同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】針對(duì)永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)矩控制，提供一種使用逆變器以基于所需最少的開關(guān)次數(shù)的理想正弦波狀電流來驅(qū)動(dòng)，且可從零速度附近的極低速范圍開始驅(qū)動(dòng)的無位置傳感器驅(qū)動(dòng)方式。與逆變器的PWM波形同步地檢測(cè)永磁電動(dòng)機(jī)4的中性點(diǎn)電位。從該中性點(diǎn)電位的變動(dòng)中推算永磁電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子位置。在檢測(cè)中性點(diǎn)電位時(shí)，通過將PWM波形的各相的時(shí)刻錯(cuò)開，來生成三種或四種逆變器輸出電壓不為零矢量的開關(guān)狀態(tài)，對(duì)其中至少兩種開關(guān)狀態(tài)中的中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣，推算三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。
【專利說明】同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，例如風(fēng)扇、泵、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)速度控制、或者輸送機(jī)或工作機(jī)械中定位的裝置，以及如電動(dòng)助力等在控制轉(zhuǎn)矩的用途中利用的同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)、家電、汽車等各種領(lǐng)域中廣泛使用小型、高效率的永磁電動(dòng)機(jī)(三相同步電動(dòng)機(jī))。
[0003]然而，為了驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)需要電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，需要為此而設(shè)的位置傳感器。近年來，廣泛地普及了取消該位置傳感器而進(jìn)行永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)矩控制的無傳感器控制。
[0004]通過無傳感器控制的實(shí)用化，實(shí)現(xiàn)了位置傳感器所需費(fèi)用(傳感器自身的成本、傳感器布線所需的成本等)的削減、裝置的小型化。此外，通過不需要傳感器，具有能在惡劣環(huán)境下使用等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]當(dāng)前，永磁電動(dòng)機(jī)的無傳感器控制采用直接檢測(cè)永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(速度電動(dòng)勢(shì))作為轉(zhuǎn)子的位置信息進(jìn)行永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方法和根據(jù)對(duì)象電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型來推算轉(zhuǎn)子位置的位置推算技術(shù)等。
[0006]這些無傳感器控制中存在較大的問題。其為低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的位置檢測(cè)方法。當(dāng)前實(shí)用化的大多數(shù)無傳感器控制基于永磁電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。因此，在感應(yīng)電壓較小的停止、低速范圍中靈敏度降低，存在位置信息被淹沒在噪聲中的可能性。針對(duì)該問題提出了各種解決方法。
[0007]專利文獻(xiàn)I中記載的發(fā)明是向永磁電動(dòng)機(jī)輸入高頻波，根據(jù)此時(shí)產(chǎn)生的電流檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的方法。對(duì)永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子要求為凸極性，通過由該凸極構(gòu)造引起的電流高次諧波的影響，使位置檢測(cè)變得可能。
[0008]專利文獻(xiàn)2中記載的發(fā)明檢測(cè)作為三相定子繞組的連接點(diǎn)的電位的“中性點(diǎn)電位”來獲得位置信息。雖然需要從定子繞組中性點(diǎn)引線的工作，但與下述專利文獻(xiàn)3相比，即使在對(duì)三相同時(shí)通電的狀態(tài)下也能夠獲得位置信息，因此能夠以正弦波電流理想地驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)。
[0009]專利文獻(xiàn)3中記載的發(fā)明為如下驅(qū)動(dòng)方法:從電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組中選擇兩相來通電，以120度通電方式為基礎(chǔ)，基于非通電相中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(并非隨速度產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，而是電感不平衡導(dǎo)致的電動(dòng)勢(shì))檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。該方式中，由于利用根據(jù)位置產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，即使在完全停止?fàn)顟B(tài)下也能夠獲取位置信息。
[0010]專利文獻(xiàn)4中記載的發(fā)明與專利文獻(xiàn)2中記載的方法同樣地檢測(cè)作為三相定子繞組的連接點(diǎn)的電位的“中性點(diǎn)電位”來獲得位置信息。此時(shí)，通過與逆變器的PWM (脈沖寬度調(diào)制)波同步地檢測(cè)中性點(diǎn)電位，與專利文獻(xiàn)3同樣地能夠檢測(cè)出電感不平衡導(dǎo)致的電動(dòng)勢(shì)，作為結(jié)果能夠獲得轉(zhuǎn)子的位置信息。專利文獻(xiàn)4的方法中能夠使驅(qū)動(dòng)波形為理想的正弦波電流。
[0011]已有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1:日本特開平7-245981號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)2:日本特開2000-232797號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)3:日本特開2009-189176號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)3:日本特開2010-74898號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0018]但在專利文獻(xiàn)I記載的發(fā)明中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造需要為凸極性。無凸極性、凸極性少的電動(dòng)機(jī)中位置檢測(cè)靈敏度較低，位置推算變得困難。此外，為了高靈敏度地進(jìn)行檢測(cè)，需要增加輸入的高頻波成分，或者降低頻率。其結(jié)果是成為旋轉(zhuǎn)脈動(dòng)或振動(dòng)、噪聲的原因，大幅地增加電動(dòng)機(jī)的諧波損耗。
[0019]在專利文獻(xiàn)2記載的發(fā)明中，利用中性點(diǎn)電位產(chǎn)生的三次諧波電壓。因此轉(zhuǎn)子構(gòu)造不需要為凸極性，能夠使驅(qū)動(dòng)電路正弦波化。但由于該三次諧波的感應(yīng)電壓本身為隨永磁電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的速度電動(dòng)勢(shì)，因此無法獲得低速度范圍中的位置信息，無法進(jìn)行零速度附近的驅(qū)動(dòng)。
[0020]專利文獻(xiàn)3的發(fā)明為觀測(cè)三相繞組的非通電相中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的方式，能夠從停止?fàn)顟B(tài)開始驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，但存在驅(qū)動(dòng)電流波形為120度通電(方波)的問題。本來，以正弦波狀的電流驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)對(duì)于旋轉(zhuǎn)不勻的抑制和抑制諧波損耗更為有利，但在專利文獻(xiàn)3的發(fā)明中不可能進(jìn)行正弦波驅(qū)動(dòng)。
[0021]專利文獻(xiàn)4記載的發(fā)明與專利文獻(xiàn)2中記載的方法同樣地檢測(cè)作為三相定子繞組的連接點(diǎn)的電位的“中性點(diǎn)電位”來獲得位置信息。通過與從逆變器施加到電動(dòng)機(jī)的脈沖電壓同步地檢測(cè)該中性點(diǎn)電位，能夠獲得依賴于轉(zhuǎn)子位置的電位變化。專利文獻(xiàn)4中，通過由通常的正弦波調(diào)制所得到的PWM (脈沖寬度調(diào)制)作為施加到電動(dòng)機(jī)的電壓，也能夠獲得位置信息。
[0022]本發(fā)明由于具有與專利文獻(xiàn)4記載的發(fā)明相關(guān)的部分，故對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。
