CN111095779A - 同步电动机的控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

在用于在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换同步电动机的驱动控制的同步电动机的控制装置中，考虑到所述同步电动机的转速的影响而获得能够有效地驱动所述同步电动机的构造。控制装置1包括：PWM信号生成器14，其生成PWM信号；矩形波信号生成器22，其生成矩形波信号；转速检测器40，其检测电动机2的转速；信号切换判定部50，其根据至少所述转速来判定使用所述PWM信号还是所述矩形波信号作为当控制所述电动机2的驱动时的控制信号；以及驱动控制部30，其使用由所述信号切换判定部50判定为用作所述控制信号的信号来控制所述电动机2的驱动。

Description

同步电动机的控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及用于控制同步电动机的驱动的控制装置和用于同步电动机的控制方法。
背景技术
作为用于控制同步电动机的驱动的控制方法，已知有使用PWM信号的PWM驱动控制和使用脉冲矩形波信号的矩形波驱动控制。在PWM驱动控制中，能够对同步电动机施加从同步电动机的控制装置输出的正弦波电压波形的范围内的电压。另一方面，在矩形波驱动控制中，以脉冲方式向同步电动机施加电压，使得输入到用于同步电动机的控制装置的最大电压能够被施加到同步电动机。因此，通常，矩形波驱动控制中的调制率高于PWM驱动控制中的调制率。
为了提高同步电动机的电压利用率，使用在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换的方法作为同步电动机的控制方法。作为以这种方式在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换的配置，例如，已知有专利文献1至3中公开的配置。
专利文献1公开了一种用于交流电动机的驱动控制装置，其根据提供给交流电动机的交流电流的电流相位在PWM电流控制和矩形波电压相位控制之间切换。在专利文献1公开的驱动控制装置中，需要检测交流电流的电流相位。因此，需要电流传感器和电流相位判定部。
专利文献2公开了一种逆变器控制装置，其基于电动机的扭矩命令值在PWM控制和单脉冲控制之间切换。在专利文献2中公开的逆变器控制装置中，从由电流传感器检测到的电流获得的值被反馈到扭矩命令值，使得根据扭矩命令值来驱动电动机。
专利文献3公开了一种用于电动机的驱动控制装置，其使用电压命令(Duty)在PWM激励和矩形波激励之间切换。专利文献3中公开的驱动控制装置在不使用电流传感器的情况下执行PWM激励和矩形波激励之间的控制切换。
[现有技术文献]
专利文献
专利文献1：日本特开2005-218299号公报
专利文献2：日本特开2017-60367号公报
专利文献3：日本特开2014-207765号公报
近年来，需要一种用于对同步电动机的驱动控制进行切换的控制装置，无需设置用于检测提供到同步电动机的交流电流的电流检测器。因此，作为同步电动机的驱动控制，已经研究了使用专利文献3中公开的驱动控制来代替专利文献1或2中公开的需要电流检测的驱动控制。
然而，在专利文献3的驱动控制中，仅使用电压命令(Duty)来切换PWM驱动控制和矩形波驱动控制。因此，在专利文献3的配置中，不能根据同步电动机的转速从PWM驱动控制和矩形波驱动控制中选择适当的驱动控制。
例如，当同步电动机的转速高时，由于在同步电动机中生成的感应电压的增加，可以使流过同步电动机的电流减小。因此，在同步电动机的驱动控制中，优选使用电压利用率更高的矩形波驱动控制。但是，在与同步电动机的转速无关地切换同步电动机的驱动控制的专利文献3的配置中，存在当同步电动机的转速高时不能使用矩形波驱动控制的可能性。
另外，当同步电动机的转速低时，施加到同步电动机的电压与在同步电动机中生成的感应电压之间的电势差较大，并且电角的半周期的周期长。因此，当矩形波驱动控制用于同步电动机的驱动控制时，存在过电流可能流过控制装置中的特定相的开关元件和同步电动机中的特定相的线圈的可能性。在专利文献3的配置中，如上所述，不考虑同步电动机的转速。因此，即使在同步电动机的转速低的情况下，也能够将同步电动机的驱动控制切换为矩形波驱动控制。
本发明提供了一种用于同步电动机的控制装置的一些实施方式，该控制装置在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换同步电动机的驱动控制，其中，所述控制装置包括能够考虑同步电动机的转速的影响而有效地驱动同步电动机的配置。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制装置。所述控制装置包括：PWM信号生成器，该PWM信号生成器被配置为基于输入命令生成PWM信号；矩形波信号生成器，该矩形波信号生成器被配置为基于所述输入命令生成矩形波信号；转速检测器，该转速检测器被配置为检测所述同步电动机的转速；信号切换判定部，该信号切换判定部被配置为根据至少所述转速来判定由所述PWM信号生成器生成的所述PWM信号还是由所述矩形波信号生成器生成的所述矩形波信号被用作当控制所述同步电动机的所述驱动时的控制信号；以及驱动控制器，该驱动控制器被配置为使用由所述信号切换判定部判定为用作所述控制信号的所述PWM信号还是所述矩形波信号来控制所述同步电动机的所述驱动。
