CN103503303A - 旋转机的控制装置 - Google Patents

Abstract

由存储部（5）将从电压施加部（3）对三相旋转机（1）施加了电压矢量时的电流存储为存储电流值，具备：位置推测部（6），根据该存储电流值推测旋转机（1）停止时的转子位置；以及调整部（7），调整为通过电压矢量的施加而旋转机（1）成为必要最低限度的磁饱和状态的施加时间（Ta），以能够推测转子位置，进而，该调整部（7）将通过将相加电流值除以电压矢量指令的电压振幅值而得到的差分导纳的大小|ΔY|作为调整评价值，根据该|ΔY|调整施加时间，其中，所述相加电流值是根据施加了基于将施加时间设为任意的施加时间Tm的电压矢量指令的电压矢量时的存储电流值求出的。由此，能够更恰当地评价磁饱和的程度，能够简便并且可靠地检测并设定能够推测转子位置的必要最低限度的施加时间设定值。

Description

旋转机的控制装置

技术领域

本发明涉及无需使用位置传感器就能够得到旋转机的转子位置的旋转机的控制装置。

背景技术

在精度良好地控制同步电动机、感应同步电动机等在转子中具有永久磁铁的旋转机的情况下，需要旋转机的转子位置和在旋转机中流过的电流的信息。关于转子位置信息，通过在旋转机中安装位置传感器等而取得转子位置信息，但从成本削减、节省空间、可靠性提高这样的观点来看，正在推进无位置传感器化。

作为旋转机的无位置传感器控制法，有例如专利文献1那样的利用了旋转机的感应电压的无位置传感器控制法、例如专利文献2那样的利用了凸极性的无位置传感器控制法等。在利用了感应电压的无位置传感器控制中，在速度零时感应电压也是零，所以无法正确地推测转子位置。另外，在利用了凸极性的无位置传感器控制中，在转子位置推测中利用的凸极性以转子位置的2倍的周期变化，所以推测位置也成为转子位置的2倍的周期。即，在旋转机的转子位置是0～180度和180～360度的情况下，推测位置成为相同的值，从而在可靠地检测转子位置这一点上不能说是充分的。

考虑上述情况，至少在使旋转机从速度零附近起启动时，除了需要利用了凸极性的无位置传感器控制法以外，另外还需要推测旋转机的转子位置信息的方法。作为其方法，例如，有专利文献3那样的利用了旋转机的磁饱和的方法。

在该方法中，在对旋转机施加了振幅相互相等并且等间隔的相位的2n（n是相数且3以上的自然数）个电压矢量时，根据对施加相位相互相差180度的各一对电压矢量时流过的电流检测值相互进行相加而得到的相加电流值来检测转子位置，所以前提是通过该电压矢量的施加而旋转机成为磁饱和状态。

而且，作为用于确保该磁饱和状态的调整方法，例如有专利文献4。在该方法中，以使施加了脉冲电压时的电流H电平中的最大值Imax和针对与Imax的相位差为180°的脉冲电压的电流H电平的差电流ΔIb成为规定值以上的方式，逐渐地提高脉冲电压值，由此自动调整电压脉冲值。

【专利文献1】国际公开WO2002/091558号公报

【专利文献2】国际公开WO2009/040965号公报

【专利文献3】日本专利第4271397号公报

【专利文献4】日本特开2008-054430号公报

发明内容

在使用专利文献3的转子位置检测法的情况下，如上所述，需要使为了使旋转机磁饱和而充分的电流流过。这是因为利用了如下原理：如果不发生磁饱和，则在施加了接近转子位置的相位的电压矢量时流过的电流等于在施加了相对于接近转子位置的相位相差180度的电压矢量时流过的电流，但如果发生磁饱和，则前者变得比后者大，能够根据该差电流检测转子位置。

为此，需要调整对旋转机施加的电压矢量指令的施加时间来调整流经旋转机的电流。但是，旋转机的磁饱和根据旋转机的种类、容量等而不同，所以为了使用专利文献3的方法，需要预先经由人手针对每个旋转机进行调整，所以变得非常繁杂。虽然还考虑提供过大的电流以充分足够地引起磁饱和，但导致不需要的损失会增大，不能说是好办法。

作为其一个解决对策，在上述专利文献4中能够自动调整，但由于仅通过差电流进行评价，所以未必能够充分地掌握旋转机的磁饱和的状态。

即，为了检测磁饱和的程度，在如专利文献4那样使用电流值的情况下，难以区分旋转机是由于磁饱和而差电流值变大、还是由于电压矢量指令的大小或者施加时间变大而差电流值变大。因此，在使用通过该方法自动调整了的电压脉冲值来进行了转子位置检测的情况下，存在如下情况：所检测出的转子位置的精度恶化，另外施加检测转子位置所需以上的电压脉冲而流过过大的电流。

本发明是为了解决以上那样的以往的课题而完成的，其目的在于得到一种旋转机的控制装置，能够更恰当地评价磁饱和的程度，能够简便并且可靠地检测并设定能够推测转子位置的必要最低限度的施加时间设定值。

