CN103378775A - 电动机控制装置及电动机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声成为正常音。电动机控制装置具有：电流检测单元；位置推定单元；控制单元；频率运算单元，其运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率；以及电压施加单元，所述控制单元具有：驱动电压指令运算部，其运算用于驱动电动机的驱动电压指令；高频电压发生器，其产生并输出具有所述运算而得出的频率的高频电压指令；以及加法器，其将所述驱动电压指令和所述高频电压指令相加，将加法运算结果作为电压指令输出至所述电压施加单元，所述频率运算单元以使高频电压指令频率与PWM载波频率满足成为正常音的关系的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

Description

电动机控制装置及电动机控制系统

技术领域

本发明涉及电动机控制装置及电动机控制系统。

背景技术

在高速、高精度地对电动机进行控制的情况下，由于需要与转子的磁极位置配合地产生旋转磁通，因此需要安装位置检测用的传感器。在安装位置传感器的情况下，会附带高成本、对振动或热的脆弱性、电动机尺寸大型化或配线增加、配线长度受限等多种问题。

针对该问题，作为在不使用位置传感器的条件下检测磁极位置的方法，已广泛知道使用由永久磁铁的磁通产生的旋转时的感应电压推定转子的磁极位置的方法。

另外，提出有一种在不产生感应电压的停止时及低速时，对具有凸极性的电动机施加位置推定用的高频电压指令，根据检测出的电流推定转子的磁极位置的方法（以下将该方法称为高频叠加方式）。

在专利文献1中记载有，在具有电气凸极性的电动机的驱动系统中，对电动机的各相电流进行检测后，与d_c－q_c轴相位角一起进行坐标变换，对与施加在电动机上的交变电压矢量相对的电流的平行分量及正交分量进行分离，根据分离出的平行分量及正交分量求出d－q轴间的相位角，通过将该相位角与d_c－q_c轴相位角相加，计算出磁极位置。由此，根据专利文献1，无需使用磁极位置检测用的各种传感器，就可以从停止状态至驱动状态对磁极位置进行检测。

此外，在高频叠加方式中，需要施加相对于电动机的运转频率，频率足够高的高频电压，以不影响电动机的动作。由于PWM的载波频率通常是几kHz至十几kHz，因此高频电压的频率是几百kHz左右的可听频域。因此，由于施加高频电压，容易从电动机产生电磁声。

在专利文献2中记载有，在电动机控制装置中，对将用于推定转子磁极位置的高频电压指令和dq轴电压指令相加而得到的dq轴电压波形信号进行坐标变换，生成电压指令，并且，在根据对电流测量值进行坐标变换得到的dq轴实际电流和上述高频电压指令对转子的速度及相位进行推定时，使高频电压指令的频率随时间变化。由此，根据专利文献2，通过对高频频谱进行分解，使得不会突出地出现特定的高频分量，因此可以减小来自电动机的电磁噪声。

在专利文献3中记载有，在无位置传感器电动机控制装置中，在表示定子绕组的目标电流的目标电流矢量的γ轴方向分量上叠加转子角度推定用电流信号时，使转子角度推定用电流信号的周期随机变化。由此，根据专利文献3，由于伴随转子角度推定用电流信号的叠加而产生的噪声并不集中于特定的频率分量而是含有各种分量，因此可以减小由叠加波产生的噪声。

在专利文献4中记载有，在旋转电机的控制装置中，通过在用于驱动旋转电机的驱动电压指令中加入位置推定用电压指令和具有与该位置推定用电压指令不同的频率分量的噪声减小用电压指令，得到电压指令。由此，根据专利文献4，从旋转电机产生的噪声包含与位置推定用电压指令的频率不同的频率分量，与噪声的频率分量单一的情况相比，可以减轻人所感觉到的不适感。

专利文献1：日本专利第3312472号公报

专利文献2：日本特开2004－343833号公报

专利文献3：日本特开2002－191188号公报

专利文献4：国际公开第2010/109522号公报

发明内容

专利文献2至4记载的技术均是关于降低电磁声的内容，在专利文献2至4中完全没有记载如何使电磁声正常化。

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种电动机控制装置及电动机控制系统，其可以使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声正常化。

为了解决上述课题、实现目的，本发明的1个技术方案涉及的电动机控制装置，其对具有凸极性的电动机进行驱动控制，该电动机控制装置的特征在于，具有：电流检测单元，其检测流过所述电动机的电动机电流；位置推定单元，其根据所述检测出的电动机电流，推定所述电动机中的转子位置；控制单元，其根据所述检测出的电动机电流和所述推定出的转子位置，生成电压指令；频率运算单元，其运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率；以及电压施加单元，其根据所述生成的电压指令和具有所述运算出的频率的PWM载波，向所述电动机施加驱动控制用电压，所述控制单元具有：驱动电压指令运算部，其运算用于驱动所述电动机的驱动电压指令；高频电压发生器，其生成并输出具有所述运算出的频率的高频电压指令；以及加法器，其将所述驱动电压指令和所述高频电压指令相加，将加法运算结果作为电压指令输出至所述电压施加单元，所述频率运算单元以使高频电压指令频率与PWM载波频率满足成为正常音的关系的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

