CN102362425B - 旋转电机的控制装置 - Google Patents

Abstract

向旋转电机(1)输出驱动控制用的电压指令的控制单元(5)具备有：驱动电压指令运算部(6)，运算用于驱动旋转电机(1)的驱动电压指令；位置推定用电压产生器(7)，产生旋转电机(1)的位置推定用的位置推定用电压指令；噪声降低用电压产生器(8)，产生用于降低伴随着将上述位置推定用电压指令注入到旋转电机(1)而从旋转电机(1)产生的噪声的噪声降低用电压指令；以及加法器(20u、20v、20w)，将相加了这些驱动电压指令、位置推定用电压指令、噪声降低用电压指令的电压指令输出到电压施加单元(3)。

Description

旋转电机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种对感应电机、同步电机等旋转电机不使用旋转位置传感器而得到转子位置信息来进行旋转控制的旋转电机的控制装置。

背景技术

为了高精度地控制旋转电机的旋转动作，需要旋转电机的转子位置信息和流过旋转电机的电流信息。这里，关于转子位置信息，以往是通过将旋转位置传感器另行安装在旋转电机来得到转子位置信息。但是，从成本削减、节省空间、可靠性的提高这样的观点考虑，另行设置旋转位置传感器的缺点大，因此要求旋转位置传感器的无传感器化。

作为用于旋转电机中的位置传感器的无传感器化的控制方法，主要有如下方法：根据旋转电机的感应电压来推定旋转电机的转子位置的方法、和利用旋转电机的凸极性(电感的位置依赖性)来推定旋转电机的转子位置的方法。

在前者的方法中使用的感应电压的大小具有与旋转电机的速度成比例这样的特征，因此在零速、低速域中感应电压变小，S/N比恶化，难以高精度地推定旋转电机的转子位置。

另一方面，后者的利用了凸极性的方法如下：将与旋转电机的驱动频率不同的高频的位置推定电压指令施加到旋转电机，与此相应地检测流过旋转电机的高频的旋转电机电流，利用该旋转电机电流的大小根据上述的凸极性而依赖于转子位置进行变化来进行位置推定。

这样，在利用凸极性的情况下，必须将用于推定旋转电机的转子位置的位置推定用电压指令注入到旋转电机，但是具有不依赖于旋转电机的旋转速度就能推定转子位置的优点，因此特别是在零速、低速域中使用利用了凸极性的无位置传感器控制法。

但是，这种利用了凸极性的无位置传感器控制法需要对旋转电机施加高频的位置推定用电压指令，因此伴随它而产生噪声，给人带来不适感。

因此，作为用于降低这种伴随对旋转电机施加位置推定用电压而产生的噪声导致的不适感的对策，以往提出了如下方法：通过减小对旋转电机施加的位置推定用电压的振幅来降低从旋转电机产生的噪声的大小本身的方法、改善噪声的音质的方法等。

前者的通过减小对旋转电机施加的位置推定用电压指令的振幅来减小从旋转电机产生的噪声的大小本身的方法中，位置推定用电压指令的振幅变小，因此难以高精度地推定旋转电机的转子位置。

另一方面，作为后者的改善噪声的音质的方法如下：例如下述的专利文献1所记载的以往技术那样，由于具有当在人听得到的声音内特定频率分量突出时人对该声音感觉到不适这样的特征，因此通过故意地随机改变对旋转电机施加的位置推定用电压指令的频率来使得特定频率分量的声音不突出，由此降低人感觉到的不适感。

专利文献：日本特开2004-343833号公报

发明内容

然而，如专利文献1所记载那样，当随机地改变位置推定用电压指令的频率分量以使得特定频率分量的声音不突出时，伴随它在推定旋转电机的转子位置所需的电流的频率也成为随机。因此，难以从旋转电机电流检测转子位置的推定所需的电流，其结果，位置推定精度恶化，根据情况有可能无法进行位置推定。

本发明是为了解决上述的课题而作出的，其目的在于提供一种旋转电机的控制装置，能够高精度地推定转子位置，并且能够有效地降低由于伴随将位置推定用电压指令施加到旋转电机的噪声产生而产生的不适感。

本发明所涉及的旋转电机的控制装置，进行旋转电机的驱动控制，具备：电流检测单元，检测流过上述旋转电机的旋转电机电流；位置推定单元，根据由上述电流检测单元检测出的上述旋转电机电流推定转子位置；控制单元，根据由上述电流检测单元检测出的旋转电机电流和由上述位置推定单元推定出的转子位置的信息输出电压指令；以及电压施加单元，根据来自上述控制单元的电压指令，对上述旋转电机施加驱动控制用的电压，其中，上述控制单元具有：驱动电压指令运算部，运算用于驱动上述旋转电机的驱动电压指令；位置推定用电压产生器，输出用于推定上述旋转电机的转子位置的位置推定用电压指令；噪声降低用电压产生器，输出对上述旋转电机的驱动控制以及位置推定没有贡献的噪声降低用电压指令；以及加法器，对上述驱动电压指令、上述位置推定用电压指令、以及上述噪声降低用电压指令进行相加而作为电压指令输出到上述电压施加单元。

