电动机控制装置的制作方法

专利名称：电动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动控制电动机的电动机控制装置及电动机驱动系 统，特别是涉及一种对转子的角度检测进行校正的校正技术。
背景技术：
在驱动永磁铁同步电动机的电动机驱动系统中，有时使用用于检测电 动机转子的角度的角度传感器。转子的角度也被称为转子的位置或者磁极 位置。存在于电动机驱动系统内的电动机控制装置，根据检测角度实施矢 量控制。
但是，在对电动机的角度传感器的安装方面存在安装误差，另外，因 时效变化等的影响也使误差的程度发生变化。安装误差将使误差包含于检 测角度。另外，可产生大转矩的电动机的极对数比较大，而在矢量控制中， 电动机的极对数越大则检测误差的影响也越大(这是由于电动机的极对数 越大则电角度中的误差也越大的缘故)。若检测角度有误差，则有可能产 生意想不到的转矩及再生充电，进而产生异性不到的加速及过充电等。另 外还将降低电动机的功率。
为了解决这种问题，已经有多个提案提出了校正检测角度的技术。
例如专利第3724060号公报提出了一种方法，其在从外部驱动电动机 时测量所产生的反电动势，根据该反电动势校正检测角度。但是，该方法 需要增加用于测量反电动势的硬件，造成结构复杂。
另外，就专利第3688673号公报所公开的方法而言，在转子转动的状 态下执行控制使d轴电流指令值及q轴电流指令值双方都保持为零，根据 执行其矢量控制时的d轴电压指令值和q轴电压指令值求出检测角度校正 量(磁极位置校正量)。依照该方法，就不需要增加用于电压测量的硬件。 但是，由于使用电动机参数(Ld、 Lq、 (Da等)并根据电枢电流计算出电压 指令值，而造成电动机参数的误差(与理论值相对的误差)影响到检测角度校正，其结果是，不能高精度地进行检测角度校正。例如，在矢量控制 中，通常使用用于排除d轴和q轴之间的干扰的非干扰控制，但是被该非 干扰控制用设定的电动机参数的误差将影响到检测角度校正。另外，由于 电动机发热等引起的电动机温度变化有时也使最佳参数值发生变化，因而 造成检测角度校正不稳定。
另外，就专利第3542741号公报所公开的方法而言，其使电力变换器 的输入电压与电流的乘积即输入电力，和根据全损伤、转矩指令及速度计 算出的目标输出变得相等来校正检测角度。但是，该方法中，不仅需要负 载大的乘法处理，而且还需要损失变换。另外，损失转换的误差也将对校 正带来影响。
另外，在负荷转矩恒定时，该值以电枢电流取最小值的形式对d轴电 流指令进行控制，也是一种根据电枢电流取最小值时的d轴指令计算误差 角校正检测角度(磁极的转动位置)的方法(例如，参照日本专利2001 一84S6号公报)。但是，在实际运转时， 一般不能控制负荷转矩，很少使 负荷转矩达到恒定。因此，不能说该方法有实用性。另外，还有一种方法 是在电动机的转动停止时通过进行直流通电计算角度校正值(例如参照日 本专利2001 — 8307号公报及日本专利2001 — 12484号公报)。但是，该方 法不能在电动机转动时进行校正，另外，在角度传感器是由霍尔元件形成 的情况下，霍尔元件在转动停止时不能进行准确的角度检测。
如上所述，在使用角度传感器进行矢量控制的情况下，虽然需要校正 转子的检测角度的技术，但是就现有的校正方法而言，结构或者处理复杂 (或者欠缺实用性)。另外，即使为了提高电动机的功率，也要不受电动 机参数等的影响，要求高精度的检测角度校正。
另外，在角度传感器安装误差非常大的情况下，有可能提高或者电动 机产生意想不到的比较大的转矩，或者产生再生电流引起的过充电的可能 性。因此，检测这种异常的技术至为重要。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用简单的构成或者处理可高精度 地实现转子的检测角度校正的电动机控制装置。另外，本发明的目的还在于提供一种可准确地检测角度检测的异常的电动机控制装置。
本发明第一方面提供一种电动机控制装置，是一种对将永磁铁设置于 转子的电动机的驱动进行控制的电动机控制装置，其特征在于，具备角 度检测机构，使用角度传感器检测所述转子的角度；电流检测机构，以作 为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流为检测电流 进行检测；角度校正机构，根据所述检测电流校正被检测到的所述角度， 使用由所述角度校正机构的校正得到的校正角度来控制所述电动机的驱 动。
.由此，对直流电源的电流进行检测，可通过利用其检测结果这一简单 的构成及/或处理实现检测角度校正。另外，还可排除(或者抑制)与检 测角度的校正相对的电动机参数误差的影响，其结果是，可实现高精度的 校正。
具体而言，例如在第一电动机控制装置中，在将与永磁铁产生的磁通
