CN103370872A - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种电动机控制装置。相电压设定单元规定实际电流相位区域，及稳定运行电流相位区域，其中，该实际电流相位区域包含基于具有电动机及逆变器的至少某一方的设备误差的参数的电流相位误差范围，该稳定运行电流相位区域能检测无传感器控制中的转子位置，将利用电流矢量控制所设定的电流、和对应于由转速检测单元检测到的转速的规定的相位差进行相加，并将其相加结果设定为目标电流，以使得实际电流相位区域位于稳定运行电流相位区域内。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及电动机控制装置，更详细而言，涉及通过无传感器控制来对永磁体同步电动机进行可变速控制的电动机控制装置。

背景技术

作为高效且可变速范围较大的电动机，永磁体同步电动机（PermanentMagnetic Synchronous Motor:PMSM），特别是在转子（rotor）中埋入了永磁体的内置式永磁体同步电动机（Interior Permanent Magnetic SynchronousMotor:IPMSM）在车辆用空调装置的压缩机驱动用电动机、电动车驱动用电动机等用途中的应用范围得到了扩大，其需求值得期待。

对这种电动机的驱动进行控制的电动机控制装置由电动机、逆变器、直流电源、以及内置有微机的控制器构成。

在上述电动机的运行中，通常由控制器对卷绕在电动机的定子（电枢）上的线圈中所流过的电流进行检测，并进行电流反馈控制，使得该电流随目标电流相位进行变化。在该电流反馈控制中，将目标电流相位分解成与磁场平行的d轴分量即d轴电流Id、以及与之正交的q轴分量即q轴电流Iq，并将d-q坐标轴上由d轴电流Id以及q轴电流Iq进行合成后得到的电流矢量设定为目标电流相位来进行控制，由此能以最合适的转矩来使电动机高效地运行。

具体而言，已知有被称为最大转矩/电流控制的电流矢量控制法，该电流矢量控制法将电动机所产生的转矩相对于检测到的电流成为最大时的电流相位设定为目标电流相位。例如专利文献1中公开了表示在进行该最大转矩/电流控制时的以下的d、q轴电流关系的通式。

数学式1

$i_d=\frac{{\mathrm{\Φ}}_a}{2(L_q-L_d)}-\sqrt{\frac{{{\mathrm{\Φ}}_a}^2}{4{(L_q-L_d)}^2}+{i_q}^2}$

上述式中，id：d轴电流、iq：q轴电流、Φa：永磁体磁通、Lq：q轴电感、Ld：d轴电感，在该情况下与转子即电动机的转速（角速度）无关地设定使得电动机所产生的转矩相对于检测到的电流成为最大值的目标电流相位。

另一方面，在上述电动机中，通常进行所谓的无传感器控制，即，根据由控制器所检测到的电流以及电压的信息等来检测电动机的感应电压，进而检测转子位置，从而不使用物理传感器来控制电动机。在进行无传感器控制时，实际的d、q轴是不能直接得到的，因此在控制器中分别对原来的d、q轴设置虚拟轴，并在该虚拟轴上执行上述电流矢量控制。

然而，虚拟轴仅仅是控制器内假设的轴，因此与实际的d、q轴之间存在Δθr的角度误差。为了使电动机高效稳定地进行运作，需要使该Δθr的值尽可能地变小。

例如，专利文献2中公开了以下的轴位置推定式。

数学式2

$\mathrm{\Δ\θ}\≈{\tan }^{-1}\left[\frac{V_{\mathrm{dc}}-r\·I_{\mathrm{dc}}+{\mathrm{\ω}}_1{L}_q\·I_{\mathrm{qc}}}{V_{\mathrm{qc}}-r\·I_{\mathrm{qc}}-{\mathrm{\ω}}_1{L}_q\·I_{\mathrm{dc}}}\right]$

上述式中，Δθ：轴位置推定误差（转子位置误差、电流相位误差）、Ｖｄｃ：施加电压的d轴分量、Ｖｑｃ：施加电压的q轴分量、Ｉｄｃ：ｄ轴电流、Ｉｑｃ：ｑ轴电流、Ｌｑ：ｑ轴电感、Ｌｄ：ｄ轴电感、r：线圈的绕组电阻、ω1：施加电压的频率。上述Ｖｄｃ、Ｖｑｃ、Ｉｄｃ、Ｉｑｃ都是以虚拟轴为前提的控制器内的假定值，上述Ｌｑ、Ｌｄ、r均为电动机的设备常数，ω1为测定值。并且，在进行无传感器控制时，为了使上述Δθ收敛到零，利用控制器进行控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008－220169号公报

专利文献2：日本专利3411878号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如上所述，数学式2的轴位置误差推定式的Vdc、Vqc、Idc、Iqc均是以虚拟轴为前提的控制器内的假定值，是包含基于假设的d-q轴坐标上的数学模型的误差、逆变器的设备误差的参数。

