CN102742148B - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

在永磁式同步电机停止时，无需使用旋转传感器而可稳定地判别该电机的磁极的极性。将高频分量以及具有使电机达到磁饱和的大小、且为一定值（Ib）的正负对称的直流偏压分量作为观测指令而在规定的期间向d轴的电流指令施加，并且在基于响应观测指令而得的反馈电流来运算出的d轴的响应电压（Vd）所包含的高频分量的振幅之内，基于直流偏压分量为正的一定值（＋Ib）的期间中的第1振幅（a1）与为负的一定值（－Ib）的期间中的第2振幅（a2）的大小关系，来判定永久磁铁的磁极的极性。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及具备无传感器检测永磁同步电机的磁极位置的功能的电机控制装置。

背景技术

作为永磁式同步电机、例如3相同步电机的控制方法，公知有被称作矢量控制的控制方法。在矢量控制中，将电机的3相定子绕组中流动的电机电流坐标变换为转子中配置的永久磁铁所产生的磁场的方向即d轴和与该d轴正交的q轴的矢量分量，来进行反馈控制。为了进行该坐标变换，需要高精度地检测转子的位置（磁极位置）。在磁极位置检测中也会使用旋转变压器等旋转传感器，但也存在利用转子的旋转所产生的反电动势来电检测磁极位置的无传感器磁极检测技术。但是，由于电机停止时不产生反电动势，因此向电机给予高频电流、高频电压，根据其响应来推定磁极位置。

在特开2008－79489号公报（专利文献1）中公开了具备这种无传感器磁极检测功能的电机控制装置。由此，对基于向电机给予交流交变电压而检测出的q轴电流所得到的磁极位置和推定的磁极位置的误差进行补正而求出磁极位置。进而，基于重叠了正负对称地交替切换的一定波形的d轴偏压电流的d轴电流指令，来求出d轴电压指令，并向电机施加d轴电压指令。然后，根据在d轴偏压电流的正负切换定时使d轴偏压电流增加时和减少时的d轴电压指令的大小关系，来判别永久磁铁的磁极的方向。

专利文献1：日本特开2008－79489号公报（权利要求1，第17－22段落等）

专利文献1所述的电机控制装置具备不仅可以判别磁极的极性还可以判别磁极的位置的优良的无传感器磁极检测功能。但是，在d轴偏压电流的正负切换定时，有可能d轴电流为过渡状态，且d轴电压也不稳定。其结果，不利于磁极的极性判别的稳定性，也有可能导致误测。

因此，要求能够在永磁式同步电机停止时，无需使用旋转传感器而稳定地判别出该电机的磁极的极性。

发明内容

鉴于上述课题，本发明所涉及的电机控制装置的特征构成在于下述方面，即、一种电机控制装置，其在配置于交流电机的转子的永久磁铁产生的磁场的方向即d轴和与该d轴正交的q轴的矢量空间中控制所述交流电机，其具备：电流控制部，该电流控制部基于所述矢量空间中的电流指令、和所述交流电机的各定子绕组中流动的电流的检测值被坐标变换到所述矢量空间而反馈出的反馈电流，来运算所述矢量空间中的电压指令；观测指令施加部，该观测指令施加部向d轴的所述电流指令或者d轴的所述电压指令施加作为观测指令的规定的高频分量，并且向d轴的所述电流指令在规定的期间正负对称地施加作为所述观测指令的直流偏压分量，该直流偏压分量是一定值，且具有使所述电机达到磁饱和的大小；以及极性判定部，该极性判定部在基于响应所述观测指令而得的所述反馈电流来运算出的d轴的响应电压所包含的所述高频分量的振幅之内，基于所述直流偏压分量为正的一定值的期间中的第1振幅与所述直流偏压分量为负的一定值的期间中的第2振幅的大小关系，来判定所述永久磁铁的磁极的极性。