根据本发明的另一实施方式，提供了一种用于同步电动机的控制方法，该控制方法使用基于输入信号生成的PWM信号或矩形波信号来控制所述同步电动机的驱动。所述控制方法包括：转速获取步骤，其获取所述同步电动机的转速；电压命令振幅获取步骤，其基于输入命令来获取与所述PWM信号相对应的电压命令的振幅；信号切换判定步骤，其根据至少所述转速，判定所述PWM信号还是所述矩形波信号被用作当控制所述同步电动机的所述驱动时的控制信号；以及驱动控制步骤，其使用在所述信号切换判定步骤中判定的被用作所述控制信号的所述PWM信号还是所述矩形波信号来控制所述同步电动机的所述驱动。
根据本发明的一个实施方式的用于同步电动机的控制装置，根据响应于基于所述同步电动机的所述输入命令和所述转速的所述PWM信号而生成的所述电压命令的所述振幅，使用所述PWM信号或者所述矩形波信号来控制所述同步电动机的所述驱动。因此，所述控制装置具有能够在考虑所述同步电动机的所述转速的影响的情况下有效地驱动所述同步电动机的配置。
附图说明
图1是示出根据第一实施方式的控制装置的示意性配置的控制框图。
图2是示出信号切换判定部的操作的流程图。
图3是示出由第一转速阈值、第二转速阈值和第一电压命令振幅阈值限定的电动机驱动控制区域的图。
图4是示出根据第二实施方式的控制装置的信号切换判定部的操作的流程图。
图5是示出在第二实施方式中由第一转速阈值、第二转速阈值、第一电压命令振幅阈值和第二电压命令振幅阈值限定的电动机驱动控制区域的视图。
图6是示出在又一实施方式中由第一转速阈值、第二转速阈值、第一电压命令振幅阈值和第二电压命令振幅阈值限定的电动机驱动控制区域的视图。
图7是示出在另一实施方式中由第一转速阈值、第二转速阈值、第一电压命令振幅阈值和第二电压命令振幅阈值限定的电动机驱动控制区域的视图。
具体实施方式
根据本发明的实施方式的用于同步电动机的控制装置是用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制装置。所述控制装置包括：PWM信号生成器，该PWM信号生成器用于基于输入命令生成PWM信号；矩形波信号生成器，该矩形波信号生成器用于基于所述输入命令生成矩形波信号；转速检测器，该转速检测器用于检测所述同步电动机的转速；信号切换判定部，该信号切换判定部用于根据至少所述转速来判定由所述PWM信号生成器生成的所述PWM信号还是由所述矩形波信号生成器生成的所述矩形波信号被用作当控制所述同步电动机的所述驱动时的控制信号；以及驱动控制器，该驱动控制器用于使用由所述信号切换判定部判定为用作所述控制信号的所述PWM信号还是所述矩形波信号来控制所述同步电动机的所述驱动(第一配置)。
因此，可以根据至少所述同步电动机的所述转速来执行使用所述PWM信号或所述矩形波信号的所述驱动控制。因此，可以在相对于所述同步电动机的所述转速的适当定时执行使用所述PWM信号的所述PWM驱动控制和使用所述矩形波信号的所述矩形波驱动控制。因此，能够高效地驱动所述同步电动机。
在第一配置中，用于所述同步电动机的所述控制装置还包括电压命令生成器，该电压命令生成器用于基于所述输入命令生成与所述PWM信号相对应的电压命令。所述信号切换判定部用于，在所述转速低于转速阈值的情况下，或者在电压命令振幅小于电压命令振幅阈值的情况下，判定所述PWM信号被用作所述控制信号；在所述转速等于或高于所述转速阈值的情况下，根据所述同步电动机被所述驱动控制器控制的驱动控制状态和所述电压命令振幅中的至少一个来判定所述PWM信号还是所述矩形波信号被用作所述控制信号(第二配置)。
因此，当所述同步电动机的所述转速低于所述转速阈值时，通过PWM驱动控制来驱动和控制所述同步电动机。当所述同步电动机的所述转速低于所述转速阈值时，如果通过所述矩形波驱动控制来控制所述同步电动机，则存在过电流可能流过所述控制装置的所述开关元件和所述同步电动机的所述线圈的可能性。因此，如上所述，当所述同步电动机的所述转速低于所述转速阈值时，通过所述PWM驱动控制来驱动和控制所述同步电动机。这使得可以防止过电流流过所述控制装置和所述同步电动机。
另外，即使在响应于所述PWM信号而生成的所述电压命令的振幅小于所述电压命令振幅阈值的情况下，也通过所述PWM驱动控制来驱动和控制所述同步电动机。当所述电压命令振幅小于所述电压命令振幅阈值时，不需要提高所述同步电动机的所述电压利用率。因此，通过所述PWM驱动控制来驱动和控制所述同步电动机。
另一方面，当所述同步电动机的所述转速等于或高于所述转速阈值时，根据所述电压命令振幅和所述同步电动机被所述驱动控制器控制的所述驱动控制状态中的至少一个来执行所述PWM驱动控制或所述矩形波驱动控制，由此可以在适当的定时切换所述PWM驱动控制和所述矩形波驱动控制。由此，能够高效地驱动所述同步电动机。
在第二配置中，所述信号切换判定部用于：如果所述驱动控制器对所述同步电动机的驱动控制是由所述PWM信号驱动控制的PWM驱动控制，则设置第一转速阈值作为所述转速阈值，该第一转速阈值是在将所述PWM信号切换为所述矩形波信号时使用的转速的阈值，并且如果所述转速等于或高于所述第一转速阈值且如果所述电压命令振幅等于或大于电压命令振幅阈值，则判定所述矩形波信号被用作所述控制信号；以及如果所述驱动控制器对所述同步电动机的所述驱动控制是由所述矩形波信号驱动控制的矩形波驱动控制，则设置第二转速阈值作为所述转速阈值，该第二转速阈值是在将所述矩形波信号切换为所述PWM信号时使用的转速的阈值，并且如果所述转速低于所述第二转速阈值，则判定所述PWM信号被用作所述控制信号(第三配置)。
