本發(fā)明涉及一種例如適用于泵、風(fēng)扇、壓縮機(jī)、主軸馬達(dá)等的轉(zhuǎn)速控制或者輸送機(jī)、升降機(jī)、機(jī)械裝置的定位控制以及電動(dòng)助力器等需要扭矩控制的用途的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

背景技術(shù)：

在家電、工業(yè)、汽車等領(lǐng)域，例如對(duì)風(fēng)扇、泵、壓縮機(jī)等的轉(zhuǎn)速控制以及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置等扭矩輔助設(shè)備還有輸送機(jī)、升降機(jī)、定位控制等使用有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置。在這些領(lǐng)域的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置中，廣泛使用有作為小形、高效的交流電動(dòng)機(jī)的永磁型同步電動(dòng)機(jī)(以下，稱為“PM馬達(dá)”)。但是，要驅(qū)動(dòng)PM馬達(dá)，就需要馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的磁極位置的信息，而用于獲得該信息的分角器或霍耳IC等位置傳感器便成為必需。近年來，不使用該位置傳感器而進(jìn)行PM馬達(dá)的轉(zhuǎn)速或扭矩控制的無傳感器控制正在普及。

通過無傳感器控制的實(shí)現(xiàn)，可削減位置傳感器所耗費(fèi)的費(fèi)用(傳感器本身的成本、傳感器的布線所耗費(fèi)的成本、傳感器的安裝調(diào)整作業(yè)所耗費(fèi)的費(fèi)用)，此外，隨著傳感器的取消，還產(chǎn)生了可實(shí)現(xiàn)裝置的小型化、惡劣環(huán)境下的使用等優(yōu)點(diǎn)。

目前，PM馬達(dá)的無傳感器控制采用的是直接檢測(cè)因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(速度起電電壓)而作為轉(zhuǎn)子的位置信息來進(jìn)行PM馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)的方式、或者根據(jù)PM馬達(dá)的數(shù)學(xué)模型來推斷運(yùn)算轉(zhuǎn)子位置的位置推斷技術(shù)等。

這些在原理上是利用速度起電電壓的方式，在停止/低速區(qū)等速度起電電壓較小的區(qū)域內(nèi)難以運(yùn)用。因此，這些技術(shù)主要是在中高速區(qū)以上的速度區(qū)域內(nèi)加以運(yùn)用，低速區(qū)使用的是V/F固定控制這樣的開環(huán)控制。在開環(huán)控制的情況下，由于無法自如控制馬達(dá)的產(chǎn)生扭矩，因此低速區(qū)的控制性較差，此外，效率也發(fā)生劣化。

針對(duì)這些問題，已提出有從低速區(qū)獲得轉(zhuǎn)子位置信息的方式。

專利文獻(xiàn)1是對(duì)三相PM馬達(dá)中的2個(gè)相施加脈沖電壓并檢測(cè)未通電的剩下的1相的開路電壓，根據(jù)該電壓來獲得位置信息。由于該開路相的起電電壓是根據(jù)PM馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的位置而產(chǎn)生，因此可用于轉(zhuǎn)子位置的推斷。該起電電壓是安裝在PM馬達(dá)的轉(zhuǎn)子上的永磁鐵磁通與脈沖電壓下的通電電流的關(guān)系使得馬達(dá)內(nèi)的電感微小地發(fā)生變化而產(chǎn)生的電壓，在停止?fàn)顟B(tài)下也可進(jìn)行觀測(cè)。將其稱為“磁飽和起電電壓”。

此外，在該方式中，為了觀測(cè)未通電那一相(開路相)的起電電壓，選擇三相中的兩相來進(jìn)行通電的120度通電驅(qū)動(dòng)是必需的。要以無位置傳感器的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，必須根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置不斷切換這些通電相。在該通電相切換中利用開路相所產(chǎn)生的“磁飽和起電電壓”。

磁飽和起電電壓是以根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行單調(diào)增加或減少的方式發(fā)生變化。因此，在專利文獻(xiàn)1中，是以如下方式進(jìn)行無位置傳感器控制：對(duì)開路相起電電壓設(shè)置“閾值”，在磁飽和起電電壓達(dá)到該閾值的時(shí)間點(diǎn)切換至下一通電相。這時(shí)，“閾值”是極為重要的設(shè)定要素。閾值在每一馬達(dá)或者馬達(dá)的每一相繞組上存在微妙的偏差，必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定這些閾值。針對(duì)每一馬達(dá)而自動(dòng)實(shí)施閾值的調(diào)整作業(yè)的方法在專利文獻(xiàn)2中有記載。

在專利文獻(xiàn)2中，針對(duì)專利文獻(xiàn)1中所記載的方法而預(yù)先執(zhí)行閾值的自動(dòng)調(diào)整例程，由此，作業(yè)人員無須再手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使得系統(tǒng)的啟動(dòng)作業(yè)得以省力化。

這些公開專利是以120度通電驅(qū)動(dòng)為前提，但正弦波驅(qū)動(dòng)的方法也已有報(bào)道。在專利文獻(xiàn)3、4中，使用三相定子繞組經(jīng)Y形連接而成的馬達(dá)作為PM馬達(dá)，并對(duì)該經(jīng)Y形連接的三相繞組的連接點(diǎn)電位(將其稱為中性點(diǎn)電位)進(jìn)行觀測(cè)，由此推斷轉(zhuǎn)子的位置。

由于無須像專利文獻(xiàn)1那樣觀測(cè)開路相，因此可同時(shí)對(duì)三相通電，從而能以理想的正弦波電流驅(qū)動(dòng)PM馬達(dá)。但中性點(diǎn)電位的檢測(cè)是不可缺少的。

在專利文獻(xiàn)3中記載有用以觀測(cè)中性點(diǎn)電位的電壓脈沖的插入方法。此外，在專利文獻(xiàn)4中記載有如下內(nèi)容：利用驅(qū)動(dòng)PM馬達(dá)的逆變器的外加電壓，以與進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)的PWM脈沖連動(dòng)的方式觀測(cè)中性點(diǎn)電位，可瞬間推斷運(yùn)算轉(zhuǎn)子位置。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2009-189176號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利特開2012-10477號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本專利特開2010-74898號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：國際公開號(hào)WO2013/153657A1

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)中，馬達(dá)可在停止/低速狀態(tài)下產(chǎn)生扭矩而不會(huì)失步。此外，專利文獻(xiàn)2中有與用以實(shí)現(xiàn)專利文獻(xiàn)1的無傳感器驅(qū)動(dòng)的重要的設(shè)定常數(shù)即“閾值”的自動(dòng)調(diào)整相關(guān)的記載。但這些專利文獻(xiàn)1、2的方法都是以120度通電驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)，因此PM馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)的電流高次諧波極大。結(jié)果，存在高次諧波損耗增大、扭矩脈動(dòng)所引起的振動(dòng)、噪音成為問題的情況。要驅(qū)動(dòng)PM馬達(dá)，理想的是以正弦波電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

