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CN108781047B - 电动机控制装置 - Google Patents

电动机控制装置 Download PDF

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CN108781047B
CN108781047B CN201780017397.7A CN201780017397A CN108781047B CN 108781047 B CN108781047 B CN 108781047B CN 201780017397 A CN201780017397 A CN 201780017397A CN 108781047 B CN108781047 B CN 108781047B
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induced voltage
phase
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堀田征史
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Sanden Automotive Conponents Corp
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Abstract

本发明提供一种电动机控制装置，不仅在通常控制时当然能够高精度地检测出转子位置，而且在进行了弱磁通控制的情况下也能够高精度地检测出转子位置。包括：第一转子位置检测部(28)，该第一转子位置检测部(28)使用包含电流电角度或感应电压电角度、以及基于电流波峰值和[感应电压电角度－电流电角度]求出的第一电流相位或第一感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出同步电动机的转子位置；第二转子位置检测部(29)，该第二转子位置检测部(29)使用包含所述电流电角度或所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和所述同步电动机转子的交链磁通求出的第二电流相位或第二感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；以及选择部(30)，该选择部(30)选择第一转子位置检测部(28)和第二转子位置检测部(29)中的某一个。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及包括以无传感器的方式检测同步电动机的转子的旋转位置(以下简称为“转子位置”)的功能的电动机控制装置。
背景技术
作为这种电动机控制装置的一个示例，已知有专利文献1所记载的电动机控制装置。专利文献1所记载的电动机控制装置检测出电流波峰值、电流电角度和感应电压电角度，并基于电流波峰值和[感应电压电角度－电流电角度]来检测出转子位置。具体而言，所述电动机控制装置从预先制作成的将电流波峰值和[感应电压电角度－电流电角度]作为参数的数据表格求出电流相位或感应电压相位，使用由“转子位置＝电流电角度－电流相位－90°”或“转子位置＝感应电压电角度－感应电压相位－90°”表示的转子位置计算式来检测出转子位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-10438号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，上述的现有电动机控制装置中，在例如为了高速旋转而进行了弱磁通控制的情况下，换言之在为了使d轴电流(负)增加而使电流相位较大地前进的情况下，存在误检测转子位置的可能性。下面，对于这一点进行说明。
图7(A)表示通常控制时的电动机矢量图的一个示例，图7(B)表示弱磁通控制时的电动机矢量图的一个示例。若对图7(A)和图7(B)进行比较，则对于电流波峰值Ip和相当于[感应电压电角度－电流电角度]的[感应电压相位γ－电流相位β]，两者相等，但对于电流相位β和感应电压相位γ，两者不同。其示出了与电流波峰值和[感应电压电角度－电流电角度]对应的电流相位或感应电压相位并不限于一个。因此，在从将电流波峰值和[感应电压电角度－电流电角度]作为参数的所述数据表格求出电流相位或感应电压相位的结构的所述现有电动机控制装置中，不区分图7(A)的状态和图7(B)的状态，例如在进行了弱磁通控制的情况下，可能会使用与实际的电流相位(或感应电压相位)不同的电流相位(或感应电压相位)来检测出转子位置(即，会误检测转子位置)。
因此，本发明的目的在于，提供一种电动机控制装置，不仅在通常控制时当然能够高精度地检测出转子位置，而且在例如进行了弱磁通控制的情况下也能够高精度地检测出转子位置。
