位置估計(jì)設(shè)備、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備和位置估計(jì)方法
【專利說(shuō)明】位置估計(jì)設(shè)備、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備和位置估計(jì)方法
【背景技術(shù)】
[0001] 1.本發(fā)明的領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明總體上涉及檢測(cè)在電機(jī)中提供的轉(zhuǎn)子的位置的位置估計(jì)設(shè)備、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控 制設(shè)備和位置估計(jì)方法。
[0003] 2.現(xiàn)有技術(shù)的描述
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，存在用于檢測(cè)在電機(jī)中的轉(zhuǎn)子的位置的已知技術(shù)，其中具有足夠 高的頻率的諧波被重疊到用于驅(qū)動(dòng)以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓或驅(qū)動(dòng)電流的頻率上。
[0005] -般地，在該技術(shù)中，使用稱為"凸極性（saliency) "的特性，其中電機(jī)線圈的電 感（inductance)根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置而改變。在具有凸極性的電機(jī)中，響應(yīng)于諧波的輸入而在 電機(jī)線圈中生成的諧波的響應(yīng)（下文稱作"響應(yīng)信號(hào)"）的振幅根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置而變化。因 此，在該技術(shù)中，轉(zhuǎn)子的位置基于諧波的輸入、響應(yīng)信號(hào)和電機(jī)模型公式來(lái)估計(jì)。
[0006] 可以參照日本專利第3411878和3484058號(hào)。
[0007]可以參照R.Leidhold和P.Mutschler在IEEEIEC0N2008 匯編，第 1240-1245 頁(yè)（2008年）中的"在無(wú)傳感器位置檢測(cè)中更高動(dòng)態(tài)的改進(jìn)方法（Improvedmethodfor higherdynamicsinsensorlesspositiondetection) '，。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了達(dá)到這種目的，本申請(qǐng)公開(kāi)了以下結(jié)構(gòu)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置的位置估計(jì)設(shè)備，包括：電流檢 測(cè)單元，其檢測(cè)作為第一檢測(cè)電流的線圈電流，所述線圈電流根據(jù)由控制信號(hào)和諧波信號(hào) 相互重疊的信號(hào)來(lái)生成，所述控制信號(hào)控制旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，所述電流檢 測(cè)單元還檢測(cè)作為第二檢測(cè)電流的諧波電流，所述諧波電流為諧波信號(hào)的響應(yīng)；以及，位置 估計(jì)單元，基于所述第二檢測(cè)電流來(lái)估計(jì)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置。
【附圖說(shuō)明】
[0010]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更 加明顯，在附圖中：
[0011] 圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備；
[0012] 圖2示出了坐標(biāo)系統(tǒng)的定義；
[0013] 圖3示出了換向（commutation)驅(qū)動(dòng)部分；
[0014] 圖4示出了在驅(qū)動(dòng)電路中的上臂的示例；
[0015] 圖5示出了根據(jù)第一實(shí)施例的換向驅(qū)動(dòng)部分的操作；
[0016] 圖6示出了電流檢測(cè)部分的示例；
[0017] 圖7示出了HPF的示例；
[0018] 圖8示出了根據(jù)第一實(shí)施例的檢測(cè)電流"a_Iu"和諧波檢測(cè)電流"a_Icu" ；
[0019] 圖9不出了位置估計(jì)部分；
[0020] 圖10示出了觀察器的示例；
[0021] 圖11示出了根據(jù)第一實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備的效果；
[0022] 圖12示出了根據(jù)第二實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備；
[0023] 圖13示出了根據(jù)第二實(shí)施例的換向驅(qū)動(dòng)部分的操作；
[0024] 圖14示出了根據(jù)第二實(shí)施例由諧波生成部分所生成的諧波；
[0025] 圖15A和圖15B分別示出了根據(jù)第二實(shí)施例的檢測(cè)電流"a_Iu"和諧波檢測(cè)電流 "a_Icu"；以及