專利文獻(xiàn)3、4所記載的技術(shù)展示有如下內(nèi)容：通過觀測(cè)PM馬達(dá)的定子繞組的中性點(diǎn)電位，能以正弦波電流從零速度起驅(qū)動(dòng)PM馬達(dá)。此外，沒有PM馬達(dá)的結(jié)構(gòu)性限制(例如，限定于嵌入磁鐵型等限制)，通用性也較高。但這些專利文獻(xiàn)3、4存在未解決的以下問題。

雖然專利文獻(xiàn)3中展示有使用觀測(cè)到的中性點(diǎn)電位來切換三相的通電相的方法，但并未記載如何設(shè)定具體的切換的中性點(diǎn)電位、以及對(duì)因馬達(dá)的規(guī)格所導(dǎo)致的差異和三相的不平衡的應(yīng)對(duì)。因此，要實(shí)現(xiàn)專利文獻(xiàn)3的方法，必須進(jìn)行每一馬達(dá)的調(diào)整作業(yè)，在實(shí)用上存在問題。尤其是難以運(yùn)用于量產(chǎn)品。

專利文獻(xiàn)4中展示有如下內(nèi)容：在施加有兩種電壓模式時(shí)，觀測(cè)各電壓模式下的中性點(diǎn)電位，可通過它們的信號(hào)處理來推斷運(yùn)算PM馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。但無法應(yīng)對(duì)三相不平衡，例如，在只有某一特定相的電感不同于其他相的電感的情況下，推斷出的轉(zhuǎn)子位置會(huì)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)成分。此外，雖然兩種電壓模式可通過通常的三角波載波下的脈寬調(diào)制來加以制作，但是，要檢測(cè)對(duì)應(yīng)于各電壓模式的中性點(diǎn)電位，必須豐富地準(zhǔn)備AD轉(zhuǎn)換器、計(jì)時(shí)器等作為控制器的功能。在使用廉價(jià)的微電腦的情況下，這些功能不足，無法直接運(yùn)用專利文獻(xiàn)4的方法。

本發(fā)明的目的在于提供一種自動(dòng)調(diào)整成為控制對(duì)象的每一馬達(dá)個(gè)體的磁飽和特性及三相不平衡特性等、并且不使用轉(zhuǎn)子位置傳感器而在零速度附近實(shí)現(xiàn)高扭矩的正弦波驅(qū)動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置。

解決問題的技術(shù)手段

以三相定子繞組Y形連接的PM馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)前通過逆變器進(jìn)行直流通電而使PM馬達(dá)的轉(zhuǎn)子移動(dòng)至規(guī)定相位，并在移動(dòng)后的狀態(tài)下從逆變器施加脈沖狀電壓，獲取定子繞組的Y形連接點(diǎn)的電位即中性點(diǎn)電位。將該獲取到的值存儲(chǔ)在控制器的非易失性存儲(chǔ)器上，并根據(jù)該值來實(shí)施PM馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置推斷，由此可實(shí)現(xiàn)可從零速度起進(jìn)行高扭矩驅(qū)動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置。

發(fā)明的效果

下面，對(duì)通過本申請(qǐng)中所揭示的發(fā)明中的代表性發(fā)明而獲得的效果進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。

根據(jù)本發(fā)明，由于可預(yù)先獲取PM馬達(dá)的中性點(diǎn)電位與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系，因此，不論是具有哪種磁路特性的馬達(dá)，都可通過簡(jiǎn)單的調(diào)整算法來實(shí)現(xiàn)低速區(qū)的無傳感器驅(qū)動(dòng)。結(jié)果，相對(duì)于以往公開的方式而言，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、噪音較少的高扭矩驅(qū)動(dòng)。此外，在調(diào)整后的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)中，可通過簡(jiǎn)便的算法來進(jìn)行位置推斷運(yùn)算，因此利用廉價(jià)的微電腦來實(shí)現(xiàn)也成為可能。

附圖說明

圖1為表示第1實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置的構(gòu)成的圖。

圖2為表示第1實(shí)施方式的逆變器的輸出電壓的向量記法的圖。

圖3為表示第1實(shí)施方式的PM馬達(dá)的中性點(diǎn)電位的產(chǎn)生原理的圖。

圖4為第1實(shí)施方式的中性點(diǎn)電位的實(shí)測(cè)例的波形圖。

圖5為第1實(shí)施方式的中性點(diǎn)電位的線性化的波形圖。

圖6為表示第1實(shí)施方式的全部種類的中性點(diǎn)電位的變化的波形圖。

圖7為表示第1實(shí)施方式的用于無傳感器驅(qū)動(dòng)的中性點(diǎn)電位的變化的波形圖。

圖8為第1實(shí)施方式的位置推斷器的構(gòu)成框圖。

圖9為表示第1實(shí)施方式的調(diào)整模式時(shí)的算法的流程圖。

圖10為表示第2實(shí)施方式的用于無傳感器驅(qū)動(dòng)的中性點(diǎn)電位的偏差的情況的波形圖。

圖11為表示第2實(shí)施方式的調(diào)整模式時(shí)的算法的流程圖。

圖12為第2實(shí)施方式的位置推斷器的構(gòu)成框圖。

圖13為第3實(shí)施方式的中性點(diǎn)電位的線性化的波形圖。

圖14為表示第3實(shí)施方式的調(diào)整模式時(shí)的算法的流程圖。

圖15為第4實(shí)施方式的中性點(diǎn)電位的實(shí)測(cè)例的波形圖。

圖16為第4實(shí)施方式的兩種中性點(diǎn)電位的合成得到的波形圖。

圖17為表示第4實(shí)施方式的調(diào)整模式時(shí)的算法的流程圖。

圖18為表示第5實(shí)施方式的調(diào)整模式時(shí)的算法的流程圖。

圖19為表示第6實(shí)施方式的PWM脈沖波形制作原理的波形圖。

圖20為第6實(shí)施方式的控制器的構(gòu)成框圖。

圖21為表示第6實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子位置區(qū)域及電壓指令區(qū)域的向量圖。

圖22為表示第6實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子位置區(qū)域與該區(qū)域內(nèi)必需的電壓向量的關(guān)系的圖。

圖23為從第6實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子位置區(qū)域和電壓指令區(qū)域中選則需要的電壓指令修正方法的圖。

圖24為表示第6實(shí)施方式的電壓指令修正方法的圖。

圖25為表示第7實(shí)施方式的一體型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。

圖26為表示第8實(shí)施方式的液壓泵系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。

圖27為表示第8實(shí)施方式的液壓泵系統(tǒng)中去掉安全閥之后的構(gòu)成的圖。

圖28為表示第9實(shí)施方式的定位控制系統(tǒng)的構(gòu)成的框圖。

具體實(shí)施方式

下面，使用附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

(第1實(shí)施方式)

使用圖1～9，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明。

該裝置的目的在于驅(qū)動(dòng)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)4(以下簡(jiǎn)稱為PM馬達(dá)4)，若大致加以區(qū)分，則是包括如下元件而構(gòu)成：Iq*產(chǎn)生器1；控制器2；逆變器3，其包括直流電源31、逆變器主電路32、門驅(qū)動(dòng)器33、假想中性點(diǎn)電位產(chǎn)生器34及電流檢測(cè)器35；以及PM馬達(dá)4，其為驅(qū)動(dòng)對(duì)象。

