CN105027421B - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

为了能够顺利地进行控制切换而不会使速度、扭矩发生变动，在进行控制切换的速度区域、或者与其邻接的进行无传感器矢量控制的速度区域中，与速度指令或推定速度相对应地，使励磁电流指令在无传感器矢量控制下的值与低速区域控制下的值之间，以线性进行推移，或者作为与速度相对应的函数进行推移，由此抑制控制切换前后的励磁电流的急剧变化。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种电动机控制装置。

背景技术

在高速地、高精度地对电动机进行控制的情况下，需要与转子的磁极位置相对应地产生旋转磁通。但是，在磁极位置的检测中使用位置传感器的情况下，随之产生高成本、对振动及热的脆弱性、电动机尺寸的大型化、配线的增加、配线长度的限制等各种问题。

因此，以往开发出了不使用位置传感器而检测磁极位置的方法，利用由永磁体的磁通产生的旋转时的感应电压而推定转子的磁极位置的方法(无传感器矢量控制)已被公知。但是，在该方法中，在感应电压较小的低速时，感应电压的检测或推定变得困难，存在转子的磁极位置检测精度以及速度推定精度变差的难点。

作为解决该问题的方法，在低速时使用同步电流控制，在速度指令达到足以进行感应电压的检测或推定的值时从同步电流控制向无传感器矢量控制切换的方法已被公知，其中，同步电流控制是下述的方法，即，在任意的控制相位上使规定的电流矢量流过，作为控制相位而提供通过对速度指令进行积分而得到的同步相位，由此使电动机的速度追随速度指令(例如，参照专利文献1)。

此外，对于具有磁凸极性的电动机，已知下述方法，即，在低速区域中，利用施加位置推定用的高频电压指令并通过检测电流对转子的磁极位置进行推定的方法(高频叠加方式)，对无传感器矢量控制的相位推定误差进行校正，在速度指令或推定速度达到足以进行感应电压的检测或推定的值时，转换为仅进行无传感器矢量控制(例如，参照专利文献2、专利文献3)。

另外，利用了磁阻扭矩的最大扭矩控制、考虑了铁损等的最大效率控制等高效控制已被公知(关于最大扭矩控制，例如参照专利文献4，关于最大效率控制，例如参照专利文献5)。

专利文献1：日本特开2012－19626号公报

专利文献2：国际公开第2010/109528号

专利文献3：日本特开2008－11616号公报

专利文献4：日本特开2003－88157号公报

专利文献5：日本特开平8－266099号公报

发明内容

另外，在无传感器矢量控制下进行使用了磁阻扭矩的最大扭矩控制、最大效率控制的情况下，由于使与扭矩电流相应的励磁电流流过，所以根据扭矩电流的大小不同，需要使励磁电流向负向流过。

另一方面，在低速区域控制的情况下，在同步电流控制下使较强的励磁电流流过而将扭矩电流固定为零(专利文献1)，或者使恒定的扭矩电流流过而将励磁电流固定为零(专利文献3)等，需要使励磁电流为零或者使励磁电流向正向流过。

另外，在高频叠加方式下，由于流过高频电流，所以与不施加高频电压的情况相比损耗较多，电动机参数也发生变化，因而难以进行最大扭矩控制等控制。因此，在施加高频电压的速度区域中，将高频电压施加前的励磁电流指令设为零附近的恒定的值。

总之，存在下述问题，即，如果在施加了一定程度的负载的状态下对低速区域控制与无传感器矢量控制进行切换，则在控制切换的前后，励磁电流急剧变化，速度、扭矩发生变动。

本发明就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，该电动机控制装置能够抑制施加负载时的控制切换前后的励磁电流的急剧变化，顺利地进行控制切换而不会使速度、扭矩发生变动。

为了解决上述课题，实现目的，本发明所涉及的电动机控制装置的特征在于，具备：电压施加单元，其基于驱动电压指令向电动机施加交流电压；电流检测单元，其检测流过所述电动机的电动机电流；推定单元，其基于所述驱动电压指令以及所述电动机电流，对推定相位以及推定速度进行运算并输出，其中，所述推定相位是所述电动机的转子位置的推定值，所述推定速度是所述电动机的转速的推定值；以及控制单元，其输出所述驱动电压指令，以使将所述电动机电流向任意的控制相位上进行坐标变换后得到的控制电流矢量与所述任意的控制相位上的控制电流矢量指令一致，所述控制单元基于所述控制相位、所述推定相位、所述速度指令、预先设定的控制电流矢量、以使从外部输入的速度指令与所述推定速度一致的方式进行控制而得到的控制电流矢量指令，生成所述任意的控制相位上的控制电流矢量指令，并且在任意设定的同步相位与所述推定相位之间相互切换而作为所述任意的控制相位。