发明的效果

根据本发明，可以使由于施加高频电压指令而从电动机产生的电磁声、和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机产生的电磁声，利用彼此的关系而正常化。即，在电动机控制装置中，可以使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声正常化。

附图说明

图1是表示实施方式1涉及的电动机控制装置的结构的图。

图2是表示实施方式1中的PWM逆变器的结构的图。

图3是表示实施方式1中的高频电压发生器的结构的图。

图4是表示实施方式1中的基准频率运算器的结构的图。

图5是表示实施方式1中的基准频率运算器的动作的图。

图6是表示实施方式1中的基准频率运算器的动作的图。

图7是表示实施方式1中的基准频率运算器的动作的图。

图8是表示实施方式2涉及的电动机控制装置的结构的图。

图9是表示使用实施方式1、2涉及的电动机控制装置而构成的电动机控制系统的结构的图。

具体实施方式

下面，根据附图，对本发明涉及的电动机控制装置的实施方式详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

使用图1，对实施方式1涉及的电动机控制装置1进行说明。图1是表示电动机控制装置1的结构的图。

电动机控制装置1从外部（例如，上级的控制器等）接收d轴电流指令id^*及q轴电流指令iq^*。电动机控制装置1使用d轴电流指令id^*及q轴电流指令iq^*，对具有凸极性的电动机M进行控制。

电动机M例如是埋入磁铁型的同步电动机，具有在转子内部埋入永久磁铁的埋入磁铁构造。d轴表示转子的磁极所形成的磁通的方向（永久磁铁的中心轴），也称为磁通轴。q轴表示与d轴电正交、磁正交的轴（永久磁铁之间的轴），也称为扭矩轴。虽未图示，但由d轴电流id引起的交链磁通由于在中途存在导磁率较低的磁铁而受到限制，与此相对，由q轴电流iq引起的交链磁通由于从导磁率比磁铁高的材料（例如，硅钢）中穿过，因此增大。电动机M在其稳定运转时，d轴的磁阻比q轴的磁阻大，d轴的电感Ld比q轴的电感Lq小。即，q轴的电感Lq与d轴的电感Ld之比、即凸极比Lq/Ld成为大于1的值。即，电动机M具有凸极性。

电动机控制装置1利用稳定运转时的电动机M的凸极比是大于1的值、即凸极性，推定转子的磁极位置，使用推定出的磁极位置对电动机M的驱动进行控制。

具体地说，电动机控制装置1具有电压施加单元15、电流检测单元2、位置推定单元14、控制单元4及频率运算单元16。

电压施加单元15向电动机M施加驱动控制用的电压。电压施加单元15具有PWM逆变器5。例如，如图2所示，PWM逆变器5具有平滑部25、PWM调制部23及功率变换部24。平滑部25将直流电力平滑化后，向功率变换部24供给。PWM调制部23具有载波信号发生器27及比较器28u、28v、28w。载波信号发生器27产生PWM载波Sc，并分别向比较器28u、28v、28w供给，该PWM载波Sc具有符合从控制单元4的PWM频率发生器7接收到的PWM频率指令fc的频率。比较器28u、28v、28w对从控制单元4的加法器40u、40v、40w接收到的驱动控制用的电压指令Vup^*、Vvp^*、Vwp^*和从载波信号发生器27接收到的PWM载波Sc进行比较，将与比较结果相对应的各控制信号Sup至Swn向对应的开关元件UP至WN的控制端子供给。即，电压施加单元15通过按照驱动控制用的电压指令Vup^*、Vvp^*、Vwp^*及PWM频率指令fc，对多个开关元件UP至WN进行开关，从而将从未图示的直流电源供给且由平滑部25平滑化后的直流电力变换为交流电力，并向电动机M供给。换言之，电压施加单元15向电动机M施加驱动控制用的电压。

图1所示的电流检测单元2检测流过电动机M的电动机电流。电流检测单元2例如具有多个电流检测器2u、2v、2w，多个电流检测器2u、2v、2w检测将电动机M和PWM逆变器5连结的3相上的电动机电流iu、iv、iw。各电流检测器2u、2v、2w例如是变流器（Currenttransformer）等。此外，也可以仅对任意的2相进行检测，其余相的电流利用电动机电流3相平衡这一点而通过运算求出。