另一方面，数学式1的d、q轴电流关系式的Φａ、以及数学式2的轴位置误差推定式的Lq、Ld、r均是电动机的设备常数，是包含所制造的各电动机的设备误差的参数。因此，在进行最大转矩/电流控制时的无传感器控制中，基于上述那样的逆变器及电动机的设备误差的各参数的误差会严重影响轴位置推定精度。

具体而言，根据上述各参数误差的大小，上述轴位置误差推定式中的分母项可能变成零或负值，在该情况下将无法推定轴位置，也无法推定转子位置，因此，电动机在无传感器控制中可能会脱离能进行稳定运行的稳定运行极限，从而产生失步。

此外，如上所述，不依赖于电动机的转速来进行最大转矩/电流控制，因此，即使在电动机的转速为额定速定以下的低转速区域中运行的情况下，电动机也仍在其转矩为最大的电流相位上运行。然而，上述轴位置误差推定式中，由于其分子项及分母项这两项中存在ω1，因此，若电动机的转速较小，则相对地上述各参数误差对Δθ的影响变得特别地大，从而进行无传感器控制时的轴位置推定精度大幅变差。即，在上述各参数误差比较大，且电动机在低转速区域运行的情况下，电动机会脱离进行无传感器控制时的稳定运行极限来进行运行，从而进一步升高了产生失步的危险性。

图9中，在d-q轴坐标中分别示出了以下情况：即，以往在电动机以最大转矩/电流控制进行运行时，该转速ω在低转速区域ωｌ（例如500rmp）时的目标电流相位线L1、实际电流相位线L2、L3、稳定运行界限电流相位线L4、实际电流相位区域A1、稳定运行电流相位区域A2。

目标电流相位线L1是在d-q轴坐标上绘制出的、以实线表示的电流矢量的轨迹，其表示在电动机运行中的设备中不存在误差时成为理想的电流相位的目标电流，此外，稳定运行界限电流相位线L4是在d-q轴坐标上绘制出的、以实线表示的电流矢量的轨迹，其表示数学式2的分母项成为零，一旦超过该界限则电动机1无法稳定运行的稳定界限电流相位。

此外，实际电流相位线L2、L3是考虑了以下因素后的规定的虚拟线：即，数学式2的轴位置误差推定式的Vdc、Vqc、Idc、Iqc是包含逆变器2的设备误差的参数；数学式1的d、q轴电流关系式的Φａ及数学式2的轴位置误差推定式的Lq、Ld、r是电动机1的设备常数，是包含电动机1的设备误差的参数，实际电流相位线L2、L3是将考虑了电动机及逆变器的参数误差后的实际电流相位绘制在d-q轴坐标上的、以虚线表示的电流矢量的轨迹。

实际电流相位区域A1是作为两根实际电流相位线L2、L3之间的包含电流相位误差的范围而规定的区域，稳定运行电流相位区域A2被规定为以下区域：即，能在无传感器控制中检测转子位置，且不会超出电动机可稳定运行的稳定运行界限的范围。

由图9可知，在进行最大转矩/电流控制时，在上述各参数误差特别大的情况下，实际电流相位区域A1的一部分超出稳定运行电流相位区域A2，电动机可能会在图9中的阴影区域中运行，在该情况下无法进行电动机的无传感器控制，从而产生失步。在电动机在低转速区域中运行，上述各参数误差特别大时，尤其容易产生上述无法进行无传感器控制的状态，但上述各现有技术中并未特别考虑到这一点，因此，仍然存在如何提高永磁体同步电动机的无传感器控制的稳定性的问题。

本发明是有鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种电动机控制装置，能提高永磁体同步电动机的无传感器控制的稳定性。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到以上目的，本发明的电动机控制装置利用无传感器控制来对永磁体同步电动机的转子位置进行检测，其特征在于，包括：电流检测单元，该电流检测单元经由逆变器对流过电动机线圈的电流进行检测；施加电压检测单元，该施加电压检测单元经由逆变器对施加在电动机线圈上的电压进行检测；转子位置检测单元，该转子位置检测单元基于由电流检测单元所检测到的电流和由施加电压检测单元所检测到的电压，来检测转子位置；转速检测单元，该转速检测单元基于由转子位置检测单元所检测到的转子位置来检测电动机的转速；以及相电压设定单元，该相电压设定单元利用基于由转子位置检测单元所检测到的转子位置的电流矢量控制来设定目标电流，并基于目标电流和由转速检测单元所检测到的转速来设定目标电压，相电压设定单元规定了实际电流相位区域，及稳定运行电流相位区域，其中，该实际电流相位区域包含基于具有电动机及逆变器的至少某一方的设备误差的参数的电流相位误差范围，该稳定运行电流相位区域可检测无传感器控制中的转子位置，相电压设定单元将利用基于转子位置检测单元所检测到的电流相位的电流矢量控制而设定的电流、和对应于转速检测单元所检测到的转速的规定的相位差进行相加，并将其相加结果设定为目标电流，以使得实际电流相位区域位于稳定运行电流相位区域内（权利要求1）。

