旋轉無傳感器控制裝置的製作方法

2023-12-09 13:11:46

專利名稱：旋轉無傳感器控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及同步電動機的旋轉無傳感器控制裝置。
背景技術：
在同步電動機的旋轉無傳感器控制裝置中，作為從空轉狀態起的再起動方法，提出了多種方法。所謂的空轉狀態，是指來自操縱臺的多級指令(V 〃 +指令)為空擋(0)，在驅動發電機的變換器的開關元件門指令全部為截止(Off)的狀態下惰走(惰性走行)的狀態。作為車輛速度為高速域時所用的方法，提出了利用感應電壓的方法即零電流控制的方法、利用短路電流的方法等。或者，作為在低速域所用的方法，提出了利用電感」夕>>)的方法。並且，還提出了根據發電機角速度從這兩者中選擇恰當的手法的方法。通過這些方法，能夠實現從空轉的狀態起動。現有技術文獻(專利文獻)專利文獻1:日本特開2008-017690號公報專利文獻2 日本專利3636340號公報專利文獻3 日本特開平7-177788號公報專利文獻4 日本專利3486326號公報

發明內容
發明所要解決的課題通過上述手法能夠從空轉的狀態起動，但若僅以單一的手法，都無法在整個速度域起動，為了嘗試以多種手法起動，在最壞的情況下，存在再起動所需的時間(轉矩(電流)指令產生之後發電機轉子的實際角度與推定角度一致從而發電機上轉矩產生為止的時間)顯著變長、或者起動順序由於利用多種手法而變得複雜等問題。特別是，再起動所需的時間大幅影響賦予轉矩指令之後的響應性，因此通常相應於最壞的情況進行電流指令的上升沿(立6上#)，使最壞的情況下的時間縮短與響應性的提高有關。另外，在負載接觸器存在於變換器與同步電動機之間的系統中，通過斷開負載接觸器，即使無負載感應電壓在變換器的直流側的電壓以上的區域(以下，將該區域稱為高電壓區域)也能夠空轉，但在從該狀態起的再起動時，變換器的直流側的電壓由於無負載感應電壓可能變為過電壓。因此，需要實現能夠在高電壓區域穩定的起動。因此，本發明的目的在於，提供同步電動機的旋轉無傳感器控制，在包含無負載感應電壓比變換器的直流側的電壓大的區域的整個區域實現從空轉再起動。用於解決課題的手段為了解決上述問題，本實施方式所涉及的旋轉無傳感器控制裝置由下面的結構構成。即，一種旋轉無傳感器控制裝置，對驅動同步器的變換器進行控制，具備相位角及角速度推定部，使用上述同步器的電感及感應電壓這兩者推定轉子的相位角及角速度；以及控制部，在上述變換器及電動機從空轉起動時，利用僅選擇非零電壓向量的PWM，生成電壓指令值，並且對上述變換器的輸出電流進行控制，上述相位角及角速度推定部利用上述電壓指令值及變換器輸出電流，推定上述旋轉相位角及角速度。