由于在规定的期间向d轴的电流指令施加具有使电机达到磁饱和的大小的直流偏压分量，因此在直流偏压分量为正或负时的任意一方中，磁通达到饱和区域。由于永久磁铁具有磁通，因此在d轴电流为零时磁通也不为零，相对于d轴电流的磁通的特性沿d轴方向偏移。因此，在直流偏压分量为正或者负时的任意一方中，磁通达到饱和区域时，在另一方中，磁通处于未达到饱和区域的活性区域。由于观测指令中不仅包含直流偏压分量，还包含高频分量，因此响应该高频分量而磁通发生变动。此时，在活性区域中磁通较大地发生变动，在饱和区域中不像活性区域变动那么大。在直流偏压分量达到正或者负时的任意一方中，磁通是否达到饱和区域由永久磁铁的磁极的极性而定。也就是说，由永久磁铁的N极以及S极的任意一极是否朝向d轴的正方向而定。另外，磁通的变动可以在基于响应观测指令而从电机流出的反馈电流来运算出的响应电压中观测。因此，能够根据直流偏压分量为正的期间中的响应电压的第1振幅与为负的期间中的响应电压的第2振幅的大小关系，来判定永久磁铁的极性。不仅能够在直流偏压分量的正负切换定时等过渡期进行判定，也能够根据直流偏压分量为正以及负的稳定的期间的响应来进行判定，因此可以进行稳定的判定。即，在永磁式同步电机停止时，可以不使用旋转传感器来稳定地判别该电机的磁极的极性。

这里，优选本发明所涉及的电机控制装置的所述观测指令施加部向d轴的所述电流指令施加作为所述观测指令的规定的高频分量，并在规定的期间正负对称地施加作为所述观测指令的直流偏压成分，该直流偏压成分是一定值，且具有使所述电机达到磁饱和的大小，所述响应电压是基于响应所述观测指令而得的所述反馈电流而运算出的d轴的所述电压指令。通常，在矢量控制中，获取矢量空间中的电流指令与矢量空间中的反馈电流的差值，进行比例积分（PI）控制、比例微积分（PID）控制来运算矢量空间中的电压指令。如上所述，为了判定磁极的极性，在矢量空间中施加高频分量以及直流偏压分量来作为观测指令。若将这些分量一并向d轴的电流指令施加，则容易进行观测指令的控制。另外，由于使用响应观测指令的结果即反馈电流来运算电压指令，因此若利用电压指令来作为响应电压，则不需要额外设置运算响应电压的功能。即，能够利用通常的矢量控制的功能，运算响应电压来进行极性的判别。

另外，优选本发明所涉及的电机控制装置进一步具备位置判定部，该位置判定部基于所述电压指令的高频分量，来无关极性地判定所述永久磁铁的磁极的位置，其中所述电压指令的高频分量基于响应所述观测指令的所述高频分量而得的所述反馈电流来运算得到，所述观测指令施加部在由所述位置判定部判定所述永久磁铁的位置之前，作为所述观测指令而施加所述高频分量，在判定所述永久磁铁的位置之后，作为所述观测指令而施加所述高频分量以及所述偏压分量。若设定了电流指令时的矢量空间与实际的矢量空间之间的位相不同，则相对于d轴的直流偏压分量被矢量分解后，也会具有q轴的分量。施加于d轴的电流指令的直流偏压分量为电机达到磁饱和的大小，因此通过矢量分解成为q轴的电流指令的直流分量也不是可以无视的大小。由于向q轴施加大的电流指令，因而产生电机转矩，从而转子会旋转。由于具备与极性无关地判定永久磁铁的磁极的方向的位置判定部，因此设定了电流指令时的矢量空间与实际的矢量空间的位相差几乎被限定为0°或者180°。因此，不向q轴的电流指令施加直流偏压分量就能够稳定地判定磁极的极性。