解决技术问题所采用的技术方案
根据本发明的一个侧面，电动机控制装置包括：电流检测部，该电流检测部检测出同步电动机的定子线圈中流过的电流；施加电压检测部，该施加电压检测部检测出施加到所述定子线圈的施加电压；电流波峰值·电角度检测部，该电流波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流来检测出电流波峰值和电流电角度；感应电压波峰值·电角度检测部，该感应电压波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流、以及由所述施加电压检测部检测出的施加电压来检测出感应电压波峰值和感应电压电角度；交链磁通检测部，该交链磁通检测部基于所述感应电压波峰值和所述同步电动机的旋转速度来检测出转子的交链磁通；第一转子位置检测部，该第一转子位置检测部使用包含所述电流电角度或所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和[所述感应电压电角度－所述电流电角度]求出的第一电流相位或第一感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；第二转子位置检测部，该第二转子位置检测部使用包含所述电流电角度或所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和所述交链磁通求出的第二电流相位或第二感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；以及选择部，该选择部选择所述第一转子位置检测部和所述第二转子位置检测部中的某一个。
根据本发明的另一个侧面，电动机控制装置包括：电流检测部，该电流检测部检测出同步电动机的定子线圈中流过的电流；施加电压检测部，该施加电压检测部检测出施加到所述定子线圈的施加电压；电流波峰值·电角度检测部，该电流波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流来检测出电流波峰值和电流电角度；感应电压波峰值·电角度检测部，该感应电压波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流、以及由所述施加电压检测部检测出的施加电压来检测出感应电压波峰值和感应电压电角度；交链磁通检测部，该交链磁通检测部基于所述感应电压波峰值和所述同步电动机的旋转速度来检测出转子的交链磁通；第一转子位置检测部，该第一转子位置检测部使用包含所述电流电角度或所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和[所述感应电压电角度－所述电流电角度]求出的第一电流相位或第一感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；第二转子位置检测部，该第二转子位置检测部使用包含所述电流电角度或所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和所述交链磁通求出的第二电流相位或第二感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；以及转子位置决定部，该转子位置决定部对由所述第一转子位置检测部检测出的转子位置、和由所述第二转子位置检测部检测出的转子位置进行加权求和以决定最终的转子位置。
发明效果
根据所述电动机控制装置，通过由所述选择部适当地选择所述第一转子位置检测部或所述第二转子位置检测部，或者通过由所述转子位置决定部使用适当的加权系数来进行所述加权求和，从而不仅在通常控制时当然能够高精度地检测出转子位置，而且在进行了弱磁通控制的情况下也能够高精度地检测出转子位置。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的电动机控制装置的框图。
图2是进行正弦波通电时的相电流波形图。
图3是进行正弦波通电时的感应电压波形图。
图4是转子坐标(d-q坐标)系的电动机矢量图。
图5是用于说明第一转子位置检测部中使用的数据表格和第二转子位置检测部中使用的数据表格的图，(A)表示相电流波峰值低的情况，(B)表示相电流波峰值中等的情况，(C)表示相电流波峰值高的情况。
图6是本发明的另一个实施方式所涉及的电动机控制装置的框图。
图7是用于说明与现有电动机控制装置相关的问题点的图，(A)表示通常控制时的电动机矢量图的一个示例，(B)表示弱磁通控制时的电动机矢量图的一个示例。
具体实施方式
图1是本发明的一个实施方式所涉及的电动机控制装置的框图。实施方式所涉及的电动机控制装置10包括以无传感器的方式检测出同步电动机11的转子位置的功能。此外，电动机控制装置10主要控制逆变器12，逆变器12构成为将来自直流电源13的直流电转换成交流电并提供给同步电动机11。
