馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法以及馬達(dá)的控制裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法以及馬達(dá)的控制裝置，馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法具有：工序a)，其為對(duì)用于使具有凸極性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓疊加比驅(qū)動(dòng)電壓的頻率高的規(guī)定的頻率的測定用電壓，并將生成的多個(gè)電壓提供給馬達(dá)的靜止部的工序；工序b)，其與工序a)并行，為提取流向靜止部的電流中的規(guī)定的頻率的分量作為提取電流的工序；工序c)，其為通過求取提取電流與將提取電流的位相變改變?chǔ)?2而得到的相位變換電流的平方和來取得與提取電流的振幅相關(guān)的合成信號(hào)的工序；以及工序d)，其為基于合成信號(hào)取得旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置的工序。
【專利說明】
馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法從及馬達(dá)的控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法W及馬達(dá)的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] W往為了降低馬達(dá)的導(dǎo)線數(shù)、尺寸W及馬達(dá)的制造成本而采用省略了旋轉(zhuǎn)位置檢 測用的傳感器的無傳感器矢量控制。作為無傳感器矢量控制技術(shù)的一種而公知有高頻電圧 施加法。在高頻電壓施加法中，對(duì)馬達(dá)提供比馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率高的頻率的電壓，并根 據(jù)其響應(yīng)電流來推定馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置(相位）。
[0003] 例如，公知有由化innaka,S.提出的 "A new speed-va;rying ellipse voltage injection method for sensorless drive of perm曰nent-m曰gnet synchronous motors with pole saliency-New PLL method using high-frequency current component multiplied signal''（leee Transactions on Industry Applications ,2008,44(3), p. 777-788)。（"一種新的楠圓變速電壓施加法，其用作對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行無傳感器驅(qū)動(dòng)， 所述永磁同步電機(jī)具有采用了高頻電流分量相乘信號(hào)的化L方法的凸極"（電氣和電子工程 師協(xié)會(huì)工業(yè)應(yīng)用匯刊，2008,44(3)，p. 777-788))。在該方法中，在丫 δ旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中生成高 頻電壓。該電壓通過派克變換被變換成郵靜止坐標(biāo)系，且該電壓利用空間矢量PWMW及逆變 器被提供給馬達(dá)。流向馬達(dá)的Ξ相高頻電流利用帶通濾波器被提取，并被變換成丫 S旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系。通過對(duì)γ軸的電流與巧由的電流相乘得到的信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理來生成單信道的 信號(hào)。利用該信號(hào)通過化L來推定馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置。
[0004] 并且，公知有由Corley ,Μ. J . W及Lorenz , R. D .提出的 "Rotor position and velocity estimation for a salient-pole permanent magnet synchronous machine at standstill andhigh speeds"（leee Transactions on Industry Applications, 1998,34(4)，p. 784-789)。（"用于推定凸極性的永磁同步電機(jī)在停止或高速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子的 位置W及轉(zhuǎn)速"（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)工業(yè)應(yīng)用匯刊，1998,34(4)，p. 784-789))。在該方 法中，采用靜止坐標(biāo)系中的響應(yīng)電流和推定出的旋轉(zhuǎn)位置(角度)的正弦W及余弦來求取高 頻電流的d軸分量的信號(hào)。