同步电动机的控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制同步电动机(synchronous motor)的技术。特别是本发明涉及一种同时使用无传感器矢量(sensorless vector)控制和同步控制的同步电动机的控制技术。
【背景技术】
[0002]作为同步电动机的驱动控制方法，已知有基于转子的位置(相位)而高精度地控制扭矩(torque)、速度的矢量(vector)控制。近几年,不采用编码器(encoder)等位置传感器(sensor),而基于电流、电压以软件的方式(software)推定转子的位置以及速度的技术也实现了实用化。利用了如上所述的位置速度推定技术的矢量控制被称为“无传感器矢量控制”。
[0003]无传感器矢量控制从低成本(cost)、装置的小型化、提高可靠性等观点来看是有利的。但是，在低速区域中，电压误差的影响较大，因此位置以及速度的推定精度恶化。因此，提出有在低速区域中，取代无传感器矢量控制而进行“同步控制”的技术(参照专利文献1、专利文献2) ο
[0004]如专利文献1、2的记载所示，在同步控制(同步电流控制)中，以通过对速度指令ω*积分而得到的同步相位控制逆变器(inverter)。因此，逆变器的输出电流的频率(即，转子的旋转速度)与速度指令ω* —致。此外，励磁电流指令id*被固定在恒定电平(level),在同步电动机中始终流过与该励磁电流指令id*的固定电平相对应的电流。在同步控制中能够输出的最大扭矩由该励磁电流指令id*的固定电平决定。
[0005]在例如专利文献2中记载有低速区域中的同步控制和高速区域中的无传感器矢量控制之间的切换方法。
[0006]专利文献1:日本特开2009 - 247082号公报
[0007]专利文献2:日本特开2012 - 19626号公报
[0008]如上所述，在同步控制中，励磁电流指令id*被固定在恒定电平，在同步电动机中始终流过与该励磁电流指令id*的固定电平相对应的电流。此外，在同步控制中能够输出的最大扭矩由该励磁电流指令id*的固定电平决定。
[0009]为了使最大扭矩增大，考虑将励磁电流指令id*的固定电平设定得较高。然而在该情况下，在恒定速度运转时，即使是轻负载，也在同步电动机中持续流过大电流，因此有可能产生热断路(thermal trip)。
[0010]相反地，在恒定速度运转时，在将励磁电流指令id*设定为不发生热断路的程度的固定电平的情况下，最大扭矩小于或等于额定扭矩。然而在该情况下，如果在急加减速时需要超过额定扭矩的加减速扭矩，则会由于扭矩不足而产生失调。
【发明内容】
[0011]本发明的一个目的在于提供一种能够在同时使用无传感器矢量控制和同步控制的同步电动机的驱动控制中防止同步控制时的失调的技术。
[0012]在本发明的一个观点中提供一种同步电动机的控制装置。该控制装置具有控制部和电流指令生成部。控制部在第I速度区域中通过同步控制进行同步电动机的驱动控制，此外，在高于第I速度区域的第2速度区域中通过无传感器矢量控制进行同步电动机的驱动控制。电流指令生成部生成用于上述驱动控制的d轴电流指令以及q轴电流指令。更详细而言，在同步控制的情况下，电流指令生成部将q轴电流指令设定为零(zero),将d轴电流指令设定为与速度变化的状况相对应的值。在第I速度区域中的恒定速度时，电流指令生成部将d轴电流指令设定为作为固定值的第I值。此外，在第I速度区域中的加速时或者减速时的至少一者中，电流指令生成部将d轴电流指令设定为大于第I值的第2值。
