交流电动机控制装置控制逆变器，该逆变器向作为三相永磁体同步电动机的交流电动机提供交流电流。交流电动机控制装置包括：脉宽调制信号生成单元，该脉宽调制信号生成单元向所述逆变器提供脉宽调制信号，以向所述交流电动机施加包含用于检测所述交流电动机的转子位置的位置检测电压矢量在内的多种电压矢量；电流微分值检测单元，该电流微分值检测单元对所述位置检测电压矢量被施加到所述交流电动机上所产生的所述交流电动机的电流的微分值即电流微分值进行检测；转子位置运算单元，该转子位置运算单元基于所述电流微分值检测单元检测出的电流微分值，计算所述交流电动机的转子的推定位置；转子位置校正单元，该转子位置校正单元根据q轴电流值对所述推定位置进行校正；以及驱动控制单元，该驱动控制单元根据所述转子位置校正单元校正后的推定位置，控制所述脉宽调制信号生成单元以驱动所述交流电动机。机。机。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交流电动机控制装置及具备该装置的驱动系统
[0001]相关申请
[0002]本申请基于2020年11月27日向日本专利局提出的日本专利申请2020
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196803号主张优先权，并将该申请的所有内容援引入本申请。
[0003]本专利技术涉及交流电动机控制装置及具备该装置的驱动系统。
技术介绍
[0004]交流电动机是构成为接受交流电流的供给来进行工作的电动机，包括无刷直流电动机、感应电动机、步进电动机等。简而言之，接受直流电流的供给并使用整流元件来改变绕组电流的方向这样的结构以外的电动机均包含在交流电动机的范畴内。
[0005]用于交流电动机的典型的电动机控制装置具备将直流转换为交流的逆变器，并利用该逆变器向电动机提供交流电流。为了恰当地控制逆变器，需要转子位置的信息。因此，使用检测转子的旋转位置的转子位置检测器的输出来控制逆变器。
[0006]而作为使用转子位置检测器的替代,已知有推定转子位置，并基于推定出的转子位置来控制逆变器从而驱动交流电动机的方式。这种控制方式被称为“无位置传感器控制”，或者简单地称之为“无传感器控制”。通过省去转子位置检测器，不再需要考虑转子位置检测器的安装位置精度及与转子位置检测器相关的布线。而且，无传感器控制具有也能够应用于在物理上无法配置转子位置检测器的电动机、用途为转子位置检测器对使用环境不耐受的电动机等的优点。
[0007]在无传感器控制中推定转子位置的典型方法有感应电压法。感应电压法是指使用电压指令和电流检测值，基于电动机模型进行运算来求出感应电压，并使用该感应电压来推定转子位置的方法。
[0008]然而，在感应电压较小的低速区域，由于实际施加电压相对于电压指令的误差、电流检测的误差、电流检测分辨率的限制等，很难检测出转子位置。
[0009]专利文献1、2中公开了在包含零速度的低速区域内进行无传感器控制的示例。
[0010]专利文献1的无传感器控制中，在驱动电压波形上叠加频率比用于驱动电动机的励磁频率要高的交变电压。由于交变电压的施加，电动机电感发生变化，随之能够在电动机旋转坐标系的dq轴上得到高频交变电流的响应。基于此来推定转子位置。
[0011]专利文献2的无传感器控制中，利用每个PWM控制周期所产生的在电动机固定坐标系的αβ轴上的电流纹波量会受到电感影响的现象。具体而言，在每个PWM控制周期求出电压矢量施加过程中的相电流变化量，利用它们的相间差分值来推定转子位置。相比于前者，后者的位置推定周期更短，因此，更容易实现高响应性。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1：日本专利特开平7－245981号公报
[0015]专利文献2：日本专利特开2018
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153028号公报
[0016]专利文献3：日本专利特开2011－050168号公报
[0017]专利文献4：日本专利特开2010
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154598号公报
[0018]专利文献5：日本专利特开2020－005404号公报
[0019]专利文献6：日本专利特开2013
‑
126352号公报
[0020]专利文献7：国际公开第2015/190150号公报
[0021]专利文献8：日本专利特开2007
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129844号公报
[0022]非专利文献
[0023]非专利文献1：T.Aihara等4人，《凸极同步电动机零转速无传感器转矩控制》，IEEE电力电子学汇刊，第14卷第1期，1999年1月(「Sensorless Torque Control of Salient
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Pole Synchronous Motor at Zero
