專利名稱：估計(jì)電機(jī)中磁極位置的方法以及基于所述估計(jì)位置控制該電機(jī)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及估計(jì)同步電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置(例如，磁極位置)的方法以及基于所述估計(jì)位置控制該電機(jī)的裝置。
背景技術(shù)：
在諸如表面式永磁同步電機(jī)(SPMSM)或內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)(IPMSM)之類的同步電機(jī)中，永久磁鐵用于轉(zhuǎn)子，由永久磁鐵形成的S和N磁極交錯(cuò)地設(shè)置在轉(zhuǎn)子軸的周圍。在該電機(jī)工作期間，將交流電壓施加在定子的線圈上，于是，根據(jù)所施加的電壓而生成的交流電流經(jīng)該線圈?？刂齐妷旱南辔慌c轉(zhuǎn)子的位置(例如，磁極位置)同步。因此，需要用于檢測轉(zhuǎn)子的磁極位置的位置檢測器。對(duì)于該檢測器，使用霍爾元件、編碼器或解算器。但是，減小具有位置檢測器的電機(jī)的尺寸是很困難的，以及，需要將該檢測器通過連接線與用于控制該電機(jī)的控制器相連接。
因此，為了在不使用任何位置檢測器的情況下控制同步電機(jī)，最近已經(jīng)通過使用電機(jī)的感應(yīng)電壓來估計(jì)電機(jī)中轉(zhuǎn)子的磁極位置。在電機(jī)工作期間，電機(jī)自身感應(yīng)出隨磁極位置而改變的電壓。因此，可以根據(jù)該感應(yīng)電壓估計(jì)磁極位置。例如，已公布的第一日本專利申請(qǐng)No.2001-251889披露了在具有d軸和q軸的dq轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系上近似出的電機(jī)模型表達(dá)式，其基于感應(yīng)電壓估計(jì)磁極位置。設(shè)定d軸，從而使其在轉(zhuǎn)子中從S磁極指向N磁極。在垂直于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的平面上，設(shè)定q軸，從而使其正交于d軸。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)定坐標(biāo)系的原點(diǎn)。
在使用該電機(jī)模型表達(dá)式進(jìn)行估計(jì)時(shí)，設(shè)定在恒定值的裝置參數(shù)用于構(gòu)成電機(jī)模型表達(dá)式，以及，根據(jù)檢測直流電沿著d軸的分量Idc(在下文中，稱為d軸分量)、檢測直流電沿著q軸的分量Iqc(在下文中，稱為q軸分量)、施加在電機(jī)上的電壓的d軸分量V*d、所施加電壓的q軸分量以及轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)動(dòng)速度ω*r，計(jì)算同步電機(jī)中所述估計(jì)磁極位置相對(duì)于真實(shí)磁極位置(即，d軸)的軸向位移Δθ。根據(jù)Δθ計(jì)算轉(zhuǎn)子的所述估計(jì)磁極位置。
但是，適用于實(shí)際電機(jī)的參數(shù)值由于各種原因而改變。例如，即使以大規(guī)模生產(chǎn)的形式來制造電機(jī)，一個(gè)電機(jī)的組成部件的尺寸和形狀也會(huì)與其他電機(jī)的不同。在該情況下，電機(jī)中每個(gè)參數(shù)的真實(shí)值取決于電機(jī)部件的尺寸及形狀。此外，當(dāng)電機(jī)中充滿磁場時(shí)，適用于電機(jī)的參數(shù)值會(huì)改變。
為了解決該問題，例如，已公布的第一日本專利申請(qǐng)No.2005-130691披露了作為電機(jī)模型表達(dá)式的電壓公式。在該模型中，為了減小所述估計(jì)磁極位置的誤差，對(duì)表示一個(gè)裝置參數(shù)的q軸電感進(jìn)行更新，以及，根據(jù)該更新的電感來確定所述估計(jì)磁極位置。更具體地說，根據(jù)使用施加在電機(jī)上的指示電壓、由該電機(jī)檢測到的電流以及可變q軸電感的電機(jī)模型表達(dá)式，計(jì)算第一估計(jì)磁極位置，以及，在不使用任何q軸電感的情況下，計(jì)算第二估計(jì)磁極位置?；诘谝缓偷诙恢弥g的差值，更新q軸電感，以及，在下一個(gè)估計(jì)周期中，基于更新過的電感，估計(jì)磁極位置。
但是，在該申請(qǐng)中，因?yàn)樵诿總€(gè)估計(jì)周期計(jì)算兩個(gè)估計(jì)位置，所以，正確地估計(jì)磁極位置需要很大的計(jì)算量。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到傳統(tǒng)磁極位置估計(jì)方法的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種方法，其中，根據(jù)使用校正參數(shù)的電機(jī)模型表達(dá)式，準(zhǔn)確地估計(jì)電機(jī)中轉(zhuǎn)子的磁極位置，同時(shí)減小計(jì)算量。此外，該目的是提供一種基于所述估計(jì)磁極位置控制電機(jī)的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是通過提供一種對(duì)具有凸極的同步電機(jī)中的磁極位置進(jìn)行估計(jì)的方法來實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以下步驟提供電機(jī)模型表達(dá)式，用于根據(jù)施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述磁極位置；按照所述電機(jī)模型表達(dá)式，根據(jù)所述指示電壓、所生成的電流以及所述參數(shù)，計(jì)算所述電機(jī)中的所述估計(jì)磁極位置。計(jì)算所述估計(jì)磁極位置的步驟包括(1)將相位匹配電壓施加在所述電機(jī)上，所述相位匹配電壓具有比所述指示電壓的頻率要高的頻率并且具有與先前獲取的所述估計(jì)磁極位置匹配的相位；(2)檢測來自所述電機(jī)的由所述相位匹配電壓生成的相位匹配電流；(3)校正所述參數(shù)的值，從而使所述相位匹配電壓和所述匹配電流之間的相位差基本上變成零；(4)根據(jù)所述指示電壓、所生成的電流以及具有校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。
因此，因?yàn)樵诿總€(gè)估計(jì)周期，磁極位置的估計(jì)執(zhí)行一次，所以可以減小用于估計(jì)磁極位置的計(jì)算量。此外，因?yàn)閷?duì)所述參數(shù)進(jìn)行了校正，從而使所述相位匹配電壓和所述相位匹配電流之間的相位差基本上變成零，所述估計(jì)磁極位置可以可靠地接近實(shí)際的磁極位置。
