CN101295955A - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机控制装置及电动机驱动系统，对将永磁铁设置于转子的电动机的驱动进行控制，其具备：角度检测机构，使用角度传感器检测所述转子的角度；电流检测机构，以作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流为检测电流进行检测；角度校正机构，根据所述检测电流校正被检测到的所述角度，其中，使用由所述角度校正机构的校正而得到的校正角度来控制所述电动机的驱动。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种驱动控制电动机的电动机控制装置及电动机驱动系统，特别是涉及一种对转子的角度检测进行校正的校正技术。

背景技术

在驱动永磁铁同步电动机的电动机驱动系统中，有时使用用于检测电动机转子的角度的角度传感器。转子的角度也被称为转子的位置或者磁极位置。存在于电动机驱动系统内的电动机控制装置，根据检测角度实施矢量控制。

但是，在对电动机的角度传感器的安装方面存在安装误差，另外，因时效变化等的影响也使误差的程度发生变化。安装误差将使误差包含于检测角度。另外，可产生大转矩的电动机的极对数比较大，而在矢量控制中，电动机的极对数越大则检测误差的影响也越大(这是由于电动机的极对数越大则电角度中的误差也越大的缘故)。若检测角度有误差，则有可能产生意想不到的转矩及再生充电，进而产生异性不到的加速及过充电等。另外还将降低电动机的功率。

为了解决这种问题，已经有多个提案提出了校正检测角度的技术。

例如专利第3724060号公报提出了一种方法，其在从外部驱动电动机时测量所产生的反电动势，根据该反电动势校正检测角度。但是，该方法需要增加用于测量反电动势的硬件，造成结构复杂。

另外，就专利第3688673号公报所公开的方法而言，在转子转动的状态下执行控制使d轴电流指令值及q轴电流指令值双方都保持为零，根据执行其矢量控制时的d轴电压指令值和q轴电压指令值求出检测角度校正量(磁极位置校正量)。依照该方法，就不需要增加用于电压测量的硬件。但是，由于使用电动机参数(L_d、L_q、Ф_a等)并根据电枢电流计算出电压指令值，而造成电动机参数的误差(与理论值相对的误差)影响到检测角度校正，其结果是，不能高精度地进行检测角度校正。例如，在矢量控制中，通常使用用于排除d轴和q轴之间的干扰的非干扰控制，但是被该非干扰控制用设定的电动机参数的误差将影响到检测角度校正。另外，由于电动机发热等引起的电动机温度变化有时也使最佳参数值发生变化，因而造成检测角度校正不稳定。

另外，就专利第3542741号公报所公开的方法而言，其使电力变换器的输入电压与电流的乘积即输入电力，和根据全损伤、转矩指令及速度计算出的目标输出变得相等来校正检测角度。但是，该方法中，不仅需要负载大的乘法处理，而且还需要损失变换。另外，损失转换的误差也将对校正带来影响。

另外，在负荷转矩恒定时，该值以电枢电流取最小值的形式对d轴电流指令进行控制，也是一种根据电枢电流取最小值时的d轴指令计算误差角校正检测角度(磁极的转动位置)的方法(例如，参照日本专利2001-8486号公报)。但是，在实际运转时，一般不能控制负荷转矩，很少使负荷转矩达到恒定。因此，不能说该方法有实用性。另外，还有一种方法是在电动机的转动停止时通过进行直流通电计算角度校正值(例如参照日本专利2001-8307号公报及日本专利2001-12484号公报)。但是，该方法不能在电动机转动时进行校正，另外，在角度传感器是由霍尔元件形成的情况下，霍尔元件在转动停止时不能进行准确的角度检测。

如上所述，在使用角度传感器进行矢量控制的情况下，虽然需要校正转子的检测角度的技术，但是就现有的校正方法而言，结构或者处理复杂(或者欠缺实用性)。另外，即使为了提高电动机的功率，也要不受电动机参数等的影响，要求高精度的检测角度校正。

另外，在角度传感器安装误差非常大的情况下，有可能提高或者电动机产生意想不到的比较大的转矩，或者产生再生电流引起的过充电的可能性。因此，检测这种异常的技术至为重要。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种用简单的构成或者处理可高精度地实现转子的检测角度校正的电动机控制装置。另外，本发明的目的还在于提供一种可准确地检测角度检测的异常的电动机控制装置。

本发明第一方面提供一种电动机控制装置，是一种对将永磁铁设置于转子的电动机的驱动进行控制的电动机控制装置，其特征在于，具备：角度检测机构，使用角度传感器检测所述转子的角度；电流检测机构，以作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流为检测电流进行检测；角度校正机构，根据所述检测电流校正被检测到的所述角度，使用由所述角度校正机构的校正得到的校正角度来控制所述电动机的驱动。

由此，对直流电源的电流进行检测，可通过利用其检测结果这一简单的构成及/或处理实现检测角度校正。另外，还可排除(或者抑制)与检测角度的校正相对的电动机参数误差的影响，其结果是，可实现高精度的校正。