本发明涉及的旋转机的控制装置，控制具有n（n是3以上的自然数）相的绕组的旋转机，具备：电压施加部，对旋转机施加基于电压矢量指令的电压矢量；电流检测部，检测旋转机的各相绕组中流过的电流；电压矢量指令运算部，运算振幅相互相同并且在1个周期（360度）内等间隔的相位且施加时间相互相同的2n个电压矢量指令作为电压矢量指令，并输出到电压施加部；存储部，将在施加2n个电压矢量时在相互相同的条件下由电流检测部在各相中检测出的2n×n个电流存储为存储电流值；位置推测部，根据来自存储部的存储电流值推测旋转机停止时的转子位置；以及调整部，将施加时间调整为通过电压矢量的施加而旋转机成为必要最低限度的磁饱和状态的施加时间Ta，以能够推测转子位置，其中，所述调整部根据施加了基于将施加时间设为任意的施加时间Tm的电压矢量指令的电压矢量时的、电压矢量指令的电压振幅值与来自电流检测部的存储电流值的比，运算调整评价值，根据调整评价值调整施加时间。

本发明的旋转机的控制装置如以上那样具备调整部，根据施加了基于将施加时间设为任意的施加时间Tm的电压矢量指令的电压矢量时的、电压矢量指令的电压振幅值与来自电流检测部的存储电流值的比，运算调整评价值，根据该调整评价值，调整施加时间，所以能够更恰当地评价磁饱和的程度，能够简便并且可靠地设定能够检测转子位置的必要最低限度的电压矢量指令的施加时间Ta，能够稳定地精度良好地检测转子位置。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的旋转机的控制装置的结构的图。

图2是示出电压矢量的矢量图。

图3是示出在施加了各电压矢量时流过的电流波形以及各存储期间中的作为最大值存储的存储电流值的时序图。

图4是示出相加电流值Δiu、Δiv、Δiw与转子位置的关系的图。

图5是示出差分导纳ΔYu、ΔYv、ΔYw、|ΔY|与转子位置的关系的图。

图6是示出电压矢量指令的波形的图。

图7是示出调整电压矢量指令的施加时间的动作的流程图。

图8是示出本发明的实施方式2的旋转机的控制装置中的、调整电压矢量指令的施加时间的动作的流程图。

图9是示出在本发明的实施方式3的旋转机的控制装置的说明中在对旋转机提供了振幅Vdc的跨步电压时流过的电流is（t）的波形的时序图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1的旋转机的控制装置的结构图。在图1中，旋转机1是具备U相、V相、W相的三相绕组的旋转机，此处，设为在转子中配置了永久磁铁的永久磁铁旋转机。旋转机1与逆变器等施加电压的电压施加部3连接，电压施加部3将基于所输入的电压矢量指令Vr的电压矢量施加到旋转机1。在电压施加部3与旋转机1之间，连接了检测旋转机1中流过的绕组电流的电流检测部4。

电压矢量指令运算部2将如图2那样60度间隔的V1～V6的电压矢量指令一边在各个之间插入零电压矢量指令V0，一边如图3所示如V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V5→V0→V6→V0那样依次施加。另外，关于V1～V6，将大小和施加时间设为相互相同，施加预先设定的施加时间Ta。

另外，电压施加部3根据从电压矢量指令运算部2输入的电压矢量指令，将与该电压矢量指令相同的波形的电压矢量输出到旋转机1，所以在以下的说明中，除了特别区分的情况以外，设为电压矢量指令和电压矢量的用语是相同的意义而适当使用。

存储部5如图3的存储动作所示在存储期间1～6中，在由电流检测部4检测出的三相电流各自中，存储各相电流的绝对值为最大的值，其中存储期间1～6是电压矢量指令运算部2输出各电压矢量指令V1～V6和接着其输出的电压矢量指令V0的期间、换言之从一个电压矢量指令（例如V1）的施加始端至下一个电压矢量指令（例如，V2）的施加始端为止的期间。具体而言，如图3那样，在存储期间1中存储U相电流的绝对值的最大值iu1、V相电流的绝对值的最大值iv1、W相电流的绝对值的最大值iw1。在存储期间2～6中，也同样地将iu2～iu6、iv2～iv6、iw2～iw6、合计18个（如果设为相数n=3，则相当于2n×n=18）值存储为存储电流值。

位置推测部6通过作为存储部5的输出的18个存储电流值推测旋转机1的转子位置。因此，将电压矢量指令的输出时间（施加时间）Ta设定为为了旋转机1的定子磁饱和而充分的时间，并运算将该电压矢量施加到旋转机1的情况下的相加电流值。例如，如（1）式所示，将施加了电压矢量V1时的与电压矢量V1同相的U相存储电流值iu1和施加了相位与电压矢量V1相差180度的电压矢量V4时的与电压矢量V4同相的U相存储电流值iu4进行相加而得到的相加电流值Δiu由于磁饱和的影响而成为Δiu≠0。另外，如果旋转机1的定子未磁饱和，则成为Δiu=0。

Δiu=iu1+iu4              ...（1）

同样地，将施加了电压矢量V3时的V相存储电流值iv3和施加了相位与电压矢量V3相差180度的电压矢量V6时的V相存储电流值iv6进行相加而得到的相加电流值Δiv成为下述（2）式，并且，将施加了电压矢量V5时的W相存储电流值iw5和施加了相位与电压矢量V5相差180度的电压矢量V2时的W相存储电流值iw2进行相加而得到的相加电流值Δiw成为下述（3）式，在旋转机1磁饱和的情况下，成为Δiv≠0、Δiw≠0。