发明的效果

根据本发明，其具有下述效果，即，能够抑制在施加负载时的控制切换前后的励磁电流的急剧变化，顺利地进行控制切换而不会使速度、扭矩发生变动。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置的结构的框图。

图2是说明图1所示的控制单元所选择的3个控制区域的各相位的特性图。

图3是表示图1所示的速度指令ω*与γ轴电流指令运算部计算出的γ轴控制电流矢量指令之间的关系例(其1)的特性图。

图4是表示图1所示的速度指令ω*与γ轴电流指令运算部计算出的γ轴控制电流矢量指令之间的关系例(其2)的特性图。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的电动机控制装置的结构的框图。

图6是说明图5所示的控制单元所选择的3个控制区域的各相位的特性图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明所涉及的电动机控制装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不由该实施方式所限定。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置的结构的框图。在本实施方式1中，对下述情况进行说明，即，从同步电流控制经过切换控制而向无传感器矢量控制进行切换的情况，或者从无传感器矢量控制经过切换控制而向同步电流控制进行切换的情况。

此外，所谓无传感器矢量控制是指下述方法，即，不在电动机中安装位置传感器，或者即使在电动机中安装有位置传感器也不使用该位置传感器，根据电动机的感应电压推定电动机的转速，对电动机速度进行控制以使推定速度与速度指令一致。另外，所谓同步电流控制是指下述方法，即，通过在任意的控制相位上使规定的电流矢量流过，作为控制相位而提供任意设定的同步相位，从而对电动机速度进行控制以使电动机的转速追随速度指令，是在感应电压的检测或推定较为困难的低速区域中适用的方法。

在图1中，电动机1a例如是三相交流永磁体同步机，将转子的磁极所产生的磁通的方向(永磁体的中心轴)作为d轴，将在电、磁上与该d轴正交的轴(永磁体间的轴)作为q轴。并且，将与d轴及q轴相对应的控制上的推定轴作为γ轴及δ轴。此外，d轴也称为磁通轴，q轴也称为扭矩轴。

对该电动机1a进行驱动控制的、实施方式1所涉及的电动机控制装置2a具备电压施加单元3、电流检测单元4、推定单元5a、以及控制单元6a。该电动机控制装置2a构成为，将与d轴及q轴相对应的控制上的推定轴作为γ轴及δ轴，使用该γ轴及δ轴对电动机1a进行控制。

电压施加单元3是PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)方式逆变器等半导体电力变换器，基于控制单元6a的输出即驱动电压指令Vu*、Vv*、Vw*，将直流电压向进行PWM调制后的三相交流电压变换，并将其施加于电动机1a。

电流检测单元4是在连结电动机1a与电压施加单元3的电力线上安装的例如变流器，检测从该电力线在电动机1a与电压施加单元3之间流过的三相的电动机电流iu、iv、iw，并向控制单元6a输出。此外，在图1中，对3相的电流进行了检测，但也可以仅对任意的2相的电流进行检测，利用电动机电流处于3相平衡这一点，通过运算求出剩余相的电流。

推定单元5a基于电流检测单元4的输出即电动机电流iu、iw、以及控制单元6a的输出即驱动电压指令Vu*、Vw*，对电动机1a的转子位置的推定值即推定相位(推定位置)θ0、以及电动机1a的转速的推定值即推定速度ωr0进行运算，并向控制单元6a输出。在此，推定相位θ0上的电流矢量是与d轴上及q轴上的控制电流矢量id、iq一致的电流矢量。此外，在推定运算中，既可以使用适当组合的2相的驱动电压指令以及电动机电流，也可以使用全部3相的驱动电压指令以及电动机电流。

推定单元5a的推定方法是利用了感应电压的方法，因此在低速区域中推定相位的运算精度较差。因此，可以在从外部输入的速度指令ω*的绝对值|ω*|小于预先设定的基准值ω1v1的情况下使推定单元5a停止，在绝对值|ω*|变得大于或等于基准值ω1v1时使推定单元5a进行动作。另外，可以将基准值ω1v1设定为推定相位θ0、推定速度ωr0的运算精度达到期望值时的最小的值。关于推定方法，例如可以使用专利文献1中记述的方法，但并不限定于该方法，只要是推定电动机1a的转子位置以及速度的方法，就可以适用任意方法。