[0023]圖27表示專利文獻(xiàn)4記載的PWM波形和此時(shí)的中性點(diǎn)電位波形。將三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*與三角波載波比較，產(chǎn)生PWM脈沖波形PVu、PVv、PVw。三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*雖然為正弦波狀的波形，但在低速驅(qū)動(dòng)時(shí)與三角波載波相比可看作足夠低的頻率，因此如圖27所示在某個(gè)瞬間實(shí)質(zhì)上可看作直流。PWM脈沖波形PVu、PVv、PVw在各自不同的時(shí)刻重復(fù)接通/斷開。該圖(c)的電壓矢量賦以V (0，0，1)的名稱，這些下標(biāo)(0，0，1)分別表示U、V、W相的開關(guān)狀態(tài)。即，V (0，0，l)表示U相中PVu=0，V相中PVv=0，W相中PVw=l。在此，V (0，0，0)以及V (1，1，I)是對(duì)電動(dòng)機(jī)施加的電壓為零的零矢量。
[0024]如這些波形所示，通常的PWM波在第一零矢量V (0，0，0)和第二零矢量V (1,1,I)之間產(chǎn)生兩種電壓矢量 V (0，0，1)和 V (1,0, l)o SPdfV (0,0,0) - V (0,0,1) ^ V(1,0,1) ^ V (1,1,1) ^ V (1,0,1) ^ V (0,0,1) ^ V (0，0，0)作為一個(gè)周期來重復(fù)。對(duì)于在該零矢量之間使用的電壓矢量，在三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*的大小關(guān)系不變的期間中，使用同樣的電壓矢量。
[0025]在施加這些電壓矢量之外的電壓時(shí)，在中性點(diǎn)電位中產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子位置相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。專利文獻(xiàn)4中記載了利用其推算轉(zhuǎn)子位置的方法。
[0026]但如果使用該方法進(jìn)行極低速時(shí)的中性點(diǎn)電位檢測(cè)，有較多的實(shí)用上的問題。例如，在停止?fàn)顟B(tài)下的施加電壓只能施加由電動(dòng)機(jī)的繞組電阻產(chǎn)生的電壓效果的大小，因此成為極微小的脈沖寬度的電壓。在PWM波形的情況下，由于伴隨逆變器的開關(guān)必然產(chǎn)生減幅振蕩(ringing)(開關(guān)后的數(shù)IOOkHz?數(shù)MHz的振動(dòng))，實(shí)際的中性點(diǎn)電位為圖27 Cf)的波形。由于微小的脈沖寬度中存在該減幅振蕩導(dǎo)致的振動(dòng)，作為中性點(diǎn)電位無法檢測(cè)到為獲得位置信息所需的值。為了防止這點(diǎn)，只能對(duì)脈沖寬度的最小值加以限制，其結(jié)果是極低速的驅(qū)動(dòng)變得困難。此外，作為專利文獻(xiàn)4記載的位置推算算法的問題，基本上必須依賴于表格數(shù)據(jù)。
[0027]此外，在專利文獻(xiàn)4中，作為提高位置推算靈敏度的方式，同時(shí)公開了在施加零矢量的期間強(qiáng)制地施加位置推算用的電壓脈沖的方式。雖然是與通常的PWM不同的方式，但通過該方式能夠高靈敏度地進(jìn)行位置推算。但由于與通常的PWM為完全不同的開關(guān)模式，因此產(chǎn)生了各種弊端。首先，由于增加了 PWM的開關(guān)次數(shù)，增加了逆變器的開關(guān)損耗。對(duì)于以高效率為優(yōu)點(diǎn)的永磁電動(dòng)機(jī)，增加了逆變器的損失，成為一大缺點(diǎn)。其次，由于需要特殊的PWM，無法使用通用微機(jī)中具備的PWM功能，因此需要專用的控制器。因此成為成本上升和裝置大型化的原因。
[0028]本發(fā)明的目的在于，提供從零速度附近的極低速范圍開始能夠通過正弦波狀的電流驅(qū)動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0029]本發(fā)明的其它目的在于，提供不增加開關(guān)次數(shù)也能夠高效率地驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)的同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0030]用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0031 ] 本發(fā)明的一種方式中，為一種從脈沖寬度調(diào)制逆變器向三相同步電動(dòng)機(jī)供電，并基于同步電動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)電位推算轉(zhuǎn)子位置來控制所述逆變器的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:在上述逆變器的脈沖寬度調(diào)制的一個(gè)周期的期間中，通過使各項(xiàng)的開關(guān)時(shí)刻錯(cuò)開，產(chǎn)生三種或四種逆變器輸出電壓不為零矢量的開關(guān)狀態(tài)，對(duì)其中至少兩種開關(guān)狀態(tài)下的上述中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣，來推算上述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。
[0032]本發(fā)明的另一種方式中，特征在于:作為上述逆變器的脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作，使一相或者兩相的輸出電壓脈沖在時(shí)間上移位，使得各相的開關(guān)狀態(tài)從正切換到負(fù)或者從負(fù)切換到正的時(shí)刻在各相間不接近至規(guī)定時(shí)間寬度以內(nèi)。
[0033]發(fā)明的效果
[0034]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的三相同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)從零速度附近的極低速度范圍開始的、基于正弦波狀的電流的無傳感器驅(qū)動(dòng)。
[0035]此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的三相同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠提供不增加開關(guān)次數(shù)也能夠高效率地驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)的同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0036]本發(fā)明其它目的和特征可通過下述實(shí)施例明了。
【專利附圖】

【附圖說明】[0037]圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0038]圖2是表示逆變器輸出電壓的開關(guān)狀態(tài)的矢量圖。
[0039]圖3是表示施加了電壓矢量V后的狀態(tài)的永磁電動(dòng)機(jī)與假想中性點(diǎn)電路的關(guān)系的示意圖。
[0040]圖4是表示第一實(shí)施方式中使用三角波載波的實(shí)際的脈沖寬度調(diào)制的情況和此時(shí)的電壓矢量以及中性點(diǎn)電位的變化的情況的圖。
[0041]圖5是電壓矢量和此時(shí)檢測(cè)到的中性點(diǎn)電位的名稱。
[0042]圖6是表示第二實(shí)施方式中使用三角波載波的實(shí)際的脈沖寬度調(diào)制的情況和此時(shí)的電壓矢量以及中性點(diǎn)電位的變化的情況的圖。
[0043]圖7是表示第三實(shí)施方式中使用三角波載波的實(shí)際的脈沖寬度調(diào)制的情況和此時(shí)的電壓矢量以及中性點(diǎn)電位的變化的情況的圖。
[0044]圖8是表示第四實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0045]圖9是表示第四實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0046]圖10是表示第四實(shí)施方式中使用三角波載波的實(shí)際的脈沖寬度調(diào)制的情況和此時(shí)的電壓矢量以及中性點(diǎn)電位的變化的情況的圖。
[0047]圖11是表示第五實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置推算器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0048]圖12是表示第五實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置推算器的另一結(jié)構(gòu)的框圖。
[0049]圖13是表示第五實(shí)施方式的中性點(diǎn)電位檢測(cè)值VnA、VnB、VnC、VnD、VnE、VnF相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置Gd的變化的圖。
[0050]圖14是表示通過改變第五實(shí)施方式中的一部分中性點(diǎn)電位檢測(cè)值的符號(hào)來看作三相交流的圖。
[0051]圖15是表示進(jìn)行第五實(shí)施方式的位置推算后的結(jié)果的圖。
[0052]圖16是表示第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0053]圖17是表示通過第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行位置推算后的結(jié)果的圖。
[0054]圖18是表示第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0055]圖19是表示第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模擬檢測(cè)部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0056]圖20是示意性地表示交替地進(jìn)行第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電流檢測(cè)和中性點(diǎn)電位檢測(cè)的情況的圖。