Δiv=iv3+iv6           ...（2）

Δiw=iw5+iw2           ...（3）

图4是示出相加电流值Δiu、Δiv、Δiw相对旋转机1的转子位置θ的变化的图，相加电流值Δiu、Δiv、Δiw具有如下特征：根据旋转机1的转子位置θ，其大小以与转子位置θ相同的周期发生变化。另外，相加电流值Δiu、Δiv、Δiw的相位差分别成为120度。在位置推测部6中，利用该相加电流值Δiu、Δiv、Δiw，运算旋转机1的转子位置θ。以下示出其具体例。

如从图4可知那样，根据相加电流值Δiu、Δiv、Δiw各自的绝对值的大小，能够以60度间隔的精度推测旋转机1的转子位置。例如，在转子位置θ是0时，Δiu是最大值，绝对值最大的是Δiu。另外，在转子位置θ是60度时，Δiw是最小值，绝对值最大的是Δiw。这样，关于相加电流值Δiu、Δiv、Δiw的绝对值与转子位置θ的关系，当使用按每60度区分了转子位置的区分编号m时，成为以下的（4）式，能够以60度间隔的精度推测转子位置。

此处，为了精度良好地推测转子位置，需要能够正确地判别（4）式的条件，即需要正确地判别图4的相加电流值Δiu、Δiv、Δiw的大小关系，为此，需要以使旋转机1的定子充分磁饱和的方式设定电压矢量指令的施加时间Ta。

[数式1]

                                              …（4）

另外，省略此处的详细的说明，但还能够通过使用上述专利文献3中记载的方法，以30度、15度间隔的精度进行推测。但是，在该情况下，除了需要与各电压矢量同相的存储电流值以外，还需要与各电压矢量正交的相的电流值，为了得到这些正交相的电流值，使用上述合计18个存储电流值的全部。

调整部7根据作为存储部5的输出的电流存储值和作为电压矢量指令运算部2的输出的电压矢量指令，自动地调整旋转机1的定子充分磁饱和、并且流经旋转机1的电流不会变得过大那样的电压矢量指令的施加时间Ta，以便位置推测部6能够精度良好地推测转子位置。在经由人手调整了旋转机1的定子充分磁饱和、并且流经旋转机1的电流不会变得过大那样的电压矢量指令的施加时间Ta的情况下，需要大量的时间并且繁杂，所以优选能够自动地调整。

因此，鉴于转子的位置推测是如上所述使用由于旋转机1磁饱和而产生的（1）～（3）式的相加电流值并通过（4）式的条件进行的，检测旋转机1的磁饱和的程度，判断旋转机1是否充分磁饱和，自动地求出充分磁饱和的电压矢量施加时间即可。为了检测磁饱和的程度，例如，在如专利文献4那样使用电流值的情况下，难以区分旋转机1由于磁饱和而相加电流值变大、还是由于电压矢量指令的大小或者施加时间变大而相加电流值变大。

即，相加电流值的大小是旋转机1的磁饱和的程度和电压矢量指令这2个的函数，所以只通过相加电流值难以仅检测磁饱和的程度，仅根据相加电流值调整的电压矢量施加时间有可能被调整为旋转机1不充分磁饱和的电压矢量施加时间，或者相反地被调整为虽然充分磁饱和但在旋转机1中流过过大的电流的电压矢量施加时间。

其结果，如果使用仅根据相加电流值调整的电压矢量施加时间来进行位置推测，则存在如下情况：位置的误推测、推测精度的恶化、或者在旋转机1中流过过大的电流。因此，在本实施方式1的调整部7中，使用相加电流值和电压矢量指令这2个来检测磁饱和的程度，解决上述课题。以下，描述其具体的方法。

首先，说明检测磁饱和的程度的方法。（1）式的相加电流值Δiu是在对旋转机1施加了相位相互相差180度的电压矢量V1和V4时流过的电流值、即存储部5中存储的存储电流值iu1与iu4的相加值。旋转机1的阻抗或者导纳在相位相差180度的位置处成为相同，所以iu1和iu4成为不同符号且绝对值相同的值，应成为Δiu=0。但是，如果产生磁饱和，则iu1和iu4的绝对值不同，成为Δiu≠0。

即，能够认为成为Δiu≠0是因为由于磁饱和而在旋转机1的相位相互相差180度的位置的阻抗或者导纳中产生了差异，进而，能够认为这些阻抗或者导纳的差异是仅起因于磁饱和而发生的。因此，能够计算相位相互相差180度的位置的阻抗或者导纳，根据它们的差异来检测旋转机1的磁饱和的程度。如以下那样求出与在位置推测中使用的（1）～（3）式的相加电流值Δiu、Δiv、Δiw相关联的阻抗或者导纳。

在本实施方式1中，如以下那样求出与相加电流值Δiu、Δiv、Δiw相关联的导纳，但即使求出作为导纳的倒数的阻抗并利用该阻抗，也能够同样地实施以下的内容。

但是，如以下说明那样，导纳是作为将存储电流值除以电压矢量的电压振幅值而得到的值来求出的。另一方面，阻抗是导纳的倒数，作为将电压矢量的电压振幅值除以存储电流值而得到的值来求出。因此，从能够通过阻抗或者导纳来检测磁饱和的程度的情况还可以说能够将电压矢量的电压振幅值与存储电流值的比作为调整评价值，并根据该调整评价值评价磁饱和的程度。