再者，作為驅(qū)動(dòng)對(duì)象，本實(shí)施方式中是以PM馬達(dá)為例進(jìn)行的列舉，但只要是獲得對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置的磁飽和特性的電動(dòng)機(jī)，則即便為其他種類的交流電動(dòng)機(jī)，也可加以運(yùn)用。

Iq*產(chǎn)生器1為生成PM馬達(dá)4的扭矩電流指令I(lǐng)q*的控制模塊，相當(dāng)于控制器2的上位的控制器。例如，為控制PM馬達(dá)4的轉(zhuǎn)速的速度控制器，作為根據(jù)泵等負(fù)荷裝置的狀態(tài)而運(yùn)算需要的扭矩電流指令并給予控制器2的模塊而發(fā)揮功能。

控制器2是以無轉(zhuǎn)子位置傳感器的方式對(duì)PM馬達(dá)4進(jìn)行向量控制的控制器，搭載有實(shí)現(xiàn)通常的無位置傳感器的“實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式”和自動(dòng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)前的對(duì)各PM馬達(dá)的調(diào)整作業(yè)的“調(diào)整模式”兩種功能，通過模塊內(nèi)的切換器來切換這些動(dòng)作。

控制器2由如下元件構(gòu)成：Id*產(chǎn)生器5a及5b，它們給出去往PM馬達(dá)4的勵(lì)磁電流指令I(lǐng)d*；信號(hào)的加法器6；d軸電流控制器IdACR 7；q軸電流控制器IqACR 8；dq逆轉(zhuǎn)換器9，其將dq軸上的電壓指令Vd*、Vq*轉(zhuǎn)換為三相交流電壓指令Vu0、Vv0、Vw0；脈寬調(diào)制(PWM)器10，其根據(jù)三相交流電壓指令來制作驅(qū)動(dòng)逆變器3的門脈沖信號(hào)；電流再現(xiàn)器11，其根據(jù)逆變器3的直流母線電流而再現(xiàn)三相交流電流；dq轉(zhuǎn)換器12，其將再現(xiàn)出的三相交流電流Iuc、Ivc、Iwc轉(zhuǎn)換為PM馬達(dá)4的轉(zhuǎn)子座標(biāo)軸即dq座標(biāo)軸的值；中性點(diǎn)電位放大器13，其以假想中性點(diǎn)電位產(chǎn)生器34的假想中性點(diǎn)電位Vnc為基準(zhǔn)來放大并檢測(cè)PM馬達(dá)4的中性點(diǎn)電位Vn；采樣/保持器14，其對(duì)觀測(cè)到的中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣/保持并導(dǎo)入至控制器內(nèi)部；位置推斷器15，其根據(jù)中性點(diǎn)電位來推斷運(yùn)算PM馬達(dá)4的轉(zhuǎn)子位置；速度運(yùn)算器16，其根據(jù)推斷出的轉(zhuǎn)子位置θdc來推斷轉(zhuǎn)子速度；相位設(shè)定器17，其在調(diào)整模式時(shí)強(qiáng)制性地使轉(zhuǎn)子位置移動(dòng)至規(guī)定位置；推斷參數(shù)設(shè)定器18，其設(shè)定實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的位置推斷所需的參數(shù)；零產(chǎn)生器19，其在調(diào)整模式時(shí)給出Iq*(＝0)；檢測(cè)電壓產(chǎn)生器20，其在調(diào)整模式時(shí)生成用以獲取中性點(diǎn)電位的電壓；以及切換器SW21a～e，它們對(duì)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式與調(diào)整模式進(jìn)行切換。

在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，SW21a～e切換至“1”側(cè)，實(shí)現(xiàn)基于中性點(diǎn)電位的位置推斷以及使用dq軸的電流控制的向量控制系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)位置推斷器15中需要的參數(shù)是將SW21a～e切換至“0”側(cè)并通過后文敘述的調(diào)整模式時(shí)的算法來獲取。

各切換器SW21a～e進(jìn)行以下切換。SW21a是以如下方式切換信號(hào)：在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式驅(qū)動(dòng)時(shí)，將觀測(cè)到的中性點(diǎn)電位用于位置推斷器15，在調(diào)整模式時(shí)，將觀測(cè)到的中性點(diǎn)電位用于推斷參數(shù)設(shè)定器。SW21b是以如下方式切換信號(hào)：在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，由推斷相位θdc給出去往dq轉(zhuǎn)換器12、dq逆轉(zhuǎn)換器9的轉(zhuǎn)換相位，此外，在調(diào)整模式時(shí)，由相位設(shè)定器17給出去往dq轉(zhuǎn)換器12、dq逆轉(zhuǎn)換器9的轉(zhuǎn)換相位。SW21c、d切換進(jìn)行電流控制時(shí)的電流指令I(lǐng)d*、Iq*。關(guān)于d軸電流指令，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，使用來自Id*產(chǎn)生器5a的信號(hào)，在調(diào)整模式時(shí)，使用來自Id*產(chǎn)生器5b的信號(hào)。此外，Iq*是由SW21d以如下方式加以切換：在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)，使用Iq*產(chǎn)生器1的信號(hào)，在調(diào)整模式時(shí)，給出零。SW21e是以如下方式進(jìn)行切換：給出Vn檢測(cè)電位產(chǎn)生器的信號(hào)，以檢測(cè)調(diào)整模式時(shí)所需的中性點(diǎn)電位。

再者，在本控制裝置中，PM馬達(dá)4的相電流的檢測(cè)是通過電流檢測(cè)器35檢測(cè)直流母線電流并在控制器2內(nèi)部的電流再現(xiàn)器11中再現(xiàn)相電流，但直接使用相電流傳感器也無任何問題。由于電流再現(xiàn)器11的動(dòng)作與本案的特征部分無直接關(guān)系，因此省略詳細(xì)說明。此外，雖然PM馬達(dá)4的中性點(diǎn)電位Vn是以假想中性點(diǎn)電位產(chǎn)生器34的假想中性點(diǎn)電位Vnc為基準(zhǔn)來進(jìn)行觀測(cè)，但成為基準(zhǔn)的電位可任意采用。也可將其他基準(zhǔn)電位例如逆變器3的直流電源31的接地電平等用于基準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。

接著，對(duì)基于中性點(diǎn)電位的無位置傳感器驅(qū)動(dòng)的原理進(jìn)行說明。

根據(jù)三相開關(guān)裝置(Sup～Swn)各自的開關(guān)狀態(tài)，逆變器3的輸出電壓總共有8種模式。圖2的(a)是在αβ座標(biāo)上對(duì)逆變器3的輸出電壓進(jìn)行向量顯示。2個(gè)零向量(V(0,0,0)和V(1,1,1))和6個(gè)非零向量(V_A～V_F)為逆變器可輸出的電壓模式。再者，圖中的V(1,0,0)的數(shù)值“1,0,0”表示逆變器主電路的U、V、W相的開關(guān)狀態(tài)，“1”意指上側(cè)元件的導(dǎo)通，“0”意指下側(cè)元件的導(dǎo)通。即，V(1,0,0)意指U相中上側(cè)元件導(dǎo)通、V相、W相中下側(cè)元件導(dǎo)通的狀態(tài)。

