專利名稱：電動機控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用來控制電動機的工作的電動機控制裝置。還涉及一種具有該電動機控制裝置的電動機驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術：
以前已開發(fā)出了不使用轉(zhuǎn)子位置傳感器，而是推定電動機的轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)該所推定的轉(zhuǎn)子位置，控制電動機的電動機控制裝置(無位置傳感器控制裝置)。圖21中示出了這種電動機控制裝置103的框圖之一例。圖21所示的構成中，將電動機的矢量控制中的對應d軸的控制上的推定軸設為γ軸，將對應q軸的控制上的推定軸設為δ軸。圖23中示出了d軸、q軸、γ軸、以及δ軸的關系。圖23中的Eex，一般是稱作擴展感應電壓(拡張誘起電壓)的電壓矢量。
電流檢測器11檢測出從PWM逆變器(inverter)2供給凸極電機的電動機1的電動機電流的U相電流iu以及V相電流iv。坐標變換器12將U相電流iu以及V相電流iv變換成γ軸電流iγ以及δ軸電流iδ。位置/速度推定器120(以下稱作“推定器120”)，推定出推定轉(zhuǎn)子位置θe以及推定電動機速度ωe并輸出。
減法器19從電動機速度指令值ω*減去從推定器120所輸出的推定電動機速度ωe，并輸出該減法結果。速度控制部17根據(jù)減法器19的減法結果(ω*-ωe)，生成δ軸電流iδ應當遵循的δ軸電流指令值iδ*。磁通控制部116根據(jù)δ軸電流指令值iδ*等，輸出γ軸電流iγ應當遵循的γ軸電流指令值iγ*。電流控制部15，按照經(jīng)減法器13與14所賦予的電流誤差(iγ*-iγ)以及電流誤差(iδ*-iδ)雙方收斂到零的方式，輸出γ軸電壓指令值Vγ*與δ軸電壓指令值Vδ*。
坐標變換器18，根據(jù)推定器120所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，進行γ軸電壓指令值Vγ*與δ軸電壓指令值Vδ*的逆變換，生成由U相電壓指令值Vu*、V相電壓指令值Vv*、以及W相電壓指令值Vw*所構成的三相電壓指令值，并將其輸出給PWM逆變器2。PWM逆變器2根據(jù)該三相電壓指令值(Vu*、Vv*、Vw*)生成脈沖寬度調(diào)制過的信號，將對應于該三相的電壓指令值的電動機電流，供給到電動機1，驅(qū)動電動機1。
圖22中示出了推定器120的內(nèi)部結構。推定器120具有軸誤差推定部130、比例積分運算器131和積分器132。軸誤差推定部130推定d軸與γ軸之間的軸誤差Δθ。軸誤差推定部130，例如使用下式(1)計算出軸誤差Δθ。這里Ld以及Lq，是各個電動機1的d軸電感以及q軸電感，Ra是電動機1的電動機電阻。另外，s是拉普拉斯運算符。雖然提出了用來推定轉(zhuǎn)子位置的各種方法，但像下式(1)這樣，在推定用計算式中，將電動機的q軸電感的值用作運算用參數(shù)的情況很多。
Δθ=tan-1(-EexγEexδ)=tan-1(-(vγ*-(Ra+Lds)iγ+ωeLqiδ)vδ*-(Ra+Lds)iδ-ωeLqiγ)---(1)]]>上述式(1)，是日本特許第3411878號公報(以下稱作專利文獻1)所示的軸誤差Δθ的運算式。另外，專利文獻1中是以d軸為基準的d軸與γ軸(dc軸)之間的差作為Δθ，但本說明書中將以γ軸為基準的d軸與γ軸(dc軸)之間的差作為Δθ進行處理，因此專利文獻1中的軸誤差Δθ的運算式與式(1)，符號相反。另外，式(1)中，Eexγ與Eexδ分別表示擴展感應電壓Eex的γ軸成分以及δ軸成分。
比例積分運算器131，為了實現(xiàn)PLL(Phase Locked Loop)，與構成電動機控制裝置103的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度ωe，使得軸誤差推定部130所計算出的軸誤差Δθ收斂到零。積分器132對比例積分運算器131所輸出的推定電動機速度ωe進行積分，計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe。比例積分運算器131所輸出的推定電動機速度ωe與積分器132所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，一起作為推定器120的輸出值，輸出給需要該值的電動機控制裝置103的各個部位。
通過像這樣構成電動機控制裝置103，使得d軸與γ軸之間的軸誤差Δθ收斂到零，從而能夠進行穩(wěn)定的電動機控制。另外，在軸誤差Δθ維持零的情況下，d軸電流id追蹤γ軸電流指令值iγ*，q軸電流iq追蹤δ軸電流指令值iδ*。
但是，用來進行利用磁阻轉(zhuǎn)矩的最大轉(zhuǎn)矩控制的d軸電流id的計算式廣為人知，在如上所構成的電動機控制裝置103中，進行最大轉(zhuǎn)矩控制的情況下，磁通控制部116，根據(jù)下式(2)計算出γ軸電流指令值iγ*。這里，Φα是基于永磁體的電樞磁鏈(flux linkage)。
iγ*=Φa2(Lq-Ld)-Φa24(Lq-Ld)2+iδ*2---(2)]]>另外，日本特開2003-309992號公報(以下稱作專利文獻2)中，公開了用來使電動機電流的大小最小的調(diào)整電動機電流的相位的無位置傳感器控制方法。
另外，森本茂雄等所記載的論文“Position and Speed Sensorless forIPMSM Based on Estimation of Position Error”(T.IEE Japan，Vol.122-D，No.7，2002，第722頁～729頁，以下稱作非專利文獻1)中，公開了轉(zhuǎn)子位置的推定中所使用的運算用參數(shù)的誤差與位置推定誤差(軸誤差)之間的關系。另外，日本特許第3312472號公報(以下稱作專利文獻3)、日本特開2003-219682號公報(以下稱作專利文獻4)、日本特開2002-51597號公報(以下稱作專利文獻5)、以及日本特開2003-153582號公報(以下稱作專利文獻6)中，公開了利用高頻電壓以及高頻電流的注入的電動機控制技術。另外，日本特開平10-94298號公報中，公開了一種關于低速用無傳感器控制與高速用無傳感器控制的切換的技術。
為了使用上述式(2)來實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制，前提是需要將軸誤差Δθ維持為零。另外，使用上述式(1)的軸誤差Δθ的計算中，需要q軸電感Lq的值作為運算用參數(shù)(電動機參數(shù))。因此，以前為了進行最大轉(zhuǎn)矩控制，要求查找電動機1的實際的q軸電感Lq的值，直接使用該實際的q軸電感Lq的值，求出軸誤差Δθ(乃至推定轉(zhuǎn)子位置θe)。
另外，為了進行根據(jù)使用磁阻轉(zhuǎn)矩的最大轉(zhuǎn)矩控制等的高效運轉(zhuǎn)，從上述式(2)可以得知，需要在電動機中流通對應于q軸電流iq的d軸電流id。因此，為了進行這樣的高效運轉(zhuǎn)，需要逐次計算γ軸電流指令值iγ*。
另外，用來進行最大轉(zhuǎn)矩控制等的γ軸電流指令值iγ*的運算式中，存在有多個真值不明的多個電動機參數(shù)，如果γ軸電流指令值iγ*的計算中所使用的該電動機參數(shù)(計算用參數(shù))與真的電動機參數(shù)之間有誤差，就無法進行所期望的電動機控制。因此，需要進行用來盡量縮小該誤差的調(diào)整，但對于多個電動機參數(shù)的調(diào)整并不容易，該調(diào)整需要很多時間。
如上所述，以前的電動機控制裝置中，進行最大轉(zhuǎn)矩控制時，第1，需要用來將軸誤差Δθ維持為0的(用來推定轉(zhuǎn)子位置)參數(shù)的調(diào)整。
第2，γ軸電流指令值iγ*的運算式(2)中所使用的參數(shù)也需要調(diào)整。
第3，需要逐次進行需復雜的計算的γ軸電流指令值iγ*的計算。
轉(zhuǎn)子位置推定用參數(shù)調(diào)整與γ軸電流指令值iγ*計算用的參數(shù)調(diào)整分別進行，需要相應的調(diào)整時間。另外，轉(zhuǎn)子位置推定用參數(shù)調(diào)整中的誤差與γ軸電流指令值iγ*計算用參數(shù)調(diào)整中的誤差互相影響，使得調(diào)整變得更加困難。另外，因調(diào)整困難所引起的參數(shù)的最佳化很難實現(xiàn)，其結果是，很難實現(xiàn)電動機的最佳驅(qū)動。
另外，上述專利文獻1與2以及上述非專利文獻1所記載的技術中，無法解決上述問題。另外，專利文獻2中，使用Δθ≈0的計算，因此Δθ越大，推定精度就越低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種有助于用來得到最大轉(zhuǎn)矩控制等的運算用參數(shù)的調(diào)整的容易化，及/或計算量的削減的電動機控制裝置。另外，還在于提供一種具有這樣的電動機控制裝置的電動機驅(qū)動系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的相關第1電動機控制裝置，在將與構成轉(zhuǎn)子的永磁體所產(chǎn)生的磁通平行的軸設為d軸，將對應于d軸的控制上的推定軸設為γ軸，將比d軸超前90度電角(electrical angle)的軸設為q軸的情況下，具備將對應于有凸極性的電動機的q軸電感的值，用作運算用參數(shù)，推定上述電動機的轉(zhuǎn)子位置的推定器；以及根據(jù)所推定的上述轉(zhuǎn)子位置，控制上述電動機的控制部，上述推定器，將上述電動機的實際的q軸電感與實際的d軸電感之間的值，采用為上述運算用參數(shù)的值之后，進行上述轉(zhuǎn)子位置的推定，通過這樣在d軸與γ軸之間產(chǎn)生偏差。
具體例如，上述控制部，控制上述電動機，使得供給上述電動機的電動機電流的γ軸成分保持為零或零附近的給定值。
如上所述，推定裝置位置時，對應q軸電感的運算用參數(shù)，不使用實際的q軸電感，而使用實際的q軸電感與實際的d軸電感之間的值，通過這樣，有意在d軸與γ軸之間產(chǎn)生偏差。雖然為了進行最大轉(zhuǎn)矩控制等，需要將對應于d軸電流的q軸電流供給電動機，但由于產(chǎn)生了如上所述的偏差，因此即使電動機電流的γ軸成分保持為零或零附近的給定值，也會流通對應于實際的q軸電流的值的d軸電流。
也即，如果采用上述構成，不需要逐次計算必要的電動機電流的γ軸成分的值，只通過將該γ軸成分設為零或零附近的給定值，就能夠?qū)崿F(xiàn)d軸電流的必要最大轉(zhuǎn)矩控制等。
另外，圖21以及圖22所示的以往例中，需要轉(zhuǎn)子位置推定用運算用參數(shù)的調(diào)整，以及用來進行最大轉(zhuǎn)矩控制的運算用參數(shù)的調(diào)整，但如果采用上述構成，就能夠?qū)⒂脕磉M行最大轉(zhuǎn)矩控制等的這些運算用參數(shù)的調(diào)整，與對應于q軸電感的運算用參數(shù)的調(diào)整統(tǒng)一起來。也即，能夠期待用來得到最大轉(zhuǎn)矩控制的運算用參數(shù)的調(diào)整的容易化，實現(xiàn)調(diào)整時間的削減。另外，由于不需要逐次計算電動機電流的γ軸成分的值，因此還實現(xiàn)了用于最大轉(zhuǎn)矩控制等的計算量的削減。
具體例如，在將比上述γ軸超前90度電角的軸設為δ軸的情況下，上述推定器對應于上述轉(zhuǎn)子位置的推定，還推定上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；上述控制部，具有電流指令計算部，其生成上述電動機電流的γ軸成分以及δ軸成分應當追蹤的γ軸電流指令值以及δ軸電流指令值，使得所推定的上述轉(zhuǎn)速追蹤外部所賦予的電動機速度指令值；上述電流指令計算部，不管上述δ軸電流指令值的值如何，均將上述γ軸電流指令值保持為上述給定值，通過這樣，與上述電動機電流的δ軸成分的值無關，讓上述電動機電流的γ軸成分保持上述給定值。
另外，例如在將上述電動機電流的γ軸成分設為上述給定值，并且給上述電動機作用給定的負載轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)下，將上述運算用參數(shù)的值，設為讓上述電動機電流的大小為最小值的值。
通過這樣，能夠得到最大轉(zhuǎn)矩控制或近似于最大轉(zhuǎn)矩控制的控制。
另外，例如在將上述電動機電流的γ軸成分設為上述給定值，并且給上述電動機作用給定的負載條件的狀態(tài)下，將上述運算用參數(shù)的值，設為讓上述電動機中的損耗為最小值的值。
通過這樣，能夠得到最大效率控制或近似于最大效率控制的控制。
另外，例如在設上述電動機的實際的q軸電感以及實際的d軸電感，分別為Lq與Ld，作為上述運算用參數(shù)的q軸電感為L的情況下，上述推定器，使用滿足Ld≤L＜(Ld+Lq)/2的L，進行上述轉(zhuǎn)子位置的推定。
另外，例如上述運算用參數(shù)的值可以為固定值。
通過這樣，運算用參數(shù)的調(diào)整更加容易。
另外，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的相關第2電動機控制裝置，在這種進行電動機的控制的電動機控制裝置中，其特征在于在將方向與實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制時的電流矢量的方向相一致的旋轉(zhuǎn)軸或相位比該旋轉(zhuǎn)軸更超前的旋轉(zhuǎn)軸設為qm軸，將與該qm軸正交的旋轉(zhuǎn)軸設為dm軸的情況下，將上述電動機中所流通的電動機電流，分解為平行于上述qm軸的qm軸成分與平行于上述dm軸的dm軸成分，進行上述電動機的控制。
采用上述構成，也能夠期待運算用參數(shù)的調(diào)整的容易化等。
具體例如，上述第2電動機控制裝置中，具有推定上述電動機的轉(zhuǎn)子位置的推定器，以及根據(jù)所推定的上述轉(zhuǎn)子位置控制上述電動機的控制部；在將與構成轉(zhuǎn)子的永磁體所產(chǎn)生的磁通平行的軸設為d軸，將對應于d軸的控制上的推定軸設為γ軸，將比γ軸超前90度電角的軸設為δ軸的情況下，上述控制部進行上述電動機的控制，使得上述γ軸以及上述δ軸，分別追蹤上述dm軸以及上述qm軸。
另外，例如上述第2電動機控制裝置中，上述控制部，控制上述電動機，使得上述電動機電流的γ軸成分保持為零或零附近的給定值。
通過這樣，由于不需要逐次計算電動機電流的γ軸成分的值，因此能夠削減用于最大轉(zhuǎn)矩控制等的運算量。
另外，例如上述第2電動機控制裝置中，上述推定器，使用上述qm軸與上述δ軸之間的軸誤差，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
另外，例如上述第2電動機控制裝置中，在將比上述d軸超前90度電角的軸設為q軸的情況下，上述推定器，使用在將上述電動機中所產(chǎn)生的q軸上的感應電壓的矢量分解為qm軸上的感應電壓矢量與dm軸上的感應電壓矢量的情況下的qm軸上的感應電壓矢量，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
這樣，例如上述第2電動機控制裝置中，上述推定器使用上述qm軸上的感應電壓矢量的γ軸成分與δ軸成分，或使用上述qm軸上的感應電壓矢量的γ軸成分，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
另外，例如上述第2電動機控制裝置中，上述推定器，使用在將上述電動機的d軸上的磁鏈的矢量分解為qm軸上的磁鏈矢量與dm軸上的磁鏈矢量的情況下的dm軸上的磁鏈矢量，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
這樣，例如上述第2電動機控制裝置中，上述推定器使用上述dm軸上的磁鏈矢量的γ軸成分與δ軸成分，或使用上述dm軸上的磁鏈矢量的δ軸成分，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
另外，例如上述第2電動機控制裝置中，上述控制部，具有使用上述推定器所推定的上述轉(zhuǎn)子位置，將上述電動機電流的給定的固定軸成分變換成γ軸成分與δ軸成分的坐標變換器；上述推定器，根據(jù)從上述坐標變換器所得到的上述電動機電流的γ軸成分與δ軸成分，推定上述電動機電流的qm軸成分與dm軸成分；使用通過推定所得到的上述電動機電流的qm軸成分以及dm軸成分，與從上述坐標變換器所得到的上述電動機電流的γ軸成分以及δ軸成分之間的誤差電流，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