根据本发明，在对旋转电机的驱动控制用的驱动电压指令相加转子位置推定用的位置推定用电压指令来向电压施加单元进行输出时，还相加从噪声降低用电压产生器输出的噪声降低用电压指令，因此将从旋转电机会产生多个频率分量的噪声，能够抑制伴随将位置推定用电压指令施加到旋转电机而产生的噪声突出的现象，其结果，能够降低由于噪声而人感觉到的不适感。

此时，关于位置推定用电压指令，不是随机地改变其频率而是使其频率始终固定，因此与如以往那样随机地改变位置推定用电压指令本身的频率的情况相比，检测旋转电机的转子位置的推定所需的电流变得容易，其结果，能够确保高的位置推定精度。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的旋转电机的控制装置的结构图。

图2是表示同装置的位置推定单元的具体例的结构图。

图3是由同装置的电流振幅运算器所得到的位置推定用电流振幅的波形图。

图4是用于同装置的位置运算器的动作说明的图。

图5是由同装置的位置推定用电压产生器所产生的位置推定用电压指令的波形图。

图6是表示本发明的实施方式1中的旋转电机的控制装置的变形例的结构图。

图7是本发明的实施方式2中的旋转电机的控制装置的结构图。

图8是表示由同装置的噪声降低用电压产生器所产生的噪声降低用电压指令的一个例子的波形图。

图9是表示同装置的电压施加单元的具体例的结构图。

图10是用于对同装置的电压施加单元提供了相加了噪声降低用电压指令的电压指令的情况下的动作说明的图。

图11是用于对同装置的电压施加单元提供了没有相加噪声降低用电压指令的电压指令的情况下的动作说明的图。

图12是本发明的实施方式3中的旋转电机的控制装置的结构图。

图13是本发明的实施方式4中的旋转电机的控制装置的结构图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1中的旋转电机的控制装置的结构图。

在该实施方式1中，旋转电机1例如是磁铁埋入型的同步电机，对该旋转电机1连接了施加规定的控制电压的电压施加单元3。另外，设有：电流检测单元2，检测流过电压施加单元3与旋转电机1之间的旋转电机电流(这里是二相)iu、iw；位置推定单元4，根据由该电流检测单元2检测出的旋转电机电流iu、iw来推定旋转电机1的转子位置θL；以及控制单元5，向电压施加单元3输出驱动控制用的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊。

电流检测单元2例如由变流器等构成，在本例中检测连接旋转电机1与电压施加单元3的三相的旋转电机电流内的U相和W相这二相的旋转电机电流iu、iw。此外，V相的旋转电机电流iv是利用旋转电机电流为三相平衡来通过运算求出的。另外，这里检测了U相和W相的旋转电机电流iu、iw，但是不限于此，只要检测任意的二相的电流即可，另外也可以同时地检测U相、V相、W相的全部的旋转电机电流iu、iv、iw。或者作为电流检测单元2，也可以采用检测直流母线电流并从该直流母线电流运算旋转电机电流的方法，其中，该直流母线电流是电压施加单元3的输入。

电压施加单元3适用例如三角波比较PWM逆变器等的电力变换装置，根据从控制单元5输出的各电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊来进行电力变换，向旋转电机1施加驱动控制用的电压。

这里，由于在旋转电机1中具有电感根据转子位置而变化的所谓凸极性，因此如后面进行详述那样，如果根据重叠了从控制单元5内的位置推定用电压产生器7输出的三相交流的位置推定用指令Vuh、Vvh、Vwh的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊来从电压施加单元3向旋转电机1施加电压，则在由电流检测单元2检测出的旋转电机电流iu、iv、iw中将会包含与上述的位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量的电流(下面，称作位置推定用电流)iuh、ivh、iwh，这些位置推定用电流iuh、ivh、iwh的振幅根据旋转电机1的转子位置而变化。

因此，位置推定单元4首先利用上述的凸极性从通过电流检测单元2检测出的旋转电机电流iu、iw抽取与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量的位置推定用电流iuh、ivh、iwh，接着根据该抽取的位置推定用电流iu、iv、iw的振幅，求出旋转电机1的推定的转子位置(下面，也称作推定位置)θL来进行输出。

图2是表示位置推定单元4的具体结构的一个例子的结构图。

该位置推定单元4具备：加法器16、位置推定用电流抽取器17u、17v、17w、电流振幅运算器18u、18v、18w、以及位置运算器19。

由于三相的旋转电机电流iu、iv、iw内的通过电流检测单元2检测出的U相和W相的各旋转电机电流iu、iw、与在电流检测单元2中没有检测的V相的旋转电机电流iv之间，存在下述的(1)式的关系，因此通过在加法器16中相加U相、W相的各旋转电机电流iu、iw，求出V相旋转电机电流iv。此外，当然在电流检测单元2同时检测三相的旋转电机电流iu、iv、iw全部的情况下，不需要求出V相旋转电机电流iv。