位置推定单元14根据由电流检测单元2检测出的电动机电流iu、iv、iw，推定电动机M中的转子位置θ。

在这里，电动机M具有电感对应于转子位置而变化的所谓的凸极性。因此，如果基于从控制单元4内的高频电压发生器8输出的3相交流的高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh与驱动控制用的电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*叠加得到的电压指令Vup^*、Vvp^*、Vwp^*，从PWM逆变器5向电动机M施加电压，则由电流检测单元2检测的电动机电流iu、iv、iw中包含与高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同频率分量的高频电流iuh、ivh、iwh。这些高频电流iuh、ivh、iwh的振幅对应于电动机M的转子位置而变化。

位置推定单元14利用该凸极性，推定电动机M中的转子位置θ。具体地说，电流检测单元2具有滤波器9及位置推定器3。在位置推定单元14中，首先从由电流检测单元2检测出的电动机电流iu、iv、iw中，利用滤波器9提取与高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同频率分量的高频电流iuh、ivh、iwh，然后基于该提取的高频电流iuh、ivh、iwh的振幅，输出由位置推定器3推定出的电动机M的推定转子位置θL。

在滤波器9中，高频电流iuh、ivh、iwh的提取例如使用带通滤波器或陷波滤波器等进行。另外，在滤波器9中，所提取的高频电流iuh、ivh、iwh的振幅Iuh、Ivh、Iwh可以进行傅立叶变换等求出。另外，滤波器9向控制单元4供给从检测出的电动机电流iu、iv、iw中去除高频电流iuh、ivh、iwh而得到的电流iuf、ivf、iwf。

位置推定器3根据高频电流的振幅Iuh、Ivh、Iwh运算电动机M的推定转子位置θL。对于推定方法来说，也可以使用如专利文献4所述的方法进行，但并不限定于该方法，只要基于高频电流的振幅Iuh、Ivh、Iwh运算出推定转子位置θL，也可以使用除此之外的任意方法。

控制单元4根据由电流检测单元2检测出的电动机电流和由位置推定单元14推定出的转子位置，生成电压指令Vup^*、Vvp^*、Vwp^*。具体地说，控制单元4具有驱动电压指令运算部6、PWM频率发生器7、高频电压发生器8及加法器40u、40v、40w。

在控制单元4中，分别由加法器40u、40v、40w将从驱动电压指令运算部6输出的驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*和高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh相加后，作为电压指令Vup^*、Vvp^*、Vwp^*向PWM逆变器5输出。另外，通过PWM频率发生器7，将PWM频率指令fc输出至PWM逆变器5。

驱动电压指令运算部6具有电流控制器11、第1坐标变换器10及第2坐标变换器12。

第1坐标变换器10从滤波器9接收从检测出的电动机电流iu、iv、iw中去除高频电流iuh、ivh、iwh而得到的电流iuf、ivf、iwf，从位置推定器3接收推定转子位置θL。第1坐标变换器10使用推定转子位置θL，将固定坐标系（UVW坐标系）的电流矢量（iuf、ivf、iwf）变换为旋转坐标系（d－q坐标系）的电流矢量（id、iq）后，向电流控制器11供给。

电流控制器11从外部（例如，上级的控制器）接收d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*，从第1坐标变换器10接收d轴电流id、q轴电流iq。电流控制器11以使d轴电流指令id^*、q轴电流指令iq^*与d轴电流id、q轴电流iq的偏差Δid、Δiq成为零的方式，进行比例积分控制（PI控制），运算d轴电压指令Vd^*、q轴电压指令Vq^*。电流控制器11将d轴电压指令Vd^*、q轴电压指令Vq^*向第2坐标变换器12供给。

第2坐标变换器12从电流控制器11接收d轴电压指令Vd^*、q轴电压指令Vq^*。第2坐标变换器12将旋转坐标系（d－q坐标系）的电压指令矢量（Vd^*，Vq^*）变换为固定坐标系（UVW坐标系）的驱动电压指令矢量（Vu^*，Vv^*，Vw^*）。第2坐标变换器12将变换得到的各驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*向对应的加法器40u、40v、40w供给。

PWM频率发生器7接收由基准频率运算器13运算出的PWM载波频率。PWM频率发生器7根据由基准频率运算器13运算出的频率，生成PWM频率指令fc，该PWM频率指令fc用于向PWM逆变器5指示应生成的PWM载波的频率。PWM频率发生器7将所生成的PWM频率指令fc向PWM逆变器5供给。

高频电压发生器8接收由基准频率运算器13运算出的高频电压指令的频率。高频电压发生器8为了推定电动机M的转子位置，产生具有与驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*不同的频率的高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh。即，高频电压发生器8基于由基准频率运算器13运算出的频率，将高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh的频率确定为与驱动电压指令运算部6输出的驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*不同的频率，以使在滤波器5中能够分离出高频电流iuh、ivh、iwh。各高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh原则上只要是与驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*不同的频率，可以是任意值，但在该实施方式1中是3相交流电压指令。

