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：
本发明涉及具备能够通过电枢反作用磁场对配置在永久磁铁马达的转子中的低 顽磁力的永久磁铁的磁化状态进行调节的机构的马达控制装置。
背景技术：
近年来，在洗涤机中，通过直接驱动方式的永久磁铁马达和与采用矢量控制的 马达控制装置的组合，实现马达的控制精度及洗涤性能的提高，并且得到消耗电力的降 低及洗涤运转中的振动降低等的效果。在以往的一般的控制方式中，在脱水运转等中使 马达高速旋转的情况下，进行通以对转矩无贡献的d轴电流Id而减小马达的感应电压的 弱励磁控制。在此情况下，在脱水运转中通过总是流过对转矩无贡献的电流使铜损耗增 加，导致效率的下降。
对此，在专利文献1中公开的技术中，通过使d轴电流瞬间流过顽磁力较低的永 久磁铁中而不可逆地引起减磁现象，使永久磁铁的磁通减少，使在马达的绕组中产生的 感应电压减少，能够不总是通电d轴电流而进行高速运转。
专利文献1 日本特开2006-280195号公报
在专利文献1中，为了检测转子的位置而具备分解器(resolver)。但是，在如家 电设备等重视成本的产品中，使用如分解器那样昂贵的位置检测器是困难的，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的 关系进行位置推测的方式。
例如，以将⑴式的d轴电压方程式变形后的⑵式的左边、d轴感应电压Ed 成为零用( 式进行PI补偿运算，，推测马达速度ω，根据(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)式的ω 0是在运算周期中在上次运算出的马达速度ω，S是微分运算 符，Kp、幻是PI控制的增益。
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，由于使磁通变化，所以在马达的旋转控制中进 行通电是有效率的，所以此时的电流变化率在几ms 几十ms之间为马达额定电流的2 3倍左右的大小。
如果通电这样的脉冲状的d轴电流Id，则在用来进行位置推测运算的⑵式中， d轴电流Id、d轴电压Vd暂时成为不规则的值。于是，d轴感应电压Ed急剧地变化， 作为其PI补偿结果得到的旋转速度ω及旋转位置θ也急剧地变化，所以成为与本来的3旋转速度及旋转位置不同的值。结果，马达失步而停止。 发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的是提供一种能够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也能够不使 马达失步而进行控制的马达控制装置。
为了达到上述目的，技术方案1所述的马达控制装置的特征在于，具备变换 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，并对永久 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顽磁力 的永久磁铁；位置推测机构，根据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，根据推测出的上述旋转位置，运算d轴电流及q轴电 流，并对上述永久磁铁马达进行矢量控制；磁化控制机构，通过经由上述变换电路对上 述马达的绕组进行通电，将上述永久磁铁磁化；以及修正机构，在该磁化控制机构进行 磁化控制的期间，将由上述电压方程式得到的运算结果暂时替换为固定值，从而修正由 上述位置推测机构推测的旋转位置。
此外，技术方案5所述的马达控制装置的特征在于，具备变换电路，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，并对永久磁铁马达供 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顽磁力的永久磁 铁；位置推测机构，根据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，根据上述推测出的旋转位置，运算d轴电流及q轴电流，并对上 述永久磁铁马达进行矢量控制；磁化控制机构，通过经由上述变换电路对上述马达的绕 组进行通电，将上述永久磁铁磁化；以及修正机构，在该磁化控制机构进行磁化控制的 期间，设S为微分运算符、Ld为d轴电感、Id为d轴电流时，对d轴电压方程式暂时加 上微分项s · Ld · Id而计算d轴感应电压Ed，从而修正由上述位置推测机构推测的旋转 位置。
根据技术方案1记载的马达控制装置，即使在进行磁化控制的期间突发性地流 动较大的电流的情况下，也能够通过在位置推测机构中将通过电压方程式得到的运算结 果暂时替换为固定值，而修正为推测出的旋转位置不会较大地变化。因而，在通过无位 置传感器方式控制的情况下，也能够没有马达失步的情况而进行增减磁通电。
根据技术方案5所述的马达控制装置，即使在进行磁化控制的期间突发性地流 过较大的电流的情况下，由于对用于位置推测运算的d轴电压方程式暂时加上对于瞬间 性的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，所以能够抑制感应 电压Ed的急剧变化，能够得到与技术方案1同样的效果。


图1是第1实施例，是表示马达控制装置的结构的模块图。
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的情况下的一例的时间图。
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是表示滚筒式洗涤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。