[0026] 圖16A和圖16B進(jìn)一步分別示出了根據(jù)第二實(shí)施例的檢測(cè)電流"a_Iu"和諧波檢 測(cè)電流"a_Icu"。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 在現(xiàn)有技術(shù)的使用響應(yīng)信號(hào)的振幅來(lái)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置的方法中，響應(yīng)信號(hào) 的振幅根據(jù)諧波的頻率和電機(jī)線圈的電感而變化。因此，當(dāng)響應(yīng)信號(hào)的振幅相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電 壓或驅(qū)動(dòng)電流較小時(shí)，準(zhǔn)確地估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置變得困難。
[0028] 本發(fā)明是鑒于以上問(wèn)題作出的，并且目的是提高估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置的準(zhǔn)確度。
[0029] 根據(jù)一實(shí)施例，例如，提高估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置的準(zhǔn)確度成為可能。
[0030] 第一實(shí)施例
[0031] 下文中，參照附圖來(lái)描述第一實(shí)施例。圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控 制設(shè)備。
[0032] 本實(shí)施例中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備100包括無(wú)刷電機(jī)10、電流檢測(cè)部分20、速度控 制部分30、電流控制部分40、坐標(biāo)變換部分50,坐標(biāo)逆變換部分60、位置估計(jì)部分70、諧波 重疊部分80和換向驅(qū)動(dòng)部分90。
[0033] 無(wú)刷電機(jī)10包括轉(zhuǎn)子11、線圈端子12以及線圈13。線圈13彼此具有120度的 相位差，并在星形連接中形成三相，即U相，V相，W相。轉(zhuǎn)子11設(shè)置在面向線圈13的位置 處，并且包括交替的S極和N極的永磁體（未示出）。無(wú)刷電機(jī)10由如下電流旋轉(zhuǎn)：該電 流根據(jù)轉(zhuǎn)子11的角度而被適當(dāng)?shù)負(fù)Q向并且從線圈端子12被供給至線圈13。這里，在本實(shí) 施例中，假定轉(zhuǎn)子11的永磁體具有2Xp個(gè)極（即，極對(duì)（polepair)數(shù)量為"P"）。
[0034] 電流檢測(cè)部分20檢測(cè)U相和V相的線圈電流，并將該電流輸出作為第一檢測(cè)電 流。電流檢測(cè)部分20提取線圈電流的諧波分量，并且將諧波分量輸出作為第二檢測(cè)電流。 以下對(duì)電流檢測(cè)部分20的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。
[0035] 速度控制部分30基于預(yù)定的目標(biāo)速度、與該目標(biāo)速度相對(duì)應(yīng)的速度指令值 "wtgt"以及由位置估計(jì)部分70所估計(jì)的估計(jì)速度"wm"來(lái)輸出轉(zhuǎn)矩指令值"Te"，其是所要 生成的轉(zhuǎn)矩目標(biāo)。
[0036] 電流控制部分40包括電流目標(biāo)生成部分（未示出），其生成在d軸和q軸中流動(dòng) 的電流的電流目標(biāo)值，并且包括分別在d軸和q軸中的比例積分控制器（未示出）。比例積 分控制器分別基于d軸和q軸中的電流目標(biāo)值以及第一檢測(cè)電流"d_Iu"和"d_Iv"來(lái)生成 電壓指令值"Vd"和"Vq"，所述電壓指令值是要被施加至d軸和q軸的電壓的指令值。即， 電壓指令值"Vd"和"Vq"表示如下這樣的控制信號(hào)：所述控制信號(hào)用于控制要被供給至線 圈13以驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)10的旋轉(zhuǎn)的電流。
[0037] 坐標(biāo)變換部分50對(duì)由電流檢測(cè)部分20檢測(cè)的U、V和W相的電流執(zhí)行坐標(biāo)變換， 該坐標(biāo)變換是從如圖2中所示的彼此具有120度相位差的UVW軸坐標(biāo)系統(tǒng)到dq軸坐標(biāo)系 統(tǒng)的坐標(biāo)變換，并且坐標(biāo)變換部分50將該電流輸出為d和q軸中的檢測(cè)電流。這里，"dq軸 坐標(biāo)系統(tǒng)"是指旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系統(tǒng)，其按照從位置估計(jì)部分70獲得的估計(jì)位置"the"來(lái)旋 轉(zhuǎn)。
[0038] 具體而言，坐標(biāo)變換部分50通過(guò)使用以下公式1的坐標(biāo)變換計(jì)算來(lái)對(duì)U相的第一 檢測(cè)電流"d_Iu"和V相的第一檢測(cè)電流"d_Iv"執(zhí)行坐標(biāo)變換，并且輸出d軸中的第一檢 測(cè)電流"d_Id"和q軸中的第一檢測(cè)電流"d_Iq"。類(lèi)似地，坐標(biāo)變換部分50還對(duì)U相的第 二檢測(cè)電流"d_Icu"和V相的第二檢測(cè)電流"d_Icv"執(zhí)行坐標(biāo)變換，并且輸出d軸中的第 二檢測(cè)電流"d_Icd"和q軸中的第二檢測(cè)電流"d_Icq"。
[0039]公式1
[0041] 坐標(biāo)逆變換部分60對(duì)重疊了諧波的輸出指令值執(zhí)行坐標(biāo)逆變換，該坐標(biāo)逆變換 是從dq軸坐標(biāo)系統(tǒng)到UVW軸坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)逆變換，并且坐標(biāo)逆變換部分60輸出相位電 壓指令值"^'、"^'和"^"，其分別指示要被施加至1]、￥和￥相的線圈端子12的電壓值。 具體而言，坐標(biāo)逆變換部分60通過(guò)使用以下公式2的坐標(biāo)變換計(jì)算