方向相平行的轴作为d轴，而且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为y 轴，同时将与所述y轴相垂直的轴作为5轴的情况下，该电动机控制装置 还具备电流指令值生成机构，该电流指令值生成机构作为所述电动机的供 给电流的y轴分量及5轴分量的目标，产生目标y轴电流及目标5轴电流； 所述角度校正机构，根据在所述目标5轴电流为零且所述目标y轴电流为 负值时的所述检测电流，求出角度校正值，根据所述角度校正值和由所述 角度检测机构检测出的所述角度来求出所述校正角度。
具体而言，例如在第一电动机控制装置，所述角度校正机构，以下述 形式求出所述角度校正值，即，将在所述目标5轴电流为零且所述目标y 轴电流为负值时的所述检测电流设为规定值，或者纳入包含该规定值的规 定范围内。
另外，例如第一电动机控制装置，还具备异常判别机构，该异常判别 机构根据所述检测电流判别所述角度检测机构的检测是否异常。 由此，可准确地检测角度检测的异常。
具体而言，例如在第一电动机控制装置中，在将与永磁铁产生的磁通 方向相平行的轴作为d轴，而且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为Y 轴，同时将与所述y轴相垂直的轴作为5轴的情况下，该电动机控制装置还具备电流指令值生成机构，该电流指令值生成机构作为所述电动机的 供给电流的S轴分量的目标，产生目标S轴电流；异常判别机构，该异常 判别机构根据所述目标S轴电流为零时的所述检测电流，来判别所述角度 检测机构的检测是否异常。
另外，例如在电动机检测装置，所述异常判别机构，在所述目标5轴 电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，则判别出所 述角度检测机构的检测为异常。
本发明第二方面提供一种电动机控制装置，是一种对将永磁铁设置于 转子的电动机的驱动进行控制的电动机控制装置，其特征在于，具备角 度检测机构，使用角度传感器检测所述转子的角度；电流检测机构，以作 为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流为检测电流 进行检测，使用被检测出的所述角度来控制所述电动机的驱动。该电动机 控制装置还具备异常判别机构，该异常判别机构根据所述检测电流，来判 别所述角度检测机构的检测是否异常。
由此，可准确地检测角度检测的异常。
具体而言，例如在第二电动机控制装置中，在将与永磁铁产生的磁通 方向相平行的轴作为d轴，而且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为Y 轴，同时将与所述Y轴相垂直的轴作为S轴的情况下，该电动机控制装置 还具备电流指令值生成机构，该电流指令值生成机构作为所述电动机的供 给电流的S轴分量的目标，产生目标S轴电流。所述异常判别机构，根据
所述目标5轴电流为零时的所述检测电流，来判别所述角度检测机构的检
测是否异常。
更具体而言，例如在第二电动机控制装置，所述异常判别机构，在所
述目标5轴电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，
则判别出所述角度检测机构的检测为异常。
本发明提供一种电动机驱动系统，其特征在于，具备电动机、驱动 所述电动机的逆变器、所述任一方面记载的电动机控制装置，其通过控制 所述逆变器来控制所述电动机的驱动。
根据本发明，可提供一种用简单的构成或者处理可高精度地实现转子 的检测角度校正的电动机控制装置。另外，本发明的目的还在于提供一种可准确地检测角度检测的异常的电动机控制装置。
通过如下所述的实施方式的说明，本发明的意义乃至效果将更加明 晰。不过，下面的实施方式毕竟只是本发明的一种实施方式，本发明乃至 构成要件的用词的意义，不限于下面的实施方式所述。


图1是本发明的实施方式的电动机驱动系统的简要方框图； 图2是本发明的实施方式的解析模式图； 图3是本发明的实施方式的电动机驱动系统的详细方框图； 图4 (a) (c)是用于说明图3的角度校正部的角度校正方法的原 理的电流矢量图5是表示图3的角度校正部的工作流程的流程图6 (a) (c)是表示角度校正值和电流波形之间的关系的图7是表示图3的异常检测部的工作流程的流程图。
具体实施例方式
下面，详细说明本发明的实施方式。图l是本发明的实施方式的电动 机驱动系统的简要方框图。图1的电动机驱动系统具备电动机l、逆变
器电路2、电动机控制装置3。
电动机1是三相永磁铁同步电动机，其具有具备永磁铁的转子(未 图示)、具备三相电枢绕组的定子(未图示)。