更具体而言，相电压设定单元具备以由转速检测单元所检测到的转速作为参数的、能选定目标电流的数据表格。

此外，相电压设定单元所使用的数据表格由第1表格和第2表格所构成，所述第1表格适用于由转速检测单元所检测到的转速在规定的低转速区域以下时，所述第2表格适用于由转速检测单元所检测到的转速在规定的正常转速区域以上时（权利要求3）。

并且，当由转速检测单元所检测到的转速小于规定的低转速区域且小于规定的正常转速区域时，相电压设定单元通过基于第1表格及第2表格的各数据的插补处理来对目标电流进行运算并设定（权利要求4）。

具体而言，具有电动机及逆变器的至少某一方的设备误差的参数包括由电流检测单元所检测到的电流、由施加电压检测单元所检测到的电压、电动机的永磁体磁通、电感及线圈的绕组电阻中的至少某一个（权利要求5）。

此外，电流矢量控制是将电动机所产生的转矩相对于电流检测单元所检测到的电流成为最大的电流设定为目标电流的最大转矩/电流控制（权利要求6）。

发明的效果

根据权利要求1所记载的电动机控制装置，相电压设定单元规定了实际电流相位区域与稳定运行电流相位区域，将由电流矢量控制设定的电流、和对应于转速检测单元所检测到的转速的规定的相位差相加，并将其相加结果设定为目标电流，以使得实际电流相位区域位于稳定运行电流相位区域内，由此，能根据电动机的转速来设定目标电流，能可靠的避免伴随电动机转速变化而导致的无法进行无传感器控制的状态，能可靠地提高永磁体同步电动机进行无传感器控制的稳定性。

根据权利要求2所记载的发明，相电压设定单元包括以转速检测单元所检测到的转速作为参数的、能选定目标电流的数据表格，由此能以低处理负荷来检测电动机控制装置中的目标电流，因而是优选的。

根据权利要求3所记载的发明，由与电动机的转速相对应的第1表格和第2表格构成相电压设定单元中所使用的数据表格，由此，可根据电动机的转速分为两个区域来生成数据表格，其中一个区域为将由电流矢量控制所设定的电流与相位差相加所得的结果设定为目标电流的区域，另一个区域为将相位差作为零，直接将由电流矢量控制所设定的目标电流设定为最终的目标电流的区域，因而，仅在必要的区域对数据进行修正，由此能降低数据表格的生成成本，因而是优选的。

根据权利要求4所记载的发明，相电压设定单元利用基于第1表格及第2表格的各数据的插补处理来对目标电流进行运算并设定，由此，即使在电动机的转速位于两个数据表格之间的区域中时，也能高精度地对目标电流进行检测，因而是优选的。

根据权利要求5所记载的发明，具体而言，具有电动机及逆变器的至少某一方的设备误差的参数包括由电流检测单元所检测到的电流、由施加电压检测单元所检测到的电压、电动机的永磁体磁通、电感及线圈的绕组电阻中的至少某一个，这些参数是逆变器控制时的主要误差因素，因此若能预先考虑到该误差，则能提高电动机的控制稳定性。

根据权利要求6所记载的发明，电流矢量控制是将使电动机所产生的转矩相对于电流检测单元所检测到的电流成为最大的电流设定为目标电流的最大转矩/电流控制，因此，能避免伴随电动机转速的变化所导致的无法进行无传感器控制的状态，从而能提高电动机进行无传感器控制的稳定性，并能使电动机高效地进行运行。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置的结构图。

图2是示出由图1的控制器所进行的电动机的转子位置的无传感器控制的控制框图。

图3是对图2的电动机的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行正弦波通电（180°通电）时的相电流波形图。

图4是对图2的电动机的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行正弦波通电（180°通电）时的感应电压波形图。

图5是图2的电动机的转子旋转时的电动机矢量图。

图6是在d-q轴坐标上表示电动机在低转速区域ω1中运行时的目标电流相位线L1、实际电流相位线L2、L3、稳定运行界限电流相位线L4、实际电流相位区域A1、稳定运行电流相位区域A2的图。

图7是在d-q轴坐标上表示电动机在正常转速区域ωn中运行时的目标电流相位线L1、实际电流相位线L2、L3、稳定运行界限电流相位线L4、实际电流相位区域A1、稳定运行电流相位区域A2的图。

图8是表示本发明的实施方式2所涉及的目标电流相位的设定方法的流程图。

图9是在d-q轴坐标上表示以往电动机在低转速区域ω1中运行时的目标电流相位线L1、实际电流相位线L2、L3、稳定运行界限电流相位线L4、实际电流相位区域A1、稳定运行电流相位区域A2的图。