[数式1]

iv＝-iu-iw    (1)

然后，将如上述那样检测出的各旋转电机电流iu、iv、iw分别输入到个别设置的位置推定用电流抽取器17u、17v、17w，抽取与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量的位置推定用电流iuh、ivh、iwh。该情况下的各位置推定用电流iuh、ivh、iwh的抽取是利用带通滤波器、陷波滤波器等来进行的。此外，在各旋转电机电流iu、iv、iw中还包含有后述那样的与噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm相同的频率分量的信号，但是该信号的频率与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh不同，因此在各位置推定用电流抽取器17u、17v、17w中被去除，在抽取位置推定用电流iuh、ivh、iwh时不会产生任何问题。

将这样由各位置推定用电流抽取器17u、17v、17w抽取出的各位置推定用电流iuh、ivh、iwh分别输入到个别设置的各电流振幅运算器18u、18v、18w来运算作为位置推定用电流iuh、ivh、iwh的振幅值的各位置推定用电流振幅Iuh、Ivh、Iwh。

在该情况下的各位置推定用电流振幅Iuh、Ivh、Iwh的运算方法中，没有特别限制，但是例如能够通过进行傅立叶变换、或者基于根据下述的(2)式对位置推定用电流iuh、ivh、iwh求平方的自相关值，求出振幅。

[数式2]

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{Iuh}=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{Tn}}\underset{0}{\overset{\mathrm{Tn}}{\∫}}{\mathrm{iuh}}^2\mathrm{dt}}\\ \mathrm{Ivh}=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{Tn}}\underset{0}{\overset{\mathrm{Tn}}{\∫}}{\mathrm{ivh}}^2\mathrm{dt}}\\ \mathrm{Iwh}=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{Tn}}\underset{0}{\overset{\mathrm{Tn}}{\∫}}{\mathrm{iwh}}^2\mathrm{dt}}\end{array}\right\}---\left(2\right)$

(其中，Tn为位置推定用电流的周期)

接着，位置运算器19根据由各个电流振幅运算器18u、18v、18w求出的位置推定用电流振幅Iuh、Ivh、Iwh来运算旋转电机1的推定位置θL。下面，详述其方法。此外，位置运算器19不限于下面所描述的方法，如果是根据位置推定用电流振幅Iuh、Ivh、Iwh来运算推定位置θL的方法，则除此以外的哪种方法都可以应用。

由各电流振幅运算器18u、18v、18w所得到的位置推定用电流振幅Iuh、Ivh、Iwh如图3所示那样重叠了偏置Ih，以旋转电机1的位置(电角度)的1/2的周期进行变化。

因此，在位置运算器19中，首先如下述的(3)式那样，从各位置推定用电流振幅Iuh、Ivh、Iwh中减去偏置Ih来计算出各位置运算信号dIu、dIv、dIw。这里，根据各位置推定用电流振幅Iuh、Ivh、Iwh为三相平衡，能够通过(4)式来求出偏置Ih。

[数式3]

$\left.\begin{array}{c}\mathrm{dIu}=\mathrm{Iuh}-\mathrm{Ih}\\ \mathrm{dIv}=\mathrm{Ivh}-\mathrm{Ih}\\ \mathrm{dIw}=\mathrm{Iwh}-\mathrm{Ih}\end{array}\right\}---\left(3\right)$

[数式4]

$\mathrm{Ih}=\frac{\mathrm{Iuh}+\mathrm{Ivh}+\mathrm{Iwh}}{3}---\left(4\right)$

这里，旋转电机1的推定位置θL可以通过对用(3)式表示的各位置运算信号dIu、dIv、dIw内的某一个信号进行反余弦运算来算出，但是需要用于反余弦运算的运算、预先存储反余弦函数，导致运算量、存储容量的增加，因此不是上策。因此，在该实施方式1中，采用了如下方法：不使用反余弦函数而利用直线近似来运算旋转电机1的推定位置θL的方法。下面，说明该方法。

在位置运算器19中，从通过(3)式所得到的各位置运算信号dIu、dIv、dIw的相对关系，如图4所示，分为各区间的中心位置θM如成为由下面的(5)式提供的值那样的6个区间(I～VI)。

[数式5]

$\mathrm{\θM}=N\frac{\mathrm{\π}}{6}+\frac{\mathrm{\π}}{12}$ (N＝0，1，2…5)    (5)

在各区间(I～VI)中，在各位置运算信号dIu、dIv、dIw内，在各区间的中心处过零的是sin、-sin的函数，但是将这些sin、-sin的函数视作直线来进行直线近似，根据下面的(6)式来求出各区间(I～VI)的中心位置θM与旋转电机1的推定位置θL(旋转电机1的位置θ)的偏差ΔθML。这里，(6)式的dI_uvws是在各位置运算信号dIu、dIv、dIw内在各区间(I～VI)的中心位置θM处过零时的纵轴的值。另外，Iha是位置推定用电流iuh、ivh、iwh的基于旋转电机位置的变化量，因此(Iha/2)成为位置运算信号dIu、dIv、dIw的振幅。