逆变器电路2根据由电动机控制装置3发出的PWM (Pulse Width Modulation)信号，向电动机1供给由U相、V相及W相构成的三相交流 电压。将提供给该电动机1的所有的电压叫做电动机电压(电枢电压)Va， 将从逆变器电路提供给电动机l的所有电流叫做电动机电流(电枢电流) Ia。
电动机控制装置3，参照被检测出的电动机电流Ia等，同时将用于实
现所期望的矢量控制的PWM信号分配到逆变器电路2。
图2是电动机1的解析模式图。在下面的说明中，所谓的电枢绕组通 常是指设置于电动机l的绕组。图2表示U相、V相、W相电枢绕组固定轴。la是设置于电动机1的定子上的永磁铁，在按与永磁铁la发出的 磁通的旋转速度相同的速度进行旋转的旋转坐标系中，将永磁铁la发出 的磁通的方向设为d轴，将与d轴相对应的控制上的转轴设为Y轴。另外， 虽然未图示，但是将q轴设在从d轴沿电角超前90度的相位，将S轴设 在从Y轴沿电角超前卯度的相位。与实轴相对应的旋转坐标系是将d轴 和q轴选择在了坐标轴上的坐标系，将该坐标轴叫做dq轴。控制上的旋 转坐标系是将Y轴和5轴选择在了坐标轴上的坐标系，将该坐标轴叫做^ 轴。
使dq轴旋转，用CO表示其旋转速度。使^轴也旋转，用COe表示其
旋转速度。另外，在某瞬间旋转着的dq轴上，用e表示从u相电枢绕组
固定轴看到的d轴的角度(相位)。同样，在某一瞬间旋转着的^轴上，
用ee表示从u相电枢绕组固定轴看到的Y轴的角度(相位)。用e或ee表
示的角度是电角度中的角度，通常将它们叫做转子位置或者磁极位置。用
CO和COe表示的旋转速度是电角度中的角速度。
电动机控制装置3基本上是以使角度e和角度0e相一致的形式来进行
矢量控制的。但是，有时也有意地将角度e和角度9e错开一些。在角度e
和角度ee相一致时，d轴及q轴也分别与y轴及5轴相一致。
在下面的叙述中，分别用Y轴电压、及S轴电压Vs表示电动机电压 Va的Y轴分量及S轴分量，分别用Y轴电流"、5轴电流is、 d轴电流id、
q轴电流iq表示电动机电流Ia的Y轴分量、S轴分量、d轴分量、q轴分量。
将表示Y轴电压Vy及5轴电压V5的目标值的电压指令值，分别用Y
轴电压指令值v/及5轴电压指令值《表示。将表示Y轴电流"、S轴电流 is的目标值的电压指令值，分别用Y轴电流指令值i/及5轴电流i/指令值 v^表示。v/是、的目标也叫目标Y轴电压，v^是vs的目标也叫目标S轴 电压。i/是"的目标也叫目标Y轴电流，C是i5的目标也叫目标5轴电流。 电动机控制装置3以下述形式来进行矢量控制，g卩，使y轴电压vY 及S轴电压v5的值分别追随y轴电压指令值v/及S轴电压指令值v5*，且 使y轴电流iY及5轴电流is的值分别追随y轴电流指令值i/及S轴电流指 令值《。
电动机电压Va的U相分量、V相分量及W相分量，用由U相电压指令值v/、 V相电压指令值v/及W相电压指令值vJ来表示。
另外，在下面的叙述中，Ra是电动机阻抗(电动机1的电枢绕组的阻 抗值)，Ld、 Lq分别是d轴电感(电动机l的电枢绕组的电感的d轴分量)、
q轴电感(电动机1的电枢绕组的电感的q轴分量)，C^是永磁铁la的电 枢交链磁通。另外，Ld、 Lq、 Ra、 (Da是电动机驱动系统在制造时确定的值， 这些值可应用于电动机控制装置3的运算中。
另外，在本说明书中，为了叙述的简要化，有时使用只有符号(如iy 等)的标记来表示与其符号相对应的状态量。S卩，在本说明书中，例如"i/' 和、轴电流i/'指相同的参数。
图3是图1的电动机驱动系统的详细方框图。如图3所示，电动机驱 动系统，除了电动机l、逆变器电路2及电动机控制装置3之外，还具备 相电流传感器11、角度传感器12、直流电源31、电流传感器32及开关 33。电动机控制装置3的构成包含用符号13 22代表的各部位。还可以 认为，在电动机控制装置3内，包含相电流传感器11、角度传感器12、 直流电源31、电流传感器32及开关33中的任意一个以上的部位。电动机 控制装置3内的各部位可自如地利用在电动机控制装置3内生成的各值。
相电流传感器11对从逆变器电路2提供到电动机1的电动机电流Ia 的固定分量即U相电流iu及V相电流iv进行检测。而关于W相电流，可 根据关系式"iw—iu—i/计算出来。Iu、 iv、 iw是电动机1的定子中的U 相电枢绕组的电流、V相电枢绕组的电流及W相电枢绕组的电流。
3相/ 2相坐标转换器13 (下面简单地称为坐标转换器13)，使用从 角度校正部15得到的角度ee，将U相电流iu及V相电流iv转换成Y轴电 流"及S轴电流is，再将通过转换得到的iY及is输出到电流控制部17。
在电流控制部17，从未图示的S轴电流指令值发生部得到5轴电流指 令值i/，从磁通控制部20得到Y轴电流指令值i/。 5轴电流指令值发生 部以使电动机l产生所期望的转矩的形式产生i厶另外，例如也可以根据 从未图示的CPU (中央处理器Central Processing Unit)得到的电动机速 度指令值0)*和由速度运算部16计算出的旋转速度coe，制作i5*。这种情况