具体而言，例如在第一电动机控制装置中，在将与永磁铁产生的磁通方向相平行的轴作为d轴，而且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为γ轴，同时将与所述γ轴相垂直的轴作为δ轴的情况下，该电动机控制装置还具备电流指令值生成机构，该电流指令值生成机构作为所述电动机的供给电流的γ轴分量及δ轴分量的目标，产生目标γ轴电流及目标δ轴电流；所述角度校正机构，根据在所述目标δ轴电流为零且所述目标γ轴电流为负值时的所述检测电流，求出角度校正值，根据所述角度校正值和由所述角度检测机构检测出的所述角度来求出所述校正角度。

具体而言，例如在第一电动机控制装置，所述角度校正机构，以下述形式求出所述角度校正值，即，将在所述目标δ轴电流为零且所述目标γ轴电流为负值时的所述检测电流设为规定值，或者纳入包含该规定值的规定范围内。

另外，例如第一电动机控制装置，还具备异常判别机构，该异常判别机构根据所述检测电流判别所述角度检测机构的检测是否异常。

由此，可准确地检测角度检测的异常。

具体而言，例如在第一电动机控制装置中，在将与永磁铁产生的磁通方向相平行的轴作为d轴，而且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为γ轴，同时将与所述γ轴相垂直的轴作为δ轴的情况下，该电动机控制装置还具备：电流指令值生成机构，该电流指令值生成机构作为所述电动机的供给电流的δ轴分量的目标，产生目标δ轴电流；异常判别机构，该异常判别机构根据所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流，来判别所述角度检测机构的检测是否异常。

另外，例如在电动机检测装置，所述异常判别机构，在所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，则判别出所述角度检测机构的检测为异常。

本发明第二方面提供一种电动机控制装置，是一种对将永磁铁设置于转子的电动机的驱动进行控制的电动机控制装置，其特征在于，具备：角度检测机构，使用角度传感器检测所述转子的角度；电流检测机构，以作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流为检测电流进行检测，使用被检测出的所述角度来控制所述电动机的驱动。该电动机控制装置还具备异常判别机构，该异常判别机构根据所述检测电流，来判别所述角度检测机构的检测是否异常。

由此，可准确地检测角度检测的异常。

具体而言，例如在第二电动机控制装置中，在将与永磁铁产生的磁通方向相平行的轴作为d轴，而且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为γ轴，同时将与所述γ轴相垂直的轴作为δ轴的情况下，该电动机控制装置还具备电流指令值生成机构，该电流指令值生成机构作为所述电动机的供给电流的δ轴分量的目标，产生目标δ轴电流。所述异常判别机构，根据所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流，来判别所述角度检测机构的检测是否异常。

更具体而言，例如在第二电动机控制装置，所述异常判别机构，在所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，则判别出所述角度检测机构的检测为异常。

本发明提供一种电动机驱动系统，其特征在于，具备：电动机、驱动所述电动机的逆变器、所述任一方面记载的电动机控制装置，其通过控制所述逆变器来控制所述电动机的驱动。

根据本发明，可提供一种用简单的构成或者处理可高精度地实现转子的检测角度校正的电动机控制装置。另外，本发明的目的还在于提供一种可准确地检测角度检测的异常的电动机控制装置。

通过如下所述的实施方式的说明，本发明的意义乃至效果将更加明晰。不过，下面的实施方式毕竟只是本发明的一种实施方式，本发明乃至构成要件的用词的意义，不限于下面的实施方式所述。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电动机驱动系统的简要方框图；

图2是本发明的实施方式的解析模式图；

图3是本发明的实施方式的电动机驱动系统的详细方框图；

图4(a)～(c)是用于说明图3的角度校正部的角度校正方法的原理的电流矢量图；

图5是表示图3的角度校正部的工作流程的流程图；

图6(a)～(c)是表示角度校正值和电流波形之间的关系的图；

图7是表示图3的异常检测部的工作流程的流程图。

具体实施方式

下面，详细说明本发明的实施方式。图1是本发明的实施方式的电动机驱动系统的简要方框图。图1的电动机驱动系统具备：电动机1、逆变器电路2、电动机控制装置3。

电动机1是三相永磁铁同步电动机，其具有：具备永磁铁的转子(未图示)、具备三相电枢绕组的定子(未图示)。

逆变器电路2根据由电动机控制装置3发出的PWM(Pulse WidthModulation)信号，向电动机1供给由U相、V相及W相构成的三相交流电压。将提供给该电动机1的所有的电压叫做电动机电压(电枢电压)V_a，将从逆变器电路提供给电动机1的所有电流叫做电动机电流(电枢电流)I_a。

电动机控制装置3，参照被检测出的电动机电流I_a等，同时将用于实现所期望的矢量控制的PWM信号分配到逆变器电路2。

图2是电动机1的解析模式图。在下面的说明中，所谓的电枢绕组通常是指设置于电动机1的绕组。图2表示U相、V相、W相电枢绕组固定轴。1a是设置于电动机1的定子上的永磁铁，在按与永磁铁1a发出的磁通的旋转速度相同的速度进行旋转的旋转坐标系中，将永磁铁1a发出的磁通的方向设为d轴，将与d轴相对应的控制上的转轴设为γ轴。另外，虽然未图示，但是将q轴设在从d轴沿电角超前90度的相位，将δ轴设在从γ轴沿电角超前90度的相位。与实轴相对应的旋转坐标系是将d轴和q轴选择在了坐标轴上的坐标系，将该坐标轴叫做dq轴。控制上的旋转坐标系是将γ轴和δ轴选择在了坐标轴上的坐标系，将该坐标轴叫做γδ轴。

