CN103688459B - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种电机控制装置和使用它的驱动装置，该电机控制装置无论停止位置如何且即使在负载特性变化时也都稳定地驱动电机。该电机控制装置具有不使用与旋转角度位置有关的信息的同步运转模式和使用与旋转角度位置有关的信息来驱动的无位置传感器运转模式，在驱动中切换上述运转模式，其特征在于：包括推定以一个机械角周期或一个机械角周期的整数倍变化的周期转矩分量的周期转矩推定单元，在周期转矩的斜率为0附近或变成负的期间切换上述运转模式。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及电机控制装置和使用它的驱动装置。

背景技术

作为可以稳定地起动压缩机的压缩机驱动装置的现有技术，有日本特开2006-166658号公报（专利文献1）。在专利文献1中公开了如下结构：响应于被指示了停止压缩机，使转速慢慢下降，响应于到达了预定的转速而进行相固定运转，使活塞停止在预定的位置。

另外，作为不会起动失败的往复式压缩机的驱动装置的现有技术，有日本特开2005-90466号公报（专利文献2）。在专利文献2中公开了如下结构：起动前在压缩机电机中基于起动电机常数在一相流动驱动电流，使定子的位置在起动初始位置待机，然后从该起动初始位置开始起动。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006-166658号公报

专利文献2：日本特开2005-90466号公报

发明内容

（发明要解决的问题）

在专利文献1中记载了使活塞停止在预定的位置的结构。但是，专利文献1的压缩机的驱动装置没有考虑活塞从停止位置移动了的情况和负载特性的变化。

于是，本发明的目的在于提供无论停止位置如何、且即使在负载特性变化时也都稳定地驱动电机的电机控制装置和使用它的驱动装置。

另外，在专利文献2中记载了使转子的位置在起动初始位置待机的结构。但是，专利文献2的压缩机的驱动装置只考虑了特定方式的压缩机。

于是，本发明的目的在于提供无论是哪种压缩机都能够适用于负载转矩特性周期地变化的电机控制装置和使用它的驱动装置。

（用来解决问题的方案）

为了解决上述问题，采用例如权利要求书记载的结构。

本发明包含多个解决上述问题的方案，但如果举出一例，则为一种电机控制装置，具有不使用与旋转角度位置有关的信息的同步运转模式和使用与旋转角度位置有关的信息来驱动的无位置传感器运转模式，在驱动中切换上述运转模式，其特征在于：具有推定以一个机械角周期或一个机械角周期的整数倍变化的周期转矩分量的周期转矩推定单元，在周期转矩的斜率为0附近或变成负的期间切换上述运转模式。

（发明的效果）

根据本发明，可以提供无论停止位置如何、且即使在负载特性变化了时也都能够适用的电机控制装置和使用它的驱动装置。另外，可以提供无论是哪种压缩机都能够适用于负载转矩特性周期地变化的电机控制装置和使用它的驱动装置。

