專利名稱：控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置。
背景技術(shù)：
當前，存在下述控制裝置，S卩，不使用旋轉(zhuǎn)位置傳感器，基于流過IPM (InteriorPermanent Magnet)電動機的電流,推定IPM電動機的磁極位置。在專利文獻I中記載了下述內(nèi)容，即，在旋轉(zhuǎn)電動機的控制裝置中，使高頻的位置檢測用電壓與旋轉(zhuǎn)電動機的驅(qū)動用的基本波電壓疊加，對流過旋轉(zhuǎn)電動機的電流進行檢測，從檢測出的電流中提取高頻的位置檢測用電流，基于該位置檢測用電流，推定旋轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)子位置。由此，根據(jù)專利文獻1，即使旋轉(zhuǎn)電動機的旋轉(zhuǎn)速度為零速度或低速區(qū)域，也可以推定旋轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)子位置。專利文獻1:國際公開第2009/040965號

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻I所記載的控制裝置中，認為存在下述前提，即，旋轉(zhuǎn)電動機(IPM電動機)的凸極比只要大于1，即具有凸極性，就可以準確地推定旋轉(zhuǎn)電動機的旋轉(zhuǎn)位置(磁極位置)。另一方面，本發(fā)明人在進行研究后發(fā)現(xiàn):為了準確地推定IPM電動機的磁極位置，僅凸極比大于I是不夠的，需要IPM電動機的凸極比大于或等于比I大的規(guī)定閾值(例如，1.2)。另外，本發(fā)明人在進行研究后發(fā)現(xiàn):即使是正常運轉(zhuǎn)時的IPM電動機的凸極比大于或等于規(guī)定閾值的IPM電動機，由于有時在高負載時凸極比會變得小于規(guī)定閾值，所以在低速區(qū)域中可能無法準確地推定IPM電動機的磁極位置。另外，發(fā)現(xiàn):在正常運轉(zhuǎn)時的IPM電動機的凸極比原本就小于規(guī)定閾值的IPM電動機中，無論負載如何，都可能在低速區(qū)域中無法準確地推定IPM電動機的磁極位置。如果無法準確地推定IPM電動機的磁極位置，則可能限制低速區(qū)域中的輸出扭矩。本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于，得到一種可以在低速區(qū)域中準確地推定IPM電動機的磁極位置的控制裝置。為了解決上述課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明的I個側(cè)面所涉及的控制裝置接收d軸電流指令以及q軸電流指令，對IPM電動機進行控制，其特征在于，具有:校正單元，其對所述d軸電流指令進行校正；電流檢測單元，其對流過所述IPM電動機的電流進行檢測；位置推定單元，其基于所述檢測出的電流，求出依賴于所述IPM電動機的凸極比的參數(shù)，使用所求出的參數(shù)，推定所述IPM電動機中的磁極位置；控制單元，其基于所述校正后的d軸電流指令、所述q軸電流指令、以及所述推定出的磁極位置，生成電壓指令；脈寬調(diào)制單元，其基于所述生成的電壓指令、脈寬調(diào)制控制中使用的開關(guān)周期，生成脈寬調(diào)制后的邏輯信號；以及電壓施加單元，其基于所述生成的邏輯信號，向所述IPM電動機施加驅(qū)動用的交流電壓，由所述控制單元生成的電壓指令以下述方式形成:在將m設(shè)為大于或等于3的整數(shù)時，相對于所述IPM電動機的驅(qū)動用的基本波電壓，疊加有周期為所述開關(guān)周期的m倍、且在各相之間相位不同的位置檢測用電壓，所述校正單元對所述d軸電流指令進行校正，以使所述IPM電動機的凸極比維持在大于或等于閾值。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于可以抑制IPM電動機的凸極比的降低，所以可以在低速區(qū)域中準確地推定IPM電動機的磁極位置。


