電流檢測單元及電動機控制裝置的製作方法

2023-07-23 16:41:01

專利名稱：電流檢測單元及電動機控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於檢測電流的電流檢測單元及驅動控制電動機的電動機控制裝置，尤其涉及採用一分流(shunt)電流檢測方式的電動機控制裝 置。此外，本發明涉及轉換器控制裝置及系統連接裝置。
背景技術：
為向電動機供給三相交流電並對電動機進行矢量控制，需要在U相、 V相及W相三相之中檢測兩個相的電流(例如U相電流及V相電流)。為檢 測兩個相的電流，通常使用兩個電流傳感器(變流器(currenttransformer) 等)，但使用兩個電流傳感器導致嵌入了電動機的系統整體的成本提高。因此，以往提出了用一個電流傳感器檢測轉換器與直流電源間的母線 電流(直流電流)，並從該檢測的母線電流中檢測兩個相的電流的方式。 該方式也稱作一分流電流檢測方式(單分流電流檢測方式)，該方式的基 本原理記載於例如日本國專利第2712470號公報(以下稱作專利文獻1)。圖37表示採用了一分流電流檢測方式的以往的電動機驅動系統的整 體框圖。轉換器(PWM轉換器)202具備三相的具有上臂和下臂的半橋電 路，並通過遵循由控制部203賦予的三相電壓指令值使各臂開關，由此將 來自直流電源204的直流電壓變換為三相交流電壓。該三相交流電壓向三 相永磁鐵同步式的電動機201供給，驅動控制電動機201。將連接轉換器202內的各下臂與直流電源204的線路稱為母線213。 電流傳感器205向控制部203傳遞表示流過母線213的母線電流的信號。 控制部203通過在適宜的時刻對電流傳感器205的輸出信號進行採樣，檢 測出電壓電平變為最大的相(最大相)的相電流與變為最小的相(最小相) 的相電流，即兩個相的電流。在各相的電壓電平相互之間充分分開的情況下，利用上述的處理能夠 檢測兩個相的電流，但如果電壓的最大相與中間相接近或電壓的最小相與中間相接近，則不能夠檢測兩個相的電流。而且，逐一參照圖3、圖4及 圖5 (a) (d)對包括不能檢測該兩個相的電流的說明的一分流電流檢 測方式進行說明。鑑於此，在日本國特開2004-64903號公報中，在一分流電流檢測方 式中，在不能檢測兩個相的電流的期間，從過去的電流信息中推斷三相電 流。更具體地，通過將變換過去的三相電流得到的d軸q軸電流進行三相 逆變換，推斷三相電流。在僅基於過去的三相電流進行推斷的情況下，雖然在定常狀態下估計 可達到一定程度的推斷精度，但在過渡狀態下，因為施加在電動機上的電 壓的影響未在推斷中反映，所以估計不能進行良好的推斷。假設即使使用 可檢測的一相的電流信息，從而推斷其餘的相的電流，在該一相的電流信 息中仍不能反映出施加電壓的影響，難以實現良好的推斷。此外，如果如日本國特開2004-64903號公報那樣採用進行電流的推 斷的方式，則因為不是檢測而是推斷，所以在矢量控制中使用的電流值多 少含有誤差。該誤差對電動機的平滑的驅動不利。因此，在一分流電流檢測方式中，提出在不能檢測兩個相的電流的期 間，基於三相的柵極信號對相對於轉換器內的各臂的PWM信號的脈衝寬度 進行修正的方法。該方法例如在日本國特開2003-189670號公報中被公開。圖38表示與該修正對應的、 一般的電壓指令值(脈衝寬度)的修正 例。圖38中，橫軸表示時間，220u、 220v及220w表示U相、V相及W相 的電壓電平。因為各相的電壓電平遵循相對於各相的電壓指令值(脈衝寬 度)，所以可以認為兩者等價。如圖38所示，為不使電壓的"最大相與中 間相"及"最小相與中間相"接近為規定間隔以下，修正各相的電壓指令 值(脈衝寬度)。由此，各相電壓不會接近到不能檢測兩個相的電流的程 度，並可穩定地檢測兩個相的電流。但是，在日本國特開2003-189670號公報記載的方法中，需要由三相 的電壓指令值(脈衝寬度)的關係決定修正量，特別地在施加電壓低時， 存在需要對所有三相進行修正的情況，從而修正處理繁雜。而且，在上述專利文獻l中，對於不能檢測兩個相的電流的對應方法
並未記載。此外，在文獻"山田，另外2名，'電流控制形正弦波電壓連 接三相轉換器 (Current Controlled Type Sinusoidal Voltage Interconnecting Three-Phase Inverter)'， 平成19年電氣學會全國 大會講演論文集，電氣學會，平成19年3月，第4分冊，4一076， p. 115" 中公開了對於系統連接用的三相式轉換器的控制技術。如上述，在採用了一分流電流檢測方式時，如圖38所示的修正有效， 但同時希望利用更簡單的處理實現用於維持電動機電流的可檢測狀態的 期望的修正的技術。此外，對關於電動機控制的以往技術進行了說明，但 對於系統連接體系也產生與該以往的技術存在的問題相同的問題。因此， 可用於其中的電流檢測單元是有益的。發明內容因此，本發明的目的在於提供一種在採用一分流電流檢測方式的情況 下，利用簡單的處理可實現用於維持電動機電流的可檢測狀態的期望的修 正的電動機控制裝置及電動機驅動系統，以及可用於其中的電流檢測單 元。此外，本發明的目的在於提供一種採用與一分流電流檢測方式對應的 電流檢測方式，並且可實現用於維持轉換器輸出電流的可檢測狀態的期望 的修正的電流檢測單元、轉換器控制裝置及系統連接裝置。本發明所述的電流檢測單元具備將在三相式的轉換器與直流電源之 間流通的電流作為檢測電流進行檢測的電流檢測機構，從檢測到的所述檢 測電流檢測所述轉換器的三相電流，所述電流檢測單元的特徵在於，具備 電壓指令矢量生成機構，其生成電壓指令矢量，所述電壓指令矢量表示所 述轉換器的三相電壓需追隨的電壓的矢量；電壓指令矢量修正機構，其對 生成的所述電壓指令矢量進行修正，所述電流檢測單元根據修正後的所述 電壓指令矢量對所述轉換器進行控制。本發明所述的電動機控制裝置是具備上述的電流檢測單元，並通過所 述轉換器驅動三相式電動機的電動機控制裝置，通過由所述電流檢測單元 進行的所述三相電流的檢測，對流向所述電動機的電動機電流進行檢測， 並基於該電動機電流，經由所述轉換器對所述電動機進行控制，且所述電 壓指令矢量表示向所述電動機施加的施加電壓需追隨的電壓的矢量，且所 述電壓指令矢量生成機構基於所述電動機電流，生成所述電壓指令矢量， 所述電動機控制裝置根據由所述電壓指令矢量修正機構形成的修正後的 所述電壓指令矢量控制所述轉換器，由此控制所述電動機。例如，在所述電動機控制裝置中，所述電壓指令矢量是旋轉坐標上的 電壓指令矢量，所述電壓指令矢量修正機構在將該旋轉坐標上的電壓指令 矢量變換為三相的固定坐標上的三相電壓指令值的過程中，對所述旋轉坐 標上的電壓指令矢量進行修正，該電動機控制裝置通過向所述轉換器供給 與修正後的所述電壓指令矢量對應的所述三相電壓指令，對所述電動機進 行控制。更具體地，例如，在所述電動機控制裝置中，所述電壓指令矢量是對應於以規定的固定軸為基準的所述電壓指令矢量的相位，按每60度電角 步進地旋轉的ab坐標上的兩相的電壓指令矢量。由此，通過如修正電壓指令矢量的坐標軸分量的簡單的處理，可實現 期望的修正。即例如，在所述電動機控制裝置中，所述電壓指令矢量修正機構基於 所述ab坐標上的形成兩相的電壓指令矢量的坐標軸分量的大小，判斷是 否需要修正，在需要修正的情況下，通過修正所述坐標軸分量，對所述電 壓指令矢量進行修正。此外例如，所述電動機控制裝置基於生成的所述電壓指令矢量，對作 為所述檢測電流流通的電流的相進行判斷，並根據該判斷結果檢測所述電 動機電流。作為基於電壓指令矢量的上述的判斷的方法，更具體地考慮如以下的 方法。例如，基於以規定的固定軸為基準的所述電壓指令矢量的相位，對 作為所述檢測電流流通的電流的相進行判斷。取而代之，例如，基於所述ab坐標上的所述電壓指令矢量的坐標軸 分量、和與所述ab坐標的坐標軸同規定的固定軸之間的相位差對應的變 量，對作為所述檢測電流流通的電流的相進行判斷。並且例如，所述電動機控制裝置還具備從修正後的所述電壓指令矢量 生成三相電壓指令值的三相電壓指令值生成機構，並基於所述判斷結果與 所述三相電壓指令值，決定對所述檢測電流進行檢測的時刻，且從在該時 刻下檢測到的所述檢測電流檢測所述電動機電流，通過向所述轉化器供給 所述三相電壓指令值，對所述電動機進行控制。此外例如，在所述電動機控制裝置中，也可基於生成的所述電壓指令 矢量的大小，決定對所述檢測電流進行檢測的時刻，且從在該時刻檢測到 的所述檢測電流檢測所述電動機電流。此外例如，在所述電動機控制裝置中，也可基於所述ab坐標上的所 述電壓指令矢量的坐標軸分量，決定對所述檢測電流進行檢測的時刻，從 在該時刻檢測到的所述檢測電流檢測所述電動機電流。此外，本發明所述的電動機驅動系統的特徵在於，具備三相式的電動機、驅動所述電動機的轉換器、和通過控制所述轉換器對所述電動機進 行控制的上述任一項所述的電動機控制裝置。此外例如，在所述電流檢測單元中，所述電壓指令矢量是旋轉坐標上 的電壓指令矢量，所述電壓指令矢量修正機構在將該旋轉坐標上的電壓指 令矢量變換為三相的固定坐標上的三相電壓指令值的過程中，對所述旋轉 坐標上的電壓指令矢量進行修正，並通過向所述轉換器供給與修正後的所 述電壓指令矢量對應的所述三相電壓指令值，對所述轉換器進行控制。更具體地，例如，在所述電流檢測單元中，所述電壓指令矢量是對應於以規定的固定軸為基準的所述電壓指令矢量的相位，按每60度電角步 進地旋轉的ab坐標上的兩相的電壓指令矢量。由此，通過如修正電壓指令矢量的坐標軸分量的簡單的處理，可實現 期望的修正。即例如，在所述電流檢測單元中，所述電壓指令矢量修正機構基於所 述ab坐標上的形成兩相的電壓指令矢量的坐標軸分量的大小，判斷是否 需要修正，在需要修正的情況下，通過修正所述坐標軸分量，對所述電壓 指令矢量進行修正。此外，本發明所述的轉換器控制裝置具備上述的電流檢測單元，且基 於檢測的所述三相電流，對所述轉換器進行控制，該轉換器裝置的特徵在 於，所述電壓指令矢量生成機構基於所述三相電流生成所述電壓指令矢並且例如，所述轉換器控制裝置還具備以所述轉換器的輸出電壓的相
位為基準，將所述三相電流變換為有效電流與無效電流的電流變換機構，所述電壓指令矢量生成機構基於所述有效電流及無效電流生成所述電壓指令矢量。此外，本發明所述的系統連接裝置的特徵在於，具備上述的轉換器控 制裝置及轉換器，通過所述轉換器將來自所述直流電源的直流電壓變換為 三相的交流電壓，與外部的三相交流電力系統連接，同時向負載供給基於 所述交流電壓的交流電。根據本發明，在採用一分流電流檢測方式的情況下，通過簡單的處理 可實現期望的修正。


圖1是本發明的第一實施方式所述的電動機驅動系統的整體結構框圖。圖2是表示施加在圖1的電動機上的三相交流電壓的典型的例子的圖。圖3是將對於圖1的電動機的通電模式，及各通電模式與母線電流的 關係形成表進行表示的圖。圖4是表示圖1的電動機中的各相電壓的電壓電平與載波信號的關 系，及與該關係對應的P謂信號及母線電流的波形的圖。圖5 (a)、 (b)、 (c)及(d)是圖4的各時刻下的、圖1的電樞繞組 周邊的等價電路圖。圖6是將圖1的電動機中的各相電壓的高低關係的組合(模式)及各 組合中檢測到的電流的相形成表進行表示的圖。圖7是圖1的電動機的解析模型圖。圖8是本發明的第一實施方式所述的，表示作為固定軸的U相軸、V 相軸及W相軸，與作為旋轉軸的d軸及q軸及電壓矢量的關係的空間矢量 圖。圖9是用於說明在本發明中定義的a軸的圖。圖10是表示考慮與圖9的a軸的關係，將轉子的相位(9 )分解後 的情況的圖。
圖11是表示本發明所述的電壓矢量的修正處理的順序的流程圖。圖12 (a)是表示圖11的修正處理前的、ab坐標上的電壓矢量的軌 跡的圖。圖12 (b)是表示圖11的修正處理後的、ab坐標上的電壓矢量的軌 跡的圖。圖13是表示U相軸、V相軸及W相軸，與a軸及e軸的關係的圖。 圖14是表示經過圖11的修正處理得到的電壓矢量的a P坐標上的軌 跡的圖。圖15 (a)是表示經過圖11的修正處理得到的ot軸電壓及3軸電壓的 電壓波形的圖。圖15 (b)是表示經過圖11的修正處理得到的U軸電壓、V相電壓及 W相電壓的電壓波形的圖。圖16是表示圖11的步驟S2的變形例的處理順序的流程圖。圖17是用於說明圖16所示的處理的意義的圖。圖18是用於說明圖16所示的處理的意義的圖。圖19是本發明的第一實施例所述的電動機驅動系統的整體結構框圖。圖20是圖19的電流檢測部的內部框圖。圖21是圖19的電壓矢量修正部的內部框圖。圖22是本發明的第二實施例所述的電動機驅動系統的整體結構框圖。圖23是圖22的電壓矢量修正部的內部框圖。圖24是表示圖23的坐標旋轉部的處理內容的框圖。圖25是表示用於說明利用圖23的坐標旋轉部的模式特定方法的表的圖。圖26是圖22的電流檢測部的內部框圖。圖27是本發明的第三實施例所述的、可作為圖22的電壓矢量修正部 使用的電壓矢量修正部的內部框圖。圖28是表示用於說明利用圖27的模式判斷部的模式特定方法的表的圖。圖29是表示在適用於兩相調製的情況下的各相電壓的電壓波形的圖， 且為用於說明本發明的第四實施例的原理的圖。
