磁铁磁通量推定装置、异常减磁判定装置、同步电机驱动装置及电动车制造方法及图纸

本发明专利技术涉及磁铁磁通量推定装置、异常减磁判定装置、同步电机驱动装置及电动车。根据一实施方式，磁铁磁通量推定装置具备：磁极位置检测单元，用于检测在转子内部具有永久磁铁的永磁同步电机的磁极位置；等效电感值判断单元，用于判断与所述经判定的磁极方向对应的d轴的等效电感值；磁铁磁通量推定单元，根据所述等效电感值计算所述永久磁铁的磁铁磁通量的推定值。

【技术实现步骤摘要】
磁铁磁通量推定装置、异常减磁判定装置、同步电机驱动装置及电动车交叉引用相关申请本申请以日本专利申请2013-32391号(申请日:2013年2月21日)为基础，并且享有该申请的优先权，通过弓I用将该申请的全部内容包含于此。
实施方式涉及磁铁磁通量推定装置、异常减磁判定装置、同步电机驱动装置及电动车。
技术介绍
内置式永磁同步电机(IPMSM)中，通过在转子内部内置永久磁铁的配置，得到高转矩。IPMSM生成的转矩是通过来自磁铁磁通的转矩、即磁铁转矩以及因磁阻变化而产生的磁阻转矩的和来表示，由于磁铁转矩是与磁铁磁通成比例的转矩，因而一旦永久磁铁磁通变动，磁铁转矩也产生变动，进而生成的转矩也产生变动。但是，转子内部的永久磁铁具有其磁通根据自身的温度而变化的特性。即，根据永久磁铁的温度变化，IPMSM所生成的转矩产生变化，从而对于电机的输出转矩指令，实际的输出转矩的精度下降。而且，一旦永久磁铁的温度上升到一定水平以上，之后即便温度降低，磁铁磁通也无法恢复，即引起所谓的“不可逆减磁”。一旦陷入不可逆减磁状态，输出转矩自然会降低，而且需要施加更大的电流以产生要求的转矩，因此导致电机的效率降低。为了应对上述状况，研发出了一种检测永久磁铁磁通的减磁状态的技术。另外，已有一种利用永磁同步电机的旋转角度无传感器控制技术而开发的减磁检测技术。上述检测永久磁铁磁通的减磁状态的技术利用电机电压以磁铁磁通为比例系数而与电机的旋转速度成比例的特性，来检测磁铁磁通的减磁状态。这种方法需要电机以足够高速进行旋转，无法在停止状态检测减磁状态。另外，应用永磁同步电机的旋转角度无传感器控制技术而开发的减磁检测技术，在旋转角度无传感器控制的NS极性判别时，利用了如下现象:即，当向推定的d轴方向施加正负的偏置电流时，基于偏置电流产生的磁通和磁铁磁通的合成磁通而产生磁饱和，导致d轴电感降低的现象。即，根据在减磁状态中不发生磁饱和，d轴电感也不会降低的情况，以检测减磁状态。但是，这个方法需要依次施加正负的偏置电流，检测减磁状态需耗费时间，而且无法检测或推定磁铁磁通量本身。
技术实现思路
上述检测永久磁铁磁通的减磁状态的技术利用了电机电压以磁铁磁通为比例系数与电机的旋转速度成比例的特性，来检测磁铁磁通的减磁状态。这种方法需要电机充分高速地旋转，无法在停止状态检测减磁状态。另外，应用永磁同步电机的旋转角度无传感器控制技术而开发的减磁检测技术，在旋转角度无传感器控制的NS极性判别时，利用了如下现象:当向推定的d轴方向施加正负的偏置电流时，基于偏置电流产生的磁通和磁铁磁通的合成磁通而产生磁饱和，导致d轴电感降低的现象。即，根据在减磁状态中不发生磁饱和，d轴电感也不会降低的情况，以检测减磁状态。但是，这个方法需要依次施加正负的偏置电流，检测减磁状态需耗费时间，而且无法检测或推定磁铁磁通量本身。本申请是为解决上述课题而进行的研究，目的在于提供无需旋转电机即可在短时间内推定磁铁磁通量、检测减磁状态的磁铁磁通量推定装置、异常减磁判定装置、同步电机驱动装置及电动车。一实施方式的磁铁磁通量推定装置具备:磁极位置检测单元，用于检测在转子内部具有永久磁铁的永磁同步电机的磁极位置；等效电感值判断单元，用于判断与所述经判定的磁极方向对应的d轴的等效电感值；磁铁磁通量推定单元,根据所述等效电感值,计算所述永久磁铁的磁铁磁通量的推定值。根据上述结构的磁铁磁通量推定装置，无需旋转电机即可在短时间内推定磁铁磁通量并检测减磁状态。【附图说明】图1是表示搭载了第一实施方式的磁铁磁通推定装置的系统的一构成例的框图。