具体实施方式

图1是本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置的结构图。电动机控制装置由电动机1、逆变器2、直流电源4、以及内置有微机的控制器6构成。

图2是表示由控制器6所进行的电动机1的无传感器控制的控制框图。控制器6包括：PWM信号生成部8、转子位置检测部（转子位置检测单元）10、转速检测部（转速检测单元）12、目标电流相位设定部14、加法器16、电压峰值检测部18、电压相位检测部20、以及相电压设定部（相电压设定单元）22。

电动机1是三相无刷DC电动机，具有包含三相线圈（U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc）的未图示的定子、以及包含永磁体的未图示的转子，U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc如图1所示，以中性点N为中心，联接成星形或者三角形。

逆变器2是三相双极型驱动方式逆变器，且具备与电动机1的三相线圈相对应的三相开关元件，具体而言，具有由IGBT等构成的6个开关元件（上相开关元件Us、Vs、Ws与下相开关元件Xs、Ys、Zs）、以及分流电阻器R1、R2和R3。

上相开关元件Us、下相开关元件Xs、及分流电阻器R1串联连接，上相开关元件Vs、下相开关元件Ys、及分流电阻器R2串联连接，上相开关元件Ws、下相开关元件Zs、及分流电阻器R3串联连接，上述各串联连接线的两端与产生高压电压Vh的直流电源4的输出端子并联连接。

此外，上相开关元件Us的发射极侧与电动机1的U相线圈Uc相连，上相开关元件Vs的发射极侧与电动机1的V相线圈Vc相连，上相开关元件Ws的发射极侧与电动机1的V相线圈Wc相连。

另外，上相开关元件Us、Vs和Ws的栅极与PWM信号生成部8相连接，下相开关元件Xs、Ys和Zs的栅极与PWM信号生成部8相连接，直流电源4的二次侧输出端子与PWM信号生成部8相连接。而且，分流电阻器R1的下相开关元件Xs侧、分流电阻器R2的下相开关元件Ys侧、以及分流电阻器R3的下相开关元件Zs侧都分别与转子位置检测部10相连接。

逆变器2利用由分流电阻器R1、R2、R3分别检测出的电压，来检测流过电动机1的U相线圈Uc、V相线圈Vc、W相线圈Wc的电流（U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw）（电流检测单元），并将它们发送给转子位置检测部10。

PWM信号生成部8对直流电源4的高压电压Vh进行检测，基于高压电压Vh和由相电压设定部22所设定的相电压，来生成PWM信号，并发送给逆变器2，该PWM信号用于在逆变器2的上相开关元件Us、Vs以及Ws的栅极和下相开关元件Xs、Ys以及Zs的栅极中使各个开关元件导通/截止。

逆变器2的上相开关元件Us、Vs以及Ws和下相开关元件Xs、Ys以及Zs根据来自PWM信号生成部8的PWM信号来以规定模式进行导通/截止，并对电动机1的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行基于该导通/截止模式的正弦波通电（180度通电）。

此外，PWM信号生成部8与转子位置检测部10相连接，并利用由PWM信号生成部8所检测到的直流电源4的高压电压Vh，来检测施加在电动机1的U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc上的电压（U相施加电压Vu、V相施加电压Vv、W相施加电压Vw）（施加电压检测单元），并发送给转子位置检测部10。

转子位置检测部10利用由逆变器2发送的U相电流Iu、V相电流Iv及W相电流Iw和由PWM信号生成部8发送的U相施加电压Vu、V相施加电压Vv及W相施加电压Vw，来对感应电压峰值Ep（感应电压相位）、感应电压电角度θe（感应电压相位）、相电流峰值Ip（电流相位）、相电流电角度θi（电流相位）进行检测。

详细而言，若参照对图3的电动机1的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行正弦波通电（180°通电）时的相电流波形图，则呈正弦波形的U相电流Iu、V相电流Iv及W相电流Iw分别具有120°的相位差。

根据该相电流波形图，则对于U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw、相电流峰值Ip、和相电流电角度θi，下式成立。

·Ｉｕ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ）

·Ｉｖ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ－2／3π）

·Ｉｗ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（θｉ＋2／3π）

以上式成立为前提来在转子位置检测部10中检测相电流峰值Ip和相电流电角度θｉ，利用由逆变器2发送的U相电流Iu、V相电流Iv及W相电流Iw，并利用上式进行计算，从而求得相电流峰值Ip和相电流电角度θｉ。

另一方面，若参照对图4的电动机1的U相线圈Uc、V相线圈Vc及W相线圈Wc进行正弦波通电（180°通电）时的感应电压波形图，则呈正弦波形的U相感应电压Eu、V相感应电压Ev及W相感应电压Ew分别具有120°的相位差。