下，S轴电流指令值发生部使用比例积分控制等，以使速度误差(￡0*—0)e)
为零的形式制作i/。电流控制部17，参照得到的i/、 i5*、"及i5，以使(i/ — iY)及(i5* 一i5)都收敛于零的形式，进行使用了比例积分控制的电流反馈控制。此 时，使用用于排除Y轴和S轴之间的干扰的非干扰控制，以使(i/ — iY)
及(is* —is)共同收敛于零的形式，计算出Y轴电压指令值i/及S轴电压 指令值C。另外，相当于计算i/及i/，也可参照用速度计算部16计算出 的 0。
2相/ 3相坐标转换器18 (下面简单地称为坐标转换器18)，使用从 角度校正部15得到的角度ee，将YS轴上的电压指令值i/及^转换成3相 电压指令值(v^及v/及v^)。
PWM转换部19根据来自坐标转换器18的3相电压指令值( *及《 及vw*)制作进行了脉冲宽度调制的PWM信号，再将该PWM信号提供给 逆变器电路2。逆变器电路2将与得到的PWM信号相适应的电动机电流 Ia提供给电动机1并驱动电动机1。具体而言，就是逆变器电路2具备三 相的半桥式电路和驱动器(未图示)，驱动器通过根据PWM信号对各半 桥式电路中的开关元件进行断开/闭合控制，将遵从三相电压指令值得电 动机电流Ia提供给电动机1。
角度传感器12例如由霍尔元件或者旋转变压器构成，输出用于指定
永磁铁la的磁极位置的信号(即，用于指定角度e的信号)。
转子角度检测部14，根据角度传感器12的输出信号，检测从U相电 枢绕组固定轴看到d轴的角度(相位)。在理论上，被检测出的角度与图2 的e完全一致。但是，由于角度传感器12的安装误差及时效变化的影响， 通常被检测出的角度大多偏离e。因此，将由转子角度检测部14检测到的
角度与角度e区别开来，用检测角度e'表示。
角度校正部15通过对检测角度e'进行校正，计算出图2的角度0e。
因此，也可将角度9e叫做校正角度。关于检测角度e'的校正方法将在下
面述及。可将计算出的角度0e提供给坐标转换器13及18以及速度运算部16。
速度运算部16通过对角度0e进行积分而计算出旋转速度COe(换言之， 就是根据每个单位时间的角度ee的变化量计算出旋转速度(Oe)。将计算出 的旋转速度COe提供给电流控制部17及磁通控制部20。磁通控制部20根据旋转速度C0e和来自电流控制部17的Y轴电压指令
值v/来设定Y轴电流指令值i/，将设定的i/提供给角度校正部15及电流 控制部17。电动机控制装置3，可对电动机l执行多种类型的矢量控制， 在多种类型的矢量控制中，例如包含有最大矢量控制、弱磁通控制。假设 在电动机是以表面磁铁型同步电动机为代表的非凸极电机的情况下，在执 行最大转矩控制时将i/设为零，在执行弱磁通控制时将i/设为负值。负的 d轴电流(Y轴电流)以减少d轴方向的磁通的形式起作用。弱磁通控制，
通常是在旋转速度CO (或者COe)变大时，为了将电动机电压Va抑制到规 定的限制电压以下而实施的。
在执行弱磁通控制时，刺痛控制部20例如根据下述式(la)或者(lb) 来设定i/。 (la)或者(lb)是专利2006—204054号公报所公开的锐磁通 控制用的电流指令值的计算公式。在使用式(la)时，使用由坐标转换器 13计算出的iy来设定i/。在此，V。m是根据直流电源31的输出电压设定 的限制电压。而通常可根据弱磁通控制用的电流指令值的计算公式即根据 下述式(lc)来设定i/。
直流电源31由二次电池(例如锂电池)构成，不仅能放电而且可充 电。在直流电源31放电时，其放电功率通过逆变器电路2提供给电动机1 ， 由电动机1将放电功率转换为动能来旋转驱动转子。另一方面，在再生时， 将电动机1的发电功率作为再生功率通过逆变器电路2返回到直流电源 31，对直流电源31进行充电。
电流传感器32输出与直流电源31的输出电流的电流值相对应的模拟 信号。A /D转换器22通过对来自电流传感器32的模拟输出信号进行A /D转换，输出表示来自直流电源31的输出电流(输出电流的电流值) 的检测电流lB。电流传感器32例如是串联在直流电源31的输出电流经过 的线路的分流电阻。在直流电源31放电时，从直流电源31流出放电电流，将此时的检测电流IB的极性设为负。在直流电源31充电时，充电电流进 直流电源31，将此时的检测电流IB的极性设为正。
开关33由场效应晶体管或者继电器等开关元件构成，串联在直流电
源31的输出电流经过的线路。详细情况下面还将叙及，而由异常检测部 21控制开关33的接通/断开状态。通常，将开关置于"接通"，这样，可 将直流电源31的放电电流供给到电动机l，或者可将来自电动机1的再生 功率供给到直流电源31。若将开关置于"断开"，则直流电源31与逆变器 电路2的连接被切断，使电流不能流进电动机1的电枢绕组。 (角度校正部的说明)