附图说明

图1是示意地表示电机的驱动装置的构成例的图。

图2是示意地表示电机控制装置的实施方式的一个例子的框图。

图3是表示磁极位置的误差所导致的矢量空间的偏差的图。

图4是表示不考虑永久磁铁的d轴的磁通特性的曲线图。

图5是表示d轴的正方向与永久磁铁的N极一致时的磁通特性、观测指令和响应电压的关系的图。

图6是表示d轴的正方向与永久磁铁的S极一致时的磁通特性、观测指令和响应电压的关系的图。

图7是示意地表示磁极位置以及极性的判定处理的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的实施方式。本发明的电机控制装置10是无需使用旋转变压器等旋转传感器，而具备所谓的无传感器检测交流电机MG（以下，适当地仅称为“电机”）的磁极位置的功能的电机控制装置。在本实施方式中，电机MG是内置式永磁同步电机（interiorpermanent magnet synchronous motor：IPMSM），具有转子的永久磁铁的N极方向的磁特性和与其电性垂直的方向（在电角度上相差了90°的方向）的磁特性不同的凸极性（包含逆凸极性）。具体内容后述，在本实施方式中，电机控制装置利用该凸极性，在电机MG停止时也能无传感器判定磁极位置、磁极的方向。另外，理所当然，电机MG是也能起到发电机的功能的旋转电机。

首先，对进行电机MG的驱动控制的驱动装置20的构成进行说明。如图1所示，驱动装置20具备控制单元11、驱动电路12、电流检测装置13、直流电源14、平滑电容器15和逆变器16。这里，直流电源14是蓄电池等可以充电的二次电池。而且，驱动装置20将直流电源14的直流电力变换为规定频率3相交流来供给给电机MG。另外，驱动装置20在电机MG作为发电机发挥功能之时将产生的交流电力变换为直流来供给给直流电源14。在直流电源14的正极端子与负极端子之间，平滑电容器15并联连接，来平滑直流电力。

逆变器16构成为具有多个开光元件。开光元件优选采用IGBT（insulated gate bipolar transistor）、MOSFET（metal oxidesemiconductor field effect transistor）。如图1所示，在本实施方式中，使用IGBT来作为开光元件。逆变器16具备与电机MG的各相（U相、V相、W相的三相）分别对应的U相桥臂17U、V相桥臂17V以及W相桥臂17W。各桥臂17U、17V、17W分别具备由串联连接的上臂的IGBT18A与下臂的IGBT18B构成的1组2个的开光元件。各IGBT18A、18B分别与续流二极管19并联连接。

U相桥臂17U、V相桥臂17V、W相桥臂17W与电机MG的U相绕组、V相绕组、W相绕组连接。这时，各相桥臂17U、17V、17W的上臂的IGBT18A的发射极与下臂的IGBT18B的集电极间和电机MG的各相绕组之间电连接。另外，各桥臂17U、17V、17W的上臂的IGBT18A的集电极连接于与直流电源14的正极端子相连的高压电源线，各桥臂17U、17V、17W的下臂的IGBT18B的发射极连接于与直流电源14的负极端子相连的地线。

逆变器16经由驱动电路12与控制单元11连接，根据控制单元11生成的控制信号来进行开关动作。控制单元11以未图示的微型计算机等逻辑电路为核心的ECU（electronic control unit）来构成。ECU除微型计算机之外，还具有未图示的接口电路、其它的外围电路等。接口电路由EMI（electro-magnetic interference，电磁干扰）抑制部件、缓冲电路等构成。

微型计算机具有如下构成：CPU内核、程序存储器、工作存储器、A/D转换器、其它未图示的通信控制部、时钟、端口等。CPU内核是微型计算机的核心，具有如下构成：指令寄存器、指令译码器、作为各种运算的执行主体的ALU（arithmetic logic unit）、标记寄存器、通用寄存器、中断控制器等。程序存储器是保存电机控制程序、磁极判定程序、执行这些程序时所参照的各种参数等的非易失性存储器。优选为程序存储器例如由闪存等构成。工作存储器是临时存储程序执行中的临时数据的存储器。工作存储器为易失性即可，优选为由可以高速地读写数据的DRAM（dynamic RAM）、SRAM（static RAM）构成。CPU内核、A/D转换器、各种存储器可以为集成于1个芯片的方式，也可以由多个芯片来构筑计算机系统。

