同步电动机的驱动系统技术方案

本发明专利技术提供一种可以通过理想的正弦波状的电流来驱动永磁体电机，并且可以实现从零速度附近的极低速度域的驱动的无位置传感器驱动方式。在本发明专利技术中，与逆变器的ＰＷＭ波形同步地检测永磁体电机（４）的中性点电位。根据该中性点电位的变动，推测永磁体电机（４）的转子位置。由于中性点电位根据各个永磁体电机的磁回路特性而变动，所以可以实现与有无永磁体电机的突极性等无关的检测位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于电动机驱动装置、例如硬盘驱动器(HDD)、 光盘驱动器、主轴电机、风扇、泵、压缩机等的旋转速度控制的技术。
技术介绍
在HDD装置的主轴电机、风扇、泵等电机驱动装置中，广泛使 用小型/高效的永磁体电机(三相同步电动机)。但是，为了驱动永磁体电机，需要电机的转子的位置信息，因此 需要用于所述位置信息的位置传感器。近年来，排除该位置传感器， 而进行永磁体电机的转速、扭矩控制的无传感器控制得到了广泛普 及。通过无传感器控制的实用化，可以削减位置传感器涉及的费用 (传感器自身、传感器的布线的成本等)，实现装置的小型化。另夕卜， 由于无需传感器，所以具有可以在恶劣的环境下使用等优点。目前，在永磁体电机的无传感器控制中，采用了对因永磁体电机 的转子的旋转而产生的感应电压(速率电动势)(誘起電圧、速度起 電圧)进行直接检测并作为转子的位置信息来进行永磁体电机的驱动 的方法、根据作为对象的电机的数学模型来推测计算转子位置的位置 推测技术等。在这些无传感器控制中也存在很大的课题。其问题在于低速运转 时的位置检测方法。目前实用化的无传感器控制中的大半是基于永磁 体电机产生的感应电压的技术。因此，在感应电压小的停止、低速域 中，灵敏度降低，而位置信息有可能被噪音掩盖。针对该问题，提出 了各种解决方法。曰本特开平7-245981号公报(专利文献l)记载的专利技术是对永5》兹体电机进行高频通电，并根据此时发生的电流，来检测转子位置的 方式。永磁体电机的转子需要突极性，可以根据因该突极结构产生的 电流高次谐波的影响来检测位置。在日本特开2001 - 275387号公报(专利文献2 )记载的专利技术中， 依次选择三相定子绕组中的两相并施加脉冲状的电压，对由该脉冲电 压所感应的非通电相的感应电压(在该情况下成为变压器感应电压) 进行检测并根据该电压模式来推测转子的位置。其原因在于，磁回路 的饱和状态根据转子的位置而变化，所以在非通电相中会产生与位置 对应的感应电压。因此，在专利文献2记载的专利技术中，即使在完全停 止的状态下也可以获得位置信息。在日本特开2003 - 189674号公报(专利文献3 )记载的专利技术中， 在起动时(加速时)部分地采用了专利文献2记载的措施，在确认转 子位置的同时，可靠地进行加速。在日本特开2000 - 232797号公报(专利文献4 )记载的专利技术中， 对三相定子绕组的连接点的电位、即中性点电位进行检测，来得到 位置信息。把定子绕组的中性点引出来虽然很麻烦，但即使在三相同 时为通电状态的情况下也可以得到位置信息，所以可以利用正弦波电 流理想地驱动永磁体电机。专利文献1日本特开平7-245981号公报专利文献2日本特开2001 - 275387号^>才艮专利文献3日本特开2003 - 189674号公报专利文献4日本特开2000 - 232797号z〉才艮但是，在专利文献l记载的专利技术中，在电机的转子结构中需要突 极性。在没有突极性或突极性少时，位置检测灵敏度低，而难以推测 位置。另外，为了高灵敏度地进行检测，需要增加所注入的高频分量 或降低频率，而会造成旋转脉动、振动、噪音等问题。在专利文献2以及3记载的专利技术中，即使在极低速域中也可以获 得永磁体电机的转子位置信息。但是，在三相绕组中，必须使一相成 为开路状态并检查感应电压。因此，永磁体电才几的驱动电流成为断续的矩形波形状。本来，永磁体电机在以正弦波状的电流进行驱动时， 在抑制旋转不均均、抑制高次谐波损失的方面是有利的，但在这些公 知文献记载的专利技术中无法期待正弦波驱动。在专利文献4记载的专利技术中，利用中性点电位中产生的三次谐波 电压。因此，驱动电流可以正弦波化。但是，由于该三次谐波的感应 电压本身是与永磁体电机的旋转相伴的速度感应电动势，所以无法在 低速域获得位置信息。
技术实现思路
鉴于这些问题，本专利技术的目的在于提供一种无位置传感器驱动方 式，可以通过理想的正弦波状的电流来驱动永》兹体电才几，并且可以实 现从零速度附近的极低速域的驱动。本专利技术的上述以及其他目的和新的特征根据本说明书的记述以及附图将更加明确。如果简单说明本申请中公开的专利技术中的代表性的专利技术的概要，则如下所述。本专利技术的代表性的实施方式提供一种同步电动机的驱动系统，具 有逆变器，输出正弦波状的交流电压；三相同步电动机，与所述逆 变器连接；以及控制器，对三相同步电动机的中性点电位进行检测并 根据检测结果对逆变器输出脉冲宽度调制信号来控制逆变器，其中， 控制器具有针对三相同步电动机的中性点电位，与脉冲宽度调制信号 同步地导出采样值的采样/保持电路，根据该采样值，控制器推测三相 同步电动机的转子位置。