電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制裝置的制作方法

專利名稱：電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不使用轉(zhuǎn)子位置傳感器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī) 的無(wú)位置傳感器控制裝置。而且，涉及具有該無(wú)位置傳感器控制裝置的電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，開(kāi)發(fā)出了一種不使用傳感器來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的技術(shù)。 在這樣的技術(shù)中，提出了利用高頻波旋轉(zhuǎn)電壓或高頻波旋轉(zhuǎn)電流的注入的 技術(shù)。例如，在日本國(guó)特開(kāi)2003-219682號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了向電動(dòng)機(jī)施加高頻 波旋轉(zhuǎn)電壓，根據(jù)電流矢量軌跡的橢圓長(zhǎng)軸方向來(lái)推定轉(zhuǎn)子位置的技術(shù)。 而且，日本國(guó)特開(kāi)2004-80986號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)是，對(duì)電動(dòng)機(jī)施加高頻 波旋轉(zhuǎn)電壓，將流入電動(dòng)機(jī)的電流轉(zhuǎn)換成a-e軸上的電流。然后，通過(guò)檢 測(cè)出該電流的a軸成分和P軸成分的峰值和相位，求出從a軸到橢圓長(zhǎng)軸 (d軸)的角度。另外，日本國(guó)特開(kāi)2002-51597號(hào)公報(bào)所記載的技術(shù)是，將高頻波的同 相磁通矢量與鏡相磁通矢量所成角的中間角的余弦和正弦的推定值作為 矢量旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)信號(hào)使用。另外，日本國(guó)特開(kāi)2003-153582號(hào)公報(bào)所記 載的技術(shù)是，利用正相軸和反相軸的映射來(lái)推定轉(zhuǎn)子位置。但是，上述的各個(gè)文獻(xiàn)所記載的技術(shù)，為了獲得可以推定轉(zhuǎn)子位置的 信號(hào)，都必須對(duì)提取的信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的處理?！熠?，為了進(jìn)行無(wú)位置傳感器控制，必須進(jìn)行復(fù)雜的處理。 發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種通過(guò)非常簡(jiǎn)單的處理(運(yùn)算量) 即可實(shí)現(xiàn)無(wú)位置傳感器控制的電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制裝置以及具有 該控制裝置的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明之1提供一種電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控 制裝置，其在將與構(gòu)成轉(zhuǎn)子的永磁鐵所產(chǎn)生的磁通平行的軸設(shè)為d軸、將 與d軸對(duì)應(yīng)的控制上的推定軸設(shè)為Y軸、從Y軸提前卯度電角的推定軸 設(shè)為5軸的情況下，以減小d軸與Y軸的軸誤差的方式控制電動(dòng)機(jī)，其特 征在于，具有；疊加部，其在驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流上疊加與該驅(qū)動(dòng) 電流不同頻率的疊加電流；疊加成分提取部，其從供給到所述電動(dòng)機(jī)的電 動(dòng)機(jī)電流中提取所述疊加電流的Y軸成分和S軸成分；和控制部，其通過(guò) 根據(jù)被提取的所述疊加電流的Y軸成分和S軸成分的乘積，控制所述電動(dòng) 機(jī)，來(lái)減小所述軸誤差；所述電動(dòng)機(jī)電流是將所述驅(qū)動(dòng)電流和所述疊加電 流相加后的電流。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)非奢簡(jiǎn)單的處理(運(yùn)算量)來(lái)減小所述軸 誤差。具體而言，例如在上述本發(fā)明之1的結(jié)構(gòu)中，所述疊加部通過(guò)在為了 流過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電流而對(duì)所述電動(dòng)機(jī)施加的驅(qū)動(dòng)電壓上，疊加與所述疊加電 流對(duì)應(yīng)的疊加電壓，在所述驅(qū)動(dòng)電流上疊加所述疊加電流。而且，例如在上述本發(fā)明之l的結(jié)構(gòu)中，所述控制部通過(guò)根據(jù)所述乘 積的直流成分控制所述電動(dòng)機(jī)，來(lái)減小所述軸誤差。并且，例如在上述本發(fā)明之l的結(jié)構(gòu)中，所述控制部通過(guò)以使所述直 流成分收斂為零的方式控制所述電動(dòng)機(jī)，來(lái)減小所述軸誤差。而且，例如在上述本發(fā)明之1的結(jié)構(gòu)中，所述疊加電壓在Y-S軸上的 電壓矢量軌跡，形成以Y軸或5軸為基準(zhǔn)具有對(duì)稱性的圖形。并且，例如在上述本發(fā)明之l的結(jié)構(gòu)中，所述疊加電壓在Y-S軸上的 電壓矢量軌跡，形成正圓、以Y軸為短軸或長(zhǎng)軸的橢圓、或者Y軸或S軸 上的線段。而且，例如在上述本發(fā)明之l的結(jié)構(gòu)中，所述電動(dòng)機(jī)是具有非凸極性 的電動(dòng)機(jī)，所述疊加部可以將基于由所述疊加電流的Y軸成分所引起的磁 飽和，使所述電動(dòng)機(jī)的電感的d軸成分發(fā)生變化的電壓，作為所述疊加電 壓而疊加在所述驅(qū)動(dòng)電壓上。這樣，上述本發(fā)明之1的無(wú)位置傳感器控制裝置也可以適用于具有非 凸極性的電動(dòng)機(jī)中。并且，為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明之2的電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控 制裝置，在將與構(gòu)成轉(zhuǎn)子的永磁鐵所產(chǎn)生的磁通平行的軸設(shè)為d軸、與d 軸對(duì)應(yīng)的控制上的推定軸設(shè)為Y軸、從Y軸提前90度電角的推定軸設(shè)為S軸的情況下，以減小d軸與y軸的軸誤差的方式控制電動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有；疊加部，其在驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流上疊加與該驅(qū)動(dòng)電流 不同頻率的疊加電流；疊加成分提取部，其提取疊加電壓的Y軸成分和S軸成分，該疊加電壓是為了在所述驅(qū)動(dòng)電流上疊加所述疊加電流而向所述電動(dòng)機(jī)施加的疊加的；和控制部，其通過(guò)根據(jù)被提取的所述疊加電壓的Y 軸成分和S軸成分的乘積，控制所述電動(dòng)機(jī)，來(lái)減小所述軸誤差。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)非常簡(jiǎn)單的處理(運(yùn)算量)來(lái)減小上述軸 誤差。而且，例如在上述本發(fā)明之2的結(jié)構(gòu)中，所述控制部通過(guò)根據(jù)所述乘 積的直流成分控制所述電動(dòng)機(jī)，來(lái)減小所述軸誤差。并且，例如在上述本發(fā)明之2的結(jié)構(gòu)中，所述控制部通過(guò)以使所述直 流成分收斂為零的方式控制所述電動(dòng)機(jī)，來(lái)減小所述軸誤差。而且，例如在上述本發(fā)明之2的結(jié)構(gòu)中，所述疊加電流在Y-S軸上的 電流矢量軌跡，形成以Y軸或S軸為基準(zhǔn)具有對(duì)稱性的圖形。并且，例如在上述本發(fā)明之2的結(jié)構(gòu)中，所述疊加電流在Y-6軸上的 電流矢量軌跡，形成正圓、以Y軸為短軸或長(zhǎng)軸的橢圓、或者Y軸或S軸 上的線段。而且，例如在上述本發(fā)明之2的結(jié)構(gòu)中，所述電動(dòng)機(jī)可以是具有非凸 極性的電動(dòng)機(jī)，所述疊加部可以將基于由所述疊加電流的Y軸成分所引起 的磁飽和，使所述電動(dòng)機(jī)的電感的d軸成分發(fā)生變化的電流，作為所述疊 加電流而疊加在所述驅(qū)動(dòng)電流上。，這樣，上述本發(fā)明之2的無(wú)位置傳感器控制裝置也可以適用于具有非凸極性的電動(dòng)機(jī)中。并且，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有電動(dòng)機(jī)； 驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的變頻器；和通過(guò)控制所述變頻器來(lái)控制所述電動(dòng)機(jī)的本 發(fā)明之1或之2的無(wú)位置傳感器控制裝置。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制裝置以及具有該 控制裝置的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠通過(guò)非常簡(jiǎn)單的處理(運(yùn)算量)來(lái)實(shí)現(xiàn) 無(wú)位置傳感器控制。