同步电动机11是3相的星形接线，具有包含U相、V相、W相的定子线圈的定子；以及包含永磁体的转子。图中仅示出U相、V相、W相的各定子线圈，其他省略了图示。另外，虽然作为示例示出星形接线，但Delta接线也同样适用。
逆变器12对U相、V相、W相的每一相，将上臂侧的开关元件+U、+V、+W和下臂侧的开关元件-U、-V、-W串联连接在直流电源13的高位侧和低位侧之间。此外，在下臂侧开关元件-U、-V、-W的低位侧，设置有用于检测出各相中流过的电流的分流电阻Ru、Rv、Rw。
电动机控制装置10包含旋转控制部21、逆变器驱动部22、相电流检测部(电流检测部)23、施加电压检测部24、相电流波峰值·电角度检测部(电流波峰值·电角度检测部)25、感应电压波峰值·电角度检测部26、交链磁通检测部27、第一转子位置检测部28、第二转子位置检测部29和选择部30。
旋转控制部21基于来自操作部(省略图示)的运行指令、和转子位置θm，将用于使同步电动机11以规定的旋转速度ω进行旋转或停止的控制信号输出到逆变器驱动部22。另外，转子位置θm如后所述，是由第一转子位置检测部28检测出的第一转子位置θm1或由第二转子位置检测部29检测出的第二转子位置θm2。
逆变器驱动部22基于来自旋转控制部21的控制信号，对逆变器12的各开关元件+U～-W进行导通断开驱动，由此，对于U相、V相、W相的各定子线圈进行正弦波通电(180度通电)。
相电流检测部23通过测定施加于分流电阻Ru、Rv、Rw的电压，从而分别检测出U相的定子线圈中流过的U相电流Iu、V相的定子线圈中流过的V相电流Iv、W相的定子线圈中流过的W相电流Iw。
施加电压检测部24检测出从上臂侧开关元件+U～+W分别向U相的定子线圈、V相的定子线圈、W相的定子线圈施加的U相施加电压Vu、V相施加电压Vv、W相施加电压Vw。
相电流波峰值·电角度检测部25基于由电流检测部21检测出的相电流Iu、Iv、Iw的值，检测出相电流波峰值Ip和相电流电角度θi(定子αβ坐标系)。相电流波峰值Ip和相电流电角度θi的检测方法如下所述。
图2是向U相、V相、W相进行正弦波通电时的相电流波形图。呈正弦波形的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw中分别存在120°的相位差。由该相电流波形图可知，在相电流Iu、Iv、Iw和相电流波峰值Ip和相电流电角度θi之间下式1成立。相电流波峰值·电角度检测部25基于由相电流检测部23检测出的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw，利用下式1求出相电流波峰值Ip和相电流电角度θi。
[式1]
·Iu＝Ip×cos(θi)
·Iv＝Ip×cos(θi-2/3π)
·Iw＝Ip×cos(θi+2/3π)
感应电压波峰值·电角度检测部26基于由相电流检测部23检测出的相电流Iu、Iv、Iw、以及由施加电压检测部24检测出的施加电压Vu、Vv、Vw，检测出感应电压波峰值Ep和感应电压电角度θe(定子αβ坐标系)。感应电压波峰值Ep和感应电压电角度θe的检测方法如下所述。
图3是向U相、V相、W相进行正弦波通电时的感应电压波形图。呈正弦波形的U相感应电压Eu、V相感应电压Ev、W相感应电压Ew中分别存在120°的相位差。由该感应电压波形图可知，在感应电压Eu、Ev、Ew和感应电压波峰值Ep和感应电压电角度θe之间下式2成立。
[式2]
·Eu＝Ep×cos(θe)
·Ev＝Ep×cos(θe-2/3π)
·Ew＝Ep×cos(θe+2/3π)
另一方面，在施加电压Vu、Vv、Vw和相电流Iu、Iv、Iw和定子线圈的电阻值Rcu、Rcv、Rcw(作为电动机参数已知)和感应电压Eu、Ev、Ew之间下式3成立。
[式3]
·Vu-Iu×Rcu＝Eu
·Vv-Iv×Rcv＝Ev
·Vw-Iw×Rcw＝Ew
感应电压波峰值·电角度检测部26基于由相电流检测部23检测出的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw、以及由施加电压检测部24检测出的U相施加电压Vu、V相施加电压Vv、W相施加电压Vw，根据式3求出U相感应电压Eu、V相感应电压Ev、W相感应电压Ew，然后基于求出的U相感应电压Eu、V相感应电压Ev、W相感应电压Ew，根据式2求出感应电压波峰值Ep和感应电压电角度θe。
交链磁通检测部27基于由感应电压波峰值·电角度检测部26检测出的感应电压波峰值Ep、和从旋转控制部21输入的转子旋转速度ω(前次值)，检测出转子的交链磁通(交链磁通数)Ψp(＝Ep/ω)。