通過將該信號(hào)穿過帶通濾波器等來獲得推定出的旋轉(zhuǎn)位置與實(shí) 際的旋轉(zhuǎn)位置之間的誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)被輸入到觀測器。觀測器通過使誤差最小來追 蹤旋轉(zhuǎn)位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 然而，在上述方法中，靜止坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)之間的變換等需要在運(yùn)算部中處理 高的運(yùn)算負(fù)荷。運(yùn)算部中的運(yùn)算負(fù)荷的增加有可能對(duì)旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置的取得精度造成影 響。因此，需要一種W低的運(yùn)算負(fù)荷來精確地取得旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置的新方法。
[0006] 本發(fā)明鑒于上述課題，W提供一種W低運(yùn)算負(fù)荷來精確地取得旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置 的新方法為目的。
[0007] 本發(fā)明的例示性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法包括:工序a)、工序b)、工序c)W及工 序d)。
[0008] 工序a)為對(duì)用于使具有凸極性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓疊加比所述驅(qū)動(dòng) 電壓的頻率高的規(guī)定的頻率的測定用電壓，并將生成的多個(gè)電壓提供給所述馬達(dá)的靜止部 的工序;工序b)與所述工序a)并行，為提取流向所述靜止部的電流中的所述規(guī)定的頻率的 分量作為提取電流的工序;工序C)為通過求取所述提取電流與使所述提取電流的相位改變 n/2而得到的相移電流的平方和來取得與所述提取電流的振幅相關(guān)的合成信號(hào)的工序；W 及工序d)為基于所述合成信號(hào)取得所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置的工序。
[0009] 本發(fā)明的例示性的馬達(dá)的控制裝置包括電壓供給部、電流提取部、合成信號(hào)取得 部W及旋轉(zhuǎn)位置取得部。電壓供給部對(duì)用于使具有凸極性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓 疊加比所述驅(qū)動(dòng)電壓的頻率高的規(guī)定的頻率的測定用電壓，并將生成的多個(gè)電壓提供給所 述馬達(dá)的靜止部。電流提取部提取流向所述靜止部的電流中的所述規(guī)定的頻率的分量作為 提取電流。合成信號(hào)取得部通過求取所述提取電流與使所述提取電流的相位改變V2而得 到的相移電流的平方和來取得與所述提取電流的振幅相關(guān)的合成信號(hào)。旋轉(zhuǎn)位置取得部基 于所述合成信號(hào)取得所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置。所述電壓供給部基于所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置 來控制所述驅(qū)動(dòng)電壓的相位。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，能夠W低的運(yùn)算負(fù)荷精確地取得旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置。
【附圖說明】
[0011] 圖1為示出第一實(shí)施方式所設(shè)及的馬達(dá)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0012] 圖2為示出控制裝置的處理流程的圖。
[001引圖3為示出HF施加信號(hào)的圖。
[0014] 圖4為示出提取電流的圖。
[0015] 圖5為示出復(fù)解析信號(hào)的實(shí)數(shù)部W及虛數(shù)部的圖。
[0016] 圖6為示出合成信號(hào)的圖。
[0017] 圖7為示出通過旋轉(zhuǎn)位置取得部取得的信號(hào)的圖。
[0018] 圖8為示出第二實(shí)施方式所設(shè)及的馬達(dá)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0019] 圖9為示出第Ξ實(shí)施方式所設(shè)及的馬達(dá)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 圖1為示出本發(fā)明的例示性的第一實(shí)施方式所設(shè)及的馬達(dá)1的控制裝置10的結(jié)構(gòu) 的圖?？刂蒲b置10的各構(gòu)成要素例如設(shè)置于馬達(dá)1的電路板上。另外，控制裝置10也可與電 路板(例如逆變器等)分體設(shè)置。馬達(dá)1例如為永磁同步馬達(dá)且具有凸極性。馬達(dá)1包括靜止 部11W及旋轉(zhuǎn)部(轉(zhuǎn)子)12。靜止部11包括定子(固定部）111。旋轉(zhuǎn)部12包括永久磁鐵121。靜 止部11將旋轉(zhuǎn)部12支承為能夠旋轉(zhuǎn)。