圖1是表示本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的全體結(jié)構(gòu)的框圖。 圖2是圖1的電動(dòng)機(jī)的解析模型圖。圖3是本發(fā)明第1實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖4是表示從圖3的疊加電壓生成部輸出的疊加電壓的電壓矢量軌跡的一例的圖(正圓的電壓矢量軌跡)。圖5是表示對(duì)應(yīng)圖4所示的疊加電壓而流過(guò)的疊加電流的電流矢量軌跡的圖。圖6是表示疊加電流的Y軸成分和S軸成分的積、和該積的直流成分的波形圖(軸誤差為零的情況)。圖7是表示疊加電流的Y軸成分和S軸成分的積、和該積的直流成分的波形圖(軸誤差不為零的情況)。圖8是表示圖3的位置/速度推定器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例的框圖。 圖9是表示圖3的位置/速度推定器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的其他例的框圖。 圖10是表示圖3的位置/速度推定器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的其他例的框圖。 圖11是表示從圖3的疊加電壓生成部輸出的疊加電壓的電壓矢量軌跡的其他例的圖(橢圓的電壓矢量軌跡)。 '圖12是對(duì)應(yīng)圖ll所示的疊加電壓而流過(guò)的疊加電流的電流矢量軌跡的圖。圖13是表示從圖3的疊加電壓生成部輸出的疊加電壓為1相的交變 電壓的情況下的疊加電流的電流矢量軌跡的圖。圖14是表示從圖3的疊加電壓生成部輸出的疊加電壓的波形圖(矩形波)的一例的圖。圖15是表示與圖14的波形圖對(duì)應(yīng)的電壓矢量軌跡的圖。圖16是表示對(duì)應(yīng)于圖15所示的疊加電壓而流過(guò)的疊加電流的電流矢量軌跡的圖。圖17是表示在圖3的電動(dòng)機(jī)為非凸極機(jī)的情況下的疊加電流的電流 矢量軌跡的圖。圖18是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖19是表示從圖18的疊加電流生成部輸出的疊加電流的電流矢量軌跡的一例的圖(正圓的電流矢量軌跡)圖20是表示對(duì)應(yīng)于圖19所示的疊加電流而被施加的疊加電壓的電壓矢量軌跡的圖。圖21是表示圖18的位置/速度推定器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例的框圖。
具體實(shí)施方式
〈第1實(shí)施方式〉下面，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是應(yīng)用了本發(fā)明 的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的框圖。1是在轉(zhuǎn)子(未圖示)中設(shè)置了永磁鐵，在定 子(未圖示)中設(shè)置了電樞繞線的三相永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)1 (以下，有時(shí) 簡(jiǎn)單標(biāo)記為"電動(dòng)機(jī)1")。作為電動(dòng)機(jī)1，可釆用凸極機(jī)(具有凸極性 的電動(dòng)機(jī))和非凸極機(jī)(具有非凸極性的電動(dòng)機(jī))的任意一種。在后面雖 然也說(shuō)明采用了非凸極機(jī)的情況下的動(dòng)作，但主要以采用凸極機(jī)(例如嵌 入磁鐵式同步電動(dòng)機(jī))的電動(dòng)機(jī)l為例進(jìn)行說(shuō)明。2是PWM (Pulse Width Modulation)變頻器，其根據(jù)電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子 位置，向電動(dòng)機(jī)1供給由U相、V相和W相構(gòu)成的三相交流電壓。將提 供給電動(dòng)機(jī)1的電壓設(shè)為電動(dòng)機(jī)電壓(電樞電壓)Va，將從變頻器2供給 到電動(dòng)機(jī)1的電流設(shè)為電動(dòng)機(jī)電流(電樞電流)Ia。3是無(wú)位置傳感器控制裝置，其使用電動(dòng)機(jī)電流Ia推定電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn) 子位置等，并將用于使電動(dòng)機(jī)l以所希望的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的信號(hào)提供給PWM 變頻器2。該所希望的轉(zhuǎn)速作為電動(dòng)機(jī)速度指令值"*，從未圖示的CPU (中央處理器Central Processing Unit)等提供給無(wú)位置傳感器控制裝置3 。圖2是電動(dòng)機(jī)1的解析模型圖。在以下的說(shuō)明中，電樞繞線是指被設(shè) 置在電動(dòng)機(jī)l中的繞線。在圖2中，圖示出U相、V相以及W相的電樞
繞線固定軸。la是構(gòu)成電動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)子的永磁鐵。在與永磁鐵la產(chǎn)生的 磁通相同速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，將由永磁鐵la產(chǎn)生的磁通方向設(shè)為d 軸，與d軸對(duì)應(yīng)的控制上的推定軸設(shè)為Y軸。另外，雖然未圖示，但將從 d軸超前90度電角的相位設(shè)為q軸，從Y軸超前90度電角的相位設(shè)為推 定軸，即S軸。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系是將d軸和q軸選擇為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，將該 坐標(biāo)軸稱為d-q軸?？刂粕系男D(zhuǎn)坐標(biāo)系(推定旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系)是將Y軸和 S軸選擇為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，將該坐標(biāo)軸稱為Y - S軸。
d-q軸旋轉(zhuǎn)，將其旋轉(zhuǎn)速度稱為實(shí)際電動(dòng)機(jī)速度"。Y-S軸也旋轉(zhuǎn)， 將其旋轉(zhuǎn)速度稱為推定電動(dòng)機(jī)速度"e。另外，在某一瞬間旋轉(zhuǎn)的d-q軸上，
以u(píng)相的電樞繞線固定軸為基準(zhǔn)，用e (實(shí)際轉(zhuǎn)子位置e)表示d軸的相
位。同樣，在某一瞬間旋轉(zhuǎn)的Y-S軸上，以U相的電樞繞線固定軸為基 準(zhǔn)，用e e (推定轉(zhuǎn)子位置e e)表示Y軸的相位。這樣，d軸與Y軸的軸誤
差a e (d-q軸與y - s軸的軸誤差△ e)被表示為△ e = e - e e。
在以下的說(shuō)明中，將電動(dòng)機(jī)電壓Va的Y軸成分、s軸成分、d軸成分 以及q軸成分，分別用Y軸電壓Vy、 S軸電壓vs、 d軸電壓Vd和q軸電 壓Vq表示，將電動(dòng)機(jī)電流L的Y軸成分、S軸成分、d軸成分以及q軸成 分，分別用Y軸電流"、S軸電流h、 d軸電流id和q軸電流iq表示。
而且，在以下的說(shuō)明中，Ra是電動(dòng)機(jī)阻抗(電動(dòng)機(jī)l的電樞繞線的阻 抗值)，Ld、 Lq分別是d軸電感(電動(dòng)機(jī)1的電樞繞線的電感的d軸成分)、