逆變器使用這8個(gè)電壓向量(包括2個(gè)零向量)來制作正弦波狀的脈沖圖形。例如，對(duì)于某一任意電壓指令V*，若該指令處于圖2的(a)中的區(qū)域(3)內(nèi)，則將圍繞該指令的向量V_B、V_C以及零向量加以組合而制作相當(dāng)于V*的電壓。

此外，與PM馬達(dá)4的轉(zhuǎn)子位置θd的關(guān)系如圖2的(b)。通常是以α軸(與U相定子繞組位置一致)為基準(zhǔn)沿逆時(shí)針方向定義θd。

接著，對(duì)中性點(diǎn)電位相對(duì)于這些電壓向量的變化進(jìn)行敘述。圖3的(a)、(b)中，作為例子，表示施加電壓向量V_A、V_D時(shí)的中性點(diǎn)電位V_nA、V_nD。再者，后文使用V_nA、V_nB、V_nC、V_nD、V_nE、V_nF作為中性點(diǎn)電位的名稱，它們意指分別施加電壓向量V_A、V_B、V_C、V_D、V_E、V_F時(shí)所產(chǎn)生的中性點(diǎn)電位。

如圖3所示，各中性點(diǎn)電位是以定子繞組L_u、L_v、L_w的分壓電位的形式加以觀測(cè)。假設(shè)各繞組的電感相等，則中性點(diǎn)電位完全為零。但實(shí)際上，轉(zhuǎn)子的磁鐵磁通會(huì)對(duì)繞組產(chǎn)生影響，使得電感表現(xiàn)出與轉(zhuǎn)子位置相應(yīng)的變化。圖4是對(duì)實(shí)際的PM馬達(dá)施加電壓向量而觀測(cè)中性點(diǎn)電位的結(jié)果。V_nA、V_nD均表現(xiàn)出與轉(zhuǎn)子位置相應(yīng)的變化。通過利用由該轉(zhuǎn)子位置引起的中性點(diǎn)電位的依賴性，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的位置推斷(專利文獻(xiàn)3、4)。

在本發(fā)明中，利用圖4的波形的一部分來進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的推斷運(yùn)算。

圖5表示著眼于圖4中的V_nA的變化的線性化的例子。例如，將V_nA的從-60[deg]起到0[deg]為止的變化視為直線，以V_n＝F_a(θ_d)的形式加以函數(shù)化(圖4的(a))。在該情況下，在位置推斷時(shí)，通過使用其反函數(shù)即θ_d＝F_a^-1(V_n)，可根據(jù)V_n來推斷轉(zhuǎn)子位置θ_d。

要實(shí)現(xiàn)該目的，只要能獲取對(duì)應(yīng)于θ_d的2點(diǎn)的中性點(diǎn)電位即可。例如，將轉(zhuǎn)子移動(dòng)至-60[deg]，在該位置施加V_A而獲取中性點(diǎn)電位V_nA0，進(jìn)而將轉(zhuǎn)子移動(dòng)至位置0[deg]的位置并施加V_A而獲取中性點(diǎn)電位V_nA1即可。關(guān)于該線性化，若像圖5的(b)那樣在-60[deg]到0[deg]的范圍內(nèi)加以近似，則近似的程度會(huì)發(fā)生變化，但原理上是能夠進(jìn)行位置推斷的。此外，也可像圖5的(c)那樣在60[deg]的范圍內(nèi)獲取多點(diǎn)來提高精度。

逆變器3可輸出的電壓向量除了零以外有6個(gè)，因此實(shí)際上可觀測(cè)6個(gè)中性點(diǎn)電位。這些觀測(cè)結(jié)果的例子示于圖6。若每隔60度轉(zhuǎn)子位置而選擇使用這6個(gè)中性點(diǎn)電位，則變?yōu)閳D7那樣的波形。如圖7所示，通過每隔60度輪流使用3個(gè)中性點(diǎn)電位V_nA、V_nC、V_nE，可觀測(cè)對(duì)稱的波形，從而可通過更簡(jiǎn)單的算法來推斷轉(zhuǎn)子位置。

圖8為表示在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)進(jìn)行動(dòng)作的位置推斷器15的構(gòu)成的框圖。

輸入中性點(diǎn)電位V_n0(實(shí)際上是V_nA、V_nC、V_nE中的任一項(xiàng))，使用乘法器152、加法器6來實(shí)施下式的計(jì)算。

θ_dc60＝A₁·V_n0+B₁ (數(shù)式1)

一次函數(shù)的參數(shù)A₁、B₁是利用事先在調(diào)整模式時(shí)設(shè)定好的值。以在±30[deg]的范圍內(nèi)算出的方式設(shè)定θ_dc60，對(duì)其加上θ_d基準(zhǔn)值產(chǎn)生器153所輸出的每60度的階段波信號(hào)θ_dc0，獲得0～360[deg]的推斷相位θ_dc。

通過上述位置推斷算法，可實(shí)現(xiàn)極為簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)子位置的推斷運(yùn)算，但這時(shí)，(數(shù)式1)中的參數(shù)A₁、B₁的設(shè)定較為重要。

關(guān)于(數(shù)式1)的函數(shù)，像圖5的(a)所示那樣將轉(zhuǎn)子位置移動(dòng)至規(guī)定相位并觀測(cè)中性點(diǎn)電位即可，但手動(dòng)進(jìn)行該操作需要大量時(shí)間，因此較理想為進(jìn)行自動(dòng)化。

圖9表示用以獲取圖5的(a)所示的V_nA0、V_nA1的調(diào)整模式的算法。圖中，在(S1)中將SW21a～d設(shè)為“0”側(cè)，僅SW21e保持在“1”側(cè)。接著，在(S2)中，在相位設(shè)定器17中輸出θ_dc＝-60[deg]，同時(shí)將Id*產(chǎn)生器5b的輸出設(shè)定為I₀。該I₀是設(shè)為旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子所需的電流值，而作為基準(zhǔn)，設(shè)為與PM馬達(dá)4的額定電流相當(dāng)即可。通過(S2)的設(shè)定，在θ_dc＝-60[deg]的位置產(chǎn)生直流電流。轉(zhuǎn)子被該電流吸引而移動(dòng)，并停止在θ_dc＝-60[deg]的位置。接著，在(S3)中將SW21e切換為“0”。在該時(shí)間點(diǎn)，直流電流被暫時(shí)切斷。接著，在(S4)中，從V_n檢測(cè)電壓產(chǎn)生器20輸出電壓向量V_A，獲取中性點(diǎn)電位V_nA。由于轉(zhuǎn)子位置θ_d為-60[deg]，因此該V_nA與圖5的(a)中的V_nA0一致。以相同方式通過(S5)至(S8)的處理來獲取V_nA1。結(jié)果，可對(duì)中性點(diǎn)電位與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系進(jìn)行線性近似，在(S9)中求線性化所需的2個(gè)系數(shù)A₁、B₁。該系數(shù)運(yùn)算是在推斷參數(shù)設(shè)定器18中實(shí)施，設(shè)定于位置推斷器15的參數(shù)設(shè)定器151中。以上，調(diào)整模式結(jié)束，在(S10)中切換為實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式而結(jié)束。

