控制系统的制作方法
【专利摘要】实施方式提供一种控制系统，控制在转子的内部具有磁铁的同步电动机，该控制系统具备：逆变器，输出用于驱动同步电动机的交流；栅极指令生成部，生成用于驱动逆变器的栅极指令；电流检测部，检测从逆变器输出的交流的电流值；磁极位置推测部，根据电流检测部检测到的电流值推测磁极位置；控制部，在进行磁极极性的判定时，对所述栅极指令生成部进行指示，以生成用于表示电流检测部检测的电流值的d轴分量是规定的值的极性判定用栅极指令；以及磁极极性判定部，如果生成了极性判定用栅极指令，则根据由磁极位置推测部推测出的磁极位置，求出表示基于正的d轴电流的电感的第一信息和表示基于负的d轴电流的电感的第二信息，比较所求出的第一信息和第二信息，将表示大的值的一方判定为N极。然后，该控制系统将在正方向以及负方向上以相同的规定电流值流过了电流的情况下表示磁极方向的电感的值变大的一侧判定为N极侧。
【专利说明】控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式涉及控制系统。
【背景技术】
[0002] 在永磁铁同步电动机的无旋转传感器的控制装置中，在从停止状态起动时的初始 磁极位置推测中，使用凸极性来进行（例如，参照专利文献1)，所以需要进行磁极方向的推 测。
[0003] 提出了作为磁极方向的推测，利用磁饱和的推测法（例如，参照专利文献2、专利 文献3)。
[0004] 【专利文献1】日本专利第3719910号公报 [0005]【专利文献2】日本专利第3401155号公报
[0006] 【专利文献3】日本特开2008-079489号公报
【发明内容】
[0007] 在上述以往的推测法中，利用磁铁磁通方向的电感相对N极方向的电流增加而单 调减少这一点来推测磁极方向。
[0008] 因此，上述现有技术无法应用于磁铁磁通方向的电感并非相对N极方向的电流增 加单调减少，而是具有极大点的情况。
[0009] 本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于实现一种控制系统，该控制系统即使在 磁铁磁通方向的电感相对N极方向的电流增加具有极大点的电动机中，也能够进行磁极方 向推测。
[0010] 实施方式提供一种控制系统，控制在转子的内部具有磁铁的同步电动机，在该控 制系统中，具备：逆变器，输出用于驱动同步电动机的交流；栅极指令生成部，生成用于驱 动逆变器的栅极指令；电流检测部，检测从逆变器输出的交流的电流值；磁极位置推测部， 根据电流检测部检测到的电流值推测磁极位置；控制部，在进行磁极极性的判定时，对所述 栅极指令生成部进行指示，以生成用于表示电流检测部检测的电流值的d轴分量是规定的 值的极性判定用栅极指令；以及磁极极性判定部，如果生成了极性判定用栅极指令，则根据 由磁极位置推测部推测出的磁极位置，求出表示基于正的d轴电流的电感的第一信息和表 不基于负的d轴电流的电感的第二信息，比较所求出的第一信息和第二信息，将表不大的 值的一方判定为N极。
[0011] 然后，该控制系统将在正方向以及负方向上以相同的规定电流值流过了电流的情 况下表示磁极方向的电感的值变大的一侧判定为N极侧。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是第一实施方式的永磁铁同步电动机的旋转控制装置的概要结构框图。
[0013] 图2是永磁铁同步电动机的概要结构纵剖面图。
[0014] 图3是说明了永磁铁同步电动机中的一般已知的d轴电感特性的图。
[0015] 图4是第一实施方式的永磁铁同步电动机中的d轴电感特性的说明图。
[0016] 图5是特性说明图。
[0017] 图6是具有与图4同样的特性的其他转子的一个例子的说明图。
[0018] 图7是磁通密度（B)与磁场的强度（H)的关系的说明图。
[0019] 图8是第一实施方式的动作原理说明图。
[0020] 图9是图8的状态下的d轴电流与d轴电感的关系说明图。
[0021] 图10是扩大了磁路形成用铁芯部的宽度的情况下的转子侧的d轴电流与d轴电 感的关系说明图。
[0022] 图11是定子侧的d轴电流与d轴电感的关系说明图。
[0023] 图12是当在纵孔部内插入了永磁铁的情况下的、转子侧的d轴电流与d轴电感的 关系说明图。
[0024] 图13是当在纵孔部内插入了永磁铁的情况下的、定子侧的d轴电流与d轴电感的 关系说明图。
[0025] 图14是第一实施方式中的d轴电感增加量和d轴电感减少量的说明图。
[0026] 图15是第一实施方式中的d轴电感的槽（slot)高次谐波所致的变化量的说明 图。
[0027] 图16是第一实施方式的磁极极性判定动作的说明图。
[0028] 图17A是磁极极性判定动作的其他例中的d轴电压变化的说明图。
[0029] 图17B是磁极极性判定动作的其他例中的d轴电流变化的说明图。