结果，当通过所述PWM驱动控制来驱动和控制所述同步电动机时，如果所述同步电动机的所述转速等于或高于所述第一转速阈值并且所述电压命令振幅等于或大于所述电压命令阈值，即，如果流过所述同步电动机的电流由于尽管电压命令振幅较大但在所述同步电动机中生成的感应电压的增大而减小，则通过利用所述矩形波驱动控制来驱动所述同步电动机，能够增大供应到所述同步电动机的电压。因此，能够防止在所述同步电动机中生成的扭矩的减小。
另一方面，当通过所述矩形波驱动控制来驱动和控制所述同步电动机时，如果所述同步电动机的所述转速低于所述转速阈值，则可以通过利用所述PWM驱动控制来控制所述同步电动机来防止过电流流过所述控制装置和所述同步电动机。
另外，针对上述配置中，当将所述同步电动机的所述驱动控制从所述矩形波驱动控制切换到所述PWM驱动控制时，不需要像将所述同步电动机的所述驱动控制从所述PWM驱动控制切换到所述矩形波驱动控制时那样判定所述电压命令振幅。因此，当所述同步电动机的所述驱动控制从所述矩形波驱动控制切换到所述PWM驱动控制时，可以减小所述控制装置的计算负荷。
在第三配置中，所述第一转速阈值大于所述第二转速阈值(第四配置)。
如果所述PWM驱动控制和所述矩形波驱动控制由于转速的微小变化而频繁切换，则所述同步电动机的所述驱动控制不稳定。另一方面，利用上述配置，在上述转速下，当将所述PWM驱动控制切换到所述矩形波驱动控制时可用的区域和当将所述矩形波驱动控制切换到所述PWM驱动控制时可用的区域彼此重叠。因此，能够防止由于所述同步电动机的所述转速的微小波动而导致的所述同步电动机的所述驱动控制的频繁变化。因此，能够稳定地执行所述同步电动机的所述驱动控制。
在第二配置中，所述信号切换判定部用于：如果所述驱动控制器对所述同步电动机的驱动控制是由所述PWM信号驱动控制的PWM驱动控制，则设置第一转速阈值作为所述转速阈值，该第一转速阈值是在将所述PWM信号切换为所述矩形波信号时使用的转速的阈值，同时设置第一电压命令振幅阈值作为所述电压命令振幅阈值，该第一电压命令振幅阈值是在将所述PWM信号切换为所述矩形波信号时使用的电压命令振幅的阈值，并且如果所述转速等于或高于所述第一转速阈值且如果所述电压命令振幅等于或大于所述第一电压命令振幅阈值，则判定所述矩形波信号被用作所述控制信号；以及如果所述驱动控制器对所述同步电动机的所述驱动控制是由所述矩形波信号驱动控制的矩形波驱动控制，则设置第二转速阈值作为所述转速阈值，该第二转速阈值是在将所述矩形波信号切换为所述PWM信号时使用的转速的阈值，同时设置第二电压命令振幅阈值作为所述电压命令振幅阈值，该第二电压命令振幅阈值是在将所述矩形波信号切换为所述PWM信号时使用的电压命令振幅的阈值，并且如果所述转速低于所述第二转速阈值或者如果所述电压命令振幅小于所述第二电压命令振幅阈值，则判定所述PWM信号被用作所述控制信号(第五配置)。
因此，所述转速阈值和所述电压命令振幅阈值根据由所述驱动控制判定部判定的所述同步电动机的所述驱动控制而变化。因此，能够根据所述同步电动机的所述驱动控制的状态来设定适当的阈值。因此，能够根据所述同步电动机的运转状态，更适当地进行所述同步电动机的所述驱动控制中的所述PWM驱动控制和所述矩形波驱动控制的切换。
在第五配置中，所述第一转速阈值大于所述第二转速阈值。所述第一电压命令振幅阈值大于所述第二电压命令振幅阈值(第六配置)。
如果所述PWM驱动控制和所述矩形波驱动控制由于所述转速和所述电压命令振幅的微小变化而频繁切换，则所述同步电动机的所述驱动控制不稳定。另一方面，利用上述配置，在上述转速和电压命令振幅下，将所述PWM驱动控制切换为所述矩形波驱动控制时可利用的区域与将所述矩形波驱动控制切换为所述PWM驱动控制时可利用的区域彼此重叠。因此，能够防止由于所述同步电动机的所述转速和所述电压命令振幅的微小波动而导致的所述同步电动机的所述驱动控制的频繁变化。因此，能够稳定地执行所述同步电动机的所述驱动控制。
根据本发明的实施方式的用于同步电动机的控制方法是这样的控制方法：该控制方法使用基于输入信号生成的PWM信号或矩形波信号来控制同步电动机的驱动。所述控制方法包括：转速获取步骤，其获取所述同步电动机的转速；电压命令振幅获取步骤，其基于输入命令来获取与所述PWM信号相对应的电压命令的振幅；信号切换判定步骤，其根据至少所述转速，判定所述PWM信号还是所述矩形波信号被用作当控制所述同步电动机的所述驱动时的控制信号；以及驱动控制步骤，其使用在所述信号切换判定步骤中判定的被用作所述控制信号的所述PWM信号或者所述矩形波信号来控制所述同步电动机的所述驱动(第一方法)。
因此，能够根据所述同步电动机的所述转速适当地进行所述同步电动机的所述驱动控制中的所述PWM驱动控制和所述矩形波驱动控制的切换。因此，能够高效地驱动所述同步电动机。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式。附图中相同或相应的部分用相同的附图标记表示，并且将不再重复其描述。
<第一实施方式>
(总体结构)
图1是示出根据本发明的第一实施方式的控制装置1的示意性配置的框图。控制装置1基于作为输入命令的转速命令来生成PWM信号和矩形波信号，根据电动机2的电压命令振幅和转速来判定是使用PWM信号还是矩形波信号，并且使用由此判定的信号来控制电动机(同步电动机)2的驱动。在本实施方式中，电动机2是三相交流电动机。然而，电动机2可以是具有任何配置的电动机。
控制装置1包括PWM驱动控制器10、矩形波驱动控制器20、驱动控制器30、转速检测器40以及信号切换判定部50。