[数式6]

$\mathrm{\Δ\θML}=\frac{\mathrm{dI}\_\mathrm{uvw}}{(\mathrm{Iha}/2)}---\left(6\right)$

此外，(Iha/2)也可以如下面的(7)式那样通过dIu、dIv、dIw的平方之和的平方根求出。

[数式7]

$\frac{\mathrm{Iha}}{2}=\sqrt{\frac{2({\mathrm{dIu}}^2+{\mathrm{dIv}}^2+{\mathrm{dIw}}^2)}{3}}---\left(7\right)$

然后，如下面的(8)式所示，对通过(6)式求出的ΔθML和中心位置θM进行相加而求出旋转电机1的推定位置θL。

[数式8]

θL＝θM+ΔθM L    (8)

另一方面，控制单元5具有：驱动电压指令运算部6、位置推定用电压产生器7、噪声降低用电压产生器8、滤波器9、以及加法器20u、20v、20w。

而且，由加法器20u、20v、20w分别相加从驱动电压指令运算部6输出的驱动电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊、从位置推定用电压产生器7输出的位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh、以及从噪声降低用电压产生器8经由滤波器9输出的噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm，作为电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊输出到电压施加单元3。

因而，在施加到电压施加单元3的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊中，对原来的驱动电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊重叠了位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh和噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm。此外，在后面详述位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh、和噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm。

上述的驱动电压指令运算部6具有：2个减法器10d、10q、d轴电流控制器11d、q轴电流控制器11q、第1坐标变换器12、二相/三相变换器13、第2坐标变换器14、以及三相/二相变换器15。

这里，一个减法器10d求出为了驱动旋转电机1而从控制单元5的外部提供的d轴电流指令id＊与作为第2坐标变换器14的输出的电流id的偏差Δid。d轴电流控制器11d通过进行比例积分控制(PI控制)使得上述偏差Δid成为零来运算d轴电压指令Vd＊。

另一个减法器10q求出为了驱动旋转电机1而从控制单元5的外部提供的q轴电流指令iq＊与作为第2坐标变换器14的输出的电流iq的偏差Δiq。q轴电流控制器11q通过进行比例积分控制(PI控制)使得上述偏差Δiq成为零来运算q轴电压指令Vq＊。

第1坐标变换器12将从d轴电流控制器11d和q轴电流控制器11q分别输出的d轴电流指令Vd＊以及q轴电流指令Vq＊分别变换为静止二轴(α-β轴)上的电压指令Vα＊、Vβ＊。二相/三相变换器13将从第1坐标变换器12输出的电压指令Vα＊、Vβ＊变换为三相交流坐标的驱动电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊。

三相/二相变换器15将由电流检测单元2检测出的旋转电机电流iu、iw变换为静止二轴(α-β轴)上的电流iα、iβ。第2坐标变换器14将从三相/二相变换器15输出的电流iα、iβ变换为与前述的作为位置推定单元4的输出的推定位置θL同步地进行旋转的旋转二轴(d-q轴)上的电流id、iq，并输出到上述的各减法器10d、10q。

位置推定用电压产生器7为了推定旋转电机1的转子位置，产生频率与驱动电压指令运算部6输出的驱动电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊不同的位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh。如果频率与驱动电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊不同，则这些各位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh哪种指令都行，但是在该实施方式1中是三相交流的位置推定用电压指令。

这些三相交流的位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh例如表示在图5。各三相交流位置推定用电压指令的信号是如下信号：在电压施加单元3为三角波比较PWM逆变器的情况下，当将在用该三角波比较PWM逆变器进行PWM调制时所使用的三角波载波的半周期Tc设为1区间时，具有如由6区间(＝6·Tc)成为1周期那样的周期Th。另外，为了使这些各位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh成为三相平衡，各相相互地错开2区间(＝2·Tc)来进行设定。这样，通过将位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh设为三相交流电压，如图5所示那样的模型化变得容易，能够简化位置推定用电压产生器7的结构。

当从位置推定用电压产生器7将位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh通过电压施加单元3向旋转电机1施加时，伴随它从旋转电机1产生噪声，由于该噪声使人感觉到不适，因此为了降低这种不适感，噪声降低用电压产生器8输出三相的噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm。下面，说明该噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm的详细情况。

有如下特征：在人听得到的噪声中，在噪声的频率为单一频率的情况和包含多个频率分量的情况中，单一频率的噪声使人感觉到不适。因此，在该实施方式1中，由噪声降低用电压产生器8产生具有与驱动电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊、位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh不同的频率的三相的噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm，将这些各噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm通过加法器20u、20v、20w个别地相加到驱动电压指令Vu＊、Vv＊、Vw＊和位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh。于是，电压施加单元3将基于相加而得到的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊的驱动控制用的电压施加到旋转电机1。