和q軸電感(電動(dòng)機(jī)1的電樞繞線的電感的q軸成分)，。a是永磁鐵la
的電樞交鏈磁通。另外，Ld、 Lq、 Ra以及Oa是在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
時(shí)預(yù)先設(shè)定的值。并且，在后面所示的各式中，s表示拉普拉斯算子。
圖3是詳細(xì)表示圖1的無(wú)位置傳感器控制裝置3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。無(wú)位置傳感器控制裝置3具有電流檢測(cè)器1K坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換器12、減法器13、減法器14、電流控制部15、磁通控制部16、速 度控制部17、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器18、減法器19、位置/速度推定器(以下簡(jiǎn)稱"推 定器")20、疊加電壓生成部21、和加法器22及23。構(gòu)成無(wú)位置傳感器 控制裝置3的各個(gè)部分可根據(jù)需要，自由地利用無(wú)位置傳感器控制裝置3內(nèi)所生成的全部值。
電流檢測(cè)器11由例如霍耳元件等構(gòu)成，其檢測(cè)從PWM變頻器2向 電動(dòng)機(jī)1供給的電動(dòng)機(jī)電流Ia的U相電流iu和V相電流iv。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器 12接受來(lái)自電流檢測(cè)器1 1的U相電流iu和V相電流iv的檢測(cè)結(jié)果，使用
推定器20所提供的推定轉(zhuǎn)子位置e e將這些轉(zhuǎn)換為Y軸電流"和S軸電流
is。在該轉(zhuǎn)換中，使用下面的式(1)。
sin(0e + 7r/3) si"e iu ") cos(0^ +兀/3) cos 0」(_ivJ
推定器20推定并輸出推定轉(zhuǎn)子位置e e和推定電動(dòng)機(jī)速度"e。關(guān)于推
定轉(zhuǎn)子位置e e和推定電動(dòng)機(jī)速度W e的推定方法，將在后面說(shuō)明。
減法器19從電動(dòng)機(jī)速度指令值"*中減去從推定器20提供的推定電 動(dòng)機(jī)速度"e，并輸出減去后的結(jié)果(速度誤差)。速度控制部17根據(jù)減
法器19的減法結(jié)果("*-"e)，生成S'軸電流指令值h、該S軸電流指
令值"*表示作為電動(dòng)機(jī)電流Ia的S軸成分的S軸電流is應(yīng)該跟蹤的電流 值。磁通控制部16使用從推定器20提供的推定電動(dòng)機(jī)速度COe、和從速度
控制部17提供的5軸電流指令值16*，生成Y軸電流指令值iZ。該Y軸
電流指令值"*表示作為電動(dòng)機(jī)電流Ia的Y軸成分的Y軸電流iy應(yīng)該跟蹤
的電流值。
減法器13從磁通控制部16輸出的Y軸電流指令值i,減去由坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換器12輸出的y軸電流iY，計(jì)算出電流誤差(i,-iy)。減法器14從由 速度控制部17輸出的S軸電流指令值"*減去由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器12輸出的S 軸電流i5，計(jì)算出電流誤差。
電流控制部15接收由減法器13和14計(jì)算出的各個(gè)電流誤差、來(lái)自 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器12的Y軸電流"和S軸電流i6、以及來(lái)自推定器20的推定電 動(dòng)機(jī)速度"e，以使y軸電流"跟蹤Y軸電流指令值iZ、且使S軸電流h 跟蹤S軸電流指令值i^的方式，輸出Y軸電壓指令值vZ和S軸電壓指令
疊加電壓生成部21輸出用于疊加在Y軸電壓指令值v,和S軸電壓 指令值v^上的疊加電壓。疊加電壓由Y軸成分的Y軸疊加電壓vhy和S
V4
、軸成分的S軸疊加電壓Vhs構(gòu)成。對(duì)于該疊加電壓將在后面說(shuō)明。
加法器22計(jì)算出來(lái)自電流控制部15的Y軸電壓指令值V,與來(lái)自疊
加電壓生成部21的Y軸疊加電壓vh;之和(vY*+ vhY)。加法器23計(jì)算 出來(lái)自電流控制部15的S軸電壓指令值v^與來(lái)自疊加電壓生成部21的 S軸疊加電壓vlu之和(V6*+vlu)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器18根據(jù)推定器20提供的
推定轉(zhuǎn)子位置6 e，進(jìn)行疊加了 Y軸疊加電壓Vhy的Y軸電壓指令值V,、
和疊加了S軸疊加電壓vh6的S軸電壓指令值v^的逆變換，生成由表示 電動(dòng)機(jī)電壓Va的U相成分、V相成分和W相成分的U相電壓指令值vu*、 V相電壓指令值v/、和W相電壓指令值v^構(gòu)成的三相電壓指令值，并 將這些輸出到PWM變頻器2。在該逆變換中使用包括以下2個(gè)式的式(2)。
<formula>formula see original document page 11</formula>
PWM變頻器2根據(jù)表示應(yīng)該施加給電動(dòng)機(jī)1的電壓的三相電壓指令 值(vu*、 v盧禾卩vw*)，生成被脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)，向電動(dòng)機(jī)1供給對(duì) 應(yīng)于該三相電壓指令值的電動(dòng)機(jī)電流Ia，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)l。 Y軸電壓指令值 v^和5軸電壓指令值vJ原本是表示各個(gè)電動(dòng)機(jī)電壓Va的Y軸成分和S 軸成分、即Y軸電壓VY和S軸電壓vs應(yīng)跟蹤的電壓值，但通過(guò)上述疊加 電壓的疊加，Y軸電壓VY和S軸電壓V6分別跟蹤(vY*+vhY)和(v6*+vh 6)。
在Y軸疊加電壓vhy和S軸疊加電壓vhs都為零的情況下，電動(dòng)機(jī)電
流L只追隨Y電流指令值"*和S軸電流指令值i6*。由該Y電流指令值i
Y"口 S軸電流指令值is+所表示的電流是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1的驅(qū)動(dòng)電流。另夕卜，
Y電壓指令值vJ和S軸電壓指令值v^是為了以所希望的轉(zhuǎn)速("*)馬區(qū)
動(dòng)電動(dòng)機(jī)1，而跟蹤Y電流指令值"*和S軸電流指令值"*所生成的電壓 指令值。因此，由Y電壓指令值vZ和S軸電壓指令值v^所表示的電壓，
是為了在電動(dòng)機(jī)1中流過(guò)上述驅(qū)動(dòng)電流而施加于電動(dòng)機(jī)1的驅(qū)動(dòng)電壓-。 在Y電壓指令值vj和S軸電壓指令值v,上疊加不為零的疊加電壓
(Y軸疊加電壓Vhy和S軸疊加電壓Vh6)，相當(dāng)于在上述驅(qū)動(dòng)電壓上疊
加上述疊加電壓。通過(guò)該疊加電壓的疊加，在上述驅(qū)動(dòng)電流上疊加了與上述疊加電壓對(duì)應(yīng)的疊加電流。
由疊加電壓生成部21而生成的疊加電壓是高頻旋轉(zhuǎn)電壓。這里，所 謂"高頻"是指疊加電壓的頻率充分大于驅(qū)動(dòng)電壓的頻率。因此，基于該 疊加電壓而被疊加的上述疊加電流的頻率，充分大于上述驅(qū)動(dòng)電流的頻
率。另外，所謂"旋轉(zhuǎn)電壓"是指，'如圖4和圖11所示，使電壓矢量的 軌跡在Y-S軸上(Y-S坐標(biāo)上)形成圓的電壓。例如，上述旋轉(zhuǎn)電壓在
三相的情況下是三相平衡電壓，在三相平衡電壓的情況下，其電壓矢量軌 跡成為如圖4的電壓矢量軌跡那樣，在Y-S軸上以原點(diǎn)為中心的正圓。由
于該旋轉(zhuǎn)電壓是與電動(dòng)機(jī)1不同步的高頻電壓，所以通過(guò)該旋轉(zhuǎn)電壓的施 加，電動(dòng)機(jī)l不會(huì)旋轉(zhuǎn)。
另外，在電動(dòng)機(jī)l為磁鐵嵌入式同步電動(dòng)機(jī)等、Ld〈Lq成立時(shí)，根據(jù) 成為電壓矢量軌跡70的疊加電壓而流過(guò)電動(dòng)機(jī)1的疊加電流的電流矢量 軌跡如圖5的電流矢量軌跡71所示，成為在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上，以 原點(diǎn)為中心，以Y軸方向?yàn)殚L(zhǎng)軸方向、且以S軸方向?yàn)槎梯S方向的橢圓。 其中，電流矢量軌跡71是軸誤差A(yù)9為零時(shí)的電流矢量軌跡。軸誤差A(yù)