使dq轴旋转，用ω表示其旋转速度。使γδ轴也旋转，用ω_e表示其旋转速度。另外，在某瞬间旋转着的dq轴上，用θ表示从U相电枢绕组固定轴看到的d轴的角度(相位)。同样，在某一瞬间旋转着的γδ轴上，用θ_e表示从U相电枢绕组固定轴看到的γ轴的角度(相位)。用θ或θ_e表示的角度是电角度中的角度，通常将它们叫做转子位置或者磁极位置。用ω和ω_e表示的旋转速度是电角度中的角速度。

电动机控制装置3基本上是以使角度θ和角度θ_e相一致的形式来进行矢量控制的。但是，有时也有意地将角度θ和角度θ_e错开一些。在角度θ和角度θ_e相一致时，d轴及q轴也分别与γ轴及δ轴相一致。

在下面的叙述中，分别用γ轴电压v_γ及δ轴电压v_δ表示电动机电压V_a的γ轴分量及δ轴分量，分别用γ轴电流i_γ、δ轴电流i_δ、d轴电流i_d、q轴电流i_q表示电动机电流I_a的γ轴分量、δ轴分量、d轴分量、q轴分量。

将表示γ轴电压v_γ及δ轴电压v_δ的目标值的电压指令值，分别用γ轴电压指令值v_γ ^*及δ轴电压指令值v_δ ^*表示。将表示γ轴电流i_γ、δ轴电流i_δ的目标值的电压指令值，分别用γ轴电流指令值i_γ ^*及δ轴电流i_δ ^*指令值v_δ ^*表示。v_γ ^*是v_γ的目标也叫目标γ轴电压，v_δ ^*是v_δ的目标也叫目标δ轴电压。i_γ ^*是i_γ的目标也叫目标γ轴电流，i_δ ^*是i_δ的目标也叫目标δ轴电流。

电动机控制装置3以下述形式来进行矢量控制，即，使γ轴电压v_γ及δ轴电压v_δ的值分别追随γ轴电压指令值v_γ ^*及δ轴电压指令值v_δ ^*，且使γ轴电流i_γ及δ轴电流i_δ的值分别追随γ轴电流指令值i_γ ^*及δ轴电流指令值v_δ ^*。

电动机电压V_a的U相分量、V相分量及W相分量，用由U相电压指令值v_u ^*、V相电压指令值v_v ^*及W相电压指令值v_w ^*来表示。

另外，在下面的叙述中，R_a是电动机阻抗(电动机1的电枢绕组的阻抗值)，L_d、L_q分别是d轴电感(电动机1的电枢绕组的电感的d轴分量)、q轴电感(电动机1的电枢绕组的电感的q轴分量)，Ф_a是永磁铁1a的电枢交链磁通。另外，L_d、L_q、R_a、Ф_a是电动机驱动系统在制造时确定的值，这些值可应用于电动机控制装置3的运算中。

另外，在本说明书中，为了叙述的简要化，有时使用只有符号(如i_γ等)的标记来表示与其符号相对应的状态量。即，在本说明书中，例如“i_γ”和“γ轴电流i_γ”指相同的参数。

图3是图1的电动机驱动系统的详细方框图。如图3所示，电动机驱动系统，除了电动机1、逆变器电路2及电动机控制装置3之外，还具备：相电流传感器11、角度传感器12、直流电源31、电流传感器32及开关33。电动机控制装置3的构成包含用符号13～22代表的各部位。还可以认为，在电动机控制装置3内，包含相电流传感器11、角度传感器12、直流电源31、电流传感器32及开关33中的任意一个以上的部位。电动机控制装置3内的各部位可自如地利用在电动机控制装置3内生成的各值。

相电流传感器11对从逆变器电路2提供到电动机1的电动机电流I_a的固定分量即U相电流i_u及V相电流i_v进行检测。而关于W相电流，可根据关系式“i_w＝-i_u-i_v”计算出来。I_u、i_v、i_w是电动机1的定子中的U相电枢绕组的电流、V相电枢绕组的电流及W相电枢绕组的电流。

3相/2相坐标转换器13(下面简单地称为坐标转换器13)，使用从角度校正部15得到的角度θ_e，将U相电流i_u及V相电流i_v转换成γ轴电流i_γ及δ轴电流i_δ，再将通过转换得到的i_γ及i_δ输出到电流控制部17。

在电流控制部17，从未图示的δ轴电流指令值发生部得到δ轴电流指令值i_δ ^*，从磁通控制部20得到γ轴电流指令值i_γ ^*。δ轴电流指令值发生部以使电动机1产生所期望的转矩的形式产生i_δ ^*。另外，例如也可以根据从未图示的CPU(中央处理器：Central Processing Unit)得到的电动机速度指令值ω^*和由速度运算部16计算出的旋转速度ω_e，制作i_δ ^*。这种情况下，δ轴电流指令值发生部使用比例积分控制等，以使速度误差(ω^*-ω_e)为零的形式制作i_δ ^*。