下面说明本发明的电动机驱动系统的特征性功能，即检测角度e'的 校正方法。
首先，参照表示电流矢量图的图4 (a) (c)，说明这种校正的原理。 在图4 (a) (c)，逆时针旋转方向是相位的超前方向，为了便于说明， 设9' =&来说明原理。现在，假设是i/为零且i/为负的情况。在这种情 况下，通过电动机控制装置3的电流反馈控制，使i5变为零且使i/变为负。
而且，在该情况下，在使检测角度e'与可准确检测的角度e完全一
致时，电流矢量图就成为图4 (b)的形式，使得q轴电流iq不能通过电动
机i。另一方面，在检测检测角度e'比可准确检测的角度e滞后的情况
下，电流矢量图就成为图4 (a)的形式，实际上使正q轴电流iq通过。若 使正q轴电流iq通过，则使电动机l产生转矩。相反，在检测检测角度0
'比可准确检测的角度e超前的情况下，电流矢量图就成为图4 (c)的形
式，实际上使负q轴电流iq通过。负q轴电流、通过的状态与进行再生的 状态相对应。
为了使正的q轴电流iq通过电动机1并使电动机1产生转矩，必须使 直流电源31进行放电。g卩，这种情况下，将检测电流lB设为负。另一方 面，在使负q轴电流iq通过进行再生时，就成了将充电电流提供给直流电 源31。即，这种情况下，将检测电流IB设为正。因此，若根据检测电流
iB，可制定检测角度e'与可准确检测的角度e之间的关系。
角度校正部15考虑这种关系， 一边参照i/及C， 一边根据检测电流
iB与检测角度e'相对的角度校正值ec，根据检测角度e'和角度校正值ec计算出角度0e。
参照图5说明包含检测角度9'的校正处理的角度校正部15的工作。
图5是表示这种工作的流程的流程图。在步骤S10 S17的各项处理，由 角度校正部15执行。电动机控制装置3的矢量控制上所需要的各值(包
含Ib、 iY*、 i5*、 e' 、 ec、 9e等)，按照规定周期依次更新为最新的值，使
用最新的值执行步骤S10 S17的各项处理。
首先，在步骤SIO，对角度校正值6c进行初始化。例如用作为初始化
值的o。代替角度校正值ec。然后在步骤sii，用(e' +ec)代替^，将
通过这种代替得到的ee从角度校正部15输出。
接着在步骤S12判别i^是否为零。若^为零则转入步骤S13，若i5* 不为零则返回步骤Sll。在步骤S13，判别i/是否为负。若i/为负则转入 步骤S14，若i/不为负则返回到步骤S11。例如，在电动机l的转子因惯 性旋转电动机控制装置3执行弱磁通控制时，或者在电动机1的转子因从 外部得到的力而旋转电动机控制装置3执行弱磁通控制时，使i^=0且iY* 〈0并转入步骤S14。
在步骤S14，根据检测电流lB执行角度(校正角度)0e的偏移判别。 由步骤S12及步骤13的分支处理可知，用于步骤S14的偏移判别的检测 电流Ib是在^=0且iY*<0时的检测电流IB。
具体而言，在检测电流lB(即，可用lB表示的电流值)，与规定值lREF 相一致或者被纳入包含该规定值IREF的规定范围内的情况下，判别为角度
ee相对于角度e未偏移，从步骤si4返回到步骤si1。若不是这样，则判 别为角度ee相对于角度e发生了偏移，从步骤si4转入到步骤si5。
规定值IREF典型情况例如是零，也可以是不为零的零附近的值。所谓 包含规定值lREF的规定范围，是指 丄REF1巧1REF2 之间的范围(其中， 1REF1
<Iref<Iref2)<>
在步骤S15，判别18<0是否成立，即，判别检测电流lB是否为负。 在检测电流IB为负的情况下，由于推断出通有正q轴电流iq(参照图(a))， 因而可使作为校正角度的角度ee的相位超前，在步骤16在现有的角度校
正值ec中加上r之后返回到步骤sii。另一方面，在检测电流iB为正的
情况下，由于推断出通有负q轴电流iq (参照图(c))，因而在步骤17，从现有的角度校正值ec中减去r之后返回到步骤Sll。
通过重复由上述的步骤S11 S17构成的循环处理，就能以使i5*=0且 i/<0时的检测电流lB成为规定值IreF的形式，或者以纳入包含规定值Iref
的规定范围内的形式，调整角度校正值ec。安装于电动机控制装置3内的 存储部(未图示)储存有设定的角度校正值ec。
图6 (a) (c)表示对图3的电动机控制系统的一个实验结果。在 图6 (a) (c)，横轴表示时间，符号101 103表示直流电源31的输出 电压波形，符号111 113表示检测电流lB的电流波形，图6(a)表示角 度校正值9c为10°时的这些波形，图6 (b)表示角度校正值0c为15° 时的这些波形，图6 (c)表示角度校正值ec为20°时的这些波形。带有 符号110的虚线是电流波形的基准线。在用符号111 113表示的电流波 形与该基准线UO相重合时，检测电流IB的电流值是零，基准线110的上 侧与检测电流IB的正极侧(即充电侧)相对应，基准线110的下侧与检测 电流IB的负极侧(即放电侧)相对应。