該目的還通過提供一種控制具有凸極的同步電機(jī)的裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置包括估計(jì)單元，根據(jù)施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述電機(jī)中的磁極位置；控制單元，根據(jù)所述估計(jì)磁極位置控制所述電機(jī)。所述估計(jì)單元具有(1)施加單元，將相位匹配電壓施加在所述電機(jī)上，所述相位匹配電壓具有比所述指示電壓的頻率要高的頻率并且具有與先前獲取的所述估計(jì)磁極位置匹配的相位；(2)檢測單元，檢測來自所述電機(jī)的由所述相位匹配電壓生成的相位匹配電流；(3)校正單元，校正所述參數(shù)的值，從而使所述相位匹配電壓和所述相位匹配電流之間的相位差基本上變成零；(4)計(jì)算單元，根據(jù)所述指示電壓、所檢測到的電流以及具有校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。所述控制單元根據(jù)在所述計(jì)算單元中計(jì)算出的所述估計(jì)磁極位置，控制所述電機(jī)。
因?yàn)闇p少了用于估計(jì)磁極位置的計(jì)算量，所以，所述控制單元可以根據(jù)所述估計(jì)磁極位置迅速地控制所述電機(jī)。此外，可以簡化計(jì)算所需的部件，從而可以減小所述控制單元的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該目的是通過提供一種對(duì)同步電機(jī)中轉(zhuǎn)子的磁極位置進(jìn)行估計(jì)的方法，該方法包括以下步驟提供電機(jī)模型表達(dá)式，用于根據(jù)由所述轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)速確定的且施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述磁極位置；按照所述電機(jī)模型表達(dá)式，根據(jù)所述指示電壓、所生成的電流以及所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。計(jì)算所述估計(jì)磁極位置的步驟包括(1)根據(jù)所述指示電壓和所生成的電流之間的相位差，計(jì)算實(shí)際功率因子角；(2)根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和所述指示轉(zhuǎn)速，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)功率因子角；(3)校正所述參數(shù)的值，從而使所述實(shí)際功率因子角與所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角基本上一致；(4)根據(jù)所述指示電壓、所產(chǎn)生的電流以及具有校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。
因此，因?yàn)樵诿總€(gè)估計(jì)周期，磁極位置的估計(jì)執(zhí)行一次，所以可以減小用于估計(jì)磁極位置的計(jì)算量。此外，因?yàn)閷?duì)所述參數(shù)進(jìn)行了校正，從而使所述實(shí)際功率因子角與所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角基本上一致，所述估計(jì)磁極位置可以可靠地接近實(shí)際的磁極位置。
該目的還通過提供一種控制同步電機(jī)的裝置來實(shí)現(xiàn)，該裝置包括估計(jì)單元，根據(jù)由所述轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)速確定的且施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述電機(jī)中轉(zhuǎn)子的磁極位置；控制單元，根據(jù)所述估計(jì)磁極位置控制所述電機(jī)。所述估計(jì)單元具有(1)第一計(jì)算器，根據(jù)所述指示電壓和所產(chǎn)生的電流之間的相位差，計(jì)算實(shí)際功率因子角；(2)第二計(jì)算器，根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和所述指示轉(zhuǎn)速，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)功率因子角；(3)校正單元，校正所述參數(shù)的值，從而使所述實(shí)際功率因子角與所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角基本上一致；(4)第三計(jì)算器，根據(jù)所述指示電壓、所產(chǎn)生的電流以及具有校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。
因?yàn)闇p少了用于估計(jì)磁極位置的計(jì)算量，所以，所述控制單元可以根據(jù)所述估計(jì)磁極位置迅速地控制所述電機(jī)。此外，可以簡化計(jì)算所需要的部件，從而可以減小所述控制單元的尺寸。


圖1的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的同步電機(jī)的控制單元；圖2示出了相位匹配電壓和相位匹配電流之間的相位差；圖3的框圖示出了根據(jù)第一實(shí)施例的修改的同步電機(jī)的控制單元；圖4的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的同步電機(jī)的控制單元；圖5A示出的相位電流從相位電壓相移了標(biāo)準(zhǔn)功率因子角；圖5B示出的相位電流從相位電壓相移了實(shí)際功率因子角；圖6的二維圖示出了標(biāo)準(zhǔn)功率因子角以及轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩二者組合之間的關(guān)系；以及圖7示出了每當(dāng)三相電流之一與零電平線交叉時(shí)所校正的q軸電感Lq。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中，相同的附圖標(biāo)記在整個(gè)申請(qǐng)中表示相同的部分、部件或要素。
實(shí)施例1圖1的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的同步電機(jī)的控制單元。
如圖1所示，同步電機(jī)10具有定子線圈和由永久磁鐵制成的轉(zhuǎn)子(未示出)。當(dāng)將三相交流電電壓施加在該線圈上時(shí)，由U、V及W相的相位電流組成的三相交流電流經(jīng)該線圈，從而由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生可變磁場，于是，具有永久磁鐵的轉(zhuǎn)子響應(yīng)于該磁場而在其轉(zhuǎn)動(dòng)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)力通過諸如滑輪以及帶子之類的傳送裝置而被輸出。在圖1所示的控制單元中控制電流的相位，從而以預(yù)期的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)該轉(zhuǎn)子。