另外，例如上述第2電動機控制裝置中，還具有給用來驅(qū)動上述電動機的驅(qū)動電壓，疊加與該驅(qū)動電壓頻率不同的疊加電壓的疊加部；上述推定器，能夠執(zhí)行根據(jù)對應于上述疊加電壓的疊加在上述電動機中流通的疊加電流，推定上述轉(zhuǎn)子位置的第1推定處理。
如果疊加高頻旋轉(zhuǎn)電壓等疊加電壓，根據(jù)因該疊加所流通的疊加電流推定轉(zhuǎn)子位置，特別是在低速旋轉(zhuǎn)時或旋轉(zhuǎn)停止時，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的無傳感器控制。
另外，例如上述第2電動機控制裝置中，上述推定器，還能夠執(zhí)行根據(jù)上述電動機電流中含有的對應于上述驅(qū)動電壓的驅(qū)動電流，推定上述轉(zhuǎn)子位置的第2推定處理；對應于表示上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的速度信息，在上述第1推定處理與上述第2推定處理中切換實際所執(zhí)行的推定處理。
通過這樣，能夠在大速度范圍中實現(xiàn)良好的無傳感器控制。
具體例如，上述推定器，具有根據(jù)上述疊加電流，計算出上述qm軸與上述δ軸之間的軸誤差作為第1候補軸誤差的第1候補軸誤差計算部，與根據(jù)上述驅(qū)動電流，計算出上述qm軸與上述δ軸之間的軸誤差作為第2候補軸誤差的第2候補軸誤差計算部；上述轉(zhuǎn)子位置的推定中所使用的信息，對應于上述速度信息，在上述第1候補軸誤差與上述第2候補軸誤差之間進行切換，通過這樣進行上述第1推定處理與上述第2推定處理的切換。
另外，具體例如，上述推定器，具有根據(jù)上述疊加電流，計算出上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速作為第1候補速度的第1候補速度計算部，與根據(jù)上述驅(qū)動電流，計算出上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速作為第2候補速度的第2候補速度計算部；上述轉(zhuǎn)子位置的推定中所使用的信息，對應于上述速度信息，在上述第1候補速度與上述第2候補速度之間進行切換，通過這樣進行上述第1推定處理與上述第2推定處理的切換。
另外，具體例如，上述推定器，具有根據(jù)上述疊加電流，計算出作為應當推定的上述轉(zhuǎn)子位置的候補的第1候補位置的第1候補位置計算部，與根據(jù)上述驅(qū)動電流，計算出作為應當推定的上述轉(zhuǎn)子位置的候補的第2候補位置的第2候補位置計算部；上述轉(zhuǎn)子位置的推定中所使用的信息，對應于上述速度信息，在上述第1候補位置與上述第2候補位置之間進行切換，通過這樣進行上述第1推定處理與上述第2推定處理的切換。
另外，例如，上述推定器，在上述第1推定處理與上述第2推定處理之間切換實際所執(zhí)行的推定處理時，對應于上述速度信息，或?qū)趶那袚Q開始的經(jīng)過時間，通過增加了雙方的推定處理的推定結果的推定處理，讓實際所執(zhí)行的推定處理從一方的推定處理向另一方的推定處理轉(zhuǎn)移。
通過這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的推定處理切換。
另外，具體例如，上述疊加電壓的旋轉(zhuǎn)坐標軸上的電壓矢量軌跡，形成具有以d軸為基準的對稱性的圖形。
另外，具體例如，上述推定器在通過上述第1推定處理推定上述轉(zhuǎn)子位置時，使用形成上述疊加電流的矢量的正交2軸成分中的至少1軸成分，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
另外，具體例如，上述推定器具有將上述疊加電流的矢量坐標旋轉(zhuǎn)上述dm軸與上述d軸之間的相位差的坐標旋轉(zhuǎn)部，在通過上述第1推定處理推定上述轉(zhuǎn)子位置時，使用形成通過該坐標旋轉(zhuǎn)所得到的電流矢量的正交2軸成分中的至少1軸成分，推定上述qm軸與上述δ軸之間的軸誤差，使用該軸誤差推定上述轉(zhuǎn)子位置。
另外，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，具有電動機；驅(qū)動上述電動機的逆變器；以及通過控制上述逆變器來控制上述電動機的如上所述的任一種電動機控制裝置。
如上所述，本發(fā)明的相關電動機控制裝置以及電動機驅(qū)動系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)用來得到最大轉(zhuǎn)矩控制等的運算用參數(shù)的調(diào)整的容易化。另外，還能夠?qū)崿F(xiàn)運算量的削減。


圖1為表示本發(fā)明的第1實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的概要構成的方框圖。
圖2為本發(fā)明的第1實施方式的相關電動機的解析模型圖。
圖3為圖1的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。
圖4為圖3的位置/速度推定器的內(nèi)部方框圖。
圖5為表示γ軸電流為零的條件下的與最大轉(zhuǎn)矩控制相一致的q軸電流與作為計算用參數(shù)的q軸電感之間的關系的圖。
圖6為用來比較理想的最大轉(zhuǎn)矩控制與圖1的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中的控制的圖。
圖7為表示γ軸電流為零的條件下的作為運算用參數(shù)的q軸電感與電動機電流之間的關系的圖。
圖8為說明圖1的電動機的動作的矢量圖。
圖9為表示圖3的位置/速度推定器的變形例的圖。
圖10為表示本發(fā)明的第2實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的概要構成的方框圖。
圖11為本發(fā)明的第2實施方式的相關電動機的解析模型圖。
圖12為本發(fā)明的第2實施方式的相關電動機的解析模型圖。
圖13為表示圖10的電動機中流通的電動機電流的電流軌跡之一例的圖。
圖14為圖10的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。
圖15為表示圖14的位置/速度推定器的內(nèi)部方框圖。
圖16為表示本發(fā)明的第2實施方式的相關各個電感的qm軸電流依賴性的曲線圖。
圖17為用來比較理想的最大轉(zhuǎn)矩控制與圖10的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中的控制的圖。
圖18為表示圖15的軸誤差推定部的內(nèi)部構成例的圖。
圖19為表示本發(fā)明的第3實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。
圖20為表示本發(fā)明的第4實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。
圖21為以前的電動機控制裝置的結構方框圖。
圖22為表示圖21的位置/速度推定器的內(nèi)部方框圖。
圖23為用來說明圖21的電動機的動作的矢量圖。
圖24為表示本發(fā)明的第5及第6實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。
圖25為例示由圖24的疊加電壓生成部所生成的疊加電壓的電壓矢量軌跡的圖。
圖26為表示因圖25所示的疊加電壓的疊加而在電動機中流通的疊加電流的電流矢量軌跡的圖。
圖27為表示因圖25所示的疊加電壓的疊加而在電動機中流通的疊加電流的γ軸成分與δ軸成分的積以及該積的直流成分的圖。
圖28為表示因圖25所示的疊加電壓的疊加而在電動機中流通的疊加電流的γ軸成分與δ軸成分的積以及該積的直流成分的圖。
圖29為能夠用作圖24的位置/速度推定器的推定器的內(nèi)部方框圖。
圖30為圖29的軸誤差推定部的內(nèi)部方框圖。
圖31為圖30的軸誤差計算部的內(nèi)部方框圖。
圖32為表示根據(jù)圖30的坐標旋轉(zhuǎn)部的坐標旋轉(zhuǎn)的前后的電流矢量軌跡例的圖(圓形的旋轉(zhuǎn)電壓疊加時)。
圖33為表示根據(jù)圖30的坐標旋轉(zhuǎn)部的坐標旋轉(zhuǎn)的前后的電流矢量軌跡例的圖(橢圓的旋轉(zhuǎn)電壓疊加時)。
圖34為表示根據(jù)圖30的坐標旋轉(zhuǎn)部的坐標旋轉(zhuǎn)的前后的電流矢量軌跡例的圖(交變電壓疊加時)。
圖35為本發(fā)明的第6實施方式的相關位置/速度推定器的內(nèi)部方框圖(第1推定器例)。
圖36為用來說明圖35的切換處理部的功能的圖。
圖37為說明通過圖35的切換處理部所進行的加權平均處理的圖。
圖38為說明通過圖35的切換處理部所進行的加權平均處理的圖。
圖39為本發(fā)明的第6實施方式的相關位置/速度推定器的內(nèi)部方框圖(第2推定器例)。
圖40為本發(fā)明的第6實施方式的相關位置/速度推定器的內(nèi)部方框圖(第3推定器例)。
具體實施例方式
《第1實施方式》下面對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。首先，對本發(fā)明的第1實施方式進行說明。圖1為第1實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的方框結構圖。1為將永磁體設定為轉(zhuǎn)子(未圖示)，將電樞線圈設定為定子(未圖示)的三相永磁同步電動機1(以下簡稱作“電動機1”)。電動機1是以埋入磁體式同步電動機為代表的凸極電機(具有凸極性的電動機)。
2為PWM(Pulse Width modulation)逆變器，對應于電動機1的轉(zhuǎn)子位置給電動機1供給U相、V相以及W相所構成的三相交流電壓。設供給該電動機1的電壓為電動機電壓(電樞電壓)Va，從逆變器2供給電動機1的電流為電動機電流(電樞電流)Ia。
3為電動機控制裝置(無位置傳感器控制裝置)，使用電動機電流Ia推定電動機1的轉(zhuǎn)子位置等，將用來讓電動機1以所期望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的信號輸出給PWM逆變器2。該所期望的轉(zhuǎn)速，作為電動機速度指令值ω*，從未圖示的CPU(中央處理裝置Central Processing Unit)等供給到電動機控制裝置3。
圖2為電動機1的解析模型圖。以下的說明中，電樞線圈是指設置在電動機1中的線圈。圖2中示出了U相、V相、W相的電樞線圈固定軸。1a為構成電動機1的轉(zhuǎn)子的永磁體。在以與永磁體1a所產(chǎn)生的磁通相同的速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標系中，設永磁體1a所產(chǎn)生的磁通的方向為d軸，對應d軸的控制上的推定軸為γ軸。另外，雖然未圖示，但從d軸超前90度電角的相位為q軸，從γ軸超前90度電角的相位得到推定軸的δ軸。對應實軸的旋轉(zhuǎn)坐標系是選擇d軸與q軸作為坐標軸的坐標系，其坐標軸稱作d-q軸。控制上的旋轉(zhuǎn)坐標系(推定旋轉(zhuǎn)坐標系)為將γ軸與δ軸選擇為坐標軸的坐標系，其坐標軸稱作γ-δ軸。
d-q軸進行旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速稱作實電動機速度ω。γ-δ軸也旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速稱作推定電動機速度ωe。另外，在某個瞬間正在旋轉(zhuǎn)的d-q軸中，d軸的相位以U相的電樞線圈固定軸為基準，通過θ(實際轉(zhuǎn)子位置θ)來表示。同樣，在某個瞬間正在旋轉(zhuǎn)的γ-δ軸中，γ軸的相位以U相的電樞線圈固定軸為基準，通過θe(推定轉(zhuǎn)子位置θe)來表示。這樣，d軸與γ軸之間的軸誤差Δθ(d-q軸與γ-δ軸的軸誤差Δθ)，通過Δθ＝θ-θe來表示。
下面的說明中，電動機電壓Va的γ軸成分、δ軸成分、d軸成分以及q軸成分，分別通過γ軸電壓Vγ、δ軸電壓Vδ、d軸電壓Vd以及q軸電壓Vq來表示，電動機電流Ia的γ軸成分、δ軸成分、d軸成分以及q軸成分，分別通過γ軸電流iγ、δ軸電流iδ、d軸電流id以及q軸電流iq來表示。
此外，在以下的描述中，Ra為電動機電阻(電動機1的電樞線圈的電阻值)，Ld、Lq分別為d軸電感(電機1的電樞線圈的電感的d軸成分)、q軸電感(電動機1的電樞線圈的電感的q軸成分)，Φa為永磁體1a所引起的電樞磁鏈。另外，Ld、Lq、Ra以及Φa為電動機驅(qū)動系統(tǒng)的制造時所確定的值，這些值在電動機控制裝置的運算中被使用。此外，在以后所示的各式中，s表示為拉普拉斯運算符。
圖3為詳細說明圖1的電動機控制裝置3的內(nèi)部構成的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。電動機控制裝置3具有電流檢測器1、坐標變換器12、減法器13、減法器14、電流控制部15、磁通控制部16、速度控制部17、坐標變換器18、減法器19、以及位置/速度推定器20(以下簡稱作“推定器20”)。構成電動機控制裝置3的各個部位，根據(jù)需要能夠自由應用控制裝置3內(nèi)所生成的所有值。
電流檢測器11，例如由霍爾元件等構成，檢測出作為從PWM逆變器2供給電動機1的電動機電流Ia的固定軸成分的U相電流iu以及V相電流iv。坐標變換器12接收來自電流檢測器11的U相電流iu以及V相電流iv的檢測結果，使用推定器20所供給的推定轉(zhuǎn)子位置θe，將其變換成γ軸電流iγ以及δ軸電流rδ。該變換使用下式(3)。
iγiδ=2sin(θe+π/3)sinθecos(θe+π/3)cosθeiuiv---(3)]]>推定器20推定出推定轉(zhuǎn)子位置θe以及推定電動機速度ωe并輸出。關于推定轉(zhuǎn)子位置θe以及推定電動機速度ωe的推定方法，將在后面詳細說明。
減法器19從電動機速度指令值ω*中減去來自推定器20的推定電動機速度ωe，輸出該減法結果(速度誤差)。速度控制部17，根據(jù)減法器19的減法結果(ω*-ωe)，生成δ軸電流指令值iδ*。該δ軸電流指令值iδ*，表示作為電動機電流Ia的δ軸成分的δ軸電流iδ所應當追蹤的電流的值。磁通控制部16，輸出γ軸電流指令值iγ*。該γ軸電流指令值iγ*，表示作為電動機電流Ia的γ軸成分的γ軸電流iγ所應當追蹤的電流的值。與位置/速度推定器20之間的關系將在后面詳細說明，但該γ軸電流指令值iγ*在本實施方式中維持“0”。
減法器13從磁通控制部16所輸出的γ軸電流指令值iγ*中減去坐標變換器12所輸出的γ軸電流iγ，計算出電流誤差(iγ*-iγ)。減法器14從速度控制部17所輸出的δ軸電流指令值iδ*中減去坐標變換器12所輸出的δ軸電流iδ，計算出電流誤差(iδ*-iδ)。
電流控制部15接收減法器13、14所計算出的各個電流誤差、來自坐標變換器12的γ軸電流iγ與δ軸電流iδ、以及來自推定器20的推定電動機速度ωe，輸出γ軸電壓指令值vγ*與δ軸電流指令值vδ*，使得γ軸電流iγ追蹤γ軸電流指令值iγ*，并且δ軸電流iδ追蹤δ軸電流指令值iδ*。
坐標變換器18，根據(jù)推定器20所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，進行γ軸電壓指令值vγ*與δ軸電壓指令值vδ*的逆變換，生成表示電動機電壓Va的U相成分、V相成分以及W相成分的U相電壓指令值Vu*、V相電壓指令值Vv*、W相電壓指令值Vw*所構成的三相電壓指令值，將其輸出給PWM逆變器2。該逆變換中，使用以下的兩個等式所構成的式(4)vu*vv*=23cosθe-sinθecos(θe-2π/3)-sin(θe-2π/3)vγ*vδ*---(4)]]>vw*＝-(vu*+vv*)PWM逆變器2根據(jù)表示應當加載給電動機1的電壓的三相電壓指令值(Vu*、Vv*、Vw*)，生成脈沖寬度調(diào)制后的信號，將對應于該三相電壓指令值的電動機電流Ia供給電動機1，驅(qū)動電動機1。