图1所示的加法器40u、40v、40w从第2坐标变换器12接收驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*，从高频电压发生器8接收高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh，并将驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*与高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh相加。加法器40u、40v、40w将加法运算结果作为电压指令Vup^*、Vvp^*、Vwp^*向PWM逆变器5供给。

基准频率运算器13运算应向高频电压发生器8供给的高频电压指令的频率和应向PWM频率发生器7供给的PWM载波的频率。这时，基准频率运算器13以使高频电压指令的频率与PWM载波的频率满足成为正常音的关系的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。具体地说，如图4所示，基准频率运算器13具有数据表91、频率运算部92及根音确定部93。

在数据表91中，针对多个根音的频率，将根音的频率和在根音的频率上乘以图5所示的12平均律的频率比例及其反比的值相关联。并且，在基准频率运算器13中，在作为内部数据或外部参数数据赋予了成为根音的频率时，根音确定部93识别该内部数据或外部参数数据，确定成为根音的频率。根音确定部93将确定出的根音的频率向频率运算部92供给。频率运算部92参照数据表91，确定与根音的频率相对应的值。频率运算部92对应于确定出的值，运算高频电压指令的频率fh和PWM载波的频率fc。

更具体地说，基准频率运算器13按照作为成为正常音的关系满足下述关系的方式，确定成为根音的频率及其他音的频率。

例如，在将高频电压指令的频率设为根音的频率的情况下，使PWM载波的频率相对于根音的频率成为以图5所示的12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍。由此，可以使得由于施加高频电压指令而从电动机M产生的电磁声、和由于与PWM载波的频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声不会成为不协和音。在将根音的频率和PWM载波的频率固定的情况下，通过将PWM载波的频率相对于根音的频率设为3/2的整数倍，可以成为不协和度为适当级别的关系（例如，不协和度非常小的关系）。

或者，例如，将成为根音的高频电压指令的频率设为图6所示的频率（将440Hz作为la音，由12平均律构成的频率）的整数倍。由此，由于施加高频电压指令而从电动机M产生的电磁声、和对应于与PWM载波的频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而产生的电磁声，可以成为通常非常熟悉的do re mi fa…这种音乐音阶，而不刺耳。

或者，例如，将高频电压指令的频率设定为，PWM载波的频率不会成为人容易感到不适的2kHz至4kHz的频率。由此，可以使所产生的电磁声不刺耳。

或者，例如，反之，在将PWM载波的频率设为根音的频率的情况下，将高频电压指令的频率设为成为相对于根音频率以图5所示的12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的反比的频率，将PWM载波的频率设为图6所示的频率的整数倍。由此，可以使由于施加高频电压指令而从电动机M产生的电磁声成为音乐音阶。这时，通过使高频电压指令的频率成为任意时间、所述限制内的任意频率，使由于施加高频电压指令产生的电磁声成为乐曲而正常化。例如，所述限制是使PWM载波的频率相对于根音的频率成为以图5所示的12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍。或者，例如，所述限制是将成为根音的高频电压指令的频率设为图6所示的频率（将440Hz设为la音而由12平均律构成的频率）的整数倍。或者，例如，所述限制是将高频电压指令的频率设定为使得PWM载波的频率不会成为人容易感到不适的2kHz至4kHz的频率。或者，例如，所述限制是将所述高频电压指令的频率设为成为相对于根音频率以图5所示的12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的反比的频率，而将PWM载波的频率设为图6所示的频率的整数倍。

或者，例如，通过如下所述地施加多个高频电压指令，可以使由于施加多个高频电压指令而产生的电磁声成为和音而正常化。

在将高频电压指令的频率设为成为相对于PWM载波的频率以图5所示的12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的反比的频率这一限制内，如图7所示，使以大调音阶相隔2个音的连续的多个不同频率分别成为高频电压指令的频率及PWM载波的频率。由此，可以使由于施加多个高频电压指令而从电动机M产生的电磁声、和由于与PWM载波的频率对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声成为和音，而可以使声音正常化。这时，构成和音的高频电压指令的频率或PWM载波的频率也可以使其中的任一个或多个移动多个八度音阶。

在这种情况下，图1所示的高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh是将位置推定用的高频电压指令Vuc、Vvc、Vwc和其他高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk（k＝1、2、3、…、n）相加而得到的值。

这时，例如，如图3所示，高频电压发生器8具有第1电压发生器81、第2电压发生器82、滤波器84及加法器83u、83v、83w。第1电压发生器81根据由基准频率运算器13运算出的频率，产生用于推定电动机M中的转子位置的位置推定用的高频电压指令Vuc、Vvc、Vwc，向加法器83u、83v、83w供给。第2电压发生器82根据由基准频率运算器13运算出的频率，产生不用于电动机M中的转子位置的推定的声音信息输出用高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk，并向滤波器84供给。滤波器84将声音信息输出用的高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk中所包含的噪声分量去除后，向加法器83u、83v、83w供给。加法器83u、83v、83w将位置推定用的高频电压指令Vuc、Vvc、Vwc和声音信息输出用的高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk相加，将加法运算结果作为高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh向加法器40u、40v、40w供给。