圖1是表示實施方式I所涉及的控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示實施方式I中的校正單元的動作的圖。圖3是表示實施方式I的變形例中的校正單元的動作的圖。圖4是表示實施方式I的變形例中的校正單元的動作的圖。圖5是表示實施方式2中的校正單元的動作的圖。圖6是表示基本方式所涉及的控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施例方式下面，基于附圖，詳細說明本發(fā)明所涉及的控制裝置的實施方式。此外，本發(fā)明并不受這些實施方式限定。實施方式I首先，在對實施方式I所涉及的控制裝置進行說明之前，對與實施方式I所涉及的控制裝置對應(yīng)的基本方式進行說明。使用圖6，說明基本方式所涉及的控制裝置I的結(jié)構(gòu)。圖6所示的控制裝置I從外部(例如，上位控制器等)接收d軸電流指令id*以及q軸電流指令iq*。控制裝置I使用d軸電流指令id*以及q軸電流指令iq*，對IPM電動機M進行控制。IPM電動機M具有在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部埋入永磁體的埋入磁體構(gòu)造。d軸表示轉(zhuǎn)子的磁極所產(chǎn)生的磁通的方向(永磁體的中心軸),也稱為磁通軸。q軸表示與d軸以電、磁的方式正交的軸(永磁體之間的軸)，也稱為扭矩軸。雖然未進行圖示，但對于由d軸電流id引起的磁鏈，由于導(dǎo)磁率較低的磁體位于中途而被限制，與此相對，對于由q軸電流iq引起的磁鏈，由于在導(dǎo)磁率比磁體高的材質(zhì)(例如硅鋼)中通過，所以變大。IPM電動機M在正常運轉(zhuǎn)時，d軸的磁阻比q軸的磁阻大，d軸的電感Ld比q軸的電感Lq小。S卩，q軸的電感Lq相對于d軸的電感Ld的比、即凸極比Lq/Ld成為大于I的值。對于控制裝置1，利用正常運轉(zhuǎn)時的IPM電動機M的凸極比為大于I的值這一點、即凸極性，來推定轉(zhuǎn)子的磁極位置，使用推定出的磁極位置，對IPM電動機M的驅(qū)動進行控制。如圖6所示，控制裝置I具有電流檢測單元10、位置推定單元20、控制單元30、脈寬調(diào)制單元40以及電壓施加單元50。電流檢測單元10對流過IPM電動機M的電流進行檢測。具體地說，電流檢測單元10具有電流傳感器11以及電流傳感器12。電流傳感器11對流過IPM電動機M的例如U相電流iu進行檢測，并向位置推定單元20以及控制單元30供給。電流傳感器12對流過IPM電動機M的例如V相電流iv進行檢測，并向位置推定單元20以及控制單元30供給。位置推定單元20基于由電流檢測單元10檢測出的電流，求出依賴于IPM電動機M的凸極比Lq/Ld的參數(shù)(例如，后述的公式7的Λ I α β )。對于依賴于IPM電動機M的凸極比的參數(shù)的詳細內(nèi)容，在后面記述。位置推定單元20使用求出的參數(shù)，推定IPM電動機M中的轉(zhuǎn)子的磁極位置θρ。位置推定單元20將推定出的磁極位置Θ P向控制單元30供
5口 O控制單元30從外部(例如,上位控制器等)接收d軸電流指令id*以及q軸電流指令iq*?？刂茊卧?0從位置推定單元20接收推定出的磁極位置θρ。控制單元30基于d軸電流指令id*、q軸電流指令iq*、推定出的磁極位置Θ P,生成電壓指令乂即*、^^^*、^^)*。具體地說，控制單元30具有三相.二相變換器36、坐標變換器37、減法器31a、減法器31b、d軸電流控制器32a、q軸電流控制器32b、坐標變換器33、二相.三相變換器34、位置檢測用電壓產(chǎn)生器38、加法器35a、加法器35b以及加法器35c。三相 二相變換器36從電流傳感器11接收U相電流iu，從電流傳感器12接收V相電流iv。三相.二相變換器36根據(jù)U相電流iu以及V相電流iv推定W相電流iw，將固定三軸(U — ￥ —胃軸)上的三相電流矢量(丨11，“，^)變換為固定二軸((1 一 β軸)上的二相電流矢量(i a，i β )。三相 二相變換器36將變換后的二相電流矢量(i a，i β )向坐標變換器37供給。坐標變換器37從三相.二相變換器36接收二相電流矢量(i a，i β )。坐標變換器37從位置推定單元20接收推定出的磁極位置ΘΡ。坐標變換器37使用推定出的磁極位置θ ρ，將固定二軸(α - β軸)上的二相電流矢量(ia， β )變換為旋轉(zhuǎn)二軸(d — q軸)上的電流矢量(id，iq)。坐標變換器37將變換后的d軸電流id向減法器31a供給，將變換后的q軸電流iq向減法器31b供 給。減法器31a從外部接收d軸電流指令id*,從坐標變換器37接收d軸電流id。減法器31a從d軸電流指令id*中減去d軸電流id而求出偏差A(yù)id,將求出的偏差Δ id向d軸電流控制器32a供給。減法器31b從外部接收q軸電流指令iq*，從坐標變換器37接收q軸電流iq。