[0021] 控制裝置10包括電壓供給部2、電流提取部3、合成信號(hào)取得部4W及旋轉(zhuǎn)位置取得 部5?？刂蒲b置10的一部分可W通過包括軟件在內(nèi)的運(yùn)算部等來實(shí)現(xiàn)。因此，運(yùn)些構(gòu)成要素 不必被設(shè)成能夠?qū)嶋H地進(jìn)行區(qū)分。也就是說，控制裝置10的一部分既可由軟件來實(shí)現(xiàn)也可 由硬件來實(shí)現(xiàn)。
[0022] 電壓供給部2包括HF施加信號(hào)生成部21、LF控制信號(hào)生成部22、兩個(gè)加法器23曰、 23b、W及電壓生成部24dHF施加信號(hào)生成部21生成在αβ坐標(biāo)系的α軸方向上變化的高頻施 加信號(hào)W及在日0坐標(biāo)系的β軸方向上變化的高頻施加信號(hào)化igh-frequency injection signal)下，將高頻施加信號(hào)稱作"HF施加信號(hào)"。HF施加信號(hào)例如為正弦波信號(hào)。在圖1 中，將α軸的HF施加信號(hào)表示為Vah，將β軸的HF施加信號(hào)表示為VehDHF施加信號(hào)Vah、Ve兩W是 其他波形的信號(hào)。在此，如果將用矢量表示出流向Ξ相定子繞組的電流的坐標(biāo)系設(shè)成ABC坐 標(biāo)系，則αβ坐標(biāo)系是指將ABC坐標(biāo)系變換成兩相(克拉克變換）的固定坐標(biāo)系。α軸W及β軸彼 此正交。
[0023] LF控制信號(hào)生成部22生成在αβ坐標(biāo)系的α軸W及β軸上的低頻控制信號(hào)。W下，將 低頻控制信號(hào)稱作"LF控制信號(hào)"。利用由用戶設(shè)定的各種設(shè)定值W及由旋轉(zhuǎn)位置取得部5 取得的旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置等的輸入，生成LF控制信號(hào)。LF控制信號(hào)為控制旋轉(zhuǎn)部12的旋 轉(zhuǎn)的信號(hào)。LF控制信號(hào)的生成基于矢量控制(Field Oriented Con化ol:F0C)、直接轉(zhuǎn)矩控 制(Direct To巧ue Control :DTC)、PID(比例積分微分)控制或六步控制等算法。在圖1中， 將α軸的LF控制信號(hào)表示為Vai，將0軸的LF控制信號(hào)表示為Vei。加法器23a將α軸的HF施加信 號(hào)Vah疊加到α軸的LF控制信號(hào)Vai，并輸出α軸的疊加信號(hào)V。。加法器23b將β軸的HF施加信號(hào) Veh疊加至化軸的LF控制信號(hào)Vei，并輸出β軸的疊加信號(hào)％。
[0024] 電壓生成部24例如包括能夠進(jìn)行兩相/Ξ相變換（αβ-ABC變換）的線性功率放大 器、或者空間矢量PWM(Pulse Width Modulation:脈寬調(diào)制）逆變器等。兩相/Ξ相變換將曰 軸W及β軸的信號(hào)變換為分別與提供給靜止部11的Ξ相電壓對(duì)應(yīng)的A軸、B軸W及C軸的信 號(hào)。也就是說，兩相/Ξ相變換將地坐標(biāo)系的信號(hào)變換為ABC坐標(biāo)系的信號(hào)。電壓生成部24將 分別與A軸、B軸W及C軸對(duì)應(yīng)的；相電壓Va、Vb、V。提供給靜止部ll。HF施加信號(hào)生成部21、LF 控制信號(hào)生成部22W及加法器23a、23b能夠看作是生成提供給馬達(dá)1的電壓指令的電壓指 令生成部。電壓生成部24基于來自電壓指令生成部的電壓指令將電壓提供給馬達(dá)1。
[0025] 電流提取部3包括電流信號(hào)取得單元31、Ξ個(gè)提取器32曰、326、32(：。電流信號(hào)取得 單元31為所謂的電流傳感器，例如包括:具有放大電路的分流器、分流電阻器、或霍爾效應(yīng) 電流變換器等。電流信號(hào)取得單元31取得流向靜止部11的Ξ相電流13、16、1。。提取器3姑至 32c例如包括帶通濾波器(BPF)。提取器32a至32c分別提取Ξ相電流ia、ib、ic的高頻化F)分 量作為A軸、B軸W及巧由的提取電流iah、ibh、ich。
[00%]合成信號(hào)取得部4包括Ξ個(gè)希爾伯特變換器41a、4化、41cW及Ξ個(gè)信號(hào)運(yùn)算單元 42曰、4213、42(3。希爾伯特變換器41日至41(3利用。11?巧;[]1；[16 1111911136 1?6390]136:有限脈沖響 應(yīng))濾波器或者FFT(化St Fourier Transform:快速傅里葉變換）等來實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施方式 中，希爾伯特變換器41a至41c采用FIR濾波器來實(shí)現(xiàn)。信號(hào)運(yùn)算單元4^1至42c分別生成A軸、 B軸W及C軸的合成信號(hào)。合成信號(hào)為后述的用于取得旋轉(zhuǎn)位置的位置感知信號(hào)。將在后面 詳細(xì)敘述合成信號(hào)。在圖1中，將A軸的合成信號(hào)表示為|za|，將B軸的合成信號(hào)表示為|zb|， 將C軸的合成信號(hào)表示為I Z。I。提取器32a至32c、希爾伯特變換器41a至41cW及信號(hào)運(yùn)算單 元42a至42c通過對(duì)Ξ相電流ia、ib、ic進(jìn)行處理，而能夠被看作是生成A軸、B軸W及C軸的合 成信號(hào)的信號(hào)處理單元。
