CN111697881B - 驱动装置、驱动系统以及电动机的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及驱动装置、驱动系统以及电动机的驱动方法，能够以比较简单的处理来实现电动机的高效率化。根据实施方式，驱动装置具备电压控制部、参数设定部以及相位调整部。电压控制部通过对将所输入的电力转换成任意的电压以及频率的交流电力并供给至电动机的电力转换器的动作进行控制，由此从电力转换器向电动机施加驱动电压。参数设定部将电动机的转速以及与转速相关联的参数中的任意一个以上设定为速度信息。相位调整部对驱动电压的相位进行调整，以使基于在电动机中流动的电流以及由参数设定部设定出的速度信息而计算出的指标变小。

Description

驱动装置、驱动系统以及电动机的驱动方法
技术领域
本发明的实施方式涉及驱动装置、驱动系统以及电动机的驱动方法。
背景技术
为了实现电动机的驱动系统的高效率化等，利用了永久磁铁的同步电动机被作为电动机而广泛普及。并且，在作为电动机而使用同步电动机等的驱动系统中，要求提高电动机效率的驱动控制。作为电动机的驱动控制的例子，存在如下的方法：基于电动机的感应电压的相位以及在电动机中流动的电流的相位，对向电动机施加的驱动电压进行调整。在该驱动控制中，在感应电压的相位与所流动的电流的相位一致的状态下，对驱动电压的相位进行调整，使电动机高效率化。此外，作为电动机的驱动控制的另一例子，存在如下的方法：在电动机中流动的电流变小的状态下，对向电动机施加的驱动电压的相位进行调整，使电动机高效率化。
在上述那样的电动机的驱动系统中，在进行对电动机的输出扭矩进行控制的扭矩控制、以及对电动机的转速进行控制的速度控制中的任一个控制的情况下，驱动系统的电路构成以及驱动控制中的处理等变得复杂。因此，要求即使不进行电动机的扭矩控制以及速度控制也能够实现电动机的高效率化的电动机的驱动控制。
发明内容
本发明要解决的课题在于，提供能够通过比较简单的处理来实现电动机的高效率化的驱动装置、驱动系统以及电动机的驱动方法。
根据实施方式，驱动装置具备电压控制部、参数设定部以及相位调整部。电压控制部通过对电力转换器的动作进行控制，由此从电力转换器向电动机施加驱动电压，该电力转换器将所输入的电力转换成任意的电压以及频率的交流电力而供给至电动机。参数设定部将电动机的转速以及与转速相关联的参数中的任意一个以上设定为速度信息。相位调整部对驱动电压的相位进行调整，以使基于在电动机中流动的电流以及由参数设定部设定的速度信息而计算出的指标变小。
根据实施方式，提供具备上述的驱动装置、电力转换器以及电动机的驱动系统。从电力转换器向电动机施加驱动电压。
在实施方式中，提供一种电动机的驱动方法。在驱动方法中，通过电力转换器将所输入的电力转换成任意的电压以及频率的交流电力，并将转换后的交流电力供给至电动机。此外，在驱动方法中，对在电动机中流动的电流进行检测。此外，在驱动方法中，将电动机的转速以及与转速相关联的参数中的任意一个以上设定为速度信息。此外，在驱动方法中，对从电力转换器向电动机施加的驱动电压的相位进行调整，以使基于检测到的电流以及所设定的速度信息而计算出的指标变小。
根据上述驱动装置、驱动系统以及电动机的驱动方法，能够通过比较简单的处理来实现电动机的高效率化。
附图说明
图1是表示电动机的矢量图的一例的概要图。
图2是表示驱动电压矢量相对于感应电压矢量的相位从图1的状态提前后的某个状态下的电动机的矢量图的概要图。
图3是表示第1实施方式的驱动装置及驱动系统的一例的概要图。
图4是表示由第1实施方式的驱动装置进行的处理的流程图。
图5是表示第2实施方式的驱动装置及驱动系统的一例的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。
(第1实施方式)
首先，对与电动机的驱动控制相关联的参数进行说明。图1以及图2表示利用了永久磁铁的电动机的矢量图。在图1以及图2中分别表示将电动机的转子的磁通矢量ΦM所作用的方向设为d轴、且将与d轴正交的方向设为q轴的坐标下的矢量图。另外，在图1以及图2的各自中，除了磁通矢量ΦM之外，还表示从电力转换器(逆变器)向电动机施加的驱动电压矢量V、电动机的感应电压矢量E以及在电动机中流动的电流矢量I。
在图1的状态下，在驱动电压矢量V相对于感应电压矢量E成为相同相位的状态下，对电动机施加驱动电压。在该情况下，在电动机中流动的电流矢量I相对于感应电压矢量E的相位差θ成为相位差θa。因此，电流矢量I成为相对于感应电压矢量E延迟相位差θa的状态。
在图2的状态下，在驱动电压矢量V相对于感应电压矢量E的相位δ提前了相位δa的状态下，对电动机施加驱动电压。在图2的状态下，驱动电压从图1的状态起的相移量成为相位δa。在该情况下，驱动电压矢量V相对于感应电压矢量E提前相位δa，由此电动机的电流矢量I相对于感应电压矢量E成为相同相位。因而，电流矢量I相对于感应电压矢量E的相位差θ成为零。