附图说明

图1是电机控制装置的结构图的例子。

图2是坐标轴的说明图。

图3是电力变换电路的结构图的例子。

图4是压缩机构部的结构图的例子。

图5是负载转矩随转子位置的变化的例子。

图6是运转模式的例子。

图7是PLL控制器的结构图的例子。

图8是速度控制器的结构图的例子。

图9是负载轻时的实轴与控制轴的关系图的例子。

图10是负载重时的实轴与控制轴的关系图的例子。

图11是负载轻时的运转模式图的例子。

图12是负载重时的运转模式图的例子。

图13是周期转矩推定单元的结构图的例子。

图14是周期转矩推定单元的其它的结构图（电压指令值利用型）的例子。

图15是周期转矩推定单元的其它的结构图（电流的包络线利用型）的例子。

图16是驱动装置的结构图的例子。

图17是控制模式切换定时的放大图的例子。

图18是简易转矩推定单元的结构图的例子。

图19是控制轴与三相轴的关系图的例子。

图20是负载转矩与脉动分量抽出值的关系图的例子。

图21是周期转矩推定单元30a的模拟结果的例子。

图22是周期转矩推定单元30b的模拟结果的例子。

图23是周期转矩推定单元30c的模拟结果的例子。

（附图标记说明）

1：电机控制装置；2：控制部；3：电压指令值制作器；5：电力变换电路；6：电机（电动机）；10：轴误差运算器；12：电流检测单元；13：PLL控制器；14：速度控制器；16：控制切换开关；20：直流电压源；30：周期转矩推定单元；31：控制切换判断器；301：冰箱；500：压缩机构部；503：曲轴

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的实施例。

（实施例1）

在本实施例中，说明驱动压缩机的电机控制装置1的例子。

图1是本实施例的电机控制装置1的结构图的例子。电机控制装置1大体上包含：检测电机（电动机）6中流动的电流的电流检测单元12、基于由电流检测单元12检测到的电流信息运算向电机6施加的电压指令值的控制部2、根据该电压指令值向电机6施加电压的电力变换电路5、以及与电机6机械地连接的压缩机构部500。

本实施例是使用在转子中具有永磁体的永磁体电机作为电机6的例子。因此，设为以控制轴的位置与转子的位置基本同步来进行说明。设为通过基于电机中流动的电流和电机施加电压等的信息进行推定的无位置传感器控制而得到转子的旋转角度位置信息。此时，对于转子的磁通方向的位置，以由控制上的假想转子位置dc轴和从它沿旋转方向电气地前进90度得到的qc轴构成的dc-qc轴（旋转坐标系）的控制为基本，而不是以由d轴和从它沿旋转方向以电气地前进90度得到的q轴构成的d-q轴（旋转坐标系）的控制为基本。图2示出这些轴的关系。另外，在此后的说明中，d-q轴称为实轴、dc-qc轴称为控制轴。

图19示出作为固定坐标系的三相轴与控制轴的关系。以U相为基准而定义出dc轴的旋转角度位置（磁极位置）θ_dc。dc轴沿图中的箭头的方向旋转，通过把旋转频率（后面所示的逆变器频率指令值ω₁）积分，得到磁极位置θ_dc。

电流检测单元12检测电机6中流动的三相的交流电流内的、U相和W相中流动的电流。虽然可以进行全相的交流电流检测，但根据基尔霍夫（Kirchhoff）定律，只要能检测三相中的两相，就可以根据检测到的两相算出另一相。

作为检测电机6中流动的交流电流的其它方式，例如，有根据后述的电力变换电路5的直流侧所附加的分流电阻中流动的直流电流检测电力变换电路5的交流侧的电流的单分流电流检测方式。该方式利用了分流电阻中流动的电流由于构成电力变换电路5的开关元件的通电状态而在时间上变化这一点。虽然未图示，电流检测单元12中使用单分流电流检测方式也没有问题。

控制部2包含以下部分等：把三相轴上的交流电流检测值（I_u和I_w）坐标变换成控制轴上的电流检测值的3φ/dq变换器8；用控制轴上的电流检测值（I_dc和I_qc）和电压指令值（V_d*和V_q*）运算实轴与控制轴的轴误差Δθ_c（图2所示）的轴误差运算器10；推定周期地变化的负载转矩的周期转矩推定单元30；为了使轴误差Δθ_c跟随轴误差指令值Δθ*（通常为0）而调整向电机6施加的电压的频率（逆变器频率指令值ω1）的PLL控制器13；切换后面详细说明的运转模式的控制切换开关（16a和16b）；控制切换判断器31；电压指令值制作器3；把dq轴上的电压指令值（V_d*和V_q*）从控制轴坐标变换到三相轴的dq/3φ变换器4；电流控制器112；积分器9。

