永久磁铁同步电动机的驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术一种提供永久磁铁同步电动机的驱动装置。实现同步电动机控制的控制装置及控制方法，当在正交２轴上生成相同高频电压指令，三相各相的施加电压中产生差异，使用产生的脉动电流检测值的初始磁极位置推测的推测精度恶化。对永久磁铁同步电动机施加正负交变的高次谐波电压时，将施加的电压相位依次切换１２０度，施加给３个相位。在从电力变换器三相输出电压全部为正或者负的状态在至少一相输出电压变化起经规定时间Δｔ的定时，检测施加高频电压产生的脉动电流。检测电流中，使用附加到直流母线的直流电阻或相电流传感器。磁极位置推测单元根据从电流检测值得到的三相电流正侧变化量与负侧变化量差，算出永久磁铁同步电动机转子磁极位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以永久磁铁为磁场的同步电动机的控制，特别涉及不使用对转子磁极 位置进行检测的传感器而实现同步电动机的控制的控制装置以及控制方法。
技术介绍
作为不检测转子磁极位置地控制同步电动机的手法，有在〔专利文献1〕、以及〔专 利文献2〕所公开的技术。在〔专利文献1〕中，对同步电动机的推测磁极轴即dc轴和与其正交的qc轴上的 电压指令，提供微小变化，其结果，利用直流母线中出现的电流脉动分量的正侧的电流值与 负侧的电流值之差、或者上述电流脉动分量的正侧与负侧中的电流变化率之差，直接推测 出同步电动机的转子磁极位置。在〔专利文献1〕的手法中，在磁极位置推测中，利用了铁芯的磁饱和特性。一般 在同步电动机中，如果在转子磁通(永久磁铁的磁通)的方向即d轴上，施加高频交变电 压，则在加强磁铁磁通的方向上流过电流的情况下，磁通饱和而电感减少，所以电流变化量 (Δ 1+)变大。相反，在减弱磁铁磁通的方向上流过电流的情况下，磁通减少而电感增加或者 成为恒定，所以电流变化量(△〗_)小于上述ΔΙ+。其结果，如果在d轴上注入按照正与负 变化的交变电压，则流过在正与负中非对称的电流。在〔专利文献1〕中，对2个正交的相位角施加交变电压，根据直流母线电流检测 值，观测上述非对称的电流特性。由于转子磁极位置不明，所以造成在任意的相位角下施加 交变电压，但此时产生的非对称的电流特性依存于转子磁极位置而变化。在〔专利文献1〕 中，假设为非对称的电流特性按照转子磁极位置的sin函数、cos函数而变化，使用反正切 函数来计算出转子磁极位置。根据〔专利文献1〕的手法，不会受到突极、非突极这样的同步 电动机结构的差异的影响，而可以高精度地推测转子磁极位置。在〔专利文献2〕的手法中，在转子磁极位置的推测中，也利用了铁芯的磁饱和特 性。在〔专利文献2〕中，对三相的定子绕组轴分别施加正与负的交变电压，对施加了交变电 压的轴上的相电流进行检测。如果得到了三相的正的相电流检测值，则对各自的大小进行 比较而探索取最大值的相，按照120度的分辨率来算出转子磁极位置。进而，为了判定更详 细的转子磁极位置，根据所测定出的相应三相量的正的相电流检测值，计算出后述电流差 的倍率α，与事先测定出的特性数据(与转子位置处于倍率α的关系的数据)进行比较。另外，公开了在将刚过去不久的正的相电流检测值设为最大电流、中间电流、以及 最小电流时，通过下式来计算倍率α的技术。根据〔专利文献2〕的手法，无需预先准备多 个复杂的运算式，而可以容易且高精度地推测转子位置的检测。倍率α = I最大电流-中间电流|/|中间电流-最小电流I...式(1)专利文献1特开2006-158101号公报专利文献2特开2007-174721号公报
技术实现思路
在〔专利文献1〕中，对正交2轴(同步电动机内部的磁通的推测轴即dc轴以及与 上述dc轴正交的qc轴)，制作了相同的振幅值的交变电压指令。但是，即使dc轴上与qc 轴上的交变电压指令值是相同的振幅，如果按照脉冲宽度调制后的三相电压脉冲来观察， 则各相的脉冲电压有很大不同。其结果，对U、V、w相的定子绕组施加的电压的大小发生变 化，而在各相的检测电流中出现与施加电压的大小对应的磁饱和的影响。因此，在〔专利文 献1〕的磁极位置推测手法中，正交2轴施加时的由旁路电阻检测的三相电流不具有相同条 件的磁饱和特性，所以存在位置推测误差变大的问题。另外，在〔专利文献1〕中，公开了附加到直流母线中的旁路电流检测的采样定时。 但是，在所公开的方法中，由于附加到直流母线中的旁路电流检测的制约，在施加qc轴电 压时可以检测的V相电流(或者W相电流)并非正侧峰值与负侧峰值这两方，而仅是一方。 进而，在〔专利文献1〕中，计算出施加qc轴电压时的电流变化量，但在V相与W相的磁饱和 的影响相等这样的假设下，计算法才成立。实际上，由于在V相与W相中交链磁通数不同， 所以磁饱和的影响不相同，所公开的电流变化量计算法不正确。这些情况的结果，如果通过 〔专利文献1〕的方法来推测同步电动机的磁极位置，则存在推测误差变大的问题。