圖30是表示在適用於兩相調製的情況下的各相電壓的電壓波形的圖， 且為用於說明本發明的第四實施例的原理的圖。圖31是表示在適用於兩相調製的情況下的各相電壓的電壓波形的圖， 且為用於說明本發明的第四實施例的原理的圖。圖32是本發明的第四實施例所述的電動機驅動系統的整體結構框圖。圖33是圖32的電壓矢量修正部的內部框圖。圖34是圖32的電流檢測部的內部框圖。圖35是本發明的第五實施例所述的電動機驅動系統的整體結構框圖。 圖36是本發明的第五實施例所述的電動機驅動系統的整體結構框圖。 圖37是採用一分流電流檢測方式的、以往的電動機驅動系統得整體 結構框圖。圖38是表示以往技術所述的、採用一分流電流檢測方式的情況下的電壓指令值(脈衝寬度)的修正例的圖。圖39是本發明的第二實施方式所述的系統連接裝置的整體結構圖。 圖40是表示包含控制部的內部框圖的、圖39的系統連接裝置的整體結構圖。圖41是表示本發明的第二實施方式所述的、作為固定軸的U相軸、V 相軸及W相軸，與作為旋轉軸的P軸及Q軸及電壓矢量的關係的空間矢量 圖。圖42是圖40的電壓指令處理部的內部框圖。圖43是表示本發明的第二實施方式所述的、作為固定軸的U相軸、V 相軸及W相軸，與作為旋轉軸的P軸及Q軸及電壓矢量的關係的空間矢量 圖。圖44是本發明的第三實施方式所述的三相負載驅動系統的整體結構圖。圖45是表示本發明的第三實施方式所述的、作為固定軸的U相軸、V 相軸及W相軸，與作為旋轉軸的X軸及Y軸及電壓矢量的關係的空間矢量 圖。圖46是圖44的電壓指令處理部的內部框圖。
具體實施方式
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行具體的說明。參照的各圖中， 同一部分標註同一標記，對同一部分的重複說明原則上省略。 《第一實施方式》首先，對本發明的第一實施方式進行說明。然後，說明第一實施方式 中的第一 第五實施例，首先，對各實施例中共同的事項及各實施例中參 照的事項進行說明。圖l是第一實施方式所述的電動機驅動系統的方塊結 構圖。
圖1的電動機驅動系統具備三相永磁鐵同步電動機1 (以下簡單標記為"電動機l" )、 PWM (脈衝寬度調製Pulse Width Modulation)轉換 器2 (以下簡單標記為"轉換器2")、控制部3、直流電源4、和電流傳 感器5。直流電源4將負輸出端子4b設為低電壓側，並在正輸出端子4a 與負輸出端子4b之間輸出直流電壓。圖1的電動機驅動系統採用了一分 流電流檢測方式。電動機1具備設有永久磁鐵的轉子6和設有U相、V相及W相的電樞 繞組7u、 7v及7w的定子7。電樞繞組7u、 7v及7w以中性點14為中心進 行Y結線。在電樞繞組7u、 7v及7w中，與中性點14的相反側的非結線 端分別與端子12u、 12v及12w連接。
轉換器2具備U相用的半橋電路、V相用的半橋電路及W相用的半橋 電路。各半橋電路具有一對開關元件。在各半橋電路中， 一對開關元件串 聯連接在直流電源4的正輸出端子4a與負輸出端子4b之間，並在各半橋 電路施加來自直流電源4的直流電壓。
U相用的半橋電路由高電壓側的開關元件8u (以下稱為上臂8u)及低 電壓側的開關元件9u (以下稱為下臂9u)構成。V相用的半橋電路由高電 壓側的開關元件8v (以下稱為上臂8v)及低電壓側的開關元件9v (以下 稱為下臂9v)構成。W相用的半橋電路由高電壓側的開關元件8w (以下稱 為上臂8w)及低電壓側的開關元件9w (以下稱為下臂9w)構成。此外， 以從直流電源4的低電壓側朝向高電壓側的方向作為順向，在開關元件 8u、 8v、 8w、 9u、 9v及9w上分別並列地連接二極體10u、 10v、 10w、 llu、 llv及llw。各二極體具有作為續流二極體(free wheel diode)的功能。 串聯連接的上臂8u與下臂9u的連接點、串聯連接的上臂8v與下臂 9v的連接點、串聯連接的上臂8w與下臂9w的連接點分別與端子12u、 12v 及12w連接。而且，圖1中表示了作為各開關元件的場效應電晶體，但也 能夠將其置換為IGBT (絕緣雙柵極電晶體(gate bipolar transistor))等。轉換器2通過基於從控制部3提供的三相電壓指令值生成相對於各相 的PWM信號(脈衝寬度調製信號)，並將該PWM信號提供給轉換器2內的 各開關元件的控制端子(基極或者柵極)，從而使各開關元件進行開關動 作。從控制部3向轉換器2供給的三相電壓指令值由U相電壓指令值v入 V相電壓指令值v/及W相電壓指令值v/構成，並利用vu* 、. V及v/分別 表示U相電壓Vu、 V相電壓v,及W相電壓v.的電壓電平(電壓值)。並且 轉換器2基於^ 、 及v/控制各開關元件的開啟(導通)或者關閉(非 導通)。如果忽略用於防止同一相的上臂與下臂同時開啟的停頓時間(dead time),則在各半橋電路中，上臂是開啟時，下臂關閉；上臂關閉時，下 臂開啟。忽略上述停頓時間進行以下的說明。施加於轉換器2的來自直流電源4的直流電壓，通過轉換器2內的各開關元件的開關動作而被變換為例如被PWM調製(脈衝寬度調製)了的三 相交流電壓。通過將該三相交流電壓施加於電動機l，在各電樞繞組(7u、 7v及7w)流通與三相交流電壓對應的電流，從而驅動電動機l。電流傳感器5檢測在轉換器2的母線13中流過的電流(以下稱為"母 線電流")。因為母線電流具有直流分量，所以也可將其解釋為直流電流。 在轉換器2中，下臂9u、 9v及9w的低電壓側被共同結線而與直流電源4 的負輸出端子4b連接。下臂9u、 9v及9w的低電壓側被共同結線的配線 為母線13，電流傳感器5串聯地介於母線13之間。電流傳感器5將表示 檢測的母線電流(檢測電流)的電流值的信號向控制部3傳遞。控制部3 參照電流傳感器5的輸出信號，同時生成及輸出上述三相電壓指令值。而 且電流傳感器5例如為分流電阻或變流器等。此外，電流傳感器5也可不 設在連接下臂9u、 9v及9w的低電壓側與負輸出端子4b的配線(母線13) 上，而設在連接上臂8u、 8v及8w的高電壓側與正輸出端子4a的配線上。 此處，使用圖2、圖3、圖4、圖5 (a) (d)及圖6對母線電流與 各相的在電樞繞組中流過的相電流之間的關係進行說明。將在電樞繞組 7u、 7v及7w中流通的電流分別稱為U相電流、V相電流及W相電流，並 將它們分別(或將它們總稱)稱為相電流(參照圖1)。此外，在相電流中， 將從端子12u、 12v或12w向中性點14流入的方向的電流的極性設為正， 將從中性點14流出的方向的電流的極性設為負。圖2表示施加在電動機1上的三相交流電壓的典型的一例。圖2中， 100u、 100v及100w分別表示應施加在電動機l上的U相電壓、V相電壓 及W相電壓的波形。將U相電壓、V相電壓及W相電壓分別稱(或將它們 總稱)為湘電壓。在電動機l中流過正弦波狀的電流的情況下，轉換器2 的輸出電壓為正弦波狀。而且，圖2的各相電壓為理想的正弦波，但在本 實施方式中，實際在該正弦波上施加變形(具體後述)。如圖2所示，U相電壓、V相電壓及W相電壓間的電壓電平的高低關 系隨時間的經過而變化。該高低關係由三相電壓指令值確定，轉換器2根 據三相電壓指令值決定對各相的通電模式。圖3中，將該通電模式用表進 行表示。從圖3的左側開始的第一列 第三列表示通電模式。第四列後述。通電模式中具有-U、 V及W相的下臂全部開啟的通電模式"LLL"; W相的上臂開啟且U及V相的下臂開啟的通電模式"LLH"; V相的上臂開啟且U及W相的下臂開啟的通電模式"LHL"; V及W相的上臂開啟且U相的下臂開啟的通電模式"L冊"； U相的上臂開啟且V及W相的下臂開啟的通電模式"HLL"; U及W相的上臂開啟且V相的下臂開啟的通電模式"HLH"; U及V相的上臂開啟且W相的下臂開啟的通電模式"HHL"; U、 V及W相的上臂全部開啟的通電模式"朋H"(省略上臂及下臂的 符號(8u等)記述)。圖4表示在進行三相調製的情況下的各相電壓的電壓電平與載波 (career)信號的關係，及與該關係對應的PWM信號及母線電流的波形。 各相電壓的電壓電平的高低關係各種各樣地變化，為說明的具體化，圖4 著眼於圖2所示的某一時刻IOI。 g卩，圖4表示U相電壓的電壓電平最大
且w相電壓的電壓電平最小的情況。電壓電平最大的相稱為"最大相"，電壓電平最小的相稱為"最小相"，電壓電平既非最大也非最小的相稱為"中間相"。在圖4所示狀態中，最大相、中間相及最小相分別為U相、 V相及W相。圖4中，符號CS表示與各相電壓的電壓電平進行比較的載波 信號。載波信號為周期性三角波信號，並將該信號周期稱為載波周期。而 且，因為載波周期遠比圖2所示的三相交流電壓的周期短，所以假設如果 將圖4所示的載波信號的三角波在圖2上表示，則該三角波看起來為一根 線。進一步參照圖5 (a) (d)對相電流與母線電流的關係進行說明。 圖5 (a) (d)是圖4的各時刻下的、電樞繞組周邊的等價電路。將各載波周期的開始時刻，即載波信號位於最低電平的時刻稱為T0。 在時刻T0，各相的上臂(8u、 8v及8w)為開啟。在此情況下，如圖5 (a) 所示，由於形成短路電路，從而形成電流沒有向直流電源4出入的狀態， 所以母線電流變為0。轉換器2參照Vu* 、 v/及v/對各相電壓的電壓電平與載波信號進行 比較。並且，在載波信號的電平(電壓電平)的上升過程中，如果到達最 小相的電壓電平與載波信號交叉的時刻T1，則最小相的下臂開啟，如圖5 (b)所示，最小相的電流作為母線電流流過。在圖4所示例子的情況下， 從時刻T1至後述的時刻T2的期間，因為W相的下臂9w開啟，所以W相 電流(極性為負)作為母線電流流過。如果載波信號的電平進一步上升，到達中間相的電壓電平與載波信號 交叉的時刻T2，則最大相的上臂開啟且中間相及最小相的下臂開啟，如圖 5 (c)所示，最大相的電流作為母線電流流過。在圖4所示例子的情況下， 從時刻T2至後述的時刻T3的期間，因為U相的上臂8u開啟且V相及W 相的下臂9v及9w開啟，所以U相電流(極性為正)作為母線電流流過。如果載波信號的電平進一步上升，到達最大相的電壓電平與載波信號 交叉的時刻T3，則所有相的下臂開啟，如圖5 (d)所示，因為形成短路 電路，從而形成電流沒有向直流電源4出入的狀態，所以母線電流變為0。在時刻T3與後述的時刻T4的中間時刻,在載波信號到達最大電平後， 載波信號的電平下降。在載波信號的電平的下降過程中，順次到達圖5(d)、 (c)、 (b)及(a)所示的狀態。g卩，在載波信號的電平的下降過程中， 如果將最大相的電壓電平與載波信號交叉的時刻設為T4，中間相的電壓電 平與載波信號交叉的時刻為T5，最小相的電壓電平與載波信號交叉的時刻 為T6，下一個載波周期的開始時刻為T7，則時刻T4-T5間、時刻T5-T6 間、時刻T6-T7間分別為與時刻T2-T3間、時刻Tl-T2間、時刻T0-T1間 相同的通電模式。從而，例如只要在時刻T1-T2間或T5-T6間檢測母線電流，就能夠從 母線電流中檢測最小相的電流，只要在時刻T2-T3間或T4-T5間檢測母線 電流，就能夠從母線電流中檢測最大相的電流。並且，中間相的電流能夠 利用三相電流的總和為O計算求得。圖3的表的第四列中，對在各通電模式中作為母線電流流過的電流的相以標註電流極性的方式進行表示。例 如，在與圖3的表的第八行對應的通電模式"HHL"中，W相電流(極性為負)作為母線電流流過。而且，從載波周期去除時刻Tl至T6之間的期間後的期間表示與最小 相相對的PWM信號的脈衝寬度，從載波周期去除時刻T2至T5之間的期間 後的期間表示與中間相相對的PWM信號的脈衝寬度，從載波周期去除時刻 T3至T4之間的期間後的期間表示與最大相相對的PWM信號的脈衝寬度。以U相為最大相且W相為最小相的情況舉例，最大相、中間相及最小 相的組合有6種。圖6將該組合以表的形式表示。在將U相電壓、V相電 壓及W相電壓分別以Vu 、 Vv及V,表示的情況下，Vu〉Vv〉V，成立的狀態稱為第一模式，Vy〉Vu〉v.成立的狀態稱為第二模式，V,〉V,〉Vu成立的狀態稱為第三模式， V，〉V,〉Vu成立的狀態稱為第四模式， V，〉Vu〉Vv成立的狀態稱為第五模式， Vu〉V，〉V,成立的狀態稱為第六模式。圖4及圖5 (a) (d)所示的例與第一模式對應。此外，圖6也表示在各模式下檢測的電流的相。U相電壓指令值v 、V相電壓指令值v/及W相電壓指令值v7具體地 分別表示為計數器的設定值CntU、 CntV及CntW。相電壓越高，賦予越大 的設定值。例如，在第一模式中，CntUX:ntV〉CntW成立。在控制部3中設置的計數器(未圖示)按載波周期以時刻TO為基準， 使計數值從0開始向上計數。並且，在該計數值達到CntW的時刻，從W 相的上臂8w開啟的狀態切換到下臂9w開啟的狀態，在該計數值達到CntV 的時刻，從V相的上臂8v開啟的狀態切換到下臂9v開啟的狀態，在該計 數值達到CntU的時刻，從U相的上臂8u開啟的狀態切換到下臂9u開啟 的狀態。在載波信號達到最大電平後，計數值向下計數，執行相反的切換 動作。從而，在第一模式中，上述的計數值到達CntW的時刻與時刻Tl對應， 達到CntV的時刻與時刻T2對應，達到CntU的時刻與時刻T3對應。因此， 在第一模式中，在計數值向上計數的狀態下，在計數值大於CntW且小於 CntV的時刻，通過對電流傳感器5的輸出信號進行採樣，能夠檢測作為母 線電流流過的W相電流(極性為負)，在計數值大於CntV且小於CntU的 時刻，通過對電流傳感器5的輸出信號進行採樣，能夠檢測作為母線電流 流過的U相電流(極性為正)。同樣地考慮，如圖6所示，在第二模式中，上述的計數值達到CntW 的時刻與時刻T1對應，達到CntU的時刻與時刻T2對應，達到CntV的時 刻與時刻T3對應。因此，在第二模式中，在計數值向上計數的狀態下， 能夠從計數值大於CntW且小於CntU的時刻的母線電流中檢測W相電流(極 性為負)，能夠從計數值大於CntU且小於CntV的時刻的母線電流中檢測V 相電流(極性為正)。對於第三 第六模式也同樣。此外，將時刻T1-T2間的、檢測最小相的相電流的採樣時刻(例如， 時刻Tl與T2的中間時刻)用ST1表示，將時刻T2-T3間的、檢測最大相 的相電流的採樣時刻(例如，時刻T2與T3的中間時刻)用ST2表示。而且，利用作為三相電壓指令值《 、 v/及v。的計數器的設定值 CntU、 CnuV及CnuW，確定對於各相的PWM信號的脈衝寬度(及佔空比)。基於上述原理，能夠從母線電流中檢測各相電流，參照圖4進行理解， 例如如果最大相與中間相的電壓電平接近，則時刻T2-T3間及時刻T4-T5 間的時間長度變短。通過將來自圖1的電流傳感器5的模擬輸出信號變換 為數位訊號對母線電流進行檢測，但如果該時間長度極短，則不能確保必