[0057]圖21是表示第八實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0058]圖22是表示第九實(shí)施方式的一體型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0059]圖23是表示第十實(shí)施方式的油壓泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0060]圖24是表示在第十實(shí)施方式的油壓泵系統(tǒng)中除去安全閥后的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0061]圖25是表示第十一實(shí)施方式的空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0062]圖26是表示第十二實(shí)施方式的定位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0063]圖27是表示以往使用三角波載波的實(shí)際的脈沖寬度調(diào)制的情況和此時(shí)的電壓矢量以及中性點(diǎn)電位的變化的情況的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]以下利用【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。[0065](第一實(shí)施方式)
[0066]圖1是表不本發(fā)明第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0067]該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以永磁電動(dòng)機(jī)(三相同步電動(dòng)機(jī))4的驅(qū)動(dòng)為目的。大致上，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含Iq*發(fā)生器1、控制器2、逆變器3和作為驅(qū)動(dòng)對(duì)象的永磁電動(dòng)機(jī)4而構(gòu)成，其中，逆變器3包含逆變器主電路32和單電流(one-shunt)檢測(cè)器35。
[0068]Iq*發(fā)生器I是產(chǎn)生與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的電流指令I(lǐng)q*的電路。該Iq*發(fā)生器I是位于控制器2的上級(jí)的控制器。通常構(gòu)成為:為了使永磁電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)數(shù)為規(guī)定速度，而一邊觀測(cè)實(shí)際速度ω I 一邊產(chǎn)生必要的電流指令I(lǐng)q*。作為Iq*發(fā)生器I的輸出的電流指令I(lǐng)q*被輸出到控制器2中的運(yùn)算器6b中。
[0069]控制器2以使永磁電動(dòng)機(jī)4產(chǎn)生與電流指令I(lǐng)q*相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩的方式動(dòng)作。該控制器2由Id*發(fā)生器(d軸電流指令發(fā)生器)5、減法器6a、減法器6b、d軸電流控制器(IdACR)7、q軸電流控制器(IqACR) 8、dq逆轉(zhuǎn)換器9、PWM發(fā)生器10、電流再現(xiàn)器ll、dq轉(zhuǎn)換器12、中性點(diǎn)電位放大器13、采樣/保持電路14a、14b、位置推算器15、速度運(yùn)算器16、脈沖移位器17構(gòu)成。
[0070]逆變器3除了上述的逆變器主電路32和單電流檢測(cè)器35之外，還包含直流電源31、輸出前置驅(qū)動(dòng)器33、假想中性點(diǎn)電路34。
[0071]Id*發(fā)生器5產(chǎn)生與永磁電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流相當(dāng)?shù)膁軸電流的電流指令I(lǐng)d*。該電流指令I(lǐng)d*向減法器6a輸出。
[0072]減法器6a為求出作為Id*發(fā)生器5的輸出的電流指令I(lǐng)d*與從逆變器主電路部32的輸出導(dǎo)出并再現(xiàn)的dq轉(zhuǎn)換器12的輸出Id的偏差的減法器。另一方面，減法器6b為求出作為Iq*發(fā)生器I的輸出的電流指令I(lǐng)q*與從逆變器主電路部32的輸出導(dǎo)出并再現(xiàn)的dq轉(zhuǎn)換器12的輸出Iq的偏差的減法器。d軸電路控制器(IdACR) 7計(jì)算dq坐標(biāo)軸上的電壓指令Vd*使得減法器6a的電流偏差為零。另一方面，q軸電路控制器(IqACR) 8計(jì)算dq坐標(biāo)軸上的電壓指令Vq*使得減法器6b的電流偏差為零。作為d軸電壓控制器7的輸出的電壓指令Vd*和q軸電流控制器8的輸出被輸出到dq逆轉(zhuǎn)換器9。
[0073]dq逆轉(zhuǎn)換器9為將dq坐標(biāo)(磁通軸一磁通軸正交軸)系的電壓指令Vd*、Vq*轉(zhuǎn)換到三相交流坐標(biāo)系上的電路。dq逆轉(zhuǎn)換器9基于輸入的電壓指令Vd*、Vq*和位置推算器15的輸出Θ dc，轉(zhuǎn)換到三相交流坐標(biāo)系的控制信號(hào)Vu*、Vv*、Vw*。dq逆轉(zhuǎn)換器9向PWM發(fā)生器10輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0074]PWM發(fā)生器10輸出作為逆變器主電路32的開關(guān)動(dòng)作的基準(zhǔn)的PWM (Pulse WidthModulation，脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)。PWM發(fā)生器10中，基于三相交流電壓指令Vu*、Vv*、Vw*，產(chǎn)生作為PWM波形的PVu、PVv, PVw。并且，其輸出通過作為本實(shí)施例的特征部分的脈沖移位器17輸入到輸出前置驅(qū)動(dòng)器33和采樣/保持電路14a、14b。
[0075]電流再現(xiàn)器11為接收作為從逆變器主電路部32向單電流檢測(cè)器35的輸出的IO信號(hào)并再現(xiàn)U相、V相、W相的各電流的電路。再現(xiàn)的各相電流(Iuc、Ivc、Iwc)向dq轉(zhuǎn)換器12輸出。
[0076]dq轉(zhuǎn)換器12將作為電動(dòng)機(jī)的相電流的再現(xiàn)值的Iuc、Ivc、Iwc轉(zhuǎn)換成作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的dq坐標(biāo)上的Id、Iq。該轉(zhuǎn)換后的Id和Iq在減法器6a、6b中用于與電流指令I(lǐng)d*和電流指令I(lǐng)q*的偏差計(jì)算。[0077]中性點(diǎn)電位放大器13檢測(cè)作為假想中性點(diǎn)電路34的輸出的假想中性點(diǎn)電位Vnc與永磁電動(dòng)機(jī)4的三相繞組連接點(diǎn)電位Vn之差(以下稱為中性點(diǎn)電位VnO)并放大的電路。該中性點(diǎn)電位放大電路13的放大結(jié)果被輸入到采樣/保持電路14b中。
[0078]采樣/保持電路14b為用于對(duì)中性點(diǎn)電位放大器13的模擬信號(hào)輸出進(jìn)行采樣(量化)的A-D轉(zhuǎn)換器。采樣/保持電路14b與作為PWM發(fā)生器10的輸出的PWM脈沖同步地采樣該VnO。采樣/保持電路14b將該采樣的結(jié)果(VnOh)作為數(shù)字信號(hào)向位置推算器15輸出。
[0079]位置推算器15基于由采樣/保持電路14b采樣的中性點(diǎn)電位，計(jì)算永磁電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子位置(相位角)Gd的推算值0dc。該推算結(jié)果向速度運(yùn)算器16、dq轉(zhuǎn)換器12和dq逆轉(zhuǎn)換器9輸出。
[0080]速度運(yùn)算器16為根據(jù)轉(zhuǎn)子位置的推算值Θ dc計(jì)算永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的電路。該推算的轉(zhuǎn)速ω I向Iq*發(fā)生器I輸出，用于與磁通軸正交的的軸的電流控制。
[0081]直流電源31為向逆變器3提供電流的直流電源。
[0082]逆變器主電路部32為由6個(gè)開關(guān)元件Sup?Swn構(gòu)成的逆變器電路。
[0083]輸出前置驅(qū)動(dòng)器33為直接驅(qū)動(dòng)逆變器主電路部32的驅(qū)動(dòng)器。
[0084]假想中性點(diǎn)電路34為對(duì)逆變器主電路部32的輸出電壓輸出假想中性點(diǎn)電位的電路。
[0085]單電流檢測(cè)器35為檢測(cè)向逆變器主電路部32供給的電流IO的電流檢測(cè)器。
[0086]接著,針對(duì)該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0087]本發(fā)明以矢量控制技術(shù)為基礎(chǔ)，矢量控制技術(shù)作為將交流電機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩線性化的方法廣為人知。
[0088]矢量控制技術(shù)的原理是在以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置為基準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸(dq坐標(biāo)軸)上獨(dú)立地控制產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流Iq和產(chǎn)生磁通的電流Id的方法。圖1中的d軸電流控制器
7、q軸電流控制器8、dq逆轉(zhuǎn)換器9、dq轉(zhuǎn)換器12等是用以實(shí)現(xiàn)該矢量控制技術(shù)的主要部分。
[0089]在圖1的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，在Iq*發(fā)生器I中計(jì)算與轉(zhuǎn)矩電流相應(yīng)的電流指令I(lǐng)q*，進(jìn)行電流控制使得電流指令I(lǐng)q*與PM電動(dòng)機(jī)4的實(shí)際轉(zhuǎn)矩電流Iq —致。