第一转子位置检测部28基于由相电流波峰值·电角度检测部25检测出的相电流波峰值Ip和相电流电角度θi、以及由感应电压波峰值·电角度检测部26检测出的感应电压电角度θe检测出转子位置。具体而言，第一转子位置检测部28根据相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]求出的电流相位检测出转子位置。另外，以下的说明中，将由第一转子位置检测部28检测出的转子位置称为“第一转子位置θm1”，将基于相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]求出的电流相位称为“第一电流相位β1”。
第一转子位置检测部28使用包含相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]求出的第一电流相位β1以作为变量的第一转子位置计算式(下式4)检测出第一转子位置θm1。
[式4]
第一转子位置θm1＝相电流电角度θi－第一电流相位β1－90°
式4中的第一电流相位β1通过参照将相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]作为参数预先制作成的数据表格TA来选出。该数据表格TA例如如下述那样来制作，预先保存在存储器中。
图4是同步电动机11的转子旋转时的电动机矢量图，施加电压V(Vu～Vw)、电流I(Iu～Iw)、感应电压E(Eu～Ew)的关系在d-q坐标中通过矢量来表示。感应电压E通过[ωΨ]来表示。图4中，Vd是施加电压V的d轴分量，Vq是施加电压V的q轴分量，Id是电流I的d轴分量，Iq是电流I的q轴分量，Ed是感应电压E的d轴分量，Eq是感应电压E的q轴分量。此外，将q轴作为基准的电压相位是α，将q轴作为基准的电流相位是β，将q轴作为基准的感应电压相位是γ。而且，图中的Ψa是永磁体的磁通，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感，R是定子线圈的电阻值(Rcu～Rcw)，Ψ是转子的交链磁通。
根据该电动机矢量图可知，下式5成立，从下式5的右边将与ω相关的值移动到左边，可得到下式6。
[式5]
Figure GDA0001799858400000081
[式6]
Figure GDA0001799858400000082
由此，在图4的电动机矢量图下，以式5、式6成立作为基础，预先制作数据表格TA。即，在使电动机矢量图所示的电流相位β和电流I分别在规定范围内呈阶梯状地增加的同时，保存[感应电压相位γ－电流相位β]为规定值时的电流相位β，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip、和相当于[感应电压相位γ－电流相位β]的[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]作为参数的电流相位(第一电流相位β1)的数据表格TA。
详细而言，例如，在使电流相位β从-180°到180°逐次增加0.001°，且使电流I从0A到64A逐次增加1A的同时，利用同步电动机11所固有的d轴电感Ld和q轴电感Lq，基于电动机矢量图求出电压相位α、电流相位β、感应电压相位γ。然后，保存[感应电压相位γ－电流相位β]为1°、2°、3°、…时的电流相位β。由此，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip作为一个参数且将相当于[感应电压相位γ－电流相位β]的[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]作为另一个参数的第一电流相位β1的数据表格TA。
然后，第一转子位置检测部28将相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]从数据表格TA选出的第一电流相位β1代入上述第一转子位置计算式(式4)从而检测出(计算出)第一转子位置θm1。
第二转子位置检测部29基于由相电流波峰值·电角度检测部25检测出的相电流波峰值Ip、以及由交链磁通检测部27检测出的交链磁通Ψp检测出转子位置。具体而言，第二转子位置检测部29根据相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和交链磁通数Ψp求出的电流相位检测出转子位置。另外，以下的说明中，将由第二转子位置检测部29检测出的转子位置称为“第二转子位置θm2”，将基于相电流波峰值Ip和交链磁通数Ψp求出的电流相位称为“第二电流相位β2”。
第二转子位置检测部29使用包含相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和交链磁通Ψp求出的第二电流相位β2以作为变量的第二转子位置计算式(下式7)检测出第二转子位置θm2。
[式7]
第二转子位置θm2＝相电流电角度θi－第二电流相位β2－90°
式7中的第二电流相位β2通过参照将相电流波峰值Ip和交链磁通Ψp作为参数预先制作成的数据表格TB来选出。该数据表格TB例如如下述那样来制作，预先保存在存储器中。
此时的数据表格TB也在图4的电动机矢量图下，以式5、式6成立作为基础，预先制作成。即，在使电动机矢量图所示的电流相位β和电流I分别在规定范围内呈阶梯状地增加的同时，保存交链磁通Ψ为规定值时的电流相位β，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip、和相当于交链磁通Ψ的由交链磁通检测部27检测出的交链磁通Ψp作为参数的电流相位(第二电流相位β2)的数据表格TB。
详细而言，例如，在使电流相位β从-180°到180°逐次增加0.001°且使电流I从0A到64A逐次增加1A的同时，求出感应电压相位γ和交链磁通数Ψ。然后，保存与各交链磁通Ψ对应的电流相位β。由此，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip作为一个参数且将相当于交链磁通Ψ的由交链磁通检测部27检测出的交链磁通Ψp作为另一个参数的第二电流相位β2的数据表格TB。
然后，第二转子位置检测部29将相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和交链磁通Ψp从数据表格TB选出的第二电流相位β2代入上述第二转子位置计算式(式7)从而检测出(计算出)第二转子位置θm2。
选择部30选择第一转子位置检测部28和第二转子位置检测部29中的某一个。在选择了第一转子位置检测部28的情况下，由第一转子位置检测部28检测出的第一转子位置θm1作为转子位置θm被输入到旋转控制部21，在选择了第二转子位置检测部29的情况下，由第二转子位置检测部29检测出的第二转子位置θm2作为转子位置θm被输入到旋转控制部21。下面，说明由选择部30对第一转子位置检测部28或第二转子位置检测部29进行的选择。
图5是用于说明第一转子位置检测部28中使用的数据表格TA和第二转子位置检测部29中使用的数据表格TB的图，图5(A)表示相电流波峰值Ip低的情况(例如，Ip＝5A)，图5(B)表示相电流波峰值Ip中等的情况(例如，Ip＝30A)，图5(C)表示相电流波峰值Ip高的情况(例如，Ip＝55A)。另外，图5中，表示电流相位β和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]的关系的曲线CA(实线)相当于数据表格TA，表示电流相位β和交链磁通Ψp的关系的曲线CB(虚线)相当于数据表格TB。
在相电流波峰值Ip低的情况以及中等的情况下(图5(A)、(B))，交链磁通数Ψp相对于电流相位β的变化的变化量(参照曲线CB)与[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]相对于电流相位β的变化的变化量(参照曲线CA)相比，非常小。此外，表示电流相位β和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]的关系的曲线CA不具有拐点，电流相位β和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]一一对应。
在相电流波峰值Ip高的情况下(图5(C))，表示电流相位β和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]的关系的曲线CA在电流相位β处于70°附近具有拐点。其表示在使电流相位β较大地前进后的区域中，无法根据数据表格TA高精度地求出电流相位β。另一方面，表示电流相位β和交链磁通Ψp的关系的曲线CB在使电流相位β前进后的区域中不具有拐点，交链磁通数Ψp相对于电流相位β的变化的变化量也较大。而且，如上所述，电流相位β在主要进行弱磁通控制的情况下(即在高速旋转区域中)较大地前进。
因此，本实施方式中，选择部30在进行弱磁通控制的高速旋转区域(以下称为“弱磁通区域”)中，选择第二转子位置检测部29，该第二转子位置检测部29根据数据表格TB(曲线CB)求出电流相位(第二电流相位β2)，使用求出的电流相位(第二电流相位β2)检测出转子位置(第二转子位置θm2)。另一方面，在除此以外的通常区域中，选择部30选择第一转子位置检测部28，该第一转子位置检测部28根据数据表格TA(曲线CA)求出电流相位(第一电流相位β1)，使用求出的电流相位(第一电流相位β1)检测出转子位置(第一转子位置θm1)
如上所述，本实施方式所涉及的电动机控制装置10包含第一转子位置检测部28、第二转子位置检测部29、以及选择第一转子位置检测部28或第二转子位置检测部29的选择部30。而且，选择部30在所述弱磁通区域以外的通常区域中选择第一转子位置检测部28，在所述弱磁通区域中选择第二转子位置检测部29。因此，根据电动机控制装置10，与以往相比，能够在所述通常区域和所述弱磁通区域这两个区域中高精度地检测出转子位置，其结果是能够扩大同步电动机11可运行的旋转速度范围(特别是高速旋转区域)。