如上所述，按照本發(fā)明的實(shí)施方式，不論使用哪種PM馬達(dá)，都可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)無位置傳感器驅(qū)動(dòng)所需的參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，從而可實(shí)現(xiàn)通用性較高的PM馬達(dá)的無傳感器驅(qū)動(dòng)。

(第2實(shí)施方式)

接著，使用圖10、11、12，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明。

在第1實(shí)施方式中，展示了通過簡(jiǎn)便的調(diào)整算法而使得對(duì)特性未知的PM馬達(dá)的應(yīng)對(duì)成為可能的方法。在本第2實(shí)施方式中，提供解決各PM馬達(dá)中的三相不平衡問題的方法。

在第1實(shí)施方式中，中性點(diǎn)電位的檢測(cè)特性是像例如圖7所示那樣對(duì)應(yīng)于各電壓向量的中性點(diǎn)電位均等地發(fā)生變化而構(gòu)成調(diào)整算法。但在實(shí)際的PM馬達(dá)中，大多會(huì)因制造誤差或材料的偏差而產(chǎn)生三相的不平衡。尤其是本發(fā)明中所利用的中性點(diǎn)電位，它還是檢測(cè)各相的電感的微小變化的影響的物理量，是一種容易受到不平衡的影響的方式。

圖10為某一PM馬達(dá)的中性點(diǎn)電位的測(cè)定結(jié)果。V_nA、V_nC、V_nE各自表現(xiàn)出不同的變化。這些變化同時(shí)包括馬達(dá)本身的三相不平衡所引起的變化還有中性點(diǎn)電位的檢測(cè)電路(圖1中的假想中性點(diǎn)產(chǎn)生器34)的偏差所帶來的影響。但在第1實(shí)施方式中，這每一相的偏差無法在調(diào)整模式中進(jìn)行補(bǔ)償。

在本實(shí)施方式中，為了解決這些問題，針對(duì)3種中性點(diǎn)電位中的每一種來實(shí)施調(diào)整作業(yè)。其算法示于圖11。圖中，在(R1)至(R5)的處理中，將轉(zhuǎn)子位置移動(dòng)至-60度，獲取圖10中的V_nC1及V_nA0。同樣地，在(R6)～(R10)中將轉(zhuǎn)子位置移動(dòng)至0[deg]而獲取V_nA1及V_nE0，最后在(R11)～(R15)中將轉(zhuǎn)子位置移動(dòng)至60[deg]而獲取V_nE1、V_nC0。在這期間，轉(zhuǎn)子位置移動(dòng)到了3處(-60、0、60[deg])。根據(jù)這些中性點(diǎn)電位在(R16)中運(yùn)算各60度期間的近似函數(shù)的參數(shù)A₁～A₃、B₁～B₃。

所獲得的參數(shù)設(shè)定于本實(shí)施方式中的相位推斷器15B(圖12)中。參數(shù)設(shè)定器151B根據(jù)各區(qū)間來切換參數(shù)A1、A2、A3以及B1、B2、B3而實(shí)施θ_dc60的運(yùn)算。結(jié)果，三相各自的偏差得到補(bǔ)償，使得轉(zhuǎn)子相位θ_dc可運(yùn)算準(zhǔn)確的值。

(第3實(shí)施方式)

接著，使用圖13、14，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明。

在第1及第2實(shí)施方式中，是以零度為基準(zhǔn)、每隔60度對(duì)電角度360度進(jìn)行分割作為轉(zhuǎn)子相位來進(jìn)行位置推斷。然而，所檢測(cè)的中性點(diǎn)電位的波形在各60度期間內(nèi)不對(duì)稱，在線性近似中誤差較大。當(dāng)然，也可像圖5的(c)那樣獲取幾個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)來進(jìn)行折線下的近似，但處理會(huì)復(fù)雜化，而且調(diào)整模式的動(dòng)作時(shí)間也較長(zhǎng)。

本發(fā)明的第3實(shí)施方式解決該問題。

圖13表示之前的實(shí)施方式(該圖的(a))與本實(shí)施方式(該圖的(b))的原理上的比較。例如，若將檢測(cè)V_nA的60度期間設(shè)為-60～0度的范圍，則一部分會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在本實(shí)施方式中，像圖13的(b)那樣錯(cuò)開15度左右，在-75～-15度的范圍內(nèi)實(shí)施線性化。于是，所檢測(cè)的V_nA成為對(duì)稱波形，使得線性近似時(shí)的誤差大幅縮小。

該方式的調(diào)整模式的算法示于圖14。圖14是以與第1實(shí)施方式的算法(圖9)相關(guān)聯(lián)的方式加以記載。在圖14中，僅僅將圖9的(S2)及(S6)變更為(S2C)及(S6C)。在圖14中，使轉(zhuǎn)子移動(dòng)的位置變更為-75[deg]及-15[deg]，在各位置上獲取中性點(diǎn)電位V_nA，最后運(yùn)算參數(shù)A₁、B₁。

在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，需要將相位推斷器15的θd基準(zhǔn)產(chǎn)生器的基準(zhǔn)值錯(cuò)開15度，但并非較大變更。

如上所述，通過將調(diào)整模式的轉(zhuǎn)子位置錯(cuò)開15度，可實(shí)現(xiàn)能進(jìn)行更高精度的位置推斷的無傳感器驅(qū)動(dòng)。再者，關(guān)于三相不平衡，根據(jù)第2實(shí)施方式來實(shí)施，只要將調(diào)整模式時(shí)的轉(zhuǎn)子的移動(dòng)位置整體錯(cuò)開15度，即可完全同樣地加以實(shí)現(xiàn)。

(第4實(shí)施方式)

接著，使用圖15、16、17，對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明。

本發(fā)明是PM馬達(dá)的基于中性點(diǎn)電位的無傳感器驅(qū)動(dòng)，而該中性點(diǎn)電位對(duì)轉(zhuǎn)子位置的依賴性是最重要的因素。

基本上，中性點(diǎn)電位是像圖4所示那樣相對(duì)于轉(zhuǎn)子相位θ_d以2倍周期發(fā)生變化而構(gòu)成控制系統(tǒng)。但根據(jù)PM馬達(dá)的不同，存在中性點(diǎn)電位的變化不對(duì)稱的情況。作為例子，存在如圖15的V_nA、V_nD那樣的特性的PM馬達(dá)。關(guān)于圖中的V_nA，可知其值在0度附近與180度附近產(chǎn)生了差異。此外，90度、-90度附近的值也發(fā)生了峰值下降。越是功率密度高的PM馬達(dá)，越容易發(fā)生該現(xiàn)象。高功率密度的馬達(dá)因磁通密度高，所以受到的永磁鐵磁通的影響較強(qiáng)。圖15中，0度附近的V_A是在增強(qiáng)磁鐵磁通的方向上產(chǎn)生電流，相反，180度附近產(chǎn)生的是消除磁鐵磁通的方向的電流。結(jié)果，因促進(jìn)磁飽和的方向或者緩和磁飽和的方向的差異而變?yōu)檫@種波形。