在該實(shí)施例中，具有凸極的永久磁鐵設(shè)置在轉(zhuǎn)子的軸的周圍，從而從該軸中突出，因此，在dq轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系中沿著從觀測到的S磁極到相應(yīng)的N磁極的d軸方向的電機(jī)的d軸電感Lq小于沿著與在垂直于該轉(zhuǎn)動(dòng)軸q的平面上的d軸方向正交的q軸方向的電機(jī)的q軸電感Lq。
如圖1所示，將電機(jī)的指示(或預(yù)期)轉(zhuǎn)速τ★的數(shù)據(jù)重復(fù)地給予控制單元的指示電流生成器1。每當(dāng)將速度τ★的數(shù)據(jù)給予控制單元時(shí)，生成器1就根據(jù)速度τ★，對(duì)定義在dq轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系中的指示交流電i★的d軸分量id★以及q軸分量iq★的值進(jìn)行計(jì)算。在dq轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系中，將原點(diǎn)設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的某一位置。因?yàn)閐q坐標(biāo)系是轉(zhuǎn)動(dòng)系，所以，電壓和電流分別用直流電和直流電壓表示在dq坐標(biāo)系上。因此，dq坐標(biāo)系表示兩相直流電坐標(biāo)系。
第一差值計(jì)算器2計(jì)算檢測到的電流idet的d軸分量id和d軸分量i★d之間的d軸差值Δid，并計(jì)算檢測到的電流idet的q軸分量iq和q軸分量i★q之間的q軸差值Δiq。從電機(jī)10的定子線圈中檢測該電流。電流控制器3根據(jù)差值Δid和Δiq，計(jì)算指示電壓V★的d軸分量V★d和q軸分量V★q，從而，當(dāng)把指示電壓施加在電機(jī)10上時(shí)，差值Δid和Δiq均接近零。指示電壓V★的頻率與指示電流i★的頻率相同。
dq/αβ坐標(biāo)變換器4基于轉(zhuǎn)子的估計(jì)磁極位置θes，將dq轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系變換成αβ坐標(biāo)系，從而將指示電壓V★的分量V★d和V★q轉(zhuǎn)換成定義在αβ坐標(biāo)系中的α軸分量V★α和β軸分量V★β。位置θes用轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角表示。
眾所周知，αβ坐標(biāo)系是靜止系，且由在垂直于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的平面上相互正交的α軸和β軸進(jìn)行定義，αβ坐標(biāo)系的原點(diǎn)被設(shè)在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，與dq坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置相同。因?yàn)棣力伦鴺?biāo)系是靜止系，所以，電壓和電流分別用αβ坐標(biāo)系上的交流電和交流電壓來表示。因此，αβ坐標(biāo)系表示兩相交流電坐標(biāo)系。
估計(jì)磁極位置用估計(jì)磁極位置方向與α軸之間的角表示在αβ坐標(biāo)系上。在該情況下，實(shí)際的磁極位置用實(shí)際的磁極位置方向(即，d軸)與α軸之間的角表示。當(dāng)正確地估計(jì)磁極位置從而可以表示實(shí)際的位置時(shí)，可以指明αβ靜止坐標(biāo)系和dq轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系之間的相位相對(duì)關(guān)系(即，α軸和d軸之間的角)。因此，基于估計(jì)位置θes可以正確地執(zhí)行坐標(biāo)變換。
加法器5將具有α軸分量V★hα和β軸分量V★hβ的相位匹配電壓V★h加上從變換器4輸出的指示電壓V★，從而產(chǎn)生具有α軸分量V★hα+V★α和β軸分量V★hβ+V★β的疊加指示電壓。該相位匹配電壓的頻率高于指示電壓V★的頻率。例如，該相位匹配電壓具有較高諧波頻率的諧波，而指示電壓具有基頻的基波。諧波頻率是基頻的整數(shù)倍。
αβ/uvw坐標(biāo)變換器6將αβ坐標(biāo)系變換成由U相軸、V相軸以及W相軸定義的UVW坐標(biāo)系，從而將疊加指示電壓的分量V★hα+V★α以及V★hβ+V★β轉(zhuǎn)換成U相分量V★u、V相分量V★v以及W相分量V★w。UVW坐標(biāo)系的三個(gè)軸在垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的平面上在電子角方面被隔開120度的相等間隔，且對(duì)應(yīng)于U、V以及W相，以及，將UVW坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)成與αβ坐標(biāo)系的原點(diǎn)相同。
脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)生成器7根據(jù)疊加指示電壓的每個(gè)分量V★u、V★v以及V★w生成PWM信號(hào)。PWM信號(hào)分別傳輸?shù)侥孀兤?，從而操作對(duì)應(yīng)于定子線圈的三個(gè)切換部件。因此，疊加指示電壓的分量V★u、V★v以及V★w分別施加在線圈上。響應(yīng)于該疊加指示電壓，具有U相分量iU、V相分量iV以及W相分量iW的三相交流電流經(jīng)該線圈。此外，電機(jī)10根據(jù)磁極位置生成感應(yīng)電壓。因此，該交流電依賴于疊加指示電壓以及感應(yīng)電壓。
電流傳感器9檢測交流電idet的相位分量iU、iV以及iW的值。傳感器9可以檢測三個(gè)分量值中的僅僅兩個(gè)值，從而根據(jù)所檢測的值計(jì)算另一分量值。uvw/αβ坐標(biāo)變換器11將UVW坐標(biāo)系變換成αβ坐標(biāo)系，從而將所檢測的交流電idet的分量iU、iV以及iW轉(zhuǎn)換成α軸分量iα以及β軸分量iβ。該電流包括由指示電壓生成的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電流以及由相位匹配電壓生成的相位匹配電流。轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電流具有的頻率與指示電壓的頻率相同，以及，相位匹配電流具有的頻率與相位匹配電壓的頻率相同。在αβ/dq坐標(biāo)變換器12以及磁極位置估計(jì)單元13中接收檢測到的交流電。