e不為零時(shí)的疊加電流的電流矢量軌跡為電流矢量軌跡72所表示的橢圓， 其長(zhǎng)軸方向(或短軸方向)與Y軸方向(或S軸方向)不一致。即，在軸 誤差A(yù) e不為零的情況下，電流矢量軌跡71以y - s軸(y - s坐標(biāo))上的 原點(diǎn)為中心傾斜，描繪成電流矢量軌跡72。
如果把疊加電流的Y軸成分和S軸成分分別作為Y軸疊加電流ihy和
S軸疊加電流ihs，則在二者的乘積(ihYXih6)中，存在與電流矢量軌跡 72所表示的橢圓的傾斜相關(guān)的直流成分。由于乘積(ihyXihs)在電流矢 量軌跡的第1和第3象限中為正值，在第2和第4象限中為負(fù)值，所以在 橢圓未傾斜時(shí)，(電流矢量軌跡71的情況)不包含直流成分，但在橢圓 傾斜時(shí)(電流矢量軌跡72的情況)包含直流成分。另外，圖5等的I、 II、 III以及IV表示Y-S軸(Y-S軸坐標(biāo))上的第1、第2、第3和第4象限。 在圖6中，以橫軸為時(shí)間軸，分別用曲線60和61表示軸誤差A(yù)6為 零的情況下的乘積(ihYXih6)和該乘積的直流成分。在圖7中，以橫軸 為時(shí)間軸，分別用曲線62和63表示軸誤差A(yù) e不為零的情況下的乘積(ih YXihs)和該乘積的直流成分。從圖6和圖7中可看出，乘積(ihvXih6)的直流成分在^9=0°時(shí)成為零，在A6^0。時(shí)不為零。而且，該直流成
分隨著軸誤差A(yù)e的大小而增大(與軸誤差A(yù)e大致成比例)。因此，只
要將該直流成分控制為接近于o，即可使軸誤差A(yù) e收斂為零附近。推定器20著眼于這一點(diǎn)，對(duì)Y-5軸進(jìn)行修正，并推定轉(zhuǎn)子位置ee
和推定電動(dòng)機(jī)速度COe，以使乘積(ihyXihs)的直流成分收斂為零。圖8
是表示推定器20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例的框圖。圖8的推定器20具有帶通濾波器(以下表示為"BPF" ) 31和32、乘法器33、低通濾波器(以下表示為"LPF" ) 34、比例積分運(yùn)算器35和積分器36。
BPF31從由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器12輸出的Y軸電流K值中提取疊加成分即Y軸疊加電流ihy。同樣，BPF32從由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器12輸出的S軸電流ls值中提取疊加成分即5軸疊加電流ih6。乘法器33計(jì)算出由BPF31、 33提取的
Y軸疊加電流ihy與S軸疊加電流ihs的乘積(ihYXih6) 。 LPF34從該乘積(ihvXihs)中除去高頻成分，提取乘積(ihYXihs)的直流成分ihD。
比例積分運(yùn)算器35為了實(shí)現(xiàn)PLL (Phase Locked Loop)，在與構(gòu)成無(wú)位置傳感器控制裝置3的各個(gè)部分配合動(dòng)作的同時(shí)，進(jìn)行比例積分控制，計(jì)算出推定電動(dòng)機(jī)速度"e，以使從LPF34輸出的直流成分ihD收斂為零
(即，使軸誤差A(yù)e收斂為零)。積分器36通過(guò)對(duì)從比例積分運(yùn)算器35輸出的推定電動(dòng)機(jī)速度"e進(jìn)行積分，'計(jì)算出推定轉(zhuǎn)子位置6e。由比例積分運(yùn)算器35輸出的推定電動(dòng)機(jī)速度coe和由積分器36輸出的推定轉(zhuǎn)子位
置9e， 一同作為推定器20的輸出值，提供給需要該值的無(wú)位置傳感器控
制裝置3的各個(gè)部分。
如果構(gòu)成為如圖3和圖8所示的結(jié)構(gòu)，則能夠使軸誤差A(yù) e收斂為零。而且，與以往的技術(shù)相比，用于推定轉(zhuǎn)子位置的處理(運(yùn)算量)簡(jiǎn)單，并可容易實(shí)現(xiàn)，因此，實(shí)用性高。特別是在電動(dòng)機(jī)l的停止?fàn)顟B(tài)和低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，可良好地推定轉(zhuǎn)子位置。當(dāng)然，能夠從該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中省略位置傳感器(未圖示)，從而可實(shí)現(xiàn)低成本化。
另外，如圖9所示，也可以取代LPF34，而使用對(duì)疊加電壓的n個(gè)周期(其中n是l以上的整數(shù))的乘積(ihYXih6)進(jìn)行積分的n周期積分器37，來(lái)提取直流成分ihD。并且，還可以把n周期積分器37置換為根據(jù)疊加電壓的n個(gè)周期的乘積(ihYXih5)的移動(dòng)平均計(jì)算出直流成分ihD的移動(dòng)平均部(未圖示)。另外，作為從乘積(ihYXihS)提取直流成分
ihD的方法，也可以采用將LPF、積分(n周期積分)以及移動(dòng)平均等中的多種方法進(jìn)行組合的方法。例如，如圖10所示，將圖8中的LPF34置換為L(zhǎng)PF38和移動(dòng)平均部39。 LPF38是與LPF34同樣的濾波器。移動(dòng)平均部39通過(guò)計(jì)算出由LPF38除去了高頻成分的乘積(ihY Xihs)的移動(dòng)平均(疊加電壓的n個(gè)周期的移動(dòng)平均)，來(lái)計(jì)算出直流成分ihD。另外，在圖9和圖10中，對(duì)于與圖8中的相詞部分標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略重復(fù)部分的說(shuō)明。
另外，關(guān)于疊加電壓的電壓矢量軌跡，說(shuō)明了如圖4的電壓矢量軌跡70那樣，在Y-S軸上形成以原點(diǎn)為中心的正圓的示例，但在作為疊加電壓而疊加2相的旋轉(zhuǎn)電壓的情況下，該旋轉(zhuǎn)電壓中的Y軸疊加電壓vlu的振幅與S軸疊加電壓vhs的振幅即使不同也無(wú)妨。圖11表示在相對(duì)Y軸疊加電壓vlu的振幅而增大了 S軸疊加電壓vhs的振幅的情況下，作為疊加電壓的2相旋轉(zhuǎn)電壓的電壓矢量軌跡73。電壓矢量軌跡73在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上，形成以原點(diǎn)為中心，以Y軸方向?yàn)槎梯S方向，且以S軸方向?yàn)殚L(zhǎng)軸方向的橢圓。
在疊加了由電壓矢量軌跡73所表示的疊加電壓的情況下，對(duì)應(yīng)流過(guò)的疊加電流的電流矢量軌跡成為圖12所示的向S軸方向伸長(zhǎng)的橢圓。在這種情況下，也是只要軸誤差A(yù)e為零，疊加電流的電流矢量軌跡便可如電流矢量軌跡74那樣在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上，形成以原點(diǎn)為中心，且
以Y軸方向?yàn)槎梯S方向或長(zhǎng)軸方向的橢圓(有時(shí)也可成為正圓)，因此，乘積(ihYXih6)不具有直流成分。另一方面，如果軸誤差A(yù)e不為零，則疊加電流的電流矢量軌跡從電流矢量軌跡74如電流矢量軌跡75那樣以原點(diǎn)為中心傾斜，因此，乘積(ihYXih6)具有直流成分(但疊加電流的電流矢量軌跡成為正圓的情況除外)。因此，由圖8等所示的推定器20可推定出轉(zhuǎn)子位置。
另夕卜，作為疊加電壓也可以采用單相的交變電壓。例如，在Y軸疊加電壓vhy和5軸疊加電壓vb中，如果只使S軸疊加電壓vhs為零，則只具有Y軸電壓成分的單相高頻電壓(Y相的高頻交變電壓)成為疊加電壓，如果只使Y軸疊加電壓vhY為零，卯j只具有S軸電壓成分的單相高頻電壓(S相的高頻交變電壓)成為疊加電壓。由于該單相交變電壓也是與電動(dòng)機(jī)1不同步的高頻電壓，所以通過(guò)該交變電壓的施加，電動(dòng)機(jī)1不會(huì)旋轉(zhuǎn)。例如，在Y軸疊加電壓Vhy和S軸疊加電壓vhs中，只使Y軸疊加電壓vhy為零的情況下，疊加電壓的電壓矢量軌跡成為Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的以原點(diǎn)為中心的S軸上的線段。在這種情況下，也是只要軸誤差A(yù)6
為零，疊加電流的電流矢量軌跡便可如圖13的電流矢量軌跡77那樣在Y-S軸(Y-6坐標(biāo))上，形成以原點(diǎn)為中點(diǎn)的線段，因此，乘積(ihYXih6)不具有直流成分。另一方面，如果軸誤差A(yù)e不為零，則疊加電流的電流矢量軌跡從電流矢量軌跡77如電流矢量軌跡78那樣以原點(diǎn)為中心傾斜，因此，乘積(ihyXihs)具有直流成分。由此，通過(guò)圖8等所示的推定器20可推定出轉(zhuǎn)子位置。