要的A/D變換時間和振鈴(ringing)(由開啟關閉(switching)產生的 電流脈動)的收斂時間，從而不能檢測最大相的相電流。同樣地，如果最 小相與中間相的電壓電平接近，則不能檢測最小相的相電流。如果不能實 測兩個相的電流，就無法再現三個相的相電流，且無法矢量控制電動機l。 在本實施方式(後述的各實施例)中，在考慮無法實測此種兩個相的 電流的期間內，修正表示向電動機l施加的施加電壓的電壓矢量(電壓指 令矢量)，從而將各相電壓間的電壓電平差保持在規定值以上，由此消除 上述的不良狀況。在詳細說明該修正方法之前，進行各種狀態量(狀態變量)的說明及 定義。圖7是電動機1的解析模型圖。圖7中表示了 U相、V相、W相的 電樞繞組固定軸(以下將其簡單稱為U相軸、V相軸及W相軸)。6a是設 置在電動機1的轉子6上的永久磁鐵。在以與永久磁鐵6a產生的磁通相 同的速度旋轉的旋轉坐標系中，將永久磁鐵6a產生的磁通方向取為d軸。 此外，雖未圖示，但從d軸起電角增加90度的相位上取為q軸。此外，在對電動機1進行矢量控制時不使用轉子位置檢測用的位置傳 感器的情況下，因為真正的d軸及q軸不明，所以定義控制上的推定軸。 與d軸對應的控制上的推定軸設為Y軸，與q軸對應的控制上的推定軸 設為S軸。S軸為從Y軸起電角增加90度的軸(圖7中未圖示)。通常， 實施矢量控制以使Y軸及5軸與d軸及q軸一致。d軸與q軸是實軸的 旋轉坐標系的坐標軸，將選擇其為坐標軸的坐標稱為dq坐標。Y軸與S 軸是控制上的旋轉坐標系(推定旋轉坐標系)的坐標軸，將選擇其為坐標 軸的坐標稱為Y S坐標。d軸(及q軸)旋轉，並將其旋轉速度(電角速度)稱為實際電動機 速度^。 Y軸(及S軸)也旋轉，並將其旋轉速度(電角速度)稱為推 定電動機速度"s。此外，在某一瞬間的旋轉的dq坐標中，以U相的電樞 繞組固定軸為基準，由e (實際轉子位置9)表示d軸的相位。同樣地， 在某一瞬間的旋轉的yS坐標中，以U相的電樞繞組固定軸為基準，由 l (推定轉子位置0s)表示Y軸的相位。如此，d軸與Y軸的軸誤差 A 8以△ 9 = 9-96表示。此外，從轉換器2施加在電動機1上的整體的電動機電壓以Va表示， 從轉換器2向電動機l供給的整體的電動機電流以Ia表示。並且，電動機電壓、的Y軸分量、S軸分量、d軸分量及q軸分量分別以Y軸電壓Vy、 S軸電壓v"d軸電壓Vd及q軸電壓Vq表示，電動機電流Ia的Y軸分量、 S軸分量、d軸分量及q軸分量分別以Y軸電流iy、 S軸電流is、 d軸 電流id及q軸電流iq表示。此外，在以後的各實施例中也作為參照，對於Y軸電壓Vy、 S軸電 壓v" d軸電壓Vd及q軸電壓Vq的指令值(電壓指令值)分別以Y軸電 壓指令值v/、 S軸電壓指令值v/、 d軸電壓指令值v/及q軸電壓指令值 <表示。v/、 Vs* 、 及vj在電動機驅動系統內被計算出，並分別表示 VY、 V" Vd及Vq需追隨的電壓(電壓值)。此外，對於Y軸電流iY、 S軸電流is、 d軸電流L及q軸電流iq 的指令值(電流指令值)分別以Y軸電流指令值i/、 S軸電流指令值i人 d軸電流指令值i/及q軸電流指令值C表示。"*、 is* 、 id*及C在電動 機驅動系統內被計算出，並分別表示"、is、 id及i,需追隨的電流(電流 值)。[關於修正方法]以下，對本實施方式的特徵性的功能即電壓矢量的修正方法進行說明。圖8表示空間矢量圖，其表示作為固定軸的U相軸、V相軸及W相軸， 和作為旋轉軸的d軸及q軸與電壓矢量的關係。標記了符號110的矢量為 電壓矢量。從q軸所見的電壓矢量110的相位以e表示。以U相軸為基 準的電壓矢量110的相位以(9 + e+Ji/2)表示。電壓矢量110將施加在電動機1上的電壓作為矢量對待，例如在著眼 於dq坐標的情況下，電壓矢量110的d軸分量及q軸分量分別為Vd及vq。 實際上，在電動機驅動系統內計算出d軸電壓指令值vd*及q軸電壓指令 值v二並由"及v/表示電壓矢量110。因此，電壓矢量也可換讀為電壓 指令矢量。U相軸附近、V相軸附近及W相軸附近的帶有陰影的星號狀的區域111 表示不能檢測兩個相的電流的區域。例如，在V相電壓與W相電壓接近而 無法檢測兩個相的電流的情況下，電壓矢量110位於U相軸附近，在U相
電壓與W相電壓接近而無法檢測兩個相的電流的情況下，電壓矢量110位於v相軸附近。如此，以U相軸為基準，以電角計算每60度就存在無法檢測兩個相 的電流的區域111，如果電壓矢量110位於該區域111，則不能檢測兩個 相的電流。從而，在電壓矢量位於區域lll內的情況下，可以修正電壓矢 量，以使電壓矢量變成區域lll外的矢量。為進行該修正，現在著眼於無法檢測兩個相的電流的區域lll的特性， 考慮每60度的電角步進旋轉的坐標。將該坐標稱為ab坐標(而且，dq 坐標或Y S坐標為連續旋轉的坐標)。ab坐標以相互正交的a軸和b軸為 坐標軸。圖9表示取得a軸的六個軸。a軸對應於電壓矢量110的相位 (9 + e+ji/2)，為a,軸 ae軸的任一個。a,軸、^軸及&軸分別與U相 軸、V相軸及W相軸一致，&軸、a4軸及a6軸分別為aj由與a3軸的中間軸， &3軸與as軸的中間軸及as軸與a:軸的中間軸。而且，對於標有符號131 的圓後述。電壓矢量110在位於標有符號121的範圍內的情況下，即在11 :i/6^ (9 + e + ji /2) <0，或( 9 + e +兀/2) < Jt /6成立的情況下，a軸為 ai軸，電壓矢量110在位於標有符號122的範圍內的情況下，即在3i/6^ (e + e+jx/2) <兀/2成立的情況下，a軸為a2軸，電壓矢量110在位於標有符號123的範圍內的情況下，即在^/2^ (e + e+n/2) <5兀/6成立的情況下，a軸為a3軸，電壓矢量110在位於標有符號124的範圍內的情況下，即在5 :x /6芸 (e + e+ir/2) <7^/6成立的情況下，a軸為a4軸，電壓矢量IIO在位於標有符號125的範圍內的情況下，即在7:n/6S (e + E+n/2) <3兀/2成立的情況下，a軸為as軸，電壓矢量110在位於標有符號126的範圍內的情況下，即在3 n /2^ (9 + e+jx/2) <lln/6成立的情況下，a軸為&軸。例如在電壓矢量 110位於圖9所示的位置時，a軸為a4軸。如此，a軸伴隨電壓矢量的旋轉，每60度歩進地旋轉，並且b軸也與 a軸正交，同時與a軸一起每60度歩進地旋轉。a軸及b軸也表現為是每60度地被量子化從而每60度旋轉的坐標軸。因此，a軸通常位於無法檢 測兩個相的電流的區域的中心。在本修正方法中，將dq坐標上的電壓矢 量變換到ab坐標上，並且參照己變換到該ab坐標上的電壓矢量的a軸分 量及b軸分量，根據需要對其進行修正(例如利用修正增大b軸分量)。對本修正處理的更具體的實現方法進行說明。a,軸 ae軸內，電壓矢 量110最靠近的軸的相位以U相軸作為基準，表示為"(n+2) n/3"。 此處，n是(e + e )除以n/3後得到的商。方便起見，如圖IO所示，將 8分解為上述的相位(n+2) Ji/3和該相位(n+2) :r/3與0的差分相位 eD。這些相位的關係由式(1-1)及式(1-2)表formula see original document page 23(1 一l)通過對dq坐標以差分相位e 。進行坐標變換，可將電壓矢量110作為 ab坐標上的電壓矢量對待。在ab坐標上考慮，如果將電壓矢量110的a 軸分量及b軸分量設為a軸電壓Va及b軸電壓vb，則d軸電壓va及q軸電 壓Vq與a軸電壓Va及b軸電壓Vb滿足下式(卜3)的坐標變換式。formula see original document page 23…(l一3)差分相位e。能夠如下計算出。參照e求出與使用下式(1-4)計算出的e符合的n (即，(9 + e )除以n/3後得到的商)。將該求得的n與e代入上式(1-2)，得到差分相位eD。formula see original document page 23(l一4)並且，參照根據式(1-3)計算出的a軸電壓Va及b軸電壓Vb進行修
正處理。圖11表示該修正處理的順序的流程圖。在步驟S1中，根據式(l-3) 進行坐標變換。在接下來的步驟S2中，進行對Va及Vb的修正處理。在步驟S2中，首先判斷b軸電壓Vb的大小(絕對值)是否小於規定 的閾值A (這裡A〉0)。 g卩，判斷是否滿足下式(1-5)。並且，在b軸 電壓Vb的大小比閾值A小的情況且b軸電壓Vb為正的情況下，將Vb修正 成△。在b軸電壓Vb的大小比閾值△小的情況且b軸電壓Vb為負的情況 下，將Vb修正成(-A)。在b軸電壓Vb的大小在閾值A以上的情況下，對Vb不做修正。此外，在步驟S2中，判斷a軸電壓va是否滿足下式(1-6)。並且，在滿足式(1-6)的情況下，對Va進行修正以使Va與式(1-6)的右邊相等。在L不滿足下式(1-6)的情況下，對Va不做修正。而且，利用式(1-6)判斷電壓矢量110是否被包含在圖9的圓131的內部。電壓矢量110被包 含在圓131的內部的狀態與三相的相電壓相互接近的狀態對應，在該狀態 下，無論b軸電壓Vb的大小，都不能檢測兩個相的電流。formula see original document page 24)圖12 (a)及(b)表示通過步驟S2進行修正處理前後的、ab坐標上 的電壓矢量(110)的軌跡。圖12 (a)表示ab坐標上的修正前的電壓矢 量軌跡，圖12 (b)表示ab坐標上的修正後的電壓矢量軌跡。圖12 (a) 及(b)例示了b軸電壓Vb被修正的情況。圖12 (a)及(b)中分別記有 多個表示各時刻的電壓的標繪點(plot)。與圖12 (a)對應的修正前的電 壓矢量可以位於無法檢測兩個相的電流的a軸附近，但與圖12 (b)對應 的修正後的電壓矢量通過對Vb的修正而沒有位於a軸附近。通過步驟S2進行修正處理後，向步驟S3轉移，且對修正後的電壓矢 量110坐標變換"相位(n+2) ji/3"量。g卩，將ab坐標軸上的修正後的 電壓矢量110變換為a P坐標上的電壓矢量110。 a e坐標(a P固定 坐標)是將a軸和與a軸正交的P軸選擇為坐標軸的固定坐標。如圖 13所示，a軸與U相軸一致。如果將電壓矢量110的a軸分量及P軸 分量設為a軸電壓v。及e軸電壓ve，則a軸電壓v。及e軸電壓vp 與修正後的a軸電壓Va及b軸電壓Vb滿足下式(1-7)的坐標變換式。formula see original document page 25(l一7)此外，也可以將修正後的a軸電壓Va及b軸電壓Vb根據下式(1-8) 變換為U軸電壓Vu及V軸電壓Vv。此外，W相電壓v，利用下式(1-9)計 算出。formula see original document page 25(l一8)formula see original document page 25(1_9)圖14表示經過了上述修正處理後的電壓矢量的a e坐標上的軌跡。 通過該修正處理，在作為固定坐標的a p坐標上，每60度電角存在有電 壓矢量不在的區域。此外，將經過上述的修正處理得到的Vo及Ve的電壓 波形，以橫軸為時間表示在圖15 (a)中。另外，將經過上述的修正處理 得到的Vu、 Vv及v.的電壓波形，以橫軸為時間表示在圖15 (b)中。在圖 15 (b)中，在變形了的正弦波上排列的標繪點群142u表示、的軌跡，在 變形了的正弦波上排列的標繪點群142v表示v,的軌跡，在變形了的正弦 波上排列的標繪點群142w表示v.的軌跡。從圖15 (b)可知，通過上述 的修正處理，確保了各相電壓間的電壓差在規定值以上。如此，在本修正方法中，在從dq坐標向固定坐標(例如a e坐標) 進行坐標變換時，經由ab坐標進行兩階段的坐標變換。然後，通過在易 修正的ab坐標上對電壓矢量實行修正處理，由此簡單且可靠地實現必要 的修正。因為在ab坐標中，只要對電壓矢量(電壓指令矢量)的坐標軸 分量Va及Vb獨立地修正即可，所以修正內容簡單。特別在施加電壓低時， 需要對三相全部進行修正，但即使在此種情況下，也容易決定修正量。而且，從上述式(1-2)更清楚可知該兩階段的坐標變換與dq坐標
和a P坐標的坐標變換(通常第一階段的坐標變換)等價，即下式(1-10) 成立。formula see original document page 26