该同步电动机的驱动系统的特征还在于，控制器设置使逆变器的 三相输出电位中的至少一相成为与其余的两相的电位不同的期间，在 该期间，采样/保持电路对中性点电位进行采样并导出采样值。该同步电动机的驱动系统的特征还在于，控制器设置两个或多于 两个的使逆变器的三相输出电位中的至少一相成为与其余的两相的 电位不同的期间，在这些期间，采样/保持电路对中性点电位进行采样7并导出采样值。该同步电动机的驱动系统的特征还在于，在逆变器的三相的输出 电位全部相等的期间，插入至少一相成为与其余的两相的电位不同的 的期间、即中性点电位检测专用期间，采样/保持电路还在该中性点 电位检测专用期间进行中性点电位的采样。该同步电动机的驱动系统的特征还在于，脉冲宽度调制信号是根 据三角波载波信号与施加于三相同步电动机的交流电压指令的比较 而生成的，在三角波载波信号的上止点、下止点的前后，采样/保持电 路对中性点电位进行采样。该同步电动机的驱动系统的特征还在于，在采样/保持电路对逆 变器的三相的输出电位中的至少一相成为与其余的两相的电位不同 的期间进行采样/保持时，采用从该期间的中点时间开始的后半段的期 间对中性点电位进行保持的定时。本专利技术的代表性的实施方式还提供一种同步电动机的驱动系统，具有逆变器，输出正弦波状的交流电压；三相同步电动机，与逆变 器连接；以及控制器，对三相同步电动机的中性点电位进行检测并根 据检测结果对逆变器输出脉冲宽度调制信号来控制逆变器。该同步电动机的驱动系统的控制器的特征在于，具有d轴电流 控制器，根据输入的d轴电流指令输出d轴电压指令；以及d轴电流 指令发生器，向d轴电流控制器提供电流指令，其中，所述d轴电流 指令发生器根据转子位置的推测相位对电流指令提供励磁电流。上述同步电动机的驱动系统的控制器的特征在于，还具有位置推 测器以及存储器，在以开环方式驱动同步电动机的期间，位置推测器 在存储器中记录三相同步电动机的中性点电位。本专利技术的代表性的实施方式还提供一种同步电动机的驱动系统， 具备逆变器，输出正弦波状的交流电压；三相同步电动机，与逆变 器连接；以及第一控制器，对三相同步电动机的中性点电位进行检测 并根据该检测结果输出针对逆变器的脉冲宽度调制信号来控制逆变 器；第二控制器，具有检测或推测三相同步电动机的感应电压的单元，根据该检测值或推测值输出针对逆变器的脉冲宽度调制信号来控制逆变器；以及切换单元，对第一控制器的输出和第二控制器的输出进 行切换并输出给逆变器，其中，当三相同步电动机的转速小于规定的 阈值时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步电动机的驱动系统，具有：逆变器，输出正弦波状的交流电压；三相同步电动机，与所述逆变器连接；以及控制器，对所述三相同步电动机的中性点电位进行检测并根据检测结果对所述逆变器输出脉冲宽度调制信号来控制所述逆变器，其特征在于，　所述控 制器具有针对所述三相同步电动机的中性点电位，与所述脉冲宽度调制信号同步地导出采样值的采样／保持电路，根据所述采样值，所述控制器推测所述三相同步电动机的转子位置。

【技术特征摘要】
JP 2008-9-17 2008-2373461.一种同步电动机的驱动系统，具有逆变器，输出正弦波状的交流电压；三相同步电动机，与所述逆变器连接；以及控制器，对所述三相同步电动机的中性点电位进行检测并根据检测结果对所述逆变器输出脉冲宽度调制信号来控制所述逆变器，其特征在于，所述控制器具有针对所述三相同步电动机的中性点电位，与所述脉冲宽度调制信号同步地导出采样值的采样/保持电路，根据所述采样值，所述控制器推测所述三相同步电动机的转子位置。2. 根据权利要求1所述的同步电动机的驱动系统，其特征在于， 所述控制器设置使所述逆变器的三相输出电位中的至少一相成为与其余的两相的电位不同的期间，在该期间，所述采样/保持电路对所述中性点电位进行采样并导 出采样值。3. 根据权利要求1所述的同步电动机的驱动系统，其特征在于， 所述控制器设置两个或多于两个的使所述逆变器的三相输出电位中的至少一相成为与其余的两相的电位不同的期间，在该期间，所述采样/保持电路对所述中性点电位进行采样并导 出采样值。4. 根据权利要求2所述的同步电动机的驱动系统，其特征在于， 在所述逆变器的三相的输出电位全部相等的期间，插入至少一相成为与其余的两相的电位不同的期间、即中性点电位检测专用期间，所述采样/保持电路还在所述中性点电位检测专用期间进行所述中性 点电位的采样。5. 根据权利要求4所述的同步电动机的驱动系统，其特征在于， 所述脉冲宽度调制信号是根据三角波载波信号与施加于所述三相同步电动机的交流电压指令的比较而生成的，在所述三角波载波信号的上止点、下止点的前后，所述釆样/保 持电路对所述中性点电位进行采样。6. 根据权利要求1所述的同步电动机的驱动系统，其特征在于， 在所述采样/保持电路对所述至少一相成为与其余的两相的电位不同的期间的上述中性点电位进行采样/保持时，对于保持所述中性点 的定时，采用在比所述至少一相成为与其余的两相的电位不同的期间 的中点时间靠后的后半段的...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩路善尚，鸿上康彦，黒泽稔，
申请(专利权)人：株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]