图2表示永磁同步电机的d轴电感特性的一例。图3表示永磁同步电机的构造例。图4表示电感的饱和特性例。图5表示磁铁磁通变化时的d轴电感特性的一例。图6表示d轴电流的阶跃响应的一例。图7表示施加矩形波电压指令时的d轴电流响应的一例。图8表示第二实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的一构成例。图9表不闻频电压以及对应的闻频电流波形的例子。图10表示第三实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的一构成例。图11表示第三实施方式的系统中的电感特性的一例。图12表示第三实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的控制流程。图13表示第四实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的一构成例。图14表示第四实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的其他构成例。图15表示异常减磁状态和正常状态的电感特性的例子。图16表示第五实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的一构成例。图17是用于说明第五实施方式的系统中、永磁同步电机的包含d轴在内的轴定义的图。图18表示基于门指令而复原的PWM (脉宽调制)调制后的电压指令的一例。图19表不静止坐标系α β轴中的门信号的空间向量的一例。图20表示第五实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的载波谐波成分运算单元的处理模块的一例。图21表示第五实施方式的磁铁磁通推定装置、异常减磁判定装置以及同步电机驱动装置和电动车的电感特性的一例。【具体实施方式】以下，参照附图，对涉及实施方式的永磁同步电机的磁铁磁通量推定装置以及磁铁磁通量推定方法进行说明。(第一实施方式)图1是表示第一实施方式的磁铁磁通推定单元、同步电机驱动装置以及电动车的一构成例的框图。还有，以下说明了多个实施方式，对与本实施方式的结构同样的结构，赋予同一符号并省略说明。图1表示的电动车具备上位控制部1，电流控制单元2、坐标变换单元3、三角波脉宽调制单元4、逆变器5、电流检测单元6、电机7、磁极位置检测单元8、坐标变换单元9、等效电感值计测单元10、磁铁磁通推定单元11、车轮WL以及向车轮WL传递交流电机M的旋转动力的车轴100。电流控制单元2、坐标变换单元3以及三角波脉宽调制单元4是例如根据由磁极位置检测单元判断的磁极方向、输入的电流指令值以及流经电机7的电流的响应电流值，对逆变器5进行控制的逆变器控制部。上位控制部I例如将转矩指令变换为dq轴旋转坐标系的电流指令值idref、iqref,并向电流控制单元2输出。电流控制单元2对电流检测单元6中测得的电流响应值id、iq与电流指令值idref、iqref进行比较，以决定电压指令值Vd、Vq。坐标变换单元(dq/UVW) 3利用旋转角度Θ m，将dq轴旋转坐标系的电压指令Vd、Vq向三相固定坐标系的电压指令Vu、Vv、Vw进行坐标变换。三角波脉宽调制(PWM)单元4根据三角波脉宽调制，对用于驱动永磁同步电机的电压指令值(调制率指令值)Vu, Vv, Vw进行调制，输出逆变器的各相开关元件的开/关指令、即门信号。向逆变器5输入用于驱动逆变器5的门指令，通过切换内置于逆变器5的主电路开关元件的开/关，从而在交流电力和直流电力之间进行变换。例如，组合了多个二次电池的直流电源从外部连接到逆变器5，逆变器5可将直流电源的直流电力转换为交流电力并供给到电机7，同时将来自电机7的再生电力转换为直流电力并向直流电源充电。电流检测单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁铁磁通量推定装置，其特征在于，具备：磁极位置检测单元，用于检测在转子内部具有永久磁铁的永磁同步电机的磁极位置；等效电感值判断单元，用于判断与所述经判定的磁极方向对应的d轴的等效电感值；磁铁磁通量推定单元，根据所述等效电感值计算所述永久磁铁的磁铁磁通量的推定值。