圖4中示出了推定器20的內(nèi)部構成之一例。圖4的推定器20，具有軸誤差推定部30、比例積分計算器31、以及積分器32。
軸誤差推定部30計算出軸誤差Δθ’。該軸誤差Δθ’根據(jù)后述的說明可以得知，與軸誤差Δθ不同。圖22的軸誤差推定部130，使用上述式(1)計算出軸誤差Δθ，但圖4的軸誤差推定部30，使用下述式(5)計算出Δθ’。
Δθ′=tan-1(-(vγ*-(Ra+Lds)iγ+ωeLiδ)vδ*-(Ra+Lds)iδ-ωeLiγ)---(5)]]>式(5)中，將上述式(1)中的Δθ以及Lq，分別替換成了Δθ’與L。因此，軸誤差推定部30，將L作為推定轉(zhuǎn)子位置時的對應q軸電感的運算用參數(shù)進行處理，推定軸誤差Δθ’。關于該運算用參數(shù)L值的設定方法以及與該設定方法的關系中的軸誤差Δθ’的意義，將在后面詳細說明。
比例積分運算器31用來實現(xiàn)PLL(Phases Locked Loop)，與構成電動機控制裝置3的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度ωe，使得軸誤差推定部30所計算出的軸誤差Δθ’收斂到零。積分器32對比例積分運算器31所輸出的推定電動機速度ωe進行積分，計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe。比例積分運算器31所輸出的推定電動機速度ωe與積分器32所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，均作為推定器20的輸出值，發(fā)送給需要該值的電動機控制裝置3的各個部位。
在假設使用q軸電感的真值(實際的值)作為式(5)中的L的情況下，也即，在L＝Lq的情況下，Δθ’＝Δθ，通過基于比例積分運算器31等的PLL控制，使得軸誤差Δθ’(＝Δθ)收斂到零(也即與圖21的構成相同的控制)。但是，本實施方式的特征點在于，運算用參數(shù)L被設為滿足下式(6)。也即，將電動機1的實際的q軸電感(也即Lq)與實際的d軸電感(也即Ld)間的值，采用為對應q軸電感的運算用參數(shù)的基礎上，進行軸誤差的計算。另外，當然滿足Ld＜Lq。
Ld≤L＜Lq…(6)另外，最好設定運算用參數(shù)L使其滿足下式(7)。
Ld≤L＜(Ld+Lq)/2 …(7)通過將如上所設定的L作為對應q軸電感的運算用參數(shù)所得到的軸誤差Δθ’，與軸誤差Δθ當然不同。因此，即使進行PLL控制，使得軸誤差Δθ’收斂到零，d軸與γ軸之間也會產(chǎn)生偏差(非零的軸誤差)。
本實施方式中，有意產(chǎn)生該偏差，積極利用該偏差，使得磁通控制部16所輸出的γ軸電流指令值iγ*為零，通過這樣，進行近似最大轉(zhuǎn)矩控制的控制。下面對該控制進行研究。
首先，如上述非專利文獻1中所示，轉(zhuǎn)子位置的推定(也即推定轉(zhuǎn)子位置θe的計算)中所使用的計算用參數(shù)的誤差與位置推定誤差(軸誤差)的關系，如下式(8)所述。這里，Ra’為用于轉(zhuǎn)子位置的推定的運算式中所使用的作為運算用參數(shù)的電動機電阻的值，(Ra-Ra’)表示該運算用參數(shù)與真的電動機電阻Ra之間的誤差。Lq’表示用于轉(zhuǎn)子位置的推定的運算式中所使用的作為運算用參數(shù)的q軸電感的值，(Lq-Lq’)表示該運算用參數(shù)與真的q軸電感之間的誤差。
Ra-Ra′ωiγ-(Lq-Lq′)iδ---(8)]]>=sinΔθ{Φa+(Ld-Lq)(iγcosΔθ+iδsinΔθ)}]]>現(xiàn)在，設Lq’＝L。也即，在推定轉(zhuǎn)子位置時，積極地給出相當于(Lq-L)的誤差。使用上述式(5)推定軸誤差Δθ’，相當于積極給出相當于(Lq-L)的誤差并推定軸誤差。另外，假設(Ra-Ra’)為零。另外，如上所述，還考慮將γ軸電流iγ應當追蹤的γ軸電流指令值iγ*設為零的情況。也即，式(8)中，設為iγ＝0。這樣，式(8)如下式(9)進行變形。
idid2+iq2{Φa+(Ld-Lq)id}+(Lq-L)id2+iq2=0---(9)]]>之后，將與最大轉(zhuǎn)矩控制相一致的d軸電流id的式子(10)代入到式(9)中，求解L便得到下式(11)。另外，式(10)是一般公知的式子，如果對應于q軸電流iq將滿足式(10)的d軸電流id供給電動機1，便得到最大轉(zhuǎn)矩控制。
id=Φa2(Lq-Ld)-Φa24(Lq-Ld)2+iq2---(10)]]>L=Lq+-2(Lq-Ld)3iq2Φa2-ΦaΦa2+4(Ld-Lq)2iq2+4(Ld-Lq)2iq2---(11)]]>從式(11)的導出方法可以得知，式(11)所表示的L，表示在將γ軸電流指令值iγ*設為零的情況下，為了得到理想的最大轉(zhuǎn)矩控制，軸誤差推定部30所應當采用的作為運算用參數(shù)的q軸電感值。
式(11)中所示的L，為q軸電流iq的函數(shù)。下面，為了說明的具體化，列舉出Φa＝0.2411[Vs/rad]、Ld＝0.003[H]、Lq＝0.008[H]的數(shù)值例，進行說明。這種情況下的iq與L的關系，如圖5的曲線60所示。在γ軸電流指令值iγ*被設為零的情況下，與最大轉(zhuǎn)矩控制相一致的L的值，在1[A]≤iq≤40[A]中，大概處于0.003[H]至0.0042[H]的范圍內(nèi)。也即，可知在將γ軸電流指令值iγ*設為零的情況下，與最大轉(zhuǎn)矩控制相一致的L的值，相對Lq(這種情況下為0.008[H])更多存在于Ld(這種情況下為0.003[H])側(cè)。
著眼于這一點，本實施方式中，采用滿足上述式(6)或(7)的運算用參數(shù)L，并且將γ軸電流指令值iγ*設為零，通過這樣來實現(xiàn)接近最大轉(zhuǎn)矩控制的控制。例如，上述數(shù)值例下，將與iq無關的運算用參數(shù)L固定為L＝0.0039[H]的情況下，電動機1中所流通的d軸電流id與q軸電流iq之間的關系，通過圖6的虛線62表示。實線61是表示進行理想的最大轉(zhuǎn)矩控制的情況下的d軸電流id與q軸電流iq之間的關系的曲線，但從圖6可以得知，虛線62與實線61是非常類似的曲線。
盡管iγ*＝0，但仍流通對應于q軸電流iq的d軸電流id，是因為采用滿足上述式(6)或(7)的運算用參數(shù)L，作為對應于q軸電感的運算用參數(shù)，所引起的在d軸與γ軸之間產(chǎn)生偏差。另外，圖5的曲線60中，在iq＝30[A]時，L＝0.0039[H]，因此當然實線61與虛線62在iq＝30[A]處相交叉。
另外，為了說明的具體化，而對將γ軸電流指令值iγ*設為零的例子進行了說明，但γ軸電流指令值iγ*的值不需要嚴格地為零，只要是零附近的值就可以(也即只要iγ*≈0就可以)。換而言之，在討論γ軸電流指令值iγ*的值的情況下的“零”，應當解釋為具有某個程度的幅度的“實質(zhì)的零”。這是由于即使iγ*并不嚴密地為零，但只要是實質(zhì)上能夠看作零的程度，就能夠得到接近最大轉(zhuǎn)矩控制的控制。
運算用參數(shù)L的值，應當實現(xiàn)上述的近似最大轉(zhuǎn)矩控制的控制，從滿足上述式(6)或式(7)的范圍內(nèi)選擇。具體地說，通過將γ軸電流指令值iγ*設為零或零附近的給定值，將γ軸電流iγ設為該給定值并給電動機1賦予給定的負載轉(zhuǎn)矩。之后，在該狀態(tài)下，從滿足上述式(6)或式(7)的范圍內(nèi)選擇使得電動機電流Ia的大小最小的運算用參數(shù)L的值。在iγ*≈0的條件下，使得電動機電流Ia的大小為最小值的L的值，如圖7所示，存在于Ld與Lq之間，即使Φa、Ld、Lq的值采用各種各樣的值，這樣的L也滿足上述式(7)。
在iγ*≈0的條件下，選擇使電動機電流Ia的大小為最小值的L的值時，該給定的負載轉(zhuǎn)矩中，其L變?yōu)槔硐雽崿F(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制的運算用參數(shù)。另外，這樣的運算用參數(shù)L的值，在設計階段便被調(diào)查、設定。
這樣，通過事先適當設定作為轉(zhuǎn)子位置的推定中所使用的運算用參數(shù)的q軸電感的值，不需要逐次計算iγ*，通過讓iγ*≈0就能夠?qū)崿F(xiàn)接近最大轉(zhuǎn)矩控制的控制。因此，首先得到了用于最大轉(zhuǎn)矩控制的計算量的削減效果。另外，圖21以及圖22所示的以往例中，需要轉(zhuǎn)子位置推定用運算用參數(shù)的調(diào)整，以及用來進行最大轉(zhuǎn)矩控制的運算用參數(shù)的調(diào)整，但本實施方式中，只通過調(diào)整轉(zhuǎn)子位置推定用運算用參數(shù)L，就能夠得到接近最大轉(zhuǎn)矩控制的控制。通過這樣，極大地削減了調(diào)整所需要的時間，提高了時間的效率。
另外，以上對運算用參數(shù)L與q軸電流iq的值無關，設為固定值(上述例子中，L＝0.0039[H])的例子進行了說明，但運算用參數(shù)L也可以對應于q軸電流iq的值(對應于δ軸電流指令值iδ*的值)進行變化。例如，如圖5的曲線60上所示，如果運算用參數(shù)L對應于q軸電流iq的值(對應于δ軸電流指令值iδ*的值)進行變化，則即使iγ*≈0，也能夠得到理想的最大轉(zhuǎn)矩控制(這種情況下，圖6中的實線61與虛線62完全重疊)。另外，怎樣對應于q軸電流iq的值(對應于δ軸電流指令值iδ*的值)來設定運算用參數(shù)L，可以在設計階段預先研究。
另外，得到最大轉(zhuǎn)矩控制或近似最大轉(zhuǎn)矩控制的控制的方法如上所述，但根據(jù)運算用參數(shù)L的設定方法，還能夠得到利用了磁阻轉(zhuǎn)矩的其他控制。
例如，通過將γ軸電流指令值iγ*設為零或零附近的給定值，能夠?qū)ⅵ幂S電流iγ設為該給定值并將給定的負載條件發(fā)送給電動機1。之后，在該狀態(tài)下，從滿足上述式(6)或式(7)的范圍內(nèi)選擇使得電動機1中的損耗(銅損以及鐵損)最小的運算用參數(shù)L的值。在iγ*≈0的條件下讓損耗為最小值的L的值，與最大轉(zhuǎn)矩控制中的情況下相同，存在于Ld與Lq之間，即使Φa、Ld、Lq的值采用各種各樣的值，這樣的L也滿足上述式(7)。
iγ*≈0的條件下，選擇使損耗為最小值的L的值時，在該給定的負載條件下，該L成為實現(xiàn)最大效率控制的運算用參數(shù)。另外，這樣的運算用參數(shù)L的值，在設計階段被研究并被設定。另外，上述的“給定負載條件”是指例如電動機1以給定的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)的條件，或給電動機1加載給定的負載轉(zhuǎn)矩的條件。
另外，電流控制部15使用下面的兩個等式所構成的式(12a)與(12b)進行必要的運算。另外，速度控制部17以及比例積分運算器31，分別使用下式(13)以及(14)，進行必要的運算。
vγ*=(Kcp+Kcis)(iγ*-iγ)-ωeLqiδ---(12a)]]>vδ*=(Kcp+Kcis)(iδ*-iδ)+ωe(Ldiγ+Φa)---(12b)]]>iδ*＝(Ksp+Ksi/s)·(ω*-ωe) …(13)ωe＝(Kp+Ki/s)·Δθ’ …(14)這里，Kcp、Ksp以及Kp是比例系數(shù)，Kci、Ksi、以及Ki是積分系數(shù)，它們均為電動機驅(qū)動系統(tǒng)的設計時預先設定的值。
根據(jù)上述的推定器20的轉(zhuǎn)子位置的推定方法之一例，可以采用各種推定方法。在進行轉(zhuǎn)子位置的推定(也即推定轉(zhuǎn)子位置θe的計算)時，可以采用任意的推定方法，只要是使用對應于電動機1的q軸電感的運算用參數(shù)的推定方法就可以。
例如，可以使用上述非專利文獻1中所記載的方法來推定轉(zhuǎn)子位置。上述非專利文獻1中，使用下式(15)計算出軸誤差Δθ。在使用本實施方式中的符號以及記號的情況下，eγ以及eδ，分別表示因電動機1的旋轉(zhuǎn)與根據(jù)永磁體1a的電樞磁鏈Φa所產(chǎn)生的感應電壓的γ軸成分以及δ軸成分。另外，s為拉普拉斯運算符，g為干擾觀測器(外亂オブザ一バ(observer))的增益。
Δθ=tan-1(-eγeδ)]]>=tan-1-gs+g(vγ+ωeLqiδ-(Lds+Ra)iγ)gs+g(vδ-ωeLqiγ-(Lds+Ra)iδ)---(15)]]>在將式(15)所示的根據(jù)感應電壓推定軸誤差的方法應用于圖4的軸誤差推定部30中的情況下，軸誤差推定部30可以使用下式(16)計算出軸誤差Δθ’。式(16)中，將上述式(15)中的Δθ以及Lq，分別替換成了Δθ’與L。這樣，與圖4的構成相同，如果為了使該軸誤差Δθ’收斂到零，而由比例積分運算器31計算出推定電動機速度ωe并且由積分器32計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe，便在d軸與γ軸之間產(chǎn)生偏差。
Δθ′=tan-1(-eγeδ)]]>=tan-1-gs+g(vγ+ωeLiδ-(Lds+Ra)iγ)gs+g(vδ-ωeLiγ-(Lds+Ra)iδ)---(16)]]>另外，此外還可以使用特開2004-96979號公報中所述的方法等，推定轉(zhuǎn)子位置。
另外，還可以采用根據(jù)成為感應電壓的根源的磁鏈推定軸誤差(轉(zhuǎn)子位置)的構成，來代替圖4的構成。對該方法加以說明。首先，實軸上的擴展感應電壓方程式，一般通過下式(17)來表示。式(17)中的Eex，通過式(18)來表示，稱作擴展感應電壓。另外，下式中的p是微分運算符。
vdvq=Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdidiq+0Eex---(17)]]>Eex＝ω((Ld-Lq)id+Φa)-(Ld-Lq)(piq)…(18)將實軸上的式(17)，坐標變換到控制軸上，便得到式(19)。
vγvδ=Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdiγiδ+Eex-sinΔθcosΔθ+(ωe-ω)Ld-iδiγ---(19)]]>另外，在忽略表示擴展感應電壓Eex的式(18)的過渡項(右邊第2項)的情況下的磁通，如下式(20)所示定義為擴展磁通Φex。
Φex＝(Ld-Lq)id+Φa…(20)但是，在電動機速度或負載一定的狀態(tài)下，電動機電流的大小以及相位的變化非常小，因此作為q軸電流的微分項的式(18)的右邊第2項，比ωΦex足夠小，可以看作零。另外，在不失調(diào)地驅(qū)動電動機1的情況下，由于實際電動機速度ω與推定電動機速度ωe為很接近的值，因此式(19)的右邊第3項也比ωΦex足夠小，可以看作零。因此，如果忽略式(18)的右邊第2項以及式(19)的右邊第3項并加以考慮，則式(19)變?yōu)橄率鍪?21)。
vγvδ=Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdiγiδ+Eex-sinΔθcosΔθ]]>Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdiγiδ+ωΦex-sinΔθcosΔθ---(21)]]>這里，圖8中示出了表示電動機1中的各個部分的電壓的關系等的矢量圖。電動機加載電壓Va，通過擴展感應電壓Eex＝ωΦex、電動機電阻Ra中的電壓降矢量Ra·Ia、以及電樞線圈的電感中的電壓降矢量VL的和來表示。由于擴展磁通Φex是永磁體所產(chǎn)生的磁通Φa與d軸電流所產(chǎn)生的磁通(Ld-Lq)id的和，因此矢量的方向與d軸相一致。通過Lq·Ia所表示的矢量，是q軸電感與電動機電流Ia所產(chǎn)生的磁通的矢量，符號70表示Φex與Lq·Ia的合成磁通矢量。
另外，Φδ是擴展磁通Φex的δ軸成分。因此，Φδ＝Φex·sinΔθ成立。另外，通過展開上述式(21)的矩陣中的第1行并進行整理，導出下述式(22)。
ΦexsinΔθ=-(vγ-(Lds+Ra)iγω+Lqiδ)---(22)]]>通常，永磁體所產(chǎn)生的磁通，比d軸電流所產(chǎn)生的磁通足夠大，為Φa＞＞(Ld-Lq)id，因此可以認為Φex一定，也即Φex≈Φa。這樣，如果軸誤差Δθ較小，能夠通過sinΔθ≈θ來近似，則參照式(22)，成立下式(23)。