[0090]如果在非凸極型的永磁電動(dòng)機(jī)中，電流指令I(lǐng)d*通常賦以“零”。另一方面，在凸極構(gòu)造的永磁電動(dòng)機(jī)或弱磁控制中也存在賦以負(fù)指令作為電流指令I(lǐng)d*的情況。
[0091 ] 此外，永磁電動(dòng)機(jī)的電流檢測(cè)優(yōu)選直接檢測(cè)從逆變器提供到永磁電動(dòng)機(jī)的相電流，但在小型的永磁電動(dòng)機(jī)的電流檢測(cè)中采用檢測(cè)直流電流并在控制器內(nèi)部計(jì)算再現(xiàn)相電流的方法的情況較多。此處的從直流電流IO計(jì)算再現(xiàn)相電流的方法為已知的技術(shù)，而且并非本發(fā)明的主要部分，故省略。
[0092]接著，針對(duì)作為本發(fā)明的特征部分的中性點(diǎn)電位放大器13、采樣/保持電路14b、位置推算器15、脈沖移位器17的動(dòng)作原理進(jìn)行說明。
[0093]永磁電動(dòng)機(jī)4的中性點(diǎn)電位VnO在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的影響下其電位發(fā)生變化。本發(fā)明的基礎(chǔ)原理為應(yīng)用該原理從中性點(diǎn)電位的變化逆推算轉(zhuǎn)子位置。
[0094]首先針對(duì)中性點(diǎn)電位變化的原理進(jìn)行說明。
[0095]逆變器3各相的輸出電位由逆變器主電路32的上側(cè)開關(guān)(Sup、Svp, Swp)或者下側(cè)開關(guān)(Sun、SVn、Swn)的接通/斷開狀態(tài)決定。這些開關(guān)必然為每相中上側(cè)或下側(cè)的其中之一方為接通而另一方為斷開的狀態(tài)。因此，逆變器3的輸出電壓共有8種開關(guān)模式。
[0096]圖2 (a)為表示逆變器輸出電壓的開關(guān)狀態(tài)的矢量圖。該圖(b)為表示轉(zhuǎn)子位置(相位)Θ d與電壓矢量的關(guān)系的矢量圖。
[0097]各矢量給予類似V (1，0，0)的名稱。這些矢量標(biāo)記的記載意為將上側(cè)開關(guān)為接通的狀態(tài)表現(xiàn)為“ I ”，將下側(cè)開關(guān)為接通的狀態(tài)表現(xiàn)為“O”。此外，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字串以“U相、V相、W相”的順序表示開關(guān)狀態(tài)。逆變器輸出電壓表現(xiàn)為包含2個(gè)零矢量的8個(gè)矢量。通過它們的組合向永磁電動(dòng)機(jī)4提供正弦波狀的電流。
[0098]以永磁電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子位置的基準(zhǔn)為U相方向，如圖2 (b)定義轉(zhuǎn)子位置(相位)Θ do作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的dq坐標(biāo)軸中，d軸方向與磁鐵Φι?的方向一致,逆時(shí)針地旋轉(zhuǎn)。
[0099]在Θ d = O度附近，感應(yīng)電壓Em為如圖2 (b)所示的q軸方向。在該條件下，主要使用電壓矢量V (1，0，1)和V (0，0，I)來驅(qū)動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)4。
[0100]圖3 (a)中表示施加了電壓矢量V (1，0，I)后的狀態(tài)的永磁電動(dòng)機(jī)4與假想中性點(diǎn)電路34的關(guān)系的示意圖。該圖(b)表示施加了電壓矢量V (0，0，I)后的狀態(tài)的永磁電動(dòng)機(jī)4與假想中性點(diǎn)電路34的關(guān)系的示意圖。
[0101]中性點(diǎn)電位VnO可通過下式計(jì)算。
[0102]如圖3 (a)所示施加電壓矢量V (1，0，1)時(shí)，
[0103]VnO= {Lv/(Lu//Lw+Lv) - (2/3)} XVDC......(I)
[0104]此外，如圖3 (b)所示施加電壓矢量V (0，0，1)時(shí)，
[0105]VnO= {(Lu//Lv) / (Lu//Lv+Lw) - (1/3)} XVDC......(2)
[0106]在此，Lu//Lv等標(biāo)記表示電感Lu與Lv的并聯(lián)電路的總電感值，具體來說為(Lu.Lv) / (Lu + Lv)等。
[0107]在以上各式中，如果三相各自的繞組電感(Lu、Lv、Lw)都相等，則中性點(diǎn)電位只有“零”。但由于實(shí)際的永磁電動(dòng)機(jī)的受轉(zhuǎn)子的永磁鐵磁通的影響，電感中產(chǎn)生相當(dāng)多的偏差。由于該電感的偏差，中性點(diǎn)電位發(fā)生變動(dòng)。
[0108]圖4是表示本實(shí)施方式中使用三角波載波的實(shí)際的脈沖寬度調(diào)制的情況和此時(shí)的電壓矢量以及中性點(diǎn)電位的變化的情況的圖。在此，三角波載波為用于將三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*的“大小”轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的基準(zhǔn)信號(hào)，通過比較該三角波載波與三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*的大小關(guān)系，可生成PWM脈沖。在圖4中可見在各電壓指令Vu*、Vv*、Vw*與三角波載波的大小關(guān)系發(fā)生變化的點(diǎn)上該圖(a)的PWM脈沖的上升/下降變化的情況。
[0109]在專利文獻(xiàn)4中，根據(jù)圖4 Ca)的波形檢測(cè)中性點(diǎn)電位VnO。此時(shí)產(chǎn)生如圖27所示的檢測(cè)誤差的問題，對(duì)此已經(jīng)加以說明。
[0110]在本實(shí)施例中，為了解決該問題，導(dǎo)入脈沖移位器17，對(duì)PWM脈沖PVu、PVv、PVw加以修正。具體來說，在各相中配備計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器，通過獨(dú)立地延遲各相的PWM波形，可實(shí)現(xiàn)脈沖移位。進(jìn)行脈沖移位后的波形分別作為PVul、PVvl、PVwl在圖4 (b)中表示。
[0111]可知通過PWM脈沖的移位，電壓矢量V (1，0，I)和V (0，0，I)的輸出期間增加。對(duì)于這些移位量的設(shè)定，對(duì)各電壓矢量(在此為V (1，0，1)和V (0，0，I))的輸出期間設(shè)置最小限制值，不超過該最小值即可。作為該最小限制值，如果如圖4 (e)所示設(shè)定為中性點(diǎn)電壓的減幅振蕩充分收斂的時(shí)間寬度，就能夠進(jìn)行沒有檢測(cè)誤差的中性點(diǎn)電位的采樣。[0112]此外，從圖4(c)的電壓矢量中可清楚地看出，輸出了之前未使用的電壓矢量V(0，I，O )和V( I，I，O )。雖然最少施加兩種電壓矢量即可進(jìn)行轉(zhuǎn)子的位置推算，但通過增加施加的電壓矢量的種類，能夠增加中性點(diǎn)電位的觀測(cè)值，因此使更高精度的位置檢測(cè)變得可能。此外，對(duì)這些新的電壓矢量也可以設(shè)置最小限制值來確保輸出期間。
[0113]這樣，作為逆變器的脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作，使兩相的輸出電壓脈沖在時(shí)間上移位，使得各相的開關(guān)狀態(tài)從正切換到負(fù)或者從負(fù)切換到正的時(shí)刻在各相間不接近至固定的時(shí)間寬度(最小限制值)以內(nèi)。此外，參考圖6如下所述，也可僅使一相的輸出電壓脈沖在時(shí)間上移位。這些脈沖移位的方法中，不改變各相的輸出電壓脈沖寬度地在時(shí)間上移位。
[0114]作為脈沖移位的結(jié)果，從第一零矢量V (0，0，0)經(jīng)過第二零矢量V (1，1，1)再次返回第一零矢量之間，輸出了四種電壓脈沖，其動(dòng)作與圖27所示的專利文獻(xiàn)4的方式有較大差異。
[0115]此外，當(dāng)觀測(cè)各相的開關(guān)動(dòng)作時(shí)，可知:三相各自的脈沖依次從接通轉(zhuǎn)移到斷開后，再次從斷開變化到接通狀態(tài)，但該變化的順序在進(jìn)行脈沖移位的前后不同。即，圖4(a)所示的PWM波形中，
[0116]如PVv斷開一PVu斷開一PVw斷開一PVw接通一PVu接通一PVv接通所示,按照與斷開的順序相反的順序來接通。相對(duì)地，進(jìn)行了脈沖移位后的波形中，
[0117]如PVv斷開一PVu斷開一PVw斷開一PVv接通一PVu接通一PVw接通所示的按照斷開的順序來接通的特征。通過脈沖移位產(chǎn)生這樣的脈沖序列，能夠?qū)㈦妷菏噶康臄?shù)目增加到四種。
[0118]圖5中定義了零以外的六種電壓矢量、此時(shí)觀測(cè)到的中性點(diǎn)電位的名稱。如圖4所示進(jìn)行了脈沖移位后，中性點(diǎn)電位中能夠可靠地檢測(cè)出VnB和VnC，通過進(jìn)一步地增加脈沖移位量，VnE和VnF的值也能夠觀測(cè)。
[0119]總結(jié)基于該脈沖移位的效果如下所述。
[0120]第一，由于可檢測(cè)中性點(diǎn)電位的電壓矢量V (1，0，1)和V (0，0，1)的輸出期間變長，能夠如圖4 (e)所示避開減幅振蕩進(jìn)行無誤差的檢測(cè)。第二，作為電壓矢量施加了新的種類的矢量V (0，1，0)和V (1，1，0)，通過檢測(cè)此時(shí)的中性點(diǎn)電位，能夠以更高的精度推算轉(zhuǎn)子位置信息。第三，通過脈沖移位，各相電壓的平均電壓不發(fā)生變化，并且不增加開關(guān)次數(shù)，因此不會(huì)產(chǎn)生對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制性能的影響或增加逆變器的開關(guān)損耗。
[0121]因此，使用基于本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)以往難以實(shí)現(xiàn)的極低速度下的無位置傳感器驅(qū)動(dòng)。
[0122](第二實(shí)施方式)