[0027]旋轉(zhuǎn)位置取得部5基于合成信號(hào)，取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置06。旋轉(zhuǎn)位置06用于生 成LF控制信號(hào)生成部22中的LF控制信號(hào)Vai、Vei。也就是說，基于旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行馬達(dá)1的旋 轉(zhuǎn)控制。
[0028] 接下來，參照?qǐng)D2對(duì)在馬達(dá)1的驅(qū)動(dòng)時(shí)控制裝置10的處理進(jìn)行說明。在控制裝置10 中，圖2的處理在馬達(dá)1的驅(qū)動(dòng)中持續(xù)重復(fù)。W下說明中的對(duì)各信號(hào)的處理嚴(yán)格地說表示對(duì) 該信號(hào)在各時(shí)刻的值的處理。
[0029] 在LF控制信號(hào)生成部22中，為了使馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)部12旋轉(zhuǎn)，而生成α軸的LF控制信 號(hào)VaiW及β軸的LF控制信號(hào)％1。在HF施加信號(hào)生成部21中，生成α軸的HF施加信號(hào)VahW及0 軸的HF施加信號(hào)Veh。將角頻率設(shè)為ω，將時(shí)間設(shè)為t，從而α軸的HF施加信號(hào)VahW及β軸的HF 施加信號(hào)Veh用數(shù)式1來表示。
[0030] 【數(shù)式1】
[0031]
[003^ 圖3為示出HF施加信號(hào)Vah、Veh的一個(gè)例子的圖。HF施加信號(hào)Vah、Veh的頻率比LF控制 信號(hào)Val、％l的頻率高。也可預(yù)先測定作為基于HF施加信號(hào)Vah，Veh的響應(yīng)結(jié)果的旋轉(zhuǎn)位置0e， 并通過作成查找表，來取得各時(shí)刻的作為基于HF施加信號(hào)Vah、Veh的響應(yīng)結(jié)果的旋轉(zhuǎn)位置θβ。 α軸的HF施加信號(hào)Vah被疊加到α軸的LF控制信號(hào)Vai，生成α軸的疊加信號(hào)να"β軸的HF施加信 號(hào)％h被疊加到β軸的LF控制信號(hào)％1，生成β軸的疊加信號(hào)Ve。在電壓生成部24中，基于α軸的 疊加信號(hào)VaW及β軸的疊加信號(hào)％生成Ξ相電壓Va、化、Vc。
[003；3] 各電壓Va、Vb、Vc包括由LF控制信號(hào)Vai、Vei引起的驅(qū)動(dòng)電壓和由HF施加信號(hào)Vah、Veh 弓植的測定用電壓。也就是說，在電壓供給部2中，實(shí)質(zhì)上生成多個(gè)電壓￥3、￥6、心該多個(gè)電 壓Va、化、V。是對(duì)用于使旋轉(zhuǎn)部1 2旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓疊加比該驅(qū)動(dòng)電壓的頻率高的規(guī)定的頻率 的測定用電壓而形成的。例如，測定用電壓的頻率在20kHz(千赫下。優(yōu)選測定用電壓的 頻率為500化W上1 k化W下。多個(gè)電壓Va、Vb、V。被提供給馬達(dá)1的靜止部11 (步驟S1)。實(shí)際 上，連續(xù)地進(jìn)行向靜止部11提供多個(gè)電壓￥3、￥6、￥。，且后述的步驟52至54與步驟51同時(shí)進(jìn) 行。
[0034] 在電流信號(hào)取得單元31中取得流向靜止部11的Ξ相電流13、^、1。。在提取器3姑至 32c中提取立相電流ia、ib、ic中的HF施加信號(hào)Vah、Veh的頻率分量作為A軸、B軸W及巧由的提 取電流iah、ibh、ich(步驟S2)。像運(yùn)樣，在電流提取部帥提取流向靜止部11的多個(gè)電流ia、ib、 ic中的測定用電壓的頻率分量作為多個(gè)提取電流iah、ibh、ich。
[003引圖4為示出多個(gè)提取電流iah、ibh、ich的圖。在圖4中，縱軸表示提取電流iah、ibh、ich 的值。橫軸表示旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置。如圖4所示，提取電流iah、ibh、ich的振幅隨旋轉(zhuǎn)部12的 旋轉(zhuǎn)位置變化。也就是說，表示提取電流134、^4、1。4的振幅變化的振幅輪廓為旋轉(zhuǎn)部12的旋 轉(zhuǎn)位置的函數(shù)。將提取電流i ah、i bh、i ch的振幅分布設(shè)為Aa、Ab、Ac，從而提取電流i ah、ibh、i ch用 數(shù)式2表示。另外，在數(shù)式2中，將作為旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置的函數(shù)的振幅分布表示為Aa (0e)、Ab(0e)、Ac(0e)，將作為時(shí)間函數(shù)的提取電流表示為iah(t)、ibh(t)、ich(t)。在后述的數(shù) 式3 W及數(shù)式4中相同。
[0036]【數(shù)式2】
[0037]
[003引并且，提取電流iah、ibh、ich能夠通過數(shù)式3變換成復(fù)解析信號(hào)Za、Zb、Zc。
[0039]【數(shù)式3】