Φδ=ΦexsinΔθ=-(vγ-(Lds+Ra)iγω+Lqiδ)---(23)]]>ΦasinΔθΦaΔθ從上述式(23)可以得知，Φδ近似等于電樞磁鏈Φa的δ軸成分(作為平行于電動機1的永磁體1a(圖2)的δ軸的磁通成分的δ軸磁通)。也即，Φδ≈(一定值)×Δθ。因此，通過進行控制讓該Φδ收斂到零，使得軸誤差Δθ也收斂到零。也即，能夠根據(jù)Φδ來推定轉(zhuǎn)子位置或電動機速度。
因此，圖3與圖4中的推定器20能夠替換為圖9所示的推定器20a。推定器20a由δ軸磁通推定部33、比例積分運算器31a以及積分器32a構成。由于只要軸誤差Δθ收斂到零，δ軸磁通推定部33就能夠推定δ軸磁通Φδ，因此與上述方法一樣，應當在d軸與γ軸之間有意產(chǎn)生偏差，δ軸磁通推定部33按照下式(24)推定出δ軸磁通Φδ’。也即，作為對應于q軸電感的運算用參數(shù)，不使用實際的Lq，使用滿足上述式(6)或式(7)的L，計算出δ軸磁通Φδ’。
Φδ′=-(vγ*-(Lds+Ra)iγωe+Liδ)---(24)]]>比例積分運算器31a，與圖4的比例積分運算器31相同，與構成電動機控制裝置3的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度ωe，使得δ軸磁通推定部33所計算出的δ軸磁通Φδ’收斂到零。積分器32a對比例積分運算器31a所輸出的推定電動機速度ωe進行積分，計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe。比例積分運算器31a所輸出的推定電動機速度ωe與積分器32a所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，一起作為推定器20a的輸出值，輸出給需要該值的電動機控制裝置3的各個部位。
另外，從式(24)可以得知，由于包含有Ld的項與iγ相乘，因此該項的值較小。也即，在推定轉(zhuǎn)子位置時，d軸電感Ld的影響較小(原因是iγ的值比rδ的值小很多)?？紤]到這一點，在推定中所使用的式(24)中，可以使用L作為Ld的值。這種情況下，在與不使用磁阻轉(zhuǎn)矩的非凸極電機(表面磁體式同步電動機等)中所使用的控制相同的控制中，由于凸極電機能夠高效運轉(zhuǎn)，因此不需要與磁體的埋入構造的不同等進行區(qū)別并變更控制，通用性較高。這樣的通用性的廣度，在使用式(5)以及式(16)等的情況下也成立。
另外，式(23)中使用Φex≈Φa的近似，但也可以不使用該近似，來推定δ軸磁通。這種情況下，可以按照下式(25)推定δ軸磁通Φδ’。這種情況下，對應q軸電感的運算用參數(shù)，不使用實際的Lq，使用滿足上述式(6)或式(7)的L。
Φδ′=-Φa(Ld-L)iγ+Φa(vγ*-(Lds+Ra)iγωe+Liδ)---(25)]]>《第2實施方式》接下來，對本發(fā)明的第2實施方式進行說明。上述第1實施方式、本實施方式以及后述的其他實施方式的說明中，只要沒有特別說明，標注有相同的符號者均相同，同時，標注有相同的記號(θ或ω等)者均相同。因此，有時省略關于標注了同一符號或記號者的重復說明。
圖10為第2實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的方框結構圖。第2實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)，具有電動機1、逆變器2、以及電動機控制裝置3a。
電動機控制裝置3a，使用電動機電流Ia推定電動機1的轉(zhuǎn)子位置等，將用來讓電動機1以所期望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的信號輸出給PWM逆變器2。該所期望的轉(zhuǎn)速，作為電動機速度指令值ω*，從未圖示的CPU(中央處理裝置Central Processing Unit)等供給電動機控制裝置3a。
圖11與圖12，為使用本實施方式的電動機1的解析模型圖。圖11中，示出了U相、V相、W相的電樞線圈固定軸。本實施方式中，d軸、q軸、γ軸與δ軸、實際轉(zhuǎn)子位置θ、推定轉(zhuǎn)子位置θe與軸誤差Δθ，以及實際電動機速度ω與推定電動機速度ωe，與第1實施方式(參照圖2)同樣定義。
并且，將方向與實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制時應當供給電動機1的電流矢量的方向相一致的轉(zhuǎn)軸，定義為qm軸。并且，將比qm軸延遲90度電角的軸定義為dm軸。dm軸與qm軸所構成的坐標軸稱作dm-qm軸。
從表示實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制時的電流軌跡的圖6的實線61可以得知，實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制的電動機電流具有正的q軸成分與負的d軸成分。因此，qm軸是相位比q軸超前的軸。圖11與圖12中，逆時針旋轉(zhuǎn)的方向是相位的前進方向。
從qm軸所看到的q軸的相位(角度)表示為θm，從δ軸所看到的qm軸的相位(角度)表示為Δθm。這種情況下，當然，從dm軸所看到的d軸的相位也表示為θm，從γ軸所看到的dm軸的相位也表示為Δθm。θm是從q軸(d軸)所看到的qm軸(dm軸)的前進角度。Δθm表示qm軸與δ軸之間的軸誤差(dm-qm軸與γ-δ軸之間的軸誤差)。d軸與γ軸之間的軸誤差Δθ，通過Δθ＝Δθm+θm來表示。
如上所述，dm軸比d軸相位超前，此時，θm取負值。同樣，在γ軸比dm軸相位超前的情況下，Δθm取負值。關于圖12所示的矢量(Em等)，將在后面說明。
另外，電動機電流Ia的dm軸成分與qm軸成分，分別通過dm軸電流idm以及qm軸電流iqm表示。電動機電壓Va的dm軸成分與qm軸成分，分別通過dm軸電壓Vdm以及qm軸電壓Vqm表示。
本實施方式中，推定qm軸(dm軸)與δ軸(γ軸)之間的軸誤差Δθm，并讓作為推定軸的γ軸收斂到dm軸(也即，讓軸誤差Δθm收斂到零)。這樣，通過將電動機電流Ia分解為平行于qm軸的qm軸電流iqm與平行于dm軸的dm軸電流idm，對電動機1進行矢量控制。
這種情況下也一樣，需要用來推定軸誤差Δθm的(用來讓Δθm收斂到零)推定用參數(shù)的調(diào)整，但通過進行該調(diào)整，同時完成最大轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)用參數(shù)調(diào)整。也即，由于軸誤差推定用參數(shù)調(diào)整兼作最大轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)用參數(shù)的調(diào)整，因此調(diào)整變得非常容易。
另外，從qm軸的定義可以得知，進行最大轉(zhuǎn)矩控制時的電動機電流Ia的電流軌跡，如圖13的實線82所示，位于qm軸上。因此，進行最大轉(zhuǎn)矩控制時，不需要上述式(2)所示的復雜的γ軸電流指令值iγ*的計算，減輕了運算負載。此時，γ軸電流指令值iγ*與第1實施方式同樣設定。也即，例如γ軸電流指令值iγ*與iδ的值無關，取零或零附近的給定值。
接下來，使用電壓方程式，對本發(fā)明的意義以及具體的控制方法進行說明。首先，實軸上的擴展感應電壓方程式，通過式(26)表示，擴展感應電壓Eex通過式(27)表示。式(26)與上述式(17)相同，式(27)與上述式(18)相同。另外，下式中的p是微分運算符。
vdvq=Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdidiq+0Eex---(26)]]>Eex＝ω((Ld-Lq)id+Φa)-(Ld-Lq)(piq)…(27)如果將實軸上的式(26)，坐標變換成作為控制上的推定軸的γ-δ軸，則得到式(28)，如果為了簡單化而忽略式(28)的右邊第3項，則得到式(29)。
vγvδ=Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdiγiδ+Eex-sinΔθcosΔθ-(pΔθ)Ld-iδiγ---(28)]]>vγvδ=Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdiγiδ+Eex-sinΔθcosΔθ---(29)]]>著眼于dm-qm軸，重寫式(29)，便得到式(30)。
vdmvqm=Ra+pLd-ωLqωLqRa+pLdidmiqm+Eex-sinθmcosθm---(30)]]>這里，定義式(31)成立。并且如果考慮到id＝iqm·sinθm，則式(32)成立。
Lq1iqm＝sinθm{Φa+(Ld-Lq)id} …(31)Lq1iqm＝sinθm{Φa+(Ld-Lq)id}＝sinθm{Φa+(Ld-Lq)iqmsinθm}…(32)如果使用式(32)對式(30)進行變形，則得到式(33)。并且Em通過式(34)表示。Lq1，是依賴于θm的假想電感。Lq1是為了將式(30)的右邊第2項中的Eex·sinθm，作為根據(jù)假想電感所引起的電壓降來處理，而為了方便所定義的。另外，Lq1取負值。
vdmvqm=Ra+pLd-ω(Lq+Lq1)ωLqRa+pLdidmiqm+Em01---(33)]]>Em＝(ω((Ld-Lq)id+Φa)-(Ld-Lq)(piq))cosθm＝Eexcosθm…(34)這里，等式Lm＝Lq+Lq1近似成立(由于θm依賴于iq以及iqm，因此Lq1依賴于iq與iqm。此外，Lq也由于磁飽和的影響而依賴于iq與iqm。Lq1的iq依賴性與Lq的iq依賴性，集中到Lm，推定時還考慮iq與iqm的影響)。這樣一來，式(33)變形為下式(35)。另外，雖然后面也要說明，但該Lm相當于第1實施方式中的運算用參數(shù)L。
vdmvqm=Ra+pLd-ωLmωLqRa+pLdidmiqm+Em01---(35)]]>進而，如果對式(35)進行變形，則得到下式(36)。這里，Eexm通過下式(37)來表示。
vdmvqm=Ra+pLd-ωLmωLmRa+pLdidmiqm+0Em+ω(Lq-Lm)0010idmiqm]]>=Ra+pLd-ωLmωLmRa+pLdidmiqm+0Em+ω(Lq-Lm)idm]]>=Ra+pLd-ωLmωLmRa+pLdidmiqm+0Eexm---(36)]]>Eexm＝(ω((Ld-Lq)id+Φa)-(Ld-Lq)(piq))cosθm+ω(Lq-Lm)idm＝Em+ω(Lq-Lm)idm…(37)如果γ-δ軸與dm-qm軸之間存在軸誤差Δθm，則式(36)如下式(38)進行變形。也即，與式(26)變形為式(28)一樣，如果將dm-qm軸上的式(36)坐標變換到γ-δ軸上，則得到式(38)。
vγvδ=Ra+pLd-ωLmωLmRa+pLdiγiδ+Eexm-sinΔθmcosΔθm-(pΔθm)Ld-iδiγ---(38)]]>另外，如果近似為pΔθm≈0，idm≈0，(Ld-Lq)(piq)≈0，則通過式(37)所表示的Eexm，近似為如下式(39)所示。
Eexm＝(ω((Ld-Lq)id+Φa)-(Ld-Lq)(piq))cosθm+ω(Lq-Lm)idm≈(ω((Ld-Lq)iδsinθm+Φa)-(Ld-Lq)(piq))cosθm+ω(Lq-Lm)idm≈ω((Ld-Lq)iδsinθm+Φa)cosθm…(39)另外，對θm求解，將“Lm＝Lq+Lq1”代入到上述式(32)中所得到的式子，并且假定iδ≈iqm，則得到下式(40)。如式(40)所示，由于θm是iδ的函數(shù)，則Eexm也是iδ的函數(shù)。
θm=sin-1(Φa-Φa2+4(Lq-Lm)(Lq-Ld)iδ22iδ(Lq-Ld))---(40)]]>對照圖12，對Eex與Em以及Eexm之間的關系加以說明。將Eex、Em以及Eexm考慮為旋轉(zhuǎn)坐標系中的電壓矢量。這種情況下，Eex能夠稱作擴展感應電壓矢量。擴展感應電壓矢量Eex是q軸上的感應電壓矢量?？紤]將擴展感應電壓矢量Eex，分解為qm軸上的感應電壓矢量與dm軸上的感應電壓矢量。從上述式(34)可以得知，通過該分解所得到的qm軸上的感應電壓矢量是Em。另外通過該分解所得到的通過圖12的符號80所表示的dm軸上的感應電壓矢量(Eex·sinθm)，是基于假想電感Lq1的電壓降矢量。
比較式(34)與式(37)可以得知，Eexm是給Em加上ω(Lq-Lm)idm。因此，旋轉(zhuǎn)坐標系中，Eexm也和Em一樣，變?yōu)閝m軸上的感應電壓矢量。進行最大轉(zhuǎn)矩控制時，如上所述，由于idm≈0，因此Eexm與Em(大體)一致。
接下來，參照圖12，對對應Eex、Em以及Eexm的磁通進行說明。Eex是電動機1的磁鏈Φex與電動機1的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的感應電壓(參照上述式(20))。換而言之，Φex通過Eex除以ω計算出來(但忽略式(27)所表示的Eex的過渡項(右邊第2項))。
如果認為Φex是旋轉(zhuǎn)坐標系中的磁鏈矢量，則磁鏈矢量Φex是d軸上的磁鏈矢量?？紤]將磁鏈矢量Φex，分解為qm軸上的磁鏈矢量與dm軸上的磁鏈矢量。如果將通過該分解所得到的dm軸上的磁鏈矢量定義為Φm，則Φm＝Em/ω。另外，通過該分解所得到的通過圖12的符號81所表示的qm軸上的磁鏈矢量(Φex·sinθm)，是基于假想電感Lq1的磁通矢量。
如果“Φexm＝Eexm/ω”，則Φexm變?yōu)棣祄加上(Lq-Lm)idm得到。因此，旋轉(zhuǎn)坐標系中，Φexm也和Φm一樣，變?yōu)閐m軸上的磁鏈矢量。進行最大轉(zhuǎn)矩控制時，如上所述，由于idm≈0，因此Φexm與Φm(大體)一致。
接下來，示出利用上述各個公式的具體的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的例子。圖14為詳細示出了圖10的電動機控制裝置3a的內(nèi)部構造的電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。電動機控制裝置3a具有電流檢測器11、坐標變換器12、減法器13、減法器14、電流控制部15、磁通控制部16、速度控制部17、坐標變換器18、減法器19、以及位置/速度推定器40(以下簡稱作“推定器40”)。也即，圖14的電動機控制裝置3a，將圖3的電動機控制裝置中的推定器20替換成了推定器40。構成電動機控制裝置3a的各個部位，根據(jù)需要能夠自由應用電動機控制裝置3a內(nèi)所生成的所有值。
電流檢測器11，檢測出作為電動機電流Ia的固定軸成分的U相電流iu以及V相電流iv。坐標變換器12接收來自電流檢測器11的U相電流iu以及V相電流iv的檢測結果，使用推定器40所供給的推定轉(zhuǎn)子位置θe，將其變換成γ軸電流iγ以及δ軸電流iδ。該變換與第1實施方式一樣，使用上述式(3)。
推定器40推定出推定轉(zhuǎn)子位置θe以及推定電動機速度ωe并輸出。關于推定器40的具體推定方法，將在后面說明。
減法器19從電動機速度指令值ω*中減去來自推定器40的推定電動機速度ωe，輸出該減法結果(速度誤差)。速度控制部17，根據(jù)減法器19的減法結果(ω*-ωe)，生成δ軸電流指令值iδ*。磁通控制部16，輸出γ軸電流指令值iγ*。該γ軸電流指令值iγ*，如上所述，與第1實施方式一樣設定。例如，iγ*取零或零附近的給定值。
減法器13從磁通控制部16所輸出的γ軸電流指令值iγ*中減去坐標變換器12所輸出的γ軸電流iγ，計算出電流誤差(iγ*-iγ)。減法器14從速度控制部17所輸出的δ軸電流指令值iδ*中減去坐標變換器12所輸出的δ軸電流iδ，計算出電流誤差(iδ*-iδ)。
電流控制部15接收減法器13、14所計算出的各個電流誤差、來自坐標變換器12的γ軸電流iγ與δ軸電流iδ、以及來自推定器40的推定電動機速度ωe，輸出γ軸電壓指令值vγ*與δ軸電壓指令值vδ*，使得γ軸電流iγ追蹤γ軸電流指令值iγ*，并且δ軸電流iδ追蹤δ軸電流指令值iδ*。
坐標變換器18，根據(jù)推定器40所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，進行γ軸電壓指令值vγ*與δ軸電壓指令值vδ*的逆變換，生成Vu*、Vv*、Vw*所構成的三相電壓指令值，將其輸出給PWM逆變器2。該逆變換中，與第1實施方式一樣，使用上述式(4)。PWM逆變器2，將對應于該三相電壓指令值的電動機電流Ia供給電動機1，驅(qū)動電動機1。
圖15中示出了推定器40的內(nèi)部構成之一例。圖15的推定器40，具有軸誤差推定部41、比例積分計算器42、以及積分器43。比例積分運算器42以及積分器43，分別與圖4的比例積分運算器31以及積分器32相同。