控制部2大多由微机（微型计算机）、DSP等的半导体集成电路（运算控制单元）构成，用软件等实现。

电力变换电路5像图3所示的那样，包含逆变器21、直流电压源20、驱动电路23。逆变器21由开关元件22（例如，IGBT、MOS-FET等的半导体开关元件）构成。这些开关元件22被串联连接，构成U相、V相、W相的上下臂。各相的上下臂的连接点被布线连接到电机6。开关元件22根据驱动电路23输出的脉冲状的驱动信号（24a～24f）进行开关动作。通过开关直流电压源20，向电机6施加任意频率的交流电压来驱动电机。

在电力变换电路5的直流侧附加了分流电阻25时，可以利用于用来在流过过大电流时保护开关元件22的过电流保护电路、单分流电流检测方式等中。

像图4所示的那样，压缩机构部500以电机6作为动力源驱动活塞501。由此，进行压缩动作。曲轴503连接到电机6的轴502，把电机6的旋转运动变换成直线运动。随着电机6的旋转，活塞501也进行动作，进行吸入、压缩、吐出等一连串的工序。首先，从汽缸504上设置的吸入口505吸入冷却剂。然后，关闭阀506而进行压缩，从吐出口507吐出压缩了的冷却剂。

在一连串的工序中，施加在活塞501上的压力是变化的。这意味着从驱动活塞的电机6看时，负载转矩周期性地变化。图5示出在一个机械角周期中负载转矩随转子位置的变化的例子。在图5中作为电机6示出4极电机的例子，所以两个电气角周期相当于一个机械角周期。转子的位置与活塞的位置的关系因组装方式不同而不同，在图5中示出活塞从下死点起的变化。其特征在于，如果压缩工序开始则负载转矩增大，在吐出工序中负载转矩急剧减小。从图5可知在一次旋转中负载转矩是变化的，由于每次旋转负载转矩变化，所以从电机6看时负载转矩周期地变化。

另外，其特征在于，即使使用同样的压缩机构部500，负载转矩的变化也因电机6的转速、吸入口505和吐出口507的压力、吸入口505与吐出口507的压力差等各种因素而变化。另外，阀506的开闭定时和活塞的位置关系因阀506的结构而变化，也随通过阀506实现的压力条件而变化。

说明起动电机6时的基本动作，然后说明有压缩机等周期性的脉动转矩时的问题。图6是示出了起动电机6时的各运转模式的迁移的运转模式的例子。运转模式有三种，即，在任意相的电机绕组中流动直流电流，使电机6的定子固定在某位置的定位模式；基于d轴电流指令值I_d*、q轴电流指令值I_q*和频率指令值ω*确定向电机6施加的电压的同步运转模式；调整逆变器频率指令值ω₁以使轴误差Δθ_c为0的无位置传感器模式。

这些运转模式通过变更d轴电流指令值（I_d*）、q轴电流指令值（I_q*）、逆变器频率指令值ω₁内的任一个或多个或者切换在控制部2中设置的控制切换开关（16a和16b）而向其它运转模式迁移。另外，控制切换开关（16a和16b）如果没有特别禁止可以将两个同时切换。

在定位模式下，使控制切换开关（16a和16b）在A侧。即，频率指令值ω*本身就成为逆变器频率指令值ω₁。而且，起动时q轴电流指令值I_q*₀（从上位控制器等提供或在控制部2内预先确定）本身就是q轴电流指令值I_q*。在定位模式d下，在电机6中流动直流电流，所以逆变器频率指令值ω₁设为0。另一方面，d轴电流指令值I_d*随时间经过呈线性函数增加。当然，提供d轴电流指令值I_d*的方式与图6所示的不同也没有问题。另外，进行定位的相也可以固定为特定的相，也可以在每次起动时每次设为不同的相。即每次起动时改变定位模式下的磁极位置θ_dc即可。例如，将θ_dc设为0时，定位在U相。