由此，在从旋转电机1产生的噪声中，混合存在基于位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh的频率分量的噪声、以及基于噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm的频率分量的噪声，因此与噪声的频率分量为单一的情况相比，能够降低人感觉到的不适感。

特别是，针对各个噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm，如果不是将频率分别设为固定，而是设为使频率在时间上变化，则在噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm中会包含各种频率分量，能够更进一步降低从旋转电机1产生的噪声的不适感，因此是优选的。

例如，如果将各噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm设为如下面的(9)式所示那样振幅为A_f、中心频率为ω_n、相位以m_f·sin(ω_m·t)变化的FM调制波，则噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm的频率在时间上变化。其结果，从旋转电机1产生的噪声的频率也在时间上变化从而会包含各种频率分量，因此能够更进一步降低由于噪声而人感觉到的不适感。

[数式9]

A_f·cos(ω_nt+m_fsin(ω_mt))    (9)

设置在噪声降低用电压产生器8与加法器20u、20v、20w之间的滤波器9是用于以在噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm中不包含与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量、其附近的频率分量的方式来去除这些频率分量的单元，例如适用陷波滤波器等。

例如，在将噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm设为如上述的(9)式所示那样的FM调制波的情况下，当该FM调制波的频率带宽与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh的频率一部分重复时，噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm有可能对位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh带来坏影响而导致位置推定精度恶化。特别是，如果包含在噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm的频率分量与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同、且反相位，则噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm会抵消位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh，位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh的信号电平变小或变成零，产生位置推定精度恶化这样的不合适。

因此，通过由滤波器9进行去除以使得在噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm中不包含与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量、其附近频率分量，由此防止位置推定精度的恶化。

此外，在没有在噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm中包含与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量、其附近的频率分量的担忧的情况下，能够如图6所示那样省略滤波器9。

如以上那样，在该实施方式1中，在为了旋转位置传感器的无传感器化而将位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh施加到旋转电机1时，同时地相加了具有与该位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh的频率不同的频率分量的噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm，因此从旋转电机1产生的噪声会包含与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh的频率不同的频率分量，与噪声的频率分量为单一的情况相比，能够降低人感觉到的不适感。

另外，虽然包含在噪声的频率分量混合存在多个，但是关于位置推定用电压Vuh、Vvh、Vwh，其频率始终固定，因此与如以往那样随机地改变位置推定用电压Vuh、Vvh、Vwh的频率的情况相比，能够从旋转电机电流高精度地抽取位置推定用电流iuh、ivh、iwh，其结果，能够确保高的位置推定精度。

进而，由滤波器9预先去除以使得在噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm中不包含与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量、其附近的频率分量，因此能够事先防止噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm对位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh带来坏影响。

实施方式2.

图7是本发明的实施方式2中的旋转电机的控制装置的结构图，对于与图1所示的实施方式1对应或者相当的结构部分附加相同的符号。另外，在图7中，除了控制单元5内的噪声降低用电压产生器8的结构以外的部分与实施方式1的情况相同，因此这里省略除了噪声降低用电压产生器8的结构以外的部分的说明。

在上述实施方式1中，设为从噪声降低用电压产生器8分别产生三相的噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm，但是在该实施方式2中，使得从噪声降低用电压产生器8产生具有频率在时间上变化的FM调制波、振幅在时间上变化的AM调制波的单一的噪声降低用电压指令Vm，使该噪声降低用电压指令Vm通过了滤波器9之后，分路为3个而提供给各加法器20u、20v、20w。

即在该实施方式2中，将由噪声降低用电压产生器8产生的噪声降低用电压指令Vm设为：例如，如前述的(9)式所示那样频率在时间上变化的FM调制波、如下面的(10)式所示那样角频率为ω_b、振幅在时间上以(A_a1+A_a2·sinω_at)变化的AM调制波、或者如图8所示那样振幅阶段状地周期性地变化的AM调制波。

[数式10]

(A_a1+A_a2·sinω_at)·sinω_bt    (10)

这里，在U、V、W相的各电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊上重叠了相同的噪声降低用电压指令Vm的情况下，由于U、V、W相的各电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊的线间电压不变化，因此咋一看会认为从旋转电机1不会产生与噪声降低用电压指令Vm相同频率分量的声音。

但是，在如电压施加单元3由载波比较PWM逆变器所构成那样的情况下，将根据比较了三角波状或者锯齿波状的载波与输入到电压施加单元3的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊的值而被进行PWM调制的驱动控制电压输出到旋转电机1，因此如果如上述那样在电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊上重叠了具有频率在时间上变化的FM调制波、振幅在时间上变化的AM调制波的噪声降低用电压指令Vum，则接通/断开构成载波比较PWM逆变器的各开关元件的开关定时发生变化。于是，以该开关定时的变化为起因，从旋转电机1产生包含多个频率分量的噪声。由此，能够抑制伴随施加位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh而产生的噪声突出，其结果能够降低由于噪声而人感觉到的不适感。下面，说明其详细情况。