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)的转子的结构的俯视图。永久磁铁马达1由定子2以及设置在其外周 上的转子3构成。定子2由定子芯4和定子绕组5构成。定子芯4是将冲切形成的作为 软磁性体的硅钢板层叠多片并敛缝而构成的，具有环状的磁轭部如、和从该磁轭部如的 外周部以放射状突出的多个齿部4b。定子芯4的表面除了在各齿部4b的前端面以外，被 PET (polyethylene terephthalate 聚对苯二甲酸乙二醇酯)树脂(填充树脂)覆盖。
此外，由该PET树脂构成的多个安装部6—体地成形在定子2的内周部上。在 这些安装部6上设有多个螺孔虹，通过将这些安装部6螺钉固定，定子2在此情况下被固 定在滚筒式洗涤干燥机21的水槽25 (参照图8)的背面上。定子绕组5由三相构成，卷 装在各齿部4b上。
转子3是将框架7、转子芯8和多个永久磁铁9 (9a、9b)用未图示的填充树脂一 体化的结构。框架7是对作为磁性体的例如铁板进行压力加工而形成为扁平的有底圆筒 状的结构。转子芯8是将冲切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，配置在框架7的内周部上。该转子芯8的内周面(与定子2的外周面(定子 芯4的外周面)对置而在与该定子2之间形成空隙的面)形成为具有朝向内方以圆弧状突 出的多个凸部(磁极片)8a的凹凸状。
在这些多个凸部8a的内部中，形成有沿轴向(硅钢板的层叠方向)贯通转子芯 8的矩形状的插入孔，成为这些多个插入孔在转子芯8上以环状配置的结构。永久磁铁9 由插入在插入孔中的矩形状的钕磁铁9a(高顽磁力永久磁铁)、和同样矩形状的铝镍钴磁 铁9b (低顽磁力永久磁铁)构成。在此情况下，钕磁铁如的顽磁力是约900kA/m，铝镍 钴磁铁9b的顽磁力是约100kA/m，顽磁力相差9倍左右。永久磁铁9的总数是48，它 们中的6个是铝镍钴磁铁9b，42个是钕磁铁如。
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间的钕磁 铁如为5个，配置在B-C间的钕磁铁如为9个，配置在C-D间的钕磁铁如为5个，配 置在D-E间的钕磁铁如为9个，配置在E-F间的钕磁铁如为5个，配置在F-A间的钕 磁铁9a为9个。该配置方式是通过将对同相产生的感应电压的平均值都设为相同的值、 来抑制齿槽转矩的发生的方式。并且，永久磁铁马达1为48极/36槽结构，每3个槽对 应着4极G极/3槽)。
另外，钕磁铁9a是高顽磁力、铝镍钴磁铁9b是低顽磁力，这是如后述那样经由 定子2通电磁化电流的情况下，在能够使铝镍钴磁铁9b的磁化量变化的程度的电流下、钕磁铁9a的磁化量不变化这种基准下，将前者称作高顽磁力，将后者称作低顽磁力。
接着，对具备如上述那样构成的永久磁铁马达1的滚筒式洗涤干燥机21的结构 进行说明。图8是概略地表示滚筒式洗涤干燥机21的内部结构的纵剖侧视图。形成滚 筒式洗涤干燥机21的外壳的外箱22在前面上具有以圆形状开口的洗涤物出入口 23，该洗 涤物出入口 23通过门M开闭。在外箱22的内部，配置有背面封闭的有底圆筒状的水槽 25，在该水槽25的背面中央部，通过螺钉固定而固定着上述永久磁铁马达1(定子2)。 该永久磁铁马达1的旋转轴沈的后端部(在图8中是右侧的端部)固定在永久磁铁马达 1(转子3)的轴安装部10上，前端部(在图8中是左侧的端部)突出到水槽25内。
在旋转轴沈的前端部上，固定着背面封闭的有底圆筒状的滚筒27，以使其相对 于水槽25为同轴状，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内的洗涤物的抬起或揉开的多个挡板四。在水槽25上连接着供水阀30，如果将该供 水阀30开放，则向水槽25内供水。此外，在水槽25上连接着具有排水阀31的排水管 32，如果将该排水阀31开放，则水槽25内的水被排出。
在水槽25的下方，设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连接至水槽25内，后端部经由后部管道35连接至水槽25内。在通 风管道33的后端部设有送风风扇36，通过该送风风扇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，并通过后部管道35送回到水槽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，在水槽25内循环。节流阀40 由膨胀阀构成，具有开度调节功能。
在外箱22的前面，位于门M的上方地设有操作面板42，在该操作面板42上设 有用来设定运转过程(course)等的多个操作开关(未图示)。操作面板42连接在以微型 计算机为主体构成、控制滚筒式洗涤干燥机21的整体运转的控制电路部(未图示)上， 该控制电路部按照经由操作面板42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，虽然没有 图示，但对于构成压缩机39的压缩机马达也可以采用与永久磁铁马达1同样的结构。
图1是用模块图表示对永久磁铁马达1进行矢量控制的马达控制装置50的结构 的图。另外，上述压缩机马达也通过同样的结构进行控制。在矢量控制中，将在电枢绕 组中流动的电流分离为作为磁场的永久磁铁的磁通方向和与其正交的方向，而独立地对 它们进行调节，控制磁通和产生转矩。在电流控制中，使用以与马达1的转子一起旋转 的坐标系、即所谓的d_q坐标系表示的电流值，其中d轴是安装在转子上的永久磁铁所形 成的磁通方向，q轴是正交于d轴的方向。作为在绕组中流动的电流的q轴成分的q轴 电流:[q是产生旋转转矩的成分(转矩成分电流)，作为其d轴成分的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 为在构成变换电路52 (驱动机构)的下臂侧的开关元件与地线之间配置3个分流电阻，并根据它们的端子电压检测电流Iu、Iv、Iw。