減法器31b從q軸電流指令iq*中減去q軸電流iq而求出偏差A(yù)iq，將求出的偏差Δ iq向q軸電流控制器32b供給。d軸電流控制器32a從減法器31a接收偏差Λ id。d軸電流控制器32a使用比例積分控制等，以使偏差Λ id接近零的方式，生成d軸基本波電壓Vd*。d軸電流控制器32a將生成的d軸基本波電壓Vd*向坐標變換器33供給。q軸電流控制器32b從減法器31b接收偏差Λ iq。q軸電流控制器32b使用比例積分控制等，以使偏差Λ iq接近零的方式，生成q軸基本波電壓Vq*。q軸電流控制器32b將生成的q軸基本波電壓Vq*向坐標變換器33供給。坐標變換器33從d軸電流控制器32a接收d軸基本波電壓Vd*，從q軸電流控制器32b接收q軸基本波電壓Vq*。坐標變換器33將旋轉(zhuǎn)二軸(d — q軸)上的基本波電壓矢量(Vd*、Vq*)變換為固定二軸(α - β軸)上的基本波電壓矢量(να*，νβ*)。坐標變換器33將變換后的基本波電壓矢量(Va *，Vβ *)向二相.三相變換器34供給。二相.三相變換器34從坐標變換器33接收基本波電壓矢量(Va *，νβ*)。二相 三相變換器34將固定二軸(α - β軸)上的基本波電壓矢量(Va *，νβ*)變換為固定三軸(U — V — W軸)上的基本波電壓矢量(Vu*，Vv*, Vw*)。二相.三相變換器34將變換后的基本波電壓Vu*向加法器35a供給，將變換后的基本波電壓Vv*向加法器35b供給，將變換后的基本波電壓Vw*向加法器35c供給。位置檢測用電壓產(chǎn)生器38從脈寬調(diào)制單元40接收在脈寬調(diào)制控制中使用的開關(guān)周期Tc的值。開關(guān)周期Tc具有與三相的各基本波電壓Vu*、Vv*、Vw*的周期相比足夠短的周期。對于該開關(guān)周期Tc，考慮IPM電動機M的電氣特性及由逆變器驅(qū)動產(chǎn)生的電磁噪音的頻率等，而預(yù)先設(shè)定為最佳值。位置檢測用電壓產(chǎn)生器38使用開關(guān)周期Tc，生成位置檢測用電壓Vuh、Vvh, Vwh。例如，位置檢測用電壓產(chǎn)生器38生成位置檢測用電壓Vuh、Vvh, Vwh,以使得位置檢測用電壓Vuh、Vvh, Vwh分別具有與開關(guān)周期Tc的m倍(m為大于或等于3的整數(shù))相等的周期m.Tc,并且位置檢測用電壓Vuh、Vvh、Vwh的相位彼此不同。如果將m設(shè)為I或2，則無法使與開關(guān)周期Tc的m倍的周期m.Tc相等的三相的位置檢測用電壓Vuh、Vvh、Vwh的各相具有相位差，進而難以利用位置推定單元20高精度地求出轉(zhuǎn)子的磁極位置θρ。位置檢測用電壓產(chǎn)生器38將生成的位置檢測用電壓Vuh向加法器35a供給，將生成的位置檢測用電壓Vvh向加法器35b供給，將生成的位置檢測用電壓Vwh向加法器35c供給。加法器35a從二相.三相變換器34接收基本波電壓Vu*，從位置檢測用電壓產(chǎn)生器38接收位置檢測用電壓Vuh。加法器35a使位置檢測用電壓Vuh與基本波電壓Vu*相加(疊加)，生成電壓指令Vup*。加法器35a將生成的電壓指令Vup*向脈寬調(diào)制單元40供給。加法器35b從二相.三相變換器34接收基本波電壓Vv*，從位置檢測用電壓產(chǎn)生器38接收位置檢測用電壓Vvh。加法器35b使位置檢測用電壓Vvh與基本波電壓Vv*相加(疊加)，生成電壓指令Vvp*。加法器35b將生成的電壓指令Vvp*向脈寬調(diào)制單元40供給。加法器35c從二相.三相變換器34接收基本波電壓Vw*，從位置檢測用電壓產(chǎn)生器38接收位置檢測用電壓Vwh。加法器35c使位置檢測用電壓Vwh與基本波電壓Vw*相加(疊加)，生成電壓指令Vwp*。加法器35c將生成的電壓指令Vwp*向脈寬調(diào)制單元40供給。脈寬調(diào)制單元40基于由控制單元30生成的電壓指令Vup*、Vvp*、Vwp*以及在脈寬調(diào)制控制中使用的開關(guān)周期Tc，生成脈寬調(diào)制后的邏輯信號Vul、Vvl、Vwl。具體地說，脈寬調(diào)制單元40具有開關(guān)周期產(chǎn)生器41以及脈寬調(diào)制控制器42。開關(guān)周期產(chǎn)生器41產(chǎn)生開關(guān)周期Tc的值，向位置檢測用電壓產(chǎn)生器38以及脈寬調(diào)制控制器42供給。