控制单元6a在本实施方式1中主要进行下面的(1)～(3)所示的3个控制动作。

(1)控制单元6a基于任意设定的同步相位θs、推定相位θ0、以及速度指令ω*，生成任意的控制相位θc上的γ轴及δ轴的控制电流矢量指令iγ*、iδ*，以使将电动机电流iu、iw向控制相位θc上变换后得到的γ轴及δ轴的控制电流矢量iγ、iδ与γ轴及δ轴的控制电流矢量指令iγ*、iδ*一致的方式生成驱动电压指令Vu*、Vv*、Vw*，并将生成的驱动电压指令Vu*、Vv*、Vw*向电压施加单元3输出。

(2)控制单元6a基于以使速度指令ω*与推定速度ωr0一致的方式进行控制而得到的实际电流指令矢量、控制相位θc、推定相位θ0、以及γ轴控制电流矢量iγ，生成δ轴控制电流矢量指令iδ*，并且在任意设定的同步相位θs与推定相位θ0之间交替地切换而作为控制相位θc。此外，同步相位θs在本实施方式1中设定为对速度指令ω*进行积分得到的值。

(3)控制单元6a与从外部输入的速度指令ω*的大小相对应地选择同步电流控制、切换控制、和无传感器矢量控制这3种控制方法，分别例如如图2所示进行控制。图2是说明图1所示的控制单元所选择的3个控制区域的相位的特性图。在图2中，横轴是从外部输入的速度指令ω*。纵轴所示的“相位比例系数Kc”如后述所示在控制单元6a内生成。

在图2的横轴中，控制单元6a在速度指令ω*的绝对值|ω*|从0至小于预先设定的基准值ω1v2(ω1v2＞ω1v1)为止时选择同步电流控制21，在绝对值|ω*|从基准值ω1v2至小于预先设定的基准值ω1v3(ω1v3＞ω1v2)为止时选择切换控制22，在绝对值|ω*|大于或等于基准值ω1v3时选择无传感器矢量控制23，在各个速度期间中进行各自的控制。

控制单元6a为了实现上述这种控制，具备：坐标变换器10、11；电流控制器12；控制相位运算器13；δ轴电流指令运算部14；同步相位运算器15；以及γ轴电流指令运算部16。下面，对各要素进行说明。

在同步相位运算器15中，输入速度指令ω*、由γ轴电流指令运算部16运算得到的γ轴控制电流矢量指令iγ*、由δ轴电流指令运算部14运算得到的δ轴控制电流矢量指令iδ*、以及由推定单元5a运算得到的推定相位θ0及推定速度ωr0。同步相位运算器15基于这些值，对在图2所示的3个控制期间中使用的同步相位θs进行运算并输出。

即，同步相位运算器15在同步电流控制时(|ω*|＜ω1v2)，输出对速度指令ω*进行积分得到的同步相位θs。另外，同步相位运算器15在切换控制时(ω1v2≤|ω*|＜ω1v3)，输出对推定速度ωr0进行积分得到的同步相位θs。另外，同步相位运算器15在无传感器矢量控制时(ω1v3≤|ω*|)，例如如专利文献1所示，在推定相位θ0上加上对δ轴控制电流矢量指令iδ*和同步电流控制时的γ轴控制电流矢量指令iγ*进行反正弦运算而求出的相位，将该加法运算得到的相位作为同步相位θs进行输出。这3种同步相位θs被输入至控制相位运算器13和δ轴电流指令运算部14。

首先，控制相位运算器13将速度指令ω*、同步相位运算器15输出的同步相位θs、以及由推定单元5a运算得到的推定相位θ0作为输入，基于这些值，为了分别顺利地进行图2所示的同步电流控制21与切换控制22之间的切换、以及切换控制22与无传感器矢量控制23之间的切换，基于速度指令ω*设定图2的纵轴所示的每种控制的相位比例系数Kc，通过将该设定的相位比例系数Kc应用于式(1)，从而对与所设定的相位比例系数Kc相对应的控制相位θc进行运算并输出。

θc＝Kc·θs+(1-Kc)·θO……(1)

在图2所示的例子中，相位比例系数Kc在同步电流控制时(|ω*|＜ω1v2)设定为Kc＝1，在切换控制时(ω1v2≤|ω*|＜ω1v3)设定为从Kc＝1朝向Kc＝0以直线状下降，在无传感器矢量控制时(ω1v3≤|ω*|)设定为Kc＝0。