由电流传感器51检测到的电流Iu、Iv、Iw如果被A/D变换器53进行了 A/D变 换，则在通过uvw/dq坐标变换器M变换为2相电流Ια、Ιβ之后，再变换为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，使用由速度位置推测部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运算器56、比例积分器57、 运算器58、延迟器59及积分器60。Ed运算器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向减法器58作为减数输出。减法 器58的输出经由赋予1个运算周期量的延迟的延迟器59作为被减数反馈，并且被输出到 积分器60。并且，减法器58的输出为马达1的旋转速度(角速度)ω，积分器60的输 出为旋转位置θ。
磁化控制部61参照由对洗涤干燥机21的运转进行控制的控制电路部(上位系 统)提供的运转顺序信号，按照洗涤、脱水、冲洗、干燥等的运转状态的变化，对位置 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输出磁化指令(增 磁指令或减磁指令)，该磁化指令用于将配置在永久磁铁马达1的转子3上的铝镍钴磁铁 9b磁化。
位置推测修正部62如果由磁化控制部61提供磁化指令，则对速度位置推测部55 输出Ed保持指令。速度位置推测部55如果被提供Ed保持指令，则将从Ed运算部56输 出的d轴感应电压Ed的值保持为在该时点得到的值。
在磁化控制切换部63中，由磁化控制部61提供上述磁化指令以及增减磁电流 值，此外，由uvw/dq坐标变换器M提供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。
如果在速度控制部64的减法器65中求出从上述控制电路部提供的转速指令值 _ref与旋转速度ω的差，则该差在比例积分器66中被进行比例积分运算，并作为q轴 电流指令值Iq_ref输出至电流控制部67。Id指令输出部68参照由上述控制电路部提供的 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，在除此以外的情况下，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，并将该差在比例积分器70d、70q 中进行比例积分运算。并且，比例积分运算的结果作为由d_q坐标系表示的输出电压指 令值Vd、Vq输出至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的输出通过加法器74相加后，提 供到切换开关75的输入端子的一个中。在切换开关75的输入端子的另一个中如上所述 被提供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提供的控制切换指令，切换选择输入端子中的哪一个作为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，磁化控制部61将铝镍钴磁铁 9b磁化，所以如果输出磁化指令，则切换开关75根据控制切换指令，选择d轴电压指令Vd_ref 侧。
在dq/uvw坐标变换器71中，将电压指令值Vd、Vq变换为用α - β坐标系表 示的值之后，再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，并形成用于供给与指令 值一致的电压的、被脉冲宽度调制的栅极驱动信号。变换电路52例如将IGBT等开关元 件进行三相桥接而构成，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形成的栅极驱动高信号被传送到构成变换电路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调制的三相交流电压，并施加到马达1的 绕组5。
在上述结构中，在电流控制部67中进行提供比例积分(PI)运算的反馈控制，并 控制d轴电流Id、q轴电流ki以使其分别与d轴电流指令值Id_ref、q轴电流指令值Iq_ ref—致。作为其控制结果的角速度推测值ω被反馈至减法器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，旋转速度ω与指令值coref—致。
在以上的结构中，对马达控制装置50加上了永久磁铁马达1而构成马达控制系 统77。此外，除了变换电路52、电力变换部76以外的部分是由构成马达控制装置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的滚筒式洗涤干燥机21的作用进行说明。如果控 制电路部经由磁化控制部61使变换电路52动作、并由此定子绕组5通电，则基于电枢反 作用的外部磁场(通过在定子绕组5中流动的电流产生的磁场)作用于转子3的永久磁铁 9a、9b。并且，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而减磁或增 磁，结果交链于定子绕组5的磁通量(交链磁通量)增减。