图6 (a) (c)分别表示电动机1的旋转速度比较慢、以不执行弱 磁通控制的状态为起点开始提高电动机1的旋转速度至弱磁通区域时的实 验结果。所谓弱磁通区域是指执行弱磁通控制的速度区域，在弱磁通区域， 将i/设为零且将i/设为负。
图6 (a) (c)与因角度传感器12的安装误差引起且可设定的角度 校正值9c为15°的状态相对应。
因此，在将度校正值ec设为15°时，若提高旋转速度co (或者COe) 直到弱磁通区域，则如同图6 (a)的电流波形lll，检测电流lB的极性成 为负。于是，通过图5的步骤S12 S15的分支处理，可在步骤S16提高 角度校正值ec。而且最判别出，在角度校正值6c到达15°的时刻(与图 6 (b)相对应)，相对于角度e，角度0e未偏移。
另一方面，在将度校正值0c设为20°时，若提高旋转速度CD(或者COe)
直到弱磁通区域，则如同图6 (c)的电流波形113，检测电流lB的极性成 为正。于是，通过图5的步骤S12 S15的分支处理，可在步骤S17减小 角度校正值0c。而且最终判别出，在角度校正值9c到达15°的时刻(与 图6 (b)相对应)，相对于角度e，角度0e未偏移。另外，从电流波形111 113还得知，由于有时检测电流IB的值用比 较大的振幅进行振动，因而也可以根据对实际的检测电流lB值进行了平滑
的值，执行步骤S14及步骤S15 (以及后述的图7的S22)的分支判别。
这样，通过使用角度校正部15，在电动机1运转时可用简单的结构及 处理自动校正检测角度。由于可在电动机驱动系统的实际运行时酌情执行 角度校正，因而即使在时效变化等也可妥善处理。另外，还不需要专利第 3724060号公报中必需的用于测量反电动势的复杂硬件。另外，为了进行 角度校正值ec的调整，不需要无用的电流通过，而是可在正常运转的状态 下进行该调整。
另外，由于不使因电动机参数(Ld、 Lq、 (Da等)等误差引起的校正精 度恶化，因而是高精度的校正。而且，若要提高^为零时的i/的绝对值， 则相对于角度ee和e之间的绝对误差的检测电流IB的大小也将增大。艮P，
通过提高c为零时的i/的绝对值，可增加误差的检测灵敏度(提高与误差
检测有关的S/N比)，进而可谋求校正的更高的高精度化。
电动机1要求的转矩性能或者速度性能越高，越是需要将强电流供给 向电动机l，在使强电流通过电动机l的系统中，微小的角度偏移也将引
起比较大的问题。另外，在高速旋转区域的轴偏移(ee—e之间的误差) 往往招致特别明显的问题。本实施方式的校正方法，由于可高精度执行检 测角度校正，因而对于使强电流通过电动机i的系统及弱磁通区域的工作 特别有益。
另外，在校正后的角度ee与d轴的角度e完全一致的情况下，由于只
要C为零则对转矩有影响的电流不会通过电动机1。因而，检测电流lB大
致为零。但是，这种情况下，若i/〈0因使d轴电流id通过因而使直流电
源31向消耗方向输出一定的电流(即，lB取小的负值)。这样，在图6的
步骤14的偏移判别中使用的规定值lREF就应该是零附近的负值。若设lREF
为零，则在i5*=0且i7*<0时以进行一定的再生充电的形式调整角度校正值
eo虽然不优选直流电源3i的过充电，但很可能产生意想不到的转矩招
致重大事故。所谓的将IREF设为零，是指在进一步抑制产生意想不到的转
矩方面发挥作用(即，在提高电动机驱动系统的安全性方面起作用)。因
此，与其将IREF设为负值还是优选设为零(或者零附近的正值)。(异常检测部的说明) 下面，参照图7说明图3的异常检测部21的功能。图7是表示异常
检测部21的工作顺序的流程图。异常检测部21参照S轴电流指令值is* 及检测电流lB，执行图7的步骤S21 S23的各项处理。
首先，异常检测部21在步骤S2对^是否为零进行确认。然后，在i/ 不为零的情况下，重复步骤S21的处理，另一方面，在^为零的情况下转 入步骤S22，对检测电流IB是否己被纳入规定的正常电流范围内作出判别。 具体而言，就是对下述情况进行判别，即由lR所代表的电流值是否为规定
的下限电流值IUMI以上且为规定的上限电流值klM2以下。在此，下限电
流值Iuvn是预先设定的负值，上限电流值I固2是预先设定的正值。另外， 在上述的 iLIM)巧1LIM2 之间的关系方面，满足下述关系 Ilim i < Iref i < Iref2
