据所述第1电压相位指令值和规定的状态量， 运算第2相位角指令值；相位角限制修正部，按照所述第2相位角指令值，限制所述第l相位 角指令值，输出所述第3相位角指令值；和PWM信号发生部，根据所述第1电压指令值、所述第1电压相位指 令值和所述位置推定值，输出PWM脉冲。
29. 根据权利要求28所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述规定的状态量，是对所述电动机供电的电源电压、所述电动机的频率或所述电动机的电流值。
30. —种电动动力转向器，其特征在于， 具有权利要求1所述的电动机控制装置。
全文摘要
本发明的课题是在进行弱磁控制时，即便是在输入远大于可输出转矩的转矩指令值的情况下，也可以进行稳定驱动，输出界限转矩。对于根据d轴和q轴的电流指令值、d轴和q轴的电流检测值、以及频率运算值，控制驱动永磁电动机的电力转换器的输出电压指令值的电动机控制装置，其特征在于，在输入远大于电动机可以输出的转矩最大值的转矩指令值的情况下，根据规定的状态量，改变作为控制的旋转相位指令值与电动机的旋转相位值之偏差的相位角的限制值。
文档编号H02P6/00GK101295953SQ20081009269
公开日2008年10月29日 申请日期2008年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者佐佐木光雄, 大井健太郎, 岩路善尚, 户张和明, 松村达男 申请人:株式会社日立制作所