U相的相加电流值Δiu是在对旋转机1施加了相位相互相差180度的电压矢量V1和V4时流过的分别与电压矢量V1、V4同相的电流值、即存储部5中存储的存储电流值iu1与iu4的相加值。因此，如（5）式那样，能够通过电压矢量V1和电流存储值iu1来求出施加了电压矢量指令V1时的V1矢量方向的导纳，将所求出的导纳称为Yu1。

另外，如（6）式那样，能够通过电压矢量V4和电流存储值iu4求出施加了电压矢量指令V4时的V4矢量方向的导纳，将所求出的导纳称为Yu4。

[数式2]

$\mathrm{Yu}1=\left|\frac{\mathrm{iu}1}{V1}\right|...\left(5\right)$

$\mathrm{Yu}4=\left|\frac{\mathrm{iu}4}{V4}\right|...\left(6\right)$ 例如，如（7）式那样，能够根据Yu1与Yu4的差分的大小求出导纳Yu1与Yu4的差异。另外，将通过（7）式得到的Yu1与Yu4的差分的大小称为U相差分导纳ΔYu。

[数式3]

ΔYu＝|Yu1-Yu4|                                   …(7)

同样地，V相的相加电流值Δiv是在对旋转机1施加了相位相互相差180度的电压矢量V3和V6时流过的分别与电压矢量V3、V6同相的电流值、即存储部5中存储的存储电流值iv3与iv6的相加值。因此，施加了电压矢量V3和V6时的导纳Yv3和Yv6成为（8）、（9）式那样，进而，能够如（10）式那样求出V相差分导纳ΔYv。

[数式4]

$\mathrm{Yv}3=\left|\frac{\mathrm{iv}3}{V3}\right|...\left(8\right)$

$\mathrm{Yv}6=\left|\frac{\mathrm{iv}6}{V6}\right|...\left(9\right)$

ΔYv＝|Yv3-Yv6|                        …(10)

同样地，W相的相加电流值Δiw是在对旋转机1施加了相位相互相差180度的电压矢量V5和V2时流过的分别与电压矢量V5、V2同相的电流值、即存储部5中存储的存储电流值iw5与iw2的相加值。因此，施加了电压矢量V5和V2时的导纳Yw5和Yw2成为（11）、（12）式那样，进而，能够如（13）式那样求出W相差分导纳ΔYw。

[数式5]

$\mathrm{Yw}5=\left|\frac{\mathrm{iw}5}{V5}\right|...\left(11\right)$

$\mathrm{Yw}2=\left|\frac{\mathrm{iw}2}{V2}\right|...\left(12\right)$

ΔYw＝|Yw5-Yw2|                              …(13)

由于相加电流值Δiu、Δiv、Δiw如图4那样根据旋转机1的转子位置θ而其大小变化，所以差分导纳ΔYu、ΔYv、ΔYw成为图5那样。

因此，通过根据（14）式运算由差分导纳ΔYu、ΔYv、ΔYw构成的矢量量的大小|ΔY|，能够如图5那样得到不依赖于转子位置θ的恒定值。然后，将该差分导纳的大小|ΔY|作为用于评价磁通饱和的程度的调整评价值而使用，调整电压矢量施加时间Ta。

[数式6]

$\left|\mathrm{\ΔY}\right|=\sqrt{\frac{2}{3}(\mathrm{\Δ}{\mathrm{Yu}}^2+{\mathrm{\ΔYv}}^2+\mathrm{\Δ}{\mathrm{Yw}}^2)}...\left(14\right)$

另外，关于电压矢量指令运算部2输出的电压矢量指令V1～V6，如上所述将其大小和施加时间设为相互相同，所以电压矢量指令的大小|V1|～|V6|全部成为相同的值。因此，如果将电压矢量指令的大小设为|V|，则如（15）～（17）式那样，能够使用相加电流值Δiu、Δiv、Δiw来运算（7）、（10）、（13）式的差分导纳ΔYu、ΔYv、ΔYw。

[数式7]

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔYu}=|\mathrm{Yu}1-\mathrm{Yu}4|=\left|\right|\frac{\mathrm{iu}1}{V}|-|\frac{\mathrm{iu}4}{V}\left|\right|\\ =\frac{\left|\right|\mathrm{iu}1|-|\mathrm{iu}4\left|\right|}{\left|V\right|}=\frac{\left|\mathrm{\Δiu}\right|}{\left|V\right|}\end{array}...\left(15\right)$

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔYv}=|\mathrm{Yv}3-\mathrm{Yv}6|=\left|\right|\frac{\mathrm{iv}3}{V}|-|\frac{\mathrm{iv}6}{V}\left|\right|\\ =\frac{\left|\right|\mathrm{iv}3|-|\mathrm{iv}6\left|\right|}{\left|V\right|}=\frac{\left|\mathrm{\Δiv}\right|}{\left|V\right|}\end{array}...\left(16\right)$