此处，使用电动机的极对数P、上述的电流I以及相位差θ，而表面磁铁电动机等电动机的输出扭矩τM成为式(1)那样。在式(1)中，电动机的磁通ΦM以及在电动机中流动的电流I用纯量表示。
【数式1】
τM＝P·ΦM·I·cosθ (1)
在输出扭矩τM为恒定的情况下，根据式(1)，为了实现电动机的高效率化，只要使cosθ最大化而使在电动机中流动的电流I降低即可。在该情况下，如与从图1的状态向图2的状态的变化同样地使向电动机的驱动电压V的相位偏移等的方式，对驱动电压V的相位进行控制，而使电流I相对于感应电压E的相位差θ成为零。
例如，仅将电动机的电流I作为指标，进行将驱动电压V的相位调整为作为指标的电流I变小的状态的控制。在以电流I为指标的上述控制中，在输出扭矩τM被限制为恒定的情况下，即，在进行将输出扭矩τM维持为恒定的控制的情况下，通过调整驱动电压V的相位，由此容易使相位差θ收敛为零、cosθ收敛为1。
但是，从使驱动系统的电路构成以及驱动控制中的处理等简化的观点等出发，有时不进行将电动机的输出扭矩τM维持为恒定的控制等扭矩控制、以及将电动机的旋转角速度(转速)ω维持为恒定的控制等速度控制。在该情况下，通过以电流I为指标的上述控制，即使将驱动电压V的相位调整为作为指标的电流I变小的状态，电流I也与cosθ向1的收敛无关地降低。因此，无法实现电动机的高效率化。
因此，进行代替电流I而设定了式(2)所示的指标εa的控制。指标εa表示电流I相对于输出扭矩τM的比例。
【数式2】
Figure BDA0002371277310000041
在式(2)中，电动机极对数P以及电动机的磁通ΦM是电动机固有的常数。因此，指标εa是仅相位差θ成为变量的函数。因而，即使在上述的不进行扭矩控制以及速度控制的驱动控制中，通过将驱动电压V的相位调整为指标εa变小(最小化)的状态，cosθ也收敛于1。即，即使在由于不进行扭矩控制等而输出扭矩τM变化的情况下，通过基于指标εa的上述控制，相位差θ也收敛于零。因而，即使在输出扭矩τM变化的条件下，也能够实现电动机的高效率化。
但是，如式(2)等所示，电动机的输出扭矩τM是使用电流I以及磁通ΦM计算出的参数，根据电动机的驱动系统的构成等的不同，也有时无法取得输出扭矩τM。在该情况下，无法设定上述指标εa。因此，着眼于式(3)所示的电动机的运动方程式。在式(3)中，示出电动机的惯性常数M、电动机的旋转角速度ω、电动机的输出扭矩τM以及电动机的负载扭矩τL。另外，在式(3)中，示出输出扭矩τM与负载扭矩τL之间的扭矩偏差Δτ。
【数式3】
Figure BDA0002371277310000042
此处，为了使式(3)成为表示任意的控制周期Ts中的旋转角速度ω的时间变化的式，以区间[0，Ts]对式(3)进行时间积分等，对式(3)进行公式变形。由此，得到式(4)。在式(4)中，示出控制周期Ts期间的旋转角速度ω的速度偏差Δω。另外，式(5)表示将式(2)所示的指标εa的输出扭矩τM置换为旋转角速度ω而得到的指标ε。
【数式4】
Figure BDA0002371277310000051
【数式5】
Figure BDA0002371277310000052
在式(4)中，控制周期Ts以及惯性常数M是常数。因此，速度偏差Δω与扭矩偏差Δτ成比例。因此，式(5)所示的指标ε能够作为与式(2)所示的指标εa等价的指标来处理。因而，即使使用式(5)的指标ε，也能够进行与基于指标εa的上述驱动控制相同的控制。因此，与基于指标εa的上述驱动控制相同，即使在不进行扭矩控制以及速度控制的驱动控制中，通过将驱动电压V的相位调整为指标ε变小(最小化)的状态，cosθ也收敛于1。即，通过基于指标ε的控制，即使在输出扭矩τM变化的条件下，也能够实现电动机的高效率化。
以下，对进行基于上述指标ε的控制的驱动装置、以及具备该驱动装置和电动机的驱动系统进行说明。图3表示本实施方式所涉及的驱动装置以及驱动系统的一例。驱动系统具备电动机4以及电动机4驱动装置。在图3的一个例子中，电动机4是三相同步电动机。
驱动装置具备电力转换器1。在图3的一个例子中，电力转换器1具备6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)2等开关元件。在电力转换器1中，通过将6个IGBT2进行三相桥接，由此构成所谓的逆变电路。在各个IGBT2中，在集电极与发射极之间连接有回流二极管3。回流二极管3分别与所对应的一个IGBT2并联连接。从作为驱动用电源的直流电源Vdc向电力转换器1供给直流电力。电力转换器1的三个输出端子(三相输出端子)分别与电动机4的三个定子绕组(三相定子绕组)中的对应的一个连接。