若對(duì)這種特性的馬達(dá)運(yùn)用之前的實(shí)施方式，則推斷結(jié)果在-60～0度和120～180度中會(huì)不一樣，從而導(dǎo)致電流波形產(chǎn)生變形，或許會(huì)引發(fā)扭矩脈動(dòng)等。

因此，在第4實(shí)施方式中，輪流施加方向不同的2個(gè)電壓向量(圖15中為V_A和V_D)。此時(shí)，V_A與V_D是開關(guān)狀態(tài)完全反轉(zhuǎn)的電壓向量，從而對(duì)PM馬達(dá)施加反方向的脈沖電壓。使用通過V_A、V_D各自的施加而獲得的中性點(diǎn)電位V_nA及V_nD兩方來進(jìn)行下述(數(shù)式2)的運(yùn)算。

V_nS＝V_nA－V_nB (數(shù)式2)

將通過(數(shù)式2)而獲得的新的變量V_nS作為中性點(diǎn)電位來進(jìn)行位置推斷。由于V_nA與V_nD對(duì)稱，因此V_nS變?yōu)閳D16那樣的對(duì)稱波形。圖16中，0度附近及180度附近的波形完全對(duì)稱，如前文所述的問題得以解決。

圖17表示本實(shí)施方式的調(diào)整模式的算法。根據(jù)圖9來展示變更點(diǎn)，即，圖9中的(S4)及(S8)在圖17中分別變更為(S4-1)～(S4-3)、(S8-1)～(S8-3)，施加V_A和V_D這2個(gè)電壓向量來求V_nS0及V_nS1。對(duì)應(yīng)于此，求推斷參數(shù)A₁及B₁，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式下實(shí)施位置推斷。在位置推斷時(shí)，也是交替施加V_A及V_D，將V_nS用作中性點(diǎn)電位。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第4實(shí)施方式，即便是對(duì)于中性點(diǎn)電位不對(duì)稱這樣的高功率密度的PM馬達(dá)，也可實(shí)現(xiàn)高精度的位置推斷。

再者，關(guān)于三相不平衡的問題和為了提高精度而將檢測(cè)相位錯(cuò)開15度的方法等，在第2、第3實(shí)施方式的方法中沿用本實(shí)施方式?jīng)]有任何問題。

(第5實(shí)施方式)

接著，使用圖18，對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明。

如之前的實(shí)施方式所述，通過利用調(diào)整模式來獲得規(guī)定相位的中性點(diǎn)電位，可高響應(yīng)且高品位(低扭矩脈動(dòng)、低損耗等)地驅(qū)動(dòng)PM馬達(dá)。但調(diào)整模式是在將馬達(dá)與控制器組合時(shí)以初次作業(yè)的形式僅實(shí)施一次，無法應(yīng)對(duì)馬達(dá)特性的經(jīng)時(shí)變化。PM馬達(dá)雖然在原理上經(jīng)時(shí)變化較少，但馬達(dá)的溫度在驅(qū)動(dòng)中有可能發(fā)生數(shù)10度至100度左右的變化。溫度變化會(huì)導(dǎo)致安裝在轉(zhuǎn)子中的永磁鐵的特性發(fā)生變化，結(jié)果，有中性點(diǎn)電位發(fā)生變動(dòng)之虞。尤其是調(diào)整模式是僅限于初次的動(dòng)作模式，很可能是在PM馬達(dá)的溫度較低的條件下進(jìn)行調(diào)整。另一方面，當(dāng)以實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式驅(qū)動(dòng)PM馬達(dá)時(shí)，銅損、鐵損會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)主體發(fā)熱，有可能變?yōu)椴煌谡{(diào)整模式時(shí)的特性。

因此，調(diào)整模式下的中性點(diǎn)電位的檢測(cè)宜盡可能接近實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式下的溫度條件。

因此，如圖18所示，對(duì)第1實(shí)施方式的調(diào)整模式算法(圖9)新追加處理(P1)、(P2)。在(P1)中，暫時(shí)將SW21a～d設(shè)定為調(diào)整模式，在(P2)中，將I₀設(shè)定為規(guī)定值，此外，以0、120、-120[deg]的順序輪流改變相位θ_dc，并對(duì)PM馬達(dá)4通電。該(P2)中的通電的目的在于流入電流而使PM馬達(dá)4產(chǎn)生損耗、從而使馬達(dá)的溫度上升至接近實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的值，通電模式可任意。但為了避免電流集中于某一特定相，宜改變通電相位。

若在通過(P2)對(duì)PM馬達(dá)4通電之后實(shí)施之前的實(shí)施方式中所展示的調(diào)整模式，則將獲得接近實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度條件下的中性點(diǎn)電位。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第5實(shí)施方式，可在調(diào)整模式中獲取接近實(shí)際的動(dòng)作溫度條件的中性點(diǎn)電位，進(jìn)而可提高實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中的位置推斷精度。

(第6實(shí)施方式)

接著，使用圖19～24，對(duì)本發(fā)明的第6實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置進(jìn)行說明。

在第3實(shí)施方式中敘述了如下內(nèi)容：在以θ_d為基準(zhǔn)的情況下，將用于位置推斷的中性點(diǎn)電位錯(cuò)開15度在維持線性方面較為有利。此外，在第4實(shí)施方式中敘述了如下內(nèi)容：通過檢測(cè)2個(gè)中性點(diǎn)電位并使用其差分來進(jìn)行位置推斷，使得精度進(jìn)一步提高。

這些動(dòng)作在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí)也必須通過控制器來實(shí)現(xiàn)，在本第6實(shí)施方式中對(duì)其具體方法進(jìn)行說明。

圖19為表示控制器2中的脈寬調(diào)制產(chǎn)生器10中的PWM脈沖的制作的情況的原理圖。將三角波載波的下降期間設(shè)為Tc1、將上升期間設(shè)為Tc2，并對(duì)該三角波載波與三相電壓指令V_u0、V_v0、V_w0進(jìn)行比較，由此生成PWM脈沖串PV_u、PV_v、PV_w。雖然三相電壓指令是呈正弦波狀發(fā)生變化，但相對(duì)于三角波載波周期而言，可像圖中那樣視為固定。

在通常的PWM(圖19的(a))中，三相電壓指令被分配為最大相(Max)、中間相(Mid)、最小相(Min)中的任一項(xiàng)。在像圖19的(a)那樣處于V_u0＞V_v0＞V_w0的關(guān)系的情況下，除了零向量以外，所輸出的電壓向量為V_A和V_B。因此，若在輸出該V_A及V_B的瞬間對(duì)中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣，則可獲取中性點(diǎn)電位VnA、VnB。如此，通過通常的PWM波形來獲得二個(gè)中性點(diǎn)電位這一內(nèi)容在專利文獻(xiàn)4中是作為一大特點(diǎn)來加以敘述的。進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)4中記載有如下內(nèi)容：若獲得兩種中性點(diǎn)電位，則可通過簡(jiǎn)單的運(yùn)算(座標(biāo)變換和反正切運(yùn)算等)來推斷運(yùn)算轉(zhuǎn)子相位。