此外，在声音信息输出用的高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk中不可能包含与位置推定用的高频电压指令Vuc、Vvc、Vwc相同频率分量或与其接近的频率分量的情况下，可以省略滤波器84。另外，在施加多个高频电压的情况下，由电流检测单元2检测出的电动机电流iu、iv、iw，除了位置推定用的高频电压指令Vuc、Vvc、Vwc的频率分量的高频电流iuc、ivc、iwc之外，还包含与位置推定无关的声音信息输出用的高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk（k＝1、2、3、…、n）的频率分量的高频电流iumk、ivmk、iwmk（k＝1、2、3、…、n）。

在施加多个高频电压指令的情况下，对于滤波器9，使用带通滤波器等，将去除与高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同频率分量的高频电流iuh、ivh、iwh而得到的电流iuf、ivf、iwf输出至第2坐标变换器12，并且，提取与高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同频率分量的高频电流iuh、ivh、iwh，并使用陷波滤波器等，提取位置推定用的高频电压指令Vuc、Vvc、Vwc的频率分量的高频电流iuc、ivc、iwc，并输出至位置推定器3。

这时，由于利用滤波器9对不用于位置推定的高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk（k＝1、2、3、…、n）的频率分量的高频电流iumk、ivmk、iwmk（k＝1、2、3、…、n）进行滤波，因此，可以将高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk（k＝1、2、3、…、n）设为任意大小。

另外，在运转中对位置推定用的高频电压指令的频率进行切换的情况下，也可以取代滤波器9准备频域不同的2个滤波器，将2个滤波器分别用于切换前频率分量的提取和切换后频率分量的提取，在切换后频率用的滤波完成之前，将切换前的高频电压频率分量的高频电流用于位置推定，从滤波完成的时刻开始，将切换后的高频电压频率分量的高频电流用于位置推定。

或者，例如，通过在如上所述的限制内，将上述频率设为任意时间、任意频率，可以实现乐曲而并非单一的和音，使声音正常化。在这种情况下，基准频率运算器13也可以针对每一种音乐曲式将各个频率和其施加时间作为数据表91进行保存。即，在数据表91中，也可以针对多个根音的频率，使根音的频率和曲式数据相关联。并且，基准频率运算器13在确定了根音的频率后，从数据表91中选择与该根音的频率相对应的曲式（曲式数据）作为应使用的曲式。

或者，例如，在电动机控制装置1应在不中断输出的状态中通知报警的运转状态下，也可以与正常运转时相比，变更PWM载波频率和高频电压频率的模式。即，频率运算单元16的基准频率运算器13也可以按照利用从电动机M产生的电磁声的变化使电动机M通知报警的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。具体地说，频率运算单元16从外部（例如，上级的控制器）接收表示处于正常运转状态和应通知报警的运转状态的哪一个状态的信息。并且，频率运算单元16在正常运转状态下，将高频电压指令的频率和PWM载波的频率设为第1模式，在应通知报警的运转状态下，将高频电压指令的频率和PWM载波的频率设为第2模式。例如，可以设为第2模式是节奏比第1模式快的曲式。或者，例如，可以设为第2模式是音程变化比第1模式大的曲式。或者，例如，可以设为第2模式是音程比第1模式高的曲式。或者，例如，可以设为第2模式是音量比第1模式大的曲式。与此相对应，电压施加单元15以下述方式向电动机M施加驱动控制用的电压，即，在正常的运转状态下，从电动机M产生与第1模式相对应的第1电磁声模式，在应通知报警的运转状态下，从电动机M产生与第2模式相对应的第2电磁声模式。由此，可以利用电磁声的变化向周围的作业者通知发生报警。

或者，例如，可以通过对应于运转频率，将高频电压频率设为限制内的任意频率，在启动时对应于加速时间发出节奏不同的音乐。即，频率运算单元16的基准频率运算器13也可以按照利用从电动机M产生的电磁声的节奏的变化而对电动机M的运转开始及加速程度进行通知的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。具体地说，频率运算单元16例如从控制单元4接收表示电动机M的运转频率的信息。并且，频率运算单元16对应于电动机M的运转频率运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。例如，频率运算单元16在电动机M启动时，将高频电压指令的频率和PWM载波的频率设为第3模式，在电动机M的运转频率为第1频率时，将高频电压指令的频率和PWM载波的频率设为第4模式，在电动机M的运转频率是高于第1频率的第2频率时，将高频电压指令的频率和PWM载波的频率设为第5模式。可以设为第4模式是节奏比第3模式快的曲式，可以设为第5模式是节奏比第4模式快的曲式。由此，可以不输出令人不快的声音，向周围的作业者通知电动机M的运转开始及加速程度。