[0123]接著針對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0124]第一實(shí)施方式中，為了檢測(cè)VnO，通過導(dǎo)入脈沖移位器17并使PWM脈沖波移位，來延長零矢量以外的電壓矢量的輸出期間，并且能夠新輸出原PWM波形中不包含的兩種矢量，由此提高位置推算精度。
[0125]在第一實(shí)施方式的例子中，在原來的電壓矢量V (0,0,1)> V (1，0，1)的基礎(chǔ)上新施加了 V (I, I,O),V (0，1，0)。此處，從圖 2 (a)可知 V (0，0，1)與 V (1，1，0)以及 V (I,0，1)與V (0，1，0)分別為相反方向的矢量。不僅像這樣增加相反方向的矢量，如果還增加如V (1，0，O)等脈沖移位前的PWM中不包含的方向的電壓矢量，產(chǎn)生探索轉(zhuǎn)子位置的效果，能夠進(jìn)一步地提高轉(zhuǎn)子位置信息的精度。例如在專利文獻(xiàn)4中公開了通過強(qiáng)制的開關(guān)動(dòng)作來施加這樣的電壓矢量的方法。通過本實(shí)施方式可在不改變開關(guān)次數(shù)下進(jìn)行這樣的電壓矢量的施加。
[0126]圖6中表示在原來的電壓矢量V (0，0，1)、V (1，0，I)的基礎(chǔ)上新施加了 V (1,0,O)后的脈沖移位的結(jié)果。與第一實(shí)施方式不同的是，僅為一相的脈沖移位，該移位量不同。所需的移位量也根據(jù)原來的PWM波形的條件(占空比)而改變。
[0127]如上所述，在不改變控制結(jié)構(gòu)下，通過調(diào)整脈沖移位量，能夠改變施加給電動(dòng)機(jī)的電壓脈沖的種類，能夠進(jìn)行更高精度的位置推算。
[0128](第三實(shí)施方式)
[0129]接著針對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式利用圖7進(jìn)行說明。
[0130]第一、第二實(shí)施方式中展示了通過導(dǎo)入脈沖移位器17可將施加到電動(dòng)機(jī)的電壓矢量從兩種增加到三種或四種。這些實(shí)施方式中，所有三相的開關(guān)都是以與三角波載波相同的頻率下進(jìn)行開關(guān)。相對(duì)地，在第三實(shí)施方式中，針對(duì)三相的開關(guān)頻率不同的情況(兩相開關(guān))的例子進(jìn)行說明。
[0131]圖7 (a)中表示利用三角波載波的兩相開關(guān)方式。可知與圖4不同，三相電壓指令Vu*、Vv*, Vw*接近三角波載波的上波峰。在該例子中，三相電壓指令中最大值的Vw*與三角波載波的上波峰值一致。這樣通過對(duì)所有的電壓指令設(shè)置相同的偏置值，能夠在不改變線間電壓的關(guān)系下，減少一個(gè)相(在該條件下為W相)的開關(guān)次數(shù)。在圖7的條件中，W相完全不進(jìn)行開關(guān)，持續(xù)上側(cè)的開關(guān)(圖1的Swp)為接通的狀態(tài)。停止哪個(gè)相的開關(guān)由三相電壓指令的大小關(guān)系決定，結(jié)果上與圖4的PWM方式相比，開關(guān)次數(shù)變成1/3，能夠降低逆變器的開關(guān)損耗。
[0132]兩相開關(guān)的特征為重復(fù)使用相同的矢量作為零矢量。圖7中,在第二零矢量V( I,1，I)之間輸出V (1，0，1)、V (0，0，1)，通過進(jìn)一步地進(jìn)行脈沖移位，從該圖(e)的的電壓矢量中清楚地看到可輸出新的電壓矢量V(0，1，I)。其結(jié)果是，可檢測(cè)的中性點(diǎn)電位能夠在脈沖移位前的VnB、VnC的基礎(chǔ)上增加VnD，增多到三種。
[0133]這樣，通過本實(shí)施方式，能夠在逆變器損耗較少的兩相開關(guān)中增加電壓矢量的種類，因此能夠發(fā)揮探索轉(zhuǎn)子位置的效果，實(shí)現(xiàn)高效率系統(tǒng)中的位置推算精度的提高。
[0134](第四實(shí)施方式)
[0135]接著針對(duì)本發(fā)明的第四實(shí)施方式利用圖8?10進(jìn)行說明。
[0136]實(shí)施方式I?3中都通過脈沖移位器17偏移PWM脈沖波形的相位，延遲零以外的電壓矢量的期間，或者增加電壓矢量的種類。
[0137]脈沖移位可如上所述通過計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器等硬件邏輯簡單地實(shí)現(xiàn)，但通過修正三相電壓指令也能夠?qū)崿F(xiàn)與其相同的效果。在本實(shí)施方式中針對(duì)該方式進(jìn)行說明。
[0138]圖8表示控制器2B的結(jié)構(gòu)圖。在圖中，部件編號(hào)5?16為與實(shí)施例1中的控制器2 (圖1)的部件為相同的部件。與圖1不同的點(diǎn)是刪除了脈沖移位器17而替代地增加了電壓補(bǔ)償器18的點(diǎn)。
[0139]在該電壓補(bǔ)償器18中，對(duì)三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*進(jìn)行補(bǔ)償動(dòng)作，生成新的電壓指令Vu**、Vv林、Vw**，在PWM發(fā)生器10中基于這些值進(jìn)行PWM動(dòng)作。
[0140]電壓補(bǔ)償器18的結(jié)構(gòu)如圖9所示。如圖所示，電壓補(bǔ)償器18由加法器6c?6e、補(bǔ)償量運(yùn)算器181構(gòu)成，對(duì)原來的三相電壓指令分別加上補(bǔ)償量O、AV、- AV中的任一個(gè)。圖10中表示電壓補(bǔ)償?shù)那闆r?？芍跓o補(bǔ)償?shù)那闆r下，輸出脈沖寬度窄的電壓矢量V (I,0，1)和V (0，0，1)，通過進(jìn)行電壓補(bǔ)償，三相電壓指令被修正，在電壓矢量V (1，0，1)和V(0，0，I)的基礎(chǔ)上，新輸出了 V (0，1，0)和V (1,1,0)ο電壓補(bǔ)償量需要在三角波載波的每個(gè)半周期上進(jìn)行切換，通過進(jìn)行這樣的補(bǔ)償動(dòng)作，能夠獲得與實(shí)施方式I~3完全相同的效果O
[0141]根據(jù)本實(shí)施方式，通過電壓指令的修正，能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖移位，能夠利用具備PWM功能的通用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
[0142](第五實(shí)施方式)
[0143]接著針對(duì)本發(fā)明的第五實(shí)施方式利用圖11~15進(jìn)行說明。
[0144]實(shí)施方式I~4中，通過修正PWM脈沖，增加施加到電動(dòng)機(jī)的電壓矢量的種類，提高位置檢測(cè)精度，這些實(shí)施方式能夠提高位置推算精度。但是，使位置檢測(cè)精度進(jìn)一步增高的方式作為新的第五實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0145]圖11和圖12為位置推算器15C和位置推算器15D的結(jié)構(gòu)圖。通過使用這些位置推算器作為圖1的控制器2或圖8的控制器2Β內(nèi)的位置推算器15的替代來實(shí)現(xiàn)第五實(shí)施方式。
[0146]圖11的位置推算器15C由切換開關(guān)154、存儲(chǔ)器155、位置運(yùn)算器157構(gòu)成。此外，圖12的位置推算器15D由切換開關(guān)154D、存儲(chǔ)器155D、位置運(yùn)算器157D構(gòu)成。圖11與圖12的區(qū)別是由保存兩個(gè)(圖11)還是保存四個(gè)(圖14)作為中性點(diǎn)電位的保持值VnOh的值的區(qū)別所帶來的。進(jìn)行位置推算最少只需兩個(gè)值，所以圖11為最低所需的結(jié)構(gòu)。如之前的實(shí)施方式所述，如果在不改變開關(guān)次數(shù)地增加電壓矢量，則能夠施加三種或四種電壓矢量，這種情況下可利用圖12的`結(jié)構(gòu)來保存中性點(diǎn)電位。在使用三個(gè)中性點(diǎn)電位的情況下，不使用圖12的四個(gè)存儲(chǔ)器中的一個(gè)即可。
[0147]位置推算器15C、D中，通過開關(guān)154 (154D)切換中性點(diǎn)電位量化后的值VnOh，并保存在存儲(chǔ)器中，使得可知其為哪個(gè)電壓矢量時(shí)的值?；谶@些存儲(chǔ)器的值，在位置運(yùn)算器157 (157D)中進(jìn)行電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子位置Θ d的計(jì)算。
[0148]接著，針對(duì)位置運(yùn)算器157 (157D)中的具體的計(jì)算方法進(jìn)行說明。
[0149]首先說明轉(zhuǎn)子位置Θ d與中性點(diǎn)電位Vn的關(guān)系。如(1)、(2)式所示，中性點(diǎn)電位Vn是由于各相的電感Lu、Lv、Lw的值在磁鐵磁通的影響下因磁飽和而發(fā)生變化從而產(chǎn)生的。在此，令電感根據(jù)下述假設(shè)發(fā)生變化。
[0150]Lu=LO - Kf.|Φιι|
[0151]Lv=LO - Kf.Φ V
[0152]Lw=LO - Kf.|C>w|......(3)
[0153]在上式中，LO為非飽和時(shí)的電感，Φιι、Φν、Ow為各相的磁通量，Kf為系數(shù)。如
(3)式所示，通過表現(xiàn)電感，可表現(xiàn)與磁通量相應(yīng)的電感變化。此外，各相的磁通量可如下表
/Jn ο
[0154]Φιι=Φπι.cos ( Θ d) + Φ i.cos ( Θ i)
[0155]Φ ν=Φπι.cos ( θ d - 2 Ji /3) +Φ i.cos (θ?-2π/3)
[0156]CjW=Om.cos ( θ d+2 Ji /3) +Φ i.cos ( θ i+2 Ji /3)......(4)[0157]在上式中，Φηι為永磁鐵磁通，Θ d為d軸相位，Φ?為因電流產(chǎn)生的磁通，Qi為電流相位。將(4)式代入(3)式，如(I)、(2)式計(jì)算各電壓矢量中的中性點(diǎn)電位的變化，結(jié)果如圖13所示。并且為了簡化，以在(4)式中的Φ?為零來計(jì)算。