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔYw}=|\mathrm{Yw}5-\mathrm{Yw}2|=\left|\right|\frac{\mathrm{iw}5}{V}|-|\frac{\mathrm{iw}2}{V}\left|\right|\\ =\frac{\left|\right|\mathrm{iw}5|-|\mathrm{iw}2\left|\right|}{\left|V\right|}=\frac{\left|\mathrm{\Δiw}\right|}{\left|V\right|}\end{array}...\left(17\right)$

进而，在电压施加部3如电压型逆变器等那样将固定值的直流母线电压进行开关而对旋转机1施加电压的情况下，如图6所示是振幅为直流母线电压Vdc、且施加时间为电压矢量指令的施加时间Ta的脉冲电压，所以如（18）～（20）式那样能够使用电压矢量指令的施加时间Ta来求出差分导纳ΔYu、ΔYv、ΔYw。

[数式8]

$\mathrm{\ΔYu}=|\frac{\left|\mathrm{iu}1\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}-\frac{\left|\mathrm{iu}4\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}|=\frac{\left|\mathrm{\Δiu}\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}...\left(18\right)$

$\mathrm{\ΔYv}=|\frac{\left|\mathrm{iu}3\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}-\frac{\left|\mathrm{iu}6\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}|=\frac{\left|\mathrm{\Δiv}\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}...\left(19\right)$

$\mathrm{\ΔYw}=|\frac{\left|\mathrm{iu}5\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}-\frac{\left|\mathrm{iu}2\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}|=\frac{\left|\mathrm{\Δiw}\right|}{\mathrm{Vdc}\·\mathrm{Ta}}...\left(20\right)$

接下来，参照图7所示的流程图，说明将表示磁饱和的程度的差分导纳ΔYu、ΔYv、ΔYw的大小|ΔY|用作调整评价值来自动调整电压矢量指令的施加时间Ta的方法。

首先，将电压矢量指令的施加时间设定为任意的Tm（步骤S1），与推测转子位置时同样地，将如图2那样60度间隔的电压矢量指令V1～V6一边插入零电压矢量指令V0，一边如图3那样如V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V5→V0→V6→V0那样依次输出（步骤S2）。

存储部5与推测转子位置时同样地，如图3的存储动作所示，在存储期间1～6中，在由电流检测部4检测出的三相电流各自中，存储各相电流的绝对值为最大的值，其中，存储期间1～6是电压矢量指令运算部2输出各电压矢量指令V1～V6和接着其输出的电压矢量指令V0的期间（步骤S3）。调整部7根据存储部5中存储的这些存储电流值，如（14）式那样，运算差分导纳的大小|ΔY|（步骤S4）。

另外，此时，调整部7计算存储部5中存储的18个存储电流值中的绝对值为最大的|Im|，判断该最大电流值|Im|是否小于预先设定的电流最大值Imax（步骤S5）。在最大电流值|Im|是电流最大值Imax以上的情况下（在步骤S5中“否”），变更（减小）电压指令矢量的施加时间Tm（步骤S6），反复从步骤S2起的动作。在最大电流值|Im|小于电流最大值Imax的情况下（在步骤S5中“是”），判断所运算出的差分导纳的大小|ΔY|是否为预先设定的作为调整阈值的差分导纳阈值ΔYlev以上（步骤S7）。

如果差分导纳的大小|ΔY|是差分导纳阈值ΔYlev以上（在步骤S7中“是”），则能够视为旋转机1的定子充分磁饱和，所以将此时的电压矢量指令的施加时间Tm设定为Ta（步骤S8）。否则（在步骤S7中“否”），变更电压矢量指令的施加时间Tm而再次反复进行如下动作：电压矢量的施加、差分导纳的大小|ΔY|的运算、与差分导纳阈值ΔYlev的比较。

另外，作为在步骤S1中设定的施加时间的初始值Tm，优选适当设定为比较小，以使最初的流程中的步骤S7中的判定成为“否”。由此，能够大致可靠地得到能够推测转子位置的必要最低限度的施加时间设定值Ta。

另外，将预先设定的电流最大值Imax例如设定为旋转机1的额定电流值或最大电流值、或者电压施加部3的额定电流值或最大电流值等为好。另外，优选将预先设定的差分导纳阈值ΔYlev设定为能够精度良好地推测由位置推测部6推测的推测位置、并且旋转机1中流过的电流不成为过大时的差分导纳的大小，例如，如果相加电流值以旋转机1的额定电流值的10%充分磁饱和，则将相加电流值与额定电流值的10%相当的差分导纳设定为差分导纳阈值ΔYlev即可。

如以上那样，在本发明的实施方式1中，根据依次输出了任意地设定的施加时间Tm的电压矢量指令V1～V6时的存储电流值，通过（14）式，运算差分导纳的大小|ΔY|。然后，通过比较所运算出的差分导纳的大小|ΔY|和预先设定的差分导纳阈值ΔYlev，将成为|ΔY|≥ΔYlev时的任意地设定的电压矢量指令的施加时间Tm设定为电压矢量指令的施加时间Ta，从而能够恰当地评价磁饱和的程度，无需经由人手，由位置推测部6能够精度良好地推测转子位置，并且能够自动地调整旋转机1中流过的电流不会变得过大那样的电压矢量指令的施加时间Ta。

另外，在以上的说明中，存储部5将在施加各电压矢量时相互相同条件下的、在各存储期间1～6中由电流检测部4检测出的各相电流的最大值存储为存储电流值。但是，也可以与其不同地，将虽然在施加各电压矢量时相互相同条件但在各施加终端的定时由电流检测部4检测出的各相电流存储为存储电流值。即使在该情况下，也得到与前面例子的情况大致相同的存储电流值，并且，仅以定时为基准而抽出检测值并存储即可，所以具有存储部的结构变得简单的优点。

实施方式2.

