专利名称：电动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机控制装置，该电动机控制装置以无传感器方式检测同步电动机的转子旋转位置(以下称作转子位置)。
背景技术：
在作为3相直流(DC)无刷电动机等同步电动机的驱动方式而公知的正弦波驱动方式(180度通电方式)中，为了适当地对定子线圈进行通电，以无传感器方式来检测转子位置。关于转子位置检测，专利文献1中公开了以下方法求出电动机电流和实际旋转位置的第一相位差的同时还求出电动机电流和假想旋转位置的第二相位差，利用第一相位差和第二相位差之差来推定实际旋转位置和假想旋转位置的相位误差，并对电压频率进行修正以使该相位误差接近零。此外，在专利文献2中公开了以下方法求出同步电动机的旋转角速度、d轴电流和Y轴电流，以转子实际旋转角度和基于旋转模型而推定的旋转角度的角度偏差与d轴电流和Y轴电流的电流偏差成比例为前提，求出该推定旋转角度。然而，关于专利文献1和2中公开的电动机位置检测方法，由于基本上是以规定条件为基准来校正假想转子位置，从而进行期望转子位置的检测，因此转子位置检测精度根据校正精度而变化。此外，由于不得不高速地重复进行从求出假想转子位置到校正该转子位置的处理，因此必须有与高处理负荷相对应的高能力的数据处理装置。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特开2001-161090专利文献2 日本专利特开平8-30828
发明内容
本发明要解决的问题本发明的目的在于提供能在一定精度下、且以低处理负荷来检测出同步电动机转子位置的电动机控制装置。用于解决问题的方法为了实现上述目的，本发明是具备以无传感器方式检测出同步电动机转子位置的功能的电动机控制装置，包括电流检测单元，其用于检测在同步电动机线圈中流动的电流；施加电压检测单元，其用于检测对同步电动机线圈施加的电压；电流峰值/电角度检测单元，其用于基于由电流检测单元检测出的电流来检测电流峰值和电流电角度；感应电压峰值/电角度检测单元，其用于基于由电流检测单元检测出的电流和由施加电压检测单元检测出的施加电压来检测感应电压峰值和感应电压电角度；转子位置检测单元，其用于根据转子位置计算公式直接求出转子位置来检测该转子位置，该转子位置计算公式包含由电流峰值/电角度检测单元检测出的电流峰值和电流电角度、以及由感应电压峰值/电角度检测单元检测出的感应电压峰值和感应电压电角度中的电流电角度或者感应电压电角度作为变量，并且包含可从预先准备的数据表中选定“电流峰值”、“感应电压峰值”和“感应电压电角度_电流电角度”的至少2个作为参数的电流相位或者感应电压相位作为变量。利用该电动机控制装置，能够通过转子位置计算公式直接求出转子位置来检测该转子位置，该转子位置计算公式包含由相电流峰值/电角度检测单元检测出的相电流峰值和相电流电角度、以及由感应电压峰值/电角度检测单元检测出的感应电压峰值和感应电压电角度中的电流电角度或者感应电压电角度作为变量，并且包含可从预先准备的数据表中选定“电流峰值”、“感应电压峰值”和“感应电压电角度_电流电角度”的至少2个作为参数的电流相位或者感应电压相位作为变量。换言之，由于利用规定的转子位置计算公式直接求出转子位置，因此避免了如现有检测方法中的检测精度的波动，能在一定精度下可靠地检测出转子位置。此外，由于采用的方式是从预先准备的数据表选定作为在转子计算公式中包含的一个变量的电流相位或感应电压相位，因此与根据每次计算来求出电流相位或感应电压相位的情况相比，能够以低处理负荷简单地检测出转子位置，也没必要如现有检测方法那样使用与高处理负荷相对应的高能力的数据处理装置。发明的效果根据本发明，能够提供在一定精度下、且以低处理负荷来检测出同步电动机转子位置的电动机控制装置。根据以下说明和附图，将可阐明本发明的上述目的和上述目的以外的目的、结构特征、作用效果。
图1是采用本发明的电动机控制装置的结构图。图2是图1所示的相电流峰值/电角度检测部中的相电流峰值和相电流电角度的检测方法的说明图。图3是图1所示的感应电压峰值/电角度检测部中的感应电压峰值和感应电压电角度的检测方法的说明图。图4是用图1所示的转子位置检测部检测转子位置时使用的数据表制作方法的说明图。图5是用图1所示的转子位置检测部检测转子位置时使用的数据表制作方法的说明图。