根据该感应电压波形图，则对于U相感应电压Eu、V相感应电压Ev、W相感应电压Ew、感应电压峰值Ep、和感应电压电角度θe，下式成立。

·Ｅｕ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ）

·Ｅｖ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ－2／3π）

·Ｅｗ＝Ｅｐ×ｃｏｓ（θｅ＋2／3π）

此外，对于U相施加电压Vu、V相施加电压Vv、W相施加电压Vw、以及U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw、以及U相线圈电阻Ru、V相线圈电阻Rv、W相线圈电阻Rw、以及U相感应电压Eu、V相感应电压Ev、W相感应电压Ew，则下式成立。

·Ｖｕ－Ｉｕ×Ｒｕ＝Ｅｕ

·Ｖｖ－Ｉｖ×Ｒｖ＝Ｅｖ

·Ｖｗ－Ｉｗ×Ｒｗ＝Ｅｗ

以上式成立为前提来在转子位置检测部10中检测感应电压峰值Ep和感应电压电角度θｅ，利用由逆变器2发送的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw，以及由PWM信号生成部8发送的U相施加电压Vu、V相施加电压Vv、W相施加电压Vw，并根据上式（后一公式）来求得U相感应电压Eu、V相感应电压Ev、W相感应电压Ew，然后利用所求得的U相感应电压Eu、V相感应电压Ev和W相感应电压Ew，并根据上式（前一公式）来求得感应电压峰值Ep和感应电压电角度θｅ。

转子位置检测部10利用此处检测到的相电流电角度θｉ和从预先准备的后述的数据表格中选定的电流相位β，并根据下式来检测转子位置θｍ，从而在转子位置检测部10中进行不利用物理传感器的无传感器控制。

·θｍ＝θｉ－β－90°

另外，如上所述，通过无传感器控制检测到的转子位置θｍ中存在根据上述数学式2的轴位置误差推定式所计算得到的轴位置的角度误差Δθ。

此处使用的数据表将“相电流峰值Ip”和“感应电压电角度θe-相电流电角度θi”作为参数来规定电流相位β，能够将“相电流峰值Ip”和“感应电压电角度θe-相电流电角度θi”作为参数来选定所期望的电流相位β。另外，“相电流峰值Ip”相当于由转子位置检测部10所检测到的相电流峰值Ip，而且，“感应电压电角度θe-相电流电角度θi”相当于将由转子位置检测部10所检测到的感应电压电角度θｅ与相电流电角度θｉ相减后的值。

图5是电动机1的转子旋转时的电动机矢量图，在d-q轴坐标中以矢量来表示电压V、电流I以及感应电压E（＝ωΨ）的关系。图中的Vd为电压V的d轴分量，Vq为电压V的q轴分量，Id为电流I的d轴分量（d轴电流），Iq为电流I的q轴分量（q轴电流），Ed为感应电压E的d轴分量，Eq为感应电压E的q轴分量，α为以q轴为基准的电压相位，β为以q轴为基准的电流相位，γ为以q轴为基准的感应电压相位。此外，图中的Ψａ为转子的永磁体的磁通，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，R为定子的绕组电阻，Ψ为转子的总磁链(flux linkage)。

根据该电动机矢量图，如果将转子的转速设为ω，则下式成立：

数学式3

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Vd}\\ \mathrm{Vq}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}R& -\mathrm{\ωLd}\\ \mathrm{\ωLd}& R\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\ω\Ψa}\end{array}\right)$

此外，如果从等式右边将与ω相关的值移到左边，则下式成立。

数学式4

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ed}/\mathrm{\ω}=(\mathrm{Vd}-\mathrm{Id}\×R)/\mathrm{\ω}\\ \mathrm{Eq}/\mathrm{\ω}=(\mathrm{Vq}-\mathrm{Iq}\×R)/\mathrm{\ω}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}0& -\mathrm{Lq}\\ \mathrm{Ld}& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\Ψa}\end{array}\right)$

对于转子位置检测部10中检测转子位置θm时使用的数据表格的生成，是以在上述电动机矢量图中上式成立为前提来进行的，在使上述电动机矢量图中所示的电流相位β和电流I分别在规定范围内呈阶梯形地增加的同时，保存“感应电压相位γ-电流相位β”成为规定值时的电流相位β，来生成将相当于“电流I”的“相电流峰值Ip”和相当于“感应电压相位γ-电流相位β”的“感应电压电角度θe-相电流电角度θi”作为参数的电流相位β的数据表格。然后，将转子位置检测部10利用该生成的数据表格所检测到的转子位置θｍ发送给转速检测部12，同样地，将转子位置检测部10所检测到的相电流峰值Ip发送给目标电流相位设定部14。