脈寬調(diào)制控制器42從加法器35a接收電壓指令Vup*，從加法器35b接收電壓指令Vvp*,從加法器35c接收電壓指令Vwp*。脈寬調(diào)制控制器42從開關(guān)周期產(chǎn)生器41接收開關(guān)周期Tc的值。脈寬調(diào)制控制器42基于電壓指令Vup*、Vvp*、Vwp*和開關(guān)周期Tc的值，生成脈寬調(diào)制后的邏輯信號Vul、Vvl, Vwl0作為脈寬調(diào)制控制方法，也可以使用例如利用作為載波信號的三角波Cs的脈寬調(diào)制控制方法、利用作為載波信號的鋸齒波Wst的脈寬調(diào)制控制方法、利用瞬間空間電壓矢量Vs的脈寬調(diào)制控制方法等公知方法。脈寬調(diào)制控制器42將生成的邏輯信號Vul、Vvl、Vwl向電壓施加單元50供給。
電壓施加單元50從脈寬調(diào)制單元40接收邏輯信號Vul、Vvl、Vwl。電壓施加單元50基于邏輯信號Vul、Vvl、Vwl，向IPM電動機M施加驅(qū)動用的交流電壓。具體地說，電壓施加單元50具有逆變器51。逆變器51從脈寬調(diào)制單元40接收邏輯信號Vul、Vvl、Vwl。逆變器51具有未圖示的多個開關(guān)元件，與邏輯信號Vul、Vvl、Vwl相對應(yīng)，使多個開關(guān)元件分別以規(guī)定的定時(timing)進行開關(guān)動作。由此，逆變器51生成驅(qū)動用的交流電壓并向IPM電動機M施加。下面，詳細說明利用位置推定單元20求出轉(zhuǎn)子的磁極位置θ ρ的處理內(nèi)容。對于IPM電動機M，固定正交坐標(α — β軸)下的電壓方程式可以表示為下述公式I?！补絀〕
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，其接收d軸電流指令以及q軸電流指令，對IPM電動機進行控制， 其特征在于，具有: 校正單元，其對所述d軸電流指令進行校正； 電流檢測單元，其對流過所述IPM電動機的電流進行檢測； 位置推定單元，其基于所述檢測出的電流，求出依賴于所述IPM電動機的凸極比的參數(shù)，使用所求出的參數(shù)，推定所述IPM電動機中的磁極位置； 控制單元，其基于所述校正后的d軸電流指令、所述q軸電流指令、以及所述推定出的磁極位置，生成電壓指令； 脈寬調(diào)制單元，其基于所述生成的電壓指令、脈寬調(diào)制控制中使用的開關(guān)周期，生成脈寬調(diào)制后的邏輯信號；以及 電壓施加單元，其基于所述生成的邏輯信號，向所述IPM電動機施加驅(qū)動用的交流電壓， 由所述控制單元生成的電壓指令以下述方式形成:在將m設(shè)為大于或等于3的整數(shù)時，相對于所述IPM電動機的驅(qū)動用的基本波電壓，疊加有周期為所述開關(guān)周期的m倍、且在各相之間相位不同的位置檢測用電壓， 所述校正單元對所述d軸電流指令進行校正，以使所述IPM電動機的凸極比維持在大于或等于閾值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于， 所述校正單元與所述q軸電流指令的大小超過第2閾值這一情況相對應(yīng)，而使所述d軸電流指令與正的校正量相加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于， 所述校正單元無論所述q軸電流指令的大小如何，都使所述d軸電流指令與正的校正量相加。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在低速區(qū)域中準確地推定IPM電動機磁極位置的控制裝置?？刂蒲b置具有校正單元，其校正d軸電流指令；電流檢測單元，其檢測流過IPM電動機的電流；位置推定單元，其基于檢測出的電流推定IPM電動機磁極位置；控制單元，其基于校正后的d軸電流指令、q軸電流指令及推定出的磁極位置生成電壓指令；脈寬調(diào)制單元，其基于生成的電壓指令、脈寬調(diào)制控制中使用的開關(guān)周期生成脈寬調(diào)制后的邏輯信號；及電壓施加單元，其基于生成的邏輯信號，向IPM電動機施加驅(qū)動用交流電壓，由控制單元生成的電壓指令是如下生成的在m為3以上的整數(shù)時，向IPM電動機的驅(qū)動用基本波電壓，疊加周期為開關(guān)周期的m倍、且各相間相位不同的位置檢測用電壓，校正單元對d軸電流指令進行校正，以使IPM電動機的凸極比維持在閾值以上。
文檔編號H02P21/00GK103166559SQ20121017999
公開日2013年6月19日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者山本勉 申請人:三菱電機株式會社