[0013]在本发明的其它的观点中提供一种同步电动机的控制方法。该控制方法包括:(A)在第I速度区域中通过同步控制进行同步电动机的驱动控制的步骤(step);以及(B)在高于第I速度区域的第2速度区域中通过无传感器矢量控制进行同步电动机的驱动控制的步骤。通过上述(A)同步控制进行驱动控制的步骤包括将q轴电流指令设定为零，将d轴电流指令设定为与速度变化的状况相对应的值的步骤。设定d轴电流指令的步骤包括:(a)在第I速度区域中的恒定速度时，将d轴电流指令设定为作为固定值的第I值的步骤；以及(b)在第I速度区域中的加速时或者减速时的至少一者中，将d轴电流指令设定为大于第I值的第2值的步骤。
[0014]发明的效果
[0015]根据本发明，能够在同时使用无传感器矢量控制和同步控制的同步电动机的驱动控制中防止同步控制时的失调。
【附图说明】
[0016]图1是用于说明现有的同步控制和无传感器矢量控制的概念图。
[0017]图2是表示同步控制中的d轴电流指令和最大扭矩之间的关系的图。
[0018]图3是用于说明本发明的实施方式涉及的同步控制和无传感器矢量控制的概念图。
[0019]图4是表示实施方式I涉及的同步电动机的控制装置的结构例的框(block)图。
[0020]图5是表示实施方式2中的第I电流指令生成部的结构的框图。
[0021]图6是表示实施方式2中的第I电流指令生成部的动作的曲线图(graph)。
[0022]图7是表示实施方式3中的第I电流指令生成部的结构的框图。
[0023]图8是表示实施方式3中的第I电流指令生成部的动作的曲线图。
[0024]图9是表示实施方式4中的第I电流指令生成部的结构的框图。
[0025]图10是表示实施方式4中的第I电流指令生成部的动作的曲线图。
[0026]图11是用于说明实施方式5的框图。
[0027]图12是表示实施方式6中的第I电流指令生成部的结构的框图。
[0028]标号的说明
[0029]I控制装置、10逆变器、20电流检测器、30座标变换器、40电压指令生成部、50座标变换器、60 PWM控制部、70位置.速度推定部、80切换控制部、90 Θ运算部、100电流指令生成部、110第I电流指令生成部、111加法器、112校正值生成部、113选择器、114加减速扭矩运算器、115变换器、116减法器、117模型速度控制器、118模型速度运算器、119屏蔽电路、120第2电流指令生成部、125速度控制器、130选择器、DES指定信号、Rl低速区域(第I速度区域)、R2高速区域(第2速度区域)、SG选通信号、SM同步电动机、SW切换信号。
【具体实施方式】
[0030]参照【附图说明】本发明的实施方式。
[0031]实施方式1.
[0032]<同步控制和无传感器矢量控制>
[0033]在本发明的实施方式中，作为同步电动机的驱动控制，同时使用“无传感器矢量控制”和“同步控制”。为了易于理解本实施方式，首先参照图1说明现有的无传感器矢量控制和同步控制的通常的概念。
[0034]如图1所示，无传感器矢量控制和同步控制根据速度而进行切换。更详细而言，在低速区域Rl(第I速度区域)中进行同步控制，在高速区域R2(第2速度区域)中进行无传感器矢量控制。此处，低速区域Rl是速度小于或等于第I阈值《tl的区域，高速区域R2是速度大于或等于第2阈值on2(> onl)的区域。在低速区域Rl和高速区域R2之间的区域中，进行同步控制和无传感器矢量控制之间的切换控制。另外，切换控制的方式是何种方式都可以(例如参照专利文献2)。
[0035]在图1中，id*以及iq*分别表示在同步电动机的驱动控制中通常采用的d轴电流指令(励磁电流指令)以及q轴电流指令。dq座标系是同步电动机的转子的座标系。d轴是转子的磁轴方向，d轴电流相当于励磁电流成分。q轴是与d轴正交的方向。
[0036]在无传感器矢量控制中，d轴电流指令id*以及q轴电流指令iq*通过公知的算法(algorithm)进行控制，由此,实现高精度的速度控制以及扭矩控制。
[0037]另一方面