然而，尤其，在电机MG为车辆的驱动装置的这些情况下，直流电源14为高电压，逆变器16的各IGBT18A、18B对高电压进行开关控制。这样，输入到开关高电压的IGBT的栅极的脉冲状的栅极驱动信号（控制信号）的高电平与低电平的电位差远高于微型计算机等一般的电子电路的动作电压的电压。因此，栅极驱动信号经由驱动电路12进行电压变换、绝缘后，被输入到逆变器16的各IGBT18A、18B。

这样，电机MG通过控制单元11的控制，以规定的输出转矩以及旋转速度被驱动。此时，电机MG的定子绕组（U相绕组、V相绕组、W相绕组）中流动的电流的值反馈给控制单元11。而且，控制单元11根据与目标电流的偏差执行PI控制（比例积分控制）、PID控制（比例微积分控制），来驱动控制电机MG。因此，在设置于逆变器16的各相桥臂17U、17V、17W与电机MG的各相绕组之间的导体（汇流条等）中流动的电流值由电流检测装置13来检测。在本实施方式中，电流检测装置13配置于所有3相中。其中，由于3相各相的电流平衡，瞬时值为零，因此也可以构成为仅检测2相的电流值。

在本实施方式中，电机控制装置10由控制单元11构成。电机控制装置10通过矢量控制来控制电机MG。即，电机控制装置10在电机MG的转子中配置的永久磁铁产生的磁场的方向即d轴和与该d轴正交的q轴的矢量空间中控制电机MG。其中，在无传感器控制中，不能检测实际的磁极位置，因此不能在基于实际的磁极位置变换而得的矢量空间中进行电机MG控制。因此，在基于推定出的磁极位置而得到的矢量空间中控制电机MG。图2图示了在电机控制装置10中，与判定转子的磁极位置、磁极的方向的旋转检测部8密切相关的功能部。以下，参照图2，对本实施方式的电机控制装置10中的矢量控制进行说明。

当电机MG是车辆的驱动装置时，从未图示的行驶控制ECU等向电机控制装置10给予转矩指令（请求转矩）。电机控制装置10的未图示的转矩控制部根据转矩指令来设定用于电流反馈控制的电流指令（目标电流）id＊、iq＊。电流指令id＊、iq＊被设定为对应以上述的d轴以及q轴为基准的矢量空间。因此，转矩控制部被构成为具有电流指令值计算部，该电流指令值计算部基于转矩指令值和角速度ω来决定d轴的电流指令id＊以及q轴的电流指令iq＊，其中角速度ω基于由旋转检测部8求出的磁极位置（电角度）θ来计算。

电流控制部2基于dq矢量空间中的电流指令id＊、iq＊、和电机MG的各定子绕组中流动的电流Iu、Iv、Iw的检测值被坐标变换到矢量空间而反馈出的反馈电流id、iq，来运算矢量空间中的电压指令（目标电压）vd＊、vq＊。具体而言，电流控制部2基于电流指令id＊、iq＊和反馈电流id、iq的偏差，进行例如比例积分控制（PI控制）、比例微积分控制（PID控制），设定电压指令vd＊、vq＊。

由于通过电流检测装置13检测出的电流值是3相电流Iu、Iv、Iw，因此由坐标变换部5基于电角度θ来坐标变换为2相的反馈电流id、iq。电流控制部2基于电流指令id＊、iq＊和反馈电流id、iq的偏差，进行PI控制、PID控制，来设定电压指令vd＊、vq＊。为简略化说明，角速度ω以及检测角速度的功能部省略图示。在电流控制部2中运算出的电压指令vd＊、vq＊在坐标变换部3中基于电角度θ被坐标变换为3相的电压指令vu、vv、vw。调制部4基于3相的电压指令vu、vv、vw，通过例如PWM（pulse width modulation：脉冲宽度调制）来生成驱动逆变器16的3相的IGBT的栅极驱动信号。