PWM驱动控制器10基于输入到控制装置1的转速命令(输入命令)来生成PWM信号。PWM驱动控制器10包括扭矩命令生成器11、电流命令生成器12、电压命令生成器13和PWM信号生成器14。
扭矩命令生成器11基于输入到控制装置1的转速命令来生成扭矩命令Tref。
电流命令生成器12基于由扭矩命令生成器11生成的扭矩命令Tref来生成d轴电流命令Idref和q轴电流命令Iqref。
电压命令生成器13基于由电流命令生成器12生成的d轴电流命令Idref和q轴电流命令Iqref来生成d轴电压命令Vdref和q轴电压命令Vqref，并且从这些命令中生成U相电压命令Vuref、V相电压命令Vvref和W相电压命令Vwref。此外，电压命令生成器13从d轴电压命令Vdref和q轴电压命令Vqref获得电压命令振幅Apwm，该电压命令振幅Apwm是PWM驱动控制中的电压命令的振幅。由电压命令生成器13获得的电压命令振幅Apwm被输入到后述的信号切换判定部50。
电压命令生成器13可以将U相电压命令Vuref、V相电压命令Vvref和W相电压命令Vwref中具有最大绝对电压值的一个作为电压命令振幅，并且可以处理与电压命令振幅Apwm相同的电压命令振幅。
PWM信号生成器14基于由电压命令生成器13生成的U相电压命令Vuref、V相电压命令Vvref和W相电压命令Vwref来生成用于PWM驱动控制的PWM信号。该PWM信号被输入到驱动控制器30，用于驱动控制器30的开关元件(未图示)的驱动控制。
PWM驱动控制器10中的扭矩命令生成器11、电流命令生成器12、电压命令生成器13和PWM信号生成器14中的每一个的配置与传统PWM驱动控制中用于生成每一个信号的配置相同。因此，省略其详细描述。
矩形波驱动控制器20基于输入到控制装置1的转速命令(输入命令)来生成矩形波信号。矩形波驱动控制器20包括相位生成器21和矩形波信号生成器22。
相位生成器21基于输入到控制装置1的转速命令生成相位命令。矩形波信号生成器22基于由相位生成器21生成的相位命令来生成矩形波信号。该矩形波信号被输入到驱动控制器30，用于驱动控制器30的开关元件(未图示)的驱动控制。
另外，矩形波驱动控制器20中的相位生成器21和矩形波信号生成器22中的每一个的配置与传统矩形波驱动控制中用于生成每一个信号的配置相同。因此，省略其详细描述。
驱动控制器30使用由PWM驱动控制器10生成的PWM信号或由矩形波驱动控制器20生成的矩形波信号来控制电动机2的驱动。具体地，驱动控制器30包括信号选择部31和逆变器部32。
信号选择部31根据后述的信号切换判定部50的判定结果，选择由PWM驱动控制器10生成的PWM信号或由矩形波驱动控制器20生成的矩形波信号。如下面将详细描述的，信号选择部31根据从电压命令生成器13输出的电压命令振幅Apwm和由转速检测器40检测到的电动机2的转速Nmtr来选择PWM信号或矩形波信号，并且输出所选择的信号作为控制信号。
逆变器部32基于从信号选择部31输出的控制信号(PWM信号或矩形波信号)，向电动机2的各相的线圈(未图示)供应电力。虽然未具体示出，但是逆变器部32包括多个开关元件。逆变器部32基于从信号选择部31输出的控制信号(PWM信号或矩形波信号)来控制这些开关元件的驱动，由此将根据PWM信号或矩形波信号的电力提供应到电动机2的各相的线圈。由于逆变器部32包括与传统逆变器装置的配置相同的配置，因此省略了关于逆变器部32的详细配置的描述。
也就是说，驱动控制器30用于在使用PWM信号控制电动机2的驱动的PWM驱动控制和使用矩形波信号控制电动机2的驱动的矩形波驱动控制之间切换驱动控制。
在本实施方式中，电动机2由驱动控制器30控制，以便从停止状态快速加速到等于或高于预定转速的高转速区域。驱动控制器30在电动机2达到规定转速或以上后经过规定时间之后，通过使逆变器部32的所有开关元件断开，使电动机2在自由运转状态下减速并使电动机2停止。
转速检测器40基于从检测电动机2的转子(未示出)的旋转位置的位置传感器2a输出的位置信号来检测电动机2的转速Nmtr。
信号切换判定部50基于由转速检测器40检测出的转速Nmtr和从电压命令生成器13输出的电压命令振幅Apwm，判定根据电动机2的驱动控制状态，驱动控制器30使用PWM信号还是矩形波信号作为控制信号来控制电动机2的驱动。即，信号切换判定部50判定驱动控制器30是进行PWM驱动控制还是进行矩形波驱动控制。电动机2的驱动控制状态是指通过PWM驱动控制或矩形波驱动控制来控制电动机2的状态。
当转速Nmtr和电压命令振幅Apwm分别等于或大于预定阈值时，信号切换判定部50输出使驱动控制器30的信号选择部31选择矩形波信号的判定信号。否则，信号切换判定部50输出使驱动控制器30的信号选择部31选择PWM信号的判定信号。
具体地，当驱动控制器30正在执行PWM驱动控制时，如果转速Nmtr低于第一转速阈值Nthr_one(转速阈值)并且如果转速Nmtr等于或高于第一转速阈值Nthr_one并且电压命令振幅Apwm小于第一电压命令振幅阈值Athr_one(电压命令振幅阈值)，则信号切换判定部50输出使驱动控制器30继续PWM驱动控制的判定信号。此外，当驱动控制器30正在执行PWM驱动控制时，如果转速Nmtr等于或高于第一转速阈值Nthr_one并且电压命令振幅Apwm等于或大于第一电压命令振幅阈值Athr_one，则信号切换判定部50输出使驱动控制器30将PWM驱动控制切换到矩形波驱动控制的判定信号。