[0030] 图18是第二实施方式的磁极极性判定动作的说明图。
[0031] 图19是第三实施方式的磁极极性判定部的概要结构框图。
[0032] 图20是Y轴电流指令与Y轴电流的关系的说明图。
【具体实施方式】
[0033] 接下来，参照附图，详细说明实施方式。
[0034] [1]第一实施方式
[0035] 图1是第一实施方式的永磁铁同步电动机的控制装置的概要结构框图。
[0036] 电动机驱动装置100大体上具备电流指令生成部10、电流控制部11、高频电压重 叠部12、第一坐标变换部13、三角波PWM调制部14、逆变器15、电流检测部16、第二坐标变 换部17、磁极位置推测部18、以及磁极极性判定部19。
[0037] 在以上的结构中，电流指令生成部10、电流控制部11、高频电压重叠部12、第一坐 标变换部13、三角波PWM调制部14、电流检测部16、第二坐标变换部17、磁极位置推测部 18、以及磁极极性判定部19整体上作为逆变器控制部发挥功能。
[0038] 电流指令生成部10输出磁通电流指令信号iYMf、以及转矩电流指令信号i SMf。然 后，在判定磁极极性时，逆变器15输出的电流也通过电流指令生成部10输出的磁通电流指 令信号i YMf和转矩电流指令信号iSMf来控制。
[0039] 电流控制部11根据从电流指令生成部10输入的磁通电流指令信号iYMf、以及转 矩电流指令信号i SMf以及磁通电流分量信号iY以及转矩电流分量信号i S，输出基波电 压指令信号V Y 〇、V δ 〇。
[0040] 高频电压重叠部12将高频电压指令信号ν γ h、ν δ h重叠到基波电压指令信号 vγO、VδO，生成电压指令信号vY、vδ，输出到第一坐标变换部13。
[0041] 第一坐标变换部13根据带极性的磁极位置Θ est进行电压指令信号V Y、V δ的 Y S_uvw变换，生成电压指令信号vu、vv、 vw，输出到三角波PWM调制部14。
[0042] 三角波PWM调制部14根据所输入的电压指令信号vu、vv、vw，生成用于驱动构成 逆变器15的未图不的开关晶体管（例如，IGBT ;Insulated Gate Bipolar Transistor，绝 缘栅极双极型晶体管）的栅极指令信号（群）GC而输出到逆变器15。
[0043] 逆变器15根据栅极指令信号GC，生成用于驱动永磁铁同步电动机（PMSM) 20的U 相信号U、v相信号V以及W相信号W。然后，逆变器15根据所生成的U相信号U、V相信号 V以及W相信号W，切换被内置了的开关元件（例如，IGBT)的导通/截止，从而相互地变换 交流/直流电力。
[0044] 电流检测部16通过电流传感器16u以及电流传感器16w，检测与U相信号u对应 地在永磁铁同步电动机20中流过的U相电流iu以及与W相信号w对应地在永磁铁同步电 动机20中流过的W相电流iw而输出到第二坐标变换部17。另外，在本实施方式中，检测 了 U相以及W相这2相的电流值（电流响应值），但也能够采用检测全部3相的电流值的结 构。
[0045] 第二坐标变换部17根据带极性的磁极位置Θ est，对所输入的U相电流iu以及 W相电流iw进行UVW-γ δ变换。然后，将通过UVW-γ δ变换而生成的磁通电流分量信号 i Υ以及转矩电流分量信号i S输出到磁极位置推测部18以及电流控制部11。
[0046] 磁极位置推测部18根据从第二坐标变换部17输入了的磁通电流分量信号 i Y (电流响应值）以及转矩电流分量信号i S (电流响应值），推测永磁铁同步电动机20 的磁极位置。
[0047] 作为磁极位置推测的方法，例如，使用专利文献1所示那样的方法。
[0048] S卩，使检测到的电流通过带通滤波器，通过运算求出与磁极位置误差相当的值。然 后，关于所求出的值，将磁极位置误差输入到PI控制器来推测角速度。接下来，对推测出的 角速度进行积分来推测磁极位置。或者，也可以根据高频电流，直接运算磁极位置。
[0049] 即，磁极位置推测部18根据所输入的磁通电流分量信号i Y以及转矩电流分量信 号i S，推测磁极位置，将磁极位置推测信号Θ est〇输出到磁极极性判定部19。
[0050] 在该磁极位置的推测中，使用转子的凸极性。因此，有可能无法推测磁极的方向， 偏移了 180° (deg)的方向被作为磁极位置而求出。
[0051] 因此，在磁极位置的推测中，需要判定磁极方向。
[0052] 磁极极性判定部19根据所输入的磁极位置推测信号Θ est0,生成带极性的磁极 位置Θ est，输出到第一坐标变换部13以及第二坐标变换部17。即，磁极极性判定部19利 用转子铁芯的磁饱和来判定N极和S极，在由磁极位置推测部18推测了的磁极位置偏移了 180° (deg)的情况下，将与磁极极性对应的带极性的磁极位置0est作为从磁极位置推测 信号eest〇反转了 180° deg的值输出。