电流控制部17，参照得到的i_γ ^*、i_δ ^*、i_γ及i_δ，以使(i_γ ^*-i_γ)及(i_δ ^*-i_δ)都收敛于零的形式，进行使用了比例积分控制的电流反馈控制。此时，使用用于排除γ轴和δ轴之间的干扰的非干扰控制，以使(i_γ ^*-i_γ)及(i_δ ^*-i_δ)共同收敛于零的形式，计算出γ轴电压指令值i_γ ^*及δ轴电压指令值i_δ ^*。另外，相当于计算i_γ ^*及i_δ ^*，也可参照用速度计算部16计算出的ω₀。

2相/3相坐标转换器18(下面简单地称为坐标转换器18)，使用从角度校正部15得到的角度θ_e，将γδ轴上的电压指令值i_γ ^*及i_δ ^*转换成3相电压指令值(v_u ^*及v_v ^*及v_w ^*)。

PWM转换部19根据来自坐标转换器18的3相电压指令值(v_u ^*及v_v ^*及v_w ^*)制作进行了脉冲宽度调制的PWM信号，再将该PWM信号提供给逆变器电路2。逆变器电路2将与得到的PWM信号相适应的电动机电流I_a提供给电动机1并驱动电动机1。具体而言，就是逆变器电路2具备三相的半桥式电路和驱动器(未图示)，驱动器通过根据PWM信号对各半桥式电路中的开关元件进行断开/闭合控制，将遵从三相电压指令值得电动机电流I_a提供给电动机1。

角度传感器12例如由霍尔元件或者旋转变压器构成，输出用于指定永磁铁1a的磁极位置的信号(即，用于指定角度θ的信号)。

转子角度检测部14，根据角度传感器12的输出信号，检测从U相电枢绕组固定轴看到d轴的角度(相位)。在理论上，被检测出的角度与图2的θ完全一致。但是，由于角度传感器12的安装误差及时效变化的影响，通常被检测出的角度大多偏离θ。因此，将由转子角度检测部14检测到的角度与角度θ区别开来，用检测角度θ′表示。

角度校正部15通过对检测角度θ′进行校正，计算出图2的角度θ_e。因此，也可将角度θ_e叫做校正角度。关于检测角度θ′的校正方法将在下面述及。可将计算出的角度θ_e提供给坐标转换器13及18以及速度运算部16。

速度运算部16通过对角度θ_e进行积分而计算出旋转速度ω_e(换言之，就是根据每个单位时间的角度θ_e的变化量计算出旋转速度ω_e)。将计算出的旋转速度ω_e提供给电流控制部17及磁通控制部20。

磁通控制部20根据旋转速度ω_e和来自电流控制部17的γ轴电压指令值v_γ ^*来设定γ轴电流指令值i_γ ^*，将设定的i_γ ^*提供给角度校正部15及电流控制部17。电动机控制装置3，可对电动机1执行多种类型的矢量控制，在多种类型的矢量控制中，例如包含有最大矢量控制、弱磁通控制。假设在电动机是以表面磁铁型同步电动机为代表的非凸极电机的情况下，在执行最大转矩控制时将i_γ ^*设为零，在执行弱磁通控制时将i_γ ^*设为负值。负的d轴电流(γ轴电流)以减少d轴方向的磁通的形式起作用。弱磁通控制，通常是在旋转速度ω(或者ω_e)变大时，为了将电动机电压V_a抑制到规定的限制电压以下而实施的。

在执行弱磁通控制时，刺痛控制部20例如根据下述式(1a)或者(1b)来设定i_γ ^*。(1a)或者(1b)是专利2006-204054号公报所公开的锐磁通控制用的电流指令值的计算公式。在使用式(1a)时，使用由坐标转换器13计算出的i_γ来设定i_γ ^*。在此，V_om是根据直流电源31的输出电压设定的限制电压。而通常可根据弱磁通控制用的电流指令值的计算公式即根据下述式(1c)来设定i_γ ^*。

${i_{\mathrm{\γ}}}^{*}=-\frac{{\mathrm{\Φ}}_a}{L_b}+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_e{L}_d}\sqrt{{V_{\mathrm{ou}1}}^2-{({v_{\mathrm{\γ}}}^{*}-R_a\·i_{\mathrm{\γ}})}^2}\·\·\·\left(1a\right)$

${i_{\mathrm{\γ}}}^{*}=-\frac{{\mathrm{\Φ}}_a}{L_d}+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_e{L}_d}\sqrt{{V_{\mathrm{om}}}^2-{v_{\mathrm{\γ}}}^{*2}}\·\·\·\left(1b\right)$

${i_{\mathrm{\γ}}}^{*}=-\frac{{\mathrm{\Φ}}_a}{L_d}+\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_e{L}_d}\sqrt{{V_{\mathrm{om}}}^2-{\left({\mathrm{\ω}}_e{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}}\right)}^2}\·\·\·\left(1c\right)$