在作為疊加電壓而采用了 2相旋轉(zhuǎn)電壓的情況下，關(guān)于如何設(shè)定Y軸疊加電壓vhy的振幅與S軸疊加電壓vhs的振幅的關(guān)系、和作為疊加電壓而采用哪樣的單相交變電壓，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)1的特性和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的適用場(chǎng)合等進(jìn)行適宜選擇。如果相對(duì)地增大2相旋轉(zhuǎn)電壓中的Y軸疊加電壓vhY的振幅(如果相對(duì)地減小S軸疊加電壓vhs的振幅)，則由于影響轉(zhuǎn)矩的電流成分減少，所以可抑制因疊加而造成的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的發(fā)生，另一方面，由于增加了與轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)的電流成分，所以容易出現(xiàn)因疊加而產(chǎn)生的磁飽和的影響。這與采用只具有Y軸電壓成分的單相高頻電壓作為疊加電壓的情況相同。
相反，如果相對(duì)地增大2相旋轉(zhuǎn)電壓中的5軸疊加電壓Vhe的振幅(如果相對(duì)地減小Y軸疊加電壓vhy的振幅)，則由于與轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)的電流成分減少，所以不容易出現(xiàn)因疊加產(chǎn)生的磁飽和的影響，另一方面，由于增加了影響轉(zhuǎn)矩的電流成分，所以容易產(chǎn)生因疊加而造成的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。這與采用只具有S軸電壓成分的單相高頻電壓作為疊加電壓的情況相同。
另外，如果作為疊加電壓采用Y軸疊加電壓Vhy的振幅與S軸疊加電
壓vh5的振幅不同的2相旋轉(zhuǎn)電壓，或者作為疊加電壓而采用單相交變電壓，則與采用圖4所示的成為正圓的旋轉(zhuǎn)電壓的情況相比，能夠抑制因疊加所導(dǎo)致的消耗功率的增大。雖然為了將軸誤差A(yù) e高精度地保持為零，需要疊加一定程度大小的疊加電流，但通過(guò)根據(jù)電動(dòng)機(jī)1的特性等適宜地設(shè)定Y軸疊加電壓vhy的振幅與S軸疊加電壓Vhs的振幅的關(guān)系，或根據(jù) 電動(dòng)機(jī)1的特性等采用單相交變電壓，可抑制因疊加所導(dǎo)致的消耗功率的 增大。
而且，雖然為了獲得2相的旋轉(zhuǎn)電壓作為疊加電壓，需要使Y軸疊加
電壓vhy和S軸疊加電壓vhs成為正弦波，但Y軸疊加電壓vlu和/或S軸
疊加電壓Vh6不一定必須成為正弦波。只要在疊加電壓的Y-S軸(Y-S 坐標(biāo))上，電壓矢量軌跡描繪出內(nèi)含原點(diǎn)，且具有以Y軸或S軸為基準(zhǔn)的 對(duì)稱性的圖形，則作為Y軸疊加電壓vhY和S軸疊加電壓vhs可以選擇任 意的波形。其原因是，如果在疊加電壓的Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上，電壓 矢量軌跡描繪出內(nèi)含原點(diǎn)，且具有以Y軸或5軸為基準(zhǔn)的對(duì)稱性的圖形， 則與釆用2相旋轉(zhuǎn)電壓作為疊加電壓的情況相同，在軸誤差A(yù) 8=0°時(shí)， 乘積(ihYXih6)不具有直流成分；隨著軸誤差A(yù) e的大小從0增大，乘 積(ihyXihs)的直流成分以0為起點(diǎn)增大。
另外，所謂"內(nèi)含原點(diǎn)"是表示在上述"具有對(duì)稱性圖形"的內(nèi)部存 在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的原點(diǎn)。而且，所謂"以Y軸為基準(zhǔn)具有對(duì)稱 性"是表示在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的電壓矢量軌跡，在第1象限和第 2象限的部分圖形與第3象限和第4象限的部分圖形之間成立以Y軸為軸 的線對(duì)稱關(guān)系。并且，所謂"以S軸為基準(zhǔn)具有對(duì)稱性"是表示在Y-S軸 (Y - 5坐標(biāo))上的電壓矢量軌跡，在第1象限和第2象限的部分圖形與第 3象限和第4象限的部分圖形之間成立以S軸為軸的線對(duì)稱關(guān)系。
例如，如圖14所示，Y軸疊加電壓v卜(實(shí)線82)和5軸疊加電壓 vhs (虛線83)也可以是矩形波。在這種情況下，該電壓矢量軌跡如圖15 的電壓矢量軌跡84那樣，在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上形成以原點(diǎn)為中心的 長(zhǎng)方形，并且對(duì)應(yīng)流過(guò)的疊加電流的電流矢量軌跡成為圖16所示的(大 致)菱形。疊加電流的電流矢量軌跡所描繪的該菱形，如果軸誤差A(yù)6為 零，則成為電流矢量軌跡85那樣，乘積(ihyXihe)不具有直流成分。然 而，如果軸誤差A(yù)e不為零，疊加電流的電流矢量軌跡則從電流矢量軌跡 85向電流矢量軌跡86變化，使得菱形變形，乘積(ihYXihs)具有直流成 分。因此，由圖8所示的推定器20可推定出轉(zhuǎn)子位置。
另外，作為電動(dòng)機(jī)l，可采用作為非凸極機(jī)的表面磁鐵式同步電動(dòng)機(jī)。但是，在作為電動(dòng)機(jī)1而采用了非凸極機(jī)的情況下，疊加電壓的在Y-S軸 (Y - S坐標(biāo))上的電壓矢量軌跡如圖4的電壓矢量軌跡70那樣成為正圓
的情況(即，旋轉(zhuǎn)電壓中的Y軸疊加電壓vhY的振幅與S軸疊加電壓Vh6
的振幅相等的情況)下，疊加電流的在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的電流矢
量軌跡也如圖17的電流矢量軌跡80那樣，成為以原點(diǎn)為中心的正圓(在 未形成磁飽和的情況)。在疊加電流的電流矢量軌跡為正圓時(shí)，即使由于 軸誤差A(yù) e不為零而使該正圓傾斜，也無(wú)法捕捉該傾斜。
在這種情況下，可以通過(guò)在使與基于永磁鐵la的電樞交鏈磁通cba的 方向相同方向的磁通增加的方向，增大疊加電流的Y軸成分，有意地使電 動(dòng)機(jī)l形成磁飽和。由于如果形成磁飽和，則d軸電感Ld減小，使Y軸疊 加電流ilu容易流過(guò)，因此，即使在疊加了使電壓矢量軌跡成為正圓的疊 加電壓的情況下，疊加電流的電流矢量軌跡也不會(huì)成為正圓，該電流矢量 軌跡如電流矢量軌跡81那樣向Y軸方向隆起。于是，由于在A8^0。時(shí)， 乘積(ihyXihO的直流成分具有不等于0的值，所以，可使用與上述相
同的方法推定轉(zhuǎn)子位置。
具體而言，只要疊加使作為非凸極機(jī)的電動(dòng)機(jī)l的d軸電感Ld基于因 Y軸疊加電流ihy所引起的磁飽和而變化的疊加電壓即可。另外，在考慮
了高頻波的疊加電壓和疊加電流的情況下，Y軸疊加電壓Vhy與Y軸疊加
電流ihy存在大致比例的關(guān)系，S軸疊加電壓Vhs與S軸疊加電流ill5存在
大致比例的關(guān)系。電動(dòng)機(jī)的電壓方程式之所以可滿足下式3 (a)和(3b)， 是由于在高頻中，在下面的式(3a)和(3b)的各自右邊，第2項(xiàng)成為支 配項(xiàng)而其他項(xiàng)可以忽略。式(3a)和(3b)中的p是微分算子。
Vd ^Raid+pLdid-。 Lqiq ... (3a)
Vq=Raiq+pLqiq+coLdid+co$a …(3b)
當(dāng)然，即使在作為電動(dòng)機(jī)l而采用了非凸極機(jī)的情況下，也可以采用 Y軸疊加電壓vlv的振幅與5軸疊加電壓vhs的振幅不同的2相旋轉(zhuǎn)電壓 作為疊加電壓，還可以采用單相的交變電壓作為疊加電壓。但是，在為了 利用因Y軸疊加電流ihY所引起的磁飽和時(shí)，Y軸疊加電壓vhy ( Y軸疊加 電流ihy)不能為零。而且，電流控制部15使用由下面的2個(gè)等式構(gòu)成的式(4a)和(4b) 進(jìn)行必要的運(yùn)算。并且，磁通控制部16、速度控制部17和比例積分運(yùn)算 器35分別使用下式(5) 、 (6)和(7)進(jìn)行必要的運(yùn)算。
*=(Kcp+^)(i7*-iy)-o;eLqis ... (4 a)
s
v5*=(Kcp+^)(is*-is) + coe(Ldiy+$a) ... (4 b)
s
、=
0
2(Lq-Ld) V4(Lq-Ld)
0
2-+丄S
氺2
(5)
i5*=(Ksp + Ksi/s).(co*-coe) ... (6)
coe =(Kp+Ki/s)-ihD ... (7)
這里，Kep、 Ksp和Kp是比例系數(shù)，Kd、 IQ和Ki是積分系數(shù)，這些是 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先設(shè)定的值。
