旋转电机控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术的旋转电机控制装置，抑制对旋转电机运转效率的影响，并且减少由死区时间引起的电压误差，从而将旋转电机的磁极位置高精度地电导出。进行减小由死区时间期间引起的交流输出误差的死区时间补偿，对于使用基于由转子的旋转产生的感应电压、或者基于对施加于旋转电机的高频的观测信号进行响应的响应分量运算出的磁极位置，在dq轴矢量坐标系中进行电流反馈控制的旋转电机控制装置而言，在dq轴矢量坐标系中决定电流指令(Id*)、(Iq*)并控制旋转电机的情况下，以电枢电流(Ia)的大小成为预先规定的下限电流(Ia_min)以上的方式控制旋转电机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及以旋转电机为控制对象的旋转电机控制装置，该旋转电机具备配置有永磁铁的转子、并经由在直流与交流之间进行电力转换的变频器而被驱动。
技术介绍
作为旋转电机、例如内置式永磁同步马达(IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)的控制方法，已知有被称为矢量控制的控制方法。在矢量控制中，例如将在马达的定子线圈中流动的马达电流坐标转换为：配置于转子的永磁铁产生的磁场的方向亦即d轴和与该d轴正交的q轴的矢量分量，并进行反馈控制。为了该坐标转换，需要高精度地检测转子的位置(磁极位置)。在磁极位置检测中使用分解器等旋转传感器的情况较多，但对于具有磁性凸极性的IPMSM，也提出各种不使用那样的旋转传感器的无传感器磁极位置检测技术。例如，已知有一种利用由转子的旋转产生的感应电动势来电检测磁极位置的方法。在停止时等马达进行极低速旋转的情况下，感应电动势完全不产生或者仅产生很小，由此也提出一种对马达给予高频电流、高频电压的观测信号并根据其响应来推定磁极位置的方法。然而，旋转电机经由在直流电与交流电之间进行电力转换的变频器而被驱动控制的情况较多。在进行变频器的开关控制时，上段侧的开关元件与下段侧的开关元件均处于导通状态，为了防止变频器的正负两极之间短路，设置有两个开关元件同时成为断开状态那样的期间、即所谓的死区时间。由于该死区时间，实际的有效脉冲宽度相对于基于调制指令的开关脉冲的有效脉冲宽度较小，存在在从直流转换为交流后的输出电压产生相对于指令值的误差的情况。该误差在电检测磁极位置时也产生影响，成为检测误差的原因。因此存在进行死区时间补偿的情况，该死区时间补偿通过将有效脉冲的起点与终点各错开相同时间，来减少由死区时间引起的输出电压的误差。在交流的相电流接近振幅中心的(接近于零)时刻，这样的死区时间补偿有效地发挥作用。但是在相电流的振幅较小的情况下等，若相对于相电流的周期，相电流取振幅中心(零)附近的值的期间的比例变大，则无法高精度地检测磁极位置的期间变长，作为结果会使磁极位置检测的精度降低。因此在日本特开2012-178950号公报(专利文献1)中，提出一种通过操作用于控制马达的控制量的电流的相位来提高检测精度的技术(第7～9段、第53～57段等)。但是在该方法中，存在为了将电流设定在超前相位和滞后相位而使转矩脉动变大的趋势。并且用于调整电流相位的运算载荷也增加。另外，虽然死区时间的影响也取决于马达的转矩、变频器的直流侧的电压(直流链路电压)，但由于在死区时间的影响比较小的情况下也进行电流相位的调整等，从而有可能使效率降低。专利文献1:日本特开2012-178950号公报
技术实现思路
鉴于上述背景，期望提供一种能够抑制对旋转电机的运转效率的影响，并且减少由死区时间引起的电压误差，从而将旋转电机的磁极位置高精度地电导出的无传感器磁极位置检测技术。鉴于上述情况的旋转电机控制装置，作为一种方式，所述旋转电机控制装置以旋转电机为控制对象，该旋转电机具备配置有永磁铁的转子，并经由在直流与交流之间进行电力转换的变频器而被驱动，通过无传感器控制来检测所述转子的磁极位置，使用所述磁极位置，在所述永磁铁产生的磁场的方向亦即d轴、和与该d轴正交的q轴的dq轴矢量坐标系中，基于电流指令与来自所述旋转电机的反馈电流的偏差进行电流反馈控制，对构成所述变频器的开关元件的控制脉冲的起点以及终点进行调整，来进行与所述控制脉冲为基准脉冲的情况相比减少由死区时间期间引起的交流输出的误差的死区时间补偿，所述死区时间期间为构成所述变频器的一相桥臂的上段侧的所述开关元件以及下段侧的所述开关元件均被控制为断开状态的期间，对所述开关元件进行开关控制来驱动所述旋转电机，在根据所述旋转电机的输出转矩以电枢电流的大小成为最小的方式决定所述dq轴矢量坐标系中的所述电流指令来控制所述旋转电机的情况下，以所述电枢电流的大小成为预先规定的下限电流以上的方式控制所述旋转电机。为了通过无传感器控制而精度良好地检测磁极位置，执行死区时间补偿是有用的，但在实施死区时间补偿时，一般需要判定交流的相电流的极性。在此，在旋转电机被以低转矩驱动的情况下等，相电流的振幅较小，在相电流的波高接近相电流的振幅中心的情况下，存在相电流的极性的判定要求较高的精度，或者因判定精度而使判定的可靠性降低的可能性。根据本结构，电流指令以电枢电流成为下限电流以上的方式决定。通过限制电枢电流减小，能够确保相电流的振幅的大小。即，能够以能够充分地进行相电流的极性的判定的方式确保相电流的振幅。