[0045] 數(shù)式3的虛數(shù)部73、76、7。是利用希爾伯特變換被從提取電流1311、：[611、：[。誠取的。希 爾伯特變換使負(fù)頻率分量的相位改變V2"racr，使正頻率分量的相位改變-V2"racr。因 此，通過希爾伯特變換，余弦函數(shù)變?yōu)檎液瘮?shù)。在合成信號(hào)取得部4中，由希爾伯特變換器 41a至41c進(jìn)行提取電流iah、ibh、ich的希爾伯特變換，并取得虛數(shù)部73、76、7。。此時(shí)，希爾伯特 變換器41a至41c為FIR濾波器。虛數(shù)部ya、yb、yc為使提取電流iah、ibh、ich的相位改變V2而得 到的相移電流。數(shù)式3的實(shí)數(shù)部Xa、Xb、Xc為提取電流iah、ibh、ich本身。在圖5中示出了實(shí)數(shù)部 XaW及虛數(shù)部ya相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置的變化。
[0046] 實(shí)數(shù)部Xa、xb、XGW及虛數(shù)部ya、yb、yG被輸入到信號(hào)運(yùn)算單元4姑至42c。實(shí)際上，通 過使作為實(shí)數(shù)部Xa、Xb、Xc的提取電流iah、ibh、ich的相位延遲來補(bǔ)償因希爾伯特變換所產(chǎn)生 的延遲。在信號(hào)運(yùn)算單元42a至42c中，利用數(shù)式4來求取作為復(fù)解析信號(hào)za、zb、zc的絕對(duì)值 的合成信號(hào)|za|、|zb|、|zc|(步驟S3)。
[0047]【數(shù)式4】
[004引
[0049] 也就是說，求取提取電流iah、ibh、ich與使提取電流iah、ibh、ich的相位改變V2而得 到的相移電流的平方和，進(jìn)而取得該平方和的平方根作為合成信號(hào)I Za I、I Zb I、I Z。I。在圖6 中示出了合成信號(hào)I Za I、I Zb I、I Z。I相對(duì)于旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置的變化。
[0050] 在此，從數(shù)式4中的式子的導(dǎo)出可知合成信號(hào)I Za I、I Zb I、I Zc I與提取電流iah、ibh、 ich的振幅輪廓Aa、Ab、Ac相同。也就是說，合成信號(hào)|za|、|zb|、|zc|為表示提取電流iah、ibh、ich 的振幅的變化的信號(hào)。因此，可W認(rèn)定合成信號(hào)I Za I、I Zb I、I Z。I能夠用于計(jì)算具有凸極性的 馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)位置θβ。合成信號(hào)I Za I、I Zb I、I Z。I被輸入到旋轉(zhuǎn)位置取得部5。
[0051 ]圖7為示出由旋轉(zhuǎn)位置取得部5取得的信號(hào)的圖。圖7的最上層表示合成信號(hào)I Za I、 Zb I、I Zc I。圖7的上數(shù)第二層表示后述的zaW及ze，圖7的上數(shù)第Ξ層表示后述的Θ。圖7的最 下層表示旋轉(zhuǎn)位置9e。
[0052] 在旋轉(zhuǎn)位置取得部5中，對(duì)A軸、B軸W及C軸的合成信號(hào)|za|、Izb|、|zc|進(jìn)行Ξ相/ 二相變換(ABC-αβ變換）即克拉克變換。由此，如圖7的上數(shù)第二層所示，取得α軸的合成信號(hào) zaW及β軸的合成信號(hào)ze。接下來，利用α軸的合成信號(hào)ZaW及β軸的合成信號(hào)ze求取反正切 函數(shù)atan2(za，ze)作為角度θ(參照?qǐng)D7的上數(shù)第；層）。也就是說，在αβ坐標(biāo)系中，求取W原 點(diǎn)作為始點(diǎn)、W日軸上的位置為ζα且β軸上的位置為ze的點(diǎn)作為終點(diǎn)的矢量的相對(duì)于β軸的角 度9。并且，角度Θ通過僅被補(bǔ)償規(guī)定的角度來與旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置的0度吻合。
[0053] 在此，如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置從0度旋轉(zhuǎn)到360度的一周中，提取電流 的振幅輪廓呈兩周期變化。因此，取得將在從ο度到720度的范圍內(nèi)被補(bǔ)償?shù)纳鲜鼋嵌瘸齏2 所得的值作為圖7的最下層所示的旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置(步驟S4)。像運(yùn)樣，在旋轉(zhuǎn)位置取 得部5中，基于合成信號(hào)I Za I、I Zb I、I Z。I來推定馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)位置0e。
[0化4] 在馬達(dá)1的驅(qū)動(dòng)中，重復(fù)進(jìn)行上述步驟S1至S4。如已述那樣，在各步驟S1至S4中，嚴(yán) 格處理各時(shí)刻的信號(hào)的值。此時(shí)，在步驟S1中生成Ξ相電壓Va、Vb、Vc時(shí)，基于在前一步驟S4 中取得的旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置θβ的值W及旋轉(zhuǎn)速度等設(shè)定值，生成LF控制信號(hào)Vai、％i的值。 也就是說，基于旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置控制馬達(dá)1的驅(qū)動(dòng)電壓的相位。由此能夠精確地控制 馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)。