这样，为了对电机MG进行矢量控制，需要在对应uvw相的现实的3相空间与2相的dq矢量空间之间进行相互的坐标变换。因此，需要精度良好地检测转子的旋转角θ，即电性的磁极位置（电角度）。本实施方式中的电机控制装置10采用无需具备旋转变压器等旋转检测装置，而可获取转子的旋转角θ的无传感器控制。如上所述，当电机MG在中高速旋转时，通过利用转子的旋转所产生的反电动势，不仅可以检测旋转速度（角速度ω），还可以检测电性的磁极位置（旋转角θ）。由于这是公知的，因此这里省略了图示及详细的说明。另一方面，在电机MG停止之时，理所当然，也不产生反电动势，因此对电机MG给予电刺激（stimulus），根据其响应，来判定磁极位置以及磁极的极性。

电刺激由观测指令施加部1来给予。观测指令施加部1向d轴的电流指令id＊或者d轴的电压指令vd＊施加作为观测指令的规定的高频分量。如图2所示，在本实施方式中，例示了向d轴的电流指令id＊施加振幅为Ih的规定的高频分量（=Ih·sinωh·t）的情况。此外，在本实施方式中，例示了为了精度更好地判定磁极位置，也向q轴的电流指令iq＊施加规定的高频分量（=-Ih·cosωh·t）的情况。如图2所示，向d轴的电流指令id＊施加的高频分量和向q轴的电流指令iq＊施加的高频分量具有振幅Ih及角速度ωh相同、位相不同的波形。这些高频分量如后所述，被利用于磁极位置的判定以及极性的判定这双方。

另外，如图2所示，观测指令施加部1在规定的期间，向d轴的电流指令id＊正负对称地施加作为观测指令的直流偏压分量，该直流偏压分量Ib为一定值，且具有使电机MG达到磁饱和的大小的。即，正的直流偏压分量（＋Ib）与负的直流偏压分量（－Ib）分别在规定的期间，以一定值被施加。如后所述，该值Ib相当于电机MG达到磁饱和的大小。更具体而言，相当于电机MG的各相的绕组环绕的电枢铁芯即定子铁芯达到磁饱和的大小。上述的高频分量以及直流偏压分量Ib被利用于磁极的极性的判定。具体内容后述。

如图2所示，旋转检测部8具备与极性无关地进行磁极位置的判定的位置判定部6和进行磁极的极性的判定、即NS判定的极性判定部77。位置判定部6根据基于对观测指令的高频分量进行了响应的反馈电流id、iq与电流指令id＊、iq＊的偏差来运算出的电压指令的高频分量，来与极性无关地判定永久磁铁的磁极位置。也就是说，不管NS的磁性，判定永久磁铁的磁极位置。极性判定部77基于d轴的响应电压所包含的高频分量的振幅（波高）来判定永久磁铁的磁极的磁性，其中，d轴的响应电压是基于对观测指令的高频分量以及直流偏压分量Ib响应而得的d轴的反馈电流id而运算出的。具体而言，在响应电压所包含的所述高频分量的振幅之内，基于直流偏压分量Ib为正的一定值的期间中的第1振幅（a1）和直流偏压分量Ib为负的一定值的期间中的第2振幅（a2）的大小关系来判定磁性（参照图5、图6）。在本实施方式中，例示了使用电压指令vd＊来作为响应电压的情况。