[0158]如圖13所示，可知各電壓矢量的中性點(diǎn)電位VnA~VnF分別依賴于轉(zhuǎn)子位置Θ d而變化?？芍粋€(gè)電壓矢量中的中性點(diǎn)電位不能確定相位(轉(zhuǎn)子位置)Θ d，最少只需兩個(gè)則可確定相位。但由于相對(duì)于轉(zhuǎn)子相位的一個(gè)周期，中性點(diǎn)電位以兩倍周期變化，因此位置推算范圍為±90度的范圍，這在原理上是不可避免的。
[0159]說明根據(jù)這樣的中性點(diǎn)電位的變化確定轉(zhuǎn)子位置0d的方法。
[0160]在圖13中，中性點(diǎn)電位在各電壓矢量中呈現(xiàn)復(fù)雜的變化，但如果反轉(zhuǎn)六種中性點(diǎn)電位中VnB、VnD、VnF的符號(hào)，則獲得如圖14所示的波形。從這些波形可見，成有對(duì)稱性的三相交流波形。活用該三相對(duì)稱特征，進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的位置推算。
[0161]考慮對(duì)三相交流量Xu、Xv、Xw進(jìn)行三相/ 二相轉(zhuǎn)換(α β轉(zhuǎn)換)。三相/ 二相轉(zhuǎn)換式可如下 表示。
[0162]Xa= (2/3).{Xu - (1/2).Xv - (1/2).Xw}
[0163]Xb= (2/3).{( V (3)/2).Xv - ( V (3)/2).Xw}......(5)
[0164]例如，在得到三個(gè)中性點(diǎn)電位VnA、VnB、VnC的情況下，根據(jù)圖14，有
[0165]Xu=XnA, Xv= - VnB, Xw=Vnc......(6)
[0166]代入式(5)中，導(dǎo)出Xa和Xb。根據(jù)該結(jié)果，有
[0167]Θ dc= (1/2)arctan(Xb/Xa)......(7)
[0168]求出Θ d的計(jì)算值Θ dc即可。此外，式(7)中的“arctan”是指反正切函數(shù)。
[0169]此外，在僅使用兩個(gè)中性點(diǎn)電位的情況下，與三相交流同樣地通過計(jì)算求出一相即可。例如，式(6)中未使用VnA的情況下，作為
[0170]Xv= - VnB, Xw=Vnc
[0171]Xu= - (Xv+Xw) =VnB - VnC......(8)
[0172]來求取。圖15為利用式(8)和式(7)計(jì)算相位角Qdc的結(jié)果?？芍軌虼笾抡_地計(jì)算轉(zhuǎn)子位置ed。但略為曲線的變化，如果預(yù)先準(zhǔn)備數(shù)據(jù)表，則能夠?qū)ζ溥M(jìn)行修正。
[0173]此外，使用四個(gè)中性點(diǎn)電位(例如VnB、VnC、VnE、VnF)的情況下，作為
[0174]Xv= ( - VnB+VnE) /2
[0175]Xw= (VnC - VnF) /2
[0176]Xu= - (Xv+Xw)......(9)
[0177]來求取即可。在上式中，Xv和Xw為求取平均值。實(shí)際的檢測(cè)數(shù)據(jù)在一點(diǎn)上對(duì)中性點(diǎn)電位作為某一瞬間時(shí)刻的值來采用，容易受到檢測(cè)誤差的影響。對(duì)此，通過這樣使用不同電壓矢量中檢測(cè)出的值的評(píng)價(jià)值，能夠排除檢測(cè)誤差的影響。由于通過平均化能夠降低中性點(diǎn)電位的檢測(cè)誤差，能夠期待檢測(cè)精度的提高。
[0178]以上的計(jì)算在位置運(yùn)算器157 (157D)內(nèi)部進(jìn)行，求出轉(zhuǎn)子位置。其結(jié)果是實(shí)現(xiàn)了以往沒有的、高精度的位置檢測(cè)。此外，不需要專利文獻(xiàn)4中用于位置推算的數(shù)據(jù)表，在哪個(gè)瞬間的PWM條件下也能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的推算。
[0179](第六實(shí)施方式)
[0180]接著，針對(duì)本發(fā)明的第六實(shí)施方式，利用圖16~17進(jìn)行說明。[0181]在實(shí)施方式5中詳細(xì)地說明了位置推算的細(xì)節(jié)。此時(shí)，作為電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁通，做出把因繞組電流而產(chǎn)生的磁通Φ?作為零的假定(式(4)中的Φ?作為零)，但實(shí)際上因電流流過而產(chǎn)生Φ?，各磁通量發(fā)生變化。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了其對(duì)策。
[0182]圖16中，控制器2Ε為本實(shí)施方式中的控制器，通過使用該控制器2Ε作為例如圖1的實(shí)施方式中的控制器2的替代，可實(shí)現(xiàn)第六實(shí)施方式。
[0183]在圖16中，部件編號(hào)5、6a、6b、7~17的部件與圖1中的控制器2的部件為相同部件。圖16的控制器2E中增加了加法器6f和相位補(bǔ)償器19。
[0184]如上所述，使電流流過電動(dòng)機(jī)并在位置推算器15中計(jì)算Θ dc后，因電流磁通的影響而產(chǎn)生誤差。在圖17中，細(xì)線所示的是在流過ld=0、Iq= 100%的電流的條件下進(jìn)行相位計(jì)算的例子。例如，實(shí)際的Θ d為零度時(shí)，Θ dc為約30度。然而，由于該相位的偏差依賴于電流值，如果通過導(dǎo)入相位補(bǔ)償器19，根據(jù)電流指令I(lǐng)d*、Iq*預(yù)先準(zhǔn)備補(bǔ)償相位δ 0i作為數(shù)據(jù)表，則能夠進(jìn)行校正?；蛘?，也可以作為Id*、Iq*的函數(shù)來計(jì)算δ Θ i。通過相位補(bǔ)償器19輸出δ 0i，通過加法器6f將其相加到上0dc，由此能夠補(bǔ)償相位的偏差。其結(jié)果在圖17中以粗線表不。
[0185]這樣，能夠通過簡單的補(bǔ)償邏輯修正電流磁通帶來的影響。并且，相位補(bǔ)償量的計(jì)算中不僅可使用電流指令，也可只用電流的檢測(cè)值，根據(jù)條件不同使用轉(zhuǎn)矩指令或轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值也無妨。[0186](第七實(shí)施方式)
[0187]接著，針對(duì)本發(fā)明的第七實(shí)施方式利用圖18~20進(jìn)行說明。
[0188]到此為止的實(shí)施方式的說明中，公開了利用電動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)電位的轉(zhuǎn)子位置的推算方法。而在實(shí)際的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于需要控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)數(shù)，因此除了轉(zhuǎn)子位置信息以外還需要電動(dòng)機(jī)的電流信息。
[0189]電動(dòng)機(jī)的電流信息一般來說通過安裝的三相繞組上的電流檢測(cè)器檢測(cè)，但為了裝置的小型化、低成本化、高可靠化，有不進(jìn)行相電流的檢測(cè)而從直流母線上配備的單電流檢測(cè)器35 (圖1)檢測(cè)的方法。
[0190]單電流檢測(cè)器35中，由于瞬間地流過電動(dòng)機(jī)的相電流，通過預(yù)先編寫采樣的時(shí)刻能夠檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的相電流。在這些電流檢測(cè)中，電壓矢量的施加期間是重要的。
[0191]在第I~6的實(shí)施方式中，以分別配備獨(dú)立的采樣/保持電路(AD轉(zhuǎn)換器)來實(shí)施這些電流檢測(cè)與位置推算的中性點(diǎn)電位檢測(cè)為前提，但根據(jù)實(shí)現(xiàn)控制器的控制器件的不同，絕大部分對(duì)采樣/保持制約或者限制AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)目。
[0192]本實(shí)施方式中，以一個(gè)采樣/保持電路(AD轉(zhuǎn)換器也是一個(gè))為前提，針對(duì)交替地實(shí)施電流檢測(cè)與中性點(diǎn)電位檢測(cè)的方式進(jìn)行說明。
[0193]在圖18中，控制器2F為本實(shí)施方式中的控制器，通過使用該控制器2F作為例如圖1的實(shí)施方式中的控制器2的替代，可實(shí)現(xiàn)第七實(shí)施方式。
[0194]在圖18中，部件編號(hào)5~13、7~17的部件與圖1中的控制器2的部件為相同部件。圖18的控制器2F中新增加了模擬檢測(cè)器20。
[0195]模擬檢測(cè)器20的結(jié)構(gòu)如圖19所示。在圖中，模擬檢測(cè)器20由模擬開關(guān)201、采樣/保持電路14c、AD轉(zhuǎn)換器202、開關(guān)203構(gòu)成。作為實(shí)現(xiàn)控制器2F的微機(jī)例如假定分別只有一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器和一個(gè)采樣/保持電路。[0196]將流過單電流檢測(cè)器35的電流IO和中性點(diǎn)電位VnO輸入到開關(guān)201中，選擇其中之一，進(jìn)行采樣/保持，在AD轉(zhuǎn)換器202中進(jìn)行量化。將該結(jié)果分別輸出到電流再現(xiàn)器11或者位置推算器15。上述電流IO和中性點(diǎn)電位VnO的處理在時(shí)間序列上交替地進(jìn)行。例如如圖20所示，可按每一個(gè)三角波載波周期交替地重復(fù)電流IO的檢測(cè)、中性點(diǎn)電位VnO的檢測(cè)。此外，也可根據(jù)各自的控制系統(tǒng)的設(shè)定應(yīng)答時(shí)間改變其切換比例。
[0197]此外，作為實(shí)際的微機(jī)功能，在載波的半周期內(nèi)在不同的時(shí)刻上兩次檢測(cè)模擬值是十分困難的。在該情況下，存在同時(shí)使用多個(gè)采樣/保持電路或AD轉(zhuǎn)換器的情況。因此，使用多個(gè)采樣/保持電路和AD轉(zhuǎn)換器作為交替地分配到電流檢測(cè)和位置信息的檢測(cè)的方式也無妨。
[0198]這樣，通過使用本發(fā)明的第七實(shí)施方式，即使在功能有限制的微機(jī)中也能夠兼顧電流控制和位置推算，能夠?qū)崿F(xiàn)更低成本且精度高的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0199](第八實(shí)施方式)