如上所述，在实施方式1中，在电动机控制装置1中，频率运算单元16以使高频电压指令的频率与PWM载波的频率满足成为正常音的关系的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使由于施加高频电压指令而从电动机M产生的电磁声、和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机产生的电磁声，利用彼此的关系而正常化。即，在电动机控制装置1中，可以使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声正常化。

另外，在实施方式1中，上述的成为正常音的关系，例如是使对应于高频电压指令产生的电磁声和对应于PWM载波产生的电磁声不会成为音乐上的不协和音的关系。由此，可以使由于施加高频电压指令而从电动机M产生的电磁声、和由于与PWM载波的频率对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声，彼此不会成为音乐上的不协和音，并可以利用彼此的关系使声音正常化。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16例如将高频电压指令的频率设为根音，按照使PWM载波的频率成为相对于根音频率以12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使由于施加高频电压指令而从电动机M产生的电磁声、和由于与PWM载波频率对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声，彼此不会成为音乐上的不协和音。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16例如按照将成为根音的高频电压指令的频率设为以440Hz为la音且由12平均律构成的频率的整数倍的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使由于施加高频电压指令而从电动机M产生的电磁声、和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声，彼此不会成为音乐上的不协和音。

另外，在实施方式1中，高频电压发生器8例如将用于推定电动机M中的转子位置的位置推定用高频电压指令Vuc、Vvc、Vwc与不用于电动机M中的转子位置的推定的声音信息输出用高频电压指令Vumk、Vvmk、Vwmk相加，将加法运算结果作为高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh输出。这时，上述成为正常音的关系是使对应于高频电压指令而产生的电磁声和对应于PWM载波而产生的电磁声成为音乐和音的关系。由此，可以使由于施加多个高频电压指令而从电动机M产生的多个电磁声、和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声，彼此成为音乐和音，从而可以利用彼此的关系而使声音正常化。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16在将高频电压指令的频率设为成为相对于PWM载波频率以12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的反比的频率这一限制内，按照使各高频电压指令频率与PWM载波频率成为以大调音阶相隔2个音的连续的彼此不同的频率的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使由于施加多个高频电压指令而从电动机M产生的多个电磁声、和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声彼此成为音乐和音。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16按照使得构成和音的各个高频电压指令的频率和PWM载波的频率中的至少1个构成移动了多个八度音程的和音的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使由于施加多个高频电压指令而从电动机M产生的多个电磁声、和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声，彼此成为音乐和音。

另外，在实施方式1中，上述成为正常音的关系，例如是对应于高频电压指令而产生的电磁声与对应于PWM载波而产生的电磁声成为演奏乐曲的关系。由此，可以使由于施加多个高频电压指令而从电动机M产生的多个电磁声、和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声共同地演奏乐曲。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16例如在将高频电压指令的频率设为成为相对于PWM载波的频率以12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的反比的频率这一限制内，按照将高频电压指令及PWM载波以任意时间设为任意频率的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使由于施加多个高频电压指令而从电动机M产生的多个电磁声和由于与PWM载波频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声共同地演奏乐曲。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16针对每种音乐曲式作为数据表91（参照图4）保存有施加的高频电压指令及PWM载波各自的频率及施加时间，从数据表91中选择应使用的曲式。由此，可以使高频电压指令的频率与PWM载波的频率满足由对应于高频电压指令而产生的电磁声和对应于PWM载波而产生的电磁声演奏乐曲的关系。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16例如按照利用从电动机M产生的电磁声的变化而使电动机M通知报警的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声正常化，并且，利用电磁声的变化向周围的作业者通知发生报警。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16在正常运转状态下，将高频电压指令的频率和PWM载波的频率设为第1模式，在应通知报警的运转状态下，将高频电压指令的频率和PWM载波的频率设为第2模式。电压施加单元15以下述方式向电动机M施加驱动控制用的电压，即，在正常运转状态下，从电动机M产生与第1模式相对应的第1电磁声模式，在应通知报警的运转状态下，从电动机M产生与第2模式相对应的第2电磁声模式。由此，可以利用电磁声的变化向周围的作业者通知发生报警。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16按照利用从电动机M产生的电磁声的节奏变化对电动机M的运转开始及加速程度进行通知的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声正常化，并且，可以不输出令人不快的声音，向周围的作业者通知电动机M的运转开始及加速程度。

另外，在实施方式1中，频率运算单元16按照在上述限制内，使高频电压指令的频率成为与运转频率相对应的频率的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声成为正常音，并且，可以不发出令人不快的声音，向周围的作业者通知电动机M的运转开始及加速程度。

此外，构成图2所示的功率变换部24的开关元件及二极管元件，通常由硅（silicon：Si）类半导体形成，但与Si类半导体相比，优选由具有较大的能带宽度的宽带隙（WBG）半导体形成。作为该WBG半导体，例如有碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）类材料、或金刚石等。