以下，对磁极位置以及磁极方向的判定进行说明。首先，对位置判定部6执行的位置判定进行说明。作为一般式，设定d轴电压：Vd，q轴电压：Vq，d轴电流：Id，q轴电流Iq，定子绕组的电阻：R，d轴电感：Ld，q轴电感：Lq，ω：电机旋转频率（角速度），励磁的主磁通，p：微分运算符，如下述式（1）来表示同步电机的电压方程式。

[数1]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vd}\\ \mathrm{Vq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+\mathrm{pLd}& -\mathrm{\ωLq}\\ \mathrm{\ωLd}& R+\mathrm{pLq}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\ω\φa}\end{array}\right]\·\·\·\left(1\right)$

旋转检测部8所执行的磁极的检测在电机MG停止中被实施。电机MG停止中，由于ω＝0，因此式（1）变为式（2）。

[数2]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vd}\\ \mathrm{Vq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+\mathrm{pLd}& 0\\ 0& R+\mathrm{pLq}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]\·\·\·\left(2\right)$

如上所述，作为位置判定部6所执行的位置判定中的刺激的观测指令是高频分量，多个阻抗中的虚数分量处于支配地位。式（2）的实数分量即R也可以无视。也就是说，关于高频分量的观测指令，式（2）能够简化成式（3）那样，d轴电感Ld以及q轴电感Lq的影响处于支配地位。

[数3]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Vd}\\ \mathrm{Vq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{pLd}& 0\\ 0& \mathrm{pLq}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]\·\·\·\left(3\right)$

以位置判定部6执行位置判定之时，给予磁极位置的推定值θ’作为假设值。这里，将基于该θ’的矢量空间设为d’q’矢量空间。当推定值θ’与真实的磁极位置θ不一致时，如图3所示，在基于真实的磁极位置θ的真实的dq矢量空间与d’q’矢量空间之间会存在Δθ的误差。若在基于推定值θ’的d’q’矢量空间中，施加上述的高频分量，则从基于d’q’矢量空间中的反馈电流id’、iq’而运算出的电压指令vd＊、vq＊中，带通滤波器（BPF）9可提取高频分量vdh*、vqh*。带通滤波器9提取出的高频分量vdh*、vqh*被发送至旋转检测部8的位置判定部6，作为误差信号可得到磁极位置的推定值θ’与真实的磁极位置θ的误差Δθ的2倍的正弦波信号sin2Δθ。按照误差Δθ收敛为零的方式动态地修正推定值θ’，从而计算磁极位置θ。这里，即使按照误差Δθ收敛为零的方式修正推定值θ’，由于正弦波信号sin2Δθ包含误差Δθ的2倍的值，因此在算出的磁极位置θ中，会包含0°或者180°的位相差。换言之，可确定磁极位置θ为360°中的点对称的2点的任意1点。也就是说，不考虑NS的极性来判定磁极位置θ。

这样，磁极位置θ能够从基于响应高频率分量的观测指令的反馈电流id、iq而运算出的电压指令vd＊、vq＊中，基于经由带通滤波器9得到的高频分量vdh*、vqh*来判定。也可以如图3所示，构成为不向电流指令id＊、iq＊施加高频率分量，而向电压指令vd＊、vq＊施加高频率分量的观测指令，基于响应该观测指令的反馈电流来判定磁极位置。

若位置判定部6执行的位置判定完成，则基于判定出的θ，进一步向d轴的电流指令id＊施加直流偏压分量±Ib。如图4所示，因供电而产生的励磁的磁通在d轴电流Id为零时取零。然而，由于电机MG是永磁型的电机，因此即使d轴电流Id为零，永久磁铁的磁通也存在。因此，如图5以及图6所示，即使d轴电流Id为零，磁通也不为零。图5表示磁性为N极侧时，即N极与d轴的正方向一致的情况，即使d轴电流Id为零，正的磁通也存在。图6表示磁性为S极侧时，即N极与d轴的负方向一致的情况，即使d轴电流Id为零，负的磁通也存在。