图9是作为载波比较PWM逆变器的电压施加单元3的结构图。

该电压施加单元3是具备开关信号运算部23、电力变换部24、以及平滑电容器25而构成的。

这里，开关信号运算部23具有一个载波信号产生器27、和三相的比较器28u、28v、28w，载波信号产生器27产生三角波、锯齿波等载波信号Sc。

另外，各比较器28u、28v、28w分别比较从载波信号产生器27输出的载波信号Sc和从控制单元5输出的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊，输出用于接通/断开构成电力变换部24的各开关元件26的开关信号Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn。例如，各比较器28u、28v、28w分别比较三角波的载波信号Sc和电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊，在与载波信号Sc相比电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊的电平更大的情况下输出接通开关元件26的开关信号，在小的情况下输出断开开关元件26的开关信号。

电力变换部24具有由例如IGBT等半导体开关构成的6个开关元件26(UP、UN、VP、VN、WP、WN)，根据从开关信号运算部23提供的各开关信号Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn来接通/断开6个开关元件26，从而将从电压施加单元3的外部的直流电压源提供的直流电压Vdc变换为交流电压而施加到旋转电机1。

图10是将相加如图8所示那样的振幅周期性地阶段状地变化的AM调制波的噪声降低用电压指令Vm而成的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊，在三角波的载波信号Sc以及3个开关信号Sup、Svp、Swp的关系中示意性地表示的波形图，另外，图11是将不相加如图8所示那样的噪声降低用电压指令Vm的情况下的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊，在三角波的载波信号Sc以及3个开关信号Sup、Svp、Swp的关系中示意性地表示的波形图。

此外，在图10、图11中，电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊实际上是正弦波信号，但是与载波信号Sc、噪声降低用电压指令Vm相比频率低，因此表示为直线状。另外，在电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊中重叠了位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh，但是这里主要是为了说明各开关元件26的开关定时动作而省略图示。

在不相加噪声降低用电压Vm的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊提供到各开关元件26的情况下，如图11所示，各开关元件26的开关定时在区间A与区间B中全部相同。

与此相对，在相加了噪声降低用电压指令Vm的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊提供到各开关元件26的情况下，线间电压是固定的，但是如从图10可明确那样，各开关元件26的开关定时在区间A与区间B中定时不同。

这样，在相加了振幅在时间上变化的AM调制波、或者振幅在时间上阶段状地变化的AM调制波的噪声降低用电压指令Vm的情况下，接通/断开各开关元件26的开关定时发生变化。于是，以该开关定时的变化为起因，从旋转电机1产生包含多个频率分量的噪声，由此抑制伴随施加位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh而产生的噪声突出，其结果能够降低由于噪声而人感觉到的不适感。

另外，与在实施方式1说明的同样，由滤波器9预先去除以使得在噪声降低用电压指令Vm中不包含与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量、其附近的频率分量，因此能够防止噪声降低用电压指令Vm对位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh带来坏影响。此外，在噪声降低用电压指令Vm中不包含与位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率分量、其附近的频率分量的情况下，可以省略滤波器9。

如以上那样，在该实施方式2中，根据相加了振幅在时间上变化的AM调制波、或者振幅在时间上阶段状地变化的AM调制波中的一个噪声降低用电压指令Vm的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊来驱动旋转电机1，因此构成电压施加单元3的各开关元件26的开关定时发生变化，伴随它从旋转电机1产生包含多个频率分量的噪声。因此，抑制通过施加位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh而产生的噪声突出，其结果能够降低由于噪声而人感觉到的不适感。

另外，在前述的实施方式1中相加了三相的各噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm，因此在旋转电机1中流过与各噪声降低用电压指令Vum、Vvm、Vwm分别相同频率分量的旋转电机电流，该旋转电机电流成为损耗。与此相对，在该实施方式2中，由于将一个噪声降低用电压指令Vm施加为各相共用，因此即使相加噪声降低用电压指令Vm，线间电压也不变化。因此，在旋转电机1中不会流过与噪声降低用电压指令Vm相同频率分量的旋转电机电流。因而，能够简化噪声降低用电压产生器8的结构，并且能够防止由于相加噪声降低用电压指令Vm而造成的损耗的产生。

实施方式3.