在〔专利文献2〕中，参照磁饱和后的电流特性数据，来进行详细的转子位置的判 定。因此，需要事先掌握所驱动的电动机的电流特性。另外，在变更所驱动的电动机的情况 下，电流特性发生变化，所以可认为需要每次重新估计所施加的交变电压的振幅、转子位置 的判定中使用的判别值，而调整作业将需要时间。另外，在〔专利文献2〕中，为了提高位置推测精度，需要增加基于上述倍率α与电 流特性参照的判别值的数量。在增加判别值时，判定范围变细，可认为由于噪声等的影响而 易于引起磁极位置判别的误判定。为了减少误判定，需要施加高电压，使电机电流增加，以 使磁饱和变得更强，而扩大判别值彼此的边界。但是，其结果，存在从电机产生的噪音变大 的问题。鉴于上述课题，本专利技术的目的在于，提供一种相对位置推测运算中利用的三相的 检测电流值，磁饱和条件相等那样的电力变换器的控制法、以及电流检测单元。另外，作为 另一目的，提供一种同步电动机的控制装置以及控制方法，无需事先掌握所驱动的电动机 的电流特性来研究判别值那样的调整作业，而可以根据三相的检测电流高精度地推测磁极位置。为了达成上述课题，在本专利技术的同步电动机的驱动装置中，其特征在于相对位置 推测运算中利用的三相的检测电流值，使各相的电压施加条件相等，所以在施加按照正与 负交变的高次谐波电压时，使所施加的电压相位按顺序每次切换120度，并施加到3个相 位。从直流母线电流，对通过各自的高次谐波电压施加而产生的相电流的正侧的电流值与 负侧的电流值进行检测，计算出三相各自的正侧、负侧的电流值的偏差量。将相应三相量的 上述偏差量坐标变换到正交2轴，使用反正切来计算出转子磁极位置。具体而言，为了达成上述课题，本专利技术提供一种同步电动机的驱动装置，具备同步 电动机、通过载波信号对三相电压指令信号进行脉冲宽度调制的PWM信号控制部、以及通 过脉冲宽度调制后的栅极信号来进行驱动的电力变换器，该同步电动机的驱动装置的特征 在于，具备指令电压制作单元，生成用于对上述同步电动机施加高频电压的三相电压指令信号；电流检测单元，对在施加了上述高频电压时在上述同步电动机中流过的电流进行检 测；以及磁极位置推测单元，根据电流检测结果来推测上述同步电动机的磁极位置，上述指 令电压制作单元依次切换第一施加电压模式、第二施加电压模式以及第三施加电压模式， 来生成三相电压指令信号，该第一施加电压模式在任意的电压振幅下对任意的相位θ施 加按照正与负交变的高次谐波电压，该第二施加电压模式对从上述相位θ错开120度的电 角的相位施加同样振幅的高频电压，该第三施加电压模式对从上述相位θ错开240度的电 角的相位施加同样振幅的高频电压，在上述各模式下，按1相1相地检测在上述第一、第二、 第三施加电压模式下施加高频电压而产生的脉动电流的正侧值与负侧值，得到正侧的U相 检测电流值、负侧的U相检测电流值、正侧的V相检测电流值、负侧的V相检测电流值、正侧 的W相检测电流值、以及负侧的W相检测电流值的信息，上述磁极位置推测单元使用上述正 侧的各相的检测电流值、以及上述负侧的各相的检测电流值，计算出上述同步电动机的推 测磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步电动机的驱动装置，具备同步电动机、通过载波信号对三相电压指令信号进行脉冲宽度调制的ＰＷＭ信号控制部、以及通过脉冲宽度调制后的栅极信号来进行驱动的电力变换器，该同步电动机的驱动装置的特征在于，具备：指令电压制作单元，生成用于对上述同步电动机施加高频电压的三相电压指令信号；电流检测单元，对在施加了上述高频电压时在上述同步电动机中流过的电流进行检测；以及磁极位置推测单元，根据电流检测结果来推测上述同步电动机的磁极位置，上述指令电压制作单元依次切换第一施加电压模式、第二施加电压模式以及第三施加电压模式，来生成三相电压指令信号，该第一施加电压模式在任意的电压振幅下对任意的相位θ施加按照正与负交变的高次谐波电压，该第二施加电压模式对从上述相位θ错开１２０度的电角的相位施加同样振幅的高频电压，该第三施加电压模式对从上述相位θ错开２４０度的电角的相位施加同样振幅的高频电压，上述电流检测单元在上述各模式下，按１相１相地检测在上述第一、第二、第三施加电压模式下施加高频电压而产生的脉动电流的正侧值与负侧值，得到正侧的Ｕ相检测电流值、负侧的Ｕ相检测电流值、正侧的Ｖ相检测电流值、负侧的Ｖ相检测电流值、正侧的Ｗ相检测电流值、以及负侧的Ｗ相检测电流值的信息，上述磁极位置推测单元使用上述正侧的各相的检测电流值、以及上述负侧的各相的检测电流值，计算出上述同步电动机的推测磁极位置。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：坂井俊文，岩路善尚，坂本洁，田口义行，金子大吾，
申请(专利权)人：株式会社日立产机系统，
类型：发明
国别省市：JP[日本]