另外，当驱动控制器30正在执行矩形波驱动控制时，如果转速Nmtr等于或高于第二转速阈值Nthr_pwm(转速阈值)，则信号切换判定部50输出使驱动控制器30继续矩形波驱动控制的判定信号。当驱动控制器30正在执行矩形波驱动控制时，如果转速Nmtr低于第二转速阈值Nthr_pwm，则信号切换判定部50输出使得驱动控制器30将PWM驱动控制切换到矩形波驱动控制的判定信号。
在这点上，第二转速阈值Nthr_pwm是将矩形波驱动控制切换到PWM驱动控制使得没有过电流流过电动机2和驱动控制器30的转速。此外，第一转速阈值Nthr_one大于第二转速阈值Nthr_pwm。
第一电压命令振幅阈值Athr_one是考虑到电压利用率而将PWM驱动控制切换为矩形波驱动控制时的电压命令振幅值。
信号切换判定部50将判定结果存储在存储器等(未示出)中，并且使用判定结果来判定电动机2的电流驱动控制是PWM驱动控制还是矩形波驱动控制。
(电动机驱动控制的切换)
接下来，参照图2对包含上述配置的控制装置1中的电动机2的驱动控制的切换操作进行说明。图2是示出信号切换判定部50的电动机2的驱动控制的切换判定的流程图。
如果图2所示的流程开始(START)，首先，在步骤SA1中，信号切换判定部50获取由转速检测器40检测出的电动机2的转速Nmtr。在随后的步骤SA2中，信号切换判定部50获取从电压命令生成器13输出的电压命令振幅Apwm。
此后，在步骤SA3中，信号切换判定部50判定由驱动控制器30执行的驱动控制是否是PWM驱动控制。如果在步骤SA3中判定由驱动控制器30执行的驱动控制是PWM驱动控制(如果是)，则流程进行到步骤SA4和后续步骤以判定电动机2的转速Nmtr。
另一方面，如果在步骤SA3中判定由驱动控制器30执行的驱动控制不是PWM驱动控制，即，如果判定由驱动控制器30执行的驱动控制是矩形波驱动控制(如果否)，则流程进行到步骤SA9和后续步骤以判定电动机2的转速Nmtr。
在流程进行到的步骤SA4中，如果由驱动控制器30执行的驱动控制是PWM驱动控制，则判定电动机2的转速Nmtr是否等于或高于第一转速阈值Nthr_one。第一转速阈值Nthr_one是在驱动控制器30中能够将PWM驱动控制切换为矩形波驱动控制的电动机2的转速。
在步骤SA4中，如果转速Nmtr等于或高于第一转速阈值Nthr_one(如果是)，则流程进行到步骤SA5和后续步骤以判定电压命令振幅Apwm。
另一方面，在步骤SA4中，如果转速Nmtr低于第一转速阈值Nthr_one(如果否)，则流程进行到步骤SA6，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30继续PWM驱动控制的判定信号。
在流程进行到的步骤SA5中，如果转速Nmtr等于或高于第一转速阈值Nthr_one，则判定电压命令振幅Apwm是否等于或大于第一电压命令振幅阈值Athr_one。第一电压命令振幅阈值Athr_one是考虑到电压利用率而将PWM驱动控制切换为矩形波驱动控制时的电压命令振幅值。
如果在步骤SA5中判定电压命令振幅Apwm等于或大于第一电压命令振幅阈值Athr_one(如果是)，则流程进行到步骤SA7，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30切换到矩形波驱动控制的判定信号。
另一方面，如果在步骤SA5中判定电压命令振幅Apwm小于第一电压命令振幅阈值Athr_one(如果否)，则流程进行到步骤SA8，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30继续PWM驱动控制的判定信号。
在步骤SA6至SA8中，在信号切换判定部50向驱动控制器30输出判定信号之后，流程结束(END)。
在流程进行到的步骤SA9中，如果在上述步骤SA3中判定由驱动控制器30执行的驱动控制是矩形波驱动控制(如果否)，则判定电动机2的转速Nmtr是否等于或高于第二转速阈值Nthr_pwm。在第二转速阈值Nthr_pwm是将矩形波驱动控制切换到PWM驱动控制使得没有过电流流过电动机2和驱动控制器30的转速。
如果在步骤SA9中转速Nmtr等于或高于第二转速阈值Nthr_pwm(如果是)，则流程进行到步骤SA10，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30继续矩形波驱动控制的判定信号。
另一方面，如果在步骤SA9中转速Nmtr低于第二转速阈值Nthr_pwm(如果否)，则流程进行到步骤SA11，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30切换到PWM驱动控制的判定信号。
如上所述，在本实施方式中，如果信号切换判定部50判定由驱动控制器30执行的驱动控制是矩形波驱动控制(如果在步骤SA3中为否)，则仅使用转速Nmtr来在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换驱动控制。这是因为本实施方式的电动机2的操作模式是当停止电动机2时电动机2在自由运转状态下减速并停止的操作模式。因此，在将电动机2的驱动控制从矩形波驱动控制切换到PWM驱动控制时，作为将驱动控制从PWM驱动控制切换到矩形波驱动控制的情况，不需要考虑电压命令振幅。仅需要设置驱动控制器30，使得当在停止电动机2之后重新启动电动机2时，能够通过PWM驱动控制来控制电动机2。
在步骤SA10和SA11中，在信号切换判定部50向驱动控制器30输出判定信号之后，流程结束(END)。
在这点上，步骤SA1对应于转速获取步骤，并且步骤SA2对应于电压命令振幅获取步骤。步骤SA3至SA5和SA9对应于信号切换判定步骤，并且步骤SA6至SA8、SA10和SA11对应于驱动控制步骤。