另外，在上述的示例中，將疊加電壓疊加在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器18的輸入側(cè) (即，v,和v^)，但也可以將疊加電壓疊加在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器18的輸出側(cè) (即，vu*、 v/和v^)。在這種情況下，只要將Y軸疊加電壓vhy和5軸 疊加電壓vhs轉(zhuǎn)換成三相電壓的值，疊加在三相電壓指令值(vu*、 v/和 vw*)上即可。
<第2實(shí)施方式>
下面，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖18是第2實(shí)施方 式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。第2實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 具有電動(dòng)機(jī)l、變頻器2和無(wú)位置傳感器控制裝置3a。無(wú)位置傳感器控 制裝置3a與圖3的無(wú)位置傳感器控制裝置3的不同點(diǎn)是，將圖3的無(wú)位 置傳感器控制裝置3中的疊加電壓生成部21、加法器22和23置換成疊加 電流生成部24、加法器25和26，并且將圖3的無(wú)位置傳感器控制裝置3 中的位置/速度推定器20、電流控制部15和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器18分別置換成位
18置/速度推定器20a (以下稱為"推定器20a")、電流控制部15a和坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換器18a，關(guān)于其他點(diǎn)，基本上與無(wú)位置傳感器控制裝置3—致。在圖 18中，對(duì)于與圖3相同的部分標(biāo)記相同的符號(hào)，原則上省略對(duì)相同部分的 重復(fù)說(shuō)明。
在第2實(shí)施方式中，作為電動(dòng)機(jī)l，可采用凸極機(jī)(具有凸極性的電 動(dòng)機(jī))和非凸極機(jī)(具有非凸極性的電動(dòng)機(jī))的任意一種。在此，主要以 電動(dòng)機(jī)1為凸極機(jī)(例如，磁鐵嵌入式同步電動(dòng)機(jī))的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。
在第2實(shí)施方式中，推定器20a推定并輸出推定轉(zhuǎn)子位置9 e和推定 電動(dòng)機(jī)速度"e。因此，構(gòu)成無(wú)位置傳感器控制裝置3a的各個(gè)部分會(huì)根據(jù) 需要，使用由推定器20a推定的推定轉(zhuǎn)子位置9 e和推定電動(dòng)機(jī)速度"e， 進(jìn)行必要的運(yùn)算。構(gòu)成無(wú)位置傳感器控制裝置3a的各個(gè)部分根據(jù)需要， 可自由地利用在無(wú)位置傳感器控制裝置3a內(nèi)生成的所有值。
減法器19從電動(dòng)機(jī)速度指令值"+中減去由推定器20a提供的推定電 動(dòng)機(jī)速度"e，并輸出其減法運(yùn)算結(jié)果(速度誤差)。速度控制部17根椐 減法器19的減法運(yùn)算結(jié)果("*-coe)，生成S軸電流指令值is、磁通控 制部16使用由推定器20a提供的推定電動(dòng)機(jī)速度coe、和速度控制部17 提供的5軸電流指令值"*，生成Y軸電流指令值i^。
疊加電流生成部24輸出用于疊加在Y軸電流指令值"*和S軸電流指 令值i^上的疊加電流。疊加電流由Y軸成分的Y軸疊加電流ihy和S軸成 分的S軸疊加電流ihs構(gòu)成。對(duì)于該疊加電流將在后面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
加法器25計(jì)算出來(lái)自磁通控制部16的Y軸電流指令值iZ、和來(lái)自 疊加電流生成部24的Y軸疊加電流ihv之和(iY*+ihY)。加法器26計(jì)算 出來(lái)自磁通控制部17的S軸電流指令值16*、和來(lái)自疊加電流生成部24 的S軸疊加電流ihs之和(i6*+ih6)。
減法器13從加法器25的計(jì)算結(jié)果(iY*+ihY)中減去由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器 12輸出的Y軸電流i"計(jì)算出電流誤差(iY*+ihY-iY)。減法器14從加法 器26的計(jì)算結(jié)果(i5*+ihs)中減去由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器12輸出的5軸電流h， 計(jì)算出電流誤差(is*+ih6-i6)。
電流控制部15a接收通過(guò)減法器13、 14計(jì)算出的各個(gè)電流誤差、來(lái) 自坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器12的Y軸電流iY和S軸電流h、以及來(lái)自推定器20a的推定電動(dòng)機(jī)速度"e，輸出Y軸電壓指令值V^和S軸電壓指令值v^，以使 Y軸電流iy跟蹤疊加了 Y軸疊加電流ihy的Y軸電流指令值(即，("* +
ihY))，且使S軸電流Is跟蹤疊加了 5軸疊加電流iln的S軸電流指令值 (即，(I6*+ihs))。因此，在這些Y軸電壓指令值V,和S軸電壓指令
值V^中包含與疊加電流對(duì)應(yīng)的疊加電壓(疊加成分)。將該疊加電壓的 Y軸成分和S軸成分分別設(shè)為Y軸疊加電壓VhY、和S軸疊加電壓vhs。 Y軸疊加電壓vhy具有與Y軸疊加電流ih^對(duì)應(yīng)的值，S軸疊加電壓vh6具
有與S軸疊加電流ihs對(duì)應(yīng)的值。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器18a根據(jù)由推定器20a提供的推定轉(zhuǎn)子位置ee，進(jìn)行包含 疊加電壓的Y軸電壓指令值v^和S軸電壓指令值v,的逆變換，生成由 表示電動(dòng)機(jī)電壓Va的U相成分、V相成分和W相成分的U相電壓指令 值vu*、 V相電壓指令值v/和W相電壓指令值 *構(gòu)成的三相電壓指令值， 并將這些輸出到PWM變頻器2。在該逆變換中，使用由下面的2個(gè)等式 構(gòu)成的式(8)。當(dāng)然，式(8)中的v^和vJ是電流控制部15a輸出的 值(與圖3中的v^和vJ不同)。
vu- p
* —Vv .一^
:—(
乂6
;(0e—2兀/3)
-sin0e sin(0p—2兀/3)
v，
氺
(8)
氺、
V
PWM變頻器2根據(jù)表示應(yīng)施加于電動(dòng)機(jī)1的電壓的三相電壓指令值 (vu*、 vv*、 vw*)生成脈沖寬度被調(diào)制的信號(hào)，通過(guò)向電動(dòng)機(jī)l供給與該
三相電壓指令值對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)電流Ia，來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1。
與第1實(shí)施方式同樣，在本實(shí)施方式中，利用Y軸電流指令值iZ和 5軸電流指令值"*所表示的電流也是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1的驅(qū)動(dòng)電流。但是， 在本實(shí)施方式中，利用Y軸電壓指令值v^和S軸電壓指令值v^所表示 的電壓是在"為了在電動(dòng)機(jī)1中流過(guò)上述驅(qū)動(dòng)電流而對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的驅(qū) 動(dòng)電壓"上，疊加了 "為了在電動(dòng)機(jī)1中流過(guò)由疊加電流生成部24所生 成的疊加電流而對(duì)電動(dòng)機(jī)1施加的疊加電壓"的電壓。
由疊加電流生成部24生成的疊加電流是高頻旋轉(zhuǎn)電流。這里，所謂 "高頻"是指該疊加電流的頻率充分大于驅(qū)動(dòng)電流的頻率。而且，所謂"旋轉(zhuǎn)電流"是指如圖19所示那樣的電流矢量軌跡在Y - S軸上(Y - S坐標(biāo)上) 形成圓的電流。由于該旋轉(zhuǎn)電流是與電動(dòng)機(jī)l不同步的高頻電流，所以通 過(guò)該旋轉(zhuǎn)電流的疊加，電動(dòng)機(jī)1不會(huì)旋轉(zhuǎn)。另外，由疊加電流生成部24 生成的Y軸疊加電流ihY和S軸疊加電流ihs分別被設(shè)定為，與在第1實(shí)施