接着，对上述实施方式的变形例进行说明。
(变形例1)
上述实施方式中，第一转子位置检测部28根据相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]求出的第一电流相位β1检测出转子位置(第一转子位置θm1)。然而，并不局限于此。第一转子位置检测部28可构成为根据感应电压电角度θe、以及基于相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]求出的第一感应电压相位γ1检测出第一转子位置θm1。在这种情况下，第一转子位置检测部28使用下式8所示的第三转子位置计算式检测出第一转子位置θm1。
[式8]
第一转子位置θm1＝感应电压电角度θe－第一感应电压相位γ1－90°
式8中的第一感应电压相位γ1通过参照将相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]作为参数预先制作成的数据表格TC来选出。该数据表格TC例如如下述那样来制作，预先保存在存储器中。
此时的数据表格TC也在图4的电动机矢量图下，以式5、式6成立作为基础，预先制作成。即，在使电动机矢量图所示的电流相位β和电流I分别在规定范围内呈阶梯状地增加的同时，保存[感应电压相位γ－电流相位β]为规定值时的感应电压相位γ，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip、和相当于[感应电压相位γ－电流相位β]的[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]作为参数的第一感应电压相位γ1的数据表格TC。
详细而言，例如，在使电流相位β从-180°到180°逐次增加0.001°，且使电流I从0A到64A逐次增加1A的同时，利用同步电动机11所固有的d轴电感Ld和q轴电感Lq，基于电动机矢量图求出电压相位α、电流相位β、感应电压相位γ。然后，保存[感应电压相位γ－电流相位β]为1°、2°、3°、…时的感应电压相位γ。由此，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip作为一个参数且将相当于[感应电压相位γ－电流相位β]的[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]作为另一个参数的第一感应电压相位γ1的数据表格TC。
然后，第一转子位置检测部28将感应电压电角度θe、以及基于相电流波峰值Ip和[感应电压电角度θe－相电流电角度θi]从数据表格TC选出的第一感应电压相位γ1代入上述第三转子位置计算式(式8)从而检测出(计算出)第一转子位置θm1。
(变形例2)
上述实施方式中，第二转子位置检测部29根据相电流电角度θi、以及基于相电流波峰值Ip和交链磁通数Ψp求出的第二电流相位β2检测出(计算出)第二转子位置θm2。然而，并不局限于此。第二转子位置检测部29可构成为根据感应电压电角度θe、以及基于相电流波峰值Ip和交链磁通数Ψp求出的第二感应电压相位γ2检测出(计算出)第二转子位置θm2。在这种情况下，第二转子位置检测部29使用下式9所示的第四转子位置计算式检测出第二转子位置θm2。
[式9]
第二转子位置θm2＝感应电压电角度θe－第二感应电压相位γ2－90°
式9中的第二感应电压相位γ2通过参照将相电流波峰值Ip和交链磁通数Ψp作为参数预先制作成的数据表格TD来选出。该数据表格TD例如如下述那样来制作，预先保存在存储器中。
此时的数据表格TD也在图4的电动机矢量图下，以式5、式6成立作为基础，预先制作成。即，在使电动机矢量图所示的电流相位β和电流I分别在规定范围内呈阶梯状地增加的同时，保存交链磁通数Ψ为规定值时的感应电压相位γ，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip、和相当于交链磁通Ψ的由交链磁通检测部27检测出的交链磁通Ψp作为参数的第二感应电压相位γ2的数据表格TD。
详细而言，例如，在使电流相位β从-180°到180°逐次增加0.001°且使电流I从0A到64A逐次增加1A的同时，求出感应电压相位γ和交链磁通数Ψ。然后，保存与各交链磁通Ψ对应的感应电压相位γ。由此，制作成将相当于电流I的相电流波峰值Ip作为一个参数且将相当于交链磁通Ψ的由交链磁通检测部27检测出的交链磁通Ψp作为另一个参数的第二感应电压相位γ2的数据表格TD。
然后，第二转子位置检测部29将感应电压电角度θe、以及基于交链磁通数Ψp从数据表格TD选出的第二感应电压相位γ2代入上述第四转子位置计算式(式9)从而检测出(计算出)第二转子位置θm2。