[0200]接著，針對(duì)本發(fā)明第八實(shí)施方式利用圖21進(jìn)行說明。
[0201]本發(fā)明利用電動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)電位進(jìn)行位置推算，由此能夠從零速度開始進(jìn)行無位置傳感器驅(qū)動(dòng)。在高速驅(qū)動(dòng)中該利用中性點(diǎn)電位的方式從原理上也能夠?qū)崿F(xiàn)。但隨著速度的增加，在中性點(diǎn)電位中有產(chǎn)生諧波成分的可能，而擔(dān)心由此導(dǎo)致的位置推算誤差。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造不同，存在中性點(diǎn)電位的速度電動(dòng)勢(shì)中包含大量諧波的情況。在這樣的電動(dòng)機(jī)的情況下，限定在高速范圍中導(dǎo)入以往利用速度感應(yīng)電壓的方法能夠?qū)崿F(xiàn)推算誤差較少的無位置傳感器驅(qū)動(dòng)。本實(shí)施方式將其實(shí)現(xiàn)。
[0202]在圖21中，控制器2G為本實(shí)施方式中的控制器，通過使用該控制器2G作為例如圖1的實(shí)施方式中的控制器2的替代，可實(shí)現(xiàn)第八實(shí)施方式。
[0203]在圖21中，部件編號(hào)5?17的部件與圖1中的控制器2的部件為相同部件。圖21的控制器2G中新增加了中高速位置推算器21和推算相位切換開關(guān)22。
[0204]中高速位置推算器21中，基于作為對(duì)電動(dòng)機(jī)4的電壓指令的Vd*、Vq*以及作為電流檢測(cè)值的Id、Iq，從電動(dòng)機(jī)4的常數(shù)(電感或繞組電阻)推算轉(zhuǎn)子位置0d。其具體的方法現(xiàn)在已有較多公布，任一方法都可以適用。在推算相位切換開關(guān)22中，根據(jù)速度切換來自中高速位置推算器21的輸出0dc2和根據(jù)中性點(diǎn)電位計(jì)算的相位0dc。通過如圖所示利用開關(guān)切換兩者，能夠?qū)⑽恢猛扑闼惴ㄔ诘退贂r(shí)變更為基于中性點(diǎn)電位的方式，在中高速時(shí)變更為基于感應(yīng)電壓的方式。此外，也可不像圖所示那樣利用開關(guān)切換，而是對(duì)Qdc和Θ dc2賦以權(quán)重來平緩地切換。
[0205]如上所述,通過本實(shí)施方式,在橫跨低速范圍到中高速范圍的大范圍中能夠以高精度檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0206](第九實(shí)施方式)
[0207]接著針對(duì)本發(fā)明的第九實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0208]圖22是本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際圖。在該圖中，同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23作為一個(gè)系統(tǒng)封裝在電動(dòng)機(jī)4的內(nèi)部。通過這樣一體化,能夠消除電動(dòng)機(jī)與逆變器之間的布線。如圖23所示，一體化的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布線僅有到逆變器3的電源線和返回轉(zhuǎn)數(shù)指令或動(dòng)作狀態(tài)等的通信線。
[0209]在本發(fā)明中，雖然需要引出電動(dòng)機(jī)4的中性點(diǎn)電位，但通過這樣將電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路部分一體化，中性點(diǎn)電位的布線變得容易。此外，由于能夠?qū)崿F(xiàn)無位置傳感器，一體化系統(tǒng)能夠非常緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。
[0210](第十實(shí)施方式)
[0211]接著，針對(duì)本發(fā)明的第十實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0212]圖23是油壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于汽車內(nèi)部的變速器油壓或制動(dòng)油壓等。在圖23中，部件編號(hào)23為圖22中的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)上安裝了油泵24。通過油泵24控制油壓回路50的油壓。油壓回路50由儲(chǔ)存油的油箱51、使油壓保持在設(shè)定值以下的安全閥52、切換油壓回路的電磁閥53、作為油壓致動(dòng)器動(dòng)作的油壓缸54構(gòu)成。
[0213]油泵24通過同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23產(chǎn)生油壓，驅(qū)動(dòng)作為油壓傳動(dòng)裝置的油壓缸54。油壓回路中由電磁閥53切換回路，由此油泵24的負(fù)載發(fā)生變化，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23產(chǎn)生負(fù)載擾動(dòng)。油壓回路中有施加相對(duì)于穩(wěn)態(tài)的壓力數(shù)倍以上的負(fù)載的情況下，存在電動(dòng)機(jī)停止的情況。而基于本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即使在停止?fàn)顟B(tài)下也能夠推算轉(zhuǎn)子位置，不產(chǎn)生任何問題。由于以往的無傳感器電動(dòng)機(jī)在中高速范圍之外難以適用，需要通過安全閥52釋放成為電動(dòng)機(jī)的極大負(fù)載的油壓，而通過本實(shí)施方式，能夠如圖24所示除去安全閥52。即，在沒有作為用于避免對(duì)電動(dòng)機(jī)的過大負(fù)載的機(jī)械的保護(hù)裝置的安全閥下，能夠進(jìn)行油壓的控制。[0214](第^^一實(shí)施方式)
[0215]接著，針對(duì)本發(fā)明的第十一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0216]圖25是家庭用空調(diào)或商用空調(diào)的空調(diào)系統(tǒng)，表示了其室外機(jī)60?？照{(diào)系統(tǒng)的室外機(jī)60包括以上說明的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(部件編號(hào)I~4)，由壓縮機(jī)61和風(fēng)扇等部件構(gòu)成。其中，壓縮機(jī)的動(dòng)力源為電動(dòng)機(jī)，內(nèi)置在壓縮機(jī)內(nèi)部。
[0217]空調(diào)系統(tǒng)每年效率都在提高，需要在穩(wěn)定狀態(tài)下以極低速驅(qū)動(dòng)，達(dá)到節(jié)能。然而，以往的無傳感器驅(qū)動(dòng)中，由于被限制在中高速范圍，難以實(shí)現(xiàn)極低速下的驅(qū)動(dòng)。通過利用基于本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)從零速度開始的正弦波驅(qū)動(dòng)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)空調(diào)機(jī)的聞效率化(節(jié)能化)。
[0218](第十二實(shí)施方式)
[0219]最后針對(duì)本發(fā)明的第十二實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0220]圖26是利用電動(dòng)機(jī)的定位裝置，表示了其整體模塊結(jié)構(gòu)。在圖26中，定位裝置70作為電動(dòng)機(jī)4的負(fù)載而連接。Iq*發(fā)生器IH在此作為速度控制器起作用。此外，速度指令ωr*作為上級(jí)控制模塊的位置控制器71的輸出而被提供。減法器6g中進(jìn)行與實(shí)際速度的比較，計(jì)算Iq*使得其偏差為零。定位裝置70例如為利用滾珠螺桿等的裝置，由位置控制器71進(jìn)行調(diào)整，以將位置控制在規(guī)定的位置Θ*上。作為位置傳感器，定位裝置70上并不安裝，而是原樣使用控制器2中的位置推算值0dc。由此，不需要在定位裝置中安裝位置傳感器而能夠進(jìn)行位置控制。
[0221]以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式具體地進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更而無需明言。
[0222]舉其一例為，本發(fā)明中以檢測(cè)永磁電動(dòng)機(jī)4的三相繞組連接點(diǎn)電位Vn為大前提。在上述的說明中，為了易于檢測(cè)中性點(diǎn)電位而導(dǎo)入假想中性點(diǎn)電路34用以生成基準(zhǔn)電位，并導(dǎo)出其與三相繞組連接點(diǎn)電位Vn之差。但只要能夠檢測(cè)永磁電動(dòng)機(jī)4的三相繞組的連接點(diǎn)電位，基準(zhǔn)電位在任意電位都無妨。例如，可把直流電源31平均分壓后的電位作為基準(zhǔn)，或者將直流電源的接地側(cè)作為基準(zhǔn)電位。此時(shí)通過減去偏置量可獲得同樣的結(jié)果。
[0223]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0224]如上所述，本發(fā)明是用于構(gòu)建以無位置傳感器為前提的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)。該電動(dòng)機(jī)的適用范圍以風(fēng)扇、泵(油壓泵、水泵)、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、采暖和制冷機(jī)器、盤片驅(qū)動(dòng)器等旋轉(zhuǎn)速度控制為代表，也可作為工作機(jī)械、生產(chǎn)機(jī)器中的定位用途加以利用。
[0225]符號(hào)說明