在本实施方式中，第一转速阈值Nthr_one是高于第二转速阈值Nthr_pwm的转速。
图3示出在电动机2的转速和电压命令振幅之间的关系中由第一转速阈值Nthr_one、第二转速阈值Nthr_pwm和第一电压命令振幅阈值Athr_one限定的电动机2的驱动控制区域。
如图3所示，在转速与电压命令振幅的关系中，在进行PWM驱动控制的PWM驱动区域与进行矩形波驱动控制的矩形波驱动区域之间存在混合区域。在混合区域中，当驱动控制器30在信号切换判定部50的判定时正在执行PWM驱动控制时，如果转速低于第一转速阈值Nthr_one或者如果转速等于或高于第一转速阈值Nthr_one并且电压命令振幅Apwm小于第一电压命令振幅阈值Athr_one，则继续PWM驱动。
另一方面，在混合区域中，当驱动控制器30在信号切换判定部50的判定时正在执行矩形波驱动控制时，如果转速等于或高于第二转速阈值Nthr_pwm，则继续矩形波驱动控制。
因此，在图3中，混合区域位于PWM驱动区域和矩形波驱动区域之间。在混合区域中，电动机2的驱动控制根据在信号切换判定部50的判定时驱动控制器30是进行PWM驱动控制还是进行矩形波驱动控制而不同。
因此，当在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换驱动控制时，可以防止PWM驱动控制和矩形波驱动控制由于电动机2的转速和电压命令振幅的波动而频繁切换。因此，能够稳定地进行电动机2的驱动控制。
如上所述，在本实施方式中，当在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换电动机2的驱动控制时，考虑电动机2的转速Nmtr和PWM驱动控制时的电压命令振幅Apwm，由此能够在适当的定时切换电动机2的驱动控制。因此，能够防止过电流流过电动机2或防止电动机2的输出扭矩减小。
此外，当将电动机2的驱动控制从PWM驱动控制切换到矩形波驱动控制时使用的第一转速阈值Nthr_one被设定为大于当将电动机2的驱动控制从矩形波驱动控制切换到PWM驱动控制时使用的第二转速阈值Nthr_pwm。因此，即使当电动机2的转速Nmtr波动时，也可以防止频繁地切换电动机2的驱动控制。
此外，在电动机2的驱动控制从矩形波驱动控制切换到使电动机2以自由运转状态减速和停止的操作模式下的PWM驱动控制时，不需要判定电压命令振幅作为将电动机2的驱动控制从PWM驱动控制切换到矩形波驱动控制的情况。因此，当电动机2的驱动控制从矩形波驱动控制切换到PWM驱动控制时，可以减小控制装置1的计算负荷。
[第二实施方式]
图4示出根据第二实施方式的控制装置中的信号切换判定部50对电动机2的驱动控制切换判定的流程。在本实施方式中，控制装置的配置与第一实施方式的控制装置1的配置相同，电动机2的驱动控制切换判定的流程与第一实施方式的流程不同。具体而言，在由信号切换判定部50进行的对电动机2的驱动控制切换判定的流程中，将驱动控制从矩形波驱动控制切换为PWM驱动控制时的流程与第一实施方式的流程不同。在下文中，与第一实施方式的部件相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略其描述。将仅描述与第一实施方式的部件不同的部件。
如果图4所示的流程开始(START)，则信号切换判定部50在PWM驱动控制期间获取电动机2的转速Nmtr和电压命令振幅Apwm(步骤SB1和SB2)，然后判定电动机2的电流驱动控制是PWM驱动控制还是矩形波驱动控制(步骤SB3)。
当电动机2的驱动控制是PWM驱动控制时(在步骤SB3中为是时)，如第一实施方式的步骤SA4至SA8，如果电动机2的转速Nmtr等于或高于第一转速阈值Nthr_one并且电压命令振幅Apwm等于或大于第一电压命令振幅阈值Athr_one，则信号切换判定部50输出使得电动机2的驱动控制从PWM驱动控制切换到矩形波驱动控制的判定信号。如果电动机2的转速Nmtr低于第一转速阈值Nthr_one，或者如果电压命令振幅Apwm小于第一电压命令振幅阈值Athr_one，则信号切换判定部分50输出继续PWM驱动控制作为电动机2的驱动控制的判定信号。
由于信号切换判定部50中从步骤SB1到步骤SB8的操作与第一实施方式中从步骤SA1到SA8的操作相同，因此省略对各个步骤的操作的详细描述。
如果电动机的驱动控制是矩形波驱动控制(如果在步骤SB3中为否)，则流程进行到步骤SB9。作为第一实施方式的步骤SA9，判定电动机2的转速Nmtr是否等于或高于第二转速阈值Nthr_pwm(转速阈值)。
如果在步骤SB9中判定电动机2的转速Nmtr等于或高于第二转速阈值Nthr_pwm(如果是)，则流程进行到步骤SB10和后续步骤。判定电压命令振幅Apwm是否等于或大于第二电压命令振幅阈值Athr_pwm。第二电压命令振幅阈值Athr_pwm是能够在驱动控制器30中将驱动控制从矩形波驱动控制切换到PWM驱动控制的电压命令振幅值。
另一方面，如果在步骤SB9中判定电动机2的转速Nmtr低于第二转速阈值Nthr_pwm(如果否)，则流程进行到步骤SB11，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30将驱动控制切换到PWM驱动控制的判定信号。
如果在步骤SB10中判定电压命令振幅Apwm等于或大于第二电压命令振幅阈值Athr_pwm(如果是)，则流程进行到步骤SB12，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30继续矩形波驱动控制的判定信号。