图12是本发明的实施方式3中的旋转电机的控制装置的结构图，对于与图1所示的实施方式1对应或者相当的结构部分附加相同的符号。另外，在图12中，除了位置推定单元4和控制单元5的结构以外的部分与实施方式1的情况相同，因此这里省略除了位置推定单元4以及控制单元5的结构以外的部分的说明。

控制单元5具有：驱动电压指令运算部6、位置推定用电压产生器7、噪声降低用电压产生器8、滤波器9、第1坐标变换器12、以及二相/三相变换器13。

而且，驱动电压指令运算部6具备：2个减法器10d、10q、d轴电流控制器11d，q轴电流控制器11q、第2坐标变换器14、以及三相/二相变换器15。该情况下的驱动电压指令运算部6中，2个减法器10d、10q、d轴电流控制器11d、q轴电流控制器11q、第2坐标变换器14、以及三相/二相变换器15的各结构与实施方式1的情况相同，因此这里省略详细的说明。

在上述的实施方式1、2中，为了推定旋转电机1的转子位置，使得从位置推定用电压产生器7产生三相交流的位置推定用电压指令Vuh、Vvh、Vwh，但是在该实施方式3中，使得从位置推定用电压产生器7产生频率与驱动电压指令运算部6输出的驱动电压指令Vd＊不同的交变电压的位置推定用电压指令Vdh。

该情况下的位置推定用电压指令Vdh如果其频率与驱动电压指令Vd＊不同则哪种都可以，但是在该实施方式3中，只对d轴电压指令Vd＊和q轴电压指令Vq＊内的d轴电压指令Vd＊相加交变电压的位置推定用电压指令Vdh。由此，能够抑制当将位置推定用电压指令Vdh施加到旋转电机1时所产生的转矩脉动，因此情况良好。

噪声降低用电压产生器8与实施方式1的噪声降低用电压产生器8同样地，例如分别输出如前述的(9)式那样的FM调制波这样的二相的噪声降低用电压指令Vdm、Vqm。然后，通过滤波器9预先去除了与包含在这些各噪声降低用电压指令Vdm、Vqm中的位置推定用电压指令Vdh相同的频率分量、其附近的频率分量之后，分别提供给加法器20d、20q。此外，在从噪声降低用电压产生器8输出的各噪声降低用电压指令Vdm、Vqm中不包含与位置推定用电压指令Vdh相同的频率分量、其附近的频率分量的情况下，可以省略滤波器9。

一个加法器20d在驱动电压指令运算部6输出的d轴电压指令Vd＊上相加位置推定用电压指令Vdh和通过滤波器9之后的位置推定用电压指令Vmd，将该相加而得到的指令作为电压指令Vdp＊输出到第1坐标变换器12。另外，另一个加法器20q在驱动电压指令运算部6输出的q轴电压指令Vq＊上相加通过滤波器9之后的噪声降低用电压指令Vmq，将该相加而得到的指令作为电压指令Vqp＊输出到第1坐标变换器12。

第1坐标变换器12将来自两加法器20d、20q的电压指令Vdp＊、Vqp＊变换为静止二轴(α-β轴)上的电压指令Vα＊、Vβ＊。接着，二相/三相变换器13将从第1坐标变换器12输出的电压指令Vα＊、Vβ＊变换为三相交流坐标的电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊。而且，电压施加单元3将基于各电压指令Vup＊、Vvp＊、Vwp＊的驱动控制用的电压施加到旋转电机1。

由此，在从旋转电机1产生的噪声中，与基于位置推定用电压指令Vdh的频率分量一起混合存在基于噪声降低用电压指令Vdm、Vqm的频率分量，因此与包含在噪声的频率分量为单一的情况相比，能够降低人感觉到的不适感。

另一方面，位置推定单元4从由电流检测单元2检测出的旋转电机电流iu、iw抽取与位置推定用电压产生器7输出的交变的位置推定用电压指令Vdh相同的频率分量的电流，根据抽取的电流使用例如日本专利3312472号公报、或者日本专利3707528号公报所记载的公知技术来输出推定位置θL。

在这种情况下，交变电压的位置推定用电压指令Vdh与d轴电压指令Vd＊频率不同，另外，对于由加法器20d、20q相加的噪声降低用电压指令Vdm、Vqm，通过滤波器9预先去除与位置推定用电压指令Vdh相同的频率分量、其附近的频率分量，因此作为位置推定单元4的输出的推定位置θL的精度不会恶化。

如以上那样，在该实施方式3中，在从位置推定用电压产生器7输出交变电压的位置推定电压指令Vdh的情况中，与实施方式1、2同样地，从噪声降低用电压产生器8同时地输出噪声降低用电压指令Vdm、Vqm，生成由加法器20d、20q相加了噪声降低用电压指令Vdm、Vqm的电压指令Vdp＊、Vqp＊，因此在从旋转电机1产生的噪声中，除了伴随施加位置推定用电压指令Vdh而产生的噪声之外，还包含伴随相加噪声降低用电压指令Vdm、Vqm而产生的噪声，其结果，位置推定用电压指令Vdh的噪声不会突出，能够降低由于噪声而人感觉到的不适感。

实施方式4.