由于将上述这种相位比例系数Kc应用于式(1)，所以在同步电流控制时(|ω*|＜ω1v2)的控制相位θc中，使用从同步相位运算器15输入的同步相位θs，在无传感器矢量控制时(ω1v3≤|ω*|)的控制相位θc中，使用从推定单元5a输入的推定相位θ0。并且，在切换控制时(ω1v2≤|ω*|＜ω1v3)的控制相位θc中，使用将同步相位θs和推定相位θ0利用相位比例系数Kc进行加权而得到的相位。

此外，在本实施方式1中，说明了作为系数使用与速度指令ω*成比例地变化的相位比例系数Kc，但作为系数，只要是以下述方式变化的系数即可，即，在速度指令ω*为基准值ω1v2时变为同步相位θs，在速度指令ω*为基准值ω1v3时变为推定相位θ0。由控制相位运算器13求出的控制相位θc被输入至δ轴电流指令运算部14和坐标变换器10、11。

然后，δ轴电流指令运算部14将速度指令ω*、γ轴控制电流矢量指令iγ*、同步相位θs、控制相位θc、推定相位θ0、以及推定速度ωr0作为输入，生成作为2个控制电流矢量指令中的一者的δ轴控制电流矢量指令iδ*。所生成的δ轴控制电流矢量指令iδ*被输入至电流控制器12、γ轴电流指令运算部16、以及上述的同步相位运算器15。

δ轴电流指令运算部14例如如专利文献1所示，基于以使速度指令ω*与推定速度ωr0一致的方式进行控制而得到的实际电流指令矢量、控制相位θc、推定相位θ0、以及作为2个控制电流矢量指令中的另一者的γ轴控制电流矢量指令iγ*，生成δ轴控制电流矢量指令iδ*。此外，δ轴电流指令运算部14将同步电流控制时的δ轴控制电流矢量指令iδ*设定为零。

然后，γ轴电流指令运算部16将速度指令ω*和δ轴控制电流矢量指令iδ*作为输入，生成γ轴控制电流矢量指令iγ*。所生成的γ轴控制电流矢量指令iγ*被输入至电流控制器12。图3是表示图1所示的速度指令ω*与γ轴电流指令运算部计算出的γ轴控制电流矢量指令iγ*之间的关系例(其1)的特性图。图4是表示图1所示的速度指令ω*与γ轴电流指令运算部计算出的γ轴控制电流矢量指令iγ*之间的关系例(其2)的特性图。

在图3和图4中，横轴是速度指令ω*，纵轴是γ轴控制电流矢量指令iγ*。γ轴电流指令运算部16以图3或图4所示的方式生成与速度指令ω*及δ轴控制电流矢量指令iδ*相对应的γ轴控制电流矢量指令iγ*。所生成的γ轴控制电流矢量指令iγ*被输入至电流控制器12、上述的δ轴电流指令运算部14以及同步相位运算器15。

在图3中，在速度指令ω*的绝对值|ω*|小于基准值ω1v3即成为|ω*|＜ω1v3的、同步电流控制时以及切换控制时的速度期间中，将γ轴控制电流矢量指令iγ*设为恒定值iγ*_1v1，基准值ω1v4是从基准值ω1v3起设置了一定程度的宽度而得到的值，将大于或等于该基准值ω1v4的γ轴控制电流矢量指令iγ*设为在无传感器矢量控制下进行最大效率控制、最大扭矩控制时的规定值iγ*_1v2。对此，示出了如下例子，即，ω1v3≤|ω*|＜ω1v4的速度区域中的γ轴控制电流矢量指令iγ*，在恒定值iγ*_1v1与规定值iγ*_1v2之间，与速度指令ω*相对应地以线性进行推移。但是，也可以作为与速度指令ω*相对应的函数进行推移。

另一方面，在图4中，将同步电流控制时(|ω*|＜ω1v2)的γ轴控制电流矢量指令iγ*设为恒定值iγ*_1v1，使切换控制时(ω1v2≤|ω*|＜ω1v3)的γ轴控制电流矢量指令iγ*与相位比例系数Kc相对应地在恒定值iγ*_1v1与零或零附近的值之间以线性进行推移，基准值ω1v4是从基准值ω1v3起设置了一定程度的宽度而得到的值，在大于或等于该基准值ω1v4时，将无传感器矢量控制时(ω1v3≤|ω*|)的γ轴控制电流矢量指令iγ*设为在无传感器矢量控制下进行最大效率控制、最大扭矩控制时的规定值iγ*_1v2。对此，示出了如下例子，即，ω1v3≤|ω*|＜ω1v4的速度区域中的γ轴控制电流矢量指令iγ*，在零或零附近的值与规定值iγ*_1v2之间，与速度指令ω*相对应地以线性进行推移。但是，也可以作为与速度指令ω*相对应的函数进行推移。