變換器12基于從估計(jì)單元13輸出的估計(jì)磁極位置，將αβ坐標(biāo)系變換成dq坐標(biāo)系，從而將檢測到的交流電的分量iα以及iβ轉(zhuǎn)換成d軸分量id以及q軸分量iq。將檢測到的電流的分量id以及iq傳送給計(jì)算器2。這里，檢測到的電流中包括的相位匹配電流的頻率高于在生成器1中生成的指示電流的頻率，同時(shí)，檢測到的電流中包括的驅(qū)動(dòng)電流具有的頻率與該指示電流的頻率相同。因此，相位匹配電流對(duì)計(jì)算器2的計(jì)算幾乎不產(chǎn)生影響。
估計(jì)單元13根據(jù)電機(jī)模型表達(dá)式估計(jì)轉(zhuǎn)子的磁極位置θes，其中，使用從變換器4接收的指示電壓的分量V★α和V★β、從變換器11接收的檢測電流的分量iα和iβ以及參數(shù)。該電機(jī)模型表達(dá)式是通過將干擾觀測器施加在考慮了擴(kuò)展感應(yīng)電壓的電機(jī)模型上來獲得的。例如，日本電氣工程師協(xié)會(huì)(IEEJ)在2000年工業(yè)應(yīng)用部分的會(huì)議上由Ichikawa、Chin、Tomita、Michiki以及Ookuma著述的文章“Positionand Speed Sensorless Control of IPMSM Using Extended InducedVoltage Disturbance Observer”中披露了該干擾觀測器。
根據(jù)第一公式，通過使用施加在電機(jī)上的指示電壓的α軸分量Vα以及β軸分量Vβ、定子的電阻R、對(duì)在前一估計(jì)周期估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置相對(duì)于時(shí)間求微分而獲得的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ωre電機(jī)中的d軸電感Ld、電機(jī)中的q軸電感Lq、微分算子p、從電機(jī)中檢測到的驅(qū)動(dòng)電流的α軸分量iα和β軸分量iβ以及感應(yīng)電壓的常數(shù)KE，在αβ坐標(biāo)系中表達(dá)考慮了擴(kuò)展感應(yīng)電壓的模型VαVβ=R+pLdωre(Ld-Lq)-ωre(Ld-Lq)R+pLdiαiβ+{(Ld-Lq)(ωreid-iq)+ωreKE}-sinθrecosθre]]>在該模型表達(dá)式中，將右邊的第二項(xiàng)定義為擴(kuò)展感應(yīng)電壓。除了基于轉(zhuǎn)子的永久磁鐵的感應(yīng)電壓之外，將生成磁阻轉(zhuǎn)矩的電感差Ld-Lq視為附加磁通量的分量。通過使用該模型，可以容易地估計(jì)磁極位置。當(dāng)基于該模型，構(gòu)成把擴(kuò)展感應(yīng)電壓視為干擾的干擾觀測器時(shí)，可以計(jì)算出擴(kuò)展感應(yīng)電壓。根據(jù)第二公式，通過另外使用微分算子s和觀測器磁極α，表達(dá)擴(kuò)展感應(yīng)電壓的α軸分量eα以及β軸分量eβeαeβ=ss+α{VαVβ-R+pLdωre(Ld-Lq)-ωre(Ld-Lq)R+pLdiαiβ}]]>因?yàn)橥ㄟ^考慮從磁通量方向(即，估計(jì)磁極位置的方向)前移90度的電壓向量來滿足tanθes＝-eα/eβ的關(guān)系，所以，根據(jù)第三公式通過反正切計(jì)算而獲得所述估計(jì)位置θes1。
θes=tan-1-eαeα]]>在該估計(jì)中，根據(jù)詳細(xì)的電機(jī)模型計(jì)算感應(yīng)電壓。因此，即使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子上所加的負(fù)載迅速改變時(shí)，也可以根據(jù)感應(yīng)電壓e(eα，eβ)正確地估計(jì)轉(zhuǎn)子的磁極位置。但是，因?yàn)樵撾姍C(jī)模型包括微分項(xiàng)s/(s+α)，所以，極大地增加了估計(jì)所需的計(jì)算量。為了減小計(jì)算量，可以將不包括任何微分項(xiàng)的近似電機(jī)模型用于估計(jì)磁極位置。
更具體地說，驅(qū)動(dòng)電流中的α軸分量iα(iα＝-Ia(t)·sinθ，θ＝ωret+c，c是常數(shù))以及β軸分量iβ(iβ＝Ia(t)·cosθ)的波高Ia(t)隨時(shí)間而改變。該依賴于時(shí)間的波高Ia(t)用基本不依賴于時(shí)間t(d/dt·Ia0)的波高來近似或取代。也就是說，將驅(qū)動(dòng)電流的波高相對(duì)于時(shí)間的微分值充基本設(shè)為零(步驟S12)。在該情況下，可以根據(jù)第四公式，改寫電機(jī)模型中的α軸分量iα的微分項(xiàng)。
pLd·iα=Ldddt·iα]]>=Ld(-ddt·Iαsinθ-Iαddt·sinθ)]]>=-Ld·Iαddt·sinθ]]>=-Ld·ωre·Iα·cosθ]]>=-Ld·ωre·iβ]]>同樣，可以根據(jù)第五公式改寫電機(jī)模型中的β軸分量iβ的微分項(xiàng)。
pLd·iβ＝Ld·ωer·iα因此，可以簡化和改寫第二公式，以及，通過把第四及第五公式插入到第二公式中獲得表示近似電機(jī)模型的第六公式。
eαeβ=V*αV*β-R-ωreLqωreLqRiαiβ]]>通過使用諸如定子電阻R、轉(zhuǎn)速ωer以及q軸電感Lq之類的參數(shù)，根據(jù)指示電壓的分量V★α和V★β以及驅(qū)動(dòng)電流的分量iα和iβ，計(jì)算感應(yīng)電壓的分量eα以及eβ。根據(jù)第三公式，由感應(yīng)電壓的分量eα以及eβ獲得所述估計(jì)位置θes。將所述估計(jì)位置θes輸出到變換器4和12以及干擾生成器17。這里，因?yàn)橄辔黄ヅ潆妷阂约半娏鞯念l率高于指示電壓以及驅(qū)動(dòng)電流的頻率，所以，相位匹配電壓以及電流對(duì)單元13中的估計(jì)沒有影響。
當(dāng)這些參數(shù)是恒定的而不考慮大規(guī)模生產(chǎn)中的電機(jī)的操作條件或電機(jī)部件的尺寸及形狀時(shí)，可以在單元13中估計(jì)與實(shí)際磁極位置(即，d軸)基本匹配的磁極位置。但是，適用于電機(jī)10的參數(shù)的值由于各種原因而改變，例如，操作條件的改變以及電機(jī)部件的尺寸及形狀的變化。因此，當(dāng)把所有的參數(shù)值設(shè)為恒定時(shí)，就不能正確地估計(jì)與實(shí)際磁極位置匹配的位置θes。
為了解決該問題，除了基波的指示電壓之外，還將較高諧波的相位匹配電壓施加在電機(jī)10上，以及，檢測來自電機(jī)10的由該相位匹配電壓生成的相位匹配電流。該相位匹配電流具有的諧波頻率與相位匹配電壓的諧波頻率相同。當(dāng)相位匹配電流的相位從相位匹配電壓的相位偏移時(shí)，判斷出至少一個(gè)參數(shù)不同于適于電機(jī)10的值，從而辨別出所述估計(jì)磁極位置和實(shí)際的磁極位置的不同。響應(yīng)于該判斷，根據(jù)相位匹配電壓和相位匹配電流之間的相位差校正該參數(shù)，從而使相位差基本上變成零。例如，校正d軸電感Ld。
下面對(duì)當(dāng)相位差基本上變成零時(shí)所述估計(jì)磁極位置可以接近實(shí)際磁極位置的推理過程進(jìn)行描述。在具有凸極永久磁鐵的電機(jī)中，d軸電感Ld小于q軸電感Lq。因此，當(dāng)在定子線圈中感生出磁場時(shí)，交流電沿著d軸流動(dòng)比沿著q軸流動(dòng)要容易。也就是說，交流電沿著q軸的阻抗大于沿著d軸的阻抗。因此，當(dāng)施加在電機(jī)10上的指示電壓的向量不是位于d軸上時(shí)，由指示電壓生成的驅(qū)動(dòng)電流的向量相對(duì)于指示電壓的向量移向d軸。
干擾生成器17生成相位匹配電壓V★h的α軸分量V★hα以及β軸分量V★hβ的數(shù)據(jù)，從而使該相位匹配電壓的相位與先前在估計(jì)單元13中獲得的估計(jì)位置θes的相位相同。在加法器5中，將該相位匹配電壓疊加在指示電壓V★(V★α，V★β)上。因此，由該相位匹配電壓生成的相位匹配電流包括在檢測到的交流電中。
圖2示出了相位匹配電壓和相位匹配電流之間的相位差。
如圖2所示，當(dāng)估計(jì)位置θes不同于實(shí)際的磁極位置(d軸)時(shí)，相位匹配電壓的相位(在圖2中用γ軸表示)不同于與實(shí)際的磁極位置相對(duì)應(yīng)的d軸。因?yàn)榻涣麟娧刂鴇軸流動(dòng)比沿著q軸流動(dòng)容易，所以，該相位匹配電流的相位相對(duì)于該相位匹配電壓的相位移向d軸。在圖2所示的例子中，當(dāng)相位匹配電壓的相位從d軸向前移時(shí)，從該相位匹配電壓的相位延遲相位匹配電流的相位。相比之下，當(dāng)從d軸延遲該相位匹配電壓的相位時(shí)，從該相位匹配電壓的相位前移該相位匹配電流的相位。當(dāng)相位匹配電壓的相位與d軸一致或匹配時(shí)，相位匹配電壓和相位匹配電流之間的相位差θvi基本上變成零。因此，當(dāng)校正近似電機(jī)模型表達(dá)式中的至少一個(gè)參數(shù)以使相位差幾乎變成零時(shí)，所估計(jì)的磁極位置可以接近實(shí)際的磁極位置。
為了根據(jù)相位差校正近似電機(jī)模型表達(dá)式中的至少一個(gè)參數(shù)以使相位差幾乎變成零，延遲單元14將從變換器11輸出的檢測交流電保持一個(gè)預(yù)定時(shí)間段(例如，與檢測交流電的一個(gè)波長相對(duì)應(yīng)的時(shí)間段)，從而產(chǎn)生延遲的交流電。第二差值計(jì)算器15從變換器11輸出的檢測交流電中減去該延遲的交流電。在該減法中，延遲交流電中包括的驅(qū)動(dòng)電流抵償檢測交流電中包括的驅(qū)動(dòng)電流。然后，計(jì)算器15在與相位匹配電壓的頻率相等的周期中執(zhí)行采樣操作，從而，在不引起相位匹配電流中的相位延遲的情況下，從減法結(jié)果中減去相位匹配電流的α軸分量ihα以及β軸分量ihβ。
為了從檢測交流電中減去相位匹配電流，可以用高通濾波器取代延遲單元14以及計(jì)算器15。在該情況下，因?yàn)樵谙辔黄ヅ潆娏髦谐霈F(xiàn)了相位延遲，所以需要對(duì)相位匹配電流進(jìn)行相位補(bǔ)償。
外積計(jì)算器16根據(jù)第七公式對(duì)在生成器17中生成的相位匹配電壓V(V★hα，V★hβ)和在計(jì)算器15中產(chǎn)生的相位匹配電流I(ihα，ihβ)的外積的長度進(jìn)行計(jì)算。
V×I＝|V||I|sinθvi＝V★hαihβ-V★hβihα在該公式中，當(dāng)電流I的相位從電壓V前移時(shí)，也就是說，當(dāng)估計(jì)磁極位置θes從實(shí)際磁極位置θc延遲時(shí)，所計(jì)算出的長度變正。相反，當(dāng)電流I的相位從電壓V延遲時(shí)，也就是說，當(dāng)所述估計(jì)磁極位置θes從實(shí)際的磁極位置θc前移時(shí)，所計(jì)算出的長度變負(fù)。θvi表示V和I的向量之間的相位差。
與通過使用諸如反正切計(jì)算之類的復(fù)雜計(jì)算來直接計(jì)算相位差θvi的情況相比，僅僅需要諸如乘法和減法之類的簡單計(jì)算來計(jì)算外積。因此，可以進(jìn)一步減小磁極位置估計(jì)中的計(jì)算量。
當(dāng)相位差θvi是零時(shí)，外積的長度變成零。當(dāng)相位差θvi不同于零時(shí)，外積具有的長度為正號(hào)或負(fù)號(hào)。因此，優(yōu)選將外積的長度計(jì)算成與相位差相對(duì)應(yīng)的值。
補(bǔ)償單元18根據(jù)第八公式，基于外積的長度，同時(shí)考慮到外積長度的符號(hào)，來校正q軸電感Lq。
Lq＝L0+KpV×I+Ki∫V×IdtL0表示初始值。Kp表示比例增益。Ki表示積分增益。因此，可以可靠地校正q軸電感Lq，從而使基于校正過的電感Lq計(jì)算出來的外積基本上變成零。
估計(jì)單元13根據(jù)第二公式，基于所校正的電感Lq，估計(jì)磁極位置。因此，因?yàn)樵趩卧?8中對(duì)所校正的電感Lq進(jìn)行確定，從而使外積基本變?yōu)榱?，可以確定所述估計(jì)磁極位置θes，從而使相位差基本變?yōu)榱?，以及，所述估?jì)磁極位置θes可以與實(shí)際的磁極位置θc基本匹配。
總之，在該實(shí)施例中，當(dāng)按照近似電機(jī)模型表達(dá)式用施加在電機(jī)上的指示電壓、由該指示電壓生成的電流以及參數(shù)估計(jì)電機(jī)10中的磁極位置時(shí)，將相位匹配電壓施加在該電機(jī)上，其中，該相位匹配電壓的相位與在第一周期中計(jì)算出的所述估計(jì)磁極位置匹配，檢測來自該電機(jī)的由該相位匹配電壓生成的相位匹配電流，以及，校正至少一個(gè)參數(shù)的值，從而使相位匹配電壓和相位匹配電流之間的相位差基本變?yōu)榱?。因此，?dāng)根據(jù)指示電壓、所生成的電流以及包括校正參數(shù)值在內(nèi)的參數(shù)在繼第一周期之后的第二周期中估計(jì)磁極位置時(shí)，可以基于與實(shí)際磁極位置基本匹配的估計(jì)磁極位置，控制指示電壓的相位。
因此，可以可靠地控制電機(jī)10的工作，以及，可以明顯減小用于估計(jì)與實(shí)際磁極位置基本匹配的磁極位置的計(jì)算量。
此外，因?yàn)橛上辔黄ヅ潆妷荷傻南辔黄ヅ潆娏髁鹘?jīng)電機(jī)10的定子線圈，所以，可以在電機(jī)10中可靠地獲得需要足夠電流的磁飽和。因此，可以可靠地驅(qū)動(dòng)該電機(jī)。
相位匹配電壓的頻率可以從300Hz變化到10KHz。但是，當(dāng)相位匹配電壓的頻率不是明顯高于指示電壓的頻率時(shí)，可能發(fā)生脈動(dòng)現(xiàn)象，從而使指示電壓的值產(chǎn)生波動(dòng)或生成低音頻的噪聲。相反，當(dāng)相位匹配電壓的頻率足夠高時(shí)，從檢測交流電中提取相位匹配電流會(huì)變得困難。因此，當(dāng)在電機(jī)10工作期間可容許脈動(dòng)或噪聲時(shí)，相位匹配電壓的頻率優(yōu)選從300Hz變化到700Hz。當(dāng)使用較高性能的單元來提取相位匹配電流時(shí)，相位匹配電壓的頻率優(yōu)選從5KHz變化到10KHz。
在該實(shí)施例中，具有諧波的相位匹配電壓的頻率是具有基波的指示電壓的頻率的整數(shù)倍(兩倍，或三倍，…)。但是，相位匹配電壓具有的頻率可以比指示電壓的頻率高。
此外，補(bǔ)償單元18計(jì)算q軸電感Lq的校正值。但是，當(dāng)外積的長度為正時(shí)，從實(shí)際的磁極位置θc延遲所述估計(jì)磁極位置θes。相反，當(dāng)外積的長度為負(fù)時(shí)，從實(shí)際的磁極位置θc前移所述估計(jì)磁極位置θes。因此，可以基于外積的長度的符號(hào)判斷是從實(shí)際的磁極位置θc前移還是延遲所述估計(jì)磁極位置θes。因此，單元18可以基于外積的長度的符號(hào)，將q軸電感Lq增加或減小一個(gè)預(yù)定值，從而使相位差接近零。
第一實(shí)施例的第一修改在第一實(shí)施例中，將相位匹配電壓V★h(V★hα，V★hβ)和相位匹配電流ih(ihα，ihβ)定義在αβ靜止坐標(biāo)系中。但是，也可以估計(jì)磁極位置，從而使定義在dq轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系中的相位匹配電壓和相位匹配電流的外積基本變?yōu)榱恪?br> 圖3的框圖示出了根據(jù)第一實(shí)施例的第一修改的同步電機(jī)的控制單元。
如圖3所示，干擾生成器17生成相位匹配電壓的d軸分量V★hd，從而使該相位匹配電壓的相位與估計(jì)位置θes的相位匹配。因?yàn)檎_估計(jì)出的位置θes與位于d軸上的實(shí)際位置θc基本匹配，所以生成相位匹配電壓，從而使該相配匹配電壓的相位與d軸匹配。也就是說，相位匹配電壓具有的q軸分量值基本等于零。加法器5將相位匹配電壓(V★hd，0)加上控制器3輸出的指示電壓V★(V★d，V★q)，從而產(chǎn)生疊加的指示電壓。變換器4將該疊加指示電壓的分量轉(zhuǎn)換成α以及β軸分量，以及，變換器6將這些分量變換成U、V以及W軸分量。
延遲單元14延遲在形成器12中產(chǎn)生的檢測交流電idet(id，iq)，以及，計(jì)算器15從變換器12輸出的檢測交流電中減去延遲的交流電，從而從檢測交流電中減去相位匹配電流ih(ihd，ihq)。計(jì)算器16計(jì)算相位匹配電壓Vh(V★hd，0)和相位匹配電流ih(ihd，ihq)的外積。補(bǔ)償單元18基于外積的長度，校正q軸電感Lq的值，從而使基于校正電感Lq計(jì)算出的外積基本變?yōu)榱?，以及，估?jì)單元13基于設(shè)在校正值的q軸電感Lq估計(jì)磁極位置。
因?yàn)橄辔黄ヅ潆妷壕哂械膓軸分量值基本等于零，所以，外積的計(jì)算可以變得更加容易。
第一實(shí)施例的第二修改將僅具有d軸分量的所施加的相位匹配電流疊加在從計(jì)算器2輸出的d軸差值Δid上。在該情況下，干擾生成器17生成相位匹配電流，該相位匹配電流具有與估計(jì)磁極位置的相位相同的相位，該估計(jì)磁極位置與實(shí)際的磁極位置基本匹配。控制器3將該相位匹配電流轉(zhuǎn)換成相位匹配電壓，該相位匹配電壓具有的相位與該相位匹配電流的相位相同。將相位匹配電壓施加在電機(jī)10上，以及，計(jì)算器15從檢測交流電中減去由所施加的相位匹配電流生成的相位匹配電流ih(ihb，ihq)。
因此，將疊加在指示電壓上的相位匹配電壓充分地施加在電機(jī)上，以及，可以校正q軸電感Lq，從而使所施加的相位匹配電流和相位匹配電流的外積基本變?yōu)榱恪?br> 實(shí)施例2圖4的框圖示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的同步電機(jī)的控制單元。圖5A示出的相位電流從相位電壓相移了標(biāo)準(zhǔn)功率因子角，圖5B示出的相位電流從相位電壓相移了實(shí)際功率因子角。圖6示出了表示標(biāo)準(zhǔn)功率因子角以及轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩二者組合之間關(guān)系的二維圖。圖7示出了每當(dāng)一個(gè)三相電流與零水平線交叉時(shí)所校正的q軸電感Lq。
圖4所示的同步電機(jī)40不同于圖1所示的同步電機(jī)10，其不同之處在于電機(jī)40的轉(zhuǎn)子(未示出)由具有凸極或非凸極的永久磁鐵制成。
如圖4所示，轉(zhuǎn)矩估計(jì)單元22基于傳感器9中檢測到的三相電流的相位電流iU、iV以及iW，估計(jì)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。標(biāo)準(zhǔn)功率因子角確定單元23根據(jù)轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)速τ★以及估計(jì)的轉(zhuǎn)矩，確定標(biāo)準(zhǔn)功率因子角。
如圖5A所示，將功率因子角定義為施加在電機(jī)上的三相電壓的相位電壓和由所施加的三相電壓生成的三相電流之間的相位差。該相位差是根據(jù)相位電流和相位電壓之間的零電平交叉時(shí)間差而獲得的。當(dāng)在估計(jì)單元13中估計(jì)的磁極位置與實(shí)際的磁極位置匹配時(shí)，功率因子角得以最小化，且達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)功率因子角φ★d。電機(jī)的功率因子是由電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩來確定的，且當(dāng)相位差與標(biāo)準(zhǔn)功率因子角φ★d相同時(shí)其得以最小化。
確定單元23對(duì)圖6所示的二維圖進(jìn)行存儲(chǔ)。該圖表示標(biāo)準(zhǔn)功率因子角以及轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩組合之間的關(guān)系。當(dāng)收到速度τ★和估計(jì)轉(zhuǎn)矩時(shí)，單元23參考該圖，并檢測設(shè)定在與電機(jī)10的工作點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的值處的標(biāo)準(zhǔn)功率因子角，電機(jī)10的工作點(diǎn)由速度τ★和所述估計(jì)轉(zhuǎn)矩的組合來確定。
實(shí)際功率因子角計(jì)算單元21從變換器6和傳感器9接收三相指示電壓的相位電壓V★u、V★v和V★w以及三相檢測電流的相位電流iU、iV以及iW，每當(dāng)相位電流與零電平線交叉時(shí)，計(jì)算每個(gè)相位電壓和相應(yīng)的相位電流之間的相位差，以及，由該相位差計(jì)算平均相位差。單元21將平均相位差作為實(shí)際功率因子角輸出到第二差值計(jì)算器24。
可以根據(jù)公布的日本專利申請(qǐng)首次公開No.2004-64860或公布的日本專利申請(qǐng)首次公開No.2004-88838所披露的技術(shù)來計(jì)算實(shí)際的功率因子角。更具體地說，基于各三相電流iU、iV以及iW重復(fù)地與零電平線交叉的相鄰時(shí)間，確定時(shí)間的積分范圍，所施加的每個(gè)相位電壓在相應(yīng)的積分范圍內(nèi)進(jìn)行積分，以及，由在零和最大值之間的積分值計(jì)算實(shí)際功率因子角。
如圖5B所示，當(dāng)在單元13中所述估計(jì)磁極位置與實(shí)際的磁極位置的位置差為Δθ時(shí)，實(shí)際功率因子角比標(biāo)準(zhǔn)功率因子角φ★d大出的角度差Δφd對(duì)應(yīng)于位置差Δθ。
如圖4所示的控制單元對(duì)施加在與轉(zhuǎn)子20的位置(例如，磁極位置)同步的電機(jī)10的定子線圈上的電壓的相位進(jìn)行控制。因此，當(dāng)估計(jì)磁極位置與實(shí)際的磁極位置不同時(shí)，實(shí)際功率因子角就不同于標(biāo)準(zhǔn)功率因子角。
計(jì)算器24從實(shí)際功率因子角中減去標(biāo)準(zhǔn)功率因子角φ★d，從而獲得角度差Δφd。補(bǔ)償單元25基于角度差Δφd，校正q軸電感Lq的值，從而使基于校正電感Lq計(jì)算出的實(shí)際功率因子角與標(biāo)準(zhǔn)功率因子角基本一致。估計(jì)單元13基于校正的電感Lq，估計(jì)磁極位置。
例如，如圖7所示，每當(dāng)一個(gè)相位電流iU、iV以及iW與零電平線交叉時(shí)，校正電感Lq，以及，基于校正的電感Lq估計(jì)磁極位置。在該情況下，即使電感Lq的初始值Lo遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同于適于電機(jī)40的值Lt，也可以通過重復(fù)地執(zhí)行校正和估計(jì)，使電感Lq的值逐漸接近適當(dāng)?shù)闹礚t。因此，可以可靠地估計(jì)與實(shí)際磁極位置基本匹配的磁極位置。
總之，在該實(shí)施例中，當(dāng)按照近似電機(jī)模型表達(dá)式用轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)速確定的且施加在電機(jī)上的指示電壓、由該電壓生成的電流以及參數(shù)估計(jì)電機(jī)40中的磁極位置時(shí)，根據(jù)指示電壓和所生成的電流之間的相位差計(jì)算實(shí)際功率因子角，根據(jù)由所生成的電流估計(jì)出的轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)功率因子角，以及，校正至少一個(gè)參數(shù)的值，從而使實(shí)際功率因子角與標(biāo)準(zhǔn)功率因子角基本一致。因此，當(dāng)在下一個(gè)周期中根據(jù)指示電壓、所生成的電流和包括校正參數(shù)值在內(nèi)的參數(shù)來估計(jì)磁極位置時(shí)，可以基于與實(shí)際磁極位置基本匹配的估計(jì)磁極位置，控制指示電壓的相位。
因此，與第一實(shí)施例一樣，可以極大地減小用于估計(jì)與實(shí)際磁極位置基本匹配的磁極位置的計(jì)算量。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)具有凸極的同步電機(jī)中的磁極位置進(jìn)行估計(jì)的方法，包括以下步驟提供電機(jī)模型表達(dá)式，用于根據(jù)施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述磁極位置；以及按照所述電機(jī)模型表達(dá)式，根據(jù)所述指示電壓、所生成的電流以及所述參數(shù)，計(jì)算所述電機(jī)中的估計(jì)磁極位置，其中，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置的步驟包括將相位匹配電壓施加在所述電機(jī)上，所述相位匹配電壓具有比所述指示電壓的頻率要高的頻率并且具有與先前獲取的所述估計(jì)磁極位置匹配的相位；檢測來自所述電機(jī)的由所述相位匹配電壓生成的相位匹配電流；校正所述參數(shù)的值，從而使所述相位匹配電壓和所述相位匹配電流之間的相位差基本上變成零；以及根據(jù)所述指示電壓、所生成的電流以及具有所述校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，校正所述參數(shù)的值的所述步驟包括確定所述參數(shù)的校正值，從而使根據(jù)所述參數(shù)的校正值導(dǎo)出的所述相位匹配電壓的向量和所述相位匹配電流的向量的外積基本上變成零。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)所述外積計(jì)算所述參數(shù)的校正值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，確定所述參數(shù)的校正值的所述步驟包括響應(yīng)于所述外積的符號(hào)，將所述參數(shù)的值重復(fù)地增加或減小一個(gè)預(yù)定值，直到所述外積基本上變成零為止，所述外積的符號(hào)是根據(jù)所述參數(shù)的增加或減小值導(dǎo)出的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述相位匹配電壓具有的諧波頻率是所述指示電壓的頻率的整數(shù)倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述相位匹配電壓定義在兩相交流電坐標(biāo)系中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述相位匹配電壓定義在兩相直流電坐標(biāo)系中。