[0053] 接下来，在具体的电动机驱动装置100的动作说明之前，说明应用了本实施方式 的永磁铁同步电动机20的结构。
[0054] 图2是永磁铁同步电动机的概要结构纵剖面图。
[0055] 永磁铁同步电动机20具有定子21以及转子22,通过基于由在各励磁相中流过的 3相交流电流产生的磁场的磁性相互作用，产生使转子22旋转的转矩。
[0056] 在定子21中，交替排列了定子齿23以及定子槽（stator slot) 24。
[0057] 在转子22中，在转子铁芯25的规定位置，以遮挡磁极之间的方式配置多个纵孔部 (空隙部）26,在各纵孔部26内，插入固定至少一个永磁铁27,从而形成了磁极。进而，在永 磁铁27的两侧部，配置了用于形成在转子铁芯25内成环的局部磁路的磁路形成用铁芯部 28 〇
[0058] 首先，说明永磁铁同步电动机20的特性。
[0059] 在以下的说明中，将磁极的N极方向设为d轴并且作为d轴电流使正的电流流过 是指：使在磁极方向的电感与电流的关系加强磁铁磁通的电流方向上流动的电流流过。
[0060] 另外，d轴的磁路丽变成如图2所示那样，d轴电感Ld通过下式根据d轴的电流 的变化Λ id和d轴的磁通变化
【权利要求】
1. 一种控制系统，控制在转子的内部具有磁铁的同步电动机，该控制系统具备： 逆变器，输出用于驱动所述同步电动机的交流电流； 栅极指令生成部，生成用于驱动所述逆变器的栅极指令； 电流检测部，检测从所述逆变器输出的交流电流的电流值； 磁极位置推测部，根据所述电流检测部检测到的电流值推测磁极位置； 控制部，在进行磁极极性的判定时，对所述栅极指令生成部进行指示，以生成用于表示 所述电流检测部检测的电流值的d轴分量是规定的值的极性判定用栅极指令；以及 磁极极性判定部，如果生成了所述极性判定用栅极指令，则根据由所述磁极位置推测 部推测出的磁极位置，求出表不基于正的d轴电流的电感的第一信息和表不基于负的d轴 电流的电感的第二信息，比较所求出的第一信息和第二信息，将表示大的值的一方判定为N 极。
2. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述极性判定用栅极指令是表示通过电流值的d轴分量得到的电感是极大值或者极 大值的附近的指令。
3. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述转子具有由2个磁铁构成的多个磁铁部，各磁铁部的2个磁铁被配置为在最接近 于转子的中心的部分两者的距离为最短。
4. 根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于， 构成所述磁铁部的2个磁铁是夹着d轴而配置的。
5. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于， 所述转子具有由3个磁铁构成的多个磁铁部，各磁铁部中的2个磁铁被配置为在最接 近于转子的中心的部分两者的距离为最短。
6. -种控制系统，控制在转子的内部具有磁铁的同步电动机，该控制系统具备： 逆变器，输出用于驱动所述同步电动机的交流电流； 栅极指令生成部，生成用于驱动所述逆变器的栅极指令； 电流检测部，检测从所述逆变器输出的交流电流的电流值； 磁极位置推测部，根据所述电流检测部检测到的电流值推测磁极位置； 控制部，在进行磁极极性的判定时，对所述栅极指令生成部进行指示，以生成用于表示 所述电流检测部检测的电流值的d轴分量是规定的值的极性判定用栅极指令；以及 磁极极性判定部，如果生成了所述极性判定用栅极指令，则根据由所述磁极位置推测 部推测出的磁极位置，求出表不基于正的d轴电流的电感的第一信息和表不基于负的d轴 电流的电感的第二信息，比较所求出的第一信息和第二信息，将表示小的值的一方判定为N 极， 所述极性判定用栅极指令是成为大于电感是相等的相同值的且极性不同的电流值、以 及电感为极大值的电流值的电流值的指令。
7. -种控制系统，控制在转子的内部具有磁铁的同步电动机，该控制系统具备： 逆变器，输出用于驱动所述同步电动机的交流电流； 栅极指令生a成部，生成用于驱动所述逆变器的栅极指令； 电流检测部，检测从所述逆变器输出的交流电流的电流值； 磁极位置推测部，根据所述电流检测部检测到的电流值推测磁极位置； 交流交变生成部，在进行磁极极性的判定时，生成重叠于所述逆变器输出的交流电流 的d轴分量的交流交变电压；以及 磁极极性判定部，在重叠了通过所述交流交变性分量生成的交流交变电压时，根据所 述电流检测部检测到的电流值，将d轴电流的振幅大的一方判定为S极。
【文档编号】H02P6/18GK104145417SQ201380011615
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】谷口峻, 安井和也, 结城和明, 中沢洋介 申请人:株式会社东芝