然而，要在載波周期的半周期內(nèi)(Tc1期間或Tc2期間)的任意時(shí)刻檢測(cè)中性點(diǎn)電位，控制器必須具備可實(shí)現(xiàn)這一目的的功能。具體而言，不是32bit的高功能微處理器便不具備該功能。此外，雖說是簡(jiǎn)單的處理，但反正切或座標(biāo)變換等難以在廉價(jià)的微電腦上實(shí)現(xiàn)(需要處理時(shí)間)。

進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)4中，無法采取馬達(dá)的特性偏差尤其是三相不平衡等的對(duì)策，雖然不需要馬達(dá)常數(shù)，但反過來，在馬達(dá)常數(shù)產(chǎn)生偏差的情況下，存在無法采取對(duì)策的缺點(diǎn)。

在本實(shí)施方式中，對(duì)解決該問題的方法進(jìn)行敘述。

如第4實(shí)施方式中所述，對(duì)方向相反的兩種電壓向量檢測(cè)各自的中性點(diǎn)電位并取其差在精度提高方面較為有利。因此，對(duì)原電壓指令進(jìn)行修正，強(qiáng)制性地輸出所期望的電壓向量。

圖19的(b)為脈沖移位的實(shí)施例的波形。在Tc1期間內(nèi)，增加U相電壓指令V_u0(修正結(jié)果為V_u1)，并在Tc2期間內(nèi)減少相應(yīng)的部分(V_u2)。是以如下方式進(jìn)行修正：在Tc2期間內(nèi)減少Tc1期間的增加部分，使得兩者的平均值與原V_u0一致。此外，以中間相(Mid)變?yōu)榱愕姆绞綄?duì)三相指令加上共用的直流偏壓(再者，由于“三相共用的直流偏壓”對(duì)于馬達(dá)而言為零相成分，因此對(duì)馬達(dá)無影響)。

進(jìn)行如圖19的(b)的修正的結(jié)果是，所輸出的PWM脈沖的相位發(fā)生移位，不僅輸出V_A，還輸出反方向的電壓V_D。進(jìn)而，關(guān)于V_nA、V_nD的檢測(cè)，在載波發(fā)生過零的時(shí)刻對(duì)中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣即可。此外，各中性點(diǎn)電位的檢測(cè)在Tc1期間及Tc2期間內(nèi)各實(shí)施1次即可，無須像專利文獻(xiàn)4記載的那樣在載波的半周期內(nèi)在規(guī)定時(shí)刻采樣2次，從而不需要高功能的控制器(微電腦)，可利用廉價(jià)的微電腦來加以實(shí)現(xiàn)。

圖20為用以實(shí)現(xiàn)脈沖移位的控制器2D的構(gòu)成框圖。圖中，大部分零件與圖1中的控制器2相同，且新追加了指令值修正器22。在指令值修正器22中，對(duì)三相電壓指令Vu0、Vv0、Vw0實(shí)施對(duì)Tc1期間及Tc2期間的修正，以Vu1、Vv1、Vw1以及Vu2、Vv2、Vw2的形式輸出指令電壓。

下面，對(duì)具體的脈沖移位方法進(jìn)行說明。

圖21的(a)中，將轉(zhuǎn)子位置(磁鐵磁通Φm的位置)分為6個(gè)區(qū)域，例如，M1定義為225＜θd＜285[deg]的范圍、M2定義為285＜θd＜345[deg]的范圍。該定義是在像第3實(shí)施方式所展示的那樣考慮中性點(diǎn)電位的線性之后加以定義的(相位錯(cuò)開了15度)。此外，電壓指令V*的區(qū)域可像圖21的(b)那樣分類為V1～V6這6個(gè)區(qū)域。電壓指令V*是將三相電壓指令標(biāo)記在αβ軸上而成，例如，在像圖中那樣V*存在于區(qū)域V2的情況下，原則上使用位于作為該區(qū)域V2的三邊形的頂點(diǎn)的電壓向量即V_A、V_B及零向量來輸出V*。

此處，重要的是轉(zhuǎn)子的位置區(qū)域M1～M6與對(duì)馬達(dá)的外加電壓的區(qū)域V1～V6各自獨(dú)立地變化。原則上是相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置在正交方向上產(chǎn)生速度起電電壓，因此，若規(guī)定了轉(zhuǎn)子位置，則應(yīng)輸出的電壓也應(yīng)該大致在根本上規(guī)定下來。然而，低速區(qū)內(nèi)感應(yīng)電壓較少，此外，電壓指令會(huì)瞬態(tài)性地在各種方向上發(fā)生變化，因此，必須任何條件都做出假設(shè)來進(jìn)行脈沖移位。

圖22表示轉(zhuǎn)子的位置區(qū)域M1～M6和這各個(gè)區(qū)域內(nèi)中性點(diǎn)電位檢測(cè)所需的2個(gè)電壓向量。即，若轉(zhuǎn)子位置的區(qū)域(M1～M6中的任一項(xiàng))得以確定，則不論電壓指令為什么值，都必須輸出圖22所示的2個(gè)電壓向量。因此，為了必定輸出這些檢測(cè)用電壓向量，必須對(duì)原電壓指令進(jìn)行脈沖移位。

這種脈沖移位的實(shí)現(xiàn)方法示于圖23及圖24。圖23的橫軸表示轉(zhuǎn)子的位置區(qū)域，縱軸表示電壓區(qū)域。在圖23中，若轉(zhuǎn)子位置區(qū)域和電壓區(qū)域得以確定，則其所需的電壓指令修正方法[A]、[B]、[C]將被確定。關(guān)于電壓修正方法[A]、[B]、[C]，在圖24中表示有具體的方法。若將原本的三相電壓指令分配為最大相(Max)、中間相(Mid)、最小相(Min)，并對(duì)各指令實(shí)施圖24的修正，則可輸出需要的電壓向量。再者，圖24中的“Vsh”為相當(dāng)于Vn檢測(cè)用電壓向量的電壓值，若該值設(shè)定得較大，則檢測(cè)用電壓向量的輸出期間會(huì)較長(zhǎng)。

此外，根據(jù)圖24，在修正[A]、[B]中，不進(jìn)行中間相Mid的修正，進(jìn)行最大相Max和最小相Min的修正。在修正[C]中，不進(jìn)行最大相Max的修正，實(shí)施中間相Mid及最小相Min的修正。此外，關(guān)于中性點(diǎn)電位的采樣時(shí)刻，在[A]、[B]中，與修正后的中間相Mid1、Mid2接觸三角波載波的時(shí)刻一致，在[C]中，與最大相Max1、Max2接觸三角波載波的時(shí)刻一致。

再者，雖然電壓指令通過修正[A]、[B]、[C]而得到修正，但載波頻率并無變化，因此開關(guān)次數(shù)不會(huì)有增減。即，可施加所期望的電壓脈沖而不會(huì)增加逆變器的開關(guān)損耗等也是本實(shí)施方式的一大優(yōu)點(diǎn)。