方式中被期待疊加的Y軸疊加電流ih、和S軸疊加電流ihs同樣(或相同)。
在電動(dòng)機(jī)1是磁鐵嵌入式同步電動(dòng)機(jī)等，并且Ld〈Lq成立的情況下，
當(dāng)疊加電流的電流矢量軌跡如圖19的電流矢量軌跡90那樣，在Y - S軸上 成為以原點(diǎn)為中心的正圓時(shí)，在Y軸電壓指令值v,和S軸電壓指令值vs *中所包含的疊加電壓的電壓矢量軌跡，如圖20的電壓矢量軌跡91所示， 在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上成為以原點(diǎn)為中心，以Y軸方向?yàn)槎梯S方向、 且以S軸方向?yàn)殚L(zhǎng)軸方向的橢圓。其中，電壓矢量軌跡91是在軸誤差A(yù)
e為零時(shí)的電壓矢量軌跡。軸誤差A(yù) e不為零的情況下的疊加電壓的電壓
矢量軌跡，成為由電壓矢量軌跡92所表示的橢圓，其短軸方向(或長(zhǎng)軸
方向)與Y軸方向(或s軸方向)不一致。目卩，在軸誤差A(yù)e不為零的情
況下，電壓矢量軌跡91在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上以原點(diǎn)為中心傾斜，描 繪成電壓矢量軌跡92。
因此，能夠采用與第1實(shí)施方式類似的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的推定。艮P， 推定器20a只要以使乘積(vhyXvhe')的直流成分收斂為零的方式，對(duì)Y
-S軸進(jìn)行修正，并進(jìn)行推定轉(zhuǎn)子位置ee和推定電動(dòng)機(jī)速度"e的推定即
可。在圖21中，表示推定器20a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例的框圖。圖21的推定 器20a具有BPF (帶通濾波器)31a和32a、乘法器33a、 LPF (低通濾 波器)34a、比例積分運(yùn)算器35a和積分器36a。
BPF31a從由電流控制部15a輸出的Y軸電壓指令值v^的值中，提取 作為疊加成分的Y軸疊加電壓vhv。同樣，BPF32a從由電流控制部15a輸 出的S軸電壓指令值vJ的值中，提取作為疊加成分的S軸疊加電壓vh" 乘法器33a計(jì)算出由BPF31a和32a提取的Y軸疊加電壓vhy和S軸疊加 電壓vhs的乘積(vhYXvh6) 。 LPF34a從該乘積(vhYXvh^)中除去高頻 成分，并提取乘積(vhyXvh6)的直流成分vhD。
比例積分運(yùn)算器35a為了實(shí)現(xiàn)PLL (Phase Locked Lo叩)，在與構(gòu)成 無(wú)位置傳感器控制裝置3a的各個(gè)部分配合動(dòng)作的同時(shí)，進(jìn)行比例積分控
21制，計(jì)算出推定電動(dòng)機(jī)速度"e，以使從LPF34a輸出的直流成分vhD收斂 為零(即，使軸誤差A(yù)0收斂為零)。積分器36a通過(guò)對(duì)從比例積分運(yùn)算 器35a輸出的推定電動(dòng)機(jī)速度"e進(jìn)行積分，來(lái)計(jì)算出推定轉(zhuǎn)子位置e e。 由比例積分運(yùn)算器35a輸出的推定電動(dòng)機(jī)速度"e、和由積分器36a輸出的 推定轉(zhuǎn)子位置0e—同被作為推定器20a的輸出值，提供給需要該值的無(wú) 位置傳感器控制裝置3a的各個(gè)部分。
如果構(gòu)成如圖18和圖21所示的結(jié)構(gòu)，則軸誤差A(yù) e可收斂為零。而 且，與以往的技術(shù)相比，用于推定轉(zhuǎn)子位置的處理(運(yùn)算量)簡(jiǎn)單，并可 容易實(shí)現(xiàn)，因此，實(shí)用性高。特別是在電動(dòng)機(jī)l的停止?fàn)顟B(tài)和低速旋轉(zhuǎn)狀 態(tài)時(shí)，可良好地推定轉(zhuǎn)子位置。當(dāng)然，能夠從該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中省略位 置傳感器(未圖示)，從而可實(shí)現(xiàn)低成本化。
另外，與第l實(shí)施方式同樣，也可以將LPF34置換成對(duì)疊加電壓的n 個(gè)周期(其中，n是l以上的整數(shù))的乘積(vhYXvh6)進(jìn)行積分，來(lái)計(jì) 算出直流成分vhD的n周期積分器(未圖示)，還可以置換成根據(jù)疊加電 壓的n個(gè)周期的乘積(vhYXvhs)的移動(dòng)平均計(jì)算出直流成分vhD的移動(dòng) 平均部(未圖示)。而且，與第1實(shí)施方式同樣，作為從乘積(vhYXvh6) 提取直流成分vhD的方法，也可以采用將LPF、積分(n周期積分)以及 移動(dòng)平均等中的多種方法進(jìn)行組合的方法。
另外，在作為疊加電流而疊加2相旋轉(zhuǎn)電流的情況下，只要與該疊加 電流對(duì)應(yīng)的疊加電壓的電壓矢量軌跡，在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上形成以 原點(diǎn)為中心的橢圓，即使該旋轉(zhuǎn)電流中的Y軸疊加電流ihy的振幅與S軸 疊加電流ihs的振幅不同也無(wú)妨。因?yàn)榧词故惯@些振幅不同，乘積(v!iyX vh5)的直流成分也隨著軸誤差A(yù)6變化。在Y軸疊加電流ihY的振幅相對(duì) 大于S軸疊加電流ihe的振幅的情況下，疊加電流的電流矢量軌跡在Y - S 軸(Y-5坐標(biāo))上，形成以原點(diǎn)為中心，且以Y軸方向?yàn)殚L(zhǎng)軸方向、以S 軸方向?yàn)槎梯S方向的橢圓。相反，在Y軸疊加電流ihy的振幅相對(duì)小于S 軸疊加電流ihs的振幅的情況下，疊加電流的電流矢量軌跡在y - S軸(y -5坐標(biāo))上，形成以原點(diǎn)為中心，且以Y軸方向?yàn)槎梯S方向、以S軸方向 為長(zhǎng)軸方向的橢圓。
并且，作為疊加電流也可以采用單相的交變電流。因?yàn)椋谶@種情況下，乘積(vhYxvh6)的直流成分也隨著軸誤差A(yù) e變化。例如，在Y軸
疊加電流ihY和S軸疊加電流ihs中，如果只使S軸疊加電流ihs為零，則
只具有Y軸電流成分的單相高頻電流(Y相的高頻交變電流)成為疊加電 流，如果只使Y軸疊加電流ihy為零，則只具有S軸電流成分的單相高頻 電流(s相的高頻交變電流)成為疊加電流。由于該單相交變電流也是與 電動(dòng)機(jī)1不同步的高頻電流，所以通過(guò)該交變電流的施加，電動(dòng)機(jī)l不會(huì) 旋轉(zhuǎn)。例如，在Y軸疊加電流ihv和S軸疊加電流ihs中，只使Y軸疊加電 流ihy為零的情況下，疊加電流的電流矢量軌跡成為Y-S軸(Y-S坐標(biāo)) 上的以原點(diǎn)為中心的S軸上的線段。當(dāng)然，也可以只使S軸疊加電流ihs 為零。
在作為疊加電流而采用了 2相旋轉(zhuǎn)電流的情況下，關(guān)于如何設(shè)定Y軸 疊加電流ihY的振幅與5軸疊加電流ih6的振幅的關(guān)系、和作為疊加電流而 采用哪樣的單相交變電流，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的適 用場(chǎng)合等進(jìn)行適宜選擇。
而且，雖然為了獲得2相的旋轉(zhuǎn)電流作為疊加電流，需要使Y軸疊加 電流ihY和S軸疊加電流ihe成為正弦波，但Y軸疊加電流ihy和/或5軸疊 加電流ihs不是必須成為正弦波。只要在疊加電流的Y-S軸(Y-S坐標(biāo)) 上，電流矢量軌跡描繪出內(nèi)含原點(diǎn)，且具有以Y軸或S軸為基準(zhǔn)的對(duì)稱性 的圖形，作為Y軸疊加電流ih,和S軸疊加電流ih6可以是任意波形。其原 因是，如果在疊加電流的Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上，電流矢量軌跡描繪出 內(nèi)含原點(diǎn)，且具有以Y軸或S軸為基準(zhǔn)的對(duì)稱性的圖形，則與采用了2相 旋轉(zhuǎn)電流作為疊加電流的情況相同，在軸誤差厶6=0°時(shí)，乘積(vhyXvh O不具有直流成分，隨著軸誤差A(yù) 8的大小從O增大，乘積(vhyXVhs) 的直流成分以O(shè)為起點(diǎn)增大。例如，y軸疊加電流ihy和5軸疊加電流ihs
也可以是矩形波。
另外，所謂"內(nèi)含原點(diǎn)"是表示在上述"具有對(duì)稱性的圖形"的內(nèi)部