此外，在步驟S2中的對b軸電壓Vb進行的修正處理中，也可考慮過 去的修正來進行修正。參照圖16對考慮該過去的修正的、對於Vb的修正處理進行說明。圖16是表示該修正處理的順序的流程圖。在電動機驅動系統內，Vb的值以規定的採樣周期Ts逐次更新。將Vb以採樣周期Ts離散化地考慮，將各採樣周期Ts中的Vb標記為Vb (k)、 vb(k-l)、 vb (k-2)、 。此外，定義變量Ab，將各採樣周期Ts中的 變量Ab標記為Ab (k)、 Ab (k-l)、*Ab (k-2)、。括號""內標記的記號(k或(k-1)等)表示以採樣周期Ts離 散化後的情況的採樣時刻。K是自然數，(k)表示(k-1)的下一個採樣時 刻。vb (k)及Ab (k)是第k個採樣時刻下的w及Ab， vb (k-1)及Ab(k-1)是第(k-1)個採樣時刻下的Vb及Ab。而且，釆樣周期Ts設為 載波信號的載波周期(參照圖4)的整數倍。在載波周期為1/ (10X103)[秒]的情況下,Ts例如設為1/(10X103)、1/(5X103)或者1/(2.5X103)[秒]。圖16是著眼於第k個採樣時刻的流程圖。首先在步驟S11中，將從 本次修正前的Vb (k)減去考慮了上次修正的變量Ab (k-1)後的值代入 變量Vbb。然後，在步驟S12中，判斷變量Vbb是否為正。變量Vbb為正的情 況下，向步驟S13移動，變量^b為負(或為0)的情況下，向步驟S23移 動。在步驟S13中，比較變量Vbb與上述的閾值A (參照式(1-5)等)， 不等式"vbb<A"成立的情況下向步驟S14移動，另一方面，在該不等式 不成立的情況下向步驟S16移動。在向步驟S14移動的情況下，將從閾值 △減去由步驟Sll計算出的變量Vbb後的值代入變量Ab (k)中，在接下 來的步驟S15中，將閾值A代入Vb (k)中。另一方面，在向步驟S16移動的情況下，向變量Ab (k)中代入0，並在接下來的步驟S17中，將變 量v&代入vb (k)中。如果步驟S15或S17的處理完成，則圖16的處理結束。在步驟S23中，比較變量Vbb與(-△)，在不等式"vbb>-A"成立的 情況下，向步驟S24移動，另一方面，在該不等式不成立的情況下向步驟 S26移動。在向步驟S24移動的情況下，將從(-A)減去由步驟S11計算 出的變量Vbb後的值代入變量A b(k)中，在接下來的步驟S25中，將(-△) 代入Vb (k)中。另一方面，在向步驟S26移動的情況下，向變量Ab (k) 中代入0，並在接下來的步驟S27中，將變量Vbb代入Vb (k)中。如果步 驟S25或S27的處理完成，則圖16的處理結束。經由圖16的步驟S15、 S17、 S25或S27的處理得到的vb (k)作為本 次修正後的b軸電壓Vb而被處理(但是也存在未實施實際的修正的情況)。 經由步驟S14、 S16、 S24或S26的處理得到的變量A b (k)利用在第(k+l) 次的採樣時刻中的Vb的修正處理中。通過以使圖8等的電壓矢量110位於區域111外地對Vb進行修正，如 圖15(b)所示，各相電壓變得不連續。圖17表示該不連續部分的電壓(例 如vu)的情況。該不連續性並非電動機l的平滑驅動所期望的。在需要修正的期間內(即，滿足式(1-5)的期間內)，如上述的步驟 S2 (參照圖11)，如果簡單地採用Vb如為正，則將A代入Vb，且Vb如為 負，則將(-A)代入Vb的方法，那麼其不連續性變得比較大，但通過實 施如圖16所示的考慮了過去的修正的修正處理，Vb在A與(-A)之間 反覆。其結果，例如如圖18所示，在電壓的不連續部分，電壓(例如Vu) 被PWM調製而變動，由此緩和電壓的不連續性。以下，作為適用上述的修正處理(修正方法)的實施例，例示第一 第五實施例。而且在某實施例(例如第一實施例)中記載的事項只要沒有 矛盾，也適用於其它的實施例中。《第一實施例〉〉首先對第一實施例進行說明。圖19是第一實施例所述的電動機驅動 系統的整體構成的框圖。圖19中，與圖l相同的部分標註同一標記。圖19的電動機驅動系統具備電動機1、轉換器2、直流電源4及電流
傳感器5，並且具備形成圖1的控制部3的"電流檢測部21、坐標變換器 22、電壓運算部23、電壓矢量修正部24、坐標變換器25、位置傳感器27、 位置檢測部28及微分器29。位置傳感器27為旋轉式編碼器等，並將與電動機1的轉子6的實際 轉子位置9 (相位)對應的信號輸送至位置檢測部28。位置檢測部28基 於位置傳感器27的輸出信號檢測實際轉子位置9 。微分器29通過對該實 際轉子位置e進行微分，計算出實際電動機速度"並輸出。如上所述，電流傳感器5檢測母線電流並將表示該母線電流的電流值 的信號輸出。母線電流由"表示。電流檢測部21參照坐標變換器25輸 出的三相電壓指令值VW 、 Vv*及V/特定哪一項為最大相、中間相及最小 相，並且決定對電流傳感器5的輸出信號進行採樣的時刻ST1及ST2 (參 照圖6),從在該時刻得到的母線電流的電流值計算並輸出U相電流L及V 相電流L。此時，根據需要使用iu+iv+i 0的關係式"表示W相電流)。坐標變換器22基於實際轉子位置9，將U相電流L及V相電流i,變 換為d軸電流L及q軸電流iq並輸出。從外部對電壓運算部23提供作為用於使電動機1 (轉子6)以期望的 速度旋轉的指令值的電動機速度指令值"*。此外，對電壓運算部23，從 微分器29提供實際電動機速度co ，且從坐標變換器22提供d軸電流id 及q軸電流iq。電壓運算部23基於速度誤差(co )計算出q軸電流 i,需追隨的q軸電流指令值C。例如，以通過比例積分控制使("*一") 收斂於0的方式計算出iq*。進而，電壓運算部23參照C計算出d軸電流 id需追隨的d軸電流指令值id*。例如，計算出用於實現最大轉矩控制的 i入並且，電壓運算部23進行比例積分控制以使電流誤差(id*—id)及(C 一i》收斂於0，從而計算並輸出d軸電壓Vd需追隨的d軸電壓指令值v/ 及q軸電壓Vq需追隨的q軸電壓指令值vq*。電壓矢量修正部24基於v/、 <及6 ,經由坐標變換對v/及vj進行修 正，同時計算並輸出a軸電壓v。需追隨的a軸電壓指令值v/及0軸電壓 ve需追隨的P軸電壓指令值ve*。坐標變換器25基於實際轉子位置e ，將 vZ及v/變換為三相電壓指令值(v7 、 vv*及v。，並且將該三相電壓指 令值向轉換器2輸出。轉換器2根據該三相電壓指令值，如上述地向電動 圖20表示電流檢測部21的內部框圖。對電流檢測部21的動作的說 明也參照圖6。電流檢測部21具有時刻生成部41、 AD變換器42、和相判 斷部43。如參照圖6進行了的說明，vu* 、 v/及v/分別作為計數器的設 定值CntU、 CntV及CntW表示。時刻生成部41基於vu* 、 vv*及v/對計數 器的設定值CntU、 CntV及CntW的大小關係進行判斷，從而特定現在時刻屬於第一 第六模式的哪一個，並且考慮特定後的模式，決定需檢測母線 電流的時刻ST1及ST2。例如，在"CntU〉CntV〉CntW"的情況下，判斷 現在時刻屬於第一模式，並將對應在設定值CntW與CntV之間的時刻設定 為ST1，對應在設定值CntV與CntU之間的時刻設定為ST2。以下，將表示現在時刻所屬的模式的信息稱為"模式信息"。AD變換器42通過分別在時刻ST1與ST2對電流傳感器5的輸出信號 (模擬輸出信號)進行採樣，將時刻ST1與ST2的各自的母線電流L的 電流值作為數字值進行檢測及輸出。相判斷部43參照由時刻生成部41特 定的模式信息，從AD變換器42的輸出信號計算出L及iv。例如，在模式 信息表示第一模式的情況下，在時刻ST1及ST2檢測的母線電流分別是 (-i》及iu。如果使用iu+i/H'=0的關係式，就可計算出iu及iv。圖21表示電壓矢量修正部24的內部框圖。電壓矢量修正部24具有 坐標旋轉部51及53、和分量修正部52。在電壓矢量修正部24中，作為 上述式(1-3)及(1-4)中的Vd及Vq，使用v/及v二坐標旋轉部51基於v/、 <及9 ，根據上述式(1-3)，將v/及v,，換 為Va及Vb。即，將由v/及vj表示的、dq坐標上的兩個相的電壓指令矢量 變換為由、及i表示的、ab坐標上的兩個相的電壓指令矢量(該電壓指 令矢量與圖8的電壓矢量110相當)。在實施基於式(1-3)的運算時，需要差分相位e。，差分相位e。參照 式(1-4)，使用上述的方法計算得出。另外，在計算出差分相位"時， 在坐標旋轉部51求得的n用於在坐標旋轉部53中的運算。分量修正部52對Va及Vb實施圖11的步驟S2中的修正處理或圖16所示的修正處理，並且將修正後的Va及Vb分別作為Va。及Vb。輸出。但是在 不需要修正的情況下，Va。二Va且Vb^Vb。
坐標旋轉部53根據上述式(1-7)，將修正後的a軸電壓及b軸電壓 (即Va。及Vb。)變換為v戶及v/。即將由Va。及Vb。表示的ab坐標上的兩相 的電壓指令矢量變換為由v/及v/表示的ci P坐標(a e固定坐標)上的 兩相的電壓指令矢量。此時，作為式(1-7)中的va、 vb、 v。及Ve，分別使用Vac、Vbc、VZ及V/。在第一實施例中，通過基於v入v/及vZ的大小關係特定現在時刻所 屬的模式，判斷在時刻ST1及ST2下作為母線電流流過母線13(參照圖1) 的電流的相。並且，根據該判斷結果(即，模式信息)，從v入v/及v，* 決定時刻ST1及ST2。《第二實施例>>接下來對第二實施例進行說明。圖22是第二實施例所述的電動機驅 動系統的整體結構框圖。圖22中，與圖l及圖19相同的部分標記同一符 號。圖22的電動機驅動系統具備電動機l、轉換器2、直流電源4及電 流傳感器5，並且具備形成圖1的控制部3的"電流檢測部21a、坐標變 換器22、電壓運算部23、電壓矢量修正部24a、坐標變換器25、位置傳 感器27、位置檢測部28及微分器29"。圖22的電動機驅動系統在如下點上與圖19的電動機驅動系統不同， 在其餘方面兩電動機驅動系統相同，該不同點是圖19的電動機驅動系 統中的電流檢測部21及電壓矢量修正部24被置換為電流檢測部21a及電 壓矢量修正部24a。對不同點進行詳細說明。而且，在將第一實施例中記 述的事項適用於第二實施例的情況下，適當地忽略符號21與21a的不同 及符號24與24a的不同。圖23表示電壓矢量修正部24a的內部框圖。電壓矢量修正部24a具 有坐標旋轉部51a及53、和分量修正部52。在電壓矢量修正部24a中， 使用v/及《作為上述式(1-3)及(1-4)中的Vd及Vq。坐標旋轉部51a基於v/、 <及e ，根據上述式(1-3)，將v/及 <變 換為Va及Vb。在實施基於式(1-3)的運算時，需要差分相位e。，差分相 位6。參照式(1-4)，使用上述的方法計算得出。此外，在計算差分相位 6 。時，由坐標旋轉部51求得的n用於在坐標旋轉部53中的運算。
此外，坐標旋轉部51a還參照基於v/及v/求得的e，特定現在時刻 所屬的模式，並生成模式信息。圖24是表示坐標旋轉部51a的處理內容 的框圖。圖25表示用於說明基於坐標旋轉部51a的模式特定方法的表。 如參照圖6進行的說明那樣，例如在第一模式中，"Vu〉Vv〉Vff"成立。另 一方面，如參照圖8進行的說明那樣，以U相軸為基準的電壓矢量(電壓 指令矢量)的相位以(0 + e + ji /2)表示，在"0< ( e + e + ji /2) vv>v，"成立。考慮此，坐標旋轉部51a參照0及e ，在"0< ( e + e + n /2) < " /3" 成立的情況下，判斷現在時刻屬於第一模式。同樣地思考，判斷現在時刻 在"ji/3< ( e + e+Ji/2) <2兀/3"成立的情況下，屬於第二模式； 在"2兀/3< (e + e+冗/2) <:i"成立的情況下，屬於第三模式； 在"ji < ( 0 + e +兀/2) <4 :i /3"成立的情況下，屬於第四模式； 在""/3< ( e + e+n/2) <5 n/3"成立的情況下，屬於第五模式； 在"5兀/3< (e + e+:n/2) <2兀"成立的情況下，屬於第六模式。 圖23中的分量修正部52及坐標旋轉部53與圖21中對應的部分相同。 圖26表示電流檢測部21a的內部框圖。電流檢測部21a具有時刻生 成部41a、 AD變換器42、和相判斷部43。時刻生成部41a基於vu*、 v/及 v二考慮由電壓矢量修正部24a生成的模式信息，確定需檢測母線電流的 時刻ST1及ST2。由於從電壓矢量修正部24a提供模式信息，所以與第一 實施例(圖20)的時刻生成部41不同，不需要由時刻生成部41a進行用於特定模式的判斷。圖26中的AD變換器42及相判斷部43與圖20中對應的部分相同。 但是，對於圖26的相判斷部43，模式信息由電壓矢量修正部24a提供。在第二實施例中，通過基於以U相軸為基準的電壓指令矢量的相位(e + e + :i /2)來特定現在時刻所屬的模式，由此判斷在時刻ST1及ST2下作 為母線電流流過母線13 (參照圖l)的電流的相。並且，根據該判斷結果 (即，模式信息)，從v:、 v/及vZ決定時刻STl及ST2。〈<第三實施例〉〉接下來，對第三實施例進行說明。第三實施例所述的電動機驅動系統 的整體結構框圖與第二實施例(圖22)中的相應部分相同。但是，第三實施例中的電壓矢量修正部與第二實施例中的相應部分不同。圖27表示第 三實施例中的電壓矢量修正部24b的內部框圖。在第三實施例中，圖22 的電壓矢量修正部24a被置換為電壓矢量修正部24b。電壓矢量修正部24b 與圖26的電流檢測部21a組合使用。電壓矢量修正部24b具有坐標旋轉部51及53、分量修正部52、和模 式判斷部54。在電壓矢量修正部24b中，使用v/及vZ作為上述式(1-3) 及(1-4)中的Vd及v,。坐標旋轉部51、坐標旋轉部53及分量修正部52與圖21中的相應部 分相同。由坐標旋轉部51計算出的n及Vb被送至模式判斷部54。模式判斷部54基於Vb及n，特定現在時刻所屬的模式，生成模式信 息，並將該模式信息送至電流檢測部21a (圖22)。圖28表示用於說明基 於模式判斷部54的模式特定方法的表。如參照圖6進行的說明那樣，例如，在第一模式中，"Vu〉Vv〉v，"成 立。另一方面，在"3 3x /2< ( 9 + e ) <11 n /6"成立的情況下，"vu〉Vv 〉v/，成立。此外，在"3 3i/2< ( e + e ) <5:i/3"成立的情況下，n=4 且VbX)，在"5兀/3< (9 + e) <lln/6"成立的情況下，n二5且vb<0。 考慮這樣的關係，模式判斷部54基於Vb的極性與n的值，特定現在 時刻所屬的模式。具體地說，判斷現在時刻在n=4且vb〉0的情況或者n=5且vb0的情況或者n=0且vb<0的情況下，屬於第二模式； 在n=0且vb〉0的情況或者n=l且vb0的情況或者n=2且vb<0的情況下，屬於第四模式； 在n=2且vb〉0的情況或者n=3且vb<0的情況下，屬於第五模式； 在n=3且vb〉0的情況或者n=4且vb<0的情況下，屬於第六模式。 在第三實施例中，基於ab坐標上的兩相的電壓指令矢量的坐標軸分 量即Vb、和以電角60度為單位表示ab坐標的坐標軸(a軸)與U相軸的 相位差的變量n，來特定現在時刻所屬的模式，由此判斷在時刻STl及ST2 作為母線電流流過母線13 (參照圖l)的電流的相。並且，根據該判斷結 果(即，模式信息)，從v;、 v/及v/決定時刻STl及ST2。 〈〉