[0055] 如上所述，在馬達(dá)1的控制裝置10中，對(duì)用于使旋轉(zhuǎn)部12旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓疊加比驅(qū) 動(dòng)電壓的頻率高的頻率的測定用電壓，且所生成的多個(gè)電壓被提供給靜止部11。提取流向 靜止部11的電流的測定用電壓的頻率分量作為提取電流。通過求取提取電流與使該提取電 流的相位改變V2而得到的相移電流的平方和，來取得與提取電流的振幅相關(guān)的合成信號(hào)。 基于該合成信號(hào)，取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置。由此能夠精確地取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置。并 且，基于旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置來控制馬達(dá)1的驅(qū)動(dòng)電壓的相位。由此能夠精確地使馬達(dá)1旋 轉(zhuǎn)。也就是說，本說明中的具有凸極性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法具有W下的工序a)至工 序d)。工序a)為將對(duì)用于使馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部12旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓疊加比驅(qū)動(dòng)電壓的頻率高的規(guī) 定頻率的測定用電壓而得到的多個(gè)電壓提供給馬達(dá)的靜止部11的工序。工序b)為與工序a) 并行、提取將流向靜止部11的電流的規(guī)定的頻率的分量作為提取電流的工序。工序C)為通 過求取提取電流與使提取電流的相位改變V2而得到的相移電流的平方和來取得與提取電 流的振幅相關(guān)的合成信號(hào)的工序。工序d)為基于合成信號(hào)來取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置的工 序。
[0056] 在控制裝置10中，在固定坐標(biāo)系中進(jìn)行測定用電壓的供給W及針對(duì)于提取電流的 信號(hào)處理。由此，不采用上述的由化innaka，S.提出的方法W及由Cor ley，M.J.等提出方法 中的在靜止坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的復(fù)雜變換等，就能夠W低運(yùn)算負(fù)荷取得旋轉(zhuǎn)位置。
[0057] 并且，在由化innaka，S.提出的方法W及由Corl巧，M.J.等提出的方法中，在低速 時(shí)無法生成感應(yīng)電壓，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向不清楚W及分辨率低的問題。因此，為了高精度地 檢測旋轉(zhuǎn)位置而需要觀測器或化U鎖相環(huán)），從而運(yùn)算負(fù)荷變大。在運(yùn)種觀點(diǎn)中，能夠降低 低速時(shí)的控制裝置10的運(yùn)算負(fù)荷。
[0058] 但是，可考慮對(duì)將提取電流平方后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理而獲得濾波信號(hào)，將 該濾波信號(hào)用于旋轉(zhuǎn)位置的推定。但是，在運(yùn)種情況下，會(huì)在該濾波信號(hào)中產(chǎn)生高次諧波， 會(huì)對(duì)基于該濾波信號(hào)的旋轉(zhuǎn)位置的推定精度產(chǎn)生一定的界限。并且，還可考慮對(duì)表示提取 電流的絕對(duì)值的信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理而得到濾波信號(hào)，將該濾波信號(hào)用于旋轉(zhuǎn)位置的推 定。但是，在運(yùn)種情況下，也會(huì)在該濾波信號(hào)中產(chǎn)生因高次諧波引起的噪聲，會(huì)對(duì)旋轉(zhuǎn)位置 的推定精度產(chǎn)生一定的界限。
[0059] 與運(yùn)些方法相對(duì)，在本說明中，取得提取電流與相移電流的平方和的平方根作為 合成信號(hào)。也就是說，合成信號(hào)為提取電流與相移電流的平方和的平方根。在本說明的控制 裝置10中，不會(huì)在合成信號(hào)中產(chǎn)生高次諧波。由此，能夠更精確地取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位 置。
[0060] 并且，通常由IIR(Infinite Impulse Response:無限脈沖響應(yīng))濾波器進(jìn)行低通 濾波處理。IIR濾波器不穩(wěn)定，不具有線性相位特性。因此，與取得旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的動(dòng)作變得 不穩(wěn)定且復(fù)雜。與此相對(duì)，在控制裝置10中，取得作為解析信號(hào)的范數(shù)的合成信號(hào)，不進(jìn)行 低通濾波處理。并且，在本實(shí)施方式中，由FIR濾波器進(jìn)行取得合成信號(hào)時(shí)的希爾伯特變換。 與IIR濾波器相比，F(xiàn)IR濾波器本質(zhì)上穩(wěn)定且具有線性相位特性。由此能夠容易且穩(wěn)定地實(shí) 現(xiàn)與取得旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的處理。另外，雖然也能夠通過FIR濾波器來實(shí)現(xiàn)低通濾波處理，但 在運(yùn)種情況下，與希爾伯特變換相比，處理變得非常長，運(yùn)算負(fù)荷也增大。