而且，在Ium,《Ib《Ium2成立的情况下，就判别出角度传感器12及转 子角度检测部14的角度检测属于正常并返回到步骤S21。另一方面，在 Il關《Ib《I，2不成立的情况下，就判别出角度传感器12及转子角度检测 部14的角度检测出现异常并转入步骤S23，进行排出异常处理。在排出异 常处理中，包括下述两种处理，即，将停止电动机1 (转子)的旋转的开 关33置于"断开"，以及将角度检测异常的情况告知外部。另外，在到达 步骤S23之前，当然可将开关33置于"接通"。
虽然检测角度e'中的一些偏移可被角度校正部15的角度校正处理 所吸收，但是，对于太大的偏移校正很可能不起作用。另外，检测角度e '中的大的偏移，有可能或者使电动机l产生意想不到的比较大的转矩， 或者造成直流电源31的过充电。另一方面，在基于角度传感器12的输出
信号的检测角度e'上没有大的偏移的情况下，只要^为零直流电源3i 的输出电流就不会变成大的值，而在检测角度e'上有大的偏移的情况下，
即使^为零强电流也会通过直流电源31。如上所述，考虑这种关系，基
于i5*=0时的检测电流lB进行异常判别，根据需要实施排出异常处理。
由此，可在电动机l运转时对角度检测的异常进行检测，有异常时可 安全地使电动机l停止。另外，由于对角度检测的异常进行检测，因而不 需要使无用的电流通过，进而可在正常的运转状态下进行异常检测。另外，在i/为零时"IuM1《Ib《IlIM2"不成立的状态对应下述的状态， 即，与i/的值无关而是发生了某种异常。因此，按照如图7所示的工作顺 序使异常检测部21工作将毫无问题。但是，只要^和i/双方都为零，即
使检测角度e'有大的偏移，通常"ilim1《ib《iLIM2"也成立。因此，为了
确实地区别并检测检测角度e'是否有大的偏移，也可以在步骤S21判别 "^=0且<<0"是否成立。这种情况下，若"^=0且1/<0"成立则转 入步骤S22，若"i5*=0ii/<0"不成立则重复步骤S21的处理。 (关于在汽车上的应用) 如上所述，进行了角度校正部15的角度校正处理以及异常检测部21 的异常检测处理，而这些处理也可在搭载有图3的电动机驱动系统的汽车 (未图示)的运行中实行。这种汽车通过电动机1的旋转来行驶。
例如，将汽车的加速器置于"接通"，至弱磁通区域使电动机1的旋 转速度被加速之后，若汽车的加速器置于"断开"则i,成为零，另一方面， 短暂的时间内在弱磁通区域使汽车靠惯性行驶，因而i/变为负。在该期间， 可通过参照检测电流lB调整角度校正值ec，同时可进行异常检测处理。另 外，例如通过在将加速器置于"断开"的状态下使汽车下坡至弱磁通区域
的情况下，同样可进行对角度校正值ec的调整及异常检测。另外，所谓加
速器的接通，是指用于指示电动机l所驱动的汽车实行加速的、对于汽车 的操作，所谓加速器的断开，是指用于指示电动机1所驱动的汽车实行禁 止加速的、对于汽车的操作(即指示电动机1停止驱动的操作)。即使将 加速器置于"断开"不受电动机1驱动，有时在下坡等情况下也对汽车进
行加速。
《变形等》
作为上述的实施方式的变形例或者注释项目，将注释1 注释4记入
下面。记入各注释的内容，只要不矛盾就可任意组合。 注释1
可得到包括上述的各种指令值(iY*、 i5*、 v/及《等)及状态量(iY、 is 等)的所有值的导出方法是任意的。即，例如既可以通过电动机控制装置 3内的运算导出他们，也可以根据预先设定的表数据导出他们。
注释2在上述的实施方式中，使用相电流传感器11直接检测U相电流iu及 V相电流iv，但是也可以根据检测电流软件(程序)再现U相电流iu、 V 相电流iv及W相电流iw，再根据再现的这些相电流计算出iy及is。
注释3
例如使用装入通用微型电子计算机等的软件(程序)，可实现电动机
控制装置3的功能的一部分或者全部。在使用软件实现电动机控制装置3 的情况下，表示电动机控制装置3的各部构成的框图就变为表示功能框图。 当然，不用软件(程序)，而是只用硬件，或者使用软件和硬件的组合也 可形成电动机控制装置3。 注释4
在上述的实施方式中，对电动机l的转子的角度进行检测的角度检测 机构包括转子角度检测部14 (参照图3)。还可以考虑该角度检测机构包 括角度传感器12。在上述的实施方式中，以直流电源31的流出电流或者 流入电流作为检测电流软件(程序)进行检测的电流检测机构，包括A/ D转换器22 (参照图3)。还可以考虑该电流检测机构包括电流传感器32。
本发明适于使用电动机的所有电力设备。例如适于受电动机旋转驱动 的电动汽车及空气调节器等所使用压縮机等。
权利要求
1. 一种电动机控制装置，其控制将永磁铁设置于转子的电动机的驱动，其特征在于，具备角度检测机构，其使用角度传感器来检测所述转子的角度；电流检测机构，其将作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流作为检测电流进行检测；角度校正机构，其基于所述检测电流校正所检测到的所述角度，并且，使用由所述角度校正机构的校正得到的校正角度来控制所述电动机的驱动。
