CN103493363A - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的电动机控制装置无需使用传感器就能检测出同步电动机的转子位置。该电动机控制装置预先存储由感应电压波峰值Ep、和从电流电角度θi减去感应电压电角度θe后的差值（θe-θi）这2个参数规定的电流相位β，基于实际检测出的Ep、θi和θe，并参照预先存储的β，从而选定β，从实际检测出的θi减去该选定的β，由此计算出转子位置θm。而且，在选定β时，根据线圈中流过的电流的变化，对实际检测出的Ep及θe进行相应的修正，从而提高过渡期的转子位置的检测精度。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及电动机控制装置，该电动机控制装置无需传感器就能检测出同步电动机中旋转的转子位置，具体涉及能够提高过渡时的转子位置的检测精度的电动机控制装置。

背景技术

以往的电动机控制装置基于线圈电流及与感应电压相关的检测值，从预先存储在旋转坐标系中的电流相位等的数据表中选定电流相位等，从而直接求出转子位置。这里，数据表是以同步电动机的负载固定的稳定状态下所成立的电压方程式为前提，用包含了感应电压波峰值或感应电压电角度的参数来规定电流相位等。通过利用该数据表，能够在一定精度下且以低处理负荷来检测出同步电动机的转子位置（例如参考专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公报：特开2011-10438号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，当同步电动机的负载发生急剧变动时，线圈电流会在短时间内发生变化，因线圈的电感而产生的感应电压将会大大地增加或减小，但以往的电动机控制装置所使用的数据表是以稳定状态下成立的电压方程式为前提，并没有考虑到感应电压会随着同步电动机的负载急剧变动而发生增减的情况。因此，基于与感应电压相关的检测值而从数据表直接选定的电流相位会大大偏离实际的电流相位，导致有可能无法高精度地检测出转子位置。

因而，本发明鉴于上述现有问题，其目的在于提供一种电动机控制装置，通过根据负载的急剧变动而导致的线圈电流的变化，对与感应电压相关的检测值进行相应的修正，从而提高过渡时的转子位置的检测精度。

解决技术问题所采用的技术方案

为了实现上述目的，本发明的电动机控制装置无需使用传感器就能检测出同步电动机中旋转的转子位置，该电动机控制装置包括：电流检测单元，该电流检测单元检测出同步电动机的线圈中流过的电流；电压检测单元，该电压检测单元检测出同步电动机的线圈上所施加的电压；Ip及θi检测单元，该Ip及θi检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流，检测出电流波峰值Ip及电流电角度θi；Ep及θe检测单元，该Ep及θe检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流和所述电压检测单元检测出的电压，检测出感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe；相位存储单元，该相位存储单元预先存储用Ip值、Ep值、及θe减去θi后的差值（θe-θi）中的至少2个参数来规定的电流相位β或感应电压相位γ；以及转子位置运算单元，该转子位置运算单元根据以所述相位选定单元所选定的β为第1变量、以所述Ip及θi检测单元检测出的θi为第2变量的转子位置计算式，或者根据以所述相位选定单元所选定的γ为第1变量、以所述Ep及θe检测单元检测出的θe为第2变量的转子位置计算式，计算出转子位置θm，所述电动机控制装置还包括修正单元，该修正单元在所述相位选定单元选定电流或感应电压相位时，根据所述线圈中流过的电流的变化，对包含在规定电流或感应电压相位的所述至少2个参数内的、所述Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe中的至少一方进行相应的修正。

根据上述结构，所述相位选定单元为了选定电流相位β或感应电压相位γ，利用所述修正单元，根据所述线圈中流过的电流的变化，对包含在规定所述电流相位β或感应电压相位γ的所述至少2个参数内的、所述Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe中的至少一方进行相应的修正。

另外，上述修正单元也可以基于所述线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对所述Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe进行修正。从而，基于所述线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对所述Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe进行修正。

此外，所述修正单元也可以基于用所述线圈电流变化率求出的θe的变化量Δθ，对所述Ep及θe检测单元检测出的θe进行修正。从而，基于用所述线圈电流变化率求出的θe的变化量Δθ，对所述Ep及θe检测单元检测出的θe进行修正。