軸誤差推定部41使用Vγ*、Vδ*、iγ以及iδ的值的全部或一部分，計算出軸誤差Δθm。比例積分運算器42用來實現(xiàn)PLL(Phase Locked Loop)，與構成電動機控制裝置3a的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度ωe，使得軸誤差推定部41所計算出的軸誤差Δθm收斂到零。積分器43對比例積分運算器42所輸出的推定電動機速度ωe進行積分，計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe。比例積分運算器42所輸出的推定電動機速度ωe與積分器43所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，均作為推定器40的輸出值，發(fā)送給需要該值的電動機控制裝置3a的各個部位。
軸誤差推定部41的軸誤差Δθm的計算方法，可以采用各種計算方法。下面，作為軸誤差推定部41的軸誤差Δθm的計算方法(換而言之，推定器40的θe計算方法)，例示了第1、第2、第3、第4以及第5計算方法。
另外，在軸誤差推定部41利用本說明書中所述的各公式的情況下，各個公式中的Vγ、Vδ以及ω的值，分別使用Vγ*、Vδ*以及ωe的值。另外，各個計算方法中已說明的內(nèi)容(Lm值的決定方法等)，在其他的計算方法以及后述的其他實施方式中均可以適用。
首先，對軸誤差Δθm的第1計算方法進行說明。第1計算方法中，將電動機1中所產(chǎn)生的感應電壓Eex分解為qm軸上的感應電壓矢量與dm軸上的感應電壓矢量。之后，使用作為qm軸上的感應電壓矢量的感應電壓矢量Eexm(≈Em，參照圖12)，計算出軸誤差Δθm，通過這樣，計算出作為控制上的推定軸的γ軸的相位(θe)(也即推定轉(zhuǎn)子位置)。
如設感應電壓矢量Eexm的γ軸成分以及δ軸成分，分別為Eexmγ與Eexmδ，則從圖12可以得知，Δθm＝tan-1(-Eexmγ/Eexmδ)成立。這樣，如果使用將上述行列式(38)的第1行與第2行變形后的結果，則Δθm表示為下式(41)(忽略行列式(38)的右邊第3項)。另外，式(41)中，假定最終的Δθm較小，使用tan-1(-Eexmγ/Eexmδ)≈(-Eexmγ/Eexmδ)的近似。
Δθm=tan-1-EexmγEexmδ=tan-1-(vγ-(Ra+pLd)iγ+ωLmiδ)vδ-(Ra+pLd)iδ-ωLmiγ]]>≈-vγ-(Ra+pLd)iγ+ωLmiδvδ-(Ra+pLd)iδ-ωLmiγ---(41)]]>軸誤差推定部41，在使用式(41)計算Δθm時，能夠忽略微分項pLdiγ以及pLdiδ。另外，Δθm的計算所需要的Lm的值的計算中，利用下式(42)。對Lq1求解將“idm＝0與下式(43)以及(44)”代入到上述式(32)中所得到的公式，并利用其結果，能夠得到式(42)。
Lm=Lq+Lq1]]>=Lq+id{Φa+(Ld-Lq)id}id2+iq2---(42)]]>iqm=id2+iq2---(43)]]>sinθm=idid2+iq2---(44)]]>進而，利用與最大轉(zhuǎn)矩控制相一致的d軸電流id的式(45)與作為id和iq以及iqm的關系式(近似式)的式(43)，對上述式(42)進行變形，則Lm變?yōu)閕qm的函數(shù)(也即從Lm的運算式中消除id與iq項)。因此，軸誤差推定部41通過假定iδ≈iqm，能夠根據(jù)iδ計算出通過iqm的函數(shù)所表示的Lm的值。之后，使用所計算出的Lm的值，從式(41)計算出軸誤差Δθm。
id=Φa2(Lq-Ld)-Φa24(Lq-Ld)2+iq2---(45)]]>另外，還可以假定iδ≈iqm，利用將Lm作為iδ的函數(shù)所表示的近似式，得到Lm的值，或者事先將對應于iδ的Lm的值作為表格數(shù)據(jù)準備，通過參照該表格數(shù)據(jù)來得到Lm的值。
圖16中示出了表示Ld、Lq以及Lm的iqm依賴性的某個數(shù)值例下的曲線圖(設iγ*≈0)。如圖16所示，Lm的值依賴于iqm，隨著iqm增加而增加。本實施方式中所設定的Lm，相當于第1實施方式中的運算用參數(shù)L，與最大轉(zhuǎn)矩控制相一致的Lm的值，與L一樣，相對Lq更多存在于Ld側(cè)(參照圖5以及圖7)。
Lm的值，結果與第1實施方式一樣，設為滿足下式(46)或式(47)。通過這樣，本實施方式的電動機控制裝置3a，與第1實施方式一樣，在d軸與γ軸之間有意產(chǎn)生偏差，通過設iγ*≈0，實現(xiàn)近似最大轉(zhuǎn)矩控制的控制。
Ld≤Lm＜Lq…(46)Ld≤Lm＜(Ld+Lq)/2…(47)另外，Lm也可以采用固定值。也即，也可以采用與iδ的值無關的固定值作為Lm的值。在Lm為給定的固定值的情況下，d軸電流id與q軸電流iq之間的關系，通過圖17的實線83表示。虛線84是表示進行理想的最大轉(zhuǎn)矩控制的情況下的d軸電流id與q軸電流iq之間的關系的曲線，從圖17可以得知，實線83與虛線84是非常類似的曲線。
接下來，對軸誤差Δθm的第2計算方法進行說明。第2計算方法中，也和上述第1計算方法一樣，使用感應電壓矢量Eexm，計算出軸誤差Δθm，通過這樣，計算出作為控制上的推定軸的γ軸的相位(θe)(也即推定轉(zhuǎn)子位置)。但第2計算方法中，不使用感應電壓矢量Eexm的δ軸成分Eexmδ。具體地說，使用下式(48)計算出軸誤差Δθm。另外，式(48)中，假定最終Δθm較小，使用sin-1(-Eexmγ/Eexm)≈(-Eexmγ/Eexm)的近似。
Δθm=sin-1(-EexmγEexm)=sin-1-(vγ-(Ra+pLd)iγ+ωLmiδ)Eexm]]>≈-vγ-(Ra+pLd)iγ+ωLmiδEexm---(48)]]>軸誤差推定部41，在使用式(48)計算Δθm時，能夠忽略微分項pLdiγ。另外，Lm的值通過與上述第1計算方法中的方法相同的方法來決定。
式(48)中的Eexm的計算中，使用上述式(39)。作為Eexm計算用近似式，例如可以使用下式(49)、(50)或(51)。式(49)是利用了“pΔθm≈0，idm≈0，(Ld-Lp)(piq)≈0”的近似的式(37)的近似式，式(50)是進一步利用了“cosθm≈1”的近似的式(49)的近似式，式(51)是進一步利用了“(Ld-Lp)iδsinθm＜＜Φa”的近似的式(50)的近似式。另外，在利用式(49)、(50)或(51)時，使用ωe作為ω的值。
Eexm≈ω((Ld-Lq)iδsinθm+Φa)cosθm…(49)Eexm≈ω((Ld-Lq)iδsinθm+Φa)…(50)Eexm≈ωΦa…(51)為了計算出式(49)等中含有的θm，而使用上式(40)。從式(40)可以得知，θm是iδ的函數(shù)，因此Eexm也是iδ的函數(shù)。由于Eexm的計算較為復雜，因此最好使用適于計算的適當?shù)慕剖?。另外，還可以事先將對應于iδ的Eexm的值作為表格數(shù)據(jù)準備，通過參照該表格數(shù)據(jù)來得到Eexm的值。
接下來，對軸誤差Δθm的第3計算方法進行說明。第3計算方法中，將與電動機1的電樞線圈交鏈的磁鏈Φex，分解為qm軸上的磁鏈矢量與dm軸上的磁鏈矢量。之后，使用作為dm軸上的磁鏈矢量的磁鏈矢量Φexm(≈Φm，參照圖12)，計算出軸誤差Δθm，通過這樣，計算出作為控制上的推定軸的γ軸的相位(θe)(也即推定轉(zhuǎn)子位置)。
如設磁鏈矢量Φexm的γ軸成分以及δ軸成分，分別為Φexmγ與Φexmδ，則從圖12可以得知，成立Δθm＝tan-1(-Φexmγ/Φexmδ)。由于Φexm是Eexm除以ω，則Δθm表示為下式(52)。另外，式(52)中，假定最終的Δθm較小，使用tan-1(-Φexmδ/Φexmγ)≈(-Φexmδ/Φexmγ)的近似。
Δθm=tan-1-ΦexmδΦexmγ=tan-1-(vγ-(Ra+pLd)iγω+Lmiδ)vδ-(Ra+pLd)iδω-Lmiγ]]>≈-vγ-(Ra+pLd)iγω+Lmiδvδ-(Ra+pLd)iδω-Lmiγ---(52)]]>
軸誤差推定部41，在使用式(52)計算Δθm時，能夠忽略微分項pLdiγ以及pLdiδ。另外，Lm的值通過與上述第1計算方法中的方法相同的方法來決定。
接下來，對軸誤差Δθm的第4計算方法進行說明。第4計算方法中，也和上述第3計算方法一樣，使用磁鏈矢量Φexm，計算出軸誤差Δθm，通過這樣，計算出作為控制上的推定軸的γ軸的相位(θe)(也即推定轉(zhuǎn)子位置)。但第4計算方法中，不使用磁鏈矢量Φexm的γ軸成分Φexmγ。具體地說，使用下式(53)計算出軸誤差Δθm。另外，式(53)中，假定最終Δθm較小，使用sin-1(-Φexmδ/Φexm)≈(-Φexmδ/Φexm)的近似。
Δθm=sin-1(-ΦexmδΦexm)=sin-1-(vγ-(Ra+pLd)iγω+Lmiδ)Φexm]]>≈-(vγ-(Ra+pLd)iγω+Lmiδ)Φexm---(53)]]>軸誤差推定部41，在使用式(53)計算Δθm時，能夠忽略微分項pLdiγ。另外，Lm的值通過與上述第1計算方法中的方法相同的方法來決定。
式(53)中的Φexm的計算中，使用將上述式(39)的兩邊除以ω之后的公式。作為Φexm計算用近似式，例如可以使用下式(54)、(55)或(56)。下述式(54)、(55)以及(56)，分別為式(49)、(50)以及(51)的兩邊除以ω之后所得到的公式。另外，在利用式(54)、(55)或(56)時，使用ωe作為ω的值。
Φexm≈((Ld-Lq)iδsinθm+Φa)cosθm…(54)Φexm≈((Ld-Lq)iδsinθm+Φa) …(55)Φexm≈Φa…(56)為了計算出式(54)等中含有的θm，而使用上式(40)。從式(40)可以得知，θm是iδ的函數(shù)，因此Φexm也是iδ的函數(shù)。由于Φexm的計算較為復雜，因此最好使用適于計算的近似式。另外，還可以事先將對應于iδ的Φexm的值作為表格數(shù)據(jù)準備，通過參照該表格數(shù)據(jù)來得到Φexm的值。
K(iδ)＝1/Φexm，得到K(iδ)作為校正系數(shù)后，第4計算方法的軸誤差推定部41的內(nèi)部結構，如圖18所示。此外，也可按照iδ的值改變比例積分運算器42中所采用的增益(比例系數(shù)和積分系數(shù))，來代替采用校正系數(shù)K(iδ)。
接下來對軸誤差Δθm的第5計算方法進行說明。第5計算方法中，使用dm-qm軸上的電流(電動機模型(model)的電流)與γ-δ軸上的電流之間的誤差電流，計算出軸誤差Δθm，通過這樣，計算出作為控制上的推定軸的γ軸的相位(θe)(也即推定轉(zhuǎn)子位置)。
使用公式對該方法進行說明。首先，如果忽略上式(38)的右邊第3項，則得到下式(57)。
vγvδ=Ra+pLd-ωLmωLmRa+pLdiγiδ+Eexm-sinΔθmcosΔθm]]>=Ra+pLd-ωLmωLmRa+pLdiγiδ+EexmγEexmδ---(57)]]>如果通過抽樣周期Tδ進行離散化，則式(57)能夠重寫為下式(58)。
iγ(n)iδ(n)=1-RaLdTsω(n-1)LmLdTs-ω(n-1)LmLdTs1-RaLdTsiγ(n-1)iδ(n-1)]]>+TsLdvγ(n-1)vδ(n-1)-TsLdEexmγ(n-1)Eexmδ(n-1)---(58)]]>另外，通過軸誤差推定部41的計算所得到的推定電流iMγ以及iMδ，使用模型計算出了Eexmγ以及Eexmδ的推定感應電壓EMexmγ以及EMexmδ，通過下式(59)來表示。
iMγ(n)iMδ(n)=1-RaLdTsω(n-1)LmLdTs-ω(n-1)LmLdTs1-RaLdTsiγ(n-1)iδ(n-1)]]>+TsLdvγ(n-1)vδ(n-1)-TsLdEMexmγ(n-1)EMexmδ(n-1)---(59)]]>軸誤差推定部41，分別計算出推定感應電壓EMexmγ以及EMexmδ，作為EMexmγ以及Eexmδ的推定值。另外由于使用Lm來代替Lq，計算推定電流iMγ以及iMδ，因此推定電流iMγ以及iMδ，分別可以稱作為推定電動機電流Ia的dm軸成分以及qm軸成分的電流。
作為根據(jù)由電流檢測器11所檢測到的電動機電流Ia的固定軸成分(iu與iv)的電流iγ與iδ，與通過計算所得到的推定電流iMγ以及iMδ之間的差的誤差電流Δiγ與Δiδ，根據(jù)式(58)與(59)，通過下式(60)表示。
Δiγ(n)Δiδ(n)=iγ(n)iδ(n)-iMγ(n)iMδ(n)=-TsLdEexmγ(n-1)-EMexmγ(n-1)Eexmδ(n-1)-EMexmδ(n-1)]]>=-TsLdΔEexmγ(n-1)ΔEexmδ(n-1)---(60)]]>這里，ΔEexmγ是感應電壓Eexmγ與作為感應電壓Eexmγ的推定值的推定感應電壓Eexmγ之間的誤差，ΔEexmδ是感應電壓Eexmδ與作為感應電壓Eexmδ的推定值的推定感應電壓EMexmδ之間的誤差。
從式(60)可以得知，感應電壓的推定值的誤差(ΔEexmγ等)與誤差電流(Δiγ等)成正比關系。因此，能夠使用誤差電流讓感應電壓的推定值的誤差收斂。也即，推定感應電壓Eexmγ與EMexmδ，能夠用作準確地推定了感應電壓Eexmγ以及Eexmδ者(能夠準確地推定感應電壓)。
具體地說，本次的推定感應電壓，使用上一次的推定感應電壓與上一次的推定誤差計算出來。更為具體地說，通過下式(61)，逐次計算出推定感應電壓Eexmγ與EMexmδ。這里，g為用來讓感應電壓的同定值的誤差收斂的反饋增益。
EMexmγ(n)EMexmδ(n)=EMexmγ(n-1)EMexmδ(n-1)+gΔEexmγ(n-1)ΔEexmδ(n-1)]]>=EMexmγ(n-1)EMexmδ(n-1)-g·LdTsΔiγ(n)Δiδ(n)---(61)]]>…(61)之后，如上述第1或第2計算方法所述，軸誤差推定部41使用下式(62)或(63)，計算出軸誤差Δθm。
Δθm=tan-1-EMexmγ(n)EMexmδ(n)≈-EMexmγ(n)EMexmδ(n)---(62)]]>Δθm=sin-1-EMexmγ(n)Eexm≈-EMexmγ(n)Eexm---(63)]]>另外，式(58)～式(63)中，記錄在括號“()”內(nèi)的記號(n或n-1)，表示通過抽樣周期Tδ離散化了的情況下的抽樣時刻。n為自然數(shù)，n表示接著(n-1)所到來的時刻。構成電動機控制裝置3a的各個部位，每抽樣周期Ts逐次計算并輸出各個值。具體地說，例如iγ(n)以及iδ(n)，是第n個抽樣時刻中的iγ與iδ，iγ(n-1)以及rδ(n-1)，是第(n-1)個抽樣時刻中的iγ與iδ。iγ與iδ以外也一樣。
如上所述，本實施方式中，讓軸誤差Δθm收斂到零，使得γ軸追蹤dm軸。其結果是，iγ與iδ分別追蹤idm與iqm。也即，可以說電動機控制裝置3a將電動機1中所流通的電流，分解為qm軸成分與dm軸成分，進行電動機1的驅(qū)動控制。通過該分解所得到的效果如上所述。
《第3實施方式》另外，圖14中所示的電動機控制裝置3a的構成，還可以如圖19的電動機控制裝置3b所示進行變形。實施了該變形的實施方式，設為本發(fā)明的第3實施方式。電動機控制裝置3b，將圖14中的電動機控制裝置3a的推定器40，替換成位置/速度推定器45(以下簡稱作推定器45)、θm計算部46以及運算器47。除了該置換以外的點，圖14的電動機控制裝置3a以及電動機驅(qū)動系統(tǒng)，與圖19的電動機控制裝置3b以及電動機驅(qū)動系統(tǒng)相同。因此省略對同樣部分的構成與動作的說明。
推定器45使用iγ、iδ、vγ*以及vδ*，推定從U相看到的d軸的相位，將該推定值作為θdqe。另外，推定器45與第2實施方式中的推定器40一樣，也計算出推定電動機速度ωe。另外，在通過對θdqe進行微分而得到推定器45所輸出的推定電動機速度ωe的情況下，所得到的推定電動機速度ωe，雖然準確地應當稱作d軸的轉(zhuǎn)速的推定值，但在正常的狀態(tài)下，該推定值看作與γ軸的轉(zhuǎn)速ωe相同。
θm計算部46，將來自速度控制部17的iδ*，用作上述式(40)中的iδ，使用上述式(40)計算出θm。此時，還可以將對應于iδ*的θm的值事先作為表格數(shù)據(jù)準備，通過參照該表格數(shù)據(jù)，得到θm的值。
運算器47使用推定器45所輸出的θdqe與θm計算部46所輸出的θm，計算出θe，將所計算出的θe輸出給坐標變換器12以及18。
這樣，第3實施方式中推定器45、θm計算部46以及運算器47所構成的部位，計算出作為控制上的推定軸的γ軸的相位(θe)。第3實施方式的構成，也能夠得到與第2實施方式相同的作用效果。