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Speed Operation」、IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,VOL.14,NO.1,JANUARY 1999)
技术实现思路
[0024]专利技术所要解决的技术问题
[0025]然而，任何情况下在磁饱和区域中驱动电动机时，电感会受到磁饱和的影响，因此都会导致推定位置精度变差，最差的情况有可能导致电动机失调。
[0026]在叠加高频交变电压来推定位置的专利文献1的情况下，作为抑制推定精度变差的手段，可以采用专利文献3、4、5、6、7的方法。专利文献3公开了使旋转坐标系中的电感Ld、Lq对旋转坐标系中的电流Id、Iq具有依赖性从而校正推定值的方法。专利文献4公开了根据转矩(q轴电流值)来改变高频电压的大小从而提高推定精度的方法。专利文献5、6公开了施加依赖于q轴电流值的d轴电流指令来维持凸极比的方法。专利文献7公开了限制电流值以防止低于规定凸极比的方法。
[0027]这些方法都是在q轴上进行校正来改进的方法，而对d轴电流指令值进行校正的方法(专利文献5、6)、进行限制电流的方法(专利文献7)也可以适用于在αβ轴上推定转子位置的情况。
[0028]然而，对d轴电流指令值进行校正的专利文献5、6的方法存在铜损会增加的问题。另外，限制电流自身的专利文献7的方法存在无法产生高转矩的问题。
[0029]另一方面，在根据αβ轴上的电流纹波量并使用电感来推定转子位置的专利文献2的方法中，利用多次电流检测值来求出相电流变化量。不参与电动机驱动的电流纹波量当然是越小越好，但在使用多次电流检测值的方法中，难以确保能够检测出微小电流纹波的S/N比(信噪比)。
[0030]该问题可以通过使用电流微分检测器来解决，该电流微分检测器使用根据电流的时间变化产生感应电压的模拟电路，直接获取电流微分值。尤其如专利文献8所记载的那样，通过使用由磁性芯体构成的电流变压器等元件，可以得到足够大的次级侧电压，因此，即使是微小的电流纹波，也能高灵敏度地将其检测出。
[0031]然而，在高转矩状态下，与电流纹波的频率相比几乎可以视作为直流的初级侧的电动机电流会使磁性芯体饱和，从而存在由初级侧的电流纹波产生的次级侧的感应电压变小的问题。即，电流微分检测器的增益会随着电动机电流而发生变化。该问题可以通过使用
罗氏线圈等空芯线圈来解决，然而，使用空芯线圈的电流变压器在次级侧产生的电压较小，因此，又会遇到无法确保足够的S/N比的问题。
[0032]由此，在包含零速度的低速区域中，特别是在产生了高转矩的状态下的转子位置推定尚存在问题，很难稳定地对交流电动机进行无传感器控制而不发生失调。
[0033]本专利技术的一个实施方式是提供一种交流电动机控制装置及具备该装置的驱动系统，其在包含零速度的低速区域中，即使在高转矩下也不会发生失调从而能够稳定地对交流电动机进行无传感器控制。
[0034]用于解决技术问题的技术手段
[0035]本专利技术的一个实施方式提供一种交流电动机控制装置，该交流电动机控制装置控制向作为三相永磁体同步电动机的交流电动机本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种交流电动机控制装置，控制向作为三相永磁体同步电动机的交流电动机提供交流电流的逆变器，其特征在于，包括：脉宽调制信号生成单元，该脉宽调制信号生成单元向所述逆变器提供脉宽调制信号，以向所述交流电动机施加包含用于检测所述交流电动机的转子位置的位置检测电压矢量在内的多种电压矢量；电流微分值检测单元，该电流微分值检测单元检测所述位置检测电压矢量施加到所述交流电动机上所产生的所述交流电动机的电流的微分值即电流微分值；转子位置运算单元，该转子位置运算单元基于所述电流微分值检测单元检测出的电流微分值，来计算所述交流电动机的转子的推定位置；转子位置校正单元，该转子位置校正单元根据q轴电流值来校正所述推定位置；以及驱动控制单元，该驱动控制单元控制所述脉宽调制信号生成单元，以根据所述转子位置校正单元校正后的推定位置来驱动所述交流电动机。2.如权利要求1所述的交流电动机控制装置，其特征在于，所述转子位置校正单元从所述转子位置运算单元计算出的位置减去校正量来校正所述推定位置，该校正量是所述q轴电流值的函数。3.如权利要求1所述的交流电动机控制装置，其特征在于，所述转子位置校正单元从所述转子位置运算单元计算出的位置减去校正量来校正所述推定位置，该校正量是将所述转子位置运算单元计算出的推定位置用于相位的高频分量与所述q轴电流值的函数之积。4.如权利要求1所述的交流电动机控制装置，其特征在于，所述转子位置校正单元执行：第一校正，该第一校正是从所述转子位置运算单元计算出的推定位置减去第一校正量来校正所述推定位置，所述第一校正量是所述q轴电流值的函数；...
【专利技术属性】
技术研发人员：海野晃，
申请(专利权)人：东方马达株式会社，
类型：发明
国别省市：
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