接下來，對第四實施例進行說明。在第四實施例中，使用兩相調製。因此，以三相調製為前提而上述的內容的一部分(圖4所示的PWM信號等)， 在第四實施例中，作適當變更地解釋。現在，如果將dq坐標、ab坐標或 a P坐標中的電壓矢量(電壓指令矢量)的大小設為Va2，並將該電壓矢量 變換成三相電壓後時的一相的電壓的振幅設為Va3，則下式(2-1)成立。&3=V^I。2 ... (2一！)此外，三相的電壓中的兩相的電壓交叉時，交叉的兩相的電壓是"+ G/2)*Va3"且未交叉的剩餘的一相的電壓是"_Va3"，或者，交叉的兩相 的電壓是"一 (1/2) *Va3"且未交叉的剩餘的一相的電壓是"+Va3"。因此， 兩相的電壓交叉時，交叉的兩相的電壓與剩餘的一相的電壓的電壓差的絕 對值是(3/2) Va3。兩相調製是使各相的電壓('指令電壓)移動三相電壓的最小相的電壓 的調製方式，如果進行兩相調製，則對於最小相的PWM信號的脈衝寬度總 為0 (g卩，對於最小相的下臂總是開啟)。在將進行兩相調製時的U相電壓、 V相電壓及W相電壓分別設為v/ 、 v/及v/的情況下，它們與進行三 相調製時的v人v/及^的關係由下式(2-2)、 (2-3)及(2-4)表示。此 處，miri (v,， v/， v，*)表示最小相的電壓，即進行三相調製的情況下的 v人v/及v/中的最小值。v"'=v *-min(v *，vv*,vw*) ... (2 — 2)vv'=vv*-min(v *,vv*,vw*) ... (2 —3)vv/=vw* — niiii(vK*,vv*,vw*) ,. (2 — 4)圖29將橫軸設為時間，表示v/ 、 v/及v/的電壓波形。圖29中， 由圓形的標繪點群形成的曲線150u、由菱形的標繪點群形成的曲線150v 及正方形的標繪點群形成的曲線150w分別表示v/ 、v/及v，'的電壓波 形。但是，曲線150u、 150v及150w表示未執行圖11的步驟S2等所示的 修正處理的情況下的電壓波形。而且，在圖29及以後所示的圖30、圖31 中，縱軸的長度與載波信號(參照圖4)的振幅相當。200710148779. 1 說明書第29/49頁與進行三相調製的情況同樣，在Vu' 、 V/及V，'中的兩個電壓交叉的時刻，不能從母線電流中檢測出兩個相的電流。例如，在w相為最小相 的情況下，在U相電壓與V相電壓交叉的時刻TA，或在最小相從W相切換 到U相的時刻TB，不能從母線電流中檢測出兩個相的電流。從最小相看，其餘兩相交叉的電壓為Vx。於是從上述說明明確可知，Vx使用Va2或Va3，如下述(2-5)那樣表示。&=3/21。3=緒《2=7^^2 …(2一5)此處，因為滿足式(2-6)，所以從式(2-5)導出式(2-7)、 (2-8) 及(2-9)。=如2+ 2 4。2+^2 =+。2，2 …(2_6)F> = VJ7I}。2 +V …(2 — 7)^=^ ^7^7 ... (2一8)^ =7^-入2+^2 …(2一9)圖30以橫軸為時間，表示執行了圖11的步驟S2等所示的修正處理 的情況下的v/ 、 v/及v，'的電壓波形。圖30中，由圓形的標繪點群形 成的曲線151u、由菱形的標繪點群形成的曲線151v及正方形的標繪點群 形成的曲線151w分別表示實施了上述修正處理的vu' 、v/及v，'的電壓 波形。在圖30中，虛線152表示電壓Vx的電壓電平(電壓值)。如圖30所示，電壓Vx必存在於最大相的電壓與中間相的電壓之間。 因此，能夠使用電壓Vx決定檢測母線電流的時刻。即，生成與從式(2-7)、 (2-8)或(2-9)計算出的電壓Vx相當的計數器的設定值CntV,，並可將 計數器的設定值CntVx作為從母線電流中檢測一個相的電流的時刻來處 理。如參照圖4、圖5 (a) (d)及圖6等進行的說明那樣，在控制部3 設置的計數器按載波周期，以載波信號位於最低電平的時刻作為基準，對 計數值從O開始向上計數。因此，在各載波周期中，如果在該計數值到達
CntVx的時刻，對電流傳感器5的輸出信號進行採樣，則能夠從表示母線 電流的該輸出信號中檢測出最大相的相電流。因為電壓Vx存在於最大相的 電壓與中間相的電壓之間，所以計數值到達CntVx的時刻與進行三相調製 的情況下的時刻T2和T3 (參照圖4)之間的時刻對應。在第四實施例中， 將計數值達到CntVx的時刻作為時刻ST2處理。在進行兩相調製的情況下，因為最小相的下臂總是開啟(最小相的計 數器的設定值為0)，所以載波信號位於最低電平的時刻與圖4的時刻Tl 或T6相當。因此，例如，如果在載波信號位於最低電平的時刻，對電流 傳感器5的輸出信號進行採樣，則能夠從表示母線電流的該輸出信號中檢 測出最小相的相電流。在第四實施例中，將載波信號位於最低電平的時刻， 即計數器的計數值為0的時刻作為時刻ST1處理。此外，為簡化電壓Vx的計算，也能夠由如下式(2-10)的近似式計算 出Vx。圖31的曲線153表示根據式(2-10)計算出的電壓Vx的電壓電平 (電壓值)。圖31中的曲線151u、 151v及151w與圖30的相應部分相同。 如圖31所示，即使根據式(2-10)計算出電壓Vx，電壓Vx也一定存在於 最大相的電壓與中間相的電壓之間。因此，也可將與從式(2-10)計算出 的電壓Vx相當的計數器的設定值作為CntVx來進行設定。K"V57^.v。 …(2-10)此外，如果考慮振鈴(由開啟關閉生成的電流脈動)等的存在，則對 電流傳感器5的輸出信號進行採樣的時刻最好儘可能遠離轉換器2內的開 關元件的開關時刻。因此，考慮與修正幅度對應的A (參照上述式(1-5〉 等)，也可對基於式(2-7)、 (2-8)、 (2-9)或(2-10)決定的CntVx施加 修正。圖32表示利用上述的電壓Vx的算出的、電動機驅動系統的整體結構 框圖。圖32中，與圖l及圖19相同的部分標註同一符號。圖22的電動機驅動系統具備電動機l、轉換器2、直流電源4及電 流傳感器5，並且具備形成圖1的控制部3的"電流檢測部21c、坐標變 換器22、電壓運算部23、電壓矢量修正部24c、坐標轉換器25、位置傳感器27、位置檢測部28及微分器29"。圖32的電動機驅動系統在如下一點上與圖19的電動機驅動系統不同 外，其餘方面兩電動機驅動系統相同，該不同點是將圖19的電動機驅 動系統中的電流檢測部21及電壓矢量修正部24置換為電流檢測部21c及 電壓矢量修正部24c。對不同點進行詳細說明。而且，在將第一實施例中 記述的事項適用於第四實施例的情況下，適當地忽略符號21與21c的不 同及符號24與24c的不同。在圖32的電動機驅動系統中進行兩相調製。根據式(2—2) 式(2 —4)將進行三相調製時的v二 v/及v/變換為v/ 、 v/及v/ ，該v/ 、 v/及v/被設為兩相調製中的v/、 v/及v人從圖32的坐標變換部25， 向轉換器2提供該兩相調製中的vu*、 v/及v人圖33表示電壓矢量修正部24c的內部框圖。電壓矢量修正部24c具 有坐標旋轉部51及53、分量修正部52、模式判斷部54和時刻生成部55。 即，電壓矢量修正部24c是對圖27的電壓矢量修正部24b追加了時刻生 成部55，除去該追加，兩電壓矢量修正部相同。而且，在本實施例中，與第三實施例相同，設置模式判斷部54，並生 成模式信息，但作為用於特定現在時刻所屬的模式的方法，也可使用在第 一或第二實施例中說明的方法。時刻生成部55使用來自坐標旋轉部51的、及Vb或僅使用Va,並根據 上述式(2-7)或式(2-10)計算出電壓Vx。並且，設定與計算出的電壓 Vx相當的計數器的設定值CntVx。通過該設定確定時刻ST2，此外，如上所 述，計數值為0的時刻設為時刻ST1。此外，也可將v/及^作為式(2-8)中的w及Vq使用，同時根據式(2-8) 計算出電壓Vx。此外，也可將v/及v^變換到a p坐標上(即，使坐標旋 轉e)，並計算出電壓矢量的a軸分量及e軸分量，並且將該a軸分量及 P軸分量作為式(2-9)中的v。及v"吏用，同時根據式(2-9)計算出電壓Vx。圖34表示電流檢測部21c的內部框圖。電流檢測部21c由AD變換器 42及相判斷部43構成，並且不具備如圖20的時刻生成部41那樣的決定 時刻ST1及ST2的部位。電流檢測部21c的AD變換器42在由圖33的時
刻生成部55決定的各個時刻ST2及ST1下，即在計數值分別變為設定值 CntVx的時刻與變為0的時刻下，對電流傳感器5的輸出信號(模擬輸出 信號)進行採樣，並由此將分別在時刻ST1與ST2下的母線電流的電流值 作為數字值檢測及輸出。相判斷部43參照由時刻生成部55特定的模式信 息，從AD變換器42的輸出信號中計算出iu及i,。
在第四實施例中，基於電壓矢量(電壓指令矢量)的大小，決定對電 流傳感器5的輸出信號進行採樣的時刻。此外，也可從ab坐標上的電壓 矢量的a軸分量決定該時刻。
〈<第五實施例〉〉在第一 第四實施例中，處理了設有轉子位置檢測用的位置傳感器27 的電動機驅動系統，但上述的全部內容也可適用於未設置位置傳感器27 的情況、即執行所謂無傳感器控制的情況。例如，將在圖22及圖32所示 的電動機驅動系統中適用無傳感器控制的實施例作為第五實施例進行說 明。圖35及圖36分別表示與圖22及圖32對應的、第五實施例所述的電動機驅動系統的整體框圖。
圖35的電動機驅動系統，在如下一點上與圖22的電動機驅動系統不 同，對於其餘的部分兩電動機驅動系統相同，該不同點是將"圖22的電 動機驅動系統中的位置傳感器27、位置檢測部28及微分器29"置換為"速 度推定器30及積分器31"。圖36的電動機驅動系統在如下一點上與圖32 的電動機驅動系統不同，對於其餘的部分兩電動機驅動系統相同，該不同 點是將"圖32的電動機驅動系統中的位置傳感器27、位置檢測部28及微 分器29"置換為"速度推定器30及積分器31"。