《第4實施方式》另外，第1～第3實施方式，采用設置推定器推定轉(zhuǎn)子位置的方式，但也可以檢測出實際的轉(zhuǎn)子位置。也即，可以使用圖20的電動機控制裝置3c，代替圖3、圖14或圖19所示的電動機控制裝置。
將圖20所示的包含有電動機控制裝置3c的電動機驅(qū)動系統(tǒng)，作為本發(fā)明的第4實施方式進行說明。圖20為第4實施方式的相關電動機驅(qū)動系統(tǒng)的結構方框圖。電動機驅(qū)動系統(tǒng)具有電動機1、逆變器2、以及電動機控制裝置3c。
電動機控制裝置3c具有電流檢測器11、坐標變換器12、減法器13、減法器14、電流控制部15、磁通控制部16、速度控制部17、坐標變換器18、減法器19、位置檢測器50、微分器51、θm計算部52以及運算器53。也即，電動機控制裝置3c，將圖14的推定器40替換成了“位置檢測器50、微分器51、θm計算部52以及運算器53”。除了該置換之外的點，均與圖14的電動機控制裝置3a與電動機驅(qū)動系統(tǒng)，以及圖20的電動機控制裝置3c以及電動機驅(qū)動系統(tǒng)一樣。構成電動機控制裝置3c的各個部位，根據(jù)需要能夠自由應用控制裝置3c內(nèi)所生成的所有值。
由于電動機控制裝置3c內(nèi)的各個部分，根據(jù)所檢測的實際轉(zhuǎn)子位置而不是所推定的轉(zhuǎn)子位置進行工作，因此本實施方式中，將第2實施方式中的“γ以及δ”，替換成“dm以及qm”。
位置檢測器50由旋轉(zhuǎn)編碼器(rotary encoder)等構成，檢測出電動機1的實際轉(zhuǎn)子位置θ，將該值發(fā)送給微分器51以及運算器53。微分器51對實際轉(zhuǎn)子位置θ進行微分，計算出實際的電動機速度ω，將該值輸出給減法器19、磁通控制部16、以及電流控制部15。
另外，在正常狀態(tài)下，實際的電動機速度ω與dm-qm軸的轉(zhuǎn)速看作相同。因此，雖然將θ作為微分器51的輸入值，但也可以使用運算器53的輸出值θdm代替θ，作為微分器51的輸入值。
速度控制部17根據(jù)減法器19的減法結果(ω*-ω)，生成qm軸電流iqm應當追蹤的qm軸電流指令值iqm*。磁通控制部16，輸出dm軸電流idm應當追蹤的dm軸電流指令值idm*。該dm軸電流指令值idm*與第2實施方式一樣設定。也即，例如將idm*設為零或零附近的給定值。
減法器13從磁通控制部16所輸出的idm*中，減去坐標變換器12所輸出的idm，計算出電流誤差(idm*-idm)。減法器14從速度控制部17所輸出的iqm*中，減去坐標變換器12所輸出的iqm，計算出電流誤差(iqm*-iqm)。
電流控制部15接收減法器13以及14所計算出的各個電流誤差、來自坐標變換器12的idm與iqm，以及來自微分器51的實際電動機速度ω，輸出Vdm應當追蹤的dm軸電壓指令值Vdm*以及Vqm應當追蹤的qm軸電壓指令值Vqm*，使得idm追蹤idm*，并且iqm追蹤iqm*。
θm計算部52將來自速度控制部17的iqm*作為上述式(40)中的iδ應用，使用上式(40)計算出θm。此時，還可以將對應于iqm*(iδ*)的θm的值，事先作為表格數(shù)據(jù)準備，通過參照該表格，得到θm的值。
運算器53使用位置檢測器50所檢測出的θ與θm計算部52所計算出的θm，計算出從U相所看到的dm軸的相位θdm，將所計算出的θdm輸出給坐標變換器12以及18。
坐標變換器18根據(jù)所得到的θdm，將Vdm*以及Vqm*，變換成Vu*、Vv*、以及Vw*所構成的三相的電壓指令值，將通過變換所得到的值，輸出給PWM逆變器。PWM逆變器2將對應于該三相的電壓指令值的電動機電流Ie，供給電動機1，驅(qū)動電動機1。
通過實施方式4的構成，也能夠得到與第2實施方式相同的作用與效果。
《第5實施方式》但是，第2以及第3實施方式(圖14與圖19)所說明的無傳感器控制，是根據(jù)所產(chǎn)生的感應電壓等的控制，因此在電動機1的高速旋轉(zhuǎn)時特別有用。但是，在低速旋轉(zhuǎn)時，其推定精度不一定夠，另外，在旋轉(zhuǎn)停止時無法使用。第5實施方式中，對低速旋轉(zhuǎn)時或旋轉(zhuǎn)停止時特別有效的基于dm-qm軸的無傳感器控制進行說明。
圖24中為第5實施方式的相關電動機控制裝置3d的方框結構圖。電動機控制裝置3d，具有電流檢測器11、坐標變換器12、減法器13、減法器14、電流控制部15、磁通控制部16、速度控制部17、坐標變換器18、減法器19、位置/速度推定器200(以下簡稱作“推定器200”)、疊加電壓生成部201、加法器202以及加法器203。構成電動機控制裝置3d的各個部位，根據(jù)需要能夠自由應用控制裝置3d內(nèi)所生成的所有值。
電動機控制裝置3d，與圖14的電動機控制裝置3a的不同點在于，新增加了疊加電壓生成部201與加法器202以及203，以及將圖14的電動機控制裝置3a中的推定器40替換成了位置/速度推定器200(以下簡稱作推定器200)，其他均與電動機控制裝置3d以及3a一樣。另外，第2實施方式中所記載的事項，只要沒有矛盾，均能夠適用于本實施方式。
推定器200推定出推定轉(zhuǎn)子位置θe以及推定電動機速度ωe并輸出。關于推定器200的具體推定方法，將在后面說明。坐標變換器12，使用推定器200所賦予的推定轉(zhuǎn)子位置θe，將電流檢測器11所檢測出的U相電流iu以及V相電流iv變換成γ軸電流iγ以及δ軸電流iδ。
減法器19從電動機速度指令值ω*中減去來自推定器200的推定電動機速度ωe，輸出減法結果(速度誤差)。速度控制部17，根據(jù)減法器19的減法結果(ω*-ωe)，生成δ軸電流指令值iδ*。磁通控制部16，輸出γ軸電流指令值iγ*。該γ軸電流指令值iγ*，與第1實施方式等一樣設定。例如，iγ*取零或零附近的給定值。
減法器13從磁通控制部16所輸出的γ軸電流指令值iγ*中減去坐標變換器12所輸出的γ軸電流iγ，計算出電流誤差(iγ*-iγ)。減法器14從速度控制部17所輸出的δ軸電流指令值iδ*中減去坐標變換器12所輸出的δ軸電流iδ，計算出電流誤差(iδ*-iδ)。
電流控制部15接收減法器13、14所計算出的各個電流誤差、來自坐標變換器12的γ軸電流iγ與δ軸電流iδ、以及來自推定器200的推定電動機速度ωe，輸出γ軸電壓指令值vγ*與δ軸電壓指令值vδ*，使得γ軸電流iγ追蹤γ軸電流指令值iγ*，并且δ軸電流iδ追蹤δ軸電流指令值iδ*。
疊加電壓生成部201生成用來與γ軸電壓指令值vγ*與δ軸電壓指令值vδ*疊加的疊加電壓并輸出。該疊加電壓由相對vγ*的γ軸疊加電壓vhγ*(疊加電壓的γ軸成分)，與相對vδ*的δ軸疊加電壓vhδ*(疊加電壓的δ軸成分)構成。以下，總稱作γ軸疊加電壓vhγ*與δ軸疊加電壓vhδ*，有時也稱作疊加電壓vhγ*與疊加電壓vhδ*。
加法器202給電流控制部15所輸出的γ軸電壓指令值vγ*加上γ軸疊加電壓vhγ*，將其相加結果(vγ*+vhγ*)輸出給坐標變換器18。加法器203給電流控制部15所輸出的δ軸電壓指令值vδ*加上δ軸疊加電壓vhδ*，將其相加結果(vδ*+vhδ*)輸出給坐標變換器18。
坐標變換器18，根據(jù)推定器200所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，進行疊加有vhγ*的γ軸電壓指令值(也即(vγ*+vhγ*))以及疊加有vhδ*的δ軸電壓指令值(也即(vδ*+vhδ*))的逆變換，生成三相電壓指令值(Vu*、VV*、VW*)，并將其輸出給PWM逆變器2。該逆變換中，使用將上述式(4)中的vγ*與vδ*分別替換成了(vγ*+vhγ*)與(vδ*+vhδ*)的式子。PWM逆變器2，將對應于該三相電壓指令值的電動機電流Ia供給電動機1，驅(qū)動電動機1。
這樣，通過vγ*與vδ*所表示的用來驅(qū)動電動機1的驅(qū)動電壓中，疊加了疊加電壓。通過該疊加電壓的疊加，在通過γ軸電流指令值iγ*與δ軸電流指令值iδ*所表示的用來驅(qū)動電動機1的驅(qū)動電流中，疊加對應于上述疊加電壓的疊加電流。
由疊加電壓生成部201所生成的疊加電壓，例如是高頻的旋轉(zhuǎn)電壓。這里，“高頻”是指例如該疊加電壓的頻率與驅(qū)動電壓的頻率相比足夠大。因此，按照該疊加電壓所疊加的上述疊加電流的頻率，與上述驅(qū)動電流的頻率相比也足夠大。另外，“旋轉(zhuǎn)電壓”是指讓疊加電壓的電壓矢量在固定坐標軸上形成圓形的電壓。
在考慮d-q軸或γ-δ軸等旋轉(zhuǎn)坐標軸上的情況下也一樣，疊加電壓生成部201所生成的疊加電壓的電壓矢量軌跡，形成例如圖25的電壓矢量軌跡210這樣的圓形。在疊加電壓是三相平衡電壓的情況下，其電壓矢量軌跡，如電壓矢量軌跡210所示，形成在旋轉(zhuǎn)坐標軸上以原點為中心的正圓。該旋轉(zhuǎn)電壓(疊加電壓)，是與電動機1不同步的高頻電壓，因此該旋轉(zhuǎn)電壓的加載不會引起電動機1旋轉(zhuǎn)。
另外，在電動機1是埋入磁體式同步電動機等，Ld＜Lq成立時，因形成電壓矢量軌跡210的疊加電壓使得電動機1中所流通的疊加電流的電流矢量軌跡，如圖26的電流矢量軌跡211所示，形成在γ-δ軸上以原點為中心，γ軸方向為長軸方向，并且δ軸方向為短軸方向的橢圓。但是，電流矢量軌跡211是d軸與γ軸之間的軸誤差Δθ為零的情況下的電流矢量軌跡。軸誤差Δθ不為零的情況下的疊加電流的電流矢量軌跡，為電流矢量軌跡212所表示的橢圓，其長軸方向與γ軸方向不一致。也即在軸誤差Δθ不為零的情況下，在γ-δ軸上以原點為中心，電流矢量軌跡211傾斜，描繪出電流矢量軌跡212。
如果設疊加電流的γ軸成分以及δ軸成分，分別為γ軸疊加電流ihγ以及δ軸疊加電流ihδ，則其乘積(ihγ×ihδ)中，存在依賴于通過電流矢量軌跡212所表示的橢圓的傾斜的直流成分。乘積(ihγ×ihδ)，在電流矢量軌跡的第1及第3象限中取正值，另外，在第2及第4象限中取負值，因此在橢圓不傾斜時(電流矢量軌跡211的情況下)，不含有直流成分，但如果橢圓傾斜(電流矢量軌跡212的情況下)，便含有直流成分。另外，圖26中的I、II、III、IV，表示γ-δ軸上的第1、第2、第3、第4象限。
圖27中，時間為橫軸，軸誤差Δθ為零的情況下的乘積(ihγ×ihδ)與該乘積的直流成分分別通過曲線220以及221表示。圖28中，時間為橫軸，軸誤差Δθ不為零的情況下的乘積(ihγ×ihδ)與該乘積的直流成分分別通過曲線222以及223表示。從圖27與圖28可以得知，乘積(ihγ×ihδ)的直流成分，在Δθ＝0°的情況下為零，在Δθ≠0°的情況下不為零。另外，該直流成分，隨著軸誤差Δθ的大小增大而增大(大體與軸誤差Δθ成正比)。因此，如果暫且進行控制使該直流成分收斂到零，則軸誤差Δθ也收斂到零。
圖24的推定器200，著眼于這一點進行推定動作。但是為了推定dm-qm軸，進行推定動作，使得dm軸與γ軸之間的軸誤差Δθm而不是d軸與γ軸的軸誤差Δθ收斂到零。
圖29中示出了作為推定器200之一例的推定器(速度/位置推定器)200a的內(nèi)部方框圖。推定器200a，具有軸誤差推定部231、比例積分計算器232、以及積分器233。比例積分運算器232以及積分器233，分別與圖4的比例積分運算器31以及積分器32相同。
軸誤差推定部231使用iγ以及iδ，計算出軸誤差Δθm。比例積分運算器232用來實現(xiàn)PLL(Phase Locked Loop)，與構成電動機控制裝置3d的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度ωe，使得軸誤差推定部231所計算出的軸誤差Δθm收斂到零。積分器233對比例積分運算器232所輸出的推定電動機速度ωe進行積分，計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe。比例積分運算器232所輸出的推定電動機速度ωe與積分器233所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，均作為推定器200a的輸出值，發(fā)送給需要該值的電動機控制裝置3d的各個部位。另外，推定電動機速度ωe還輸出給軸誤差推定部231。
圖30中示出了圖29的軸誤差推定部231的內(nèi)部構成例。如圖30所示，軸誤差推定部231具有BPF(帶通濾波器)241、LPF(低通濾波器)242、θm計算部243、坐標旋轉(zhuǎn)部244、以及軸誤差計算部245。另外，如圖31所示，軸誤差計算部245具有乘法器246、LPF247、系數(shù)乘法器248?，F(xiàn)在，設疊加電壓生成部201所生成的疊加電壓vhγ*與vhδ*的頻率(γ-δ坐標軸上的電角速度)為ωh。
BFP241，從圖24的坐標變換器12所輸出的γ軸電流iγ與δ軸電流iδ中，抽出ωh的頻率成分，輸出γ軸疊加電流ihγ以及δ軸疊加電流ihδ。BPF241，是接收iγ與iδ作為輸入信號，通過通帶內(nèi)包含有ωh的頻率的帶通濾波器，典型的例如是其通過通帶的中心頻率為ωh。另外，通過BPF241去除驅(qū)動電流的頻率成分。
LFP242，從圖24的坐標變換器12所輸出的γ軸電流iγ與δ軸電流iδ中，去除作為高頻成分的ωh的頻率成分之后，輸出給θm計算部243。也即，通過LPF242，從γ軸電流iγ與δ軸電流iδ中去除疊加電流(ihγ與ihδ)的成分。
θm計算部243，根據(jù)去除了ωh的頻率成分之后的γ軸電流iγ與δ軸電流iδ的值，計算出相位θm(參照圖11)。具體地說，將去除了ωh的頻率成分之后的δ軸電流iδ的值，用作上述式(40)中的iδ，使用上式(40)計算出θm。此時，也可以將對應于iδ的θm的值事先作為表格數(shù)據(jù)準備，通過參照該表格數(shù)據(jù)，得到θm的值。
坐標旋轉(zhuǎn)部244，使用下式(64)，讓疊加電流ihγ以及ihδ所形成的電流矢量ih，坐標旋轉(zhuǎn)通過θm所表示的相位部分，計算出電流矢量ihm。此時，使用θm計算部243所計算出的θm的值。電流矢量ih以及ihm表示為下式(65a)以及(65b)。ihγ以及ihδ是形成電流矢量ih的正交2軸成分，其分別是電流矢量ih的γ軸成分與δ軸成分。ihmγ以及ihmδ是形成電流矢量ihm的正交2軸成分。由坐標旋轉(zhuǎn)部244所計算出的ihmγ以及ihmδ，發(fā)送給軸誤差計算部245。
ihmγihmδ=cosθmsinθm-sinθmcosθmihγihδ---(64)]]>ih=ihγihδ---(65a)]]>ihm=ihmγihmδ---(65b)]]>參照表示該坐標旋轉(zhuǎn)前后的電流矢量軌跡例子的圖32，對坐標旋轉(zhuǎn)的意義進行補充說明?？紤]疊加了正圓的旋轉(zhuǎn)電壓的情況，也即加載了描繪出圖25的電壓矢量軌跡210的疊加電壓的情況。這種情況下，因電動機1的磁凸極性，旋轉(zhuǎn)坐標軸上的電流矢量ih的軌跡，如電流矢量軌跡251所示，形成相對d軸軸對稱的橢圓(也即形成d軸方向與長軸方向相一致的橢圓)。坐標旋轉(zhuǎn)部244為使得該橢圓相對dm軸軸對稱，而給電流矢量ih作用旋轉(zhuǎn)矩陣，計算出電流矢量ihm。通過這樣，電流矢量ihm的軌跡如電流矢量軌跡252所示。
在旋轉(zhuǎn)坐標軸上，電流矢量軌跡252形成橢圓，其長軸方向在Δθm＝0°時與dm軸方向相一致，但在Δθm≠0°時與dm軸方向不一致。因此，如果將電流矢量ihm的正交2軸成分的乘積(ihmγ×ihmδ)的直流成分，表述為(ihmγ×ihmδ)DC，則，與乘積(ihγ×ihδ)的直流成分與軸誤差Δθ之間的關系一樣，直流成分(ihmγ×ihmδ)DC在軸誤差Δθm為零的情況下為零，大體與軸誤差Δθm成正比。因此，如果設比例系數(shù)為K，則軸誤差Δθm能夠通過下式(66)來表示。
Δθm＝K·(ihmγ×ihmδ)DC…(66)為了實現(xiàn)式(66)所表示的計算，軸誤差計算部245構成為如圖31所示。也即，乘法器246計算出由坐標旋轉(zhuǎn)部244所計算出的ihmγ與ihmδ的乘積，LPF247提取該乘積(ihmγ×ihmδ)的直流成分，得到(ihmγ×ihmδ)DC。系數(shù)乘法器248給LPF247所輸出的直流成分(ihmγ×ihmδ)DC乘以比例系數(shù)K，計算出式(66)所表示的軸誤差Δθm。系數(shù)乘法器248所輸出的軸誤差Δθm，作為圖29的軸誤差推定部231所推定的軸誤差Δθm，發(fā)送給比例積分運算器232，進行如上所述推定電動機速度ωe以及推定轉(zhuǎn)子位置θe的計算，使得軸誤差Δθm收斂到零。也即，使得γ-δ軸追蹤dm-qm軸(推定dm-qm軸)。