例如，由这种WBG半导体形成的开关元件或二极管元件由于耐电压性高且容许电流密度也较高，因此可以实现开关元件或二极管元件的小型化，通过使用这些小型化的开关元件或二极管元件，可以实现安装有这些元件的电动机的小型化。

另外，由于耐热性也较高，因此可以实现散热器小型化，从而可以实现电动机的进一步小型化。

此外，由于电力损耗较低，因此可以实现开关元件或二极管元件的高效化，进而可以实现电动机的高效化。

因此，通过使用由WBG半导体形成的开关元件或二极管元件构成电动机内部的电源电路或逆变器电路，可以实现搭载电动机的设备的进一步小型化、高效化。

此外，由于可选择的PWM载波频率的频域较宽，因此可以使用更多的音阶。

此外，更优选由宽带隙半导体形成开关元件及二极管元件这两者，但也可以由宽带隙半导体形成其中一方的元件。

实施方式2.

下面，使用图8，对实施方式2涉及的电动机控制装置100进行说明。图8是表示电动机控制装置100的结构的图。下面，围绕与实施方式1不同的部分进行说明。

在实施方式1中，在固定坐标系（UVW坐标系）上进行电动机M的转子的位置推定，但在实施方式2中，在旋转坐标系（d－q坐标系）上进行电动机M的转子的位置推定。

具体地说，在电动机控制装置100中，如图8所示，控制单元104内的高频电压发生器108、滤波器109及第1坐标变换器110的结构和位置推定单元114的位置推定器103的结构与实施方式1不同。

在高频电压发生器108中，在与推定转子位置θL同步旋转的2个旋转轴（d－q轴）上，施加由基准频率运算器13运算出的频率的d轴交流电压指令Vdh，将q轴电压指令Vqh设为零，并将2个轴的高频电压指令Vdh、Vqh坐标变换为3相交流坐标的高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh后，输出至加法器40u、40v、40w。向PWM逆变器5输出将高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh叠加在驱动电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*上而得到的电压指令Vup^*、Vvp^*、Vwp^*。

在第1坐标变换器110中，将由电流检测单元2检测出的电动机电流iu、iv、iw坐标变换为与推定位置θL同步旋转的2个旋转轴（d－q轴）上的电流idf、iqf，输出至滤波器109。

在滤波器109中，将去除与高频电压指令Vdh相同频率分量的高频电流idh、iqh而得到的id、iq，输出至与实施方式1相同的驱动电压指令运算部6的电流控制器11。另外，将利用滤波器109从idf、iqf中提取的与高频电压指令Vdh相同频率分量的高频电流idh、iqh输出至位置推定器103。

在位置推定器103中，根据与由滤波器109提取的高频电压指令Vdh相同频率分量的高频电流idh、iqh，运算电动机M的推定转子位置θL。关于推定方法虽然在专利文献1中进行了叙述，但并不限定于该方法，只要是根据与2个轴的高频电压指令Vdh、Vqh相同频率分量的高频电流idh、iqh的至少任意一方，运算推定转子位置θL或推定位置误差ΔθL的方法，可以使用其他任意方法。

如上所述，在实施方式2中，频率运算单元16也可以按照使高频电压指令的频率与PWM载波的频率满足成为正常音的关系的方式，运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率。由此，可以使由于施加高频电压指令而从电动机产生的电磁声和由于与PWM载波的频率相对应的PWM控制的脉冲状输出电压中所包含的高次谐波电压分量而从电动机M产生的电磁声，利用彼此的关系而使声音正常化。即，根据实施方式2，也可以在电动机控制装置100中使伴随高频电压指令的施加而产生的电磁声正常化。

使用图9，对使用上述实施方式1、2涉及的电动机控制装置的电动机控制系统进行说明。以下对使用实施方式1涉及的电动机控制装置1的电动机控制系统S进行示例说明，而使用实施方式2涉及的电动机控制装置100的电动机控制系统S也相同。

如图9所示，在电动机控制系统S中，例如由多台电动机控制装置1－1、1－2，使多台电动机M－1、M－2并行运转。

这时，例如，在多台电动机控制装置1－1、1－2之间互换控制信息，在将任意一台电动机控制装置的高频电压指令的频率中的一个作为根音的12平均律的大调音阶中，如图7所示，将大调音阶相隔2个音的连续的频率的整数倍或其反比分别设为各个电动机控制装置的PWM载波频率及高频电压频率。由此，可以使来自多个电动机M－1、M－2的电磁声彼此不会成为不协和音。