但是，在圖35及圖36的電動機驅動系統中，因為未設置位置傳感器， 所以將上述說明文及各式中的"d"、 "q"、 " 6 "及"co"適當分別替換為"Y "、 " S "、 " 9 e"及"We"。因此在圖35或圖36中，坐標變換器22基於推定轉子位置l，將iu 及i,變換為"及is，坐標變換器25基於推定轉子位置6 6，將v/及v/ 變換為三相電壓指令值(v:、 v/及v:)，電壓運算部23基於iy、"及6)* 及推定電動機速度co3十算出"及"需追隨的Y軸電流指令值i/及S軸 電流指今值is*，進而計算出Vy及vs需追隨的Y軸電壓指令值v/及S軸電壓指令值v/。當然，在圖35或圖36中，電壓矢量修正部24a或24c 不使用v/、 ^及9而使用v/、 v/及e"進行與上述同樣的修正處理。速度推定器30使用iY、 is、 v/及v/的全部或一部，計算出推定電 動機速度o)s。作為"s的計算方法，各種方法為人所知，可以使用其中任 一種方法。例如，通過使用iv、 i" v/及v/估計在電動機l內產生的感 應電壓，計算出軸誤差A 0 ，並通過以使軸誤差A 9收斂於0的方式進 行比例積分，計算出"s。積分器31通過對o^進行積分而計算出6s。在各實施例中，在電壓矢量(電壓指令矢量)位於無法檢測出兩個相 的電流的區域內的情況下，在從旋轉坐標向三相的固定坐標進行坐標變換 的過程中，對電壓矢量進行修正以使電壓矢量位於該區域外。由此，能夠 可靠地檢測出電動機電流(各相電流)。因為在電動機1的旋轉的停止狀 態或低速狀態下，也能夠可靠地檢測出電動機電流，所以從停止狀態開始 的電動機的驅動能可靠地進行，尤其能夠實現由電動機驅動的電動車 (Electric Vehicle;包含電動自行車)等的平滑的啟動。而且，如果如 日本國特開2004—64903號公報那樣採用進行電流的推定的方式，則因為 不是進行檢測而是進行推定，所以用於矢量控制的電流值中多少包含誤 差。該誤差對平滑的啟動不利。此外，因為只要對電壓矢量(電壓指令矢量)的坐標軸分量v。及Vb 獨立地進行修正即可，所以修正內容簡單。尤其在施加電壓低時，需要對 全部三相進行修正，但即使在此種情況下，修正量也容易決定。以上說明了適用本發明的電動機驅動系統的實施例，但本發明包含各 種變形例(或其他的實施例)。以下，作為對第一實施方式的變形例(或 其他的實施例)或注釋事項，記述注釋1 注釋5。在各注釋中記載的內 容只要沒有矛盾，則可任意地進行組合。[注釋l]除第四實施例，處理了在轉換器2使用三相調製的情況，但本發明並 不依賴於調製方式。例如，在由轉換器2進行兩相調製的情況下，通電模 式與圖3所示的三相調製的通電模式不同。在兩相調製中，因為最小相的 下臂總是開啟，所以不存在與圖4中的時刻T0-Tl間及T6-T7間對應的通 電模式。但是，結果，如果想在與時刻T1-T2間及T2-T3間對應的通電模 式下對母線電流進行檢測，則對於能夠檢測最大相及最小相的電流沒有變 化。而且，通過進行兩相調製，能夠使相電壓的基本波分量的振幅相比於 三相調製(正弦波調製)中的所述振幅擴大。由此，對於最大相的脈衝寬 度的限制得到緩和、可最大限度地利用該最大相的脈衝寬度(即，能夠將脈衝的佔空比擴大至100%)。此外，由於對於最小相的PWM信號的脈衝寬 度總設為0，因此一個相的開關損失(switchinglose)降低。[注釋2]在第一 第五實施例所示的電動機驅動系統中，將被修正後的a軸電 壓及b軸電壓暫且變換為ci軸電壓及e軸電壓，然後變換為三相電壓。但 是，也可省略向a軸電壓及p軸電壓的變換。艮口，也可根據上述式(1-8)及(l-9)，將由圖21等的分量修正部52 計算出的Va。及Vb。，不經由ci p坐標，而變換為v入v/及v人此時，作為 式(1-8)及(1-9)中的l及w與vu、 v,及v,，使用Va。及Vbc與vu*、 v/ 及v人而且，在該情況下，不需要圖21等的坐標旋轉部53。[注釋3]此外，構成上述的電動機驅動系統的各部位根據需要，可自由地利用 在電動機驅動系統中生成的所有值。 [注釋4]此外，控制部3 (參照圖1)的功能的一部分或全部例如通過使用嵌 入在通用微計算機等中的軟體(程序)來實現。在使用軟體實現控制部3 的情況下，表示控制部3的各部的結構的框圖表示功能框圖。當然，也可 不用軟體(程序)，僅由硬體構成控制部3。[注釋5]此外例如，控制部3具有作為電動機控制裝置的功能。即使考慮在電 動機控制裝置中包含圖1等的電流傳感器5也無妨。此外例如，圖19等 的電壓運算部23與圖21等的坐標旋轉部51 (或者51a)具有作為電壓指 令矢量生成機構的功能。此外例如，圖21等的分量修正部52具有作為電 壓指令矢量修正機構的功能。此外例如，圖19等的坐標變換器25具有作 為三相電壓指令值生成機構的功能。
《第二實施方式>>接下來，對本發明的第二實施方式進行說明。在第二實施方式中，將 上述第一實施方式中敘述的技術利用於系統連接。第一實施方式的記述內 容適當地適用於第二或後述的第三實施方式，但與第一實施方式的不同點 在第二或後述的第三實施方式的說明文中敘述。圖39是第二實施方式所述的系統連接體系的整體結構圖。在圖39的 系統連接體系中，使用三相式的轉換器將由太陽電池發電的電力與三相的 系統連接。在本實施方式中，以嵌入有電流控制系電壓連接三相轉換器的 系統連接體系為例。在該種系統連接轉換器中，通過以追隨於電流指令值 的方式在連接點上施加電壓，由此形成與系統的連接。對系統連接用的三 相式轉換器的控制技術，例如在文獻"山田，另外2名，'電流控制形正 弦波電壓連接三相轉換器(Current Controlled Type Sinusoidal Voltage Interconnecting Three-Phase Inverter)，，平成19年電氣學會全國 大會講演論文集，電氣學會，平成19年3月，第4分冊，4-076， p. 115" 中被公開。適當指出第二及後述的第三實施方式間的共同事項，同時說明圖39 的各部位的連接關係等。在圖39中，符號304是作為直流電源的太陽電 池。圖39表示了太陽電池304的等價電路。太陽電池304基於太陽能進 行發電，並產生直流電壓。該直流電壓將負輸出端子304b作為低電壓側， 並在正輸出端子304a與負輸出端子304b之間產生。在平滑化電容器Cd 的兩端子間施加正輸出端子304a與負輸出端子304b之間的直流電壓，平 滑化電容器Cd蓄積與該直流電壓相應的電荷。電壓檢測器306檢測平滑 化電容器Cd的兩端子間電壓的電壓值，並將該檢測值送至控制部303。圖39中的PWM轉換器302 (以下，簡稱為"轉換器302")是與圖1 的轉換器2相同的三相式的轉換器，且其內部結構與轉換器2相同。轉換器302具備U相用的半橋電路、V相用的半橋電路及W相用的半 橋電路。各半橋電路具有一對開關元件。在各半橋電路中， 一對開關元件 串聯連接在正輸出端子304a與負輸出端子304b之間，平滑化電容器Cd 的兩端子間電壓施加在各半橋電路上。而且，u、 v及w—般作為表示三相 式的電動機中的各相的標記適用，在如第二及後述的第三實施方式中假設
的系統中，作為表示各相的標記，也大多使用u、 v及w以外的標記(例 如，a、 b及c)。但是，在第二及後述的第三實施方式中，為了便於說明， 使用u、 v及w作為表示轉換器302的各相的標記。在系統連接體系中，串聯連接的上臂8u與下臂9u的連接點、串聯連 接的上臂8v與下臂9v的連接點、串聯連接的上臂8w與下臂9w的連接點， 分別連接於作為轉換器302的U相的輸出端子的端子312u、作為轉換器 302的V相的輸出端子的端子312v、作為轉換器302的W相的輸出端子的 端子312w。而且，在圖39中，作為各開關元件示出了場效應電晶體，但 也能夠將其置換為IGBT (絕緣雙柵極電晶體)等。端子312u、 312v及312w分別經由連接用電抗線圈(reactor)(電感 線圈)及室內配線連接在連接點330u、 330v及330w上。介於端子312u 與連接點330u之間的連接用電抗線圈及室內配線的電抗分量由L。表示。 同樣地，端子312v與連接點330v之間的該連接用電抗線圈及室內配線的 電抗分量、及端子312w與連接點330w之間的該連接用電抗線圈及室內配 線的電抗分量也由L。表示。而且，也可在端子312u、 312v及312w與連接 點330u、 330v及330w之間夾有三相變壓器(transformer;未圖示)，並 使用該三相變壓器進行系統連接。該三相變壓器以轉換器302側與系統側 (後述的電力系統340側)的絕緣和變壓為目的而設置。符號340是供給三相交流電的電力系統(系統側電源)。可以考慮將 電力系統340分解為三個交流電壓源340u、 340v及340w，並且交流電壓 源340u、 340v及340w分別以基準點341為基準，輸出角頻率(角速度) "s的交流電壓。但是，交流電壓源340u、 340v及340w輸出的交流電壓 的相位相互之間相差電角120度。電力系統340將以基準點341為基準的交流電壓源340u、340v及340w 的輸出電壓分別從端子342u、 342v及342w輸出。端子342u、 342v及342w 分別經由室外配線連接在連接點330u、 330v及330w上。此處，各室外配 線中的線路阻抗的電抗分量及電阻分量分別由Ls及Rs表示。在不同的連接點間連接家電製品等負載。在圖39所示的例子中，在 連接點330u與330v之間連接作為線性負載的負載335，在連接點330v 與330w之間連接作為非線性負載的負載336。因此，負載335以連接點 330u-330v間電壓作為驅動電壓而被驅動，負載336以連接點330v-330w 間電壓作為驅動電壓而被驅動。所謂線性負載是遵從歐姆定律的負載，所 謂非線性負載是不遵從歐姆定律的負載。例如，包括如AC/DC轉換器之類 的整流電路的負載被認定是負載336。轉換器302基於從控制部303提供的三相電壓指令值生成對各相的 PWM信號(脈衝寬度調製信號)，並且通過將該PWM信號提供到轉換器302 內的各開關元件的控制端子(基極或柵極)，從而使各開關元件進行開啟 關閉動作。從控制部303向轉換器302供給的三相電壓指令值由U相電壓 指令值v人V相電壓指令值v/及W相電壓指令值v/構成，通過v入vj及 v/分別表示U相電壓v" V相電壓Vv及W相電壓v，的鬼壓電平(電壓值)。 並且，轉換器302基於v人v/及v7控制各開關元件的開啟(導通)或關 閉(非導通)。而且，在第二及後述的第三實施方式中，也與第一實施方 式同樣忽略停頓時間的存在。來自太陽電池304的直流電壓，在轉換器302內的各開關元件的開關 動作的作用下被變換為被PWM調製(脈衝寬度調製)了的三相交流電壓。 在圖39的系統連接體系中，進行作為直流電源的太陽電池304與電力系 統340的系統連接，且與電力系統340聯繫、同時與來自轉換器302的三 相交流電壓對應的交流電被供給向負載335及336。電流傳感器305檢測流過轉換器302的母線313的電流。與第一實施 方式同樣，在第二及後述的第三實施方式中也將該電流稱為母線電流。母 線電流因為具有直流成分,所以也可以將其解釋為直流電流。在轉換器302 中，下臂9u、 9v及9w的低電壓側被共同結線，並連接於太陽電池304的 負輸出端子304b。對下臂9u、 9v及9w的低電壓側進行共同結線的配線是 母線313，電流傳感器305串聯地夾在母線313上。電流傳感器305將表 示檢測到的母線電流(檢測電流)的電流值的信號向控制部303傳遞。控 制部303參照電流傳感器305的輸出信號等，同時生成並輸出上述三相電 壓指令值。而且，電流傳感器305例如為分流電阻或變流器等。此外，也 可以不在連接下臂9u、 9v及9w的低電壓側與負輸出端子304b的配線(母 線313)上設置電流傳感器305，而在連接上臂8u、 8v及8w的高電壓側 與正輸出端子304a的配線上設置電流傳感器305。
第一實施方式中的U相電壓v。 V相電壓v,及W相電壓v,意味從圖1 的中性點14所見的端子12u、 12v及12w的電壓，但第二及後述的第三實 施方式中的U相電壓Vu、 V相電壓v,及W相電壓v，分別指從具有某固定電 位的基準電位點所見的端子312u、 312v及312w的電壓。例如，在第二實 施方式中，能夠將基準點341作為上述基準電位點對待。將U相電壓、V 相電壓及W相電壓分別(或總稱)稱為相電壓。此外，在第二及後述的第 三實施方式中，將經由端子312u、 312v及312w流過的電流分別稱為U相 電流i" V相電流i,及W相電流i，，將其分別(或總稱)稱為相電流。此 外，在相電流中，將從端子312u、 312v或312w流出的方向的電流的極性 設為正。第二及後述的第三實施方式中的各相電壓與第一實施方式中的各相 電壓同樣(參照圖2)為正弦波形，且各相電壓間的電壓電平的高低關係 隨時間變化。該高低關係由三相電壓指令值確定，且轉換器302根據提供 的三相電壓指令值決定對各相的通電模式。共計8種通電模式與第一實施 方式中的通電模式(參照圖3)相同。此外，在第二及後述的第三實施方式中，各相電壓的電壓電平與載波 信號的關係，以及與該關係對應的PWM信號及母線電流的波形也與第一實 施方式中的(參照圖4)相同。載波信號是為與各相電壓的電壓電平進行 比較而在控制部303 (第一或第三實施方式中為控制部3或503)內生成 的周期性三角波信號，並將該周期稱為載波周期。此外，在第二及後述的 第三實施方式中，與第一實施方式相同，定義最大相、中間相及最小相。 最大相、中間相及最小相的組合與第一實施方式相同存在6種(參照圖6)。 在第二及後述的第三實施方式中，與第一實施方式同樣地將該六種組合分 類為第一 第六模式。對於基於v二 v/及^的轉換器302的各臂的開啟關閉動作與第一實 施方式相同。即，轉換器302與第一實施方式的轉換器2同樣，對由v人 v/及vZ表示的各相電壓的電壓電平與載波信號進行比較，並基於該比較結 果，對各臂的開啟/關閉進行控制。在設想如圖4所示的狀況的情況下， 如果在時刻T1-T2間或T5-T6間檢測母線電流，則能夠從母線電流中檢測 出最小相的電流，如果在時刻T2-T3間或T4-T5間檢測出母線電流，則能 夠從母線電流中檢測出最大相的電流。並且，中間相的電流能夠利用三相電流的總和為o而計算求得。此外，在第二及後述的第三實施方式中，與第一實施方式同樣地，將檢測最小相的相電流的採樣時刻(例如，時刻Tl與T2的中間時刻)以ST1 表示，檢測最大相的相電流的採樣時刻(例如，時刻T2與T3的中間時刻) 以ST2表示。在第二實施方式中，將經由端子312u、 312v及312w從轉換器302輸 出的電流總稱為"連接電流"。U相電流iu、 V相電流i、及W相電流i.分別 與連接電流的U相軸分量、V相軸分量及W相軸分量相當。圖40表示包含控制部303的內部框圖的、第二實施方式所述的系統 連接體系的整體結構圖。控制部303包括以符號351 356標記的各部位。 在控制部303中，通過從母線電流中檢測各相電流，並將檢測到的三相的 相電流變換為有效電流及無效電流(即，通過對連接電流進行P-Q變換)， 計算出瞬時有效電流iP及瞬時無效電流iQ。並且，以使平滑化電容器Cd 的兩端子間電壓的電壓值保持期望值且瞬時無效電流iQ為0的方式生成 電壓指令矢量。為了常態下可以檢測各相電流，電壓指令矢量與第一實施 方式同樣地在ab坐標上被修正，並且從修正後的電壓指令矢量生成三相 電壓指令值(v:、 v/及v。。在對圖40所示的各部位的動作進行詳細說明之前，對控制部303內 參照的多個軸的關係進行說明。圖41是表示作為固定軸的U相軸、V相軸 及W相軸與作為旋轉軸的P軸及Q軸的關係的空間矢量圖。與第一實施方 式同樣，V相軸的相位以U相軸為基準電角前進120度，W相軸的相位以V 相軸為基準電角進一步前進120度。P軸旋轉的角頻率(角速度)與各交 流電壓源340u、 340v及340w輸出的交流電壓的角頻率o^相同。將圖39 的連接點330u、 330v及330w中的各電壓的合成電壓作為二維坐標面上的 矢量對待，並將該電壓的矢量以e。表示。假設如果轉換器302輸出與e。 同相位的電流(以方向與e。一致的電流矢量表示的電流)，則轉換器302 僅輸出有效功率(在此情況下，無效功率由電力系統340供給)。從而，P軸的方向設為與電壓矢量e。的方向相同(所以，電壓矢量e。 位於P軸上)。並且，從P軸起電角前進90度的相位取為Q軸，將選擇P