在此，γ轴控制电流矢量指令iγ*的恒定值iγ*_1v1可以是任意的值，但优选设定为小于电动机1a的连续额定电流。

另外，γ轴控制电流矢量指令iγ*的规定值iγ*_1v2在进行最大扭矩控制时可以使用式(2)求出，在进行最大效率控制时等情况下，可以使用预先求出的近似式、表格值等，与δ轴控制电流矢量指令iδ*相对应地进行设定。

此外，在式(2)中，Φa是由永磁体产生的电枢交链磁通，Ld、Lq分别是d轴、q轴的电感。

在此，作为使用式(2)的前提，d轴与γ轴、q轴与δ轴需要分别一致，因此能够使用规定值iγ*_1v2进行控制的情况仅是无传感器矢量控制时。

但是，δ轴电流指令运算部14以使速度指令ω*与推定速度ωr0之间的差变小的方式对δ轴控制电流矢量指令iδ*进行运算，因此在推定速度ωr0的振荡较大的情况下，δ轴控制电流矢量指令iδ*和γ轴控制电流矢量指令iγ*也变为振荡的值。为了防止这种情况发生，在γ轴电流指令运算部16中，在与δ轴控制电流矢量指令iδ*相对应地对在进行最大效率控制等时使用的规定值iγ*_1v2进行运算的情况下，对在进行该运算时使用的δ轴控制电流矢量指令iδ*进行滤波而去除振荡分量即可。

电流控制器12进行比例积分控制以使坐标变换器10的输出即γ轴及δ轴的控制电流矢量iγ、iδ与γ轴及δ轴的控制电流矢量指令iγ*、iδ*一致，并将控制结果作为控制电压矢量Vγ*、Vδ*向坐标变换器11输出。坐标变换器11将输入的控制电压矢量Vγ*、Vδ*变换为控制相位θc上的驱动电压指令Vu*、Vv*、Vw*，该驱动电压指令Vu*、Vv*、Vw*全部成为电压施加单元3的输入，2个驱动电压指令Vu*、Vw*成为推定单元5a的输入。

坐标变换器10将检测出的电动机电流iu、iv、iw变换为控制相位θc上的控制电流矢量iγ、iδ。变换后的控制电流矢量iγ、iδ成为电流控制器12的输入。

此外，在本实施方式1中，例如使用专利文献1中记述的方法进行同步电流控制与无传感器矢量控制之间的切换，但并不限定于该方法，由于同步电流控制时和无传感器矢量控制时的γ轴控制电流矢量指令的值不同，所以只要与速度指令或推定速度相对应地进行控制的切换，就可以使用任意方法。

如上述所示，根据本实施方式1，能够抑制在施加负载时的控制切换前后的γ轴控制电流矢量指令iγ*的急剧变化，因而能够顺利地进行控制切换而不会使速度、扭矩发生变动。

实施方式2

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的电动机控制装置的结构的框图。此外，在图5中，对与图1(实施方式1)所示的结构要素相同或等同的结构要素标注相同的标号。在此，以与本实施方式2相关的部分为中心进行说明。

在本实施方式2中，对下述情况进行说明，即，整体上的驱动控制是无传感器矢量控制，在低速区域中进行通过高频叠加方式实现的相位推定误差校正，在中速至高速区域中不进行通过高频叠加方式实现的相位推定误差校正，而进行仅通过无传感器矢量控制实现的最大效率控制、最大扭矩控制。在此，所谓无传感器矢量控制，在前面已经进行了叙述，是指下述方法，即，不在电动机中安装位置传感器，或者即使在电动机中安装有位置传感器也不使用该位置传感器，根据电动机的感应电压推定电动机的转速，对电动机速度进行控制以使推定速度与速度指令一致。

在图5中，电动机1b例如是在转子的内部埋入有永磁体的埋入磁体型的同步电动机。在该埋入磁体型的同步电动机1b中，也将转子的磁极所产生的磁通的方向(永磁体的中心轴)作为d轴，将在电、磁上与该d轴正交的轴(永磁体间的轴)作为q轴。d轴也称为磁通轴，q轴也称为扭矩轴。虽然并未图示，但由于导磁率较低的磁体位于途中，所以由d轴电流id产生的交链磁通受到限制，与此相对，由于从导磁率比磁体高的材质(例如硅钢)中通过，所以由q轴电流iq产生的交链磁通变大。电动机1b在其稳态运行时，d轴的磁阻变得比q轴的磁阻大，d轴的电感Ld变得比q轴的电感Lq小。即，q轴的电感Lq相对于d轴的电感Ld的比即凸极比Lq/Ld变为大于1的值。即，电动机1b具有凸极性。