在电枢电流的大小为下限电流以上的情况下，电枢电流不被限制，由此对旋转电机的运转效率的影响限定于电枢电流的大小小于下限电流的情况。因此根据本结构，可实现能够抑制对旋转电机的运转效率的影响，并且减小由死区时间引起的电压误差，从而将旋转电机的磁极位置高精度地电导出的无传感器磁极位置检测技术。附图说明图1是示意性地表示旋转电机控制装置的系统结构的一个例子的框图。图2是示意性地表示旋转电机控制装置的功能结构的一个例子的框图。图3是表示dq轴矢量坐标系与δγ轴矢量坐标系的关系的图。图4是表示αβ轴矢量坐标系与dq轴矢量坐标系的关系的图。图5是对死区时间进行说明的图。图6是对由死区时间产生的电压误差进行说明的图。图7是对死区时间补偿的一个例子进行说明的图。图8是示意性地表示电流矢量空间中的动作点与电流指令的关系的图。图9是示意性地表示进行包括恒流控制在内的控制的情况下电流指令的一个例子的波形图。图10是示意性地表示下限电流与直流链路电压的关系的图。图11是示意性地表示下限电流与旋转速度的关系的图。具体实施方式以下，基于附图对本专利技术的实施方式进行说明。如图1以及如图2所示，旋转电机控制装置1是具备不使用分解器等旋转传感器、而用所谓的无传感器来检测交流的旋转电机80的旋转状态(磁极位置、旋转速度)的功能的控制装置。在本实施方式中，旋转电机80为内置式永磁同步马达(interior permanent magnet synchronous motor:IPMSM)，具有转子的永磁铁的N极方向的磁特性和在电性上与其垂直的方向(在电气角上错开90°的方向)的与磁特性不同的凸极性(包括反凸极性)。虽然详细情况后述，但在本实施方式中，马达控制装置利用该凸极性，即使在旋转电机80停止时或低速旋转时，也通过无传感器控制来判定磁极位置、磁极的方向、旋转速度等旋转状态。因此本专利技术也能够应用于具有凸极性的其他方式的旋转电机，例如同步磁阻马达。另外，当然旋转电机80也包括马达(电动机)、发电机(generator)、以及根据需要起到马达以及发电机双方的功能的电动发电机的任一个。如上述那样，旋转电机控制装置1作为控制对象的旋转电机80具备配置有永磁铁的转子，并经由在直流与交流之间进行电力转换的变频器而被驱动。换言之，如图1所示，旋转电机控制装置1将具备变频器7和直流链路电容器6的旋转电机驱动装置70作为控制对象，并经由旋转电机驱动装置70对旋转电机80进行驱动控制。变频器7是连接于交流的旋转电机80并在直流与多相交流(在此为三相交流)之间进行电力转换的电力转换装置，交流一相桥臂由上段侧开关元件和下段侧开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转电机控制装置，其特征在于，所述旋转电机控制装置以旋转电机为控制对象，该旋转电机具备配置有永磁铁的转子，并经由在直流与交流之间进行电力转换的变频器而被驱动，通过无传感器控制来检测所述转子的磁极位置，使用所述磁极位置，在所述永磁铁产生的磁场的方向亦即d轴、和与该d轴正交的q轴的dq轴矢量坐标系中，基于电流指令与来自所述旋转电机的反馈电流的偏差进行电流反馈控制，对构成所述变频器的开关元件的控制脉冲的起点以及终点进行调整，来进行与所述控制脉冲为基准脉冲的情况相比减少由死区时间期间引起的交流输出的误差的死区时间补偿，所述死区时间期间为构成所述变频器的一相桥臂的上段侧的所述开关元件以及下段侧的所述开关元件均被控制为断开状态的期间，对所述开关元件进行开关控制来驱动所述旋转电机，在根据所述旋转电机的输出转矩以电枢电流的大小成为最小的方式决定所述dq轴矢量坐标系中的所述电流指令来控制所述旋转电机的情况下，以所述电枢电流的大小成为预先规定的下限电流以上的方式控制所述旋转电机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.17 JP 2014-0855181.一种旋转电机控制装置，其特征在于，所述旋转电机控制装置以旋转电机为控制对象，该旋转电机具备配置有永磁铁的转子，并经由在直流与交流之间进行电力转换的变频器而被驱动，通过无传感器控制来检测所述转子的磁极位置，使用所述磁极位置，在所述永磁铁产生的磁场的方向亦即d轴、和与该d轴正交的q轴的dq轴矢量坐标系中，基于电流指令与来自所述旋转电机的反馈电流的偏差进行电流反馈控制，对构成所述变频器的开关元件的控制脉冲的起点以及终点进行调整，来进行与所述控制脉冲为基准脉冲的情况相比减少由死区时间期间引起的交流输出的误差的死区时间补偿，所述死区时间期间为构成所述变频器的一相桥臂的上段侧的所述开关元件以及下段侧的所述开关元件均被控制为断开状态的期间，对所述开关元件进行开关控制来驱动所述旋转电机，在根据所述旋转电机的输出转矩以电枢电流的大小成为最小的方式决定所述dq轴矢量坐标系中的所述电流指令来控制所述旋转电机的情况下，以所述电枢电流的大小成为预先规定的下限电流以上的方式控制所述旋转电机。2.根据权利要求1所述的旋转电机控制装置，其特征在于，能够执...

【专利技术属性】
技术研发人员：岛田有礼，宫崎将司，苏布拉塔·萨哈，西村圭亮，岩月健，
申请(专利权)人：爱信艾达株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP