專利名稱：電動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，尤其是采用1分路(shunt)電流檢測(cè)方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
為了向電動(dòng)機(jī)提供三相交流電力來控制電動(dòng)機(jī)，需要檢測(cè)U相，V相和W相這3相中2相份的電流(例如U相電流和V相電流)。為了檢測(cè)2相份的電流，通常要使用2個(gè)電流傳感器(電流互感器等)，但2個(gè)電流傳感器的使用導(dǎo)致安裝電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)全體成本提高。
因此，以往，建議了通過1個(gè)電流傳感器檢測(cè)逆變器和直流電源間的母線電流(直流電流)，根據(jù)其檢測(cè)的母線電流，檢測(cè)2相份的電流的方式。該方式，被稱為1分路電流檢測(cè)方式(單分路電流檢測(cè)方式)，該方式的基本原理如例如日本國(guó)專利第2712470號(hào)公報(bào)中所述。
圖23表示采用1分路電流檢測(cè)方式的以往的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的全體框圖。逆變器(PWM逆變器)202，具備3相份具有上臂和下臂的半橋電路，通過根據(jù)由控制部203提供的三相電壓指令值來開關(guān)各臂，將來自直流電源204的直流電壓變換為三相交流電壓。該三相交流電壓被提供給三相永磁同步電動(dòng)機(jī)201，驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)201。
將連接逆變器202內(nèi)的各下臂和直流電源204的線路稱為母線213。電流傳感器205，將表示流經(jīng)母線213的母線電流的信號(hào)傳遞到控制部203?？刂撇?03，通過在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻取樣電流傳感器205的輸出信號(hào)，來檢測(cè)電壓電平變?yōu)樽畲蟮南?最大相)的相電流和變?yōu)樽钚〉南?最小相)的相電流，即，檢測(cè)2相份的電流。
在不同相電壓間的電壓電平能充分分開時(shí)，可以根據(jù)電流傳感器205的輸出信號(hào)檢測(cè)2相份的電流，但如果電壓的最大相和中間相接近或者電壓的最小相和中間相接近，則不能檢測(cè)2相份的電流(并且，包含不能檢測(cè)這2相份的電流的說明的1分路電流檢測(cè)方式的說明，參照?qǐng)D4等，在后面進(jìn)行)。
在此，提出了下述方法，即在1分路電流檢測(cè)方式中，在不能檢測(cè)2相份的電流期間，根據(jù)3相的門(gate)信號(hào)，校正針對(duì)逆變器內(nèi)各臂的PWM信號(hào)的脈沖寬度的方法。
圖24表示對(duì)應(yīng)該校正的通常的電壓指令值(脈沖寬度)的校正例。在圖24中，橫軸表示時(shí)間，220u、220v和220w表示U相、V相和W相的電壓電平。各相的電壓電平遵從對(duì)于各相的電壓指令值(脈沖寬度)，因此可以認(rèn)為兩者等效。如圖24所示，校正各相電壓指令值(脈沖寬度)，以使電壓的“最大相和中間相”以及“最小相和中間相”不接近規(guī)定間隔以下。由此，越是不能檢測(cè)2相份的電流，越不能接近各相電壓，可以穩(wěn)定地檢測(cè)2相份的電流。
例如，日本國(guó)特開2003-189670號(hào)公報(bào)公開了進(jìn)行這種電壓校正的技術(shù)。但是在該公報(bào)所述的方法中，需要根據(jù)3相電壓指令值(脈沖寬度)的關(guān)系確定校正量，尤其是在施加電壓低時(shí)產(chǎn)生需要對(duì)全部3相進(jìn)行校正的情況，而校正處理變得繁雜。
另一方面，作為與進(jìn)行矢量控制的情況相比能夠降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的控制方法，提出了直接轉(zhuǎn)矩控制。圖25表示實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的以往電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的全體構(gòu)成框圖。這種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在例如文獻(xiàn)“井上、其他3人，‘直接トルク制御による埋入磁石同期モ一タのトルクリプル低減と弱め磁束制御(Torque ripple reduction，and flux-weakening control forinterior permanent magnet synchronous motor based on direct torque control’平成18年電気學(xué)會(huì)全國(guó)大會(huì)講演論文集，電気學(xué)會(huì)，平成18年3月，第4分冊(cè)，4-106，p166”中被公開。
在圖25電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，根據(jù)由2個(gè)電流傳感器得到的2相電流(iα和iβ)和由2個(gè)電壓檢測(cè)器得到的2相電壓(vα和vβ)，推定電動(dòng)機(jī)的電樞線圈的交鏈磁通的α軸成分Фα和β軸成分Фβ的同時(shí)，推定電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T。另外，計(jì)算交鏈磁通的矢量的從α軸方向看的相位θS。這些值根據(jù)下式(A-1)～(A-4)計(jì)算。其中，Rα表示相當(dāng)于電樞線圈的每一相的電阻值，PN表示電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，Фα|t＝0以及Фβ|t＝0，分別表示時(shí)刻t＝0時(shí)Фα和Фβ的值(即，Фα和Фβ的初始值)。
φα＝∫(vα-Raiα)dt+φα|t＝0…(A-1) φβ＝∫(vβ-Raiβ)dt+φβ|t＝0…(A-2) θS＝tan-1(φβ/φα) …(A-3) T＝PN(φαiβ-φβiα) …(A-4) 并且，根據(jù)推定的轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)矩指令值T*之間的轉(zhuǎn)矩誤差ΔT(＝T*-T)，和由相位θS，Фα和Фβ形成的交鏈磁通矢量的大小(即，交鏈磁通的振幅)的目標(biāo)值|ФS*|，計(jì)算Фα和Фβ的目標(biāo)值Фα*和Фβ*，進(jìn)行磁通控制，以使Фα和Фβ跟隨Фα*和Фβ*。即，計(jì)算二相電壓(vα和vβ)的目標(biāo)值(vα*和vβ*)，以使Фα和Фβ跟隨Фα*和Фβ*，根據(jù)此二相電壓的目標(biāo)值生成三相電壓指令值(vu*，vv*和vw*)，提供給逆變器。
直接轉(zhuǎn)矩控制中，用于推定磁通的電壓和電流，通常由檢測(cè)器檢測(cè)?？梢允褂秒妷褐噶钪涤?jì)算用于推定磁通的電壓，但對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制應(yīng)用1分路電流檢測(cè)方式時(shí)，需要對(duì)電壓指令值添加校正，因此考慮這一點(diǎn)，如果不形成控制系統(tǒng)，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)推定磁通產(chǎn)生誤差等不良情況。
另外，不僅在直接轉(zhuǎn)矩控制中應(yīng)用1分路電流檢測(cè)方式時(shí)，對(duì)于進(jìn)行磁通推定的電動(dòng)機(jī)控制裝置，應(yīng)用1分路電流檢測(cè)方式時(shí)也產(chǎn)生同樣的問題。
發(fā)明內(nèi)容
在此，本發(fā)明目的在于提供一種可以抑制在組合經(jīng)由交鏈磁通的電動(dòng)機(jī)控制和1分路電流檢測(cè)方式時(shí)產(chǎn)生的交鏈磁通的推定誤差的電動(dòng)機(jī)控制裝置以及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
本發(fā)明中的電動(dòng)機(jī)控制裝置，特征在于具備電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其根據(jù)在驅(qū)動(dòng)三相式電動(dòng)機(jī)的逆變器與直流電源之間流動(dòng)的電流，檢測(cè)在上述電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流；電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)，其根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)的電樞線圈的交鏈磁通，生成表示對(duì)上述電動(dòng)機(jī)的施加電壓應(yīng)追蹤的電壓的矢量的電壓指令矢量；電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)，其校正所生成的上述電壓指令矢量；和磁通推定機(jī)構(gòu)，其根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流和校正后的電壓指令矢量來推定上述交鏈磁通，根據(jù)上述校正后的電壓指令矢量，通過上述逆變器控制上述電動(dòng)機(jī)。
實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制等時(shí)，需要推定交鏈磁通。一方面，根據(jù)驅(qū)動(dòng)在三相式電動(dòng)機(jī)的逆變器和直流電壓之間流動(dòng)的電流來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流時(shí)，需要對(duì)電壓指令進(jìn)行校正。擔(dān)憂根據(jù)該校正對(duì)交鏈磁通產(chǎn)生推測(cè)誤差，但如果根據(jù)校正后的電壓指令推定交鏈磁通，則可以抑制由校正引起的交鏈磁通的推測(cè)誤差。
另外，如果在電壓指令矢量階段進(jìn)行校正處理，可以容易得到用于交鏈磁通的推定的校正后的電壓指令矢量，能夠省略逆變換三相電壓的工序，并且在圖25的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也不需要以前需要的用于檢測(cè)三相電壓的電壓檢測(cè)器。
具體地說，例如，由上述電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)生成的上述電壓指令矢量，為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的電壓指令矢量，上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)，在將其旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的電壓指令矢量變換為三相固定坐標(biāo)上的三相電壓指令值的過程中，校正上述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的電壓指令矢量，該電動(dòng)機(jī)控制裝置，通過向上述逆變器提供與校正后的電壓指令矢量相對(duì)應(yīng)的上述三相電壓指令值，來控制上述電動(dòng)機(jī)。
更具體的說，例如，由上述電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)生成的上述電壓指令矢量，為根據(jù)以規(guī)定的固定軸作為基準(zhǔn)的上述電壓指令矢量的相位，每電氣角60度逐步地旋轉(zhuǎn)的ab坐標(biāo)上的二相的電壓指令矢量。
由此，通過校正電壓指令矢量的坐標(biāo)軸成分這樣的簡(jiǎn)單的處理，可以實(shí)現(xiàn)期望的校正。
即，例如上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)，根據(jù)形成上述ab坐標(biāo)上的二相電壓指令矢量的坐標(biāo)軸成分的大小，判斷是否進(jìn)行校正，需要校正時(shí)，通過校正上述坐標(biāo)軸成分，校正上述ab坐標(biāo)上的二相電壓指令矢量。
另外，具體的說，例如，該電動(dòng)機(jī)控制裝置，還具備將由上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)校正后的ab坐標(biāo)上的二相的電壓指令矢量，變換為以固定的α軸和β軸為坐標(biāo)軸的αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量的坐標(biāo)變換機(jī)構(gòu)，上述磁通推定機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流和上述αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量來推定上述交鏈磁通。
或者具體的說，例如，該電動(dòng)機(jī)控制裝置，還具備將由上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)校正后的ab坐標(biāo)上的二相電壓指令矢量變換為以固定的α和β軸為坐標(biāo)軸的αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量的坐標(biāo)變換機(jī)構(gòu)，上述磁通推定機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流的上述αβ坐標(biāo)上的坐標(biāo)軸成分，和上述αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量，推定上述交鏈磁通的上述αβ坐標(biāo)上的坐標(biāo)軸成分。
另外例如，該電動(dòng)機(jī)控制裝置，還具備根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流和推定的上述交鏈磁通，推定上述電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩推定機(jī)構(gòu)，根據(jù)推定的上述轉(zhuǎn)矩，執(zhí)行對(duì)上述電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。
例如，該電動(dòng)機(jī)控制裝置，還具備根據(jù)推定的上述交鏈磁通推定上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置推定機(jī)構(gòu)，來代替上述的機(jī)構(gòu)，根據(jù)推定的上述轉(zhuǎn)子位置，執(zhí)行對(duì)上述電動(dòng)機(jī)的矢量控制。
本發(fā)明相關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，具備三相式電動(dòng)機(jī)；驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的逆變器；和通過控制上述逆變器來控制上述電動(dòng)機(jī)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置。
通過本發(fā)明，可以抑制組合經(jīng)由交鏈磁通的推定的電動(dòng)機(jī)控制和1分路電流檢測(cè)方式的情況下產(chǎn)生的交鏈磁通的推測(cè)誤差。
本發(fā)明的意義或效果，通過以下所示的實(shí)施方式的說明會(huì)變得更明確。但是，以下的實(shí)施方式，終究只是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明或各構(gòu)成要件的用語(yǔ)的意義，并不局限于以下實(shí)施方式所述的內(nèi)容。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體構(gòu)成框圖。
圖2是表示對(duì)圖1電動(dòng)機(jī)施加的三相交流電壓的典型例子的圖。
圖3是將對(duì)于圖1的電動(dòng)機(jī)的通電模式，各通電模式和母線電流之間的關(guān)系作為表來表示的圖。
圖4是表示圖1電動(dòng)機(jī)中的各相電壓的電壓水平和載波信號(hào)之間的關(guān)系，以及，對(duì)應(yīng)此關(guān)系的PWM信號(hào)和母線電流的波形的圖。
圖5(a)～(d)是圖4的各時(shí)刻的圖1電樞線圈周圍的等效電路圖。
圖6是表示將圖1電動(dòng)機(jī)中的各相電壓的高低關(guān)系的組合(模式)和各組合中檢測(cè)的電流的相作為表來表示的圖。
圖7是表示U相軸，V相軸和W相軸，與α軸和β軸之間的關(guān)系的圖。
圖8是表示本發(fā)明第1實(shí)施例涉及的U相軸、V相軸和W相軸與α軸和β軸，以及電壓矢量的關(guān)系的空間矢量圖。
圖9是用于說明由本發(fā)明實(shí)施方式定義的α軸的圖。
圖10是表示本發(fā)明實(shí)施方式中的電壓矢量的校正處理順序的框圖。
圖11(a)是表示圖10的校正處理前的ab坐標(biāo)上的電壓矢量的軌跡圖。
圖11(b)是表示圖10的校正處理后的ab坐標(biāo)上的電壓矢量的軌跡圖。
圖12(a)是表示圖10的校正處理前的αβ坐標(biāo)上的電壓矢量的軌跡圖。
圖12(b)是表示圖10的校正處理后的αβ坐標(biāo)上的電壓矢量的軌跡圖。
圖13是表示經(jīng)由圖10的校正處理得到的U相電壓，V相電壓和W相電壓的電壓波形圖。
圖14是本發(fā)明第1實(shí)施例相關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。
圖15是圖14的磁通指令計(jì)算部的內(nèi)部框圖。
圖16是圖14的電壓指令計(jì)算部的內(nèi)部框圖。
圖17是表示與圖14的電壓指令計(jì)算部的運(yùn)算相關(guān)的交鏈磁通和電壓的關(guān)系的矢量圖。
圖18是本發(fā)明第2實(shí)施例相關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。
圖19是U相軸，V相軸和W相軸，與d軸之間的關(guān)系的圖。
圖20是圖18的位置/速度推定器的內(nèi)部的框圖。
圖21是圖18的電壓指令計(jì)算部的內(nèi)部的框圖。
圖22是表示考慮與圖9的α軸之間的關(guān)系，分解轉(zhuǎn)子的相位(θ)的情況的圖。
圖23是采用1分路電流檢測(cè)方式的以往電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體構(gòu)成框圖。
圖24是表示以往技術(shù)涉及的采用1分路電流檢測(cè)方式時(shí)的電壓指令值(脈沖寬度)的校正例的圖。
圖25是實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制的以往的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體構(gòu)成框圖。
具體實(shí)施例方式 以下，參照附圖，對(duì)符合本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體地說明。在參照的各圖中，相同的部分賦予相同的符號(hào)，原則上省略與相同部分相關(guān)的重復(fù)說明。稍后，說明第1和第2實(shí)施例，但首先對(duì)這些各實(shí)施例中通用的事項(xiàng)和各實(shí)施例中參照的事項(xiàng)進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的框圖構(gòu)成圖。圖1的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備三相永磁同步電動(dòng)機(jī)1(以下，簡(jiǎn)單地記為“電動(dòng)機(jī)1”)；PWM(Pulse Width Modulation)逆變器2(以下，簡(jiǎn)單地稱為“逆變器2”)；控制部3；直流電源4；和，電流傳感器5。直流電源4，將負(fù)輸出端子4b作為低電壓側(cè)，在正輸出端子4a和負(fù)輸出端子4b之間輸出直流電壓。圖1的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用1分路電流檢測(cè)方式。
電動(dòng)機(jī)1，具有設(shè)置了永磁體的轉(zhuǎn)子6，和設(shè)置了U相、V相和W相的電樞線圈7u、7v和7w的定子7。電樞線圈7u、7v和7w與中性點(diǎn)14在中心被Y型結(jié)線。在電樞線圈7u、7v和7w中，中性點(diǎn)14的相反側(cè)的非結(jié)線端分別與端子12u、12v和12w連接。
逆變器2具備U相用半橋電路、V相用半橋電路和W相用半橋電路。各半橋電路具有一對(duì)開關(guān)元件。在各半橋電路中，一對(duì)開關(guān)元件被串聯(lián)連接在直流電源4的正輸出端子4a和負(fù)輸出端子4b之間，向各半橋電路施加來自直流電源4的直流電壓。
U相用半橋電路由高電壓側(cè)的開關(guān)元件8u(以下，也稱為上臂8u)和低電壓側(cè)的開關(guān)元件9u(以下，也稱為下臂9u)構(gòu)成。V相用半橋電路，由高電壓側(cè)的開關(guān)元件8v(以下，也稱為上臂8v)和低電壓側(cè)的開關(guān)元件9v(以下，也稱為下臂9v)構(gòu)成。W相用半橋電路由高電壓側(cè)的開關(guān)元件8w(以下，也稱為上臂8w)和低電壓側(cè)的開關(guān)元件9w(以下，也稱為下臂9w)構(gòu)成。另外，開關(guān)元件8u、8v、8w、9u、9v和9w將從直流電源4的低電壓側(cè)向高電壓側(cè)的方向作為正向而分別并聯(lián)地連接二極管10u、10v、10w、11u、11v和11w。各二極管起到作為續(xù)流二極管(フリ一ホイ一ルダイオ一ド)功能。
串聯(lián)連接的上臂8u和下臂9u的連接點(diǎn)、串聯(lián)連接的上臂8v和下臂9v的連接點(diǎn)、串聯(lián)連接的上臂8w和下臂9w的連接點(diǎn)，分別連接在端子12u，12v和12w上。并且，在圖1中，作為各開關(guān)元件表示了場(chǎng)效應(yīng)晶體管，但也可以將它們置換為IGBT(絕緣柵雙極晶體管)等。
逆變器2，根據(jù)由控制部3提供的三相電壓指令值生成對(duì)各相的PWM信號(hào)(脈沖寬度調(diào)制信號(hào))，通過將該P(yáng)WM信號(hào)提供給逆變器2內(nèi)的各開關(guān)元件的控制端子(基極或者柵極)，從而使各開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。由控制部3向逆變器2提供的三相電壓指令值，由U相電壓指令值vu*，V相電壓指令值vv*和W相電壓指令值vw*構(gòu)成，由vu*、vv*和vw*分別表示U相電壓vu、V相電壓vv和W相電壓vw的電壓電平(電壓值)。U相電壓vu、V相電壓vv和W相電壓vw表示從圖1的中性點(diǎn)14看的端子12u、12v和12w的電壓。逆變器2根據(jù)vu*、vv*和vw*控制各開關(guān)元件的開(導(dǎo)通)或者關(guān)(非導(dǎo)通)。
如果忽略用于防止同時(shí)導(dǎo)通同一相的上臂和下臂的空載時(shí)間，則在各半橋電路中，上臂為導(dǎo)通時(shí)，下臂為非導(dǎo)通，上臂為非導(dǎo)通時(shí)，下臂為導(dǎo)通。以下的說明，忽略上述空載時(shí)間而進(jìn)行的。
向逆變器2施加的來自直流電源4的直流電壓，根據(jù)逆變器2內(nèi)各開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，例如，變換為被PWM調(diào)制(脈沖寬度調(diào)制)的三相交流電壓。通過對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加該三相交流電壓，使與三相交流電壓相應(yīng)的電流流過各電樞線圈(7u，7v和7w)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1。
電流傳感器5，檢測(cè)流過逆變器2的母線13的電流(以下，稱為“母線電流”)。由于母線電流具有直流成分，因此也可以將其解釋為直流電流。在逆變器2中，下臂9u，9v和9w的低電壓側(cè)被共通連接并與直流電源4的負(fù)輸出端子4b連接。下臂9u，9v和9w的低電壓側(cè)共同連接的配線是母線13，電流傳感器5被串聯(lián)在母線13上。電流傳感器5，將表示檢測(cè)的母線電流(檢測(cè)電流)的電流值的信號(hào)傳遞到控制部3?？刂撇?一邊參照電流傳感器5的輸出信號(hào)等，一邊生成和輸出上述三相電壓指令值。并且，電流傳感器5是例如分路電阻或者電流互感器(current transformer)等。另外，也可以不將電流傳感器5設(shè)置在連接下臂9u、9v和9w的低電壓側(cè)和負(fù)輸出端子4b的配線(母線13)上，而設(shè)置在連接上臂8u、8v和8w的高電壓側(cè)和正輸出端子4a的配線上。
這里，使用圖2，圖3，圖4，圖5(a)～(d)和圖6對(duì)母線電流和各相電樞線圈中流動(dòng)的相電流之間的關(guān)系等進(jìn)行說明。將流經(jīng)電樞線圈7u，7v和7w的電流，分別稱為U相電流，V相電流和W相電流，將這些中的每個(gè)(或者統(tǒng)稱這些)為相電流(參照?qǐng)D1)。另外，在相電流中，設(shè)從端子12u，12v或12w向中性點(diǎn)14流入的方向的電流的極性為正，從中性點(diǎn)14流出的方向的電流的極性為負(fù)。
圖2表示對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的三相交流電壓的典型例子。在圖2中，100u，100v和100w分別表示應(yīng)該對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的U相電壓、V相電壓和W相電壓的波形。將每個(gè)U相電壓、V相電壓和W相電壓(或者統(tǒng)稱這些)為相電壓。電動(dòng)機(jī)1中流過正弦波狀電流時(shí)，逆變器2的輸出電壓變?yōu)檎也?。并且，圖2的各相電壓變?yōu)槔硐氲恼也ǎ窃诒緦?shí)施方式中，實(shí)際上該正弦波被加上了變形(詳情在后面進(jìn)行描述)。
如圖2所示，U相電壓、V相電壓以及W相電壓之間的電壓電平的高低關(guān)系，隨時(shí)間的推移而變化。該高低關(guān)系由三相電壓指令值決定，逆變器2根據(jù)三相電壓指令值確定對(duì)各相的通電模式。圖3將該通電模式作為表格來表示。從圖3的左側(cè)第1列～第3列表示通電模式。第4列在后面進(jìn)行描述。
通電模式有 U、V和W相的下臂全部導(dǎo)通的通電模式“LLL”； W相上臂導(dǎo)通，且U和V相的下臂導(dǎo)通的通電模式“LLH”； V相的上臂導(dǎo)通，且U和W相的下臂導(dǎo)通的通電模式“LHL”； V和W相上臂導(dǎo)通，且U相的下臂導(dǎo)通的通電模式“LHH”； U相的上臂導(dǎo)通，且V和W相的下臂導(dǎo)通的通電模式“HLL”； U和W相的上臂導(dǎo)通，且V相的下臂導(dǎo)通的通電模式“HLH” U相和V相的上臂導(dǎo)通，且W相的下臂導(dǎo)通的通電模式“HHL” U、V和W相的上臂全部導(dǎo)通的通電模式“HHH ”(省略上臂和下臂的符號(hào)(8u等)進(jìn)行記錄)。
圖4表示進(jìn)行3相調(diào)制時(shí)的各相電壓的電壓電平與載波信號(hào)之間的關(guān)系，以及，與此關(guān)系相對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)和母線電流的波形。各相電壓的電壓電平高低關(guān)系有各種變化，但是為了說明的具體化，圖4著眼于圖2所示的某時(shí)刻101。即，圖4表示U相電壓的電壓電平最大且W相電壓的電壓電平最小的情況。將電壓電平最大的相稱為“最大相”，將電壓電平最小的相稱為“最小相”，將電壓電平不是最大也不是最小的相稱為“中間相”。在圖4所示的狀態(tài)中，最大相、中間相和最小相分別為U相、V相和W相。在圖4中，符號(hào)CS表示與各相電壓的電壓電平相比較的載波信號(hào)。載波信號(hào)為周期性的三角波信號(hào)，其信號(hào)的周期稱為載波周期。并且，由于載波周期遠(yuǎn)短于圖2所示的三相交流電壓的周期，因此如果在圖2上表示圖4所示的載波信號(hào)的三角波，此三角波看起來成為1根線。
再參照?qǐng)D5(a)～(d)對(duì)相電流和母線電流之間的關(guān)系進(jìn)行說明。圖5(a)～(d)是圖4各時(shí)刻的電樞線圈周邊的等效電路。
將各載波周期的開始時(shí)刻，即載波信號(hào)處于最低水平的時(shí)刻稱為T0。在時(shí)刻T0中，各相的上臂(8u，8v和8w)被導(dǎo)通。此時(shí)，如圖5(a)所示，由于變?yōu)樾纬啥搪冯娐非伊飨蛑绷麟娫?的電流不能出入的狀態(tài)，因此母線電流變?yōu)榱恪?br>
逆變器2，參照vu*、vv*和vw*，比較各相電壓的電壓電平和載波信號(hào)。并且，在載波信號(hào)的電平(電壓電平)上升過程中，如果最小相的電壓電平達(dá)到與載波信號(hào)交叉的時(shí)刻T1，則最小相的下臂被導(dǎo)通，如圖5(b)所示，最小相的電流作為母線電流流動(dòng)。圖4所示的例情況，由于在從時(shí)刻T1開始到到達(dá)后面所述的時(shí)刻T2之間，W相的下臂9w變?yōu)閷?dǎo)通，因此w相電流(極性為負(fù))作為母線電流流動(dòng)。
并且，如果載波信號(hào)的電平上升，中間相的電壓電平到達(dá)與載波信號(hào)交叉的時(shí)刻T2，則最大相的上臂導(dǎo)通且中間相和最小相的下臂導(dǎo)通，如圖5(c)所示，最大相的電流作為母線電流流動(dòng)。圖4所示例子的情況下，由于在從時(shí)刻T2開始到到達(dá)后面所述的時(shí)刻T3為止的期間，U相的上臂8u導(dǎo)通且V相和W相的下臂9v和9w導(dǎo)通，因此U相電流(極性為正)作為母線電流流動(dòng)。
并且，如果載波信號(hào)的電平上升，達(dá)到最大相的電壓電平與載波信號(hào)交叉的時(shí)刻T3，則所有相的下臂導(dǎo)通，如圖5(d)所示，形成短路電路并變?yōu)榱飨蛑绷麟娫?的電流不能出入的狀態(tài)，因此母線電流變?yōu)榱恪?br>
在時(shí)刻T3和后面所述的時(shí)刻T4的中間時(shí)刻，載波信號(hào)達(dá)到最大水平后，載波信號(hào)的電平開始下降。在載波信號(hào)的電平下降過程中，如圖5(d)，(c)，(b)和(a)所示的狀態(tài)，按該順序到來。即，在載波信號(hào)的電平下降過程中，如果將最大相的電壓電平與載波信號(hào)交叉的時(shí)刻(timing)作為T4，中間相的電壓電平與載波信號(hào)交叉的時(shí)刻作為T5，最小相的電壓電平與載波信號(hào)交叉的時(shí)刻作為T6，下一個(gè)載波周期的開始時(shí)刻作為T7，則時(shí)刻T4-T5間、時(shí)刻T5-T6間、時(shí)刻T6-T7間分別變?yōu)榕c時(shí)刻T2-T3間、時(shí)刻T1-T2間和時(shí)刻T0-T1間相同的通電模式。
因此，例如如果在時(shí)刻T1-T2間或者T5-T6間檢測(cè)母線電流，則能夠根據(jù)母線電流檢測(cè)最小相的電流，如果在時(shí)刻T2-T3間或者T4-T5間檢測(cè)母線電流，則能夠根據(jù)母線電流檢測(cè)最大相的電流。并且，中間相的電流，能夠利用三相電流的總和為0而通過計(jì)算得到。圖3的表中第4列表示，以帶有電流極性方式表示各通電模式中作為母線電流流動(dòng)的電流的相。例如，在與圖3表中的第8行對(duì)應(yīng)的通電模式“HHL”中，W相電流(極性為負(fù))作為母線電流流動(dòng)。
并且，從載波周期去除時(shí)刻T1和T6之間期間后的期間，表示對(duì)于最小相的PWM信號(hào)的脈沖寬度，從載波周期去除時(shí)刻T2和T5之間期間后的期間表示對(duì)于中間相的PWM信號(hào)的脈沖寬度，從載波周期去除時(shí)刻T3和T4之間期間后的期間表示對(duì)于最大相的PWM信號(hào)的脈沖寬度。
以U相為最大相且W相為最小相的情況為例，但最大相、中間相和最小相的組合有6組。圖6以表格表示該組合。U相電壓、V相電壓和W相電壓分別由vu、vv和vw表示時(shí)，將 vu＞vv＞vw成立的狀態(tài)稱為第1模式， vv＞vu＞vw成立的狀態(tài)稱為第2模式， vv＞vw＞vu成立的狀態(tài)稱為第3模式， vw＞vv＞vu成立的狀態(tài)稱為第4模式， vw＞vu＞vv成立的狀態(tài)稱為第5模式， vu＞vw＞vv成立的狀態(tài)稱為第6模式。
圖4和圖5(a)～(d)所示的例子，對(duì)應(yīng)第1模式。另外，在圖6中，也表示了各模式中檢測(cè)出的電流的相。
U相電壓指令值vu*、V相電壓指令值vv*和W相電壓指令值vw*，具體的說，分別被作為計(jì)數(shù)器的設(shè)定值Cnt U、Cnt V和Cnt W表示。相電壓越高，就提供越大的設(shè)定值。例如，在第1模式中，Cnt U＞Cnt V＞CntW成立。
設(shè)置在控制部3中的計(jì)數(shù)器(圖中沒有表示)，在每個(gè)載波周期中，以時(shí)刻T0為基準(zhǔn)，計(jì)數(shù)值從0開始累加計(jì)數(shù)。并且，在此計(jì)數(shù)值達(dá)到CntW的時(shí)刻，從W相的上臂8w導(dǎo)通的狀態(tài)切換為下臂9w導(dǎo)通的狀態(tài)，在此計(jì)數(shù)值達(dá)到Cnt V的時(shí)刻，從V相的上臂8v導(dǎo)通的狀態(tài)切換為下臂9V導(dǎo)通的狀態(tài)，在此計(jì)數(shù)值達(dá)到Cnt U的時(shí)刻，從U相的上臂8u導(dǎo)通的狀態(tài)切換為下臂9u導(dǎo)通的狀態(tài)。載波信號(hào)達(dá)到最大電平后，計(jì)數(shù)值被遞減計(jì)數(shù)，進(jìn)行逆向的切換動(dòng)作。
因此，在第1模式中，上述計(jì)數(shù)值達(dá)到Cnt W的時(shí)刻對(duì)應(yīng)時(shí)刻T1，達(dá)到Cnt V的時(shí)刻對(duì)應(yīng)于時(shí)刻T2，達(dá)到Cnt U的時(shí)刻對(duì)應(yīng)時(shí)刻T3。因此，在第1模式中，在計(jì)數(shù)器值累加計(jì)數(shù)的狀態(tài)下，在計(jì)數(shù)器值比Cnt W大并且比Cnt V小的時(shí)刻，通過采樣電流傳感器5的輸出信號(hào)而能夠檢測(cè)流動(dòng)的W相電流(極性為負(fù))作為母線電流，在計(jì)數(shù)值比Cnt V大并且比CntU小的時(shí)刻，通過采樣電流傳感器5的輸出信號(hào)，能夠檢測(cè)流動(dòng)的U相電流(極性為正)作為母線電流。
基于相同的考慮，如圖6所示，在第2模式中，上述計(jì)數(shù)值達(dá)到Cnt W的時(shí)刻對(duì)應(yīng)時(shí)刻T1，達(dá)到Cnt U的時(shí)刻對(duì)應(yīng)時(shí)刻T2，達(dá)到Cnt V的時(shí)刻對(duì)應(yīng)時(shí)刻T3。因此，在第2模式中，在計(jì)數(shù)器值被累加計(jì)數(shù)的狀態(tài)下，根據(jù)計(jì)數(shù)值比Cnt W大并且比Cnt U小的時(shí)刻的母線電流能夠檢測(cè)W相電流(極性為負(fù))，根據(jù)計(jì)數(shù)值比Cnt U大并且比Cnt V小的時(shí)刻的母線電流能夠檢測(cè)V相電流(極性為正)。對(duì)于第3～第6模式也一樣。
另外，由ST1表示檢測(cè)時(shí)刻T1-T2間的最小相的相電流的取樣時(shí)刻(例如時(shí)刻T1和T2的中間時(shí)刻)，由ST2表示檢測(cè)時(shí)刻T2-T3間的最大相的相電流的取樣時(shí)刻(例如，為時(shí)刻T2和T3的中間時(shí)刻)。
并且，根據(jù)作為三相電壓指令值(vu*，vv*和vw*)的計(jì)數(shù)器的設(shè)定值Cnt U、Cnuv和Cnt W，特別指定對(duì)于各相的PWM信號(hào)的脈沖寬度(和占空比)。
根據(jù)上述原理能夠由母線電流檢測(cè)各相電流，但參照?qǐng)D4可以理解，例如如果最大相和中間相的電壓電平接近，則時(shí)刻T2-T3間和T4和T5間的時(shí)間長(zhǎng)度變短。通過將來自圖1的電流傳感器5的模擬輸出信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)檢測(cè)母線電流，但該時(shí)間長(zhǎng)度極短時(shí)，不能確保必需的A/D變換時(shí)間和振鈴(ringing)(由開關(guān)引起而產(chǎn)生的電流脈動(dòng))的收斂時(shí)間，就不能檢測(cè)最大相的相電流。同樣，如果最小相和中間相的電壓電平接近，則不能檢測(cè)最小相的相電流。如果不能實(shí)際測(cè)量2相份的電流，就不能再現(xiàn)3相份的相電流，不能良好地控制電動(dòng)機(jī)1。
在本實(shí)施方式中，在認(rèn)為不能實(shí)際測(cè)量這樣的2相份的電流的期間中，校正表示對(duì)電動(dòng)機(jī)1的施加電壓的電壓矢量(電壓指令矢量)，將各相電壓間的電壓電平差保持為規(guī)定值以上，由此消除上述的不良情況。
在進(jìn)行該校正方法的詳細(xì)說明之前，對(duì)定義的軸和狀態(tài)量(狀態(tài)變量)等進(jìn)行說明。圖7表示與U相、V相和W相的電樞線圈固定軸即U相軸、V相軸和W相軸相互垂直的α軸和β軸之間的關(guān)系。V相軸的相位是以U相軸為基準(zhǔn)，電氣角前進(jìn)120度，W相軸的相位是以V相軸為基準(zhǔn)，電氣角再前進(jìn)120度。在包含圖7的坐標(biāo)關(guān)系圖以及后面所述的圖8和圖9的空間矢量圖中，逆時(shí)針方向?qū)?yīng)相位的前進(jìn)方向。α軸與U相軸一致，β軸以α軸為基準(zhǔn)前進(jìn)電氣角90度。U相軸、V相軸和W相軸以及α軸和β軸，與轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)無關(guān)，是被固定的固定軸。另外，選α軸和β軸作為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)稱為αβ坐標(biāo)。
另外，由Vα表示由逆變器2對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的整體的電動(dòng)機(jī)電壓，由Ia表示由逆變器2向電動(dòng)機(jī)1提供的整體的電動(dòng)機(jī)電流。并且，分別由α軸電壓vα和β軸電壓vβ表示電動(dòng)機(jī)電壓Va的α軸成分和β軸成分，分別由α軸電流iα和β軸電流iβ表示電動(dòng)機(jī)電流Ia的α軸成分和β軸成分，分別由U相電壓vu，V相電壓vv和W相電壓vw表示電動(dòng)機(jī)電壓Va的U相軸成分，V相軸成分和W相軸成分，分別由U相電流iu，V相電流iv和W相電流iw表示電動(dòng)機(jī)電流Ia的U相軸成分、V相軸成分和W相軸成分。
(校正方法的說明) 對(duì)電壓矢量的校正方法進(jìn)行說明。圖8表示U相軸，V相軸和W相軸以及α軸和β軸，與電壓矢量之間的關(guān)系的空間矢量圖。帶符號(hào)110的矢量為電壓矢量。由θβ表示從β軸逆時(shí)針方向看的電壓矢量110的相位，由θα表示從α軸逆時(shí)針方向看的電壓矢量110的相位。對(duì)于圖8所示的角度量(nπ/3)在后面進(jìn)行描述。
電壓矢量110是將對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的電壓(電動(dòng)機(jī)電壓Va)作為二維矢量表現(xiàn)的，例如著眼于αβ坐標(biāo)時(shí)，電壓矢量110的α軸成分和β軸成分分別為vα和vβ。實(shí)際上，表示電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)中，計(jì)算表示α軸電壓和β軸電壓的目標(biāo)值的α軸電壓指令值和β軸電壓指令值，由這些表示電壓矢量110。因此，電壓矢量也能由電壓指令矢量替代。
U相軸附近、V相軸附近和W相軸附近的畫上陰影的星號(hào)狀的區(qū)域111，表示不能檢測(cè)2相份的電流的區(qū)域。例如，在V相電壓和W相電壓接近而不能檢測(cè)2相份的電流時(shí)，電壓矢量110位于U相軸附近，在U相電壓和W相電壓接近而不能檢測(cè)2相份的電流時(shí)，電壓矢量110位于V相軸附近。
這樣，不可能檢測(cè)2相份的電流的區(qū)域111，以U相軸為基準(zhǔn)每隔電氣角60度存在，電壓矢量110如果位于此區(qū)域111，就不能檢測(cè)2相份的電流。因此，電壓矢量位于區(qū)域111內(nèi)時(shí)，也可以校正電壓矢量，以使電壓矢量變?yōu)閰^(qū)域111外的矢量。
為了執(zhí)行該校正，現(xiàn)在，著眼于不可能檢測(cè)2相份的電流的區(qū)域111的特性，考慮每隔電氣角60度逐步地旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)。將該坐標(biāo)稱為a b坐標(biāo)(并且，由后面所述的第2實(shí)施例描述的dq坐標(biāo)是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo))。ab坐標(biāo)是將相互垂直的a軸和b軸作為坐標(biāo)軸。圖9表示a軸能夠取到的6個(gè)軸。a軸，根據(jù)以規(guī)定的固定軸為基準(zhǔn)的電壓矢量110的相位成為a1軸～a6軸中的任意一個(gè)?，F(xiàn)在，將該規(guī)定的固定軸作為U相軸(＝α軸)。于是，a軸，根據(jù)相位θα，變?yōu)閍1～a6軸中的任意一個(gè)。a1軸、a3軸和a5軸，分別與U相軸、V相軸和W相軸一致，a2軸、a4軸和a6軸，分別作為a1和a3軸的中間軸，a3軸和a5軸的中間軸以及a5軸和a1軸的中間軸。并且，帶有符號(hào)131的圓在后面進(jìn)行描述。
電壓矢量110位于帶有符號(hào)121的范圍時(shí)，即， 在11π/6≤θα＜0，或者，0≤θα＜π/6成立時(shí)，a軸變?yōu)閍1軸 電壓矢量110位于帶有符號(hào)122的范圍時(shí)，即， π/6≤θα＜π/2成立時(shí)，a軸變?yōu)閍2軸 電壓矢量110位于帶有符號(hào)123的范圍時(shí)，即， π/2≤θα＜5π/6成立時(shí)，a軸變?yōu)閍3軸 電壓矢量110位于帶有符號(hào)124的范圍時(shí)，即， 5π/6≤θα＜7π/6成立時(shí)，a軸變?yōu)閍4軸 電壓矢量110位于帶有符號(hào)125的范圍時(shí)，即， 7π/6≤θα＜3π/2成立是，a軸變?yōu)閍5軸 電壓矢量110位于帶有符號(hào)126的范圍時(shí)，即， 3π/2≤θα＜11π/6成立時(shí)，a軸變?yōu)閍6軸。
例如，電壓矢量110位于圖9所示的位置時(shí)，a軸變?yōu)閍4軸。
這樣，a軸，伴隨電壓矢量的旋轉(zhuǎn)，每隔60度逐步地旋轉(zhuǎn)，b軸也與a軸正交，與a軸同時(shí)每隔60度逐步地旋轉(zhuǎn)。a軸和b軸都表現(xiàn)為每隔60度被量子化，每隔60度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)軸。因此，a軸變?yōu)榭偸俏挥诓荒軝z測(cè)2相份的電流的區(qū)域的中心。在本校正方法中，將αβ坐標(biāo)上的電壓矢量變換到ab坐標(biāo)上，參照變換到此ab坐標(biāo)上的電壓矢量的a軸成分和b軸成分，根據(jù)需要校正它們(例如，通過校正增大b軸成分)。
對(duì)該校正處理的更具體的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行說明。在a1軸～a6軸中，電壓矢量110最近的軸的相位，以U相軸為基準(zhǔn)，由(nπ/3)表示(參照?qǐng)D8)。在此，n是(θβ+2π/3)除以π/3時(shí)得到的商，或者，是(θα+π/6)除以π/3時(shí)得到的商。商是指，忽略余數(shù)而表示被除數(shù)除以除數(shù)得到的值的整數(shù)。θβ和θα能夠根據(jù)下式(1-1a)和式(1-1b)算出。
θβ＝tan-1(-vα/vβ)…(1-1a) θα＝tan-1(vβ/vα) …(1-1b) ab坐標(biāo)，相當(dāng)于將αβ坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度(nπ/3)后的坐標(biāo)。因此，捕捉電壓矢量110作為ab坐標(biāo)上的電壓矢量，如果將電壓矢量110的a軸成分和b軸成分作為a軸電壓va和b軸電壓vb，則α軸電壓vα，β軸電壓vβ，a軸電壓va和b軸電壓vb，滿足下式(1-2)的坐標(biāo)變換式。
并且，參照根據(jù)式(1-2)計(jì)算的a軸電壓va和b軸電壓vb，進(jìn)行校正處理。圖10是表示該校正處理的順序的流程圖。在步驟S1中，進(jìn)行根據(jù)式(1-2)的坐標(biāo)變換。接著，在步驟S2中，進(jìn)行對(duì)va和vb的校正處理。
在步驟S2中，首先，判斷b軸電壓vb的大小(絕對(duì)值)是否比規(guī)定的閾值Δ(其中，Δ＞0)小。即，判斷是否滿足下式(1-3)。并且，b軸電壓vb的大小比閾值Δ小時(shí)且b軸電壓vb為正時(shí)，校正以使vb變?yōu)棣?。b軸電壓vb的大小比閾值Δ小時(shí)且b軸電壓vb為負(fù)時(shí)，校正以使vb變?yōu)?-Δ)。b軸電壓vb的大小大于閾值Δ以上時(shí)，不對(duì)vb實(shí)施校正。
另外，在步驟S2中，判斷a軸電壓va是否也滿足下式(1-4)。并且，滿足式(1-4)時(shí)，校正va以使va與式(1-4)的右邊相等。va不滿足下式(1-4)時(shí)，不對(duì)va實(shí)施校正。并且，由式(1-4)判斷電壓矢量110是否包含在圖9的圓131的內(nèi)部。電壓矢量110包含在圓131內(nèi)部的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)三相的相電壓相互接近的狀態(tài)，在該狀態(tài)中，與b軸電壓vb的大小無關(guān)，不能檢測(cè)2相份的電流。
|vb|＜Δ…(1-3) 圖11(a)和(b)表示步驟S2中校正處理前后的ab坐標(biāo)上的電壓矢量(110)的軌跡。圖11(a)表示a b坐標(biāo)上的校正前的電壓矢量軌跡，圖11(b)表示a b坐標(biāo)上的校正后的電壓矢量軌跡。并且，分別由vac和vbc表示由步驟S2的校正處理得到的校正后的電壓矢量110的a軸成分和b軸成分(實(shí)際上沒有進(jìn)行校正時(shí)，vac＝va且vbc＝vb)。圖11(a)和(b)例示了b軸電壓被校正的情況。圖11(a)和(b)各自記錄多個(gè)表示各時(shí)刻的電壓的點(diǎn)。對(duì)應(yīng)圖11(a)的校正前的電壓矢量，位于不能檢測(cè)2相份的電流的a軸附近的位置，對(duì)應(yīng)圖11(b)的校正后的電壓矢量，通過對(duì)vb的校正而不位于a軸附近。
在步驟S2的校正處理后，轉(zhuǎn)移到步驟S3，將ab坐標(biāo)上的校正后的電壓矢量110變換為αβ坐標(biāo)上的電壓矢量110。分別由vαc和vβc表示由步驟S2的校正處理的校正后的電壓矢量110的α軸成分和β軸成分時(shí)，步驟S3中的坐標(biāo)變換，根據(jù)式(1-5)進(jìn)行。
圖12(a)和(b)表示上述校正處理前后的αβ坐標(biāo)上的電壓矢量(110)的軌跡。圖12(a)表示αβ坐標(biāo)上的校正前的電壓矢量軌跡，圖12(b)表示αβ坐標(biāo)上的校正后的電壓矢量軌跡。通過該校正處理，以使作為固定坐標(biāo)的αβ坐標(biāo)上，每隔電氣角60度存在電壓矢量不能位于的區(qū)域。校正后的電壓矢量(電壓指令矢量)，最終被變換為U相，V相和W相的各電壓成分。圖13是橫軸取時(shí)間來表示經(jīng)過上述校正處理得到的vu、vv和vw的電壓波形的圖。在圖13中，排列在變形的正弦波上的點(diǎn)群142u表示vu的軌跡，排列在變形的正弦波上的點(diǎn)群142v表示vv的軌跡，排列在變形的正弦波上的點(diǎn)群142w表示vw的軌跡。由圖13可知，通過上述的校正處理，能夠確保各相電壓間的電壓差為規(guī)定值以上。
以下，例示了第1和第2實(shí)施例，作為應(yīng)用上述校正處理(校正方法)的實(shí)施例。并且，某個(gè)實(shí)施例(例如第1實(shí)施例)所記載的事項(xiàng)，只要不矛盾，就可以應(yīng)用于其他實(shí)施例。
(第1實(shí)施例) 首先，對(duì)第1實(shí)施例進(jìn)行說明。圖14是第1實(shí)施例相關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。在圖14所示的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，實(shí)施所謂的直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct torque Control)。使用埋入磁鐵型電動(dòng)機(jī)等時(shí)，磁鐵磁通或電感分布中存在高次諧波的情況較多。即例如，交鏈U相電樞線圈的永磁體的磁通，相對(duì)于轉(zhuǎn)子的相位變化，理想地描繪正弦波的波形，但實(shí)際上，該波形中包含高次諧波，由此引起由永磁體的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也變形。同樣，電樞線圈的d軸電感或q軸電感都含有高次諧波。已知這樣的高次諧波成為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的原因。
通過矢量控制，控制d軸電流和q軸電流成為固定時(shí)，如果磁鐵磁通或電感分布中不包含高次諧波，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變?yōu)楣潭?，但?shí)際上，通常由于它們包含高次諧波，因此產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩進(jìn)行脈動(dòng)。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，推定交鏈定子的電樞線圈的磁通，根據(jù)推定磁通和電動(dòng)機(jī)電流，推定轉(zhuǎn)矩直接控制轉(zhuǎn)矩。由于推定磁通中反映了高次諧波的影響，因此轉(zhuǎn)矩的推定中也反映了高次諧波的影響。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，由于根據(jù)該推定轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，因此具有即使在磁鐵磁通和電感分布中存在高次諧波時(shí)也能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果。
圖14的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具備電動(dòng)機(jī)1，逆變器2，直流電源4和電流傳感器5，并且還具備由符號(hào)21～30參照的各部位。在第1實(shí)施例中，圖1的控制部3，由符號(hào)21～30參照的各部位而形成。
如上所述，電流傳感器5檢測(cè)母線電流，輸出表示該母線電流的電流值的信號(hào)。電流檢測(cè)部21，參照坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器30輸出的三相電壓指令值vu*，vv*和vw*，指定哪相為最大相、中間相和最小相的同時(shí)，確定采樣電流傳感器5的輸出信號(hào)的時(shí)刻ST1和ST2(參照?qǐng)D6)，根據(jù)在此時(shí)刻ST1和ST2得到的母線電流的電流值(電流傳感器5的輸出信號(hào)值)，計(jì)算并輸出U相電流iu和V相電流iv。此時(shí)，根據(jù)需要，使用iu+iv+Iv＝0的關(guān)系式。
如參照?qǐng)D6所說明的那樣，vu*，vv*和vw*分別作為計(jì)數(shù)器的設(shè)定值Cnt U，Cnt V和Cnt W表示。電流檢測(cè)部21，根據(jù)vu*，vv*和vw*，判斷計(jì)數(shù)器的設(shè)定值Cnt U，Cnt V和Cnt W的大小關(guān)系，指定現(xiàn)在時(shí)刻屬于第1～第6模式中的哪種的同時(shí)，考慮指定的模式，確定應(yīng)該檢測(cè)母線電流的時(shí)刻ST1和ST2。例如，“Cnt U＞Cnt V＞Cnt W”時(shí)，判斷現(xiàn)在時(shí)刻屬于第1模式，將與設(shè)定值Cnt W和Cnt V之間對(duì)應(yīng)的時(shí)刻規(guī)定為ST1，將與設(shè)定值Cnt V和Cnt U之間對(duì)應(yīng)的時(shí)刻規(guī)定為ST2?，F(xiàn)在時(shí)刻屬于第1模式時(shí)，由時(shí)刻ST1和ST2檢測(cè)的母線電流，分別是(-iw)和iu。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器22，將由電流檢測(cè)部21檢測(cè)的三相電流變換為αβ坐標(biāo)上的二相電流。即，將作為電動(dòng)機(jī)電流Ia的U相軸成分和V相軸成分的iu和iv變換為作為電動(dòng)機(jī)電流Ia的α軸成分和β軸成分的iα和iβ。由該變換得到的iα和iβ，被提供給磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23。
將圖1的電樞線圈(7u，7v和7w)的交鏈磁通的α軸成分和β軸成分分別稱為α軸磁Фα和β軸磁通Фβ。磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23，與圖25的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一樣，根據(jù)α軸電流，β軸電流以及電壓指令矢量進(jìn)行磁通的推定，但是作為用于該推定的電壓指令矢量，使用經(jīng)過上述校正處理后的電壓指令矢量。即，磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23，根據(jù)來自坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器22的iα和iβ與來自電壓指令計(jì)算部29的vαc*和vβc*，推定α軸磁通Фα和β軸磁通Фβ。vαc*和vβc*，分別表示應(yīng)該跟隨上述式(1-5)中出現(xiàn)的vαc和vβc的目標(biāo)值。vαc*和vβc*是形成αβ坐標(biāo)上的校正后的電壓指令矢量的坐標(biāo)軸成分，但其意義，通過后面所述的電壓指令計(jì)算部29的說明，會(huì)變得更明確。
具體地說，磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23根據(jù)下式(2-1)以及(2-2)，推定Фα和Фβ。然后，磁通/矢量推定器23，根據(jù)自身推定的Фα和Фβ，由下式(2-3)計(jì)算出由Фα和Фβ形成的交鏈磁通矢量的以α軸為基準(zhǔn)的相位θS，并且由下式(2-4)推定電動(dòng)機(jī)1所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T。式(2-1)和(2-2)的各自右邊的積分是對(duì)時(shí)間t的積分，其積分區(qū)間，是從作為基準(zhǔn)時(shí)刻的時(shí)刻t＝0到現(xiàn)在時(shí)刻。
φα＝∫(vαc*-Raiα)dt+φα|t＝0…(2-1) φβ＝∫(vβc*-Raiβ)dt+φβ|t＝0…(2-2) θS＝tan-1(φβ/φα)…(2-3) T＝PN(φαiβ-φβiα) …(2-4) 其中， Ra表示電樞線圈(7u，7v和7w)每一相的電阻值， PN表示電動(dòng)機(jī)1的極對(duì)數(shù)， Фα|t＝0和Фβ|t＝0分別表示時(shí)刻t＝0的Фα和Фβ的值(即，Фα和Фβ的初始值)。
另外，后面所述的式子等中出現(xiàn)的狀態(tài)量的定義也在這里進(jìn)行。
Ld，Lq分別為d軸電感(電動(dòng)機(jī)1的電樞線圈電感的d軸成分)，q軸電感(電動(dòng)機(jī)1的電樞線圈電感的q軸成分)，Фα表示由設(shè)置在電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子6上的永磁體產(chǎn)生的電樞交鏈磁通。
id和iq分別表示作為電動(dòng)機(jī)電壓Ia的d軸成分和q軸成分的d軸電流和q軸電流。
d軸是設(shè)定為轉(zhuǎn)子6的永磁體的N極方向的軸，q軸是從d軸前進(jìn)π/2的軸。關(guān)于d軸和q軸的說明，由后面所述的第2實(shí)施例進(jìn)行。并且，Ra，Ld，Lq，Фa，PN，Фα|t＝0和Фβ|t＝0，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段被預(yù)先規(guī)定。
減法器24，計(jì)算由磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23推定的轉(zhuǎn)矩T，和表示轉(zhuǎn)矩T目標(biāo)值的轉(zhuǎn)矩指令值T*的轉(zhuǎn)矩誤差ΔT(T-T*)。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，需要與轉(zhuǎn)矩指令值T*同時(shí)，提供對(duì)于交鏈磁通的振幅的指令值。由|ФS*|表示對(duì)于該振幅的指令值。|ФS*|表示由Фα和Фβ形成的交鏈磁通矢量的大小(即，交鏈磁通的振幅)的目標(biāo)值。通常，交鏈磁通的振幅|ФS|和轉(zhuǎn)矩T由下式(2-5)和式(2-6)表示。因此例如，要實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，通過將用于實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩控制的d軸電流的計(jì)算式(2-7)代入式(2-5)和式(2-6)，從事先制作表示|ФS|和T的關(guān)系的表格數(shù)據(jù)。將該表格數(shù)據(jù)存放在圖14的表格25中，在將|ФS|和T處理為|ФS*|和T*的基礎(chǔ)上，使用表格25，根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值T*算出|ФS*|。
由表格25得到的|ФS*|，提供給磁通指令計(jì)算部26。但是在電動(dòng)機(jī)1高速旋轉(zhuǎn)時(shí)等，需要弱磁通控制時(shí)，由下式(2-8)計(jì)算|ФS*|并將其提供給磁通指令計(jì)算部26。其中，ω為電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)中的電氣角速度(d軸的電氣角速度)，Vom，為通過弱磁通控制應(yīng)該限制的電動(dòng)機(jī)電壓Va的限制值。
圖15表示磁通指令計(jì)算部26的內(nèi)部框圖。圖15的磁通指令計(jì)算部26，包含由符號(hào)35～37參照的各部位。磁通指令計(jì)算部26，根據(jù)如上所述得到的|ФS*|、來自磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23的θS和來自減法器24的ΔT，計(jì)算并輸出Фα和Фβ的目標(biāo)值即α軸磁通指令值Фα*和β軸磁通指令值Фβ。
具體地說，PI控制部35，進(jìn)行用于使ΔT收斂于零的比例積分控制，計(jì)算與ΔT相對(duì)應(yīng)的相位校正量ΔθS*。由加算器36計(jì)算θS和ΔθS*的和(θS+ΔθS*)。該和作為相位指令值θS*(＝(θS+ΔθS*))被提供給矢量生成部37。矢量生成部37根據(jù)|ФS*|和θS*，由下式(2-9a)和(2-9b)計(jì)算Фα*和Фβ*。
由磁通指令計(jì)算部26計(jì)算出的Фα*和Фβ*與由磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23推定的Фα和Фβ，被提供給減法器27和28。減法器27和28計(jì)算偏差(Фα*-Фα)和(Фβ*-Фβ)，提供給電壓指令計(jì)算部29。另外，由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器22得到的iα和iβ都被提供給電壓指令計(jì)算部29(圖14中省略了其樣子)。
圖16表示電壓指令計(jì)算部29的內(nèi)部框圖。圖16的電壓指令計(jì)算部29具備由符號(hào)41～44參照的各部位。校正前電壓計(jì)算部41，根據(jù)(Фα*-Фα)，(Фβ*-Фβ)，iα和iβ，計(jì)算α軸電壓指令值vα*和β軸電壓指令值vβ*以使Фα跟隨Фα*且Фβ跟隨Фβ*。vα*和vβ*，分別是用于將(Фα*-Фα)和(Фβ*-Фβ)共同收斂于零的vα和vβ的目標(biāo)值。計(jì)算vα*和vβ*(參照下式(2-10))，以使由vα*和vβ*形成的電壓指令矢量(vαβ*)，變?yōu)橛骚鼎梁艇鼎滦纬傻慕绘湸磐ㄊ噶?Фαβ)的時(shí)間微分、由iα和iβ形成的電流矢量(iαβ)和Ra產(chǎn)生的電壓降矢量的和。通過考慮離散化電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)生成的各值，從而該算出法被更具體化。具體化的算法的說明設(shè)在后面。
坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部42，根據(jù)上述式(1-2)，將vα*和vβ*變換為va和vb。即，將由vα*和vβ*表示的αβ坐標(biāo)上的2相的電壓指令矢量變換為由va和vb表示的ab坐標(biāo)上的2相的電壓指令矢量(這些電壓指令矢量，相當(dāng)于圖8的電壓矢量110)。另外，用于式(1-2)的計(jì)算的n值，用上式(1-1a)或者(1-1b)來算出。由坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部42計(jì)算的n值，也被用于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部44的運(yùn)算。并且，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部42分別使用vα*和vβ*作為式(1-1a)，(1-1b)和(1-2)的各自右邊的vα和vβ。
成分校正部43，對(duì)va和vb實(shí)施圖10的步驟S2的校正處理，將校正后的va和vb分別作為vac和vbc輸出。但是，不需要校正時(shí)，變?yōu)関ac＝va且vbc＝vb。
坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部44，根據(jù)上述式(1-5)，將校正后的a軸電壓vac和b軸電壓vbc變換為校正后的α軸電壓vαc和b軸電壓vβc，將得到的vαc和vβc分別作為vαc*和vβc*輸出。即，將由vac和vbc表示的校正后的ab坐標(biāo)上的2相的電壓指令矢量，變換為由vαc*和vβc*表示的校正后的αβ坐標(biāo)上的2相的電壓指令矢量。vαc*和vβc*分別表示校正后的電壓指令矢量的α軸成分和β軸成分。
由電壓指令計(jì)算部29(坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部44)計(jì)算的vαc*和vβc*被提供給圖14的坐標(biāo)變換器30。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器30，將vαc*和vβc*變換成由vu*，vv*和vw*構(gòu)成的三相電壓指令值，將該三相電壓指令值輸出到逆變器2。逆變器2，根據(jù)該三相電壓指令值向電動(dòng)機(jī)1提供三相交流電流。由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器30計(jì)算的vu*、vv*和vw*，相當(dāng)于由vαc*和vβc*表示的電壓指令矢量的U相軸成分、V相軸成分以及W相軸成分。
(離散化的計(jì)算式) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)算，在實(shí)施中，是根據(jù)被離散化的各狀態(tài)量的瞬時(shí)值進(jìn)行的。在此，考慮由離散化周期Ts離散化由符號(hào)21～30參照的各部位的輸入值和輸出值時(shí)，添加關(guān)于這些動(dòng)作的說明。
現(xiàn)在，考慮基準(zhǔn)時(shí)刻t＝0屬于第0個(gè)周期，并且，現(xiàn)在時(shí)刻屬于第m個(gè)周期的情況(m為自然數(shù))。并且，分別由iu[m]和iv[m]表示第m個(gè)周期中的iu和iv，分別由iα[m]和iβ[m]表示基于iu[m]和iv[m]的iα和iβ。并且，由vαc*[m]和vβc*[m]分別表示在第m個(gè)周期中從電壓指令計(jì)算部29輸出的vαc*和vβc*，由Фα[m]和Фβ[m]以及θS[m]和T[m]分別表示基于iα[m]和iβ[m]以及vαc*[m]和vβc*[m]的Фα和Фβ以及θS和T。進(jìn)而由T*[m]表示第m個(gè)周期中的T*，由|ФS*|[m]表示基于T*[m]的|ФS*|。另外，由ΔT[m]表示基于T*[m]和T[m]的ΔT。
此時(shí)，磁通/轉(zhuǎn)矩推定器23，根據(jù)與上述式(2-1)～(2-4)相對(duì)應(yīng)的下式(3-1)～(3-4)，計(jì)算出Фα[m]和Фβ[m]以及θS[m]和T[m]。
θS[m]＝tan-1(φβ[m]/φα[m])…(3-3) T[m]＝PN(φα[m]iβ[m]-φβ[m]iα[m]) …(3-4) 并且，磁通指令計(jì)算部26，根據(jù)ΔT[m]、θS[m]以及|ФS*|[m]，計(jì)算Фα*[m+1]和Фβ*[m+1]，減法器27和28計(jì)算偏差(Фα*[m+1]-Фα[m])和(Фβ*[m+1]-Фβ[m])。即，根據(jù)第m個(gè)周期中的ΔT、θS和|ФS*|確定下一個(gè)周期的Фα和Фβ的目標(biāo)值，求出此目標(biāo)值與現(xiàn)在時(shí)刻的交鏈磁通瞬時(shí)值的偏差。
電壓指令計(jì)算部29內(nèi)的校正前電壓計(jì)算部41(參照?qǐng)D16)，為了使第(m+1)個(gè)周期中的Фα和Фβ與Фα*[m+1]和Фβ*[m+1]一致，而計(jì)算需要的電壓指令矢量。即，校正前電壓計(jì)算部41，根據(jù)與上式(2-10)相對(duì)應(yīng)的下式(3-5)，計(jì)算vα*[m+1]和vβ*[m+1]。然后，電壓指令計(jì)算部29，根據(jù)vα*[m+1]和vβ*[m+1]，通過校正處理，計(jì)算表示在第(m+1)個(gè)周期中應(yīng)該對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的電壓的vαc*[m+1]和vβc*[m+1]，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器30的坐標(biāo)變換將這些提供給逆變器2。
由與圖17對(duì)應(yīng)的表示交鏈磁通和電壓的關(guān)系的差分方程式導(dǎo)出式(3-5)(以及上述式(2-10))。并且，在圖17中，Фαβ[m+1]意味著由Фα[m]和Фβ[m]形成的矢量，Фαβ*[m+1]意味著由Фα*[m+1]和Фβ*[m+1]形成的矢量。
這樣，在本實(shí)施例中，通過設(shè)置校正電壓矢量(電壓指令矢量)的工序，能夠可靠地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流。并且，通過在容易進(jìn)行校正的ab坐標(biāo)上執(zhí)行該校正處理，簡(jiǎn)單并且可靠地實(shí)現(xiàn)必要的校正。由于在ab坐標(biāo)中，只要獨(dú)立地校正電壓矢量(電壓指令矢量)的坐標(biāo)軸成分va和vb就可以，因此校正內(nèi)容簡(jiǎn)單。尤其是在施加電壓低時(shí)，需要對(duì)全部3相進(jìn)行校正，但對(duì)于這樣的情況，校正量的確定也容易。
另外，通過執(zhí)行直接轉(zhuǎn)矩控制，即使在使用磁鐵磁通或電感分布中存在高次諧波的電動(dòng)機(jī)時(shí)，也能夠降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。并且，作為電動(dòng)機(jī)1，除了埋入磁鐵型電動(dòng)機(jī)以外，也可以采用同步磁阻電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在同步磁阻電動(dòng)機(jī)或誘導(dǎo)電動(dòng)機(jī)中，由于磁鐵磁通或電感分布中存在高次諧波，因此通過直接轉(zhuǎn)矩控制，能夠得到降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的效果。
在本實(shí)施例中，為了可靠地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流，對(duì)電壓指令值加以校正。如果使用校正前的電壓指令值進(jìn)行磁通的推定，會(huì)產(chǎn)生推定誤差，但在本實(shí)施例中，由于使用校正后的電壓指令值(vαc*和vβc*)推定磁通，因此不會(huì)產(chǎn)生由校正引起的推定誤差。另外，由于在電壓矢量的階段進(jìn)行校正處理，因此能夠很容易地得到用于磁通推定的校正后的電壓指令矢量，不需要將三相電壓進(jìn)行逆變換的工序，并且在圖25的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也不需要必需的用于檢測(cè)三相電壓的電壓檢測(cè)票。
(第2實(shí)施例) 下面，對(duì)第2實(shí)施例進(jìn)行說明。第1實(shí)施例中定義的符號(hào)等，在第2實(shí)施例中也通用。圖18是第2實(shí)施例相關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。在圖18的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，通過根據(jù)交鏈磁通的推定值計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，執(zhí)行矢量控制。
在對(duì)圖18各部位進(jìn)行說明之前，對(duì)第2實(shí)施例中定義的軸進(jìn)行說明和對(duì)與第2實(shí)施例的動(dòng)作相關(guān)的運(yùn)算式進(jìn)行導(dǎo)出。參照?qǐng)D19。圖19是電動(dòng)機(jī)1的解析模型圖。圖19表示了U相軸、V相軸和W相軸。6a是這種在電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子6中設(shè)置的永磁體。在與永磁體6a產(chǎn)生的磁通相同速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，將永磁體6a產(chǎn)生的磁通的方向作為d軸。另外，圖中沒有表示，但取從d軸前進(jìn)電氣角90度的相位作為q軸。d軸和q軸，是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，將這些選為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)稱為dq坐標(biāo)。
d軸(和q軸)旋轉(zhuǎn)，由ω表示其旋轉(zhuǎn)速度(電氣角速度)。另外，由θ表示從U相的電樞線圈固定軸看的逆時(shí)針方向的d軸的相位。逆時(shí)針方向，與相位前進(jìn)方向一致。由于相位θ一般被稱為轉(zhuǎn)子位置，因此以下將其稱為轉(zhuǎn)子位置。
分別由d軸電壓vd和q軸電壓vq表示由逆變器2對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的整個(gè)電動(dòng)機(jī)電壓Va的d軸成分和q軸成分。另外，在第1實(shí)施例中描述了，分別由d軸電流id和q軸電流iq表示由逆變器2向電動(dòng)機(jī)1提供的整體的電動(dòng)機(jī)電流Ia的d軸成分和q軸成分。
分別由d軸電壓指令值vd*和q軸電壓指令值vq*表示對(duì)d軸電壓vd和q軸電壓vq的指令值。vd*和vq*分別表示vd和vq應(yīng)該追蹤的電壓(目標(biāo)電壓值)。
分別由d軸電流指令值id*和q軸電流指令值iq*表示對(duì)d軸電流id和q軸電流iq的指令值。id*和iq*分別表示id和iq應(yīng)該追蹤的電流(目標(biāo)電流值)。
dq坐標(biāo)上的擴(kuò)展感應(yīng)電壓方程式由式(4-1)表示，擴(kuò)展感應(yīng)電壓Eex由式(4-2)表示。并且，下面所述的式中的p為微分算子。如果著眼于αβ坐標(biāo)，改寫式(4-1)，則得到式(4-3)。并且，式(4-3)成立，在文獻(xiàn)“市川，他4名，‘拡張感應(yīng)電壓モデルに基づく突極型永久磁石同期モ一タのセンサレス制御(Sensorless Contrl of Salient-PolePermanent Magnet Synchronous Motors Using Extended Electromotive ForceModels)’，電學(xué)論D，2002年，Vol.122，No.12，P.1088-1096”中也表示了。
Eex＝ω((Ld-Lq)id+Фα)-(Ld-Lq)(piq)…(4-2) 將式(4-3)的右邊第1項(xiàng)的行列式移到左邊后，如果對(duì)兩邊由時(shí)間積分，能夠得到式(4-4)和(4-5)(由于θ＝ωt，如果積分-sinθ變?yōu)閏osθ/ω，如果積分cosθ，變?yōu)閟inθ/ω)。但，此時(shí)忽略擴(kuò)展感應(yīng)電壓Eex的iq的微分項(xiàng)(即，式(4-2)的右邊第2項(xiàng))。
∫(vα-Raiα-ω(Ld-Lq)iβ)dt-Ldiα＝((Ld-Lq)id+Фa)cosθ＝φexα …(4-4) ∫(vβ+ω(Ld-Lq)iα-Raiβ)dt-Ldiβ＝((Ld-Lq)id+Фa)sinθ＝φexβ …(4-5) 如果設(shè)置“Eex＝Фex/ω”，則Eex表示由作為電動(dòng)機(jī)1的電樞線圈的交鏈磁通Фex和轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。如果捕捉Eex作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的感應(yīng)電壓矢量，則此感應(yīng)電壓矢量變?yōu)閝軸上的矢量。同樣，如果捕捉Фex作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的交鏈磁通矢量，則其交鏈磁通矢量變?yōu)閐軸上的矢量。式(4-4)和(4-5)中也出現(xiàn)的Фexα和Фexβ，分別表示Фex的α軸成分和β軸成分。
將α軸作為基準(zhǔn)的交鏈磁通矢量Фex的相位θex由下式(4-6)表示。在第2實(shí)施例相關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，推定交鏈磁通矢量Фex的α軸成分Фexα和β軸成分Фexβ，根據(jù)此推定值推定相位θex。如上所述，由于交鏈磁通矢量Фex應(yīng)該變?yōu)閐軸上的矢量，因此推定的θex在理想的情況下與θ一致。在此，根據(jù)推定的θex和用于坐標(biāo)變換的θ之間的差(軸誤差)，執(zhí)行PLL(Phase Locked Loop)控制，由此，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子位置的推定。旋轉(zhuǎn)速度ω和轉(zhuǎn)子位置θ，根據(jù)下式(4-7)和(4-8)推定。其中，Kp和Ki分別是比例積分控制中的比例系數(shù)和積分系數(shù)，S是拉普拉斯運(yùn)算子。
θex＝tan-1(φexβ/φexα)…(4-6) ω＝(Kp+Ki/s)(θex-θ)…(4-7) θ＝ω/s …(4-8) 對(duì)圖18的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體動(dòng)作進(jìn)行說明。圖18的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，具備電動(dòng)機(jī)1；逆變器2；直流電源4和電流傳感器5，并且具備由符號(hào)61～70參照的各部位。在第2實(shí)施例中，圖1的控制部3由符號(hào)61～70所參照的各部位形成。
如上所述，電流傳感器5，檢測(cè)母線電流，輸出表示該母線電流的電流值的信號(hào)。電流檢測(cè)部61和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器62，是與圖14的電流檢測(cè)部21和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器22相同的部位。即，電流檢測(cè)部61，根據(jù)電流傳感器5的輸出信號(hào)值和三相電壓指令值vu*、vv*和vw*，與圖14的電流檢測(cè)部21一樣，計(jì)算并輸出U相電流iu和V相電流iv。但是，對(duì)于電流檢測(cè)部61的三相電壓指令值vu*、vv*和vw*，從坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器70提供。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器62，將由電流檢測(cè)部61計(jì)算出的iu和iv變換為iα和iβ。
磁通推定器63根據(jù)由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器62得到的iα和iβ和來自電壓指令計(jì)算部69的vαc*和vβc*，根據(jù)上式(4-4)和(4-5)，推定電動(dòng)機(jī)1的交鏈磁通(即，計(jì)算交鏈磁通Фex的α軸成分Фexα和β軸成分Фexβ)。此時(shí)，分別使用vac*和vβc*作為式(4-4)和(4-5)中的vα和vβ。另外，也可以使用由位置/速度推定器64推定的ω。
圖20表示位置/速度推定器64的內(nèi)部框圖。圖20的位置/速度推定器64具備由符號(hào)75～78參照的各部位。θex計(jì)算部75，根據(jù)由磁通推定器63計(jì)算的Фexα和Фexβ，由上述式(4-6)計(jì)算相位θex。減法器76，從由θex計(jì)算部75輸出的θex中減去由積分器78輸出的θ，計(jì)算軸誤差(θex-θ)。PI控制部77，進(jìn)行使該軸誤差(θex-θ)收斂于零的比例積分控制。即進(jìn)行根據(jù)上式(4-7)的運(yùn)算，由此計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度ω。積分器78，根據(jù)上述式(4-8)，通過積分由P I控制部77算出的ω來算出旋轉(zhuǎn)位置θ。由PI控制部77和積分器78計(jì)算出的ω和θ被作為位置/速度推定器64推定的選擇速度和轉(zhuǎn)子位置。
αβ/dq轉(zhuǎn)換器65，根據(jù)由位置/速度推定器64推定的θ，將由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器62得到的iα和iβ變換為作為dq坐標(biāo)上的電流成分的id和iq。
電流指令計(jì)算部66生成并輸出d軸電流指令值id*和q軸電流指令值iq*。例如，生成iq*以使旋轉(zhuǎn)速度ω跟隨由外部提供的速度指令值ω*，根據(jù)需要，一邊參照iq*等，一邊生成id*來實(shí)現(xiàn)要求的矢量控制(例如最大矢量控制)。
減法器67和68，根據(jù)來自αβ/dq轉(zhuǎn)換器65的id和iq以及來自電流指令計(jì)算部66的id*和iq*，計(jì)算電流誤差(id*-id)和(iq*-iq)，并將算出結(jié)果提供給電壓指令計(jì)算部69。
圖21表示電壓指令計(jì)算部69的內(nèi)部框圖。圖21的電壓指令計(jì)算部69，具備由符號(hào)81～84參照的各部位。校正前電壓計(jì)算部81，通過比例積分控制，計(jì)算d軸電壓指令值vd*和q軸電壓指令值vq*以使電流誤差(id*-id)和(iq*-iq)收斂于零。vd*和vq*，是用于將(id*-id)和(iq*-iq)同時(shí)收斂于零的vd和vq的目標(biāo)值。
坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部82，根據(jù)由位置/速度推定器64推定的θ，將vd*和vq*變換為va和vb。參照?qǐng)D22，加上對(duì)該變換方法的說明。圖22是表示U相軸、V相軸和W相軸、與d軸和q軸、以及電壓矢量110的關(guān)系的空間矢量圖。從q軸看的電壓矢量110的相位由ε表示。以U相軸為基準(zhǔn)的電壓矢量110的相位由(θ+ε+π/2)表示。另外，a1軸～a6軸中(參照?qǐng)D9)，距電壓矢量110最近的軸的相位，以U相軸為基準(zhǔn)，由“(n’+2)π/3”表示。其中，n’是(θ+ε)除以π/3時(shí)得到的商。
為了方便起見，如圖22所示，將θ分解為上述相位(n’+2)π/3，和其相位(n’+2)π/3與θ之間的差分相位θD。這些相位關(guān)系由下式(5-1)表示。于是，表示dq坐標(biāo)上的電壓成分的vd和vq，能夠由下式(5-2)變換為表示ab坐標(biāo)上的電壓成分的va和vb。另外，ε由下式(5-3)表示。
坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部82根據(jù)上式(5-1)～(5-3)將vd*和vq*變換為va和vb。但是，此時(shí)，分別使用vd*和vq*作為式子(5-2)和(5-3)中的vd和vq。具體地說，通過由式(5-3)求出的ε和推定的θ求出n’，將θ和求出的n’代入式(5-1)求出θD。然后，采用求出的θD，根據(jù)式(5-2)，將vd*和vq*變換為va和vb。但是，在n’和第1實(shí)施例中所述的n(圖8參照)之間，等式“n’+2＝n”成立。由坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部82求出的n’加上2后的值(即n)，被利用于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部84中的運(yùn)算。
由坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部82得到的va和vb被發(fā)送到成分校正部83。成分校正部83和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部84，與圖16的成分校正部43和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部44是一樣的。即，成分校正部83，對(duì)va和vb實(shí)施圖10步驟S2中的校正處理，將校正后的va和vb，分別作為vac和vbc輸出。但是，不需要校正時(shí)，vac＝va且vbc＝vb。
坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部84，根據(jù)上式(1-5)，將校正后的a軸電壓vac和b軸電壓vbc變換為校正后的α軸電壓vαc和β軸電壓vβC。，將得到的vac和vbc分別作為vαc*和vβc*輸出。
由電壓指令計(jì)算部69(坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部84)計(jì)算出的vαc*和vβc*，被提供給圖18的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器70。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器70，將vαc*和vβc*變換為由vu*，vv*和vw*構(gòu)成的三相電壓指令值，將該三相電壓指令值輸出到逆變器2。逆變器2，根據(jù)該三相電壓指令值，向電動(dòng)機(jī)1提供三相交流電流。
由于本實(shí)施例中，也設(shè)置了校正電壓矢量(電壓指令矢量)的工序，因此能夠可靠地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流。并且，通過在容易進(jìn)行該校正處理的ab坐標(biāo)上執(zhí)行，簡(jiǎn)單且可靠地實(shí)現(xiàn)需要的校正。在ab坐標(biāo)中，由于只要獨(dú)立地校正電壓矢量(電壓指令矢量)的坐標(biāo)軸成分va和vb即可，因此校正內(nèi)容簡(jiǎn)單。尤其是在施加電壓低時(shí)需要對(duì)全部3相進(jìn)行校正，但在這樣的情況下也容易進(jìn)行校正量的確定。
在本實(shí)施例中，為了可靠地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流，而對(duì)電壓指令值施加校正。如果使用校正前的電壓指令值進(jìn)行磁通的推定，則會(huì)產(chǎn)生推定誤差，但在本實(shí)施例中，由于使用校正后的電壓指令值(vαc*和vβc*)推定磁通，因此不會(huì)產(chǎn)生由校正導(dǎo)致的推定誤差。另外，由于在電壓矢量的階段進(jìn)行校正處理，因此能夠容易得到用于磁通推定的校正后的電壓指令矢量，不需要逆變換三相電壓這樣的工序，并且也不需要圖25的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中必需的用于檢測(cè)三相電壓的電壓檢測(cè)器。
以上描述了應(yīng)用本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施例，但本發(fā)明包含各種變形例(或者其他實(shí)施例)。以下，記錄注釋1～注釋5作為變形例(或者其他實(shí)施例)或者注釋事項(xiàng)。各注釋所記載的內(nèi)容，只要不矛盾，可以任意進(jìn)行組合。
(注釋1) 處理了由逆變器2使用3相調(diào)制的情況，但本發(fā)明不依賴于調(diào)制方式。例如，由逆變器2進(jìn)行2相調(diào)制時(shí)，通電模式，與圖3所示的3相調(diào)制的情況不同。在2相調(diào)制中，由于最小相的下臂總是導(dǎo)通，因此與圖4中的時(shí)刻T0-T1間和T6-T7間相對(duì)應(yīng)的通電模式不存在。但是，結(jié)果如果按照由與時(shí)刻T1-T2間和T2-T3間相對(duì)應(yīng)的通電模式來檢測(cè)母線電流，則不改變能夠檢測(cè)最大相和最小相的電流。
(注釋2) 在本實(shí)施方式相關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，包含上述各種指令值(Фα*，vd*等)或其他狀態(tài)量(Фα，Фexα等)的應(yīng)該導(dǎo)出的全部值的導(dǎo)出方法是任意的。即例如，既可以通過控制部3(參照?qǐng)D1)內(nèi)的運(yùn)算導(dǎo)出這些，也可以從預(yù)先設(shè)定好的表格數(shù)據(jù)中導(dǎo)出。
(注釋3) 另外，控制部3(參照?qǐng)D1)的功能的一部分或者全部，使用安裝在例如通用微型計(jì)算機(jī)等中的軟件(程序)來實(shí)現(xiàn)。使用軟件實(shí)現(xiàn)控制部3時(shí)，表示控制部3的各部分的構(gòu)成的框圖變?yōu)楣δ芸驁D。當(dāng)然，也可以不是軟件(程序)，而只由硬件構(gòu)成控制部3。
(注釋4) 例如，能夠如下那樣考慮?？刂撇?起到作為電動(dòng)機(jī)控制裝置的功能。在電動(dòng)機(jī)控制裝置內(nèi)，認(rèn)為包含圖1等的電流傳感器5也可以。根據(jù)電流傳感器5的輸出信號(hào)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)機(jī)構(gòu)，包含圖14的電流檢測(cè)部21或者圖18的電流檢測(cè)部61。另外例如，圖16的校正前電壓計(jì)算部41和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部42，或者，圖21的校正前電壓計(jì)算部81和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)部82，起到作為電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)的功能。另外例如，圖16的成分校正部43或者圖21的成分校正部83，起到作為電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)的功能。
(注釋5) 并且，在本說明書中，在記述簡(jiǎn)化方面，通過只有記號(hào)(iα等)的標(biāo)記，有時(shí)也有表現(xiàn)對(duì)應(yīng)此記號(hào)的狀態(tài)量(狀態(tài)變量)等的情況。即，在本說明書中，例如，“iα”和“α軸電流iα”是指相同的量。
本發(fā)明適用于使用電動(dòng)機(jī)的所有的電氣機(jī)器。尤其適用于冰箱用的壓縮機(jī)、車載用空調(diào)、電動(dòng)車等中。
權(quán)利要求
1、一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，具備
電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其根據(jù)在驅(qū)動(dòng)三相式電動(dòng)機(jī)的逆變器與直流電源之間流動(dòng)的電流，檢測(cè)在上述電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流；
電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)，其根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)的電樞線圈的交鏈磁通，生成表示對(duì)上述電動(dòng)機(jī)的施加電壓應(yīng)追蹤的電壓的矢量的電壓指令矢量；
電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)，其校正所生成的上述電壓指令矢量；和
磁通推定機(jī)構(gòu)，其根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流和校正后的電壓指令矢量來推定上述交鏈磁通，
根據(jù)上述校正后的電壓指令矢量，通過上述逆變器控制上述電動(dòng)機(jī)。
2、根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，
由上述電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)生成的上述電壓指令矢量，是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的電壓指令矢量，
上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)，在將此旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的電壓指令矢量變換為三相的固定坐標(biāo)上的三相電壓指令值的過程中，校正上述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的電壓指令矢量，
該電動(dòng)機(jī)控制裝置，通過將與校正后的電壓指令矢量相對(duì)應(yīng)的上述三相電壓指令值提供給上述逆變器，來控制上述電動(dòng)機(jī)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，
由上述電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)生成的上述電壓指令矢量，是按照以規(guī)定的固定軸為基準(zhǔn)的上述電壓指令矢量的相位，以每電氣角60度逐步旋轉(zhuǎn)的ab坐標(biāo)上的二相的電壓指令矢量。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置。其特征在于，
上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)，根據(jù)形成上述ab坐標(biāo)上的二相電壓指令矢量的坐標(biāo)軸成分的大小來判斷是否需要校正，需要校正時(shí)，通過校正上述坐標(biāo)軸成分，來校正上述ab坐標(biāo)上的二相的電壓指令矢量。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，
還具備坐標(biāo)變換機(jī)構(gòu)，其將由上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)校正后的ab坐標(biāo)上的二相的電壓指令矢量，變換為以固定的α和β軸為坐標(biāo)軸的αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量，
上述磁通推定機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流和上述αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量來推定上述交鏈磁通。
6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，
還具備坐標(biāo)變換機(jī)構(gòu)，其將由上述電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)校正后的ab坐標(biāo)上的二相的電壓指令矢量，變換為以固定的α和β軸為坐標(biāo)軸的αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量，
上述磁通推定機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流的上述αβ坐標(biāo)上的坐標(biāo)軸成分和上述αβ坐標(biāo)上的電壓指令矢量，推定上述交鏈磁通的上述αβ坐標(biāo)上的坐標(biāo)軸成分。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，
還具備轉(zhuǎn)矩推定機(jī)構(gòu)，其根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流和推定的上述交鏈磁通來推定上述電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，
根據(jù)推定的上述轉(zhuǎn)矩對(duì)上述電動(dòng)機(jī)執(zhí)行直接轉(zhuǎn)矩控制。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，
還具備根據(jù)推定的上述交鏈磁通推定上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置推定機(jī)構(gòu)，
根據(jù)推定的上述轉(zhuǎn)子位置對(duì)上述電動(dòng)機(jī)執(zhí)行矢量控制。
9、一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，具備
三相式電動(dòng)機(jī)；
驅(qū)動(dòng)上述電動(dòng)機(jī)的逆變器；以及
通過控制上述逆變器來控制上述電動(dòng)機(jī)的權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其具備電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其根據(jù)在驅(qū)動(dòng)三相式電動(dòng)機(jī)的逆變器與直流電源之間流動(dòng)的電流，檢測(cè)在上述電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流；電壓指令矢量生成機(jī)構(gòu)，其根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)的電樞線圈的交鏈磁通，生成表示對(duì)上述電動(dòng)機(jī)的施加電壓應(yīng)追蹤的電壓的矢量的電壓指令矢量；電壓指令矢量校正機(jī)構(gòu)，其校正所生成的上述電壓指令矢量；和磁通推定機(jī)構(gòu)，其根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)電流和校正后的電壓指令矢量來推定上述交鏈磁通，根據(jù)上述校正后的電壓指令矢量，通過上述逆變器控制上述電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02P27/06GK101355338SQ20081014430
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者富樫仁夫 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社