[0061] 在上述第一實(shí)施方式中，從流向靜止部11的Ξ相電流取得A軸、B軸W及C軸的提取 電流作為第一至第Ξ提取電流。然后，在工序C)中取得分別與第一至第Ξ提取電流對(duì)應(yīng)的 合成信號(hào)。不限于第一實(shí)施方式，即使在只提取兩個(gè)提取電流的情況下，也能取得旋轉(zhuǎn)位 置。圖8為示出本發(fā)明的例示性的第二實(shí)施方式所設(shè)及的馬達(dá)1的控制裝置10的結(jié)構(gòu)的圖。 圖8的控制裝置10的與取得C軸的合成信號(hào)|ze|相關(guān)的構(gòu)成要素不同。也就是說，與圖1的控 制裝置10不同的點(diǎn)是：圖8的控制裝置10省略提取器32c、希爾伯特變換器41cW及信號(hào)運(yùn)算 單元42c。其他結(jié)構(gòu)與圖1的控制裝置10相同，且對(duì)相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號(hào)。
[0062] 在圖8的控制裝置10中，與第一實(shí)施方式相同地，電壓￥3、化、￥。被提供給馬達(dá)1的靜 止部11(圖2:步驟S1)。在電流信號(hào)取得單元31中取得流向靜止部11的Ξ相電流ia、ib、ic中 的兩相電流ia、ib。在提取器32a、3化中提取A軸W及B軸的提取電流iah、ibh(步驟S2)。在合成 信號(hào)取得部4中，與第一實(shí)施方式相同地，進(jìn)行對(duì)提取電流iah、ibh的處理。由此，求取兩個(gè)信 道的合成信號(hào)I Za I、I Zb I向旋轉(zhuǎn)位置取得部5輸入(步驟S3)。
[0063] 在旋轉(zhuǎn)位置取得部5中，通過數(shù)式5求取省略了信道的合成信號(hào)|ze|。在數(shù)式5中，C 為常數(shù)且等于合成信號(hào)I Za I或合成信號(hào)I Zb I的直流分量的Ξ倍。
[0064] 【數(shù)式5】
[00化]|zc| =C-|za|-|zb|
[0066] 然后，利用A軸、B軸w及C軸的合成信號(hào)I Za I、I Zb I、I z。I，通過與第一實(shí)施方式相同 的方法來推定旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置(步驟S4)。
[0067] 如上所述，在圖8的控制裝置10中，能夠在省略圖1的控制裝置10中的提取器32c、 希爾伯特變換器41cW及信號(hào)運(yùn)算單元42c的同時(shí)一定程度精確地取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位 置。由此能夠削減控制裝置10的制造成本。
[0068] 圖9為示出本發(fā)明的例示性的第Ξ實(shí)施方式所設(shè)及的馬達(dá)1的控制裝置10的結(jié)構(gòu) 的圖。與圖1的控制裝置10不同點(diǎn)是：圖9的控制裝置10省略了與取得B軸W及巧由的合成信 號(hào)I Zb I、I Z。I相關(guān)的構(gòu)成要素即提取器32b、32c、希爾伯特變換器4化、41c W及信號(hào)運(yùn)算單元 42b、42c。其他結(jié)構(gòu)與圖1的控制裝置10相同，并對(duì)相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的符號(hào)。
[0069] 在圖9的控制裝置10中，與第一實(shí)施方式相同地，電壓￥3、化、￥。被提供給馬達(dá)1的靜 止部11(圖2:步驟S1)。在電流信號(hào)取得單元31中，只取得流向靜止部11的Ξ相電流ia、ib、ic 中的一相電流ia。在提取器32a中，提取A軸的提取電流iah(步驟S2)。在合成信號(hào)取得部4中， 與第一實(shí)施方式相同地，進(jìn)行對(duì)提取電流iah的處理。由此，求取一個(gè)信道的合成信號(hào)|za|向 旋轉(zhuǎn)位置取得部5輸入(步驟S3)。在旋轉(zhuǎn)位置取得部5中，例如通過使用觀測器或化L等追蹤 合成信號(hào)I Za I，來推定旋轉(zhuǎn)位置0e(步驟S4)。
[0070] 如上所述，在圖9的控制裝置10中，實(shí)現(xiàn)了省略圖1的控制裝置10中的提取器32b、 32c、希爾伯特變換器4化、41cW及信號(hào)運(yùn)算單元42b、42c的同時(shí)取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置。
[0071 ]在上述控制裝置10中，能夠進(jìn)行各種變形。
[0072] 例如，可W生成A軸、B軸W及C軸的HF施加信號(hào)疊加到A軸、B軸W及C軸的LF控制信 號(hào)。并且，可W將A軸、B軸W及C軸的提取電流變換為α軸W及β軸的提取電流，并從α軸W及0 軸的提取電流來求取α軸W及β軸的合成信號(hào)。