具体实施例方式图1是表示采用本发明的电动机控制装置的图，图中的11为同步电动机，12为逆变器，13为直流电源，14为内置有微机的控制器。控制器14包括旋转控制部15、逆变器驱动部16、相电流检测部17、施加电压检测部18、相电流峰值/电角度检测部19、感应电压峰值/电角度检测部20、以及转子位置检测部21。同步电动机11由3相直流(DC)无刷电动机构成，具备包含3相线圈(U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc)的定子(图中省略)以及包含永磁体的转子(图中省略)。 U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc如图所示以中性点N为中心联接成星形或联接成三角(delta)形。逆变器12由3相双极型驱动方式逆变器构成，且具备与同步电动机11的3相线圈相对应的3相开关元件，具体而言是由IGBT等形成的6个开关元件(上桥臂开关元件Us、 Vs和Ws以及下桥臂开关元件Xs、Ys和Zs)、以及分流电阻器Rl、R2和R3。各分流电阻器 R1、R2和R3起到检测在同步电动机11的各相中流动的电流的传感器的作用。上桥臂开关元件Us、下桥臂开关元件Xs和分流电阻器Rl串联排列且其两端与直流电源13相连接；上桥臂开关元件Vs、下桥臂开关元件Ys和分流电阻器R2串联排列且其两端与直流电源13相连接；上桥臂开关元件Ws、下桥臂开关元件Zs和分流电阻器R3串联排列且其两端与直流电源13相连接。此外，上桥臂开关元件Us的发射极侧与同步电动机11的U相线圈Uc相连接；上桥臂开关元件Vs的发射极侧与同步电动机11的V相线圈Vc相连接；上桥臂开关元件Ws 的发射极侧与同步电动机11的V相线圈Wc相连接，来自各连接线的分岔线与施加电压检测部18相连接。而且，上桥臂开关元件Us、Vs和Ws的栅极以及下桥臂开关元件Xs、Ys和Zs的栅极分别与逆变器驱动部16相连接。而且，分流电阻器Ru的下桥臂开关元件Xs侧和分流电阻器Rv的下桥臂开关元件Ys侧、以及分流电阻器Rw的下桥臂开关元件Zs侧分别与相电流检测部17相连接。旋转控制部15基于来自操作部(图中省略)的运转指令和用转子位置检测部21 检测出的转子位置θ m,向逆变器驱动部16发送用来使同步电动机11以规定转速旋转或停止的控制信号。逆变器驱动部16基于来自旋转控制部15的控制信号，向逆变器12的上桥臂开关元件Us、Vs和Ws的栅极以及下桥臂开关元件Xs、Ys和Zs的栅极发送用来使各开关元件导通和截止的驱动信号。逆变器12的上桥臂开关元件Us、Vs和Ws以及下桥臂开关元件Xs、 Ys和Zs根据来自逆变器驱动部16的驱动信号以规定模式导通和截止，对同步电动机11的 U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行基于该导通截止模式的正弦波通电(180度通电)。相电流检测部17利用逆变器12的分流电阻器Ru、Rv和Rw分别检测出的电压， 检测出同步电动机11的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc中流动的电流(U相电流 Iu, V相电流Iv和W相电流Iw)，将它们发送到相电流峰值/电角度检测部19和感应电压峰值/电角度检测部20。施加电压检测部18检测出对同步电动机11的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc施加的电压(U相施加电压Vu、V相施加电压Vv和W相施加电压Vw)，将它们发送到感应电压峰值/电角度检测部20。相电流峰值/电角度检测部19利用在相电流检测部17检测的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw，来检测相电流峰值Ip和相电流电角度θ i，将它们发送到转子位置检测部21。下文中对该相电流峰值/电角度检测部19中的相电流峰值Ip和相电流电角度 θi的检测方法进行详细叙述。