定位模式结束后，向同步运转模式迁移。控制切换开关（16a和16b）仍然在A侧。在同步运转模式下，d轴电流指令值I_d*保持为恒定值（该起动方法称为d轴起动），使逆变器频率指令值ω₁增加。由此，电机66跟随逆变器频率指令值ω₁加速。

通过使控制切换开关（16a和16b）位于B侧而向无位置传感器模式迁移。在无位置传感器模式下，PLL控制器13进行动作，把逆变器频率指令值ω₁调整成轴误差Δθ_c成为轴误差指令值Δθ*（通常为0）。与此同时，速度控制器14把q轴电流指令值I_q*调整成从上位控制器等其它装置提供的频率指令值ω*与逆变器频率指令值ω₁的差成为0。

本实施例的永磁体电机设为非凸极型。因此，因d轴与q轴的电感的差产生的磁阻转矩不予考虑。因此，电机6的产生转矩与流过q轴的电流成比例。另外，无位置传感器模式下的d轴电流指令值I_d*设定为0。

在凸极型的情况下，除了q轴电流造成的转矩以外，有d轴与q轴的电感的差造成的磁阻转矩，所以通过考虑它地设定d轴电流指令值I_d*，可以用少的q轴电流产生相同的转矩。

图7示出PLL控制器13的结构例。用减法器11a求出轴误差指令值Δθ*与轴误差Δθ_c的差，把用它乘以比例增益K_p__pll进行比例控制的比例运算部42a的运算结果与用它乘以积分增益K_{i_pll}进行积分控制的积分运算部43a的运算结果用加法器18a相加，输出逆变器频率指令值ω₁。

图8示出速度控制器14的结构例。用减法器11b求出频率指令值ω*与逆变器频率指令值ω₁的差，把用它乘以比例增益K_{p_asr}进行比例控制的比例运算部42b的运算结果与用它乘以积分增益K_{i_asr}进行积分控制的积分运算部43b的运算结果用加法器18b相加，输出q轴电流指令值I_q*。

图6所示的运转模式图的例子是示出控制切换开关（16a和16b）、各值的关系的概略图。实际上，各值随电机6的负载（负载转矩）、PLL控制器13、电流控制器42和43、速度控制器14的响应频率（比例增益、积分增益）变化。以下，用图9～图12详细说明从同步运转模式向无位置传感器模式迁移时，负载转矩变化了的情况下的行为。另外，假定电流控制器为理想的控制器，设为电流指令值那样的电流流过电机6。

首先，说明电机6的负载轻时的情况。采用d轴起动时，同步运转模式下的轴误差Δθ_c大致为0附近的值。在同步运转模式下，不用转子的旋转角度位置信息（或位置推定值）控制，所以为了使电机6的产生转矩与负载转矩匹配而产生轴误差（负载角）。如果用图9所示的实轴与控制轴的关系图的例子说明，则如下所述。d轴电流指令值I_d*在dc轴上流动。电机6的产生转矩与q轴电流成比例。负载轻时，q轴电流可以减小，所以负载角减小。

另一方面，负载重时，像图10所示的那样，负载角增大。由此，q轴上流过大的电流，电机6产生更大的转矩。

下面，分别说明负载轻时（图11）、负载重时（图12）转移到无位置传感器模式时的各值的变化。如上所述，如果转移到无位置传感器模式，则PLL控制器13和速度控制器14进行动作。此时，轴误差Δθ_c是正的值，所以使逆变器频率指令值ω₁减少。由此，频率指令值ω*和逆变器频率指令值ω₁的差成为负的值，速度控制器14使q轴电流指令值I_q*增大。由此，逆变器频率指令值ω1跟随频率指令值ω*。

另一方面，负载重时，同步运转模式下的轴误差Δθ_c是更大的正值。因此，如果转移到无位置传感器模式而PLL控制器13进行动作，则逆变器频率指令值ω₁进一步下降。根据情况不同，可能会下降到0附近，由此电机6失步，导致起动失败。像图5所示的那样，尤其是压缩机由于周期性的负载变化大，所以即使一个机械角周期的平均负载转矩减小，在周期性的负载变化造成负载暂时增大的定时与切换成无位置传感器模式的定时重合时，起动失败的可能性升高。因此，本实施例的目的之一是即使在周期性的负载变化大时也不会起动失败而稳定地起动电机6。