对该电动机1b进行驱动控制的实施方式2所涉及的电动机控制装置2b具备电压施加单元3、电流检测单元4、推定单元5b、以及控制单元6b。电动机控制装置2b通过该结构，利用稳态运行时的电动机1b的凸极比为大于1的值这一性质，即利用电动机1b具有的凸极性，对转子的磁极位置进行推定，使用所推定的磁极位置对电动机1b的驱动速度进行控制。此外，电压施加单元3以及电流检测单元4与实施方式1相同，在此省略其说明。

在控制单元6b中，整体上的驱动控制是无传感器矢量控制，在低速区域中进行通过高频叠加方式实现的相位推定误差校正，在中速至高速区域中不进行通过高频叠加方式实现的相位推定误差校正，而进行仅通过无传感器矢量控制实现的最大效率控制、最大扭矩控制，作为该结构，控制单元6b具备：高频电压发生器30；加法部31；坐标变换器32；滤波器33；由电流控制器34a以及坐标变换器34b构成的驱动电压指令运算部34；d轴电流指令运算部35；以及q轴电流指令运算部36。

高频电压发生器30将由d轴电流指令运算部35运算输出的d轴控制电流矢量指令id*、或者将由虽然未图示信号线但会在后面进行叙述的推定单元5b运算输出的推定速度ωr0作为动作开始和停止的控制信号，按照作为第1高频电压指令从外部输入的高频电压指令Vdh、Vqh，作为第2高频电压指令产生高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh，该高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh的电压和频率与由驱动电压指令运算部34内的坐标变换器34b输出的驱动控制用的电压指令Vu*、Vv*、Vw*不同。高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh基本上只要是与驱动控制用的电压指令Vu*、Vv*、Vw*不同的频率，就可以使用任意的值，而在本实施方式2中，使用3相的高频电压指令。

加法部31将从高频电压发生器30输出的3相的高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh，与由驱动电压指令运算部34内的坐标变换器34b输出的驱动控制用的电压指令Vu*、Vv*、Vw*相叠加，将其作为第1驱动电压指令Vup*、Vvp*、Vwp*提供给电压施加单元3。

电压施加单元3基于第1驱动电压指令Vup*、Vvp*、Vwp*生成3相的交流电压并施加至电动机1b。由此，在由电流检测单元4检测的电动机电流iu、iv、iw中，包含有与高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh相同的频率成分的高频电流iuh、ivh、iwh。并且，由于电动机1b具有凸极性，所以电感与转子位置相对应地发生变化。因此，电动机电流iu、iv、iw中包含的高频电流iuh、ivh、iwh的振幅与电动机1b的转子位置相对应地发生变化。

坐标变换器32将包含有振幅以上述方式变化的高频电流iuh、ivh、iwh的电动机电流iu、iv、iw，坐标变换为与推定相位θ0同步旋转的正交的2轴(d轴-q轴)上的控制电流idf、iqf，并输出至滤波器33。

滤波器33将从旋转正交的2轴(d轴-q轴)上的控制电流idf、iqf中去除与从外部输入至高频电压发生器30的高频电压指令Vdh、Vqh相同的频率成分的高频电流idh、iqh后得到的控制电流矢量id、iq，输出至推定单元5b和驱动电压指令运算部34内的电流控制器34a，并且将该被去除的高频电流idh、iqh输出至推定单元5b。此外，高频电流idh、iqh的提取例如利用带通滤波器或陷波滤波器等进行。

推定单元5b基于由控制单元6b内的滤波器33输出的高频电流idh、iqh及控制电流矢量id、iq、以及由驱动电压指令运算部34内的电流控制器34a输出的电压指令Vd*、Vq*，对电动机1b的推定相位θ0及推定速度ωr0进行运算。推定相位θ0被提供给坐标变换器32、34b，推定速度ωr0被提供给d轴电流指令运算部35及q轴电流指令运算部36。在此，关于推定方法，例如可以使用专利文献2中记述的方法，仅在低速区域中进行通过高频叠加方式实现的相位推定误差校正，但并不限定于该方法，只要是推定电动机1b的转子位置的方法，就可以适用任意方法。