在前面的实施方式1中，为了调整电压矢量指令的施加时间Ta，将电压矢量指令的施加时间设定为任意的Tm，并适当变更该Tm，从而得到能够推测转子位置的必要最低限度的施加时间设定值Ta。在本实施方式2中，通过使电压矢量指令的施加时间的设定从零附近起逐渐变大，从而使得能够缩短自动调整所需的时间且尽可能减小旋转机1中流过的电流来求出电压矢量指令的施加时间Ta。

本实施方式2的结构与图1所示的实施方式1的情况相同，差分导纳的大小等的求出方法等也相同，不同之处仅为电压矢量指令的施加时间Tm的设定方法和之后的处理，所以关于与实施方式1同样的部分，省略说明。

图8是示出自动调整本实施方式2中的电压矢量指令的施加时间时的动作的流程图。

首先，设定电压矢量指令的施加时间Tm的初始值（步骤T1）。设初始值为零附近的小的值。然后，将如图2那样60度间隔的电压矢量指令V1～V6一边插入零电压矢量指令V0，一边如图3那样如V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V5→V0→V6→V0那样依次输出（步骤T2）。

存储部5如图3的存储动作所示，在存储期间1～6中，在由电流检测部4检测出的三相电流各自中，存储各相电流的绝对值为最大的值，其中所述存储期间1～6是电压矢量指令运算部2输出各电压矢量指令V1～V6和接着其输出的电压矢量指令V0的期间（步骤T3）。调整部7计算存储部5中存储的18个存储电流值中的绝对值为最大的|Im|，判断该最大电流值|Im|是否小于预先设定的电流最大值Imax（步骤T4）。

此时，在最大电流值|Im|为电流最大值Imax以上的情况下（在步骤T4中“否”），判断为没有能够通过小于电流最大值Imax的电流值良好地推测位置的电压矢量指令的施加时间，进行当作无法推测位置的警报处理（步骤T5）。在最大电流值|Im|小于电流最大值Imax的情况下（在步骤T4中“是”），调整部7根据存储部5中存储的存储电流值，如（14）式那样运算差分导纳的大小|ΔY|（步骤T6）。

然后，判断所运算出的差分导纳的大小|ΔY|是否为预先设定的差分导纳阈值ΔYlev以上（步骤T7）。如果差分导纳的大小|ΔY|是差分导纳阈值ΔYlev以上（在步骤T7中“是”），则视为旋转机1的定子充分地磁饱和，将此时的电压矢量指令的施加时间Tm设定为Ta（步骤T8），否则（在步骤T7中“否”），对电压矢量指令的施加时间Tm加上电压施加时间相加值ΔT而变更电压矢量指令的施加时间Tm（步骤T9），再次反复进行如下动作：电压矢量的施加，差分导纳的大小|ΔY|的运算，与差分导纳阈值ΔYlev的比较。

如以上那样，在本发明的实施方式2中，将任意地设定的电压矢量指令的施加时间Tm的初始值设定为零附近，根据依次输出了该设定的施加时间Tm的电压矢量指令V1～V6时的存储电流值，通过（14）式，运算差分导纳的大小|ΔY|。然后，比较所运算出的|ΔY|和预先设定的差分导纳阈值ΔYlev，直至成为|ΔY|≥ΔYlev为止，将所设定的施加时间Tm每次增加ΔT，在成为|ΔY|≥ΔYlev时，将所设定的电压矢量指令的施加时间Tm设定为电压矢量指令的施加时间Ta，从而能够恰当地评价磁饱和的程度，无需经由人手，由位置推测部6能够精度良好地推测转子位置，并且能够自动地调整旋转机1中流过的电流不会变得过大那样的电压矢量指令的施加时间Ta。

进而，通过计算存储部5中存储的18个存储电流值中的绝对值为最大的|Im|，判断|Im|是否小于电流最大值Imax，从而还能够进行无法推测位置的警报处理。

另外，在以上的说明中，如图8所示，设定为确实不产生磁饱和的小的例如零附近的值作为施加时间Tm的初始值，直至判定为|ΔY|≥ΔYlev为止，将所设定的施加时间Tm每次增加ΔT。但是，也可以与其不同地，设定为确实产生磁饱和的大的值作为施加时间Tm的初始值，直至成为|ΔY|<ΔYlev为止，将所设定的施加时间Tm每次减少ΔT，在成为|ΔY|<ΔYlev时，将对所设定的施加时间Tm加上ΔT而得到的值设定为电压矢量指令的施加时间Ta。即使在该情况下，只要恰当地设定施加时间Tm的初始值，就高效，而且得到与图8的情况同样的效果。

实施方式3.

在前面的实施方式1、2中，优选将预先设定的差分导纳阈值ΔYlev设定为能够精度良好地推测由位置推测部6推测的推测位置、并且旋转机1中流过的电流不会变得过大时的差分导纳的大小。因此，例如，如果相加电流值以旋转机1的额定电流值的10%充分磁饱和，则将相加电流值与额定电流值的10%相当的差分导纳设为了差分导纳阈值ΔYlev。这样的差分导纳阈值ΔYlev有时根据旋转机1的种类、容量等而变化。

因此，在将差分导纳阈值ΔYlev例如以旋转机1的额定电流值为基准设定，并使用基于此调整的施加时间Ta来进行了转子的位置推测的情况下，位置推测精度有可能恶化。因此，在本实施方式3中，说明以应用于各种种类、容量的旋转机为前提的差分导纳阈值的设定法。

另外，关于除了如何设定差分导纳阈值ΔYlev这样的问题以外的内容，与前面的实施方式1、2相同，所以在此省略其说明。

在电压施加部3是电压型逆变器的情况下，如上所述，从电压施加部3输出的电压矢量成为图6所示那样的电压脉冲。在旋转机1是同步机的情况下，旋转机的阻抗成为R+sL（R：绕组电阻、L：电感、s：拉普拉斯算子），如果将图6的电压脉冲视为跨步电压（stepvoltage），则此时旋转机1中流过的电流Is（s）能够用（21）式来表示。

[数式9]

$\mathrm{Is}\left(s\right)=\frac{1}{R+\mathrm{sL}}\frac{\mathrm{Vdc}}{s}...\left(21\right)$

如果对（21）式进行逆拉普拉斯变换而变换到时域，则成为（22）式，如果对（22）式进行图示，则成为图9。

[数式10]

$\mathrm{id}\left(t\right)=\frac{\mathrm{Vdc}}{R}(1-\exp (-\frac{R}{L}t))...\left(22\right)$

根据（22）式，提供了振幅Vdc的跨步电压时的电流is（t）的最终值是将时间t设为无限大时的值、即Vdc/R。但是，在一般的旋转机的情况下，最终值Vdc/R相比于旋转机的额定电流充分大。另外，从电压施加部3输出的电压矢量是旋转机1中流过的电流变得比Vdc/R充分小的、不是跨步电压而是施加时间Tm的脉冲电压。因此，能够将在施加了图6那样的脉冲电压时旋转机1中流过的电流如（23）式那样近似为以原点（时刻0）处的微分值为斜率的直线。

[数式11]

$\mathrm{is}\left(t\right)=\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\mathrm{is}\left(0\right)\right)\&CenterDot;t\frac{\mathrm{Vdc}}{L}t...\left(23\right)$

因此，通过对（23）式的t代入电压矢量的施加时间Tm，由此能够如（24）式那样求出在施加了施加时间Tm的电压矢量时旋转机1中流过的电流值。

[数式12]

$\mathrm{is}=\frac{\mathrm{Vdc}}{L}\mathrm{Tm}...\left(24\right)$

由于能够如（24）那样求出旋转机1中流过的电流值，所以在施加了电压矢量V1时由存储部5存储的U相存储电流值iu1的大小成为（25）式。

[数式13]

（其中，Lu1是V1方向的电感）        …（25）

同样地，当求出存储电流值iu4、iv3、iv6、iw5、iw2的大小时，成为（26）～（30）式。

[数式14]

（其中，Lu4是V4方向的电感）      …（26）

（其中，Lv3是V3方向的电感）      …（27）

（其中，Lv6是V6方向的电感）      …（28）

（其中，Lw5是V5方向的电感）      …（29）

（其中，Lw2是V2方向的电感）     …（30）

存储电流值iu1、iu4、iv3、iv6、iw5、iw2成为（25）～（30）式，从而关于用（18）～（20）式求出的差分导纳，通过在将电压矢量指令的施加时间设为Tm的情况下，将（18）～（20）式的Ta置换为Tm，并代入（25）～（30）式，从而成为（31）～（33）式。此处，（31）～（33）式意味着：求出由于磁饱和产生的、旋转机1的相位相互相差180度的位置的电感的倒数的差分。

[数式15]

$\mathrm{\&Delta;Yu}=|\frac{\left|\mathrm{iu}1\right|}{\mathrm{Vdc}\&CenterDot;\mathrm{Tm}}-\frac{\left|\mathrm{iu}4\right|}{\mathrm{Vdc}\&CenterDot;\mathrm{Tm}}|=|\frac{1}{\mathrm{Lu}1}-\frac{1}{\mathrm{Lu}4}|...\left(31\right)$

$\mathrm{\&Delta;Yv}=|\frac{\left|\mathrm{iv}3\right|}{\mathrm{Vdc}\&CenterDot;\mathrm{Tm}}-\frac{\left|\mathrm{iv}6\right|}{\mathrm{Vdc}\&CenterDot;\mathrm{Tm}}|=|\frac{1}{\mathrm{Lv}3}-\frac{1}{\mathrm{Lv}6}|...\left(32\right)$