在本实施例中，以压缩机构部500的活塞501直线地运动的往复式为例进行说明，但作为压缩机构的其它方式，有通过活塞旋转而进行压缩的旋转式、由涡旋状的旋回翼构成的卷绕式等。周期性的负载变化的特性因各种压缩方式不同而不同，但在每一种压缩方式中都有压缩工序造成的负载变化。因此，可能由于周期性的负载变化造成负载暂时增大的定时与运转模式的切换定时重叠而导致起动失败。于是，本实施例的目的之一是提供可以适用于各种压缩方式的解决方案。负载转矩的变化随压缩机的形式不同而不同，即使是相同的压缩机也随运转条件（吸入口和吐出口的压力、压缩机的温度等）、电机的转速不同而变化。因此，根据实际的负载变化确定切换定时比预先确定切换定时更好，这是本实施例的目的之一。

说明作为实现这些目的的手段之一的周期转矩推定单元30和控制切换判断器31。它们的结构例有几种，所以分别进行说明。

周期转矩推定单元30基于由电流检测单元12检测到的电流信息，推定周期性地变化的负载转矩分量。在图13所示的周期转矩推定单元30a中，用单相坐标变换器32把由3φ/dq变换器8得到的q轴电流检测值I_qc坐标变换成以机械角频率ω_m旋转的坐标系。

例如，电机6的转子的磁极数为4极时，两个电气角周期相当于一个机械角周期。因此，如果把频率指令值ω*（电气角）除以电机6的极对数（=极数/2），就能得到机械角频率ω_m。另外，在本实施例中，为了求出机械角频率，使用频率指令值ω*，但也可以使用逆变器频率指令值ω₁。

用下式进行坐标变换。

【数式1】

I_{qc_cos}＝cosθ_r×I_qc

I_{qc_sin}＝sinθ_r×I_qc

由此，抽出q轴电流检测值I_qc内的、机械角频率ω_m的cos分量（I_{qc_cos}）和sin分量（I_{qc_sin}）。在想除去负载转矩的变化的高次分量时、想除去电流检测值的噪声时，追加低通滤波器（LPF）35。然后，再次用下式进行坐标变换。

【数式2】

I_{qm_cos}＝cosθ_r×I_{qc_cos}

I_{qm_sin}＝sinθ_r×I_{qc_sin}

通过把该运算结果一直相加，抽出q轴电流检测值I_qc内的、机械角频率ω_m的分量（I_qm）。即通过观察单相坐标变换器的输出的变化，可以推定以机械角频率ω_m变化的周期性的负载转矩的变化。

用图20说明该一连串的动作。在同步运转模式下，不反馈位置信息，所以负载转矩变化了时，如上所述，由于负载角改变，所以电机转矩跟随负载转矩。此时，未进行电流控制时，像图20中的I_qc那样，流动与负载角对应的电流。如果用周期转矩推定单元30a抽出q轴电流检测值I_qc的机械角频率ω_m的分量，则它成为脉动分量抽出值I_qm那样的波形。

然后，向控制切换判断器31a输入周期转矩推定单元30a的输出。以往，从同步运转模式向无位置传感器模式切换，是例如频率指令值ω*达到预定的值或经过了预定时间时切换运转模式。在这样的现有的运转模式切换判断的情况下，存在因周期性的负载变化而负载暂时地增大的定时与运转模式的切换定时重叠的可能性。于是，基于单相坐标变换器的输出，在负载转矩的变化为0附近或负载转矩减少的期间中，在现有的运转模式切换判断成立了时，向控制切换开关16输出信号，把运转模式切换成无位置传感器模式。例如，在图20所示的脉动分量抽出值I_qm为切换判断值以下的情况下，向控制切换开关16输出信号。