【技术特征摘要】
2013.02.21 JP 2013-032391;2014.02.18 JP 2014-028771.一种磁铁磁通量推定装置，其特征在于，具备: 磁极位置检测单元，用于检测在转子内部具有永久磁铁的永磁同步电机的磁极位置； 等效电感值判断单元，用于判断与所述经判定的磁极方向对应的d轴的等效电感值； 磁铁磁通量推定单元，根据所述等效电感值计算所述永久磁铁的磁铁磁通量的推定值。2.根据权利要求1所述的磁铁磁通量推定装置，其特征在于，具备: 高频电压施加单元，向与所述磁极方向对应的d轴施加高频电压； 高频电流振幅检测单元，根据由所述高频电压施加单元施加的电压，检测流经d轴的闻频电流的振幅； 其中，所述d轴等效电感值判断单元根据所述高频电压和所述高频电流振幅，判断所述等效电感值。3.根据权利要求1所述的磁铁磁通量推定装置，其特征在于， 具备向所述d轴施加可变偏置电流的偏置电流单元， 所述磁铁磁通量推定单元通过以下方式确定磁铁磁通量，即 由所述偏置电流单元改 变偏置电流，根据所述d轴等效电感值超过规定值时的偏置电流值，来确定磁铁磁通量， 或者，根据所述偏置电流单元将偏置电流设定为规定偏置电流值时的d轴等效电感值，来确定磁铁磁通量， 或者，由所述偏置电流单元连续地改变所述偏置电流，根据所述d轴等效电感值达到极大点时的动作点处的所述偏置电流值或所述等效电感值的至少一方，来确定磁铁磁通量。4.一种异常减磁判定装置，其特征在于，具备: 权利要求1至3的任一项所述的磁铁磁通量推定装置； 向所述d轴施加可变偏置电流的偏置电流单元；以及 判定异常减磁状态的判定单元， 当由所述偏置电流单元改变偏置电流，所述d轴等效电感值超过规定值时的偏置电流值小于规定偏置电流值时，或者，当由所述偏置电流单元将偏置电流设定为规定偏置电流值时的d轴等效电感值大于规定等效电感值时，所述判定单元判定为异常减磁状态。5.根据权利要求1所述的磁铁磁通推定装置，其特征在于， 所述等效电感值判断单元具备以下单元:该单元利用将用于控制施加于所述永磁同步电机的响应电流的电压指令值进行脉宽调制后的信号、从驱动所述永磁同步电机的逆变器供给到所述永磁同步电机的响应电流的d轴成分、用于所述电压指令的脉宽调制的载波相位、以及所述磁极位置，来计算所述d轴方向的等效电感值。6.根据权利要求5所述的磁铁磁通推定装置，其特征在于，所述等效电感值判断单元具备: 脉宽调制输出电压复原单元，根据将所述电压指令进行脉宽调制后的信号和所述磁极位置，来计算所述电压指令的d轴成分； 载波谐波成分运算单元，根据所述脉宽调制输出电压复原单元的输出、所述响应电流的d轴成分值以及所述载波相位，计算所述电压指令值和电流响应值的至少在载波频率以上的共通的频率成分； 等效电感值运算单元，根据所述载波频率以上的电压指令值和电流响应值，计算所述d轴方向的等效电感值。7.根据权利要求5所述的磁铁磁通量推定装置，其特征在于， 所述磁铁磁通量推定单元根据所述d轴方向的等效电感值超过规定上限值和下限值的至少一方时的动作点处的电流响应值，计算磁铁磁通量的推定值。8.根据权利要求5至7中的任一项所述的磁铁磁通量推定装置，其特征在于， 所述磁铁磁通量推定单元根据向所述永磁同步电机施加预设的规定值的偏置电流时的所述d轴方向的等效电感值，计算磁铁磁通量的推定值。9.根据权利要求5至7中的任一项所述的磁铁磁通量推定装置，其特征在于， 计算磁铁磁通量的推定值时，增加所述载波频率。10.根据权利要求1、2、3、5、6、7中的任一项所述的磁铁磁通量推定装置，其特征在于， 向所述永磁同步电机的转矩指令变为...

【专利技术属性】
技术研发人员：安井和也，谷口峻，鹿野将，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP