專利名稱：電動機控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動機控制裝置，該電動機控制裝置以無傳感器方式檢測同步電動機的轉子旋轉位置(以下稱作轉子位置)。
背景技術：
在作為3相直流(DC)無刷電動機等同步電動機的驅動方式而公知的正弦波驅動方式(180度通電方式)中，為了適當?shù)貙Χㄗ泳€圈進行通電，以無傳感器方式來檢測轉子位置。關于轉子位置檢測，專利文獻1中公開了以下方法求出電動機電流和實際旋轉位置的第一相位差的同時還求出電動機電流和假想旋轉位置的第二相位差，利用第一相位差和第二相位差之差來推定實際旋轉位置和假想旋轉位置的相位誤差，并對電壓頻率進行修正以使該相位誤差接近零。此外，在專利文獻2中公開了以下方法求出同步電動機的旋轉角速度、d軸電流和Y軸電流，以轉子實際旋轉角度和基于旋轉模型而推定的旋轉角度的角度偏差與d軸電流和Y軸電流的電流偏差成比例為前提，求出該推定旋轉角度。然而，關于專利文獻1和2中公開的電動機位置檢測方法，由于基本上是以規(guī)定條件為基準來校正假想轉子位置，從而進行期望轉子位置的檢測，因此轉子位置檢測精度根據(jù)校正精度而變化。此外，由于不得不高速地重復進行從求出假想轉子位置到校正該轉子位置的處理，因此必須有與高處理負荷相對應的高能力的數(shù)據(jù)處理裝置?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利特開2001-161090專利文獻2 日本專利特開平8-30828
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的目的在于提供能在一定精度下、且以低處理負荷來檢測出同步電動機轉子位置的電動機控制裝置。用于解決問題的方法為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是具備以無傳感器方式檢測出同步電動機轉子位置的功能的電動機控制裝置，包括電流檢測單元，其用于檢測在同步電動機線圈中流動的電流；施加電壓檢測單元，其用于檢測對同步電動機線圈施加的電壓；電流峰值/電角度檢測單元，其用于基于由電流檢測單元檢測出的電流來檢測電流峰值和電流電角度；感應電壓峰值/電角度檢測單元，其用于基于由電流檢測單元檢測出的電流和由施加電壓檢測單元檢測出的施加電壓來檢測感應電壓峰值和感應電壓電角度；轉子位置檢測單元，其用于根據(jù)轉子位置計算公式直接求出轉子位置來檢測該轉子位置，該轉子位置計算公式包含由電流峰值/電角度檢測單元檢測出的電流峰值和電流電角度、以及由感應電壓峰值/電角度檢測單元檢測出的感應電壓峰值和感應電壓電角度中的電流電角度或者感應電壓電角度作為變量，并且包含可從預先準備的數(shù)據(jù)表中選定“電流峰值”、“感應電壓峰值”和“感應電壓電角度_電流電角度”的至少2個作為參數(shù)的電流相位或者感應電壓相位作為變量。利用該電動機控制裝置，能夠通過轉子位置計算公式直接求出轉子位置來檢測該轉子位置，該轉子位置計算公式包含由相電流峰值/電角度檢測單元檢測出的相電流峰值和相電流電角度、以及由感應電壓峰值/電角度檢測單元檢測出的感應電壓峰值和感應電壓電角度中的電流電角度或者感應電壓電角度作為變量，并且包含可從預先準備的數(shù)據(jù)表中選定“電流峰值”、“感應電壓峰值”和“感應電壓電角度_電流電角度”的至少2個作為參數(shù)的電流相位或者感應電壓相位作為變量。換言之，由于利用規(guī)定的轉子位置計算公式直接求出轉子位置，因此避免了如現(xiàn)有檢測方法中的檢測精度的波動，能在一定精度下可靠地檢測出轉子位置。此外，由于采用的方式是從預先準備的數(shù)據(jù)表選定作為在轉子計算公式中包含的一個變量的電流相位或感應電壓相位，因此與根據(jù)每次計算來求出電流相位或感應電壓相位的情況相比，能夠以低處理負荷簡單地檢測出轉子位置，也沒必要如現(xiàn)有檢測方法那樣使用與高處理負荷相對應的高能力的數(shù)據(jù)處理裝置。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供在一定精度下、且以低處理負荷來檢測出同步電動機轉子位置的電動機控制裝置。根據(jù)以下說明和附圖，將可闡明本發(fā)明的上述目的和上述目的以外的目的、結構特征、作用效果。