[0073] 在控制裝置10中，在上述的工序C)中，能夠通過對(duì)提取電流進(jìn)行希爾伯特變換，容 易地取得使提取電流的位相改變V2而得到的相移電流，但可W通過裝置的設(shè)計(jì)來用其他 辦法取得相移電流。
[0074] 在信號(hào)運(yùn)算單元42a至42c中，可W將提取電流與相移電流的平方和也可作為合成 信號(hào)。運(yùn)種情況下，在旋轉(zhuǎn)位置取得部5中，基于表示提取電流的振幅的平方的合成信號(hào)來 取得旋轉(zhuǎn)部12的旋轉(zhuǎn)位置。如上所述，合成信號(hào)不必一定為表示提取電流的振幅本身的信 號(hào)，只要實(shí)質(zhì)上是表示提取電流的振幅的信號(hào)、即與提取電流的振幅相關(guān)的信號(hào)即可。
[0075] 在控制裝置10中，對(duì)馬達(dá)1進(jìn)行了無傳感器位置檢測和控制，但控制裝置10的功能 可W用于W無傳感器速度檢測和控制、W及通過大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行啟動(dòng)等為用途的無傳感器狀態(tài) 下的初始位置檢測。
[0076] 如果馬達(dá)1為具有凸極性的馬達(dá)，則可W是除同步永磁馬達(dá)W外的同步磁阻馬達(dá) 等。
[0077] 上述實(shí)施方式W及各變形例中的結(jié)構(gòu)只要不相互矛盾就可W適當(dāng)?shù)亟M合。
[0078] 【工業(yè)上的可利用性】
[0079] 本發(fā)明能夠應(yīng)用于具有凸極性的各種馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置的推定W及控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法，其特征在于，具有： 工序a)，其為對(duì)用于使具有凸極性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓疊加比所述驅(qū)動(dòng)電 壓的頻率高的規(guī)定的頻率的測定用電壓，并將生成的多個(gè)電壓提供給所述馬達(dá)的靜止部的 工序； 工序b)，其與所述工序a)并行，為提取流向所述靜止部的電流中的所述規(guī)定的頻率的 分量作為提取電流的工序； 工序c)，其為通過求取所述提取電流與使所述提取電流的相位改變31/2而得到的相移 電流的平方和來取得與所述提取電流的振幅相關(guān)的合成信號(hào)的工序；以及 工序d)，其為基于所述合成信號(hào)來取得所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置的工序。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法，其特征在于， 在所述工序c)中，通過對(duì)所述提取電流進(jìn)行希爾伯特變換來取得所述相移電流。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法，其特征在于， 由FIR濾波器進(jìn)行所述希爾伯特變換。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法，其特征在于， 從流向所述靜止部的三相電流取得第一至第三提取電流作為所述提取電流， 在所述工序c)中，取得分別與所述第一至第三提取電流對(duì)應(yīng)的所述合成信號(hào)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置推定方法，其特征在于， 所述合成信號(hào)為所述平方和的平方根。6. -種馬達(dá)的控制裝置，其特征在于，具有： 電壓供給部，其對(duì)用于使具有凸極性的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)部旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電壓疊加比所述驅(qū)動(dòng) 電壓的頻率高的規(guī)定的頻率的測定用電壓，并將生成的多個(gè)電壓提供給所述馬達(dá)的靜止 部； 電流提取部，其提取流向所述靜止部的電流中的所述規(guī)定的頻率的分量作為提取電 流； 合成信號(hào)取得部，其通過求取所述提取電流與使所述提取電流的相位改變Ji/2而得到 的相移電流的平方和來取得與所述提取電流的振幅相關(guān)的合成信號(hào)；以及 旋轉(zhuǎn)位置取得部，其基于所述合成信號(hào)取得所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置， 所述電壓供給部基于所述旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)位置來控制所述驅(qū)動(dòng)電壓的相位。
【文檔編號(hào)】H02P23/14GK106059438SQ201610144661
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年3月14日 公開號(hào)201610144661.0, CN 106059438 A, CN 106059438A, CN 201610144661, CN-A-106059438, CN106059438 A, CN106059438A, CN201610144661, CN201610144661.0
【發(fā)明人】鞠鋒
【申請(qǐng)人】新加坡日本電產(chǎn)有限公司, 日本電產(chǎn)株式會(huì)社