軸及Q軸為坐標軸的坐標稱為PQ坐標。此外，從U相軸與P軸一致的時 刻起的經過時間以t表示，從U相軸所見的P軸的相位以o^t表示(t=0 的時刻，U相軸與P軸一致)。轉換器302的輸出電壓的相位從電壓矢量 e。僅前進以L。表示的連接用電抗的部分。在圖41中，標記符號410的矢 量是轉換器302的輸出電壓的電壓矢量。從Q軸所見的電壓矢量410的相 位以e a表示。在圖41中，考慮將順時針旋轉方向設為相位的前進方向， 則e a〈0。於是，以U相軸為基準的電壓矢量410的相位由("st+ e A+兀/2) 表示。與第一實施方式中的電壓矢量110同樣(參照圖8)，電壓矢量410 將U相電壓Vu、 V相電壓v,及W相電壓v.的合成電壓作為二維坐標面上的 矢量對待，電壓矢量410的U相軸分量、V相軸分量及W相軸分量與vu、 Vv及v4目當。此外，如果著眼於PQ坐標，則能夠將電壓矢量410分解為P 軸分量與Q軸分量。電壓矢量410的P軸分量與Q軸分量分別以P軸電壓 vP及Q軸電壓vQ表示。實際上，在控制部303內計算出P軸電壓指令值 vP'及Q軸電壓指令值vQ、並利用vP'及vCT表示電壓矢量410。因此，與 符號410對應的電壓矢量也可以替換讀為電壓指令矢量。U相軸附近、V相軸附近及W相軸附近的帶有陰影的星號狀的區域411 表示無法檢測兩個相的電流的區域。例如，在V相電壓與W相電壓接近而 無法檢測兩個相的電流的情況下，電壓矢量410位於U相軸附近，在U相 電壓與W相電壓接近而無法檢測兩個相的電流的情況下，電壓矢量410位 於V相軸附近。區域411與圖8的區域111同樣，以U相軸為基準，每60 度電角就存在該區域411。因此，用與第一實施方式同樣的思考方法，能 夠定義與第一實施方式相同的、每60度電角步進地旋轉的ab坐標(而且， PQ坐標是連續旋轉的坐標)。具體地說，也可在將第一實施方式中的圖8 的電壓矢量110及電壓矢量110的相位(e + e + ji /2)換讀為電壓矢量410 及電壓矢量410的相位("st+eA+ii/2)後，將第一實施方式敘述的ab 坐標的定義適用於本實施方式(參照圖8及圖9)。其結果，a軸對應於電 壓矢量410的相位("st+eA+n/2)，每60度電角步進旋轉，b軸與a軸 正交，且同時也與a軸共同按60度步進旋轉。對圖40所示的各部位的動作進行說明。表示由電流傳感器305檢測
到的母線電流(檢測電流)的電流值的信號被傳遞向電流檢測部351。電 流檢測部351執行與圖19的電流檢測部21同樣的動作。即，參照電壓指 令處理部356輸出的三相電壓指令值v人v/及v二特定哪個相為最大相、 中間相及最小相，並且決定對電流傳感器305的輸出信號進行採樣的時刻 ST1及ST2 (參照圖6)，根據在該時刻得到的母線電流的電流值計算並輸 出U相電流L及V相電流iv。此時，根據需要使用iu+:U+i^O的關係式。坐標變換器352基於相位co st，通過將來自電流檢測部351的L及iv 坐標變換到PQ坐標上，計算出連接電流中的有效電流及無效電流。計算 出的有效電流及無效電流因為表示有效電流的瞬時值及無效電流的瞬時 值，所以將它們分別稱為瞬時有效電流及瞬時無效電流。此外，瞬時有效 電流及瞬時無效電流分別以iP及iQ表示。iP及iQ分別表示連接電流中 的P軸分量及Q軸分量。具體地說，iP及iQ根據下式(3-1)計算出。_iP —4-化sin(Q)st +兀/ 3) sin (Dst cos(cost +兀/3) cosost(3 — l)相位Wst與轉換器302的輸出電壓的相位對應。如參照圖41進行的 說明那樣，因為從U相軸與P軸一致的時刻起的經過時間以t表示，從U 相軸所見的P軸的相位以"st表示，所以可從U相電壓Vu的相位確定相位 wst。實際上，也可在由轉換器302進行電壓輸出前，檢測出在端子312u 上表現的來自交流電壓源340u的交流電壓的角頻率及相位，並配合於檢 測到的角頻率及相位確定"s的值及t-O的時刻。vu、 Vv及v，設為角頻率是 "s的正弦波電壓(但包含由電壓指令處理部356的修正處理導致的變形)， 它們的相位相互各差電角120度。由電壓檢測器306檢測到的平滑化電容器Cd的兩端子間電壓Ed與表 示該兩端子間電壓Ed的目標值的直流電壓指令值EcT被提供給直流電壓控 制部353。直流電壓指令值EcT與用於從太陽電池304得到最大功率的Ed (換言之，用於使轉換器302的輸出功率為最大的Ed) —致。直流電壓控 制部353通過比例積分控制，以使(Ed-Ed*)收斂於0的方式計算並輸出 有效電流指令值iP*。此外，無效電流指令值iQ^設為0。 iP'表示iP需追 隨的目標值，i(T表示iQ需追隨的目標值。有效電流控制部354基於來自直流電壓控制部353的i^與來自坐標 變換器352的iP，通過進行比例積分控制以使電流誤差(iP*-iP)收斂於 0，來計算出P軸電壓vP需追隨的P軸電壓指令值vP*。無效電流控制部 355基於被提供的i(^與來自坐標變換器352的iQ，通過進行比例積分控 制以使電流誤差(iCT-iQ)收斂於0，從而計算出Q軸電壓vQ需追隨的Q 軸電壓指令值vQ*。電壓指令處理部356的功能與將圖19的電壓矢量修正部24及坐標變 換器25組合後的部位的功能大致相同。圖42表示電壓指令處理部356的 內部框圖。圖42的電壓指令處理部356具備以符號361 364參考的各部 位。坐標旋轉部361基於vP*、 vqr及"st，根據上述式(1-3)的變形式， 將vP,及vCT變換為Va及vb。即，將由vK及vQ4表示的、PQ坐標上的兩相 的電壓指令矢量變換為由、及Va表示的、ab坐標上的兩相的電壓指令矢上述式(1-3)的變形式指的是通過將式(1-3)中的w及Vq置換為 vF及vQ，得到的式子。此外，如圖43所示，a,軸 a6軸內(參照圖9)， 電壓矢量410最靠近的軸的、以U相軸為基準的相位以"(n+2) m/3"表 示。在第二實施方式中的n是("st+eA)除以n/3時得到的商。並且， 將滿足下式(3-2)的e。用於坐標旋轉部361進行的式(1-3)的變形式 的運算。formula see original document page 47…(3-2)滿足式(3-2)的e。能夠如以下這樣計算出。參照"st求出與使用下 式(3-3)計算出的e a相符合的n (即，("st+ e a)除以n /3時得到的商)。 如果將該求得的n與cost帶入上述式(3-2)，則可得到e。。此外，在計算 該9 。時求得的n被用於在坐標旋轉部363中的運算。而且，也可不使用 以Q軸為基準的"，而使用以P軸為基準的e/進行各運算。表示 從P軸所見的電壓矢量410的相位。在該情況下使用關係式"e A= e a' — 兀/2"進行變量n的計算。formula see original document page 48圖42的分量修正部362、坐標旋轉部363及坐標變換器364的功能分 別與第一實施方式中的分量修正部52、坐標旋轉部53及坐標變換器25(參 照圖19及圖21)的功能相同。艮P,分量修正部362對由坐標旋轉部361得到的、及Vb實施圖11的 步驟S2中的修正處理或圖16所示的修正處理，將修正後的、及Vb分別作為Va。及Vb。輸出。但是，在木需要修正的情況下，Va。二Va且Vb。二Vb。坐標旋轉部363根據上述式(1-7)，將從分量修正部362輸出的修正 後的a軸電壓及b軸電壓(即Va。及VbJ變換為v/及v/。 S卩，將以Vm及 k表示的、ab坐標上的兩相的電壓指令矢量變換為以v/及v/表示的、 a P坐標(a P固定坐標)上的兩相的電壓指令矢量。此時，作為式(1-7) 中的Va、 vb、 v。及Vm分別使用Va。、 vb。、 vJ及vA而且，a P坐標與在 第一實施方式中定義的相同。但是，當然，第二實施方式中的v/及 是對於轉換器302的輸出電壓的電壓指令矢量的正交兩軸分量。坐標變換器364將由坐標旋轉部363得到的v/及v/變換為三相電壓 指令值(vu\ v/及v。，並將該三相電壓指令值向轉換器302輸出。此外， 該三相電壓指令值也被提供給電流檢測部351。如此，可將在第一實施方式中敘述的修正方法適用在系統連接體系 中，由此可獲得與第一實施方式同樣的效果。即例如，實現修正的簡單化 和修正量的決定的容易化。而且，利用系統連接體系的控制部303執行的控制，可稱為對有效電 流及無效電流的控制，也可稱為對有效功率及無效功率的控制。來自電力 系統340的交流電壓為振幅大致一定的交流電壓，所以與該交流電壓連接，對有效電流及無效電流進行控制以使其達到期望值，這就是對有效功率及 無效功率進行控制以使其達到期望值(在電壓上乘以有效電流為有效功 率，乘以無效電流為無效功率)。因而，能夠將控制部303稱為電流控制 裝置，同時也能稱為功率控制裝置。此外，舉出了太陽電池304作為對於轉換器302的直流電源的一例，
也可取代太陽電池304而使用燃料電池或風力發電機等。 〉在第一及第二實施方式中所述的系統中，將檢測到的電流用於電流控 制(或功率控制)。但是，也可以不將檢測到的電流用於電流控制(或功 率控制)，而在以保護等為目的進行電流檢測的系統中也可適用第一或第 二實施方式中敘述的技術。將該種系統作為本發明的第三實施方式進行說 明。圖44是第三實施方式所述的三相負載驅動系統的整體結構圖。在圖 44中，轉換器302、太陽電池304、電流傳感器305及平滑化電容器Cd 與第二實施方式的圖39所示的相同，它們之間的連接關係也與第二實施 方式相同。為了便於說明，與第二實施方式相同，將對於三相負載驅動系 統的轉換器302的直流電源設為太陽電池304，但作為對轉換器302的直 流電源，能夠使用任意的直流電源。與第二實施方式不同，在三相負載驅動系統中，作為轉換器302的輸 出端子的端子312u、 312v及312w不與系統側連接，而連接在三相負載上。 更具體地，端子312u經由負載540u連接在基準點541上，端子312v經 由負載540v連接在基準點541上，端子312w經由負載540w連接在基準 點541上。圖44的三相負載驅動系統中的U相電壓vu、 V相電壓、及W相電壓 v.分別是以基準點541的電位為基準的端子312u、 312v及312w的電壓， 且負載540u、 540v及540w分別接受U相電壓vu、 V相電壓v,及W相電壓 v.作為驅動電壓。負載540u、 540v及540w例如分別為電抗或電阻元件等 負載。vu、 Vv及、是角頻率(角速度)"s的正弦波電壓(但包含由電壓指 令處理部553的修正處理產生的變形)，且它們的相位相互差電角120度。 而且，為了便於說明，在本實施方式中也使用在第二實施方式中導入的記 號"o)s",但本實施方式中的cos與圖39的電力系統340的交流電壓的角頻率沒有關係。基於提供的三相電壓指令值(v入v/及v。的轉換器302的動作與第 二實施方式中的相同。但在圖44的三相負載驅動系統中，從控制部503 提供三相電壓指令值(vu*、 v/及C)。控制部503包含標有符號551 554來進行參考的部位。在控制部503 內，定義與第二實施方式的P軸及Q軸對應的X軸及Y軸。而且，在本實 施方式中記述的記號"X"與在第一實施方式的第四實施例中記述的該記 號所指不同。圖45是表示作為固定軸的U相軸、V相軸及W相軸與作為旋轉軸的X 軸及Y軸的關係的空間矢量圖。V相軸的相位以U相軸為基準電角前進120 度，W相軸的相位以V相軸為基準電角進一步前進120度。X軸旋轉的角 頻率(角速度)為cos。符號610表示本實施方式中的轉換器302的輸出電 壓的電壓矢量。X軸的方向與電壓矢量610的方向相同(所以，電壓矢量610位於X 軸上)。並且從X軸前進90度電角的相位取為Y軸，將選擇X軸及Y軸為 坐標軸的坐標稱為XY坐標。此外，在本實施方式中，從U相軸與X軸一 致的時刻開始的經過時間以t表示，從U相軸所見的X軸的相位以"st表 示(在tO時，U相軸與X軸一致)。從Y軸所見的電壓矢量610的相位以 "表示。在圖45中，考慮將順時針旋轉方向設為相位的前進方向，" <0。於是，以U相軸為基準的電壓矢量610的相位由("st+eA+n/2) 二"st表示o電壓矢量610將U相電壓vu、 V相電壓vv及W相電壓v.的合成電壓作 為二維坐標面上的矢量對待，電壓矢量610的U相軸分量、V相軸分量及 W相軸分量與Vu、 v,及v,相當。此外，如果著眼於XY坐標，則能夠將電壓 矢量610分解為X軸分量與Y軸分量。電壓矢量610的X軸分量與Y軸分 量分別以X軸電壓vX及Y軸電壓vY表示。實際上，在控制部503內計算 出X軸電壓指令值"*及Y軸電壓指令值VT，並利用vX'及vf表示電壓矢 量610。因此，與符號610對應的電壓矢量還可換稱為電壓指令矢量。與圖41的區域411同樣的、U相軸附近、V相軸附近及W相軸附近的 區域以li相軸為基準，每60度電角而存在。因此，以與第一實施方式同 樣的思考方法，能夠定義與第一實施方式同樣的、每60度電角步進旋轉 的ab坐標(而且，XY坐標為連續旋轉的坐標)。具體地說，將第一實施方 式中的圖8的電壓矢量110及電壓矢量110的相位(e + e+:n/2)換稱為 電壓矢量610及電壓矢量610的相位(wst+eA+3i/2)，之後，可將第一