直流电源31由二次电池(例如锂电池)构成，不仅能放电而且可充电。在直流电源31放电时，其放电功率通过逆变器电路2提供给电动机1，由电动机1将放电功率转换为动能来旋转驱动转子。另一方面，在再生时，将电动机1的发电功率作为再生功率通过逆变器电路2返回到直流电源31，对直流电源31进行充电。

电流传感器32输出与直流电源31的输出电流的电流值相对应的模拟信号。A/D转换器22通过对来自电流传感器32的模拟输出信号进行A/D转换，输出表示来自直流电源31的输出电流(输出电流的电流值)的检测电流I_B。电流传感器32例如是串联在直流电源31的输出电流经过的线路的分流电阻。在直流电源31放电时，从直流电源31流出放电电流，将此时的检测电流I_B的极性设为负。在直流电源31充电时，充电电流进直流电源31，将此时的检测电流I_B的极性设为正。

开关33由场效应晶体管或者继电器等开关元件构成，串联在直流电源31的输出电流经过的线路。详细情况下面还将叙及，而由异常检测部21控制开关33的接通/断开状态。通常，将开关置于“接通”，这样，可将直流电源31的放电电流供给到电动机1，或者可将来自电动机1的再生功率供给到直流电源31。若将开关置于“断开”，则直流电源31与逆变器电路2的连接被切断，使电流不能流进电动机1的电枢绕组。

(角度校正部的说明)

下面说明本发明的电动机驱动系统的特征性功能，即检测角度θ′的校正方法。

首先，参照表示电流矢量图的图4(a)～(c)，说明这种校正的原理。在图4(a)～(c)，逆时针旋转方向是相位的超前方向，为了便于说明，设θ′＝θ_e来说明原理。现在，假设是i_δ ^*为零且i_γ ^*为负的情况。在这种情况下，通过电动机控制装置3的电流反馈控制，使i_δ变为零且使i_γ变为负。

而且，在该情况下，在使检测角度θ′与可准确检测的角度θ完全一致时，电流矢量图就成为图4(b)的形式，使得q轴电流i_q不能通过电动机1。另一方面，在检测检测角度θ′比可准确检测的角度θ滞后的情况下，电流矢量图就成为图4(a)的形式，实际上使正q轴电流i_q通过。若使正q轴电流i_q通过，则使电动机1产生转矩。相反，在检测检测角度θ′比可准确检测的角度θ超前的情况下，电流矢量图就成为图4(c)的形式，实际上使负q轴电流i_q通过。负q轴电流i_q通过的状态与进行再生的状态相对应。

为了使正的q轴电流i_q通过电动机1并使电动机1产生转矩，必须使直流电源31进行放电。即，这种情况下，将检测电流I_B设为负。另一方面，在使负q轴电流i_q通过进行再生时，就成了将充电电流提供给直流电源31。即，这种情况下，将检测电流I_B设为正。因此，若根据检测电流I_B，可制定检测角度θ′与可准确检测的角度θ之间的关系。

角度校正部15考虑这种关系，一边参照i_γ ^*及i_δ ^*，一边根据检测电流I_B与检测角度θ′相对的角度校正值θ_C，根据检测角度θ′和角度校正值θ_C计算出角度θ_e。

参照图5说明包含检测角度θ′的校正处理的角度校正部15的工作。图5是表示这种工作的流程的流程图。在步骤S10～S17的各项处理，由角度校正部15执行。电动机控制装置3的矢量控制上所需要的各值(包含I_B、i_γ ^*、i_δ ^*、θ′、θ_C、θ_e等)，按照规定周期依次更新为最新的值，使用最新的值执行步骤S10～S17的各项处理。

首先，在步骤S10，对角度校正值θ_C进行初始化。例如用作为初始化值的θ°代替角度校正值θ_C。然后在步骤S11，用(θ′+θ_C)代替θ_e，将通过这种代替得到的θ_e从角度校正部15输出。

接着在步骤S12判别i_δ ^*是否为零。若i_δ ^*为零则转入步骤S13，若i_δ ^*不为零则返回步骤S11。在步骤S13，判别i_γ ^*是否为负。若i_γ ^*为负则转入步骤S14，若i_γ ^*不为负则返回到步骤S11。例如，在电动机1的转子因惯性旋转电动机控制装置3执行弱磁通控制时，或者在电动机1的转子因从外部得到的力而旋转电动机控制装置3执行弱磁通控制时，使i_δ ^*＝0且i_γ ^*＜0并转入步骤S14。

在步骤S 14，根据检测电流I_B执行角度(校正角度)θ_e的偏移判别。由步骤S12及步骤13的分支处理可知，用于步骤S14的偏移判别的检测电流I_B是在i_δ ^*＝0且i_γ ^*＜0时的检测电流I_B。

具体而言，在检测电流I_B(即，可用I_B表示的电流值)，与规定值I_REF相一致或者被纳入包含该规定值I_REF的规定范围内的情况下，判别为角度θ_e相对于角度θ未偏移，从步骤S14返回到步骤S11。若不是这样，则判别为角度θ_e相对于角度θ发生了偏移，从步骤S14转入到步骤S15。