如上所述，如果疊加高頻的疊加電壓，根據(jù)相應地流通的疊加電流成分，推定轉(zhuǎn)子位置，特別是在電動機1的停止狀態(tài)或低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，能夠良好地推定轉(zhuǎn)子位置。
最為典型的例子，列舉出了疊加電壓生成部201所生成的疊加電壓為正圓的旋轉(zhuǎn)電壓的情況，但疊加電壓生成部201所生成的疊加電壓，還能夠采用各種各樣的疊加電壓。并且，疊加電壓的在旋轉(zhuǎn)坐標軸上(d-q軸上等)的電壓矢量軌跡，不需要是相對d軸軸對稱的軌跡。更為詳細地說，疊加電壓在旋轉(zhuǎn)坐標軸上(d-q軸上等)的電壓矢量軌跡，需要描繪出內(nèi)包原點，并且具有以d軸為基準的對稱性的圖形。在疊加電壓的加載所引起的疊加電流的電流矢量軌跡為相對d軸軸對稱的軌跡的前提條件下，構成圖29的軸誤差推定部231，因此通過讓電壓矢量軌跡相對d軸軸對稱，便滿足該前提條件。
這里，“內(nèi)包原點”是指，旋轉(zhuǎn)坐標軸上(d-q軸上等)的原點，存在于上述“具有對稱性的圖形”內(nèi)部。另外，“以d軸為基準具有對稱性”是指d-q軸上的電壓矢量的軌跡的第1象限部分以及第2象限部分的圖形，與第3象限及第4象限部分的圖形之間，滿足以d軸為軸的線對稱關系。
例如，旋轉(zhuǎn)坐標軸上(d-q軸上等)中的疊加電壓的電壓矢量軌跡，可以是以d軸方向為短軸方向或長軸方向的橢圓，也可以是d軸或q軸上的線(也即疊加電壓可以是交變電壓)，還可以是以原點為中心的四邊形。
圖33中，示出了將橢圓形的旋轉(zhuǎn)電壓作為疊加電壓加載的情況下的電流矢量ih以及ihm的軌跡。圖34中，示出了將只具有d軸成分的交變電壓作為疊加電壓加載的情況下的電流矢量ih以及ihm的軌跡。
但是，在加載疊加電壓的電壓矢量軌跡不是正圓的情況下，需要將圖30的θm計算部243的計算值相位θm，發(fā)送給圖24的疊加電壓生成部201。這是由于，在疊加電壓的電壓矢量軌跡是正圓的情況下，疊加電壓的電壓矢量軌跡與疊加電壓的相位無關，相對d軸軸對稱，但在不是正圓的情況下，為了讓該電壓矢量軌跡相對d軸軸對稱，需要相位θm的信息。
例如，在疊加電壓為正圓的旋轉(zhuǎn)電壓的情況下，疊加電壓生成部201生成通過下式(67)所表示的疊加電壓，在疊加電壓為橢圓的旋轉(zhuǎn)電壓或交變電壓的情況下，疊加電壓生成部201生成通過下式(68)所表示的疊加電壓。這里，Vhγ以及Vhδ，分別為疊加電壓的γ軸方向的振幅以及疊加電壓的δ軸方向的振幅。t表示時間。
vhγ*vhδ*=Vhγcos(ωht)Vhδsin(ωht)---(67)]]>vhγ*vhδ*=Vhγcos(ωht+θm)Vhδsin(ωht+θm)---(68)]]>[軸誤差的理論公式的導出]以上對利用軸誤差Δθm與直流成分(ihmγ×ihmδ)DC成正比，進行dm-qm軸的推定的方法進行了說明，這里對關于該推定的原理的理論公式進行研究。并且，為了便于說明，進行關于d-q軸的推定的情況下的考察。也即，進行計算出d軸與γ軸之間的軸誤差Δθ的情況下的理論公式的導出。
首先，關于疊加成分的方程式通過下式(69)表示。這里，下式(70a)、(70b)、(70c)、(70d)以及(70e)成立。另外p為微分運算符。
pihγihδ=1LdLqLδ-Lγδ-LγδLγvhγ*vhδ*---(69)]]>Lγ＝L0+L1cos2Δθ …(70a)Lδ＝L0-L1cos2Δθ …(70b)Lγδ＝L1sin2Δθ …(70c)L0=Ld+Lq2---(70d)]]>L1=Ld-Lq2---(70e)]]>如果所加載的疊加電壓通過上式(67)表示，則對應于該疊加電壓的加載所流通的疊加電流的正交2軸成分ihγ與ihδ，通過下式(71)表示。式(71)中的s是拉普拉斯運算符，θh＝ωht。
ihγihδ=1LdLqLδ-Lγδ-LγδLγ1svhγ*vhδ*]]>=1ωhLdLqL0-L1cos2Δθ-L1sin2Δθ-L1sin2ΔθL0+L1cos2ΔθVhγsinθh-Vhδcosθh---(71)]]>如果根據(jù)上述式(71)，對疊加電流的正交2軸成分進行整理，則得到下式(72)。這里，K1～K7是如果確定了Ld、Lq、Vhγ以及Vhδ便確定的系數(shù)。
ihγ×ihδ＝K1sin(2θh)+K2sin(2Δθ)+K3sin(4Δθ)+K4sin(2Δθ+2θh)+K5sin(2Δθ-2θh)+K6sin(4Δθ+2θh)+K7sin(4Δθ-2θh)…(72)電流矢量ih的正交2軸成分的乘積(ihγ×ihδ)的直流成分表述為(ihγ×ihδ)DC。由于直流成分不包含因θh而變動的項，因此表示為式(73)所示。
(ihγ×ihδ)DC＝K2sin(2Δθ)+K3sin(4Δθ)…(73)在Δθ≈0的情況下，由于能夠近似為sin(2Δθ)≈2Δθ，sin(4Δθ)≈4Δθ，因此軸誤差Δθ可以通過下式(74)來表示。式(74)中的K是通過系數(shù)K2與K3所設定的系數(shù)。另外，在疊加電壓是正圓的旋轉(zhuǎn)電壓的情況下，系數(shù)K3變?yōu)榱?，根?jù)式(73)，Δθ的4倍的正弦相沒有。
Δθ＝K·(ihγ×ihδ)DC…(74)通過將上述式(74)的導出法，適用于軸誤差Δθm，便能夠得到上述式(66)。
以上例示了使用通過圖30的坐標旋轉(zhuǎn)部244的坐標旋轉(zhuǎn)所得到的電流矢量ihm的正交2軸成分(也即ihmγ與ihmδ)雙方，計算出軸誤差Δθm的情況，但也可以只使用該正交2軸成分中的1軸成分(也即ihmγ或ihmδ)，計算出軸誤差Δθm。但在只使用1軸成分計算出軸誤差Δθm的情況下，圖24的疊加電壓生成部201所生成的疊加電壓，必需是只具有d軸成分或q軸成分的交變電壓。
疊加交變電壓，根據(jù)對應于該交變電壓的疊加所流通的疊加電流的矢量的1軸成分(也即ihγ或ihδ)，計算出軸誤差Δθ的方法很早便為人所知(例如參照上述專利文獻3)。因此省略該方法的詳細說明。通過將d-q軸替換成dm-qm軸，并使用該方法，能夠只使用電流矢量ihm的1軸成分(也即ihmγ或ihmδ)，計算出軸誤差Δθm。
另外，疊加高頻電壓，根據(jù)相應地所流通的電流推定轉(zhuǎn)子位置以及電動機速度的方法有很多(參照例如上述專利文獻4～6)。這些方法也可以轉(zhuǎn)用于dm-qm軸，進行推定處理。
《第6實施方式》通過將對應于第5實施方式的特別適于低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)(及停止狀態(tài))的無傳感器控制，與對應于第2或第3實施方式的特別適于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的無傳感器控制組合起來，能夠在包括停止狀態(tài)的大速度范圍內(nèi)，實現(xiàn)良好的無傳感器控制。將第6實施方式作為對應于該組合的實施方式進行說明。第2、第3以及第5實施方式中已說明的事項，只要沒有矛盾，就能夠適用于第6實施方式。
由于第6實施方式的相關電動機控制裝置全體的構成，與圖24的相同，因此省略了另行的圖示。但第6實施方式的相關電動機控制裝置中，推定器200的內(nèi)部構成與圖29的推定器200a不同。因此，對作為與第5實施方式的不同點的推定器200的內(nèi)部構成及動作進行說明。
下面將第1、第2及第3推定器例，作為能夠適用于本實施方式的推定器200的例子進行說明。
首先，對第1推定器例子進行說明。圖35是第1推定器的相關位置/速度推定器200b(以下簡稱作“推定器200b”)的內(nèi)部構成例。推定器200b，可以使用圖24中的推定器200。
推定器200b具有第1軸誤差推定部261、第2軸誤差推定部262、切換處理部263、比例積分運算器264、以及積分器265。
第1軸誤差推定部261是與第5實施方式中所說明的圖29的軸誤差推定部231相同的部位，根據(jù)iγ以及iδ，計算出qm軸與δ軸的軸誤差。但是，第5實施方式中，將該所計算出的軸誤差作為推定器200(或200a)應當計算出的軸誤差Δθm處理，而本實施方式中，將其作為推定器200b應當計算出的軸誤差Δθm的候補。也即，第1軸誤差推定部261，將經(jīng)由成為自身的構成要素的軸誤差計算部245等(參照圖30)所計算出的qm軸與δ軸的軸誤差，作為軸誤差Δθm的候補計算出來并輸出。第1軸誤差推定部261的輸出值，稱作第1候補軸誤差Δθm1。另外，第1軸誤差推定部261，在計算第1候補軸誤差Δθm1時，根據(jù)需要應用比例積分運算器264的輸出值(推定電動機速度ωe)。
第2軸誤差推定部262是與第2實施方式中所說明的圖15的軸誤差推定部41相同的部位，使用Vγ*、Vδ*、iγ以及iδ的值的全部或一部分，根據(jù)第2實施方式中所說明的第1～第5計算方法等，計算出qm軸與δ軸的軸誤差，作為軸誤差Δθm的候補并輸出。第2軸誤差推定部262的輸出值，稱作第2候補軸誤差Δθm2。另外，后面還要說明，第2候補軸誤差Δθm2的計算時所使用的iγ以及iδ的值中，應當不含有疊加電壓所引起的疊加電流(ihγ以及ihδ)的成分。另外，第2軸誤差推定部262，在計算第2候補軸誤差Δθm2時，根據(jù)需要應用比例積分運算器264的輸出值(推定電動機速度ωe)。
切換處理部263將第1候補軸誤差Δθm1作為第1輸入值接收，同時將第2候補軸誤差Δθm2作為第2輸入值接收，對應于表示電動機1的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的速度信息，根據(jù)第1輸入值與第2輸入值計算出輸出值并輸出。推定器200b中，使用比例積分運算器264所計算出的推定電動機速度ωe作為速度信息。但也可以使用電動機速度指令值ω*作為速度信息。
切換處理部263例如圖36所示，對應于速度信息將第1輸入值與第2輸入值中的任一方直接作為輸出值輸出。這種情況下，切換處理部263在通過速度信息所表示的轉(zhuǎn)速小于給定的閾值速度VTH時，將第1輸入值作為輸出值輸出，在大于閾值速度VTH時，將第2輸入值作為輸出值輸出。
另外，還可以讓切換處理部263進行加權平均處理。這種情況下，切換處理部263在通過速度信息所表示的轉(zhuǎn)速小于給定的第1閾值速度VTH1時，將第1輸入值作為輸出值輸出，在大于給定的第2閾值速度VTH2時，將第2輸入值作為輸出值輸出。另外，在通過速度信息所表示的轉(zhuǎn)速處于第1閾值速度VTH1到第2閾值速度VTH2的范圍內(nèi)時，將第1輸入值與第2輸入值的加權平均值作為輸出值計算出來并輸出。這里，成立VTH1＜VHT2。
加權平均處理，例如對應于速度信息所表示的轉(zhuǎn)速進行。也即，如圖37的模式圖所示，在通過速度信息所表示的轉(zhuǎn)速處于第1閾值速度VTH1到第2閾值速度VTH2的范圍內(nèi)時，進行第1輸入值與第2輸入值的加權平均，隨著該轉(zhuǎn)速的增加，增加第2輸入值對輸出值的貢獻率(contributionratio)，隨著該轉(zhuǎn)速的減少，增加第1輸入值對輸出值的貢獻率。
另外，例如加權平均處理，對應于切換開始后的經(jīng)過時間進行。也即，例如圖38的模式圖所示，以速度信息所表示的轉(zhuǎn)速從小于第1閾值速度VTH1的狀態(tài)開始進入到大于第1閾值速度VTH1的狀態(tài)的時刻t1為基準，開始將輸出值從第1輸入值切換成第2輸入值。在時刻t1時，輸出值例如是第1輸入值。之后，進行第1輸入值與第2輸入值的加權平均，隨著從時刻t1開始的經(jīng)過時間增大，增加第2輸入值對輸出值的貢獻率。在從切換開始的時刻t1經(jīng)過了給定時間后的時刻，使得輸出值與第2輸入值相一致，結束切換。在速度信息所表示的轉(zhuǎn)速從大于第2閾值速度VTH2的狀態(tài)向小于第2閾值速度VTH2的狀態(tài)遷移的情況下也一樣。另外，在對應于距離切換開始的經(jīng)過時間進行加權平均處理的情況下，第1閾值速度VTH1與第2閾值速度VTH2也可以相同。
另外，閾值速度VTH例如是10rps(rotation per second)～30rps的范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速，第1閾值速度VTH1例如是10rps～20rps范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速，第2閾值速度VTH2例如是20rps～30rps范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速。
圖35的推定器200b中，將切換處理部263的輸出值，發(fā)送給起到速度推定部的作用的比例積分運算器264。比例積分運算器264用來實現(xiàn)PLL，與構成電動機控制裝置3d的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度ωe，使得切換處理部263的輸出值收斂到零。積分器265對比例積分運算器264所輸出的推定電動機速度ωe進行積分，計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe。比例積分運算器264所輸出的推定電動機速度ωe與積分器265所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，均作為推定器200b的輸出值，發(fā)送給需要該值的電動機控制裝置3d的各個部位。
接下來，對第2推定器例子進行說明。圖39是第2推定器的相關位置/速度推定器200c(以下簡稱作“推定器200c”)的內(nèi)部構成例。推定器200c，可以使用圖24中的推定器200。
推定器200c具有第1軸誤差推定部261、第2軸誤差推定部262、切換處理部263、比例積分運算器266與267、以及積分器268。推定器200c中，在推定速度的階段進行切換處理。
推定器200c中的第1軸誤差推定部261與第2誤差推定部262，與圖35的推定器200b中的相同。但是，第1誤差推定部261，在計算第1候補軸誤差Δθm1時，根據(jù)需要將比例積分運算器266的輸出值(后述的第1候補速度ωe1)作為推定電動機速度ωe進行利用。同樣，第2誤差推定部262，在計算第2候補軸誤差Δθm2時，根據(jù)需要將比例積分運算器267的輸出值(后述的第2候補速度ωe2)作為推定電動機速度ωe進行處理利用。
比例積分運算器266用來實現(xiàn)PLL，與構成電動機控制裝置3d的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度，使得第1候補軸誤差Δθm1收斂到零。比例積分運算器266所計算出的推定電動機速度，作為第1候補速度ωe1輸出。
比例積分運算器267用來實現(xiàn)PLL，與構成電動機控制裝置3d的各個部位協(xié)動，進行比例積分控制，計算出推定電動機速度，使得第2候補軸誤差Δθm2收斂到零。比例積分運算器267所計算出的推定電動機速度，作為第2候補速度ωe2輸出。
推定器200c中的切換處理部263，與圖35的推定器200b中的相同。但是，推定器200c中，切換處理部263的第1輸入值與第2輸入值，分別成為第1候補速度ωe1與第2候補速度ωe2。因此，推定器200c中的切換處理部263，對應于表示電動機1的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的速度信息，輸出第1候補速度ωe1、第2候補速度ωe2或其加權平均值。另外，速度信息還可以使用電動機速度指令值ω*。切換處理部263的輸出值，成為適于轉(zhuǎn)速的推定電動機速度ωe。
積分器268對切換處理部263所輸出的推定電動機速度ωe進行積分，計算出推定轉(zhuǎn)子位置θe。切換處理部263所輸出的推定電動機速度ωe與積分器268所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，均作為推定器200c的輸出值，發(fā)送給需要該值的電動機控制裝置3d的各個部位。
接下來，對第3推定器例子進行說明。圖40是第3推定器的相關位置/速度推定器200d(以下簡稱作“推定器200d”)的內(nèi)部構成例。推定器200d，可以使用圖24中的推定器200。
推定器200d具有第1軸誤差推定部261、第2軸誤差推定部262、切換處理部263、比例積分運算器266與267、以及積分器269與270。推定器200d中，在推定位置的階段進行切換處理。