如上所述，直流偏压分量±Ib是相当于使电机MG产生磁饱和的大小的d轴电流Id的值。如图5所示，当磁性为N极侧时，即使d轴电流Id为零，电机MG也已经具有正的磁通因此若向d轴电流Id施加作为正方向的偏移分量的直流偏压分量Ib，则电机MG达到磁饱和区域。在该区域中，即使向d轴电流Id施加高频分量，响应高频分量而变化的磁通也很小。另一方面，即使向d轴电流Id施加作为负方向的偏移分量的直流偏压分量Ib，电机MG也达不到磁饱和区域。因此，这里，若向d轴电流Id施加高频分量，则磁通响应高频分量而充分地变化。该磁通的变化能够作为响应电压而由d轴电压Vd来观测。如图5所示，施加正方向的直流偏压分量Ib的期间的d轴电压Vd的高频分量的波高A1（第1振幅：a1＝A1/2）比施加负方向的直流偏压分量Ib的期间的d轴电压Vd的高频分量的波高A2（第2振幅：a2＝A2/2）小。因此，极性判定部7可以基于第1振幅a1与第2振幅a2的大小关系来判定永久磁铁的极性。

另一方面，如图6所示，当磁性为S极侧时，即使d轴电流Id为零，电机MG也已经具有负的磁通因此若向d轴电流Id施加负方向的直流偏压分量Ib，则电机MG达到磁饱和区域。在该区域中，即使向d轴电流Id施加高频分量，响应高频分量而变化的磁通也很小。另一方面，即使向d轴电流Id施加正方向的直流偏压分量Ib，电机MG也达不到磁饱和区域。因此，这里，若向d轴电流Id施加高频分量，则磁通响应高频分量而充分地变化。如图6所示，施加负方向的偏移分量Ib的期间的d轴电压Vd的高频分量的波高A2（第2振幅：a2＝A2/2）比施加正方向的偏移分量Ib的期间的d轴电压Vd的高频分量的波高A1（第1振幅：a1＝A1/2）小。因此，极性判定部7可以基于第1振幅与第2振幅的大小关系来判定永久磁铁的磁极的极性。

以上，说明了旋转检测部8所执行的永久磁铁的磁极位置以及极性判定的原理，以下，使用图7的流程图对观测指令施加部1以及旋转检测部8所执行的处理的流程进行说明。

若从未图示的行驶控制ECU等发出电机MG的驱动指令，则电机控制装置10在电机MG的驱动之前，执行电机MG的转子的磁极位置以及极性的判定处理。首先，如上所述，判定磁极位置θ（步骤＃10）。在磁极位置θ的判定之时，观测指令施加部1向d轴的电流指令id＊或者电压指令vd＊仅将规定的高频分量作为观测指令而施加。如上所述，在该步骤中，不施加直流偏压分量Ib。观测指令施加部1以及位置判定部6执行如上所述那样的收敛运算，来判定磁极位置θ。

若判定出磁极位置θ，则在下面的步骤＃21～＃26中，判定NS的极性。若设定了电流指令id＊、iq＊时的矢量空间（d’q’矢量空间）与实际的矢量空间（dq矢量空间）之间的位相如图3所示那样相互不同时，则相对于d’轴的直流偏压分量Ib被矢量分解而变得还具有实际的q轴的分量。如上所述，施加于d轴的电流指令id＊的直流偏压分量Ib为电机MG达到磁饱和的大小。因此，通过矢量分解施加于q轴的电流指令iq＊的直流分量也不是能够无视的大小。因此，会向q轴施以大的电流指令，从而产生电机转矩，电机MG的转子会旋转。因此，在极性的判定之前执行步骤＃10，不知道极性也可以正确地判定磁极位置θ，因而优选。