转速检测部12利用由转子位置检测部10所检测到的转子位置θｍ，并将转子位置θｍ与运算周期为一个周期以前的转子位置θｍ－1相减，从而求得转子位置变化量Δθｍ，并将对该转子位置变化量Δθｍ进行时间微分后的值施加到规定的滤波器，来检测电动机1的转速ω，并将其发送给加法器16与目标电流相位设定部14。然后，通过加法器16将由转速检测部12所求得的转速ω反馈至对控制器6所指示的电动机1的目标转速ωｔ，通过P控制、PI控制等处理来计算转速差Δω，并将其发送给电压峰值检测部18。

电压峰值检测部18利用所求得的转速差Δω，并通过P控制、PI控制等处理，来对施加在电动机1上的电压的施加电压峰值Vp进行检测，并发送给相电压设定部22。

目标电流相位设定部14根据上述数学式1所示的d、q轴电流的关系式，利用上述最大转矩/电流控制来设定目标电流，以使得电动机1所产生的转矩相对于相电流成为最大。具体而言，利用由转子位置检测部10所检测到的相电流峰值Ip、转速检测部12所检测到的转速ω、及预先准备的后述的数据表格，来设定目标d轴电流Idt，并将其发送给电压相位检测部20。

此处所利用的数据表格是以“相电流峰值Ip”作为参数并以目标d轴电流Idt作为目标电流所规定的表格，能以“相电流峰值Ip”作为参数来选定所期望的目标轴电流Idt。

另外，“相电流峰值Ip”相当于由转子位置检测部10所检测到的相电流峰值Ip。

生成目标电流相位设定部14中设定目标d轴电流Idt时使用的数据表格的前提在于，在上述电动机矢量图中上式成立，并且原则上在最大转矩/电流控制下上述数学式1成立，在使上述电动机矢量图中所示的电流相位β和电流I分别在规定范围内呈阶梯形地增加的同时，保存由电流相位β和电流I所构成的电流矢量的轨迹，来生成将相当于“电流I”的“相电流峰值Ip”、和“转速ω”作为参数的目标d轴电流Idt的数据表格。

具体而言，目标d轴电流Idt是利用将相电流峰值Ip、转速ω、系数ａ作为参数的下式计算的，将以该结果作为数据的数据表格预先存储在目标电流相位设定部14中。

·Ｉｄｔ＝ａ×ｆ（Ｉｐ、ω）

然后，对于利用该生成的数据表格而在目标电流相位设定部14中设定的目标d轴电流Idt，将其作为相对于由转子位置检测部10所检测到的实际的d轴电流的目标值，来发送给电压相位检测部20，以进行d轴电流的反馈控制。

电压相位检测部20利用由目标电流相位设定部14设定的目标d轴电流Idt，来对施加在电动机1上的电压的施加电压相位θｖ（目标电压相位）进行检测，并将其发送给相电压设定部22。

相电压设定部22利用由电压峰值检测部18所检测到的施加电压峰值Vp、以及由电压相位检测部20所检测到的施加电压相位θｖ，来对电动机1的U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc设定接下来要施加的施加设定电压（U相施加设定电压Vut、V相施加设定电压Vvt、和W相施加设定电压Vwt），并将其发送给PWM信号生成部8。

PWM信号生成部8基于PWM信号的导通/截止模式，并经由逆变器2来对电动机1的U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc进行正弦波通电（180度通电），以施加由相电压设定部22设定的电压，由此使得电动机1以所期望的转速来运行。

以下，参照图6～图8。对预先在目标电流相位设定部14中准备的数据表格的生成方法进行进一步的详细说明。

图6、图7中，在d-q轴坐标上分别表示了目标电流相位线L1、实际电流相位线L2、L3、稳定运行界限电流相位线L4、实际电流相位区域A1、稳定运行电流相位区域A2。

目标电流相位线L1是将基于由上式得到的目标d轴电流Idt的目标电流相位绘制在d-q轴坐标上的、以实线表示的电流矢量的轨迹，稳定运行界限电流相位线L4可以推定无传感器控制中的转子位置，是将成为可使电动机1稳定运行的界限值的稳定界限电流相位绘制在d-q轴坐标上的、以实线表示的电流矢量的轨迹。

此外，实际电流相位线L2、L3是考虑了以下因素后规定的虚拟线：即，上述数学式2中所示的轴位置误差推定式中的Vdc、Vqc、Idc、Iqc是包含逆变器2的设备误差的参数；上述数学式1所示的d、q轴电流关系式的Φａ及上述轴位置误差推定式的Lq、Ld、r是电动机1的设备常数，是包含电动机1的设备误差的参数，实际电流相位线L2、L3是将考虑了电动机1及逆变器2的参数误差后的实际电流相位值绘制在d-q轴坐标上的、以虚线表示的电流矢量的轨迹。

实际电流相位区域A1是作为两根实际电流相位线L2、L3之间的包含电流相位误差的范围而规定的区域，稳定运行电流相位区域A2被规定为以下区域：即，能在无传感器控制中检测转子位置，且是作为不超出电动机可稳定运行的稳定运行界限的范围的、在稳定运行界限电流相位线L4右侧的区域。