$\mathrm{\&Delta;Yw}=|\frac{\left|\mathrm{iw}5\right|}{\mathrm{Vdc}\&CenterDot;\mathrm{Tm}}-\frac{\left|\mathrm{iw}2\right|}{\mathrm{Vdc}\&CenterDot;\mathrm{Tm}}|=|\frac{1}{\mathrm{Lw}5}-\frac{1}{\mathrm{Lw}2}|...\left(33\right)$

关于差分导纳，如果通过求出电感的倒数的差分来将差分导纳阈值ΔYlev设定为作为旋转机1自身的电感的倒数的函数而得到的值，则在旋转机的种类、容量发生了变化的情况下，自然差分导纳阈值ΔYlev也变化，不论旋转机的种类、容量如何，都能够调整电压矢量指令的施加时间Ta。

在具体的差分导纳阈值ΔYlev的设定中，在将旋转机1的电感设为Lm的情况下，设定为作为旋转机1的电感Lm的倒数即1/Lm的函数而得到的值、例如1/Lm的5%、10%等1/Lm的比例。之后，通过与实施方式1、实施方式2同样的步骤，自动调整电压矢量指令的施加时间Ta。

如以上那样，在本发明的实施方式3中，通过将在调整部7中设定的差分导纳阈值ΔYlev设定为作为旋转机1的电感Lm的倒数的函数而得到的值、例如对该倒数乘以系数而得到的值，从而不论旋转机1的种类、容量如何，都能够恰当地评价磁饱和的程度，无需经由人手，能够由位置推测部6精度良好地推测转子位置，并且能够自动地调整旋转机1中流过的电流不会变得过大那样的电压矢量指令的施加时间Ta。

Claims (11)

1.一种旋转机的控制装置，控制具有n相的绕组的旋转机，其中n是3以上的自然数，

所述控制装置具备：

电压施加部，对所述旋转机施加基于电压矢量指令的电压矢量；

电流检测部，检测所述旋转机的各相绕组中流过的电流；

电压矢量指令运算部，运算振幅相互相同并且在1个周期即360度内等间隔的相位且施加时间相互相同的2n个电压矢量指令作为所述电压矢量指令，并输出到所述电压施加部；

存储部，将在施加所述2n个电压矢量时在相互相同的条件下由所述电流检测部在所述各相中检测出的所述2n×n个电流存储为存储电流值；

位置推测部，根据来自所述存储部的所述存储电流值推测所述旋转机的停止时的转子位置；以及

调整部，将所述施加时间调整为通过所述电压矢量的施加而所述旋转机成为必要最低限度的磁饱和状态的施加时间Ta，以能够推测所述转子位置，

其中，

所述调整部根据施加了基于将所述施加时间设为任意的施加时间Tm的所述电压矢量指令的电压矢量时的、所述电压矢量指令的电压振幅值与来自所述电流检测部的所述存储电流值的比，运算调整评价值，根据所述调整评价值调整所述施加时间。

2.根据权利要求1所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述调整部将所述调整评价值在比预先设定的调整阈值大的范围内成为最小时的所述施加时间Tm设定为所述施加时间Ta。

3.根据权利要求2所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述调整部设定为确实不产生所述磁饱和的小的值作为所述施加时间Tm的初始值，求出所述调整评价值并判定与所述调整阈值的大小，进而将所述施加时间Tm依次每次增加时间ΔT来反复进行所述判定动作，将所述判定结果第一次成为所述调整评价值>所述调整阈值时的所述施加时间Tm设定为所述施加时间Ta。

4.根据权利要求2所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述调整部设定为确实产生所述磁饱和的大的值作为所述施加时间Tm的初始值，求出所述调整评价值并判定与所述调整阈值的大小，进而将所述施加时间Tm依次每次减少时间ΔT来反复进行所述判定动作，将对所述判定结果第一次成为所述调整评价值<所述调整阈值时的所述施加时间Tm加上所述时间ΔT而得到的值设定为所述施加时间Ta。

5.根据权利要求1所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述调整部求出所述存储电流值中的最大的最大电流值，在该最大电流值小于预先设定的电流最大值的条件下进行所述调整的动作。

6.根据权利要求1所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述存储部将在从一个所述电压矢量指令的施加始端至下一个所述电压矢量指令的施加始端为止的存储期间中检测出的电流的最大值存储为所述存储电流值。

7.根据权利要求1所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述存储部将在所述电压矢量指令的施加终端检测出的电流的值存储为所述存储电流值。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述位置推测部运算所述n个相加电流值，根据所述n个相加电流值推测所述旋转机的停止时的转子位置，其中，将所述存储部中存储的存储电流值之中的、在施加相位相互相差180度的各一对电压矢量时检测出的与该电压矢量同相的电流值相互进行相加而得到所述n个相加电流值。

9.根据权利要求8所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述调整部通过将所述n个相加电流值除以基于所述电压矢量指令的电压矢量的电压振幅值来求出所述n个差分导纳，进而将由该n个差分导纳构成的矢量量的大小作为所述调整评价值。

10.根据权利要求8所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述调整部通过将所述n个相加电流值除以基于所述电压矢量指令的电压矢量的电压振幅值×施加时间来求出所述n个差分导纳，进而将由该n个差分导纳构成的矢量量的大小作为所述调整评价值。

11.根据权利要求10所述的旋转机的控制装置，其特征在于，

所述调整部将作为所述旋转机的电感的倒数的函数而得到的值作为所述调整阈值。

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