观测指令施加部1除了已经在步骤＃10中施加的高频分量之外，向d轴的电流指令id＊施加直流偏压分量Ib。具体而言，向d轴的电流指令id＊施加正方向的直流偏压分量Ib（步骤＃21）。而且，极性判定部7获取直流偏压分量为正的一定值的期间中的波高A1（或者振幅a1）。然后，观测指令施加部1向d轴的电流指令id＊施加负方向的直流偏压分量Ib（步骤＃22）。而且，极性判定部7获取直流偏压分量Ib为负的一定值的期间中的波高A2（或者振幅a2）。

然后，极性判定部7如上所述，基于波高A1（或者振幅a1）与波高A2（或者振幅a2）的大小关系来判定永久磁铁的极性（＃23）。具体而言，如图7所示，当波高A2比波高A1大时（第2振幅a2比第1振幅a1大时），判定为d轴的正方向为N极（极性为N极）（＃24）。另一方面，当波高A1为波高A2以上时（第1振幅a1在第2振幅a2以上时），判定为d轴的正方向为S极（极性为S极）（＃25）。其中，在判定出极性为S极之时，向磁极位置判定的步骤＃10中判定出的θ的值上加上180°来更新θ的值（＃26）。以上，通过步骤＃10～＃26来判定永久磁铁的磁极的位置以及磁性，永久磁铁的磁极的位置被确定为360°中的一点。

此外，在上述实施方式中，将使用反馈电流id在电流控制部2中运算出的电压指令vd＊作为响应电压来进行了说明。也就是说，以兼用矢量控制中的通常的电压运算（式（1）～（3）所示那样的运算）的情况为例进行了说明。即，以利用通常的矢量控制的功能来运算出响应电压而进行极性的判别的情况为例进行了说明。该极性判定是在电机MG的起动前所执行的处理，因此通常的矢量控制未正式地开始执行，即使利用通常的矢量控制的功能也没问题。能够通过兼用功能来抑制电机控制装置10的规模的扩大。

产业上的可利用性

本发明能够应用于具备无传感器检测永磁同步电机的磁极位置的功能的电机控制装置。

附图标记的说明

1：观测指令施加部；   2：电流控制部；

10：电机控制装置；    id＊、iq＊：电流指令；

id、iq：反馈电流；    vd＊、vq＊：电压指令；

Ib：直流偏压分量；

Iu、Iv、Iw：定子绕组中流动的电流的检测值；

MG：电机（交流电机）；

a1：第1振幅；a2：第2振幅

Claims (2)

1.一种电机控制装置，其在配置于交流电机的转子的永久磁铁产生的磁场的方向即d轴和与该d轴正交的q轴的矢量空间中控制所述交流电机，其具备：

电流控制部，该电流控制部基于所述矢量空间中的电流指令、和所述交流电机的各定子绕组中流动的电流的检测值被坐标变换到所述矢量空间而反馈出的反馈电流，来运算所述矢量空间中的电压指令；

观测指令施加部，该观测指令施加部向d轴的所述电流指令施加作为观测指令的规定的高频分量，并且向d轴的所述电流指令在规定的期间正负对称地施加作为所述观测指令的直流偏压分量，该直流偏压分量是一定值，且具有使所述电机达到磁饱和的大小；以及

极性判定部，该极性判定部在基于响应所述观测指令而得的所述反馈电流来运算出的d轴的所述电压指令所包含的所述高频分量的振幅之内，基于所述直流偏压分量为正的一定值的期间中的第1振幅与所述直流偏压分量为负的一定值的期间中的第2振幅的大小关系，来判定所述永久磁铁的磁极的极性。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，

具备位置判定部，该位置判定部基于所述电压指令的高频分量，来无关极性地判定所述永久磁铁的磁极的位置，其中所述电压指令的高频分量基于响应所述观测指令的所述高频分量而得的所述反馈电流来运算得到，

所述观测指令施加部在由所述位置判定部判定所述永久磁铁的位置之前，作为所述观测指令而施加所述高频分量，在判定所述永久磁铁的位置之后，作为所述观测指令而施加所述高频分量以及所述偏压分量。