图6表示电动机1在转速ω例如为500rpm的低转速区域ω1中运行时的情况。在该情况下，如利用图9已说明的那样，电动机1及逆变器2的设备误差对于轴位置推定误差Δθ，即转子位置变化量Δθ的影响相对变大，d-q轴坐标上的电流相位误差范围变大，并且实际电流相位区域A1也变大。因此，在目标d轴电流Idt的数据表格的转速ω满足ω≤ω1的关系式的区域中，对进行通常的最大转矩/电流控制时的目标d轴电流Idt的数据表格的数据加上相位差，以使得在随着q轴电流变大的同时d轴电流变小，并保存所得到的数据，从而目标电流相位线L1也如图6中所示的箭头方向发生变形。

另一方面，图7表示电动机1在转速ω例如为2500rpm的正常转速区域ωn中运行时的情况。在该情况下，与图6的情况相比，转速ω较大，电动机及逆变器的设备误差对于转子位置变化量Δθ的影响相对较小，因此d-q轴坐标上的电流相位误差范围与图6的情况相比较狭窄，并且实际电流相位区域A1也会变狭窄。因此，即使直接使用进行通常的最大转矩/电流控制时的目标d轴电流Idt的数据表格的数据，实际电流相位区域A1也不会脱离稳定运行电流相位区域A2，因此，在目标d轴电流Idt的数据表格的转速ω满足ωn≤ω的关系式的区域中，设增加的相位差为零，直接保存进行通常的最大转矩/电流控制时的数据。

并且，在目标d电流Idt的数据表格的转速ω满足ω1<ω<ωn的关系式的区域中，预先设定有能选定基于最大转矩/电流控制的最合适的目标d轴电流Idt的数据，进而预先设定有能选定最合适的目标电流相位的数据。

如上所述，本实施方式中，在目标电流相位设定部14中，可以设定与电动机1的转速相对应的目标d轴电流Idt，即目标电流相位，因此能避免伴随电动机1的转速变化而产生的无法进行无传感器控制的状态，从而能提高电动机1的进行无传感器控制的稳定性。

具体而言，在目标电流相位设定部14中，规定了实际电流相位区域A1与稳定运行电流相位区域A2，并设定目标电流相位以使得实际电流相位区域A1处在稳定运行电流相位区域A2内，因此，即使在电动机在低转速区域中运行，且预测出电动机的设备常数存在偏差、电动机无法在目标电流相位下在稳定运行电流相位区域A2内运行时，也能可靠地避免因电动机1的转速变化而导致的无法进行无传感器控制的状态，从而能可靠地提高电动机1的进行无传感器控制的稳定性。

此外，目标电流相位设定部14包括以由转子位置检测部10所检测到的电流相位即“相电流峰值Ip”与由转速检测部12所检测到的“转速ω”作为参数的、能选定目标电流相位的数据表格，由此，可适用于以低处理负荷来检测电动机控制装置中的目标电流相位。

并且，作为原则进行最大转矩/电流控制的电流矢量控制，从而能避免伴随电动机1的转速变化而导致的无法进行无传感器控制的状态，从而能提高电动机1的进行无传感器控制的稳定性，并能使电动机1高效地运行。

接着，参照图8的流程图对本发明的第2实施方式所涉及的目标d轴电流Idt的设定方法进行说明。另外，电动机控制装置的基本结构、电动机1的基本控制方法等与实施方式1的情况相同，因此省略说明。

如图8所示，首先，若开始进行目标d轴电流Idt的设定，则在步骤S1中判定转速ω是否在低转速区域ω1（例如500rpm）以下，当判定结果为“是”（Yes）即转速ω在低转速区域ω1以下时，移至步骤S2，当判定结果为“否”（No）即在转速ω大于低转速区域ω1时，移至步骤S3。

步骤S2中，应用第1表格来选定目标d轴电流Idt，从而完成目标d轴电流Idt的设定，进而完成目标电流相位的设定，上述第1表格中存放有与形成如图6所示的目标电流相位线L1的目标电流相位的电流矢量轨迹相对应的目标d轴电流Idt的数据。

步骤S3中，判定转速ω是否在正常转速区域ωｎ（例如2500rpm）以上，当判定结果为“是”（Yes）即转速ω在正常转速区域ωｎ以上的情况下，移至步骤S4，当判定结果为“否”（No）即在转速ω小于正常转速区域ωｎ的情况下，移至步骤S5。

步骤S4中，应用第2表格来选定目标d轴电流Idt，从而完成目标d轴电流Idt的设定，进而完成目标电流相位的设定，上述第2表格中存放有与形成如图7所示的目标电流相位线L1的目标电流相位的电流矢量轨迹相对应的目标d轴电流Idt的数据。

