旋转电机的控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种旋转电机的控制装置，能降低磁极位置(旋转角度)的推定延迟，并且能抑制推定用电压指令所引起的开关频率的高频化。旋转电机的控制装置(10)基于电压指令与载波的比较结果，使逆变器(2)所具有的开关元件导通关断并将电压施加到绕组，在固定于绕组的静止坐标系上，生成预先设定的周期的推定用电压指令，生成与推定用电压指令的周期相同周期的载波，从电流的检测值中提取推定用电压指令的周期的频率分量，并基于频率分量来推定旋转角度(θ)。(θ)。(θ)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转电机的控制装置


[0001]本申请涉及旋转电机的控制装置。

技术介绍

[0002]对于旋转电机的精细控制，需要基于旋转电机的转子的磁极位置信息(旋转角度信息)，来控制对绕组的供电的控制装置。以往，转子的磁极位置信息由安装于旋转电机的旋转传感器来获取。然而，设置旋转传感器除了成本上升以外，还需要确保安装空间，此外也需要旋转传感器发生了异常时的对策，这样的不利因素较多。因此，提出了许多无传感器磁极位置推定方法，在不设置旋转传感器的情况下推定转子的磁极位置信息。
[0003]无传感器磁极位置推定方法大致分为2种方法。第1推定方法是通过推定旋转电机的感应电压来推定转子的磁极位置的感应电压方式。感应电压方式能在旋转电机旋转到产生感应电压的程度的情况下高精度地推定磁极位置，但在不产生感应电压、或几乎不产生感应电压的转速较低的区域中，难以推定磁极位置。
[0004]第2推定方法是利用旋转电机的凸极性来推定转子的磁极位置的高频叠加方式。高频叠加方式中，将磁极位置推定用的高频电压叠加到旋转电机，并根据电感的位置依赖性而引起的电流的振幅变化来推定磁极位置。因此，在转速较低的区域中也可以使用。
[0005]然而，在利用了凸极性的高频叠加方式中，为了推定磁极位置而施加高频电压，因此，存在产生与高频电压的频率相对应的噪声的问题。例如，专利文献1中，在位置推定控制中，使用与转子的旋转同步旋转的dq轴(交流电压)基准的高频电压。本方式中，使用与载波(carrier wave)的周期(1个三角波)相等周期的高频电压，因此，具有容易使高频电压高频率化的特征。即，通过将高频电压的频率设定在人的可听范围外，从而能降低噪声。
[0006]专利文献2中，在位置推定控制中使用了UVW轴基准的高频电压。本方式中，在固定于旋转电机的定子绕组的静止坐标系即UVW轴坐标系中，施加以一定周期旋转的电压矢量，并利用作为其响应的高频的电流振幅具有与电感的位置依赖性相似的位置依赖性来直接推定磁极位置。因此，如第1推定方法那样，无需对位置误差进行PID控制，在推定时不产生响应延迟。现有技术文献专利文献
[0007]专利文献1：日本专利特开2016
‑
21800号公报专利文献2：日本专利第6203435号