由此，在负载转矩变化小的期间即轴误差Δθ_c的变化小的期间中，切换成无位置传感器模式，所以可以不会起动失败而稳定地起动电机6。

图21示出控制切换判断器31a的各部的波形的模拟结果的波形。通过使用周期转矩推定单元30a，从模拟结果的波形也可以看出，脉动分量抽出值I_qm非常接近负载转矩的变化。在切换判断值以下的情况下，如果进行运转模式切换，则在负载转矩变化小的期间中切换成无位置传感器模式，所以可以不会起动失败而稳定地起动电机6。

用图14说明周期转矩推定单元和控制切换判断器的其它结构例。在图14所示的周期转矩推定单元30b中，输入dq轴电压指令值（V_d*和V_q*）。dq轴电压指令值是控制轴上的值，所以通常为直流分量。但是，有周期性的负载变化时，电流控制把dq轴的电流控制成恒定，所以控制轴上的电压指令值也变化。于是，向周期转矩推定单元30b输入电压指令值，抽出电压指令值的变化量，或用不完全微分器34向控制切换判断器31b输出电压指令值的微分值。

图22示出用图14的结构运算dq轴电压指令值的不完全微分值（V_{d*_div}和V_{q*_div}）得到的结果。根据该波形可知，根据电压指令值的微分也能推定负载转矩的变化。

控制切换判断器31b在电压指令值的变化量或电压指令值的微分值为0附近或电压指令值的微分值为负的期间中，或者，像图22所示的那样，在切换判断值以下的期间中，在现有的运转模式切换判断成立了时，向控制切换开关16输出信号，把运转模式切换成无位置传感器模式。由此，在负载转矩变化小的期间中，切换成无位置传感器模式，所以可以不会起动失败而稳定地起动电机6。

在此，电压指令值制作器3用下式表示。

【数式3】

V_d*＝R×I_d**-ω₁×L_q×I_q**

V_q*＝R×I_a**+ω₁×L_d×I_d**+ω₁×K_e

在此，R是电机6的绕组电阻值，L_d是d轴的电感，L_q是q轴的电感，K_e是感应电压常数。

如果从上述的运算电压指令值的式子考虑，则周期变化转矩对q轴电压指令值的影响比对d轴电压指令值的影响大，所以输入q轴电压指令值时效果更大。另外，即使不运算控制轴上的电压指令值，而运算d轴电压指令值与q轴电压指令值的平方和平方根，换言之，运算电压指令值的振幅值，把它输入控制切换判断器31b，也能得到同样的效果。另外，也可以向周期转矩推定单元30b输入驱动各相的开关元件的驱动信号24。例如，输入了驱动信号24时，在负载转矩大的期间需要更大的电压，所以开关占空比提高（驱动信号的脉冲宽度变宽）。即，负载重的期间的驱动信号与其它期间相比宽度变化。

用图15说明在同步运转模式下，不进行电流控制时有效的、周期转矩推定单元和控制切换判断器的其它结构例。未进行电流控制时，向电机6施加的电压成为预先确定的值。此时，三相轴上的电流（I_u、I_v、I_w）的振幅值随根据负载变化的负载角而变化。于是，把由电流检测单元12检测到的各相的电流值输入到周期转矩推定单元30c。由包络线检测器34检测三相的交流电流的包络线，把它输出到控制切换判断器31c。

图23示出通过模拟求出的负载转矩与三相交流电流的关系图。像根据图23可知，在负载变大的定时包络线发生变化。

在控制切换判断器31c中，在包络线的变化基本恒定的期间或包络线增加的期间中，在现有的运转模式切换判断成立了时，向控制切换开关16输出信号，把运转模式切换成无位置传感器模式。由此，在负载转矩变化小的期间中，切换成无位置传感器模式，所以可以不会起动失败而稳定地起动电机6。