[0226]I……Iq*發(fā)生器，2……控制器，3……逆變器，4……永磁電動(dòng)機(jī)，5……Id*發(fā)
生器，6a、6b......減法器,7......d軸電流控制器,8......q軸電流控制器,9......dq逆轉(zhuǎn)換
器，10……PWM發(fā)生器，11……電流再現(xiàn)器，12……dq轉(zhuǎn)換器，13……中性點(diǎn)電位放大器，14a、14b……采樣/保持電路，15……位置推算器，16……速度運(yùn)算器，17……脈沖移位器，31……直流電源，32……逆變器主電路，33……輸出前置驅(qū)動(dòng)器，34……假想中性點(diǎn)電路，35……單電流檢測(cè)器。
【權(quán)利要求】
1.一種同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括:輸出連續(xù)正弦波狀的交流電流的逆變器；與所述逆變器連接的三相同步電動(dòng)機(jī)；和控制器，其基于所述三相同步電動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)電位來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置信息，對(duì)所述逆變器輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)來控制所述逆變器，該同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于: 作為所述逆變器的脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作，在從各相的開關(guān)狀態(tài)為全負(fù)或全正的零矢量狀態(tài)開始進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，直到成為原來的零矢量狀態(tài)為止的載波周期中，使各相的開關(guān)動(dòng)作的時(shí)刻錯(cuò)開，由此，生成所述零矢量狀態(tài)之外的三種或四種開關(guān)狀態(tài)，對(duì)該三種或四種開關(guān)狀態(tài)中的至少兩種開關(guān)狀態(tài)下的所述中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣， 所述控制器基于所述采樣值來推算所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。
2.如權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 所述載波周期內(nèi)的各相開關(guān)動(dòng)作從第一所述零矢量狀態(tài)開始，逐相依次地轉(zhuǎn)移到正的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)移到第二所述零矢量狀態(tài)之后，從轉(zhuǎn)移到正的開關(guān)狀態(tài)的相開始依次轉(zhuǎn)移到負(fù)的開關(guān)狀態(tài)，由此，在所述載波周期內(nèi)生成四種開關(guān)狀態(tài)，并再次轉(zhuǎn)移到原來的所述第一零矢量。
3.如權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 作為所述逆變器的脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作，設(shè)置三相中任一相始終保持正或者始終保持負(fù)的狀態(tài)的期間，在該期間中利用剩余的兩相進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，使這兩相的開關(guān)動(dòng)作的時(shí)刻錯(cuò)開，由此，生成所述零矢量之外的三種開關(guān)狀態(tài)，對(duì)該三種開關(guān)狀態(tài)中的至少兩種開關(guān)狀態(tài)下的所述中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 作為所述載波周期內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)，對(duì)所述零矢量之外的三種或四種開關(guān)狀態(tài)中的至少兩種開關(guān)狀態(tài)的期間設(shè)置最小限制值，并將該最小限制值設(shè)定為所述中性點(diǎn)電位的變化時(shí)的初始變動(dòng)實(shí)質(zhì)上收斂的期間以上。
5.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 所述脈沖寬度調(diào)制的方式為計(jì)算對(duì)所述三相同步電動(dòng)機(jī)施加的三相電壓指令，并基于這些三相電壓指令進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作的方式，在進(jìn)行該脈沖寬度調(diào)制時(shí)，對(duì)所述三相電壓指令施加電壓補(bǔ)償，使所述各相的開關(guān)動(dòng)作的時(shí)刻錯(cuò)開。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 通過將所述中性點(diǎn)電位的至少兩種以上的采樣值作為三相交流信號(hào)來處理，推算所述轉(zhuǎn)子位置。
7.如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 具備檢測(cè)所述逆變器的直流母線電流的單元，對(duì)于該直流母線電流的采樣，與對(duì)所述中性點(diǎn)電位進(jìn)行采樣的時(shí)刻同樣地，在所述零矢量之外的開關(guān)狀態(tài)下進(jìn)行采樣，對(duì)于所述中性點(diǎn)電位的采樣和所述直流母線電流的采樣，按每一個(gè)或每多個(gè)所述載波周期交替地執(zhí)行，進(jìn)行所述轉(zhuǎn)子位置的推算，并檢測(cè)所述直流母線電流，進(jìn)行所述同步電動(dòng)機(jī)的控制。
8.一種同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 在所述同步電動(dòng)機(jī)的包含停止?fàn)顟B(tài)的低速區(qū)域內(nèi)，基于權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述的中性點(diǎn)電位的采樣來推算轉(zhuǎn)子位置，在所述同步電動(dòng)機(jī)的中高速區(qū)域內(nèi)，基于所述同步電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電壓推算轉(zhuǎn)子位置。
9.如權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 將所述同步電動(dòng)機(jī)、所述逆變器和所述控制器一體化，將所述逆變器和所述控制器的電源線、以及所述控制器的信號(hào)線引出到外部。
10.一種泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 具備水泵或油壓泵作為權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載。
11.一種壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 具備壓縮機(jī)作為權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載。
12.一種定位系統(tǒng)，其特征在于: 利用權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)來移動(dòng)物體并控制該物體的位置。
13.一種同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括:輸出連續(xù)正弦波狀的交流電流的逆變器；與所述逆變器連接的三相同步電動(dòng)機(jī)；和控制器，其基于所述三相同步電動(dòng)機(jī)的中性點(diǎn)電位來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置信息，對(duì)所述逆變器輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)來控制所述逆變器，該同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于: 作為所述逆變器的脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作，使一相或者兩相的輸出電壓脈沖在時(shí)間上移位，使得各相的開關(guān)狀態(tài)從正切換到負(fù)或者從負(fù)切換到正的時(shí)刻在各相間不接近至規(guī)定的時(shí)間寬度以內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 不改變各相的輸出電壓脈沖寬度地使各相的輸出電壓脈沖在時(shí)間上移位。
15.如權(quán)利要求13或14所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 使三相中的兩相的輸出電壓脈沖在時(shí)間上移位。
16.如權(quán)利要求13或14所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 使三相中的一相的輸出電壓脈沖在時(shí)間上移位。
17.如權(quán)利要求13~16中任一項(xiàng)所述的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 具備通過三角波載波與三相電壓指令的比較來產(chǎn)生PWM脈沖的PWM脈沖產(chǎn)生部， 通過對(duì)所述三相電壓指令按所述三角波載波的每半周期在反方向施加偏置，來使輸出電壓脈沖移位。
【文檔編號(hào)】H02P27/04GK103534929SQ201180070911
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月13日
【發(fā)明者】巖路善尚, 青柳滋久, 高畑良一, 戶張和明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所