下面，對(duì)其具體的方法進(jìn)行敘述。

轉(zhuǎn)子的位置區(qū)域可根據(jù)控制器內(nèi)的該時(shí)間點(diǎn)的相位角θ_dc來判別。此外，電壓區(qū)域可通過對(duì)dq逆轉(zhuǎn)換后的電壓指令V_u0、V_v0、V_w0的大小關(guān)系進(jìn)行比較來確定。例如，若轉(zhuǎn)子位置區(qū)域?yàn)镸1、且這時(shí)的三相交流電壓指令為V_u0＞V_v0＞V_w0的順序(Max＝V_u0、Mid＝V_v0、Min＝V_w0)，則確定V2為電壓區(qū)域。因此，根據(jù)條件M1及V2，根據(jù)圖23進(jìn)行電壓修正[C]作為脈沖移位方法即可。即，通過實(shí)施修正[C]來輸出M1中必需的電壓V_C及V_F。關(guān)于具體的電壓指令的修正，如圖24所示，對(duì)原電壓指令Max、Mid、Min進(jìn)行Tc1期間、Tc2期間的修正，以Max1、Mid1、Min1以及Max2、Mid2、Min2的形式加以輸出。這些修正結(jié)果的平均值與原指令Max、Mid、Min一致。圖23及圖24的修正作業(yè)看起來較為復(fù)雜，但實(shí)際上只是大小判別和分支命令這一簡(jiǎn)單的信號(hào)處理，利用廉價(jià)的微電腦便足以實(shí)現(xiàn)。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)子位置及電壓指令相應(yīng)的脈沖移位，從而可在不僅對(duì)于PM馬達(dá)的穩(wěn)定狀態(tài)、對(duì)于瞬態(tài)變化也不會(huì)丟失轉(zhuǎn)子位置信息的情況下連續(xù)地進(jìn)行穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。

(第7實(shí)施方式)

接著，對(duì)本發(fā)明的第7實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖25為本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)態(tài)圖。在該圖中，同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23以一個(gè)系統(tǒng)的形式封裝在馬達(dá)4的內(nèi)部。通過以如此方式全部一體化，可取消馬達(dá)與逆變器之間的布線。如圖25所示，一體化之后的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布線只有去往逆變器3的電源線和返回轉(zhuǎn)速指令或動(dòng)作狀態(tài)等的通信線。

在本發(fā)明中，需要導(dǎo)出馬達(dá)4的中性點(diǎn)電位，而通過以如此方式將馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)電路部分一體化，將使得中性點(diǎn)電位的布線較為容易。此外，由于可實(shí)現(xiàn)無位置傳感器，因此一體化之后的系統(tǒng)可極為緊湊地集中起來，從而可實(shí)現(xiàn)小型化。

(第8實(shí)施方式)

接著，對(duì)本發(fā)明的第8實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖26為液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于汽車內(nèi)部的變速器液壓、制動(dòng)器液壓等。在圖26中，零件編號(hào)23為圖25中的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在馬達(dá)上安裝有液壓泵24。通過液壓泵24來控制液壓回路50的液壓。液壓回路50由貯存液壓油的油罐51、將液壓保持在設(shè)定值以下的安全閥52、切換液壓回路的螺線管閥53、以及作為液壓致動(dòng)器進(jìn)行動(dòng)作的油缸54構(gòu)成。

液壓泵24通過同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23來生成液壓，驅(qū)動(dòng)作為液壓致動(dòng)器的油缸54。在液壓回路中，通過螺線管閥53來切換回路會(huì)使得液壓泵24的負(fù)荷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23產(chǎn)生負(fù)荷擾動(dòng)。在液壓回路中，還存在對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的壓力施加數(shù)倍以上的負(fù)荷的情況，從而存在馬達(dá)停止的情況。但在本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于即便在停止?fàn)顟B(tài)下也可推斷轉(zhuǎn)子位置，因此不會(huì)產(chǎn)生任何問題。以往的無傳感器只有在中高速區(qū)以上才易于運(yùn)用，因此必須通過安全閥52來泄放成為馬達(dá)的極大負(fù)荷的液壓，而根據(jù)本實(shí)施方式，也可像圖27那樣去掉安全閥52。即，可在沒有用以避免對(duì)馬達(dá)的過大負(fù)荷的機(jī)械性保護(hù)裝置即安全閥的情況下實(shí)現(xiàn)液壓的控制。

再者，雖然本實(shí)施方式是利用液壓的控制系統(tǒng)來進(jìn)行的說明，但作為其他液體泵用當(dāng)然也是可以加以運(yùn)用的。

(第9實(shí)施方式)

最后，對(duì)本發(fā)明的第9實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖28為使用馬達(dá)的定位裝置，表示有其整體模塊構(gòu)成。在圖28中，連接有定位裝置70作為馬達(dá)4的負(fù)荷。Iq*產(chǎn)生器1E在此處是作為速度控制器而發(fā)揮功能。此外，速度指令ωr*是以上位的控制模塊即位置控制器71的輸出的形式給出。在減法器6E中進(jìn)行與實(shí)際速度ωr的比較，并以偏差變?yōu)榱愕姆绞竭\(yùn)算Iq*。定位裝置70例如為利用滾珠絲杠等的裝置，以位置被控制在規(guī)定位置θ*的方式由位置控制器71加以調(diào)整。在定位裝置70中并沒有安裝位置傳感器，而是直接使用控制器2中的位置推斷值θdc。由此，可進(jìn)行位置控制而無須在定位裝置中安裝位置傳感器。

以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式，當(dāng)然可在不脫離其主旨的范圍進(jìn)行各種變更。

工業(yè)上的可利用性

如上所述，本發(fā)明是用以構(gòu)建以無位置傳感器為前提的同步電動(dòng)機(jī)的控制裝置以及使用它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)。該馬達(dá)的運(yùn)用范圍為風(fēng)扇、泵(液壓泵、水泵)、壓縮機(jī)、主軸馬達(dá)、制冷制熱設(shè)備等的轉(zhuǎn)速控制，在輸送機(jī)、升降機(jī)、推出機(jī)、機(jī)床上也可加以利用。

符號(hào)說明

1 Iq*產(chǎn)生器

2 控制器

3 逆變器

31 直流電源

32 逆變器主電路

33 門驅(qū)動(dòng)器

34 假想中性點(diǎn)電位產(chǎn)生器

35 電流檢測(cè)器

4 PM馬達(dá)

5 Id*產(chǎn)生器

6 加法器6

7 d軸電流控制器IdACR

8 q軸電流控制器IqACR

9 dq逆轉(zhuǎn)換器

10 脈寬調(diào)制器

11 電流再現(xiàn)器

12 dq轉(zhuǎn)換器

13 中性點(diǎn)電位放大器

14 采樣/保持器

15 位置推斷器

16 速度運(yùn)算器

17 相位設(shè)定器

18 推斷參數(shù)設(shè)定器

19 零產(chǎn)生器

20 Vn檢測(cè)電壓產(chǎn)生器

21 切換器。