圖1是采用本發(fā)明的電動機控制裝置的結構圖。圖2是圖1所示的相電流峰值/電角度檢測部中的相電流峰值和相電流電角度的檢測方法的說明圖。圖3是圖1所示的感應電壓峰值/電角度檢測部中的感應電壓峰值和感應電壓電角度的檢測方法的說明圖。圖4是用圖1所示的轉子位置檢測部檢測轉子位置時使用的數(shù)據(jù)表制作方法的說明圖。圖5是用圖1所示的轉子位置檢測部檢測轉子位置時使用的數(shù)據(jù)表制作方法的說明圖。
具體實施例方式圖1是表示采用本發(fā)明的電動機控制裝置的圖，圖中的11為同步電動機，12為逆變器，13為直流電源，14為內置有微機的控制器?？刂破?4包括旋轉控制部15、逆變器驅動部16、相電流檢測部17、施加電壓檢測部18、相電流峰值/電角度檢測部19、感應電壓峰值/電角度檢測部20、以及轉子位置檢測部21。同步電動機11由3相直流(DC)無刷電動機構成，具備包含3相線圈(U相線圈Uc、V相線圈Vc以及W相線圈Wc)的定子(圖中省略)以及包含永磁體的轉子(圖中省略)。 U相線圈Uc、V相線圈Vc以及W相線圈Wc如圖所示以中性點N為中心聯(lián)接成星形或聯(lián)接成三角(delta)形。逆變器12由3相雙極型驅動方式逆變器構成，且具備與同步電動機11的3相線圈相對應的3相開關元件，具體而言是由IGBT等形成的6個開關元件(上橋臂開關元件Us、 Vs和Ws以及下橋臂開關元件Xs、Ys和Zs)、以及分流電阻器Rl、R2和R3。各分流電阻器 R1、R2和R3起到檢測在同步電動機11的各相中流動的電流的傳感器的作用。上橋臂開關元件Us、下橋臂開關元件Xs和分流電阻器Rl串聯(lián)排列且其兩端與直流電源13相連接；上橋臂開關元件Vs、下橋臂開關元件Ys和分流電阻器R2串聯(lián)排列且其兩端與直流電源13相連接；上橋臂開關元件Ws、下橋臂開關元件Zs和分流電阻器R3串聯(lián)排列且其兩端與直流電源13相連接。此外，上橋臂開關元件Us的發(fā)射極側與同步電動機11的U相線圈Uc相連接；上橋臂開關元件Vs的發(fā)射極側與同步電動機11的V相線圈Vc相連接；上橋臂開關元件Ws 的發(fā)射極側與同步電動機11的V相線圈Wc相連接，來自各連接線的分岔線與施加電壓檢測部18相連接。而且，上橋臂開關元件Us、Vs和Ws的柵極以及下橋臂開關元件Xs、Ys和Zs的柵極分別與逆變器驅動部16相連接。而且，分流電阻器Ru的下橋臂開關元件Xs側和分流電阻器Rv的下橋臂開關元件Ys側、以及分流電阻器Rw的下橋臂開關元件Zs側分別與相電流檢測部17相連接。旋轉控制部15基于來自操作部(圖中省略)的運轉指令和用轉子位置檢測部21 檢測出的轉子位置θ m,向逆變器驅動部16發(fā)送用來使同步電動機11以規(guī)定轉速旋轉或停止的控制信號。逆變器驅動部16基于來自旋轉控制部15的控制信號，向逆變器12的上橋臂開關元件Us、Vs和Ws的柵極以及下橋臂開關元件Xs、Ys和Zs的柵極發(fā)送用來使各開關元件導通和截止的驅動信號。逆變器12的上橋臂開關元件Us、Vs和Ws以及下橋臂開關元件Xs、 Ys和Zs根據(jù)來自逆變器驅動部16的驅動信號以規(guī)定模式導通和截止，對同步電動機11的 U相線圈Uc、V相線圈Vc和W相線圈Wc進行基于該導通截止模式的正弦波通電(180度通電)。相電流檢測部17利用逆變器12的分流電阻器Ru、Rv和Rw分別檢測出的電壓， 檢測出同步電動機11的U相線圈Uc、V相線圈Vc和W相線圈Wc中流動的電流(U相電流 Iu, V相電流Iv和W相電流Iw)，將它們發(fā)送到相電流峰值/電角度檢測部19和感應電壓峰值/電角度檢測部20。施加電壓檢測部18檢測出對同步電動機11的U相線圈Uc、V相線圈Vc和W相線圈Wc施加的電壓(U相施加電壓Vu、V相施加電壓Vv和W相施加電壓Vw)，將它們發(fā)送到感應電壓峰值/電角度檢測部20。相電流峰值/電角度檢測部19利用在相電流檢測部17檢測的U相電流Iu、V相電流Iv和W相電流Iw，來檢測相電流峰值Ip和相電流電角度θ i，將它們發(fā)送到轉子位置檢測部21。下文中對該相電流峰值/電角度檢測部19中的相電流峰值Ip和相電流電角度 θi的檢測方法進行詳細敘述。