在洗涤运转中，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旋转而进行洗涤。在此情况下，使铝镍钴磁铁9b的磁化状态增磁。由此，作用于 定子绕组5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高速旋转而将洗涤物所含的水分脱水。在此情况下，使铝镍钴磁铁9b的磁化状态 减磁。由此，作用于定子绕组5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，控制电路部驱动送风风扇36 及热泵41，并使滚筒27旋转而进行洗涤物的干燥。在此情况下，为下次的洗涤运转做准 备，使铝镍钴磁铁9b的磁化状态增磁。
接着，也参照图3至图6，对本实施例的作用进行说明。首先，参照图3的流程 图对处理的概况进行说明。在如上述那样使铝镍钴磁铁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 的时开始处理(增减磁顺序)。
如果从进行通常的马达控制的期间(0)开始增减磁顺序，则最先使d轴电流增加 [顺序(1)，参照(d)]。另外，q轴电流Iq在图3的整个期间是一定的。此时，如果从 上位系统(洗涤机的控制电路部)接受到的指令是增磁，则磁化控制部61将增磁指令输8出给位置推测修正部62及磁化控制切换部63，如果从上位系统(洗涤机的控制电路部) 接受到的指令是减磁，则磁化控制部61将减磁指令输出给位置推测修正部62及磁化控制 切换部63。磁化控制切换部63如果被提供增磁指令(减磁指令)，则对电流控制部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按照正的电压指令 Vd_ref受控制[参照(e) ]，q轴电流:tq按照电流指令Iq_ref受控制。
此外，位置推测修正部62如果被提供增磁指令，则将保持d轴感应电压Ed的指 令输出至速度位置推测部阳。于是，速度位置推测部55将d轴感应电压Ed保持上次运 算结果的原状而设为一定值，并基于该值推测速度ω及角度θ。
并且，如果d轴电流Id达到由磁化控制部61提供的增减电流值II，则转移到下 个顺序0)，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)]。
如果d轴电流Id减少而减少到规定值12( >0)以下，则转移到下个顺序(3)。 在该时点，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。如果进一步经过时间而d轴电流Id成为 零，则磁化控制部61停止增磁指令的输出，返回到通常的马达控制[期间G)]。如果增 磁指令的输出停止，则位置推测修正部62停止Ed保持指令的输出，再开始速度位置推测 部55的Ed运算器56进行的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，每一定周期执 行。磁化控制部61在没有从上述控制电路部(洗涤机系统)接受增减磁指令的期间，从 步骤Sl转移到S11，将磁化动作计数器清零。并且，如果接受到增减磁指令，则转移到 步骤S2，判断该时点的磁化动作计数器值是否比相当于对增减磁结束时间(例如IOm秒) 加上一定时间后的时间的值小。
在步骤幻中，如果是(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S； )，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)的期间长的总和。
在接着的步骤S5中(磁化动作计数器)< (增减磁结束时间)(是)、并且从控 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 令一起输出给位置推测修正部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提供了位置推测修正指令的情况下(步骤S31 是)，判断修正模式是否为在速度位置 推测部55中使用上次值的类型(步骤S32)。另外，关于修正模式，可以预先由用户设 定，有上述的上次值使用类型及上次值不使用类型。关于上次值使用类型，有在步骤S33 中判断的模式(1 3)。
即，如果是上次值使用类型(步骤S32:是)，则根据模式(1 3)的设定，从 步骤S33转移到SS34 35。模式⑴是将从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的上次值而使 用为此次的值的模式(步骤S35，在图3中说明的情况)。此外，模式(3)是通过将从比例积分器57输出的值设为“0”、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)。因而，将对应于各模式的指令传送给Ed运算器56或比例积分 器57。另外，模式(1)严格地讲不使用上次值，但这里作为依据它的模式而分类。
另一方面，在步骤S32中，是上次值不使用类型的情况下(否)，将Ed运算器 56所执行的运算式(2)式暂时变更为如(5)式(步骤S37)。
Ed = Vd-R · Id-S ‘ Ld ‘ Id+ω · Lq · Iq ... (5)