这样，通过使用几种周期转矩推定单元30和控制切换判断器31的结构例中的任一种，在负载转矩变化小的期间中，切换成无位置传感器模式，所以可以不会起动失败而稳定地起动电机6。显然，由于推定负载转矩的变化，所以不限于特定的压缩机的方式，可以适用于任一种压缩方式。

电机6的压缩机的一工序中的吸入压力P_s和吐出压力P_d根据压缩机所连接的系统（例如，冷冻循环）的状态不同而变化，一工序中的负载转矩发生变化。因此，通过推定负载转矩变化，在运转模式的切换判断中使用该信息，可以适用于各种各样的负载特性的电机控制装置。

当然，不仅仅是压缩机，也可以适用于具有周期性地变化的负载转矩特性的电机控制装置，具有同样的效果。

在以上的说明中，使用了电机6的轴经由曲轴503与压缩机构部500的活塞501连接的例子。因此，作为压缩机的一连串的工序是一个机械角周期，其结果，负载转矩的变化也是一个机械角周期。例如，在电机6的轴与曲轴503之间追加了齿轮时，负载转矩的变化以一个机械角周期的整数倍变化。此时也是，只要预先知道负载转矩的变化周期，就可以适用本实施例记载的内容，得到同样的效果。

另外，在使电机6减速时，即将运转模式从无位置传感器模式切换到同步运转模式时，也可以适用本实施例记载的内容，得到同样的效果。

（实施例2）

在本实施例中，说明在起动时间短时也可以推定负载转矩的变化的电机控制装置的例子。

图16是示出使用实施例2中的电机控制装置1的冰箱的结构图的例子。

另外，对于前面说明的实施例1中示出的被赋予相同符号的构成和具有相同功能的部分，省略说明。

冰箱301像图16所示的那样，由热交换机302、送风机303、压缩机304、压缩机驱动用电机305等构成。另外，冰箱控制装置306由根据各种传感器信息控制送风机、箱内灯等的箱内控制装置307和电机控制装置1构成。

在冰箱中，压缩机从停止状态起动时，将润滑油吸上来到汽缸中，所以需要在短时间内（以高的加速度）起动。此时，如果检测周期性的负载变化花费了时间，则起动时间可能延迟。于是，本实施例的目的之一是提供即使在起动时间短的情况下也可以在负载转矩的斜率为0附近或变成负的期间切换到无位置传感器模式并稳定地起动电机的解决方案。

以下，用图17的控制模式切换定时的放大图来说明。在电机的极数比2极多时，电气角为多个周期。例如，在电机6为4极的情况下，两个电气角周期为机械角的1周期。因此，用定位模式进行直流定位时，定位在即使在电气上是相同的位置（d轴），在机械上也是不同的位置（例如，机械角为0度和180度）。在该状态下，迁移到同步运转模式，按预先设定的加速度加速。

在逆变器频率指令值ω₁（或频率指令值ω*）达到了无传感器切换转速时（图17中粗箭头所示的切换定时），切换控制切换开关而迁移到无位置传感器模式。图17示出此时的时间上的放大图。

图17的左下侧（例1）是无传感器切换转速实现定时与负载变化大的期间不重叠时的例子。此时，由于负载变化小，所以可以稳定地切换控制模式。

另一方面，图17的右下侧（例2）是无传感器切换转速实现定时与负载变化大的期间重叠时的例子。此时，在无位置传感器切换后，负载急剧增大，所以逆变器频率指令值ω₁急剧变化，有时电机会失步而停止。

于是，使用图18所示的周期转矩推定单元30d和控制切换判断器31c。通过向周期转矩推定单元30d输入频率指令值ω*（或逆变器频率指令值ω₁）并除以极对数而运算机械角。将q轴电流检测值I_qc也输入到周期转矩推定单元30d。周期转矩推定单元30d是适合短时间起动的单元，所以判断两个电气角周期内的周期转矩的变化的大小。例如，用峰保持电路34判断一个机械角周期中的I_qc的峰值在机械角0度～180度，还是在180度～360度。