另一方面，如果在步骤SB10中判定电压命令振幅Apwm小于第二电压命令振幅阈值Athr_pwm(如果否)，则流程进行到步骤SB13，并且信号切换判定部50输出使得驱动控制器30将驱动控制切换到PWM驱动控制的判定信号。
在步骤SB11至SB13中，在信号切换判定部50向驱动控制器30输出判定信号之后，流程结束(END)。
在这点上，步骤SB1对应于转速获取步骤，并且步骤SB2对应于电压命令振幅获取步骤。步骤SB3至SB5、SB9和SB10对应于信号切换判定步骤，并且步骤SB6至SB8和SB11至SB13对应于驱动控制步骤。
在本实施方式中，第一转速阈值Nthr_one是大于第二转速阈值Nthr_pwm的转速。第一电压命令振幅阈值Athr_one是比第二电压命令振幅阈值Athr_pwm大的电压命令振幅值。
图5示出在电动机2的转速和电压命令振幅之间的关系中由第一转速阈值Nthr_one、第二转速阈值Nthr_pwm、第一电压命令振幅阈值Athr_one和第二电压命令振幅阈值Athr_pwm限定的电动机2的驱动控制区域。
如图5所示，在转速与电压命令振幅的关系中，在进行PWM驱动控制的PWM驱动区域与进行矩形波驱动控制的矩形波驱动区域之间存在混合区域。在混合区域中，当驱动控制器30在信号切换判定部50的判定时正在执行PWM驱动控制时，如果转速低于第一转速阈值Nthr_one或者如果转速等于或高于第一转速阈值Nthr_one并且电压命令振幅Apwm小于第一电压命令振幅阈值Athr_one，则继续PWM驱动。
另一方面，在混合区域中，当驱动控制器30在信号切换判定部50的判定时正在执行矩形波驱动控制时，如果转速等于或高于第二转速阈值Nthr_pwm并且电压命令振幅等于或大于第二电压命令振幅阈值Athr_pwm，则继续矩形波驱动控制。
因此，在图5中，混合区域位于PWM驱动区域和矩形波驱动区域之间。在混合区域中，驱动控制根据在信号切换判定部50的判定时驱动控制器30正在执行PWM驱动控制还是矩形波驱动控制而不同。
因此，当在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换驱动控制时，可以防止PWM驱动控制和矩形波驱动控制由于电动机2的转速和电压命令振幅的波动而频繁切换。因此，能够稳定地进行电动机2的驱动控制。
如上所述，在本实施方式中，当电动机2的驱动控制是矩形波驱动控制时，如果电压命令振幅Apwm小于第二电压命令振幅阈值Athr_pwm，则将电动机2的驱动控制切换到PWM驱动控制。因此，即使在电动机2的驱动控制是矩形波驱动控制的情况下，也能够考虑电压命令振幅Apwm来切换电动机2的驱动控制。因此，能够在更适当的定时进行电动机2的驱动控制。当即使在电动机2减速时也执行电动机2的驱动控制时，本实施方式的配置特别有效。
此外，当将电动机2的驱动控制从PWM驱动控制切换到矩形波驱动控制时使用的第一电压命令振幅阈值Athr_one被设置为大于当将电动机2的驱动控制从矩形波驱动控制切换到PWM驱动控制时使用的第二电压命令振幅阈值Athr_pwm。因此，即使在电压命令振幅Apwm的值波动的情况下，也能够防止频繁地切换电动机2的驱动控制。
[其他实施方式]
尽管以上已经描述了本发明的实施方式，但是上述实施方式只不过是用于实现本发明的例示。因此，本发明不限于上述实施方式。在不脱离本发明的精神的情况下，可以适当地修改和实现上述实施方式。
在上述各实施方式中，在电动机2的转速和电压命令振幅之间的关系中，转速阈值和电压命令振幅阈值分别在PWM驱动区域和混合区域之间的边界以及矩形波驱动区域和混合区域之间的边界处是恒定的。然而，转速阈值和电压命令振幅阈值中的每一个可以是变化值。
图6示出在第二实施方式的情况下当第一电压命令振幅阈值Athr_one和第二电压命令振幅阈值Athr_pwm根据电动机2的转速发生改变时电动机2的驱动控制区域。在图6中，电动机2的转速越高，第一电压命令振幅阈值Athr_one和第二电压命令振幅阈值Athr_pwm越小。
也就是说，在图6所示的情况下，将第一电压命令振幅阈值Athr_one和第二电压命令振幅阈值Athr_pwm设置为使得它们的值随着电动机2的转速增大而减小。可以将第一电压命令振幅阈值Athr_one和第二电压命令振幅阈值Athr_pwm中的仅一个设置为使得其值随着电动机2的转速增大而减小。
图7示出在第二实施方式的情况下当电动机2的第一转速阈值Nthr_one和第二转速阈值Nthr_pwm根据电压命令振幅发生改变时电动机2的驱动控制区域。在图7中，电压命令振幅越大，第一转速阈值Nthr_one和第二转速阈值Nthr_pwm越小。
也就是说，在图7所示的情况下，将第一转速阈值Nthr_one和第二转速阈值Nthr_pwm设置为使得它们的值随着电压命令振幅变大而变小。可以将第一转速阈值Nthr_one和第二转速阈值Nthr_pwm中的仅一个设置为使得其值随着电压命令振幅的增大而减小。
可以改变转速阈值和电压命令振幅阈值。即，第一电压命令振幅阈值Athr_one和第二电压命令振幅阈值Athr_pwm可以随着电动机2的转速增大而减小，并且第一转速阈值Nthr_one和第二转速阈值Nthr_pwm可以随着电压命令振幅增大而减小。
尽管图6和图7示出了第二实施方式中的电动机驱动控制区域的其他示例，但是其同样适用于第一实施方式中的电动机驱动控制区域。