實施方式敘述的ab坐標的定義適用於本實施方式(參照圖8及圖9)。其 結果，a軸對應於電壓矢量610的相位("st+eA+Ji/2)，每60度電角步 進地旋轉，並且b軸也與a軸正交，同時與a軸一起每60度歩進地旋轉。 而且，圖45所示的e。及(n+2) n/3為與第二實施方式同樣地定義的角 度量(參照圖43)。對圖44所示的各部位的動作進行說明。電流傳感器305檢測流過轉 換器302的母線313的母線電流。表示檢測到的母線電流(檢測電流)的 電流值的信號被傳遞向電流檢測部551。電流檢測部551執行與圖19的電 流檢測部21同樣的動作。g卩，參照電壓指令處理部553輸出的三相電壓 指令值vu*、 v/及v二特定哪個相為最大相、中間相及最小相，並且決定 對電流傳感器305的輸出信號進行採樣的時刻ST1及ST2 (參照圖6)，並 從在該時刻得到的母線電流的電流值中計算及輸出U相電流iu、及V相電 流iv及W相電流i.。此時，根據需要使用iu+iv+i =0的關係式。檢測電流處理部552執行基於從電流檢測部551輸出的iu、 U及i，的 規定的處理。例如，檢測iu、 iv及i,是否異常變大(即，轉換器302的輸 出電流是否變為過電流)，並根據該檢測結果進行保護動作。電壓指令處理部553的功能及內部結構與圖42的電壓指令處理部356 的相同，將對於電壓指令處理部356的"P軸、Q軸及電壓矢量410"置換 為"X軸、Y軸及電壓矢量610"而構成的即為電壓指令處理部553 (參照 圖42、圖43及圖45)。圖46表示電壓指令處理部553的內部框圖。圖46 的電壓指令處理部553具備標記有符號561及362 364而進行參考的各 部位。對於圖42的電壓指令處理部356進行說明的方法也適用於電壓指 令處理部553。坐標旋轉部561基於被提供的vf及vf以及"st，根據上述式(1-3) 的變形式，將vf、 vY"變換為Va及Vb。即，將由vr及vf表示的、XY坐標 上的兩相的電壓指令矢量變換為由、及Va表示的、ab坐標上的兩相的電 壓指令矢量。上述式(1-3)的變形式指的是通過將式(1-3)中的w及 vq置換為vf及vf而得到的式子。電壓指令處理部553中的分量修正部362、坐標旋轉部363以及坐標 變換器364的動作，由於與圖42中的一樣，說一省略重複的說明。但是，
對分量修正部362的Va、 w從坐標旋轉部561得到。坐標變換器364將計 算出的三相電壓指令值(vu*、 v/及v/)提供給轉換器302以及電流檢測部 551。提供給電壓指令處理部553的vX,及vf分別表示X軸電壓vX需追隨 的X軸電壓指令值及Y軸電壓vY需追隨的Y軸電壓指令值，並且它們從 電壓決定部554被輸出。如圖45所示，電壓矢量610因為位於X軸上， 所以vf為O，與欲向三相負載供給的期望電力值對應的值被代入vr。在 第一實施方式中，d軸與U相軸一致的時刻依賴於電動機的轉子位置，在 第二實施方式中，P軸與U相軸一致的時刻依賴於系統側的交流電壓的相 位，但在第三實施方式中，此種依賴不存在，所以能夠自由地確定1:=0的 時刻。對於"s也相同。如此，可將第一實施方式中敘述的修正方法適用於三相負載驅動系 統，並由此可取得與第一實施方式同樣的效果。即例如實現修正的簡單化 和修正量的決定的容易化。以下，對各實施方式(尤其第二及第三實施方式)的變形例等進行敘述。在第二及第三實施方式中，作為現在時刻所屬的模式的特定方法及時 刻ST1及ST2的決定方法(參照圖6),可以使用第一實施方式中敘述的任 意的方法(即，第一實施方式中的第一 第三實施例中記載的方法的任一 種)。此外，在第二或第三實施方式中，也可根據上述式(1-8)及(1-9) 將由分量修正部362 (參照圖42、圖46)計算出的Vae及v^不經由a p 坐標而變換為v入v/及v/。此時，作為式(1-8)及(1-9)中的Va及Vb 和Vu、 Vv及V，，使用V。。及Vb。和V人v/及v二而且，該情況不需要坐標旋 轉部363。此外，在第二或第三實施方式中，控制部(303或503)的功能的一 部或者全部，例如使用嵌入在通用微型計算機等中的軟體(程序)來實現。 在使用軟體實現控制部(303或503)的情況下，表示控制部(303或503) 的各部的結構的框圖表示功能框圖。當然，也可不用軟體(程序)，僅由 硬體構成控制部(303或503)。 在第一、第二或第三實施方式中，包含上述的各種的指令值(v/及Vq*、vP^及《和vr及vY等)或其他的狀態量(e 、"等)的、需導出的所有 值的導出方法任意。即，例如，可通過在控制部(3、 303或503)內的運 算將其導出，也可從預先設定的列表數據中導出。 此外，例如，可以如下進行考慮。在第二實施方式中，圖40的系統連接體系具備電流檢測單元，且該 電流檢測單元包括電流檢測部351、有效電流控制部354、無效電流控制 部355及電壓指令處理部356，還包括電流傳感器305。並且，例如，圖 40的有效電流控制部354及無效電流控制部355與圖42的坐標旋轉部361 具有作為電壓指令矢量生成機構的功能，圖42的分量修正部362具有作 為電壓指令矢量修正機構的功能。此外，例如第二實施方式所述的控制部 303具有作為轉換器控制裝置(或電流控制裝置或者功率控制裝置)的功 能，在該轉換器控制裝置中內置電流檢測單元。此外例如，圖40的系統 連接體系包括系統連接裝置，且該系統連接裝置包括轉換器302及控制部303。 還可考慮使該系統連接裝置進一步包括作為直流電源的太陽電池304、 電流傳感器305、電壓檢測器306及平滑化電容器Cd的一部分或全 部。在第三實施方式中，圖44的三相負載驅動系統具備電流檢測單元， 該電流檢測單元包括電流檢測部551、電壓決定部554及電壓指令處理部 553，進一步還可包括電流傳感器305。並且例如，圖44的電壓決定部554 與圖46的坐標旋轉部561具有作為電壓指令矢量生成機構的功能，且圖 46的分量修正部362具有作為電壓指令矢量修正機構的功能。還可將第三 實施方式所述的控制部503作為轉換器控制裝置對待，但該轉換器控制裝 置並不是基於電流檢測部551的檢測結果生成電壓指令矢量。電流檢測單元也可考慮內置於第一實施方式中的電動機驅動系統內。 第一實施方式所述的電流檢測單元包括圖19等所示的電流檢測部21、 21a或21c;圖19等所示的電壓運算部23;以及圖19等所示的電壓矢量 修正部24、 24a、 24b或24c，並還可進一步包括電流傳感器5及/或圖19 等所示的坐標變換器25。而且，在本說明書中，為了簡化敘述，也存在僅由記號("等)的標 記表現與該記號對應的狀態量(狀態變量)等的情況。即，在本說明書中，例如"i/'與"Y軸電流i/'所指相同。本發明適於使用電動機的所有電器設備，尤其適於冰箱用的壓縮機、 車載用空調、電動車等。此外，也適於各種系統連接體系或三相負載驅動 系統。
權利要求
1. 一種電動機控制裝置，其具備電流檢測機構，該電流檢測機構將在驅動三相式的電動機的轉 換器與直流電源之間流通的電流作為檢測電流進行檢測，所述電動機控制裝置從檢測後的所述檢測電流檢測流向所述電動機 的電動機電流，並基於該電動機電流，經由所述轉換器對所述電動機進行 控制，其特徵在於，所述電動機控制裝置具備電壓指令矢量生成機構，其基於所述電動機電流生成電壓指令矢量， 所述電壓指令矢量表示向所述電動機施加的施加電壓需追隨的電壓的矢 量；和電壓指令矢量修正機構，其對生成的所述電壓指令矢量進行修正， 所述電動機控制裝置根據修正後的所述電壓指令矢量對所述電動機 進行控制。
2. 如權利要求l所述的電動機控制裝置，其特徵在於， 所述電壓指令矢量是旋轉坐標上的電壓指令矢量， 所述電壓指令矢量修正機構在將該旋轉坐標上的電壓指令矢量變換為三相的固定坐標上的三相電壓指令值的過程中，對所述旋轉坐標上的電 壓指令矢量進行修正，該電動機控制裝置通過向所述轉換器供給與修正後的所述電壓指令 矢量對應的所述三相電壓指令值，對所述電動機進行控制。
3. 如權利要求l所述的電動機控制裝置，其特徵在於， 所述電壓指令矢量是對應於以規定的固定軸為基準的所述電壓指令矢量的相位，按每60度電角步進地旋轉的ab坐標上的兩相的電壓指令矢
4. 如權利要求3所述的電動機控制裝置，其特徵在於， 所述電壓指令矢量修正機構基於所述ab坐標上的形成兩相的電壓指令矢量的坐標軸分量的大小，判斷是否進行修正，在需要修正的情況下， 通過修正所述坐標軸分量，對所述電壓指令矢量進行修正。
5. 如權利要求l所述的電動機控制裝置，其特徵在於， 基於生成的所述電壓指令矢量，判斷作為所述檢測電流流通的電流的相，根據該判斷結果檢測所述電動機電流。
6. 如權利要求5所述的電動機控制裝置，其特徵在於， 所述電動機控制裝置還具備三相電壓指令值生成機構，所述三相電壓指令值生成機構從修正後的所述電壓指令矢量生成三相電壓指令值，所述電動機控制裝置基於所述判斷結果與所述三相電壓指令值，決定 對所述檢測電流進行檢測的時刻，從在該時刻檢測到的所述檢測電流檢測 所述電動機電流，通過向所述轉換器供給所述三相電壓指令值，對所述電動機進行控制。
7. 如權利要求l所述的電動機控制裝置，其特徵在於， 基於生成的所述電壓指令矢量的大小，決定對所述檢測電流進行檢測的時刻，從在該時刻檢測到的所述檢測電流檢測所述電動機電流。
8. 如權利要求3所述的電動機控制裝置，其特徵在於，基於所述ab坐標中的所述電壓指令矢量的坐標軸分量，決定對所述 檢測電流進行檢測的時刻，從在該時刻檢測到的所述檢測電流檢測所述電 動機電流。
9. 一種電動機驅動系統，其特徵在於，具備三相式的電動機； 驅動所述電動機的轉換器；通過控制所述轉換器，對所述電動機進行控制的權利要求1中所述的 電動機控制裝置。
10. —種電流檢測單元，其具備將在三相式的轉換器與直流電源之間 流通的電流作為檢測電流進行檢測的電流檢測機構，從檢測到的所述檢測電流檢測所述轉換器的三相電流， 所述電流檢測單元的特徵在於，具備電壓指令矢量生成機構，其生成電壓指令矢量，所述電壓指令 矢量表示所述轉換器的三相電壓需追隨的電壓的矢量；電壓指令矢量修正 機構，其對生成的所述電壓指令矢量進行修正，所述電流檢測單元根據修正後的所述電壓指令矢量對所述轉換器進 行控制。
11. 如權利要求10所述的電流檢測單元，其特徵在於， 所述電壓指令矢量是旋轉坐標上的電壓指令矢量， 所述電壓指令矢量修正機構在將該旋轉坐標上的電壓指令矢量變換為三相的固定坐標上的三相電壓指令值的過程中，對所述旋轉坐標上的電 壓指令矢量進行修正，通過向所述轉換器供給與修正後的所述電壓指令矢量對應的所述三 相電壓指令值，對所述轉換器進行控制。
12. 如權利要求10所述的電流檢測單元，其特徵在於， 所述電壓指令矢量是對應於以規定的固定軸為基準的所述電壓指令矢量的相位，按每60度電角步進地旋轉的ab坐標上的兩相的電壓指令矢
13. 如權利要求12所述的電流檢測單元，其特徵在於， 所述電壓指令矢量修正機構基於所述ab坐標上的形成兩相的電壓指令矢量的坐標軸分量的大小，判斷是否進行修正，在需要修正的情況下， 通過修正所述坐標軸分量，對所述電壓指令矢量進行修正。
14. 一種轉換器控制裝置，其具備權利要求10所述的電流檢測單元，基於檢測到的所述三相電流對所述轉換器進行控制， 所述轉換器控制裝置的特徵在於，所述電壓指令矢量生成機構基於所述三相電流生成所述電壓指令矢
15. 如權利要求14所述的轉換器裝置，其特徵在於， 所述轉換器控制裝置還具備以所述轉換器的輸出電壓的相位為基準，將所述三相電流變換為有效電流與無效電流的電流變換機構，所述電壓指令矢量生成機構基於所述有效電流及所述無效電流生成 所述電壓指令矢量。
16. —種系統連接裝置，其特徵在於， 具備權利要求14所述的轉換器控制裝置及轉換器， 利用所述轉換器將來自所述直流電源的直流電壓變換為三相的交流電壓，與外部的三相交流電力系統連接，同時向負載供給基於所述交流電壓的交流電。
全文摘要
本發明提供一種電流檢測單元，其從三相式的轉換器與直流電源之間流過的電流檢測所述轉換器的三相電流。所述電流檢測單元具備電壓指令矢量生成機構，其生成表示所述轉換器的三相電壓需追隨的電壓的矢量的電壓指令矢量；對生成的所述電壓指令矢量進行修正的電壓指令矢量修正機構。根據修正後的所述電壓指令矢量對所述轉換器進行控制。
文檔編號H02P21/00GK101145754SQ200710148779
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月11日 優先權日2006年9月11日
發明者富樫仁夫 申請人:三洋電機株式會社