此外，在专利文献2中记述的、仅在低速区域中进行通过高频叠加方式实现的相位推定误差校正的情况下，在加速时和减速时对使得相位推定误差校正开始和停止的速度设置迟滞(Hysteresis)，与推定速度ωr0的大小相对应地进行相位推定误差校正，由此，能够避免由于推定速度ωr0的变动而导致的有无校正的频繁切换，并且仅在低速区域中进行相位推定误差校正。但是，该迟滞区域(ω1v1≤|ωr0|＜ω1v2)优选与叠加高频电压的速度区域(|ωr0|＜ω1v3)相比设为低速。在该情况下，高频电压的施加电平在恒定值ω1v3与从恒定值ω1v3起设置了一定程度的宽度而得到的恒定值ω1v4之间进行衰减，或者对高频电压的施加的开始和停止设置迟滞，由此，能够避免由于推定速度ωr0的变动而使电流频繁地发生急剧变化。

控制单元6b与由推定单元5b推定出的推定速度ωr0的大小相对应地选择通过施加高频电压实现的低速无传感器矢量控制、切换控制、和不施加高频电压的中速/高速无传感器矢量控制这3种控制方法，分别例如如图6所示进行控制。图6是说明图5所示的控制单元所选择的3个控制区域的推定速度ωr0与d轴控制电流矢量指令id*之间的关系的特性图。在图6中，横轴是由推定单元5b输出的推定速度ωr0，纵轴是由d轴电流指令运算部35基于推定速度ωr0生成的d轴控制电流矢量指令id*。

在图6的横轴中，控制单元6b在推定速度ωr0的绝对值|ωr0|从0至小于预先设定的基准值ω1v4为止时，选择通过施加高频电压实现的低速无传感器矢量控制41，在推定速度ωr0的绝对值|ωr0|从基准值ω1v4至小于预先设定的基准值ω1v5为止时选择切换控制42，在推定速度ωr0的绝对值|ωr0|大于或等于基准值ω1v5时，选择不施加高频电压的中速/高速无传感器矢量控制43，在各个速度期间中进行各自的控制。

在图6的纵轴中，d轴电流指令运算部35在高频电压施加区域(|ωr0|＜ω1v4)中，将基于推定速度ωr0生成的d轴控制电流矢量指令id*，生成为在无传感器矢量控制下进行相位推定误差校正时的零或零附近的恒定值id*_1v1，在不施加高频电压的区域(|ωr0|＞ω1v5)中，将基于推定速度ωr0生成的d轴控制电流矢量指令id*，生成为在无传感器矢量控制下不进行相位推定误差校正而进行最大效率控制、最大扭矩控制时的规定值id*_1v2。另外，d轴电流指令运算部35在切换速度区域(ω1v4≤|ωr0|＜ω1v5)中，从零或零附近的恒定值id*_1v1至规定值id*_1v2为止，与推定速度ωr0相对应地以线性进行推移而生成d轴控制电流矢量指令id*，或者作为与推定速度ωr0相对应的函数进行推移而生成d轴控制电流矢量指令id*。

在此，d轴电流指令运算部35在进行最大扭矩控制时可以使用式(3)求出规定值id*_1v2，在进行最大效率控制时等情况下，可以使用预先求出的近似式、表格值等，与由q轴电流指令运算部36生成的q轴控制电流矢量指令iq*相对应地设定规定值id*_1v2。

此外，在式(3)中，Φa是由永磁体产生的电枢交链磁通，Ld、Lq分别是d轴、q轴的电感。

但是，q轴电流指令运算部36进行比例积分控制以使速度指令ω*与推定速度ωr0一致，并将该控制结果作为q轴控制电流矢量指令iq*输出，因此，在推定速度ωr0的振荡幅度较大的情况下，q轴控制电流矢量指令iq*和d轴控制电流矢量指令id*也变为振荡的值。为了防止这种情况发生，在d轴电流指令运算部35中，在与q轴控制电流矢量指令iq*相对应地对在进行最大效率控制等时使用的规定值id*_1v2进行运算的情况下，对在该运算时使用的q轴控制电流矢量指令iq*进行滤波而去除振荡分量即可。

驱动电压指令运算部34内的电流控制器34a进行比例积分控制以使滤波器33的输出即d轴及q轴的控制电流矢量id、iq与d轴及q轴的控制电流矢量指令id*、iq*一致，并将该控制结果作为驱动电压指令Vd*、Vq*向坐标变换器34b和推定单元5b输出。坐标变换器34b将输入的驱动电压指令Vd*、Vq*变换为推定相位θ0上的第2驱动电压指令Vu*、Vv*、Vw*。该第2驱动电压指令Vu*、Vv*、Vw*在加法部31中被叠加高频电压指令Vuh、Vvh、Vwh，成为第1驱动电压指令Vup*、Vvp*、Vwp*。