BP,附加右边第3项的微分项[-s · Ld · Id],来求出d轴感应电压Ed。在此 情况下，如果使d轴电流Id例如向正侧急剧地变化，则右边第1项的Vd变得非常大，但 由于右边第3项的微分项[-S · Ld · Id]向负侧变大，所以左边的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S5相同的判断，或者判断是否磁化动作 计数器=0。这里，在判断为“否”的情况下，由于是如通常那样对永久磁铁马达1进 行驱动控制的情况，所以如上所述，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，由于是进行增减磁处理的情况，所以在 d轴电流开始上升之后，判断该d轴电流或U、V、W某个相电流是否没有达到增减磁电 流指令值(图3的II)(步骤Si； )。在没有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(2)的情 况，判断d轴电流Id或U、V、W某个相电流是否没有达到控制切换电流值(图3的12) (步骤S18)。如果没有达到上述电流值(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)。此外，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C3)的情况。因而，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)。
如以上所述，根据本实施例，马达控制装置50通过速度位置推测部55基于对 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，对永久磁铁马达1进行矢量控制。并且，位置推测修正 部62通过在磁化控制部61经由变换电路52对马达1的绕组5进行通电并将铝镍钴磁铁 9b磁化的期间、将通过电压方程式得到的运算结果暂时替换为固定值，而对推测的转子 位置θ进行了修正。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的紧前运算出的值、或保持为零，或者将通过电压方程式的运 行结果得到的旋转速度ω保持为在开始磁化控制的紧前运算的值，从而将运算结果暂时替换为固定值。
S卩，在电流控制中，q轴侧继续进行基于电流指令的控制，并将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值的控制，从而即使在增减磁电流急剧上升、 下降的情况下，也能够不失步等而继续进行马达1的运转，能够进行高速的电流的控 制。并且，通过这样用无位置传感器方式进行增减磁，在如洗涤干燥机21那样要求低成 本的家电用途中也能够采用永久磁铁马达1那样的可变磁通马达，使根据对马达1要求的 转速、转矩特性进行的增减磁的效果变大，能够在运转区域的整个区域进行高效率的运 转。因而，即使在以无位置传感器方式控制的情况下，也能够没有马达1失步的情况而 进行增减磁通电。
此外，位置推测修正部62在磁化控制部61根据用户的选择进行磁化控制的期 间，对d轴电压方程式暂时加上微分项S · Ld · Id而计算d轴感应电压Ed。因而，即 使在进行磁化控制的期间突发性地流动较大的电流的情况下，也由于对在位置推测运算 中使用的d轴电压方程式暂时加上对于瞬间性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，所以能够抑制感应电压Ed的急剧变化。
并且，磁化控制切换部63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，切换对电流控制部67的d轴侧 提供矢量控制中的电流指令Id_ref的控制、和代替电流指令Id_ref而将电压指令Vd_ref直 接输出至dq/uvw坐标变换器71的控制。因而，即使在进行磁化控制的期间突发性地流 动较大的电流的情况下，也能够无延迟地通以增减磁电流。
此外，磁化控制切换部63在磁化控制部61输出使d轴电流增加的指令的期间， 关于d轴直接提供使上述d轴电流增加的极性的电压指令Vd_ref，关于q轴提供电流控制 指令Iq_ref，所以能够使d轴电流的通电量迅速地上升。
并且，如果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 提供的磁化电流指令值Il，则磁化控制切换部63提供电压指令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，关于d轴直接提供使d轴电 流Id减少的极性的电压指令Vd_ref，关于q轴提供电流控制指令Iq_ref，所以能够使d轴 电流Id的通电量迅速地下降。
此外，如果U、V、W某个相电流值、或d轴电流Id的值减少到小于一定阈值 12，则磁化控制切换部63切换为对dq轴也提供电流控制指令，所以在比d轴电流Id到达 零的定时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，但在如上述那样在变换电路51的下臂侧插入分流电阻而检测电流的情况下，产生如 以下的问题。在此情况下，电流检测通过在下臂侧的开关元件导通的期间检测分流电阻 的端子电压来进行。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导通的时间也成为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，在上述那样的情况中， 速度位置推测部阳也能够在没有检测到马达电流的期间进行位置推测。因而，通过代替电流传感器51而使用分流电阻，能够有利于产品的成本降低。
(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应用到空调机(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的转子轴连结在压缩部103上。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 制冷剂通路的管道连接成构成闭循环。另外，压缩机102例如是旋转型压缩机，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。