另外，变形例1和变形例2基本上同时采用。即，优选为在第一转子位置检测部28使用所述第三转子位置计算式(式8)检测出第一转子位置θm1的情况下，第二转子位置检测部29使用第四转子位置计算式(式9)检测出第二转子位置θm2。
(变形例3)
上述实施方式中，选择部30在所述通常区域中选择第一转子位置检测部28，在所述弱磁通区域中选择第二转子位置检测部29。然而，并不局限于此。选择部30也可构成为在相电流波峰值Ip低以及中等的情况下，换言之在相电流波峰值Ip为规定值以下的情况下选择第一转子位置检测部28，在相电流波峰值Ip高的情况下，换言之在相电流波峰值Ip超过所述规定值的情况下选择第二转子位置检测部29。
(变形例4)
此外，选择部30也可构成为基于第一转子位置检测部28中求出的第一电流相位β1或第二转子位置检测部29中求出的第二电流相位β2，进行第一转子位置检测部28或第二转子位置检测部29的选择(切换)。例如，若同步电动机11启动则选择部30选择第一转子位置检测部28，并且对第一转子位置检测部28中从数据表格TA选出的第一电流相位β1进行监视。而且，选择部30可构成为若第一电流相位β1超过第1阈值则选择部30选择第二转子位置检测部29，由此从第一转子位置检测部28切换成第二转子位置检测部29。在这种情况下，选择部30可构成为在选择了第二转子位置检测部29之后，对第二转子位置检测部29中从数据表格TB选出的第二电流相位β2进行监视，若第二电流相位β2变成所述第1阈值或比该第1阈值要小的第2阈值以下则选择部30选择第一转子位置检测部28，由此从第二转子位置检测部29切换成第一转子位置检测部28。所述第1阈值和所述第2阈值可根据同步电动机11的特性等适当地设定，例如可设为比0°要大且比成为图5(C)所示的曲线CA的拐点的相位(70°附近)要小的值。
这里，在同时采用变形例1和变形例2的情况下，第一电流相位β1被替换成第一感应电压相位γ1，第二电流相位β2被替换成第二感应电压相位γ2。即，若同步电动机11启动则选择部30选择第一转子位置检测部28，并且对第一转子位置检测部28中从数据表格TC选出的第一感应电压相位γ1进行监视。而且，选择部30可构成为，若第一感应电压相位γ1超过第3阈值则选择部30选择第二转子位置检测部29，由此从第一转子位置检测部28切换成第二转子位置检测部29。此外，可构成为在选择了第二转子位置检测部29之后，选择部30对第二转子位置检测部29中从数据表格TD选出的第二感应电压相位γ2进行监视，若第二感应电压相位γ2变成所述第3阈值或比该第3阈值要小的第4阈值以下则选择部30选择第一转子位置检测部28，由此从第二转子位置检测部29切换成第一转子位置检测部28。另外，所述第1阈值或所述第3阈值相当于本发明的“第一阈值”，所述第2阈值或所述第4阈值相当于本发明的“第二阈值”。
接着，对另一个实施方式的电动机控制装置100进行说明。图6是本发明的另一个实施方式所涉及的电动机控制装置100的框图。与上述实施方式所涉及的电动机控制装置10(图1)的不同点在于图6所示的电动机控制装置100中，具有转子位置决定部31以取代选择部30。另外，对于转子位置决定部31以外的结构，与上述实施方式所涉及的电动机控制装置10相同。
电动机控制装置100中，转子位置决定部31对由第一转子位置检测部28检测出的第一转子位置θm1、和由第二转子位置检测部29检测出的第二转子位置θm2进行加权求和以决定最终的转子位置θm。转子位置决定部31具体而言，通过下式10决定(计算出)转子位置θm。
[式10]
θm＝(1-n)×θm1+n×θm2
式10中的加权系数n是小于1的值(包含0)，可任意设定。例如，可在所述通常区域中设为加权系数n＝0，在所述弱磁通区域中设为加权系数n＝1。此外，相电流波峰值Ip越高则加权系数n可设定为越大的值。而且，第一电流相位β1或第一感应电压相位γ1越大(即越是前进)则加权系数n可设定为越大的值。
在所述电动机控制装置100中，也与电动机控制装置10同样地，可在所述通常区域和所述弱磁通区域这两个区域中高精度地检测出转子位置，由此与以往相比可扩大同步电动机11可运行的旋转速度范围。
以上对本发明的实施方式及其变形例进行了说明，但本发明并不局限于上述实施方式、变形例，可基于本发明的技术思想进行进一步的变形、变更。
标号说明
10…电动机控制装置
11…同步电动机
12…逆变器
13…直流电源
21…旋转控制部
22…逆变器驱动部
23…相电流检测部(电流检测部)
24…施加电压检测部
25…相电流波峰值·电角度检测部(电流波峰值·电角度检测部)
26…感应电压波峰值·电角度检测部
27…交链磁通数检测部
28…第一转子位置检测部
29…第二转子位置检测部
30…选择部
31…转子位置决定部

Claims (6)

1.一种电动机控制装置，包括：
电流检测部，该电流检测部检测出同步电动机的定子线圈中流过的电流；
施加电压检测部，该施加电压检测部检测出施加到所述定子线圈的施加电压；