如上述所示，根据本实施方式2，能够抑制与高频电压施加的有无相伴的d轴电流指令的急剧变化，因而能够顺利地进行控制切换而不会使速度、扭矩发生变动。

综上所述，根据实施方式1、2，在进行控制切换的速度区域、或者与其邻接的进行无传感器矢量控制的速度区域中，与速度指令或推定速度相对应地，使励磁电流指令在无传感器矢量控制下的值与低速区域控制下的值之间，以线性进行推移，或者作为与速度相对应的函数进行推移，因而能够抑制控制切换前后的励磁电流的急剧变化，能够顺利地进行控制切换而不会使速度、扭矩发生变动。

工业实用性

如上述所示，本发明所涉及的电动机控制装置作为能够抑制施加负载时的控制切换前后的励磁电流的急剧变化，顺利地进行控制切换而不会使速度、扭矩发生变动的电动机控制装置是有用的。

标号的说明

1a电动机(例如三相交流永磁体同步机)，1b电动机(例如埋入磁体型同步机)，2a、2b电动机控制装置，3电压施加单元，4电流检测单元，5a、5b推定单元，6a、6b控制单元，10、11坐标变换器，12电流控制器，13控制相位运算器，14δ轴电流指令运算器，15同步相位运算器，16γ轴电流指令运算部，30高频电压发生器，31加法部，32坐标变换器，33滤波器，34驱动电压指令运算部，34a电流控制器，34b坐标变换器，35d轴电流指令运算部，36q轴电流指令运算部。

Claims (3)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具备：

电压施加单元，其基于驱动电压指令向电动机施加交流电压；

电流检测单元，其检测流过所述电动机的电动机电流；

推定单元，其基于所述驱动电压指令以及所述电动机电流，对推定相位以及推定速度进行运算并输出，其中，所述推定相位是所述电动机的转子位置的推定值，所述推定速度是所述电动机的转速的推定值；以及

控制单元，其输出所述驱动电压指令，以使将所述电动机电流向任意的控制相位上进行坐标变换后得到的控制电流矢量与所述任意的控制相位上的控制电流矢量指令一致，

所述控制单元具有：

控制相位运算器，其在任意设定的同步相位与所述推定相位之间交替地切换而作为所述任意的控制相位；

δ轴电流指令运算部，其生成将扭矩电流指令向所述任意的控制相位的δ轴上进行投影后得到的δ轴控制电流矢量指令，该扭矩电流指令是以使从外部输入的速度指令与所述推定速度一致的方式进行控制而得到的；以及

γ轴电流指令运算部，其基于所述δ轴控制电流矢量指令以及根据所述速度指令而预先设定的励磁电流指令，生成γ轴控制电流矢量指令，

基于所述δ轴控制电流矢量指令、所述γ轴控制电流矢量指令而生成所述驱动电压指令。

2.一种电动机控制装置，其特征在于，具备：

电压施加单元，其基于第1驱动电压指令向电动机施加交流电压；

电流检测单元，其检测流过所述电动机的电动机电流；

推定单元，其基于检测到的所述电动机电流，对推定相位以及推定速度进行运算并输出，其中，所述推定相位是所述电动机的转子位置的推定值，所述推定速度是所述电动机的转速的推定值；以及

控制单元，其生成所述第1驱动电压指令，以使将检测到的所述电动机电流基于所述推定相位向任意的控制相位上进行变换后得到的控制电流矢量与所述任意的控制相位上的控制电流矢量指令一致，

所述控制单元具有：

q轴电流指令运算部，其生成以使从外部输入的速度指令与所述推定速度一致的方式进行控制而得到的q轴控制电流矢量指令；

d轴电流指令运算部，其基于所述q轴控制电流矢量指令、所述推定速度、高频电压发生器的动作和非动作而生成d轴控制电流矢量指令；以及

驱动电压指令运算部，其基于所述控制电流矢量、所述q轴控制电流矢量指令、所述d轴控制电流矢量指令，生成与所述第1驱动电压指令不同的第2驱动电压指令，

基于所述第2驱动电压指令、高频电压指令而生成所述第1驱动电压指令，其中，该高频电压指令是基于所述d轴控制电流矢量指令而生成的。

3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

在将与构成所述电动机的转子的永磁体所产生的磁通平行的轴作为d轴，将与该d轴正交的轴作为q轴的情况下，所述控制单元基于对q轴控制电流矢量指令进行滤波后得到的值、以及所述推定速度，以对高频电压发生器的动作和非动作进行控制的形式，生成d轴控制电流矢量指令。