在供暖时，四通阀106处于用实线表示的状态，由压缩机102的压缩部103压缩 的高温制冷剂从四通阀106被供给到室内侧热交换器107中并冷凝，然后在减压装置108 中被减压，变为低温而流到室外侧热交换器109中，在这里蒸发而返回到压缩机102。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压缩的高温制冷剂从四通阀106被供给到室外侧交换器109中而冷凝，然后在减压 装置108中被减压，变为低温而流到室内侧热交换器107中，在这里蒸发而返回到压缩机 102。并且，对室内侧、室外侧的各热交换器107、109分别通过风扇110、111进行送 风，构成为，通过该送风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。
根据如以上构成的第2实施例，由于将由永久磁铁马达104和变换装置50构成 的马达控制系统应用到空调机中，来驱动压缩机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中记载的实施例，能够进行以下这样的变形或扩展。
关于修正模式，也可以仅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，在增减磁通电的期间，不 仅保持d轴感应电压Ed，也可以同时保持q轴感应电压Eq。
钕磁铁9a、铝镍钴磁铁9b的配置个数比只要根据单独的设计适当变更就可以。
低顽磁力的永久磁铁并不限于铝镍钴磁铁，除此以外也可以使用例如钐钴磁 铁。此外，高顽磁力的永久磁铁也并不限于钕磁铁。
关于修正，也可以不修正旋转速度而仅修正转子位置。
并不限定于洗涤机及空调机，只要是将在转子中配置低顽磁力永久磁铁的永久 磁铁马达作为控制对象的结构就能够使用。
标号说明
在图中，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 (低顽磁力永久磁铁)，21表示滚筒式洗涤干燥机，50表示马达控制装置(矢量控制机 构)，52表示变换电路，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。
权利要求
1.一种马达控制装置，其特征在于，具备变换电路，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， 并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 低顽磁力的永久磁铁；位置推测机构，根据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，根据推测出的上述旋转位置，运算d轴电流及q轴电流，并对上述永 久磁铁马达进行矢量控制；磁化控制机构，通过经由上述变换电路对上述马达的绕组进行通电，将上述永久磁 铁磁化；以及修正机构，在该磁化控制机构进行磁化控制的期间，将由上述电压方程式得到的运 算结果暂时替换为固定值，从而修正由上述位置推测机构推测的旋转位置。
2.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，上述修正机构将d轴感应电压Ed保持为在开始上述磁化控制的紧前运算出的值。
3.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，上述修正机构将d轴感应电压Ed保持为零。
4.如权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，上述修正机构将由上述电压方程式的运算结果得到的旋转速度保持为在开始上述磁 化控制的紧前运算出的值。
5.—种马达控制装置，其特征在于，具备变换电路，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， 并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 低顽磁力的永久磁铁；位置推测机构，根据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，根据推测出的上述旋转位置，运算d轴电流及q轴电流，并对上述永 久磁铁马达进行矢量控制；磁化控制机构，通过经由上述变换电路对上述马达的绕组进行通电，将上述永久磁 铁磁化；以及修正机构，在该磁化控制机构进行磁化控制的期间，在设s为微分运算符、Ld为d轴 电感、Id为d轴电流时，对d轴电压方程式暂时加上微分项s · Ld · Id而计算d轴感应 电压Ed，从而修正由上述位置推测机构推测的旋转位置。
全文摘要
本发明提供一种马达控制装置，在以无位置传感器方式控制永久磁铁马达、并且为了使永久磁铁的磁通变化而进行通电的结构中，也不使马达失步地进行控制。马达控制装置(50)通过速度位置推测部(55)根据对永久磁铁马达(1)成立的电压方程式，推测转子(3)的旋转位置(θ)，并根据该推测出的旋转位置(θ)运算d轴电流及q轴电流，从而对永久磁铁马达(1)进行矢量控制。并且，位置推测修正部(62)在磁化控制部(61)经由变换电路(52)对马达(1)的绕组(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暂时替换为固定值，从而修正推测出的转子位置(θ)。
文档编号H02P21/14GK102025310SQ201010274508
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17日
发明者前川佐理 申请人:株式会社东芝