图13是本发明的实施方式4中的旋转电机的控制装置的结构图，对于与图12所示的实施方式3对应或者相当的结构部分附加相同的符号。此外，在图13中，除了控制单元5内的噪声降低用电压产生器8的结构以外的部分与实施方式3的情况相同，因此这里省略除了噪声降低用电压产生器8的结构以外的部分的说明。

在上述的实施方式3中，从噪声降低用电压产生器8分别产生二相的噪声降低用电压指令Vdm、Vqm，但是在该实施方式4中，与实施方式2同样地，从噪声降低用电压产生器8产生具有如(9)式所示那样的频率在时间上变化的FM调制波、如(10)式所示那样的振幅在时间上变化的AM调制波的单一的噪声降低用电压指令Vmdq。

然后，使该噪声降低用电压指令Vmdq通过滤波器9而预先去除了与位置推定用电压指令Vdh相同的频率分量、其附近的频率分量之后，分路为2个来提供给各加法器20d、20q，由各加法器20d、20q来相加到各驱动电压指令Vd＊、Vq＊，将该相加而得到的信号作为电压指令Vdp＊、Vqp＊输出。此外，在这种情况下，在噪声降低用电压产生器8输出的噪声降低用电压指令Vdqm中不包含与位置推定用电压指令Vdh相同的频率分量、其附近的频率分量的情况下，也可以省略滤波器9。

由此，噪声降低用电压指令Vmdq不对位置推定用电压指令Vdh带来坏影响，构成电压施加单元3的开关元件的开关定时在时间上发生变化，因此从旋转电机1会根据开关定时而产生包含多个频率分量的噪声。其结果，伴随将位置推定用电压Vdh施加到旋转电机1而产生的噪声不会突出，能够降低人感觉到的不适感。

如以上那样，在该实施方式4中，在从位置推定用电压产生器7产生交变电压的位置推定电压指令Vdh并相加到d轴电压指令Vd＊时，从噪声降低用电压产生器8输出振幅在时间上变化的AM调制波、或者振幅在时间上阶段状地变化的AM调制波中的一个的噪声降低用电压指令Vdqm，因此与实施方式2的情况同样地，构成电压施加单元3的各开关元件的开关定时发生变化，从旋转电机1产生包含多个频率分量的噪声。由此，抑制伴随施加位置推定用电压指令Vdh而在旋转电机1产生的噪声突出的现象，其结果能够降低由于噪声而人感觉到的不适感。另外，在该实施方式4中，施加了一个噪声降低用电压指令Vm，因此与实施方式3相比能够简化噪声降低用电压产生器8的结构，并且能够防止相加噪声降低用电压指令Vm导致的损耗的产生。

产业上的可利用性

在上述的各实施方式1～4中，将旋转电机1设为磁铁埋入型的同步电机，但是在同步磁阻型的同步电机等其它同步电机中也能够应用本发明的旋转电机的控制装置。

Claims (8)

1.一种旋转电机的控制装置，进行旋转电机的驱动控制，其特征在于具备：

电流检测单元，检测流过所述旋转电机的旋转电机电流；

位置推定单元，根据由所述电流检测单元检测出的所述旋转电机电流推定转子位置；

控制单元，根据由所述电流检测单元检测出的旋转电机电流和由所述位置推定单元推定出的转子位置的信息，输出电压指令；以及

电压施加单元，根据来自所述控制单元的电压指令，对所述旋转电机施加驱动控制用的电压，

其中，所述控制单元具有：

驱动电压指令运算部，运算用于驱动所述旋转电机的驱动电压指令；

位置推定用电压产生器，输出用于推定所述旋转电机的转子位置的位置推定用电压指令；

噪声降低用电压产生器，输出噪声降低用电压指令，该噪声降低用电压指令具有与所述驱动电压指令以及所述位置推定用电压指令不同的频率；以及

加法器，对所述驱动电压指令、所述位置推定用电压指令、以及所述噪声降低用电压指令进行相加而作为电压指令输出到所述电压施加单元。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述噪声降低用电压产生器输出单一的噪声降低用电压指令，所述加法器将所述单一的噪声降低用电压指令分路为多个而相加到各相的驱动电压指令。

3.根据权利要求1或者2所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，

在所述噪声降低用电压产生器与所述加法器之间设有滤波器，该滤波器从所述噪声降低用电压指令去除与所述位置推定用电压指令相同的频率分量。

4.根据权利要求1或2所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述噪声降低用电压产生器输出频率在时间上变化的噪声降低用电压指令。

5.根据权利要求1或2所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述噪声降低用电压产生器输出振幅在时间上变化的噪声降低用电压指令。

6.根据权利要求1或2所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述位置推定用电压产生器输出三相交流的位置推定用电压指令作为用于推定旋转电机的位置的位置推定用电压指令。

7.根据权利要求1或2所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述位置推定用电压产生器输出交变电压的位置推定用电压指令作为用于推定旋转电机的位置的位置推定用电压指令。

8.根据权利要求1或2所述的旋转电机的控制装置，其特征在于，

所述位置推定单元根据包含在所述旋转电机电流中的与所述位置推定用电压指令相同的频率分量的电流，推定所述旋转电机的转子位置。

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