在第一实施方式中，第一转速阈值Nthr_one是大于第二转速阈值Nthr_pwm的转速。然而，第一转速阈值Nthr_one可以是与第二转速阈值Nthr_pwm相同的转速。
在第二实施方式中，第一转速阈值Nthr_one是大于第二转速阈值Nthr_pwm的转速，并且第一电压命令振幅阈值Athr_one是大于第二电压命令振幅阈值Athr_pwm的电压命令振幅值。然而，第一转速阈值Nthr_one可以是与第二转速阈值Nthr_pwm相同的转速。第一电压命令振幅阈值Athr_one可以是与第二电压命令振幅阈值Athr_pwm相同的电压命令振幅值。
在上述各实施方式中，对控制作为三相交流电动机的电动机2的驱动的控制装置1的配置进行了描述。然而，本发明不限于此，并且还可以应用于用于控制具有除三相之外的多相的AC电动机的驱动的控制装置。即，电动机可以具有任何配置，只要其是同步电动机即可。
工业实用性
本发明可以用于能够在PWM驱动控制和矩形波驱动控制之间切换同步电动机的驱动控制的控制装置。

Claims (7)

1.一种用于控制同步电动机的驱动的同步电动机的控制装置，该控制装置包括：
PWM信号生成器，该PWM信号生成器被配置为基于输入命令生成PWM信号；
矩形波信号生成器，该矩形波信号生成器被配置为基于所述输入命令生成矩形波信号；
转速检测器，该转速检测器被配置为检测所述同步电动机的转速；
信号切换判定部，该信号切换判定部被配置为根据至少所述转速来判定由所述PWM信号生成器生成的所述PWM信号还是由所述矩形波信号生成器生成的所述矩形波信号被用作当控制所述同步电动机的所述驱动时的控制信号；以及
驱动控制器，该驱动控制器被配置为使用由所述信号切换判定部判定为用作所述控制信号的所述PWM信号还是所述矩形波信号来控制所述同步电动机的所述驱动。
2.根据权利要求1所述的控制装置，所述控制装置进一步包括：
电压命令生成器，该电压命令生成器被配置为基于所述输入命令生成与所述PWM信号相对应的电压命令，
其中，所述信号切换判定部被配置为：
在所述转速低于转速阈值的情况下，或者在电压命令振幅小于电压命令振幅阈值的情况下，判定所述PWM信号被用作所述控制信号；并且
在所述转速等于或高于所述转速阈值的情况下，根据所述同步电动机被所述驱动控制器控制的驱动控制状态和所述电压命令振幅中的至少一个，来判定使用所述PWM信号还是所述矩形波信号作为所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其中，所述信号切换判定部被配置为：
如果所述驱动控制器对所述同步电动机的驱动控制是由所述PWM信号驱动控制的PWM驱动控制，则设置第一转速阈值作为所述转速阈值，该第一转速阈值是在将所述PWM信号切换为所述矩形波信号时使用的转速的阈值，并且如果所述转速等于或高于所述第一转速阈值且如果所述电压命令振幅等于或大于电压命令振幅阈值，则判定所述矩形波信号被用作所述控制信号；以及
如果所述驱动控制器对所述同步电动机的所述驱动控制是由所述矩形波信号驱动控制的矩形波驱动控制，则设置第二转速阈值作为所述转速阈值，该第二转速阈值是在将所述矩形波信号切换为所述PWM信号时使用的转速的阈值，并且如果所述转速低于所述第二转速阈值，则判定所述PWM信号被用作所述控制信号。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，所述第一转速阈值大于所述第二转速阈值。
5.根据权利要求2所述的控制装置，其中，所述信号切换判定部被配置为：
如果所述驱动控制器对所述同步电动机的驱动控制是由所述PWM信号驱动控制的PWM驱动控制，则设置第一转速阈值作为所述转速阈值，该第一转速阈值是在将所述PWM信号切换为所述矩形波信号时使用的转速的阈值，同时设置第一电压命令振幅阈值作为所述电压命令振幅阈值，该第一电压命令振幅阈值是在将所述PWM信号切换为所述矩形波信号时使用的电压命令振幅的阈值，并且如果所述转速等于或高于所述第一转速阈值且如果所述电压命令振幅等于或大于所述第一电压命令振幅阈值，则判定所述矩形波信号被用作所述控制信号；以及
如果所述驱动控制器对所述同步电动机的所述驱动控制是由所述矩形波信号驱动控制的矩形波驱动控制，则设置第二转速阈值作为所述转速阈值，该第二转速阈值是在将所述矩形波信号切换为所述PWM信号时使用的转速的阈值，同时设置第二电压命令振幅阈值作为所述电压命令振幅阈值，该第二电压命令振幅阈值是在将所述矩形波信号切换为所述PWM信号时使用的电压命令振幅的阈值，并且如果所述转速低于所述第二转速阈值或者如果所述电压命令振幅小于所述第二电压命令振幅阈值，则判定所述PWM信号被用作所述控制信号。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，所述第一转速阈值大于所述第二转速阈值，并且所述第一电压命令振幅阈值大于所述第二电压命令振幅阈值。
7.一种用于同步电动机的控制方法，该控制方法使用基于输入信号生成的PWM信号或矩形波信号来控制所述同步电动机的驱动，所述控制方法包括：
转速获取步骤，其获取所述同步电动机的转速；
电压命令振幅获取步骤，其基于输入命令来获取与所述PWM信号相对应的电压命令的振幅；
信号切换判定步骤，其根据至少所述转速，判定所述PWM信号还是所述矩形波信号被用作当控制所述同步电动机的所述驱动时的控制信号；以及
驱动控制步骤，其使用在所述信号切换判定步骤中判定的被用作所述控制信号的所述PWM信号还是所述矩形波信号来控制所述同步电动机的所述驱动。
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