感應電壓峰值/電角度檢測部20利用宰相電流檢測部17檢測出的U相電流Iu、 V相電流Iv和W相電流Iw以及在施加電壓檢測部18檢測出的U相施加電壓Vu、V相施加電壓Vv和W相施加電壓Vw，來檢測出感應電壓峰值Ep和感應電壓電角度θ e，將它們發(fā)送到轉子位置檢測部21。下文中對該感應電壓峰值/電角度檢測部20中的感應電壓峰值Ep 和感應電壓電角度θe的檢測方法進行詳細描述。轉子位置檢測部21利用在相電流峰值/電角度檢測部19中檢測出的相電流峰值 Ip和相電流電角度θ i、以及在感應電壓峰值/電角度檢測部20中檢測出的感應電壓峰值 Ep和感應電壓電角度θ e，來檢測出同步電動機11的轉子位置em，將它們發(fā)送到旋轉控制部15。在下文中對該轉子位置檢測部21中的轉子位置θ m的檢測方法進行詳細描述。在此，依次對以下方法進行詳細描述(1)相電流峰值/電角度檢測部19中的相電流峰值Ip和相電流電角度θ i的檢測方法；(2)感應電壓峰值/電角度檢測部20中的感應電壓峰值Ep和感應電壓電角度Ge的檢測方法；(3)轉子位置檢測部21中的轉子位置θ m的檢測方法；以及(4)在轉子位置檢測部21中檢測轉子位置θ m時使用的數(shù)據(jù)表的制作方法。(1)相電流峰值/電角度檢測部19中的相電流峰值Ip和相電流電角度θ i的檢測方法圖2是對同步電動機11的U相線圈Uc、V相線圈Vc和W相線圈Wc進行正弦波通電(180°通電)時的相電流波形圖，構成正弦波形的U相電流Iu、V相電流Iv和W相電流 Iw之間彼此有120°的相位差。根據(jù)該相電流波形圖，對于U相電流Iu、V相電流Iv和W相電流Iw、以及相電流峰值Ip和相電流電角度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 )相電流峰值/電角度檢測部19中的相電流峰值Ip和相電流電角度θ i的檢測是以上式成立為前提來進行的，該檢測是通過如下那樣進行利用在相電流檢測部17中檢測出的U相電流Iu、V相電流Iv和W相電流Iw，根據(jù)上式計算來求出相電流峰值Ip和相電流電角度θ i。(2)感應電壓峰值/電角度檢測部20中的感應電壓峰值Ep和感應電壓電角度θ e 的檢測方法圖3是對同步電動機11的U相線圈Uc、V相線圈Vc和W相線圈Wc進行正弦波通電(180°通電)時的感應電壓波形圖，構成正弦波形的U相感應電壓Eu、V相感應電壓Ev 和W相感應電壓Ew之間彼此有120°的相位差。根據(jù)該感應電壓波形圖，對于U相感應電壓Eu、V相感應電壓Ev和W相感應電壓 Ew、以及感應電壓峰值Ep和感應電壓電角度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，對于U相施加電壓Vu、V相施加電壓Vv和W相施加電壓Vw、以及U相電流Iu、V相電流Iv和W相電流Iw、以及U相線圈電阻Ru、V相線圈電阻Rv和W相線圈電 阻Rw、以及U相感應電壓Eu、V相感應電壓Ev和W相感應電壓Ew下式成立 Vu-IuXRu = Eu Vv-IvXRv = Ev Vw-IwXRw = Ew感應電壓峰值/電角度檢測部20中的感應電壓峰值Ep和感應電壓電角度0e的 檢測是以上式成立為前提來進行的，該檢測是通過如下那樣進行利用在相電流檢測部17 中檢測出的U相電流Iu、V相電流Iv和W相電流Iw以及在施加電壓檢測部18中檢測出的 U相施加電壓Vu、V相施加電壓Vv和W相施加電壓Vw，從上式(上式中的后者)求出U相 感應電壓Eu、V相感應電壓Ev和W相感應電壓Ew，然后利用求出的U相感應電壓Eu、V相 感應電壓Ev和W相感應電壓Ew，從上式(上式中的前者)求出感應電壓峰值Ep和感應電 壓電角度9e。(3)轉子位置檢測部21中的轉子位置e m的檢測方法轉子位置檢測部21中的轉子位置e m的檢測是通過如下那樣進行利用在相電流 峰值/電角度檢測部19中檢測出的相電流電角度e i和從預先準備的數(shù)據(jù)表(參照下述 (4))選定的電流相位0，利用下式求出轉子位置em。