推定器200d中的第1軸誤差推定部261與第2誤差推定部262，以及比例積分運算器266與267，與圖39的推定器200c中的相同。積分器269對比例積分運算器266所輸出的第1候補速度ωe1進行積分，計算出第1候補位置θe1。積分器270對比例積分運算器267所輸出的第2候補速度ωe2進行積分，計算出第2候補位置θe2。
推定器200d中的切換處理部263，與圖35的推定器200b中的相同。但是，推定器200d中，切換處理部263的第1輸入值與第2輸入值，分別成為第1候補位置θe1與第2候補位置θe2。因此，推定器200d中的切換處理部263，對應于表示電動機1的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的速度信息，輸出第1候補位置θe1、第2候補位置θe2或其加權平均值。另外，速度信息還可以使用電動機速度指令值ω*。切換處理部263的輸出值，成為適于轉(zhuǎn)速的推定轉(zhuǎn)子位置θe。
切換處理部263所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe，作為推定器200d的輸出值，發(fā)送給需要該值的電動機控制裝置3d的各個部位。需要時，還可以對切換處理部263所輸出的推定轉(zhuǎn)子位置θe進行微分，計算出推定電動機速度ωe。
另外，推定器200b的說明中所記載的事項，只要沒有矛盾，就能夠適用于推定器200c以及200d。
另外，在低速旋轉(zhuǎn)時等，需要第1軸誤差推定部261所計算出的第1候補軸誤差Δθm1的時刻，需要基于疊加電壓生成部201的疊加電壓的生成，但在高速旋轉(zhuǎn)時等，在不需要第1軸誤差推定部261所計算出的第1候補軸誤差Δθm1的時刻，可以停止基于疊加電壓生成部201的疊加電壓的生成。對于第2候補軸誤差Δθm2的計算所必需的是對應于驅(qū)動電壓(vγ*以及vδ*)所流通的驅(qū)動電流成分，這是由于，疊加電流成分成為對第2候補軸誤差Δθm2的計算的噪聲。
但是，在進行加權平均處理等情況下，既疊加有疊加電壓，又需要計算第2候補軸誤差Δθm2。這種情況下，可以對來自坐標變換器12的γ軸電流iγ以及δ軸電流iδ實施高域截止處理，將去除了疊加電流(ihγ以及ihδ)的成分的γ軸電流iγ以及δ軸電流iδ的值用于第2候補軸誤差Δθm2的計算。
通過像這樣形成推定器(200b、200c或200d)，在電動機1的旋轉(zhuǎn)停止狀態(tài)或低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，執(zhí)行使用根據(jù)疊加電流成分所計算出的值(Δθm1、ωe1或θe1)的低速用推定處理，在電動機1的高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，執(zhí)行使用根據(jù)驅(qū)動電流成分所計算出的值(Δθm2、ωe2或θe2)的高速用推定處理。因此，能夠在大速度范圍內(nèi)，實現(xiàn)良好的無傳感器控制。
假設對應于轉(zhuǎn)速，切換以前的推定d-q軸的低速用無傳感器控制，與對應于第2或第3實施方式的推定dm-qm軸的高速用無傳感器控制，則需要不同坐標間的切換，因此在實現(xiàn)流暢的切換上出現(xiàn)問題。另外，在實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制的情況下，在基于d-q軸的控制下需要對應于q軸電流(δ軸電流)的d軸電流(γ軸電流)，與此相對，在基于dm-qm軸的控制下，使得dm軸電流(γ軸電流)為零或大致為零，因此γ軸電流指令值iγ*伴隨著切換變得不連續(xù)。另一方面，如果像本實施方式這樣，在基于dm-qm軸的控制下進行切換，便解決了上述問題。
另外，通過使用加權平均處理，緩緩進行低速用推定處理與高速用推定處理的切換，保證了轉(zhuǎn)子位置與電動機速度的推定值的連續(xù)性，從而能夠流暢地進行推定處理的切換。但是，在像圖35的推定器200b這樣，在誤差推定的階段進行切換的情況下，由于只在通過PLL的特性所設定的應答速度中，轉(zhuǎn)子位置與電動機速度的推定值變化，因此即使進行加權平均處理，也保證了其推定值的連續(xù)性。
《變形等》各個實施方式中所說明的事項，只要沒有矛盾，就可以應用于其他實施方式。例如，第2實施方式中所說明的事項(公式等)，均能夠適用于第3～第6實施方式。另外，上述說明中所示出的具體數(shù)值，僅僅是示例，當然可以將其變更為各種各樣的數(shù)值。
上述第1～第6實施方式中，對磁通控制部16輸出零或大致為零的iγ*或idm*進行了說明，但在需要進行弱磁通控制的轉(zhuǎn)速中，當然也可以輸出具有對應于該轉(zhuǎn)速的值的iγ*或idm*。
另外，電流檢測器11如圖3等所示，可以采用直接檢測出電動機電流的構成，也可以代替該方法，從電源側(cè)的DC電流的瞬時電流再現(xiàn)電動機電流，通過這樣來檢測出電動機電流。
另外，各個實施方式中的電動機控制裝置的功能的一部分或全部，例如使用安裝在通用的微計算機等中的軟件(程序)來實現(xiàn)。在使用軟件實現(xiàn)電動機控制裝置的情況下，示出了電動機控制裝置的各部構成的方框圖表示功能方框圖。當然，也可以不通過軟件(程序)，只通過硬件來構成電動機控制裝置。
另外，以實現(xiàn)了最大轉(zhuǎn)矩控制(或近似的控制)為前提，對第2～第6實施方式進行了說明，但通過運用上述內(nèi)容，還能夠得到與最大轉(zhuǎn)矩控制不同的所期望的轉(zhuǎn)矩控制。當然，此時也能夠得到上述的參數(shù)調(diào)整的容易化等效果。
例如，第2～第6實施方式中，將與方向與實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制時應當供給電動機1的電流矢量的方向相一致的旋轉(zhuǎn)軸相比，相位更超前的旋轉(zhuǎn)軸，采用為qm軸。通過這樣，能夠降低鐵損，提高電動機的效率。如果適當提高了qm軸的相位，則能夠?qū)崿F(xiàn)最大效率控制。
在實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制的情況下，Lm的值通過上式(42)計算出來，但通過采用比上式(42)所計算出的值小的值作為Lm的值，能夠提高電動機的效率。
第1實施方式(圖3)中，從電動機控制裝置3中去除了推定器20的部分，構成控制部。第2實施方式(圖14)中，從電動機控制裝置3a中去除了推定器40的部分，構成控制部。第3實施方式(圖19)中，從電動機控制裝置3b中去除了推定器45、θm計算部46以及運算器47的部分，構成控制部。
第4實施方式(圖20)中，位置檢測器50、θm計算部52以及運算器53構成θdm計算部，從電動機控制裝置3c中去除了θdm計算部的部分，構成控制部。
第5與第6實施方式(圖24)中，從電動機控制裝置3d中去除了推定器200與疊加電壓生成部201的部分，構成控制部。
第6實施方式的相關圖35的推定器200b中，第1軸誤差推定部261以及第2軸誤差推定部262，分別起到第1候補軸誤差計算部以及第2候補軸誤差計算部的功能。第6實施方式的相關圖39的推定器200c中，第1軸誤差推定部261與比例積分運算器266所構成的部位，起到第1候補速度計算部的功能，第2軸誤差推定部262與比例積分運算器267所構成的部位，起到第2候補速度計算部的功能。第6實施方式的相關圖40的推定器200d中，第1軸誤差推定部261、比例積分運算器266以及積分器269所構成的部位，起到第1候補位置計算部的功能，第2軸誤差推定部262、比例積分運算器267以及積分器270所構成的部位，起到第2候補位置計算部的功能。
各個實施方式中，坐標變換器12與18、減法器13與14、以及電流控制部15，構成電壓指令計算部。磁通控制部16、速度控制部17以及減法器19，構成電流指令計算部。
另外，本實施方式中，有時簡化敘述，只通過記號(iγ等)的記述，來表現(xiàn)對應于該記號的狀態(tài)量等。也即，本說明書中，例如“iγ”與“γ軸電流iγ”所指代的相同。
本發(fā)明適用于使用電動機的所有電器。例如可以適用于通過電動機的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動的電動汽車，以及空調(diào)等中使用的壓縮機等。
權利要求
1.一種電動機控制裝置，在將與構成轉(zhuǎn)子的永磁體所產(chǎn)生的磁通平行的軸設為d軸，將對應于d軸的控制上的推定軸設為γ軸，將比d軸超前90度電角的軸設為q軸的情況下，具備將對應于有凸極性的電動機的q軸電感的值，用作運算用參數(shù)，推定上述電動機的轉(zhuǎn)子位置的推定器；以及根據(jù)所推定的上述轉(zhuǎn)子位置，控制上述電動機的控制部，其特征在于上述推定器，將上述電動機的實際的q軸電感與實際的d軸電感之間的值，采用為上述運算用參數(shù)的值之后，進行上述轉(zhuǎn)子位置的推定，通過這樣在d軸與γ軸之間產(chǎn)生偏差。
2.如權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于上述控制部，控制上述電動機，使得供給上述電動機的電動機電流的γ軸成分保持為零或零附近的給定值。
3.如權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于在將比上述γ軸超前90度電角的軸設為δ軸的情況下，上述推定器對應于上述轉(zhuǎn)子位置的推定，還推定上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；上述控制部，具有電流指令計算部，其生成上述電動機電流的γ軸成分以及δ軸成分應當追蹤的γ軸電流指令值以及δ軸電流指令值，使得所推定的上述轉(zhuǎn)速追蹤外部所賦予的電動機速度指令值；上述電流指令計算部，不管上述δ軸電流指令值的值如何，均將上述γ軸電流指令值保持為上述給定值，通過這樣，與上述電動機電流的δ軸成分的值無關，讓上述電動機電流的γ軸成分保持上述給定值。
4.如權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于在設上述電動機的實際的q軸電感以及實際的d軸電感，分別為Lq與Ld，作為上述運算用參數(shù)的q軸電感為L的情況下，上述推定器，使用滿足Ld≤L＜(Ld+Lq)/2的L，進行上述轉(zhuǎn)子位置的推定。
5.一種電動機控制裝置，進行電動機的控制，其特征在于在將方向與實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制時的電流矢量的方向相一致的旋轉(zhuǎn)軸或相位比該旋轉(zhuǎn)軸超前的旋轉(zhuǎn)軸設為qm軸，將與該qm軸正交的旋轉(zhuǎn)軸設為dm軸的情況下，將上述電動機中所流通的電動機電流，分解為平行于上述qm軸的qm軸成分與平行于上述dm軸的dm軸成分，進行上述電動機的控制。
6.如權利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于具有推定上述電動機的轉(zhuǎn)子位置的推定器，以及根據(jù)所推定的上述轉(zhuǎn)子位置控制上述電動機的控制部；在將與構成轉(zhuǎn)子的永磁體所產(chǎn)生的磁通平行的軸設為d軸，將對應于d軸的控制上的推定軸設為γ軸，將比γ軸超前90度電角的軸設為δ軸的情況下，上述控制部進行上述電動機的控制，使得上述γ軸以及上述δ軸，分別追蹤上述dm軸以及上述qm軸。
7.如權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于上述控制部，控制上述電動機，使得上述電動機電流的γ軸成分保持為零或零附近的給定值。
8.如權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于上述推定器，使用上述qm軸與上述δ軸之間的軸誤差，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
9.如權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于在將比上述d軸超前90度電角的軸設為q軸的情況下，上述推定器，使用在將上述電動機中所產(chǎn)生的q軸上的感應電壓的矢量分解為qm軸上的感應電壓矢量與dm軸上的感應電壓矢量的情況下的qm軸上的感應電壓矢量，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
10.如權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于上述推定器，使用在將上述電動機的d軸上的磁鏈的矢量分解為qm軸上的磁鏈矢量與dm軸上的磁鏈矢量的情況下的dm軸上的磁鏈矢量，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
11.如權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于上述控制部，具有使用上述推定器所推定的上述轉(zhuǎn)子位置，將上述電動機電流的給定的固定軸成分變換成γ軸成分與δ軸成分的坐標變換器；上述推定器，根據(jù)從上述坐標變換器所得到的上述電動機電流的γ軸成分與δ軸成分，推定上述電動機電流的qm軸成分與dm軸成分；使用通過推定所得到的上述電動機電流的qm軸成分以及dm軸成分，和從上述坐標變換器所得到的上述電動機電流的γ軸成分以及δ軸成分之間的誤差電流，推定上述轉(zhuǎn)子位置。
12.如權利要求6所述的電動機控制裝置，其特征在于還具有給用來驅(qū)動上述電動機的驅(qū)動電壓，疊加與該驅(qū)動電壓頻率不同的疊加電壓的疊加部；上述推定器，能夠執(zhí)行基于對應于上述疊加電壓的疊加而在上述電動機中流通的疊加電流，推定上述轉(zhuǎn)子位置的第1推定處理。
13.如權利要求12所述的電動機控制裝置，其特征在于上述推定器，還能夠執(zhí)行根據(jù)上述電動機電流中含有的對應于上述驅(qū)動電壓的驅(qū)動電流，推定上述轉(zhuǎn)子位置的第2推定處理；對應于表示上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的速度信息，在上述第1推定處理與上述第2推定處理中切換實際所執(zhí)行的推定處理。
14.如權利要求13所述的電動機控制裝置，其特征在于上述推定器，在上述第1推定處理與上述第2推定處理之間切換實際所執(zhí)行的推定處理時，對應于上述速度信息，或?qū)趶那袚Q開始的經(jīng)過時間，通過加進了雙方的推定處理的推定結果的推定處理，讓實際所執(zhí)行的推定處理從一方的推定處理向另一方的推定處理轉(zhuǎn)移。
15.如權利要求12所述的電動機控制裝置，其特征在于上述疊加電壓的旋轉(zhuǎn)坐標軸上的電壓矢量軌跡，形成具有以d軸為基準的對稱性的圖形。
16.一種電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，具有電動機；驅(qū)動上述電動機的逆變器；以及通過控制上述逆變器來控制上述電動機的如權利要求1所述的電動機控制裝置。
17.一種電動機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，具有電動機；驅(qū)動上述電動機的逆變器；以及通過控制上述逆變器來控制上述電動機的如權利要求5所述的電動機控制裝置。
全文摘要
將對應于d－q軸的控制上的推定軸設為γ－δ軸，具有將對應于有凸極性的電動機的q軸電感的值，用作運算用參數(shù)，推定電動機的轉(zhuǎn)子位置的推定器，以及根據(jù)所推定的上述轉(zhuǎn)子位置，控制電動機的控制部。推定器，將電動機的實際的q軸電感與實際的d軸電感之間的值，采用為上述運算用參數(shù)的值之后，進行上述轉(zhuǎn)子位置的推定，通過這樣在d軸與γ軸之間產(chǎn)生偏差；上述控制部，控制電動機，使得上述電動機電流的γ軸成分與供給電動機的電動機電流的δ軸成分的值無關，而保持為零或零附近的給定值。
文檔編號H02P21/00GK1929290SQ20061012184
公開日2007年3月14日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權日2005年8月26日
發(fā)明者富樫仁夫, 比田一 申請人:三洋電機株式會社