步骤S5中，通过对存放于第1表格及第2表格中的数据之间进行插补处理，来对目标d轴电流Idt进行运算。

具体而言，基于下述所示的一般的插补处理式进行运算，将该运算结果设定为目标d轴电流Idt，从而完成目标d轴电流Idt的设定，进而完成目标电流相位的设定。

·Ｉｄｔ＝[第1表格的数据]×（ωｎ－ω）／（ωｎ－ωl）＋[第2表格的数据]×（ω－ωｌ）／（ωｎ－ωｌ）

如上所述，本实施方式中，由与电动机1的转速相对应的第1表格和第2表格构成数据表格，由此，与电动机1的转速相对应，可分为两个区域来生成数据表格，其中一个区域为将利用最大转矩/电流控制而设定的电流相位与相位差相加的结果设定为目标电流相位的区域，另一个区域为将相位差作为零，直接将利用最大转矩/电流控制所设定的电流相位设定为目标电流相位的区域，仅在必要的区域中对数据进行修正，由此能降低数据表格的生成成本，因而是优选的。

此外，利用基于第1表格及第2表格的各数据的插补处理来对目标d轴电流Idt、进而目标电流相位进行运算并设定，由此，即使在电动机1的转速位于两个数据表格之间的区域中时，也能高精度地对目标电流相位进行检测,因而是优选的。

以上完成了本发明的实施方式的说明，但本发明并不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的中心思想的范围能进行各种变更。

例如，上述实施方式中，是在考虑了以下因素的情况下规定了实际电流相位线L2、L3：即，上述数学式2的轴位置误差推定式的Vdc、Vqc、Idc、Iqc是包含逆变器2的设备误差的参数；上述数学式1的d、q轴电流关系式的Φａ、以及上述轴位置误差推定式的Lq、Ld、r是电动机1的设备常数，是包含电动机1的设备误差的参数，但并不限于此，即使根据这些参数中的至少某一个来规定实际电流相位线L2、L3，并生成目标电流相位设定部14中所使用的数据表格，也能获得上述相同的作用、效果。

标号说明

1  永磁体同步电动机

2  逆变器

10 转子位置检测部（转子位置检测单元）

12 转速检测部（转速检测单元）

22 相电压设定部（相电压设定单元）

Claims (6)

1.一种电动机控制装置，利用无传感器控制来对永磁体同步电动机的转子位置进行检测，其特征在于，包括：

电流检测单元，该电流检测单元经由逆变器对流过所述电动机线圈的电流进行检测；

施加电压检测单元，该施加电压检测单元经由所述逆变器对施加在所述电动机的所述线圈上的电压进行检测；

转子位置检测单元，该转子位置检测单元基于由所述电流检测单元所检测到的所述电流以及由所述施加电压检测单元所检测到的所述电压，来检测所述转子位置；

转速检测单元，该转速检测单元基于由所述转子位置检测单元所检测到的所述转子位置，来检测所述电动机的转速；以及

相电压设定单元，该相电压设定单元利用基于由所述转子位置检测单元所检测到的所述转子位置的电流矢量控制来设定目标电流，并基于所述目标电流和由所述转速检测单元所检测到的所述转速来设定目标电压，

所述相电压设定单元规定了实际电流相位区域、及稳定运行电流相位区域，其中，该实际电流相位区域包含基于具有所述电动机及所述逆变器的至少某一方的设备误差的参数的电流相位误差范围，该稳定运行电流相位区域能检测所述无传感器控制中的所述转子位置，所述相电压设定单元将利用所述电流矢量控制而设定的电流、和对应于所述转速检测单元所检测到的所述转速的规定的相位差进行相加，并将其相加结果设定为所述目标电流，以使得所述实际电流相位区域位于所述稳定运行电流相位区域内。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述相电压设定单元包括以由所述转速检测单元所检测到的所述转速作为参数的、能选定所述目标电流的数据表格。

3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述相电压设定单元所使用的所述数据表格由第1表格和第2表格所构成，所述第1表格适用于由所述转速检测单元所检测到的所述转速在规定的低转速区域以下时，所述第2表格适用于由所述转速检测单元所检测到的所述转速在规定的正常转速区域以上时。

4.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，

当由所述转速检测单元所检测到的所述转速小于所述规定的低转速区域且小于所述规定的正常转速区域时，所述相电压设定单元通过基于所述第1表格及所述第2表格的各数据的插补处理来对所述目标电流相位进行运算并设定。

5.如权利要求1至4的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

具有所述电动机及所述逆变器的至少某一方的所述设备误差的所述参数包括由所述电流检测单元所检测到的所述电流、由所述施加电压检测单元所检测到的所述电压、所述电动机的永磁体磁通、电感及所述线圈的绕组电阻中的至少某一个。

6.如权利要求1至5的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述电流矢量控制是将使所述电动机所产生的转矩相对于由所述电流检测单元所检测到的所述电流成为最大的电流设定为所述目标电流的最大转矩/电流控制。

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