0 m = 0 i-3 -90°此處使用的數(shù)據(jù)表將“相電流峰值Ip”和“感應電壓電角度ee-相電流電角度 9 i”作為參數(shù)來規(guī)定電流相位能夠將“相電流峰值Ip”和“感應電壓電角度ee-相電 流電角度9 i”作為參數(shù)來選定期望的電流相位3。顯然，“相電流峰值Ip”相當于在相電流峰值/電角度檢測部19中檢測出的相電 流峰值ip，此外，“感應電壓電角度Qe-相電流電角度e i”相當于從在感應電壓峰值/電 角度檢測部20中檢測出的感應電壓電角度e e減去在相電流峰值/電角度檢測部19中檢 測出的相電流電角度的值。(4)在轉子位置檢測部21中檢測轉子位置e rn時使用的數(shù)據(jù)表的制作方法圖4是同步電動機11的轉子旋轉時的電動機向量圖，在d-q坐標中以向量表示電 壓V、電流I以及感應電壓E( = Co W)的關系。圖中的Vd為電壓V的d軸分量，Vq為電壓 V的q軸分量，Id為電流I的d軸分量，Iq為電流I的q軸分量，Ed為感應電壓E的d軸 分量，Eq為感應電壓E的q軸分量，a為以q軸為基準的電壓相位，3為以q軸為基準的 電流相位，Y為以q軸為基準的感應電壓相位。此外，圖中的Wa為轉子永磁體磁通，Ld為 d軸電感，Lq為q軸電感，R為定子線圈電阻，^為轉子總交鏈磁通。根據(jù)該電動機向量圖來看，如果將轉子的轉速設為《，則下式成立[數(shù)學式1]
權利要求
1.一種具有以無傳感器方式檢測同步電動機轉子位置的功能的電動機控制裝置，包括電流檢測單元，該電流檢測單元用于檢測在同步電動機線圈中流動的電流；施加電壓檢測單元，該施加電壓檢測單元用于檢測對同步電動機線圈施加的電壓；電流峰值/電角度檢測單元，該電流峰值/電角度檢測單元用于基于由電流檢測單元檢測出的電流來檢測電流峰值和電流電角度；感應電壓峰值/電角度檢測單元，該感應電壓峰值/電角度檢測單元用于基于由電流檢測單元檢測出的電流和由施加電壓檢測單元檢測出的施加電壓來檢測感應電壓峰值和感應電壓電角度；以及轉子位置檢測單元，該轉子位置檢測單元用于從轉子位置計算公式直接求出轉子位置來檢測該轉子位置，該轉子位置計算公式包含由電流峰值/電角度檢測單元檢測出的電流峰值和電流電角度、以及由感應電壓峰值/電角度檢測單元檢測出的感應電壓峰值和感應電壓電角度中的電流電角度或者感應電壓電角度作為變量，并且包含可從預先準備的數(shù)據(jù)表中選定“電流峰值”、“感應電壓峰值”和“感應電壓電角度-電流電角度”的至少2個作為參數(shù)的電流相位或者感應電壓相位作為變量。
2.如權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，轉子位置檢測單元所使用的數(shù)據(jù)表將[電流峰值]和[感應電壓電角度-電流電角度]作為參數(shù)來規(guī)定電流相位或感應電壓相位。
3.如權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，轉子位置檢測單元的轉子位置計算公式為轉子位置=電流電角度_電流相位-90°， 且從數(shù)據(jù)表中將[電流峰值]和[感應電壓電角度_電流電角度]作為參數(shù)來選定該等式中的電流相位。
4.如權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，轉子位置檢測單元的轉子位置計算公式為轉子位置=感應電壓電角度_感應電壓相位-90°，且從數(shù)據(jù)表中將[電流峰值]和[感應電壓電角度-電流電角度]作為參數(shù)來選定該等式中的感應電壓相位。
5.如權利要求1至4的任一項所述的電動機控制裝置，其特征在于，同步電動機是定子具有多相線圈的同步電動機，電流檢測單元檢測出分別在同步電動機的多相線圈中流動的電流，施加電壓檢測單元檢測出分別對同步電動機的多相線圈施加的電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供能在一定精度下、且以低處理負荷來檢測出同步電動機轉子位置的電動機控制裝置。在電動機控制裝置中，從轉子位置計算公式(θm＝θi-β-90°)直接求出轉子位置θm來檢測出該轉子位置θm，該轉子位置計算公式中包含由相電流峰值/電角度檢測部(19)檢測出的相電流峰值Ip和相電流電角度θi以及由感應電壓/電角度檢測部(20)檢測出的感應電壓峰值Ep和感應電壓電角度θe中的相電流電角度θi作為變量，并且包含可從預先準備的數(shù)據(jù)表中選定[相電流峰值Ip]和[感應電壓電角度θe-相電流電角度θi]作為參數(shù)的電流相位β作為變量。
文檔編號H02P6/18GK102439839SQ20108002318
公開日2012年5月2日 申請日期2010年6月16日 優(yōu)先權日2009年6月25日
發(fā)明者廣野大輔 申請人:三電有限公司