2. 如权利要求l所述的电动机控制装置，其特征在于， 在将与永磁铁产生的磁通方向平行的轴作为d轴，且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为y轴，并且将与所述Y轴正交的轴作为5轴的情况 下，该电动机控制装置还具备电流指令值生成机构，该电流指令值生成机 构生成作为所述电动机的供给电流的y轴分量及5轴分量的目标的目标y 轴电流及目标5轴电流，所述角度校正机构基于所述目标5轴电流为零且所述目标y轴电流为 负时的所述检测电流，求出角度校正值，并由所述角度校正值和利用所述 角度检测机构检测出的所述角度来求出所述校正角度。
3. 如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述角度校正机构求出所述角度校正值，以使在所述目标s轴电流为零且所述目标y轴电流为负时的所述检测电流为规定值或者收敛于包含该 规定值的规定范围内。
4. 如权利要求l所述的电动机控制装置，其特征在于， 还具备异常判别机构，该异常判别机构基于所述检测电流，判别利用所述角度检测机构的检测是否异常。
5. 如权利要求l所述的电动机控制装置，其特征在于， 在将与永磁铁产生的磁通方向平行的轴作为d轴，且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为y轴，并且将与所述y轴正交的轴作为s轴的情况许下，该电动机控制装置还具备电流指令值生成机构，其生成作为所述电动机的供给电流的5轴分量 的目标的目标5轴电流；异常判别机构，其基于所述目标5轴电流为零时的所述检测电流来判 别利用所述角度检测机构的检测是否异常。
6. 如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述异常判别机构在所述目标S轴电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，判别利用所述角度检测机构的检测为异常。
7. —种电动机控制装置，其控制将永磁铁设置于转子的电动机的驱 动，其特征在于，具备角度检测机构，其使用角度传感器检测所述转子的角度； 电流检测机构，其将作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流 或者输入电流作为检测电流进行检测，使用检测出的所述角度来控制所述电动机的驱动，该电动机控制装置还具备异常判别机构，该异常判别机构基于所述检 测电流来判别利用所述角度检测机构的检测是否异常。
8. 如权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于， 在将与所述永磁铁产生的磁通方向平行的轴作为d轴，且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为Y轴，并且将与所述Y轴正交的轴作为S轴的情况下，该电动机控制装置还具备电流指令值生成机构，其生成作为所述电动机的供给电流的5轴分量的目标的目标S轴电流，所述异常判别机构基于所述目标5轴电流为零时的所述检测电流来判别利用所述角度检测机构的检测是否异常。
9. 如权利要求8所述的电动机控制装置，其特征在于， 所述异常判别机构，在所述目标5轴电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，判别所述角度检测机构的检测为异常。
10. —种电动机驱动系统，其特征在于，具备电动机；驱动所述电动机的逆变器；权利要求1所述的电动机控制装置，其通过控制所述逆变器来控制所 述电动机的驱动。
11. 一种电动机驱动系统，其特征在于，具备电动机；驱动所述电动机的逆变器；权利要求7所述的电动机控制装置，其通过控制所述逆变器来控制所 述电动机的驱动。
全文摘要
本发明提供一种电动机控制装置及电动机驱动系统，对将永磁铁设置于转子的电动机的驱动进行控制，其具备角度检测机构，使用角度传感器检测所述转子的角度；电流检测机构，以作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流为检测电流进行检测；角度校正机构，根据所述检测电流校正被检测到的所述角度，其中，使用由所述角度校正机构的校正而得到的校正角度来控制所述电动机的驱动。
文档编号H02P21/14GK101295955SQ20081009485
公开日2008年10月29日 申请日期2008年4月28日 优先权日2007年4月26日
发明者岩崎直哉, 鹰尾宏 申请人:三洋电机株式会社