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0008]然而，在使用了dq轴基准的高频电压的专利文献1中，在磁极位置的推定中，使用包含使用了实际转子位置与推定位置的误差Δθ的PID控制在内的观测器。即，对误差Δθ进行反馈、积分来更新最新的推定位置。由此，只能以由PID控制增益所设定的反馈的响应频
率以下的响应性来推定位置。此外，磁极位置推定的响应性必须低于电流控制的响应性，无法使位置推定高响应化。
[0009]与此相对，专利文献2那样的位置推定装置使用旋转电机的UVW轴基准的高频电压。如专利文献2的图6所示的位置推定用的电压指令(高频电压指令)的波形图那样，为了生成高频电压，需要3个三角波的载波。其原因在于，当将三角波的半周期设为1区间时，PWM逆变器中在该半周期的期间内输出电压仅变化1次。也就是说，当将高频电压的1周期设为360
°
时，为了生成各相分别偏移120
°
的三相交流的高频电压，必须设定高频电压以使得在相间偏移2区间，且在6区间中成为1周期。若用最简单的矩形波来表现高频波形，则每180
°
重复上升和下降。若在相间设定120
°
的相位差，则各相的上升在相间成为120
°
的相位差，某相的上升与不同相的下降成为60
°
的相位差。
[0010]因此，专利文献2的技术中，需要以60
°
将高频电压的1周期分割为6个，需要6个区间。因此，若将1个区间设为三角状的载波的半周期，则对于高频电压的1周期需要3周期的载波。若与专利文献1的方式进行比较，则高频电压的每1个周期所需的载波(三角波)为3倍，开关次数也为3倍。即，专利文献2的技术中，若为了降低因施加高频电压而引起的噪声，使高频电压的频率的增加，则UVW轴基准的高频电压与dq轴基准的高频电压相比，每单位时间的开关次数变多，开关损耗和电磁噪声增大。开关损耗是对逆变器的开关元件进行开关时产生的能量损耗，损耗与开关次数成比例地增大，因此从节能的观点出发较为重要。此外，每单位时间的开关次数、即开关频度越高，则噪声的频率变得越高、且噪声的大小更为增大，因此，从EMI(电磁干扰)的观点出发，电磁噪声十分重要。即，降低开关频度很重要。
[0011]因此，在专利文献1的dq轴基准的高频电压下，能够抑制因高频电压所引起的开关频率的高频化，但位置推定的响应性较差，在专利文献2的UVW轴基准的高频电压下，能提高位置推定的响应性，但会导致高频电压所引起的开关频率的高频化。由此，两种技术都有长处和短处，优点和缺点存在权衡的关系。
[0012]因此，希望得到一种旋转电机的控制装置，能降低磁极位置(旋转角度)的推定延迟，并且能抑制推定用电压指令所引起的开关频率的高频化。用于解决技术问题的技术手段
[0013]本申请所涉及的旋转电机的控制装置是经由逆变器对转子具有凸极性的旋转电机进行控制的旋转电机的控制装置，其包括：电流检测部，该电流检测部对流过设置于所述旋转电机的定子的绕组的电流进行检测；角度推定部，该角度推定部基于所述电流的检测值来推定转子的旋转角度；电流控制部，该电流控制部基于所述电流的检测值，来运算用于驱动所述旋转电机的驱动电压指令；推定用指令生成部，该推定用指令生成部生成推定用电压指令；电压指令计算部，该电压指令计算部将所述推定用电压指令与所述驱动电压指令相加来计算电压指令；载波生成部，该载波生成部生成载波；以及电压施加部，该电压施加部基于所述电压指令与所述载波的比较结果，使逆变器所具有的开关元件导通关断并将电压施加到所述绕组，
所述推定用指令生成部在固定于所述绕组的静止坐标系上生成预先设定的周期的所述推定用电压指令，所述载波生成部生成与所述推定用电压指令的周期相同周期的所述载波，所述角度推定部从所述电流的检测值中提取所述推定用电压指令的周期的频率分量，并基于所述频率分量来推定所述旋转角度。专利技术效果
[0014]根据本申请所涉及的旋转电机的控制装置，推定用电压指令的周期与载波的周期设为相同的周期，因此，能降低推定用电压指令的每1周期的开关次数。由此，能减轻开关损耗以及因开关而产生的电磁噪声。此外，在固定于绕组的静止坐标系上生成推定用电压指令，因此，能利用具有凸极性的转子的电感的磁极位置依赖性，从电流的检测值中提取推定用电压指令的周期的频率分量，并基于频率分量来直接推定旋转角度，并且能降低推定延迟。
附图说明
[0015]图1是实施方式1所涉及的旋转电机、逆变器和旋转电机的控制装置的简要结构图。图2是实施方式1所涉及的旋转电机的控制装置的简要框图。图3是实施方式1所涉及的旋转电机的控制装置的硬件结构图。图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种旋转电机的控制装置，经由逆变器对转子具有凸极性的旋转电机进行控制，所述旋转电机的控制装置的特征在于，包括：电流检测部，该电流检测部对流过设置于所述旋转电机的定子的绕组的电流进行检测；角度推定部，该角度推定部基于所述电流的检测值来推定转子的旋转角度；电流控制部，该电流控制部基于所述电流的检测值，来运算用于驱动所述旋转电机的驱动电压指令；推定用指令生成部，该推定用指令生成部生成推定用电压指令；电压指令计算部，该电压指令计算部将所述推定用电压指令与所述驱动电压指令相加来计算电压指令；载波生成部，该载波生成部生成载波；以及电压施加部，该电压施加部基于所述电压指令与所述载波的比较结果，使所述逆变器所具有的开关元件导通关断并将电压施加到所述绕组，所述推定用指令生成部在固定于所述绕组的静止坐标系上生成预先设定的周期的所述推定用电压指令，所述载波生成部生成与所述推定用电压指令的周期相同周期的所述载波，所述角度推定部从所述电流的检测值中提取所述推定用电压指令的周期的频率分量，并基于所述频率分量来推定所述旋转角度。2.如权利要求1所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，所述绕组是三相的绕组，所述载波生成部生成与三相各相对应的3个所述载波，3个所述载波在相间设有所述载波的周期的1/3周期的相位差，所述推定用指令生成部生成与三相各相对应的3个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：北川润，森辰也，家造坊勋，泽田诚晋，久保建太，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：