感应电压峰值/电角度检测部20利用宰相电流检测部17检测出的U相电流Iu、 V相电流Iv和W相电流Iw以及在施加电压检测部18检测出的U相施加电压Vu、V相施加电压Vv和W相施加电压Vw，来检测出感应电压峰值Ep和感应电压电角度θ e，将它们发送到转子位置检测部21。下文中对该感应电压峰值/电角度检测部20中的感应电压峰值Ep 和感应电压电角度θe的检测方法进行详细描述。转子位置检测部21利用在相电流峰值/电角度检测部19中检测出的相电流峰值 Ip和相电流电角度θ i、以及在感应电压峰值/电角度检测部20中检测出的感应电压峰值 Ep和感应电压电角度θ e，来检测出同步电动机11的转子位置em，将它们发送到旋转控制部15。在下文中对该转子位置检测部21中的转子位置θ m的检测方法进行详细描述。在此，依次对以下方法进行详细描述(1)相电流峰值/电角度检测部19中的相电流峰值Ip和相电流电角度θ i的检测方法；(2)感应电压峰值/电角度检测部20中的感应电压峰值Ep和感应电压电角度Ge的检测方法；(3)转子位置检测部21中的转子位置θ m的检测方法；以及(4)在转子位置检测部21中检测转子位置θ m时使用的数据表的制作方法。(1)相电流峰值/电角度检测部19中的相电流峰值Ip和相电流电角度θ i的检测方法图2是对同步电动机11的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行正弦波通电(180°通电)时的相电流波形图，构成正弦波形的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流 Iw之间彼此有120°的相位差。根据该相电流波形图，对于U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw、以及相电流峰值Ip和相电流电角度Θ i下式成立· Iu = IpXcos( θ i)· Iv = IpXcos( θ i-2/3 π )· Iw = Ip Xcos ( θ i+2/3 π )相电流峰值/电角度检测部19中的相电流峰值Ip和相电流电角度θ i的检测是以上式成立为前提来进行的，该检测是通过如下那样进行利用在相电流检测部17中检测出的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw，根据上式计算来求出相电流峰值Ip和相电流电角度θ i。(2)感应电压峰值/电角度检测部20中的感应电压峰值Ep和感应电压电角度θ e 的检测方法图3是对同步电动机11的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行正弦波通电(180°通电)时的感应电压波形图，构成正弦波形的U相感应电压Eu、V相感应电压Ev 和W相感应电压Ew之间彼此有120°的相位差。根据该感应电压波形图，对于U相感应电压Eu、V相感应电压Ev和W相感应电压 Ew、以及感应电压峰值Ep和感应电压电角度θ e下式成立· Eu = Ep Xcos ( θ e)· Ev = EpXcos( θ e-2/3 π )· Ew = Ep Xcos ( θ e+2/3 π )另一方面，对于U相施加电压Vu、V相施加电压Vv和W相施加电压Vw、以及U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw、以及U相线圈电阻Ru、V相线圈电阻Rv和W相线圈电 阻Rw、以及U相感应电压Eu、V相感应电压Ev和W相感应电压Ew下式成立 Vu-IuXRu = Eu Vv-IvXRv = Ev Vw-IwXRw = Ew感应电压峰值/电角度检测部20中的感应电压峰值Ep和感应电压电角度0e的 检测是以上式成立为前提来进行的，该检测是通过如下那样进行利用在相电流检测部17 中检测出的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw以及在施加电压检测部18中检测出的 U相施加电压Vu、V相施加电压Vv和W相施加电压Vw，从上式(上式中的后者)求出U相 感应电压Eu、V相感应电压Ev和W相感应电压Ew，然后利用求出的U相感应电压Eu、V相 感应电压Ev和W相感应电压Ew，从上式(上式中的前者)求出感应电压峰值Ep和感应电 压电角度9e。(3)转子位置检测部21中的转子位置e m的检测方法转子位置检测部21中的转子位置e m的检测是通过如下那样进行利用在相电流 峰值/电角度检测部19中检测出的相电流电角度e i和从预先准备的数据表(參照下述 (4))选定的电流相位0，利用下式求出转子位置em。
0 m = 0 i-3 -90°此处使用的数据表将“相电流峰值Ip”和“感应电压电角度ee-相电流电角度 9 i”作为參数来规定电流相位能够将“相电流峰值Ip”和“感应电压电角度ee-相电 流电角度9 i”作为參数来选定期望的电流相位3。显然，“相电流峰值Ip”相当于在相电流峰值/电角度检测部19中检测出的相电 流峰值ip，此外，“感应电压电角度Qe-相电流电角度e i”相当于从在感应电压峰值/电 角度检测部20中检测出的感应电压电角度e e减去在相电流峰值/电角度检测部19中检 测出的相电流电角度的值。(4)在转子位置检测部21中检测转子位置e rn时使用的数据表的制作方法图4是同步电动机11的转子旋转时的电动机向量图，在d-q坐标中以向量表示电 压V、电流I以及感应电压E( = Co W)的关系。图中的Vd为电压V的d轴分量，Vq为电压 V的q轴分量，Id为电流I的d轴分量，Iq为电流I的q轴分量，Ed为感应电压E的d轴 分量，Eq为感应电压E的q轴分量，a为以q轴为基准的电压相位，3为以q轴为基准的 电流相位，Y为以q轴为基准的感应电压相位。此外，图中的Wa为转子永磁体磁通，Ld为 d轴电感，Lq为q轴电感，R为定子线圈电阻，^为转子总交链磁通。根据该电动机向量图来看，如果将转子的转速设为《，则下式成立[数学式1]
权利要求
1.一种具有以无传感器方式检测同步电动机转子位置的功能的电动机控制装置，包括电流检测单元，该电流检测单元用于检测在同步电动机线圈中流动的电流；施加电压检测单元，该施加电压检测单元用于检测对同步电动机线圈施加的电压；电流峰值/电角度检测单元，该电流峰值/电角度检测单元用于基于由电流检测单元检测出的电流来检测电流峰值和电流电角度；感应电压峰值/电角度检测单元，该感应电压峰值/电角度检测单元用于基于由电流检测单元检测出的电流和由施加电压检测单元检测出的施加电压来检测感应电压峰值和感应电压电角度；以及转子位置检测单元，该转子位置检测单元用于从转子位置计算公式直接求出转子位置来检测该转子位置，该转子位置计算公式包含由电流峰值/电角度检测单元检测出的电流峰值和电流电角度、以及由感应电压峰值/电角度检测单元检测出的感应电压峰值和感应电压电角度中的电流电角度或者感应电压电角度作为变量，并且包含可从预先准备的数据表中选定“电流峰值”、“感应电压峰值”和“感应电压电角度-电流电角度”的至少2个作为参数的电流相位或者感应电压相位作为变量。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，转子位置检测单元所使用的数据表将[电流峰值]和[感应电压电角度-电流电角度]作为参数来规定电流相位或感应电压相位。
3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，转子位置检测单元的转子位置计算公式为转子位置=电流电角度_电流相位-90°， 且从数据表中将[电流峰值]和[感应电压电角度_电流电角度]作为参数来选定该等式中的电流相位。
4.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，转子位置检测单元的转子位置计算公式为转子位置=感应电压电角度_感应电压相位-90°，且从数据表中将[电流峰值]和[感应电压电角度-电流电角度]作为参数来选定该等式中的感应电压相位。
5.如权利要求1至4的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，同步电动机是定子具有多相线圈的同步电动机，电流检测单元检测出分别在同步电动机的多相线圈中流动的电流，施加电压检测单元检测出分别对同步电动机的多相线圈施加的电压。
全文摘要
本发明提供能在一定精度下、且以低处理负荷来检测出同步电动机转子位置的电动机控制装置。在电动机控制装置中，从转子位置计算公式(θm＝θi-β-90°)直接求出转子位置θm来检测出该转子位置θm，该转子位置计算公式中包含由相电流峰值/电角度检测部(19)检测出的相电流峰值Ip和相电流电角度θi以及由感应电压/电角度检测部(20)检测出的感应电压峰值Ep和感应电压电角度θe中的相电流电角度θi作为变量，并且包含可从预先准备的数据表中选定[相电流峰值Ip]和[感应电压电角度θe-相电流电角度θi]作为参数的电流相位β作为变量。
文档编号H02P6/18GK102439839SQ20108002318
公开日2012年5月2日 申请日期2010年6月16日 优先权日2009年6月25日
发明者广野大辅 申请人:三电有限公司