电流波峰值·电角度检测部，该电流波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流来检测出电流波峰值和电流电角度；
感应电压波峰值·电角度检测部，该感应电压波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流、以及由所述施加电压检测部检测出的施加电压来检测出感应电压波峰值和感应电压电角度；
交链磁通检测部，该交链磁通检测部基于所述感应电压波峰值和所述同步电动机的旋转速度来检测出所述同步电动机的转子的交链磁通；
第一转子位置检测部，该第一转子位置检测部使用包含所述电流电角度、以及基于所述电流波峰值和[所述感应电压电角度－所述电流电角度]求出的第一电流相位以作为变量的转子位置计算式、或者使用包含所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和[所述感应电压电角度－所述电流电角度]求出的第一感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；
第二转子位置检测部，该第二转子位置检测部使用包含所述电流电角度、以及基于所述电流波峰值和所述交链磁通求出的第二电流相位以作为变量的转子位置计算式、或者使用包含所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和所述交链磁通求出的第二感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；以及
选择部，该选择部选择所述第一转子位置检测部和所述第二转子位置检测部中的某一个。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述选择部在弱磁通区域以外的通常区域中选择所述第一转子位置检测部，在所述弱磁通区域中选择所述第二转子位置检测部。
3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述选择部在由所述电流检测部检测出的电流为规定值以下的情况下选择所述第一转子位置检测部，在由所述电流检测部检测出的电流超过所述规定值的情况下选择所述第二转子位置检测部。
4.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
若所述同步电动机启动则所述选择部选择所述第一转子位置检测部，之后若所述第一转子位置检测部中求出的所述第一电流相位或所述第一感应电压相位超过第一阈值则所述选择部选择所述第二转子位置检测部。
5.如权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述选择部在选择了所述第二转子位置检测部之后，若所述第二转子位置检测部中求出的所述第二电流相位或所述第二感应电压相位变成所述第一阈值以下或比该第一阈值要小的第二阈值以下则选择所述第一转子位置检测部。
6.一种电动机控制装置，包括：
电流检测部，该电流检测部检测出同步电动机的定子线圈中流过的电流；
施加电压检测部，该施加电压检测部检测出施加到所述定子线圈的施加电压；
电流波峰值·电角度检测部，该电流波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流来检测出电流波峰值和电流电角度；
感应电压波峰值·电角度检测部，该感应电压波峰值·电角度检测部基于由所述电流检测部检测出的电流、以及由所述施加电压检测部检测出的施加电压来检测出感应电压波峰值和感应电压电角度；
交链磁通检测部，该交链磁通检测部基于所述感应电压波峰值和所述同步电动机的旋转速度来检测出所述同步电动机的转子的交链磁通；
第一转子位置检测部，该第一转子位置检测部使用包含所述电流电角度、以及基于所述电流波峰值和[所述感应电压电角度－所述电流电角度]求出的第一电流相位以作为变量的转子位置计算式、或者使用包含所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和[所述感应电压电角度－所述电流电角度]求出的第一感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；
第二转子位置检测部，该第二转子位置检测部使用包含所述电流电角度、以及基于所述电流波峰值和所述交链磁通求出的第二电流相位以作为变量的转子位置计算式、或者使用包含所述感应电压电角度、以及基于所述电流波峰值和所述交链磁通求出的第二感应电压相位以作为变量的转子位置计算式来检测出所述同步电动机的转子位置；以及
转子位置决定部，该转子位置决定部对由所述第一转子位置检测部检测出的转子位置、和由所述第二转子位置检测部检测出的转子位置进行加权求和以决定最终的转子位置。
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