规定值I_REF典型情况例如是零，也可以是不为零的零附近的值。所谓包含规定值I_REF的规定范围，是指I_REF1与I_REF2之间的范围(其中，I_REF1＜I_REF＜I_REF2)。

在步骤S 15，判别I_B＜0是否成立，即，判别检测电流I_B是否为负。在检测电流I_B为负的情况下，由于推断出通有正q轴电流i_q(参照图(a))，因而可使作为校正角度的角度θ_e的相位超前，在步骤16在现有的角度校正值θ_C中加上1°之后返回到步骤S11。另一方面，在检测电流I_B为正的情况下，由于推断出通有负q轴电流i_q(参照图(c))，因而在步骤17，从现有的角度校正值θ_C中减去1°之后返回到步骤S 11。

通过重复由上述的步骤S11～S17构成的循环处理，就能以使i_δ ^*＝0且i_γ ^*＜0时的检测电流I_B成为规定值I_REF的形式，或者以纳入包含规定值I_REF的规定范围内的形式，调整角度校正值θ_C。安装于电动机控制装置3内的存储部(未图示)储存有设定的角度校正值θ_C。

图6(a)～(c)表示对图3的电动机控制系统的一个实验结果。在图6(a)～(c)，横轴表示时间，符号101～103表示直流电源31的输出电压波形，符号111～113表示检测电流I_B的电流波形，图6(a)表示角度校正值θ_C为10°时的这些波形，图6(b)表示角度校正值θ_C为15°时的这些波形，图6(c)表示角度校正值θ_C为20°时的这些波形。带有符号110的虚线是电流波形的基准线。在用符号111～113表示的电流波形与该基准线110相重合时，检测电流I_B的电流值是零，基准线110的上侧与检测电流I_B的正极侧(即充电侧)相对应，基准线110的下侧与检测电流I_B的负极侧(即放电侧)相对应。

图6(a)～(c)分别表示电动机1的旋转速度比较慢、以不执行弱磁通控制的状态为起点开始提高电动机1的旋转速度至弱磁通区域时的实验结果。所谓弱磁通区域是指执行弱磁通控制的速度区域，在弱磁通区域，将i_δ ^*设为零且将i_γ ^*设为负。

图6(a)～(c)与因角度传感器12的安装误差引起且可设定的角度校正值θ_C为15°的状态相对应。

因此，在将度校正值θ_C设为15°时，若提高旋转速度ω(或者ω_e)直到弱磁通区域，则如同图6(a)的电流波形111，检测电流I_B的极性成为负。于是，通过图5的步骤S12～S15的分支处理，可在步骤S16提高角度校正值θ_C。而且最判别出，在角度校正值θ_C到达15°的时刻(与图6(b)相对应)，相对于角度θ，角度θ_e未偏移。

另一方面，在将度校正值θ_C设为20°时，若提高旋转速度ω(或者ω_e)直到弱磁通区域，则如同图6(c)的电流波形113，检测电流I_B的极性成为正。于是，通过图5的步骤S12～S15的分支处理，可在步骤S17减小角度校正值θ_C。而且最终判别出，在角度校正值θ_C到达15°的时刻(与图6(b)相对应)，相对于角度θ，角度θ_e未偏移。

另外，从电流波形111～113还得知，由于有时检测电流I_B的值用比较大的振幅进行振动，因而也可以根据对实际的检测电流I_B值进行了平滑的值，执行步骤S14及步骤S15(以及后述的图7的S22)的分支判别。

这样，通过使用角度校正部15，在电动机1运转时可用简单的结构及处理自动校正检测角度。由于可在电动机驱动系统的实际运行时酌情执行角度校正，因而即使在时效变化等也可妥善处理。另外，还不需要专利第3724060号公报中必需的用于测量反电动势的复杂硬件。另外，为了进行角度校正值θ_C的调整，不需要无用的电流通过，而是可在正常运转的状态下进行该调整。

另外，由于不使因电动机参数(L_d、L_q、Ф_a等)等误差引起的校正精度恶化，因而是高精度的校正。而且，若要提高i_δ ^*为零时的i_γ ^*的绝对值，则相对于角度θ_e和θ之间的绝对误差的检测电流I_B的大小也将增大。即，通过提高i_δ ^*为零时的i_γ ^*的绝对值，可增加误差的检测灵敏度(提高与误差检测有关的S/N比)，进而可谋求校正的更高的高精度化。

电动机1要求的转矩性能或者速度性能越高，越是需要将强电流供给向电动机1，在使强电流通过电动机1的系统中，微小的角度偏移也将引起比较大的问题。另外，在高速旋转区域的轴偏移(θ_e-θ之间的误差)往往招致特别明显的问题。本实施方式的校正方法，由于可高精度执行检测角度校正，因而对于使强电流通过电动机1的系统及弱磁通区域的工作特别有益。