存在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的原點(diǎn)。而且，所謂"以Y軸為基準(zhǔn)具有對(duì) 稱性"是表示在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的電壓矢量軌跡，在第1象限和 第2象限的部分圖形與第3象限和第4象限的部分圖形之間，成立以Y軸 為軸的線對(duì)稱關(guān)系。并且，所謂"以S軸為基準(zhǔn)具有對(duì)稱性"是表示在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的電壓矢量軌跡，在第1象限和第4象限的部分圖 形與第2象限和第3象限的部分圖形之間成立以S軸為軸的線對(duì)稱的關(guān) 系。
而且，作為電動(dòng)機(jī)l，可采用作為非凸極機(jī)的表面磁鐵式同步電動(dòng)機(jī)。 但是，在采用了非凸極機(jī)作為電動(dòng)機(jī)1的情況下，疊加電流的在Y-S軸(Y -S坐標(biāo))上的電流矢量軌跡如圖19的電流矢量軌跡卯那樣成為正圓的情
況(即，旋轉(zhuǎn)電流中的Y軸疊加電流ihy的振幅與S軸疊加電流ihs的振幅 相等的情況)下，疊加電壓的在Y-S軸(Y-S坐標(biāo))上的電壓矢量軌跡
也成為以原點(diǎn)為中心的正圓(在未形成磁飽和的情況)。在疊加電壓的電
壓矢量軌跡為正圓時(shí)，即使由于軸誤差A(yù)9不為零而使該正圓傾斜，也無(wú) 法捕捉該傾斜。
在這種情況下，可以通過(guò)在使與基于永磁鐵la的電樞交鏈磁通cK的
朝向相同方向的磁通增加的方向，增大疊加電流的Y軸成分，有意地使電
動(dòng)機(jī)l引起磁飽和。由于如果引起磁飽和，則d軸電感Ld減小，使Y軸疊 加電流ihv容易流過(guò)，因此，即使在疊加了使電流矢量軌跡成為正圓的疊 加電流的情況下，疊加電壓的電壓矢量軌跡也不會(huì)成為正圓。于是，由于 在A9^0。時(shí)，乘積(vhyXvhs)的直流成分具有不等于O的值，所以， 可使用與上述相同的方法推定轉(zhuǎn)子位置。具體而言，只要在驅(qū)動(dòng)電流中疊 加使作為非凸極機(jī)的電動(dòng)機(jī)1的d軸電感Ld基于由Y軸疊加電流ihY所引 起的磁飽和而變化的疊加電流即可。
當(dāng)然，即使在采用非凸極機(jī)作為電動(dòng)機(jī)l的情況下，也可以采用Y軸 疊加電流ihy的振幅與S軸疊加電流ihs的振幅不同的2相旋轉(zhuǎn)電流作為疊 加電流，還可以采用單相交變電流作為疊加電流。但是，為了利用因Y軸
疊加電流ihY所引起的磁飽和，很顯然，Y軸疊加電流ihy不能為零。
另外，電流控制部15a使用將上述式(4a)右邊的(iY*-iY)置換成(i Y*+ihY-iY)的算式、和將上述式(4b)右邊的置換成(h*+ih6-i 。的算式進(jìn)行必要的計(jì)算。而且，比例積分運(yùn)算器35a使用將上述式(7) 右邊的ihD置換成vhD的算式進(jìn)行必要的計(jì)算。
在第l實(shí)施方式中，由疊加電壓生成部21和加法器22、 23構(gòu)成疊加 部(電壓疊加部)。在第l實(shí)施方式中，由BPF31、 32和乘法器33構(gòu)成疊加成分提取部。在該疊加成分提取部中，也可以考慮包含輸出直流成分
ihD的部位。g口，例如在疊加成分提取部中也可以考慮包含LPF34、 n周 期積分器37或移動(dòng)平均部(未圖示)，還可以考慮包含LPF38和移動(dòng)平 均部39。在第1實(shí)施方式中，從無(wú)位置傳感器控制裝置3除去了構(gòu)成上述 疊加部的部位和構(gòu)成上述疊加成分提取部的部位以外的部分構(gòu)成控制部。
在第2實(shí)施方式中，由疊加電流生成部24和加法器25、 26構(gòu)成了疊 加部。在第2實(shí)施方式中，由BPF31a、 32a和乘法器33a構(gòu)成了疊加成分 提取部。在該疊加成分提取部中，也可以考慮包含輸出直流成分vhD的部 位。gP，例如在疊加成分提取部中也可以考慮包含LPF34a、 n周期積分器 (未圖示)或移動(dòng)平均部(未圖示)。在第2實(shí)施方式中，無(wú)位置傳感器 控制裝置3a的除去了構(gòu)成上述疊加部的部位和構(gòu)成上述疊加成分提取部 的部位以外的部分構(gòu)成控制部。
另外，第1和第2實(shí)施方式中的電流檢測(cè)器11，既可以如圖3等所示 構(gòu)成為直接檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的結(jié)構(gòu)，也可以取而代之，構(gòu)成為根據(jù)電源側(cè) 的DC電流的瞬間電流再現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流，由此來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明適用于使用電動(dòng)機(jī)的所有電氣設(shè)備。例如，優(yōu)選適用于利用電 動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車、空調(diào)機(jī)等中所使用的壓縮機(jī)等。
2權(quán)利要求
1、一種無(wú)位置傳感器控制裝置，其將與構(gòu)成轉(zhuǎn)子的永磁鐵所產(chǎn)生的磁通平行的軸設(shè)為d軸、與d軸對(duì)應(yīng)的控制上的推定軸設(shè)為γ軸、從γ軸提前90度電角的推定軸設(shè)為δ軸，控制電動(dòng)機(jī)，所述無(wú)位置傳感器控制裝置具有疊加部，其在驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓上疊加與該驅(qū)動(dòng)電壓不同頻率的疊加電壓，所述疊加電壓在γ-δ軸上的電壓矢量軌跡，形成以γ軸為短軸或長(zhǎng)軸的橢圓；和控制部，其將由所述疊加部疊加了所述疊加電壓的所述驅(qū)動(dòng)電壓施加給所述電動(dòng)機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無(wú)位置傳感器控制裝置，其特征在于， 所述疊加部，通過(guò)將所述疊加電壓疊加到所述驅(qū)動(dòng)電壓，由此在驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流上疊加與該驅(qū)動(dòng)電流不同頻率的疊加電流；所述無(wú)位置傳感器控制裝置具有疊加成分提取部，其從供給到所述電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)電流中提取所述疊加電流的Y軸成分和S軸成分；所述控制部根據(jù)被提取的所述疊加電流的Y軸成分和5軸成分，控制所述電動(dòng)機(jī)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)位置傳感器控制裝置，其特征在于， 具有疊如成分提取部，其提取所述疊加電壓的Y軸成分和S軸成分， 所述控制部根據(jù)被提取的所述疊加電壓的Y軸成分和S軸成分，控制所述電動(dòng)機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)位置傳感器控制裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)機(jī)是具有非凸極性的電動(dòng)機(jī)，所述疊加部，將基于由所述疊加電流的Y軸成分所引起的磁飽和，使 所述電動(dòng)機(jī)的電感的d軸成分發(fā)生變化的電流，作為疊加電流而疊加在所 述驅(qū)動(dòng)電流上。
5、 一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有.-電動(dòng)機(jī)；驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的變頻器；和所述變頻器來(lái)控制所述電動(dòng)機(jī)的權(quán)利要求1所述的無(wú)位置傳 感器控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制裝置，具有；疊加部，其在驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓上疊加與該驅(qū)動(dòng)電壓不同頻率的疊加電壓，所述疊加電壓在γ-δ軸上的電壓矢量軌跡，形成以γ軸為短軸或長(zhǎng)軸的橢圓；和控制部，其將由所述疊加部疊加了所述疊加電壓的所述驅(qū)動(dòng)電壓施加給所述電動(dòng)機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101534088SQ200910135489
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2006年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者富樫仁夫, 鷹尾宏 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社