此外，所述线圈电流变化率通过从所述电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔来求出。从而，通过从所述电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔，从而求出所述线圈电流变化率。

发明效果

根据权利要求1的发明，在所述相位选定单元选定电流相位β或感应电压相位γ时，利用修正单元，能够根据线圈中流过的电流的变化，对包含在规定电流相位β或感应电压相位γ的至少2个参数内的、Ep及θe检测单元检测出的感应电压波峰值Ep或感应电压电角度θe中的至少一方进行相应的修正。因而，能够基于包含了根据负载的急剧变动而得到相应修正的Ep或θe中的至少一方的参数来选定电流相位β或感应电压相位γ，因此，能够提高过渡时的转子位置的检测精度。

另外，根据权利要求2的发明，能够基于线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe进行修正。因此，对于规定电流相位β或感应电压相位γ的至少2个参数，能够使用基于线圈电流变化率而得到了修正的Ep或θe的修正值。

此外，根据权利要求3的发明，能够基于用线圈电流变化率求出的θe的变化量Δθ，对Ep及θe检测单元检测出的θe进行修正。因此，对于规定电流相位β或感应电压相位γ的至少2个参数，能够使用基于Δθ而得到了修正的θe的修正值。

此外，根据权利要求4的发明，线圈电流变化率能够通过从电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔来求出。因此，通过在电流检测单元每次检测电流时求出其检测时间间隔内的线圈电流变化率，能够使Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe接近实际的感应电压变化来进行修正。

附图说明

图1是表示本发明的电动机控制装置的一个实施例的结构图。

图2是说明图1的转子位置检测部的内部结构的框图。

图3是说明用来规定电流相位的数据表的一个示例的说明图。

图4是表示用来规定电流相位或感应电压相位的参数的说明图。

图5是电动机矢量图。

图6是说明图1的修正部的内部结构的框图。

图7是表示本发明的电动机控制装置的动作的流程图。

图8是表示同步电动机的各相电流波形的说明图。

图9是表示同步电动机的各相感应电压波形的说明图。

图10是说明图7中步骤S5的处理内容的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的电动机控制装置的一个实施例的图。该电动机控制装置10无需使用传感器就能检测出同步电动机12中旋转的转子位置，对由直流电源14向同步电动机12供电的逆变器16进行控制，内置有省略了图示的计算机。同步电动机12的轴输出被用于例如在车用空调装置中驱动用来压缩冷冻循环中的制冷剂的压缩机（省略图示），但也可以用来驱动包括了车载式或固定式的冷冻/冷藏装置等的冷冻循环的压缩机。

同步电动机12由3相无刷电动机构成，具备包含U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc这3相线圈的未图示的定子、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各自的一端在中性点N进行电连接，从而联接成星形，但也可以联接成三角（delta）形。

逆变器16具有6个开关元件，高电位侧和低电位侧的开关元件两个两个地分别与同步电动机12的3相线圈中各自未与中性点N相连接的另一端的端子Tu、Tv及Tw相连接。开关元件使用IGBT，但也可以使用MOSFET、双极型晶体管等晶体管、或GTO。

与端子Tu、Tv及Tw相连接的开关元件中，位于高电位侧的上级开关元件Usu、Vsu及Wsu各自的发射极分别与端子Tu、Tv及Tw相连接，各自的集电极分别与直流电源14的正极相连接。另外，与端子Tu、Tv及Tw相连接的开关元件中，位于低电位侧的下级开关元件Usl、Vsl及Wsl各自的集电极分别与端子Tu、Tv及Tw相连接，各自的发射极分别与直流电源14的负极相连接。各开关元件Usu、Usl、Vsu、Vsl、Wsu及Wsl的栅极分别与后文所述的逆变器驱动部相连接。

逆变器16具有用于检测出同步电动机12的各相中流过的电流的分流电阻R1、R2及R3。分流电阻R1位于下级开关元件Usl与直流电源14之间，分流电阻R2位于下级开关元件Vsl与直流电源14之间，分流电阻R3位于下级开关元件Wsl与直流电源14之间。