另外，在校正后的角度θ_e与d轴的角度θ完全一致的情况下，由于只要i_δ ^*为零则对转矩有影响的电流不会通过电动机1。因而，检测电流I_B大致为零。但是，这种情况下，若i_γ ^*＜0因使d轴电流i_d通过因而使直流电源31向消耗方向输出一定的电流(即，I_B取小的负值)。这样，在图6的步骤14的偏移判别中使用的规定值I_REF就应该是零附近的负值。若设I_REF为零，则在i_δ ^*＝0且i_γ ^*＜0时以进行一定的再生充电的形式调整角度校正值θ_C。虽然不优选直流电源31的过充电，但很可能产生意想不到的转矩招致重大事故。所谓的将I_REF设为零，是指在进一步抑制产生意想不到的转矩方面发挥作用(即，在提高电动机驱动系统的安全性方面起作用)。因此，与其将I_REF设为负值还是优选设为零(或者零附近的正值)。

(异常检测部的说明)

下面，参照图7说明图3的异常检测部21的功能。图7是表示异常检测部21的工作顺序的流程图。异常检测部21参照δ轴电流指令值i_δ ^*及检测电流I_B，执行图7的步骤S21～S23的各项处理。

首先，异常检测部21在步骤S2对i_δ ^*是否为零进行确认。然后，在i_δ ^*不为零的情况下，重复步骤S21的处理，另一方面，在i_δ ^*为零的情况下转入步骤S22，对检测电流I_B是否已被纳入规定的正常电流范围内作出判别。具体而言，就是对下述情况进行判别，即由I_R所代表的电流值是否为规定的下限电流值I_LIM1以上且为规定的上限电流值I_LIM2以下。在此，下限电流值I_LIM1是预先设定的负值，上限电流值I_LIM2是预先设定的正值。另外，在上述的I_LIM1与I_LIM2之间的关系方面，满足下述关系：I_LIM1＜I_REF1＜I_REF2＜I_LIM2。

而且，在I_LIM1≤I_B≤I_LIM2成立的情况下，就判别出角度传感器12及转子角度检测部14的角度检测属于正常并返回到步骤S21。另一方面，在I_LIM1≤I_B I_LIM2不成立的情况下，就判别出角度传感器12及转子角度检测部14的角度检测出现异常并转入步骤S23，进行排出异常处理。在排出异常处理中，包括下述两种处理，即，将停止电动机1(转子)的旋转的开关33置于“断开”，以及将角度检测异常的情况告知外部。另外，在到达步骤S23之前，当然可将开关33置于“接通”。

虽然检测角度θ′中的一些偏移可被角度校正部15的角度校正处理所吸收，但是，对于太大的偏移校正很可能不起作用。另外，检测角度θ′中的大的偏移，有可能或者使电动机1产生意想不到的比较大的转矩，或者造成直流电源31的过充电。另一方面，在基于角度传感器12的输出信号的检测角度θ′上没有大的偏移的情况下，只要i_δ ^*为零直流电源31的输出电流就不会变成大的值，而在检测角度θ′上有大的偏移的情况下，即使i_δ ^*为零强电流也会通过直流电源31。如上所述，考虑这种关系，基于i_δ ^*＝0时的检测电流I_B进行异常判别，根据需要实施排出异常处理。

由此，可在电动机1运转时对角度检测的异常进行检测，有异常时可安全地使电动机1停止。另外，由于对角度检测的异常进行检测，因而不需要使无用的电流通过，进而可在正常的运转状态下进行异常检测。

另外，在i_δ ^*为零时“I_LIM1≤I_B≤I_LIM2”不成立的状态对应下述的状态，即，与i_γ ^*的值无关而是发生了某种异常。因此，按照如图7所示的工作顺序使异常检测部21工作将毫无问题。但是，只要i_δ ^*和i_γ ^*双方都为零，即使检测角度θ′有大的偏移，通常“I_LIM1≤I_B≤I_LIM2”也成立。因此，为了确实地区别并检测检测角度θ′是否有大的偏移，也可以在步骤S21判别“i_δ ^*＝0且i_γ ^*＜0”是否成立。这种情况下，若“i_δ ^*＝0且i_γ ^*＜0”成立则转入步骤S22，若“i_δ ^*＝0且i_γ ^*＜0”不成立则重复步骤S21的处理。

(关于在汽车上的应用)

如上所述，进行了角度校正部15的角度校正处理以及异常检测部21的异常检测处理，而这些处理也可在搭载有图3的电动机驱动系统的汽车(未图示)的运行中实行。这种汽车通过电动机1的旋转来行驶。

例如，将汽车的加速器置于“接通”，至弱磁通区域使电动机1的旋转速度被加速之后，若汽车的加速器置于”断开”则i_δ ^*成为零，另一方面，短暂的时间内在弱磁通区域使汽车靠惯性行驶，因而i_γ ^*变为负。在该期间，可通过参照检测电流I_B调整角度校正值θ_C，同时可进行异常检测处理。另外，例如通过在将加速器置于“断开”的状态下使汽车下坡至弱磁通区域的情况下，同样可进行对角度校正值θ_C的调整及异常检测。另外，所谓加速器的接通，是指用于指示电动机1所驱动的汽车实行加速的、对于汽车的操作，所谓加速器的断开，是指用于指示电动机1所驱动的汽车实行禁止加速的、对于汽车的操作(即指示电动机1停止驱动的操作)。即使将加速器置于“断开”不受电动机1驱动，有时在下坡等情况下也对汽车进行加速。