或者，例如，通过将根音设为图6所示的频率（将440Hz设为la音而由12平均律构成的频率）的整数倍，从而其他PWM载波的频率与高频电压指令的频率成为音乐音阶，因此，通过将各台电动机控制装置1－1、1－2的高频电压指令的频率设为任意时间、在所述限制内的任意频率，从而可以使由于施加高频电压而产生的电磁声成为音乐而使声音正常化。

另外，也可以通过利用多台电动机控制装置1－1、1－2使多台电动机M－1、M－2的电磁声成为音乐，使各台电动机控制装置1－1、1－2担当乐曲的特定旋律，从而由多台电动机控制装置1－1、1－2合奏乐曲。在这种情况下，在由于发生异常等而使其中一台至多台电动机控制装置1－1、1－2异常停止的情况下，由于乐曲被打乱，因此即使不发出报警音等，也可以向周围通知发生异常。

工业实用性

如上所述，本发明涉及的电动机控制装置及电动机控制系统适用于电动机的控制。

Claims (16)

1.一种电动机控制装置，其对具有凸极性的电动机进行驱动控制，

该电动机控制装置的特征在于，具有：

电流检测单元，其检测流过所述电动机的电动机电流；

位置推定单元，其根据所述检测出的电动机电流，推定所述电动机中的转子位置；

控制单元，其根据所述检测出的电动机电流和所述推定出的转子位置，生成电压指令；

频率运算单元，其运算高频电压指令的频率和PWM载波的频率；以及

电压施加单元，其根据所述生成的电压指令和具有所述运算出的频率的PWM载波，向所述电动机施加驱动控制用电压，

所述控制单元具有：

驱动电压指令运算部，其运算用于驱动所述电动机的驱动电压指令；

高频电压发生器，其生成并输出具有所述运算出的频率的高频电压指令；以及

加法器，其将所述驱动电压指令和所述高频电压指令相加，将加法运算结果作为电压指令输出至所述电压施加单元，

所述频率运算单元以使高频电压指令频率与PWM载波频率满足成为正常音的关系的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述电压施加单元中所使用的开关元件由以宽带隙半导体为主成分的材料形成。

3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述成为正常音的关系是指对应于所述高频电压指令而产生的电磁声和对应于所述PWM载波而产生的电磁声不会成为音乐上的不协和音。

4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元以所述高频电压指令的频率为根音，以使所述PWM载波的频率成为相对于根音频率以12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

5.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元以使作为根音的所述高频电压指令的频率成为以440Hz为la音而由12平均律构成的频率的整数倍的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

6.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述高频电压发生器将用于推定所述电动机中的转子位置的位置推定用高频电压指令、和不用于所述电动机中的转子位置推定的声音信息输出用高频电压指令相加，将加法运算结果作为所述高频电压指令输出，

所述成为正常音的关系是指对应于所述高频电压指令而产生的电磁声与对应于所述PWM载波而产生的电磁声成为音乐和音。

7.根据权利要求6所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元在将所述高频电压指令的频率设为相对于所述PWM载波的频率以12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的反比的频率这一限制内，以使所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率成为以大调音阶相隔2个音的连续的彼此不同的频率的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元以构成和音的所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率中的至少1个构成移动了多个八度音程的和音的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

9.根据权利要求6所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述成为正常音的关系是指由对应于所述高频电压指令而产生的电磁声和对应于所述PWM载波而产生的电磁声演奏乐曲。

10.根据权利要求9所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元在将所述高频电压指令的频率设为相对于所述PWM载波的频率以12平均律的大调音阶相隔大于或等于2个音的频率比例的整数倍的反比的频率这一限制内，以将所述高频电压指令及所述PWM载波以任意时间设为任意频率的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

11.根据权利要求10所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元针对每种音乐曲式将施加的所述高频电压指令及所述PWM载波各自的频率及施加时间作为数据表进行保存，从所述数据表中选择应使用的曲式。

12.根据权利要求10或11所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元以利用从所述电动机产生的电磁声的变化而使所述电动机通知报警的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

13.根据权利要求12所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元在正常运转状态下，将所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率设为第1模式，在应通知报警的运转状态下，将所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率设为第2模式，

所述电压施加单元以下述方式对所述电动机施加驱动控制用电压，即，在正常运转状态下，从所述电动机产生与所述第1模式相对应的第1电磁声模式，在应通知报警的运转状态下，从所述电动机产生与所述第2模式相对应的第2电磁声模式。

14.根据权利要求10或11所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元以利用从所述电动机产生的电磁声的节奏变化，通知所述电动机的运转开始及加速程度的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

15.根据权利要求14所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述频率运算单元以在所述限制内，所述高频电压指令的频率成为与运转频率相对应的频率的方式，运算所述高频电压指令的频率和所述PWM载波的频率。

16.一种电动机控制系统，其特征在于，具有：

多个电动机；以及

多个在权利要求1、2、4、5、7至11、13、15中任一项所述的电动机控制装置，其以使所述多台电动机并行运转的方式进行控制。

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