圖I是表示本發明的第I實施例的系統結構的框圖。圖2是表示一實施例所涉及的電壓向量選擇方法的向量圖。圖3是表示一實施例所涉及的電壓向量選擇方法的框圖。
圖4是表示本發明的第2實施例的系統結構的框圖。圖5是表示起動時控制部21的結構的框圖。圖6是表示通常時控制部23的結構的框圖。圖7是表示第2實施例的動作的流程圖。圖8是表示第3實施例的動作的流程圖。圖9是採用第二 NS判別法的系統的框結構圖。圖10是表示PLL9的結構的框圖。圖11是表示無負載感應電壓的向量圖。圖12是用於說明其他NS判別方法的向量圖。圖13是表示對NS判別的必要性進行判斷的結構的框圖。圖14是表示NS判別的動作的流程圖。圖15是表示第4實施例的結構的框圖。
具體實施例方式本發明的實施例涉及旋轉無傳感器控制中的從空轉起的再起動法。以下，參照附圖對本發明所涉及的旋轉無傳感器控制裝置及從空轉起的再起動法的實施例進行說明。實施例I圖I是表示本發明所涉及的旋轉無傳感器控制裝置的第I實施例的結構的框圖。變換器I以用於驅動變換器I的門指令為輸入，通過切換內置於變換器I的主電路開關元件的導通/截止(0N/0FF)來使交流/直流電力進行相互變換。發電機2是PMSM(Permanent Magnet SynchronousMotor :永久磁鐵同步電動機),通過在各勵磁相中流動的三相交流電流產生磁場，通過與轉子的磁性相互作用而產生轉矩。電流檢測部3對在PMSM中流動的三相交流電流中的兩相或三相的電流響應值進行檢測。在圖I中，示出了檢測兩相的電流的結構。坐標變換單元4進行發電機3的U、V、w三相固定坐標系與α β軸固定坐標系的坐標變換。α軸表示發電機3的u相繞組軸(卷線軸)，β軸是與α軸正交的軸。旋轉相位推定部5a根據上述電流檢測部檢測到的電流響應值ia、ie,推定發電機3的旋轉相位角(詳細情況在後闡述)。
角速度推定部6根據由旋轉相位推定部5推定出的相位Θ est推定角速度ω#。例如有基於推定相位Θ#的時間微分來計算的單元、將推定相位0est與運算的相位之差作為輸入並通過PLL (Phase LockedLoop)推定角速度Qest的單兀等 。電壓指令生成部7利用通過坐標變換單元4從電流檢測部3得到的電流響應值ia、ie及電流指令值來確定並輸出門信號(詳細情況在後闡述)。在此，用固定坐標系推定相位及角速度，但也可以用旋轉坐標系推定。接著，對旋轉相位推定部5a的相位推定方法進行詳細地說明。算式(I)示出了如電動機(發電機)2的突極式PMSM的d_q軸上的一般的電壓方程式。其中，將轉子的磁通量方向作為d軸，將從d軸前進90度的方向作為q軸。
[004權利要求
1.一種旋轉無傳感器控制裝置，對驅動同步器的變換器進行控制，具備 相位角及角速度推定部，使用上述同步器的電感及感應電壓這兩者，推定轉子的相位角及角速度；以及 控制部，在上述變換器及電動機從空轉起動時，利用僅選擇非零電壓向量的PWM，計算電壓指令值，並且對上述變換器的輸出電流進行控制， 上述相位角及角速度推定部利用上述電壓指令值及變換器輸出電流，推定上述旋轉相位角及角速度。
2.一種旋轉無傳感器控制裝置，對驅動同步器的變換器進行控制，具備 相位角及角速度推定部，推定上述同步器的轉子的相位角及角速度；以及 控制部，利用PWM，對上述變換器的輸出電流進行控制， 上述控制部在上述變換器及電動機從空轉起動時，控制上述變換器，以在轉矩指令為零的狀態下電流在上述轉子的磁通量方向上流動。
3.一種旋轉無傳感器控制裝置，對驅動同步器的變換器進行控制，具備 相位角及角速度推定部，推定上述同步器的轉子的相位角及角速度；以及 控制部，利用PWM，對上述變換器的輸出電流進行控制， 上述控制部在上述變換器及電動機從空轉起動時，與通常時相比提高電流控制響應性，並控制上述變換器。
4.如權利要求3所述的旋轉無傳感器控制裝置，其中， 上述控制部具備電流追蹤式PWM方式控制部以及電壓調製式PWM方式控制部， 在上述起動時，利用電流追蹤式PWM控制部，對上述變換器的輸出電流進行控制，在起動後，利用電壓調製式PWM控制部，對上述變換器的輸出電流進行控制。
5.如權利要求I至4中任一項所述的旋轉無傳感器控制裝置，還具備 NS判定單元，判斷上述電動機的轉子磁通量的方向是N極還是S極。
6.如權利要求2所述的旋轉無傳感器控制裝置，其中， 具備電壓判定部該電壓判定部判定上述電動機的無負載感應電壓和上述變換器的直流側電壓的大小， 上述控制部在上述從空轉起動時，在通過上述電壓判定部判定為上述無負載感應電壓比變換器的直流側的電壓大時，控制上述變換器，以在上述同步器的轉子磁通量方向上流動負的電流。
7.如權利要求6所述的旋轉無傳感器控制裝置，其中， 在上述變換器與上述同步器之間具備負載接觸器， 上述控制部在上述負載接觸器從斷開的狀態起閉合後，在通過上述電壓判定部判定為無負載感應電壓比直流電壓大時，控制上述變換器，以使上述變換器的電流絕對值變大。
全文摘要
本發明提供的旋轉無傳感器控制裝置，對驅動同步器(2)的變換器(1)進行控制，具備相位角及角速度推定部(5，6)，使用上述同步器的電感及感應電壓這兩者推定轉子的相位角及角速度；以及控制部(24，26)，在上述變換器(1)及電動機(2)從空轉起動時，利用僅選擇非零電壓向量的PWM，生成電壓指令值，並且對上述變換器(1)的輸出電流進行控制，上述相位角及角速度推定部(5，6)利用上述電壓指令值及變換器輸出電流，推定上述旋轉相位角及角速度。
文檔編號H02P21/00GK102986133SQ20118002505
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月17日 優先權日2010年5月20日
發明者谷口峻, 安井和也, 結城和明, 中沢洋介 申請人:株式會社東芝