《变形等》

作为上述的实施方式的变形例或者注释项目，将注释1～注释4记入下面。记入各注释的内容，只要不矛盾就可任意组合。

注释1

可得到包括上述的各种指令值(i_γ ^*、i_δ ^*、v_γ ^*及v_δ ^*等)及状态量(i_γ、i_δ等)的所有值的导出方法是任意的。即，例如既可以通过电动机控制装置3内的运算导出他们，也可以根据预先设定的表数据导出他们。

注释2

在上述的实施方式中，使用相电流传感器11直接检测U相电流i_U及V相电流i_V，但是也可以根据检测电流软件(程序)再现U相电流i_U、V相电流i_V及W相电流i_W，再根据再现的这些相电流计算出i_γ及i_δ。

注释3

例如使用装入通用微型电子计算机等的软件(程序)，可实现电动机控制装置3的功能的一部分或者全部。在使用软件实现电动机控制装置3的情况下，表示电动机控制装置3的各部构成的框图就变为表示功能框图。当然，不用软件(程序)，而是只用硬件，或者使用软件和硬件的组合也可形成电动机控制装置3。

注释4

在上述的实施方式中，对电动机1的转子的角度进行检测的角度检测机构包括转子角度检测部14(参照图3)。还可以考虑该角度检测机构包括角度传感器12。在上述的实施方式中，以直流电源31的流出电流或者流入电流作为检测电流软件(程序)进行检测的电流检测机构，包括A/D转换器22(参照图3)。还可以考虑该电流检测机构包括电流传感器32。

本发明适于使用电动机的所有电力设备。例如适于受电动机旋转驱动的电动汽车及空气调节器等所使用压缩机等。

Claims (11)

1.一种电动机控制装置，其控制将永磁铁设置于转子的电动机的驱动，其特征在于，具备：

角度检测机构，其使用角度传感器来检测所述转子的角度；

电流检测机构，其将作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流作为检测电流进行检测；

角度校正机构，其基于所述检测电流校正所检测到的所述角度，并且，

使用由所述角度校正机构的校正得到的校正角度来控制所述电动机的驱动。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在将与永磁铁产生的磁通方向平行的轴作为d轴，且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为γ轴，并且将与所述γ轴正交的轴作为δ轴的情况下，

该电动机控制装置还具备电流指令值生成机构，该电流指令值生成机构生成作为所述电动机的供给电流的γ轴分量及δ轴分量的目标的目标γ轴电流及目标δ轴电流，

所述角度校正机构基于所述目标δ轴电流为零且所述目标γ轴电流为负时的所述检测电流，求出角度校正值，并由所述角度校正值和利用所述角度检测机构检测出的所述角度来求出所述校正角度。

3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述角度校正机构求出所述角度校正值，以使在所述目标δ轴电流为零且所述目标γ轴电流为负时的所述检测电流为规定值或者收敛于包含该规定值的规定范围内。

4.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具备异常判别机构，该异常判别机构基于所述检测电流，判别利用所述角度检测机构的检测是否异常。

5.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在将与永磁铁产生的磁通方向平行的轴作为d轴，且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为γ轴，并且将与所述γ轴正交的轴作为δ轴的情况下，

该电动机控制装置还具备：

电流指令值生成机构，其生成作为所述电动机的供给电流的δ轴分量的目标的目标δ轴电流；

异常判别机构，其基于所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流来判别利用所述角度检测机构的检测是否异常。

6.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述异常判别机构在所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，判别利用所述角度检测机构的检测为异常。

7.一种电动机控制装置，其控制将永磁铁设置于转子的电动机的驱动，其特征在于，具备：

角度检测机构，其使用角度传感器检测所述转子的角度；

电流检测机构，其将作为所述电动机的驱动源的直流电源的输出电流或者输入电流作为检测电流进行检测，

使用检测出的所述角度来控制所述电动机的驱动，

该电动机控制装置还具备异常判别机构，该异常判别机构基于所述检测电流来判别利用所述角度检测机构的检测是否异常。

8.如权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，

在将与所述永磁铁产生的磁通方向平行的轴作为d轴，且将与所述d轴相对应的控制上的轴作为γ轴，并且将与所述γ轴正交的轴作为δ轴的情况下，

该电动机控制装置还具备：电流指令值生成机构，其生成作为所述电动机的供给电流的δ轴分量的目标的目标δ轴电流，

所述异常判别机构基于所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流来判别利用所述角度检测机构的检测是否异常。

9.如权利要求8所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述异常判别机构，在所述目标δ轴电流为零时的所述检测电流在规定的正常范围之外的情况下，判别所述角度检测机构的检测为异常。

10.一种电动机驱动系统，其特征在于，具备：

电动机；

驱动所述电动机的逆变器；

权利要求1所述的电动机控制装置，其通过控制所述逆变器来控制所述电动机的驱动。

11.一种电动机驱动系统，其特征在于，具备：

电动机；

驱动所述电动机的逆变器；

权利要求7所述的电动机控制装置，其通过控制所述逆变器来控制所述电动机的驱动。

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