8.一種用于對(duì)同步電機(jī)中轉(zhuǎn)子的磁極位置進(jìn)行估計(jì)的方法，包括以下步驟提供電機(jī)模型表達(dá)式，用于根據(jù)由所述轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)速確定的且施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述磁極位置；以及按照所述電機(jī)模型表達(dá)式，根據(jù)所述指示電壓、所生成的電流以及所述參數(shù)，計(jì)算所述電機(jī)中的估計(jì)磁極位置，其中，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置的所述步驟包括根據(jù)所述指示電壓和所生成的電流之間的相位差，計(jì)算實(shí)際功率因子角；根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和所述指示轉(zhuǎn)速計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)功率因子角，所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角被定義成當(dāng)所述估計(jì)磁極位置與實(shí)際磁極位置匹配時(shí)所獲取的功率因子角；校正所述參數(shù)的值，從而使所述實(shí)際功率因子角與所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角基本上一致；以及根據(jù)所述指示電壓、所產(chǎn)生的電流以及具有所述校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，計(jì)算所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角的所述步驟包括將所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角以及轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩二者組合之間的關(guān)系圖進(jìn)行存儲(chǔ)；以及通過參考所述關(guān)系圖，確定在與所述轉(zhuǎn)子的所述指示轉(zhuǎn)速和所述轉(zhuǎn)矩的組合相對(duì)應(yīng)的值處設(shè)定的所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，計(jì)算所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角的所述步驟包括根據(jù)所生成的電流，估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)矩。
11.一種對(duì)具有凸極的同步電機(jī)進(jìn)行控制的裝置，包括估計(jì)單元，根據(jù)施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述電機(jī)中的磁極位置；以及控制單元，根據(jù)所述估計(jì)磁極位置控制所述電機(jī)，其中，所述估計(jì)單元具有施加單元，將相位匹配電壓施加在所述電機(jī)上，所述相位匹配電壓具有比所述指示電壓的頻率要高的頻率并且具有與先前獲取的所述估計(jì)磁極位置匹配的相位；檢測單元，檢測來自所述電機(jī)的由所述相位匹配電壓生成的相位匹配電流；校正單元，校正所述參數(shù)的值，從而使所述相位匹配電壓和所述相位匹配電流之間的相位差基本上變成零；以及計(jì)算單元，根據(jù)所述指示電壓、所檢測到的電流以及具有所述校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置，以及，所述控制單元根據(jù)在所述計(jì)算單元中計(jì)算出來的所述估計(jì)磁極位置，控制所述電機(jī)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述校正單元校正所述參數(shù)的值，從而使根據(jù)所述參數(shù)的校正值導(dǎo)出的所述相位匹配電壓的向量和所述相位匹配電流的向量的外積基本上變成零。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述相位匹配電壓具有的諧波頻率是所述指示電壓的頻率的整數(shù)倍。
14.一種用于控制同步電機(jī)的裝置，包括估計(jì)單元，根據(jù)由所述轉(zhuǎn)子的指示轉(zhuǎn)速確定的且施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)，估計(jì)所述電機(jī)中轉(zhuǎn)子的磁極位置；以及控制單元，根據(jù)所述估計(jì)磁極位置控制所述電機(jī)，其中，所述估計(jì)單元具有第一計(jì)算器，根據(jù)所述指示電壓和所產(chǎn)生的電流之間的相位差，計(jì)算實(shí)際功率因子角；第二計(jì)算器，根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和所述指示轉(zhuǎn)速，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)功率因子角，所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角被定義成當(dāng)所述估計(jì)磁極位置與實(shí)際磁極位置匹配時(shí)所獲取的功率因子角；校正單元，校正所述參數(shù)的值，從而使所述實(shí)際功率因子角與所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角基本上一致；以及第三計(jì)算器，根據(jù)所述指示電壓、所產(chǎn)生的電流以及具有所述校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述第二計(jì)算器將所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角以及轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩二者組合之間的關(guān)系圖進(jìn)行存儲(chǔ)，以及，通過參考所述關(guān)系圖，確定在與所述轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速和所述轉(zhuǎn)矩的組合相對(duì)應(yīng)的值處設(shè)定的所述標(biāo)準(zhǔn)功率因子角。
全文摘要
具有凸極的同步電機(jī)中的磁極位置是根據(jù)施加在所述電機(jī)上的指示電壓、由所述指示電壓生成的電流以及一個(gè)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)的。為了估計(jì)與實(shí)際磁極位置基本匹配的位置，將相位匹配電壓施加在所述電機(jī)上，所述相位匹配電壓具有與先前獲取的所述估計(jì)磁極位置匹配的相位。所述相位匹配電壓具有的諧波頻率高于所述指示電壓的頻率。從所述電機(jī)檢測由所述相位匹配電壓生成的相位匹配電流。對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的值進(jìn)行校正，從而使所述相位匹配電壓和所述相位匹配電流之間的相位差基本上變成零。根據(jù)所述指示電壓、所生成的電流以及具有校正值的所述參數(shù)，計(jì)算所述估計(jì)磁極位置。
文檔編號(hào)H02P6/14GK1949654SQ20061013182
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月13日
發(fā)明者藤綱雅己, 井村彰宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