例如，在I_qc的峰值在机械角0度～180度、在该期间中达到了无传感器切换转速时（图17的右下侧（例2）的情况），不进行控制模式的切换，在经过了一个电气角周期后切换成无位置传感器模式。通过这样做，在负载转矩变化小的期间中切换成无位置传感器模式，所以可以不会起动失败而稳定地起动电机6。

例如，用图14所示的不完全微分器34等也可以检测I_qc的变化量时，无传感器切换转速实现定时与负载变化大的期间重叠后，也可以不等待一个电气角周期，而一旦I_qc的微分值变成负就切换成无位置传感器模式。此时，在想以更短的时间起动时等是有效的。

这样，通过使用本实施例的周期转矩推定单元和控制切换判断器的结构例，在负载转矩变化小的期间中，切换成无位置传感器模式，所以可以不会起动失败而稳定地起动电机6。另外，把一个电气角周期中的负载变化的大小与多个电气角进行比较，所以不依赖于电机的初始位置，例如，即使在定位后因某种外部干扰导致转子移动到其它位置时也可以稳定地起动电机。

另外，本发明不限于上述的实施例，包含各种各样的变形例。例如，上述的实施例是为了使本发明容易理解而详细说明的，并不一定非要限定成包括说明过的全部结构。另外，可以把某实施例的结构的一部分置换成另一实施例的结构，也可以在某实施例的结构上添加另一实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，可以追加、删除、置换其它结构。

另外，上述的各结构、功能、处理部、处理手续等的一部分或全部也可以通过用例如集成电路设计等以硬件实现。另外，上述的各结构、功能等也可以通过用处理器翻译并执行实现各功能的程序而以软件方式实现。

电机是作为永磁体电机说明的，但也可以使用其它的电动机（例如，感应机、同步机、开关磁阻电机、同步磁阻电机等）。此时，根据电动机不同而改变电压指令值制作器中的运算方法，除此以外同样地可以适用，可以实现本实施例的目的。

在上述的实施例中以速度控制型的结构为例进行了说明，当然也可以适用于转矩控制型的结构。此时，只有q轴电流指令值的算出方法不同，对于控制模式切换同样地可以适用，可以实现本实施例的目的。

在上述的实施例中，记载了控制模式（定位模式、同步运转模式、无位置传感器模式）的切换定时，但不仅仅限于控制模式的切换。例如，在通电方式从120度通电切换成180度通电时（当然也可以相反），通过使用本实施例中记载的周期转矩推定单元和控制切换判断器，可以把电流变化、速度变化等的切换冲击抑制到最小限度。

Claims (6)

1.一种电机控制装置，具有不使用与旋转角度位置有关的信息的同步运转模式和使用与旋转角度位置有关的信息来驱动的无位置传感器运转模式，在驱动中切换上述运转模式，该电机控制装置的特征在于：

具有推定以一个机械角周期或一个机械角周期的整数倍变化的周期转矩分量的周期转矩推定单元，在周期转矩的斜率为0附近或变成负的期间切换上述运转模式。

2.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：

在转矩变化的1周期内包含多个整数倍的电气角周期，在周期转矩比各电气角周期中的平均转矩的合计值小的电气角周期的期间切换上述运转模式。

3.如权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于：

具有电流检测单元，上述周期转矩推定单元用上述电流检测单元的信息推定以一个机械角周期或一个机械角周期的整数倍变化的周期转矩分量。

4.如权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于：

具有电流控制单元，根据输出电压的变化推定周期转矩分量。

5.如权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于：

具有电流控制单元，根据输出电压的变化推定周期转矩分量。

6.如权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于：

上述周期转矩推定单元用由上述电流检测单元检测到的电流的微分值推定以一个机械角周期或一个机械角周期的整数倍变化的周期转矩分量。