本发明的电动机控制装置10如图1所示，包括：速度控制部18、逆变器驱动部20、电流检测部22、电压检测部24、电流极坐标转换部26、感应电压极坐标转换部28、转子位置检测部30、以及修正部32。

速度控制部18基于来自未图示的操作部的目标速度和来自转子位置检测部30的转子位置θｍ，向逆变器驱动部20发送用来使同步电动机12以规定转速旋转或停止的控制信号。

逆变器驱动部20基于来自速度控制部18的控制信号，向逆变器16的上级开关元件Usu、Vsu和Wsu的栅极以及下级开关元件Usl、Vsl和Wsl的栅极发送用来使各开关元件导通或截止的驱动信号。上级开关元件Usu、Vsu和Wsu以及下级开关元件Usl、Vsl和Wsl根据来自逆变器驱动部20的驱动信号以规定模式导通和截止，对同步电动机12的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行基于该规定模式的正弦波通电（180度通电）。

电流检测部22是检测出同步电动机12的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc中流过的电流（U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw）的电流检测单元。该电流检测部22分别与逆变器16的分流电阻R1、R2和R3的下级开关元件Usl、Vsl和Wsl一侧相连接，利用在这些连接点检测出的电压来检测出电流Iu、Iv和Iw。然后，将这些电流Iu、Iv、Iw发送到电流极坐标转换部26及感应电压极坐标转换部28。

电压检测部24是检测出同步电动机12的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc上施加的电压（U相电压Vu、V相电压Vv和W相电压Vw）的电压检测单元。该电压检测部24分别与将开关元件Usu及Usl之间与端子Tu连接起来的连接线、将开关元件Vsu及Vsl之间与端子Tv连接起来的连接线、以及将开关元件Wsu及Wsl之间与端子Tw连接起来的连接线分岔出来的各分岔线相连接。然后，将电压Vu、Vv及Vw发送到感应电压极坐标转换部28。

电流极坐标转换部26是基于电流检测部22检测出的各相电流Iu、Iv及Iw来检测出电流波峰值Ip和电流电角度θi的Ip及θi检测单元。

感应电压极坐标转换部28是基于电流检测部22检测出的电流Iu、Iv及Iw、和电压检测部24检测出的电压Vu、Vv及Vw来检测出感应电压波峰值Ep和感应电压电角度θe的Ep及θe检测单元。

转子位置检测部30基于电流极坐标转换部26和感应电压极坐标转换部28检测出的检测值，检测出转子位置θm，并将其发送到速度控制部18。转子位置检测部30的内部结构如图2所示，包括相位存储部34、相位选定部36和转子位置运算部38。

相位存储部34是预先存储由感应电压波峰值Ep、及从感应电压电角度θe减去电流电角度θi后的差值（θe-θi）这2个参数所规定的电流相位β的相位存储单元。以旋转坐标系即dq坐标的q轴为基准的电流相位β如图3所示，与规定β的所述2个参数一起以数据表的形式存储在相位存储部34的ROM（只读存储器）等中。该数据表由在同步电动机12的负载固定的稳定状态下，例如感应电压波峰值Ep每变化1V且差值（θe-θi）每变化1°时的电流相位β构成。

规定电流相位β的参数除了感应电压波峰值Ep和差值（θe-θi）这2个参数以外，也可以如图4所示，用电流波峰值Ip及差值（θe-θi）这2个参数、电流波峰值Ip及感应电压波峰值Ep这2个参数、或者电流波峰值Ip、感应电压波峰值Ep及差值（θe-θi）这3个参数来规定电流相位β。这些参数除了规定电流相位β以外，也可以规定感应电压相位γ。简而言之，相位存储单元34将由电流波峰值Ip、感应电压波峰值Ep、及差值（θe-θi）中的至少2个参数所规定的电流相位β或感应电压相位γ，以数据表的形式进行存储。

相位选定部36是通过参照相位存储部34中以数据表的形式存储的电流相位β，基于电流极坐标转换部26和感应电压极坐标转换部28检测出的检测值来选定电流相位β的相位选定单元。然后，将所选定的电流相位β发送到转子位置运算部38。另外，当相位存储部34中以数据表的形式存储的是感应电压相位γ时，也可以基于所述检测值来选定感应电压相位γ，并将其发送到转子位置运算部38。

转子位置运算部38是根据以相位选定部36所选定的电流相位β为第1变量、以电流极坐标转换部26检测出的电流电角度θi为第2变量的转子位置计算式，计算出同步电动机12的转子位置θm的转子位置运算部。然后，将所算出的转子位置θm发送到速度控制部18。当相位选定部36选定了感应电压相位γ时，也可以根据以该γ为第1变量、以感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压电角度θe为第2变量的转子位置计算式，计算出转子位置θm，并将其发送到速度控制部18。

这里，如图1所示，在感应电压极坐标转换部28与转子位置检测部30之间设有作为修正单元的修正部32。在图2所示的相位选定部36选定电流相位β时，该修正部32根据线圈中流过的电流的变化，对感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe进行相应的修正。另外，为了减轻电动机控制装置10的控制处理的负担，修正部32也可以对感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe中的任意一方进行修正。简而言之，在相位选定部36选定电流相位β时，修正部32根据线圈中流过的电流的变化，对包含在规定电流相位β的至少2个参数内的、感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe中的至少一方进行相应的修正。在相位选定部36选定感应电压相位γ时，修正部32也进行与选定电流相位β时相同的修正。

接着，对修正部32的目标功能进行详细说明。

图5是同步电动机12的转子在稳定状态下旋转时的电动机矢量图，在dq坐标中用矢量来表示电压V、电流I以及感应电压E的关系。图中的记号Vd为电压V的d轴分量，记号Vq为电压V的q轴分量，记号Id为电流I的d轴分量，记号Iq为电流I的q轴分量，记号Ed为感应电压E的d轴分量，记号Eq为感应电压E的q轴分量，记号α为以q轴为基准的电压相位，记号β为以q轴为基准的电流相位，记号γ为以q轴为基准的感应电压相位。此外，图中的记号Ld为d轴电感，记号Lq为q轴电感，记号R为定子线圈的电阻值，记号Ψ为转子总交链磁通量，记号Ψa为转子永磁体磁通量。

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1]

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

若使用以Ed=Vd-Id×R、Eq=Vq-Iq×R来表示的感应电压E的d轴分量Ed及q轴分量Eq，则下式成立：

[数2]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ed}(=\mathrm{Vd}-\mathrm{Ra}\·\mathrm{Id})\\ \mathrm{Eq}(=\mathrm{Vq}-\mathrm{Ra}\·\mathrm{Iq})\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}O& -\mathrm{\ωLq}\\ \mathrm{\ωLd}& O\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}O\\ \mathrm{\ω\Ψa}\end{array}\right)$

存储在相位存储部34中的数据表以该稳定状态下的电压方程式成立为前提，用感应电压波峰值Ep、及从感应电压电角度θe减去电流电角度θi后的差值（θe-θi）这2个参数来规定电流相位β。在电动机矢量图上，感应电压波峰值Ep用下式来表示：

[数3]

$\mathrm{Ep}=\sqrt{{\mathrm{Ed}}^2+{\mathrm{Eq}}^2}$

差值（θe-θi）相当于从感应电压相位γ减去电流相位β后的差值（γ-β=tan(Eq/Ed)-tan(Iq/Id)）。

但是，在同步电动机12的负载发生急剧变动的不稳定状态下，线圈电流会在短时间内发生变化，因线圈的电感而产生的感应电压会发生很大的变化，因此，若设p为时间微分算子，则如下式所示，

[数4]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ed}(=\mathrm{Vd}-\mathrm{Ra}\·\mathrm{Id})\\ \mathrm{Eq}(=\mathrm{Vq}-\mathrm{Ra}\·\mathrm{Iq})\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}O& -\mathrm{\ωLq}\\ \mathrm{\ωLd}& O\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}O\\ \mathrm{\ω\Ψa}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{pLd}\·\mathrm{Id}\\ \mathrm{pLq}\·\mathrm{Iq}\end{array}\right)$

增加了pLd·Id和pLq·Iq的项，相比于稳定状态，Ed和Eq的值发生了变化。即，与稳定状态相比，感应电压波峰值Ep及差值（θe-θi）发生了变化。因此，在不稳定状态下，即使基于感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe，参照以稳定状态下成立的式子为前提的数据表来选定电流相位β，由于该电流相位β大大地偏离了实际的电流相位，因此，也无法高精度地检测出转子位置θm。

修正部32从不稳定状态下感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe中，去除由pLd·Id的值及pLq·Iq的值所确定的相对于稳定状态的偏移量，从而将感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe分别修正为修正值Ep'及修正值θe'。

如图6所示，修正部32包括dq值运算部40、Id及Iq存储部42、ΔId及ΔIq运算部44、ΔEd及ΔEq运算部46、Δθ运算部48、修正值θe'运算部50、以及修正值Ep'运算部52。

dq值运算部40基于在图1的电流极坐标转换部26检测出的电流波峰值Ip及电流电角度θi、在图1的感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe、以及在前一次计算转子位置θm的过程中由图2的相位选定部36已选定的电流相位β，计算出旋转坐标系即dq坐标系上电流I的d轴分量Id和q轴分量Iq、以及感应电压E的d轴分量Ed和q轴分量Eq。然后，将电流I的d轴分量Id和q轴分量Iq发送到Id及Iq存储部42及ΔId及ΔIq运算部44，将感应电压E的d轴分量Ed和q轴分量Eq发送到Δθ运算部48及修正值Ep'运算部52。当在前一次计算转子位置θm的过程中相位选定部36选定了感应电压相位γ时，也可以使用感应电压相位γ来代替电流相位β，从而计算出Id、Iq、Ed和Eq。

Id及Iq存储部42在dq值运算部40每次计算出电流I的d轴分量Id和q轴分量Iq时将其存储。

ΔId及ΔIq运算部44基于dq值运算部40计算出的Id和Iq、以及Id及Iq存储部42所存储的Id及Iq中在前一次计算转子位置θm的过程中存储的Id(-1)及Iq(-1)，计算出电流I的变化量的d轴分量ΔId和q轴分量ΔIq，并将其发送到ΔEd及ΔEq运算部46。

ΔEd及ΔEq运算部46基于ΔId及ΔIq运算部44计算出的电流I的变化量ΔId及ΔIq，计算出感应电压E的变化量中相当于所述pLd·Id的d轴分量ΔEd、以及感应电压E的变化量中相当于所述pLq·Iq的q轴分量ΔEq，并将其发送到Δθ运算部48及修正值Ep'运算部52。

Δθ运算部48基于dq值运算部40计算出的Ed和Eq、以及ΔEd及ΔEq运算部46计算出的ΔEd和ΔEq，计算出感应电压电角度θe的变化量Δθ，并将其发送到修正值θe'运算部50。

修正值θe'运算部50基于图1的感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压电角度θe、以及Δθ运算部48计算出的Δθ，计算出感应电压电角度θe的修正值θe'，并将其发送到相位选定部36。

修正值Ep'运算部52基于dq值运算部40计算出的Ed和Eq、以及ΔEd及ΔEq运算部46计算出的ΔEd和ΔEq，计算出感应电压波峰值Ep的修正值Ep'，并将其发送到相位选定部36。

接下来，对于这样构成的电动机控制装置所执行的控制处理，参照图7的流程图来说明。在转子位置运算部38中，转子位置θm至少计算2次。

首先，检测出同步电动机12的各相电流Iu、Iv和Iw、以及各相电压Vu、Vv和Vw（步骤S1）。

接下来，检测出各相的感应电压Eu、Ev和Ew。具体而言，通过以下计算来检测出。即，在U相电压Vu、V相电压Vv和W相电压Vw、U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw、U相线圈电阻Ru、V相线圈电阻Rv和W相线圈电阻Rw、以及U相感应电压Eu、V相感应电压Ev和W相感应电压Ew之间，有如下的关系式成立：Vu-Iu×Ru=Eu、Vv-Iv×Rv=Ev、Vw-Iw×Rw=Ew。线圈电阻Ru、Rv、Rw是已知的，因此，通过将步骤S1中检测出的各相电流Iu、Iv和Iw各值、以及各相电压Vu、Vv和Vw各值代入上述关系式，可以算出各相的感应电压Eu、Ev和Ew（步骤S2）。

接着，检测出电流波峰值Ip和电流电角度θi。具体而言，通过以下计算来检测出。即，如图8所示，在进行正弦波通电（180°通电）时的各相电流Iu、Iv和Iw、与电流波峰值Ip及电流电角度θi之间，有如下的关系式成立：Iu=Ip×cosθi、Iv=Ip×cos(θi-120°)、Iw=Ip×cos(θi+120°)。通过将步骤S1中检测出的各相电流Iu、Iv和Iw各值代入上述关系式，并对Ip和θi的联立方程式求解，从而计算出电流波峰值Ip和电流电角度θi（步骤S3）。

接着，检测出感应电压波峰值Ep和感应电压电角度θe。具体而言，通过以下计算来检测出。即，如图9所示，在进行正弦波通电（180通电）时的各相感应电压Eu、Ev和Ew、与感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe之间，有如下的关系式成立：Eu=Ep×cosθe、Ev=Ep×cos(θe-120°)、Ew=Ep×cos(θe+120°)。通过将步骤S2中检测出的各相感应电压Eu、Ev和Ew各值代入上述关系式，并对Ep和θe的联立方程式求解，从而计算出感应电压波峰值Ep和感应电压电角度θe（步骤S4）。

然后，基于在步骤S3中检测出的电流波峰值Ip及电流电角度θi、在步骤S4中检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe、以及在前一次计算转子位置θm的过程中由相位选定部36已选定的电流相位β，计算出感应电压波峰值Ep的修正值Ep'和感应电压电角度θe的修正值θe'（步骤S5）。该步骤的详细情况将在后文中阐述。

然后，参照相位存储部34中存储的数据表，选定电流相位β。具体而言，将步骤S5中计算出的修正值Ep'作为参数Ep，将从步骤S5中计算出的修正值θe'减去步骤S3中检测出的电流电角度θi后的差值（θe'-θi）作为参数（θe-θi），选定由这些参数所规定的电流相位β（步骤S6）。

然后，计算出转子位置θm。具体而言，在包含以电流相位β为第1变量、以电流电角度θi为第2变量的转子计算式（θm=θi-β）中，代入步骤S6中选定的电流相位β的值和步骤S3中检测出的电流电角度θi的值，从而计算出转子位置θm（步骤S7）。

对于所述步骤S5中修正值Ep'和修正值θe'的计算，参照图10的流程图来进行详细说明。

首先，将在前一次计算转子位置θm的过程中由相位选定部36已选定的电流相位β、以及步骤S3中检测出的电流波峰值Ip，代入从电动机矢量图得到的由Id=Ip×sinβ、Iq=Ip×cosβ表示的关系式，计算出电流I的d轴分量Id和q轴分量Iq（步骤S11）。

然后，将步骤S11中计算出的Id及Iq存储到Id及Iq存储部42中（步骤S12）。

然后，将步骤S3中检测出的电流电角度θi、在步骤S4中检测出的感应电压波峰值Ep、在前一次计算转子位置θm的过程中由相位选定部36已选定的电流相位β、以及修正值θe'运算部50已经计算出的修正值θe'，代入从电动机矢量图得到的由Ed=Ep×sinγ、Eq=Ep×cosγ、γ=β+θe-θi表示的关系式，计算出感应电压E的d轴分量Ed和q轴分量Eq（步骤S13）。

然后，计算出电流I的变化量的d轴分量ΔId和q轴分量ΔIq。具体而言，从Id及Iq存储部42所存储的Id及Iq中在前一次计算转子位置θm的过程中存储的Id(-1)及Iq(-1)分别减去步骤S11中计算出的Id和Iq，从而得到差值ΔId（=Id(-1)-Id）和差值ΔIq（=Iq(-1)-Iq）（步骤S14）。

然后，在步骤S15中，计算出感应电压E的变化量的d轴分量ΔEd和q轴分量ΔEq。首先，从步骤S14计算出的电流I的变化量的d轴分量ΔId和q轴分量ΔIq，分别计算出规定时间Δt内d轴分量的电流变化率（ΔId/Δt）、和q轴分量的电流变化率（ΔIq/Δt）。规定时间Δt使用电流检测部22及电压检测部24进行检测的时间间隔，即本控制处理的执行间隔。

然后，将d轴分量的电流变化率（ΔId/Δt）与线圈Uc、Vc、Wc的电感在d轴上投影的分量Ld（常数）相乘，计算出ΔEd（=Ld×ΔId/Δt）。同样地，将q轴分量的电流变化率（ΔIq/Δt）与线圈Uc、Vc、Wc的电感在q轴上投影的分量Lq（常数）相乘，计算出ΔEq（=Lq×ΔIq/Δt）。

然后，基于在步骤S15中计算出的感应电压E的变化量的d轴分量ΔEd和q轴分量ΔEq，计算出步骤S4中检测出的感应电压波峰值Ep的修正值Ep'。具体而言，考虑感应电压E的变化量的d轴分量ΔEd和q轴分量ΔEq，对感应电压波峰值Ep与感应电压E的d轴分量Ed及q轴分量Eq之间的关系式进行修正，得到如下的关系式：

[数学式5]

${\mathrm{Ep}}^{\′}=\sqrt{{(\mathrm{Ed}-\mathrm{\ΔEd})}^2+{(\mathrm{Eq}-\mathrm{\ΔEq})}^2}$

将步骤S13中计算出的感应电压E的d轴分量Ed和q轴分量Eq、以及步骤S15中计算出的ΔEd和ΔEq各值代入上述关系式，从而计算出修正值Ep'（步骤S16）。

然后，基于在步骤S15中计算出的感应电压E的变化量的d轴分量ΔEd和q轴分量ΔEq，计算出步骤S4中检测出的感应电压电角度θe的变化量Δθ（步骤S17）。若对该步骤S17进行进一步详细说明，则受到感应电压E变化的影响的感应电压电角度θe用θe=tan^-1(Eq/Ed)来表示，去除了感应电压E变化的影响的感应电压电角度θe'用θe'=tan^-1{(Eq-ΔEq)/(Ed-ΔEd)}来表示。因此，由于变化量Δθ由Δθ=θe-θe'来表示，从而可以近似地用下式来表达：

[数学式6]

$\mathrm{\Δ\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Ed\ΔEq}+\mathrm{Eq\ΔEd}}{{\mathrm{Ed}}^2+{\mathrm{Eq}}^2}\right)$

将步骤S13中计算出的感应电压E的d轴分量Ed和q轴分量Eq、以及步骤S15中计算出的感应电压E的变化量的d轴分量ΔEd和q轴分量ΔEq各值代入上述关系式，从而计算出变化量Δθ。

然后，在步骤S18中，从步骤S4中计算出的感应电压电角度θe减去步骤S17中计算出的变化量Δθ，并将计算出的差值（θe-Δθ）作为修正值θe'。

根据这样的电动机控制装置10，修正部32从感应电压极坐标转换部28检测出的感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe中，去除由pLd·Id的值及pLq·Iq的值所确定的相对于稳定状态的偏移量，从而能够将感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe分别修正为修正值Ep'及修正值θe'。因而，能够基于包含了根据负载的急剧变动而得到相应修正的修正值Ep'及修正值θe'的参数来选定电流相位β或感应电压相位γ，因此，能够提高过渡时的转子位置的检测精度。

另外，在上述电动机控制装置10中，相位选定部36也可以使用在数据表的各参数值之间插入电流相位β或感应电压相位γ的公知的插值技术，由此来选定电流相位β或感应电压相位γ。图3中，例如当感应电压波峰值Ep为45V，感应电压极坐标转换部28检测出的θe与电流极坐标转换部26检测出的θi的差值（θe-θi）被检测出是25.5°时，相位选定部36也可以通过线性插值来选定-1.5°的电流相位β。

另外，在上述电动机控制装置10中，电压检测部24利用从同步电动机12与逆变器16之间的连接线分岔出来的3条分岔线，来检测施加在线圈上的电压，但也可以根据直流电源14的电压、和用于驱动逆变器16的开关元件的信号的导通截止比（例如PWM信号的占空比）来检测施加在线圈上的电压。从而，能够在电动机控制装置10的内部检测出开关元件的驱动信号，因此，能够省略用于检测直流电源14的电压的分岔线。

此外，本申请要求于2011年4月22日提交的日本专利申请2011-095691号的优先权，并将其内容引用到本申请中。

另外，所选择的实施方式仅仅是为了图示和说明本发明而选择的实施方式，在权利要求书所定义的本发明的范围内，可以进行种种变更和修改，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

而且，本发明的实施方式中涉及的上述说明仅仅是为了例示，而不是对本发明（所附的权利要求书请求保护的发明或与之等同的发明）的限定。

标号说明

10  电动机控制装置

12  同步电动机

22  电流检测部

24  电压检测部

26  电流极坐标转换部

28  感应电压极坐标转换部

32  修正部

34  相位存储部

36  相位选定部

38  转子位置运算部

40  dq值运算部

42  Id及Iq存储部

44  ΔId及ΔIq运算部

46  ΔEd及ΔEq运算部

Claims (4)

1.一种电动机控制装置，无需使用传感器就能检测出同步电动机中旋转的转子位置，其特征在于，包括：

电流检测单元，该电流检测单元检测出同步电动机的线圈中流过的电流；

电压检测单元，该电压检测单元检测出同步电动机的线圈上所施加的电压；

Ip及θi检测单元，该Ip及θi检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流，检测出电流波峰值Ip及电流电角度θi；

Ep及θe检测单元，该Ep及θe检测单元基于所述电流检测单元检测出的电流和所述电压检测单元检测出的电压，检测出感应电压波峰值Ep及感应电压电角度θe；

相位存储单元，该相位存储单元预先存储由Ip值、Ep值、及θe减去θi后的差值（θe-θi）中的至少2个参数所规定的电流相位β或感应电压相位γ；

相位选定单元，该相位选定单元通过参照所述相位存储单元中存储的β或γ，基于所述Ip及θi检测单元检测出的Ip及θi、以及所述Ep及θe检测单元检测出的Ep及θe，选定β或γ；以及

转子位置运算单元，该转子位置运算单元根据以所述相位选定单元所选定的β为第1变量、以所述Ip及θi检测单元检测出的θi为第2变量的转子位置计算式，或者根据以所述相位选定单元所选定的γ为第1变量、以所述Ep及θe检测单元检测出的θe为第2变量的转子位置计算式，计算出转子位置θm，

所述电动机控制装置还包括修正单元，该修正单元在所述相位选定单元选定β或γ时，根据所述线圈中流过的电流的变化，对包含在规定β或γ的所述至少2个参数内的、所述Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe中的至少一方进行相应的修正。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述修正单元基于所述线圈中流过的电流在旋转坐标系上的d轴分量及q轴分量在规定时间内发生变化的线圈电流变化率，对所述Ep及θe检测单元检测出的Ep或θe进行修正。

3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述修正单元基于用所述线圈电流变化率求出的θe的变化量Δθ，对所述Ep及θe检测单元检测出的θe进行修正。

4.如权利要求2或3所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述线圈电流变化率通过从所述电流检测单元当前检测的前一刻检测出的电流的d轴分量及q轴分量分别减去当前检测出的d轴分量及q轴分量，然后将该相减结果除以当前检测与前一刻检测之间的时间间隔来求出。

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