另外，驱动装置具备转速运算部7、电压控制部8、相位调整部9以及峰值检测部10。在一个例子中，转速运算部7、电压控制部8、相位调整部9以及峰值检测部10安装在搭载于微型计算机等的集成电路(integrated circuit)12中。在该情况下，集成电路12具备处理器以及存储介质等，处理器包括CPU(Central Processing Unit)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)、或FPGA(Field Programmable Gate Array)等。包括处理器的集成电路12通过执行存储在存储介质等中的程序等来进行后述的处理。另外，如后所述，也可以使实施方式的驱动装置通过转速运算部7、电压控制部8、相位调整部9以及峰值检测部10构成为例如集成电路12，不具备电力转换器1、转子位置检测部5、电流检测部6以及运转指令设定部11。在该情况下，能够将驱动系统构成为电力转换器1、电动机4、转子位置检测部5、电流检测部6、运转指令设定部11以及驱动装置，驱动装置具备转速运算部7、电压控制部8、相位调整部9以及峰值检测部10。
电压控制部8通过向电力转换器1传递指令，由此从电力转换器1向电动机4供给交流电力。此时，电力转换器1根据来自电压控制部8的指令，将从直流电源Vdc输入的电力转换为任意的电压以及频率的三相交流电力。然后，电力转换器1将转换后的三相交流电力供给至电动机4。由此，例如从电力转换器1输出伪正弦波状的三相交流电压，所输出的三相交流电压被作为驱动电压V而施加于电动机4。通过对电动机4施加驱动电压V，由此电动机4旋转。电压控制部8通过对电力转换器1的动作进行控制，由此对驱动电压V进行控制，并对电动机4的旋转进行控制。
电压控制部8生成与作为开关元件的IGBT2的接通/断开的定时相关的指令。此时，电压控制部8生成对IGBT2的接通/断开的定时进行控制的脉冲信号的模式。作为对IGBT2的接通/断开的定时进行控制的脉冲信号，例如可以举出三相PWM(pulse width modulation)信号等。电压控制部8基于所生成的脉冲信号的模式，对IGBT2的接通/断开的定时进行控制，并对向电动机4施加的驱动电压V进行控制。另外，通过改变由电压控制部8生成的脉冲信号的占空比D、即与IGBT2的接通/断开的定时相关的指令的占空比D，由此改变IGBT2的接通/断开的定时。
另外，驱动装置具备电流检测部6。电流检测部6检测在电动机4中流动的电流。电流检测部6对电动机4的1相以上检测电流I。电流检测部6具备分流电阻或电流传感器等。作为电流检测部6具备分流电阻的例子，可以举出在电力转换器1的负侧(接地侧)的电源线的一处配置分流电阻的单分流方式。另外，也可以采用如下的3分流方式：在电力转换器1中，在负侧(接地侧)的3个IGBT2各自的发射极与负侧的电源线之间配置分流电阻，由此在3处配置分流电阻。
另外，驱动装置具备转子位置检测部5。转子位置检测部5检测电动机4的转子的位置(旋转位置)。在一个例子中，转子位置检测部5具备安装于电动机4的回旋式编码器或霍尔传感器等，根据回旋式编码器或霍尔传感器等的输出来检测转子的位置。通过检测转子的位置，由此检测出在电动机4中产生的三相感应电压E的相位。因此，转子位置检测部5检测与电动机4的感应电压E的相位同步的回旋式编码器或霍尔传感器等的输出信号。另外，与转子的位置相关的信息从转子位置检测部5传递到电压控制部8。电压控制部8基于与转子的位置相关的信息，对上述脉冲信号进行生成等，并对电力转换器1的动作进行控制。
另外，转子位置检测部5也可以采用不设置传感器的所谓无传感器方式。在一个例子中，转子位置检测部5直接检测电动机4的感应电压E，并基于感应电压E的相位等来检测转子的位置。另外，在另一个例子中，转子位置检测部5从电流检测部6取得与在电动机4中流动的电流I相关的信息。然后，转子位置检测部5使用电流I等电动机4的运转状态以及固定常数等，推断转子的位置。另外，在转子位置检测部5采用无传感器方式的情况下，转子位置检测部5也可以与转速运算部7、电压控制部8、相位调整部9以及峰值检测部10一起安装于集成电路12。
另外，在驱动系统中具备运转指令设定部11。运转指令设定部11例如具备用户界面，由用户等设定与电动机4的运转相关的指令。通过运转指令设定部11设定的指令被传递到电压控制部8。在一个例子中，上述脉冲信号的占空比D由运转指令设定部11设定，所设定的占空比D被传递到电压控制部8。电压控制部8以所设定的占空比D来生成上述脉冲信号。作为设置于运转指令设定部11的用户界面，可以举出触摸面板、操作按钮或遥控器等。
由转子位置检测部5检测到的与电动机4的转子位置相关的信息，被向作为参数设定部而设置的转速运算部7传递。转速运算部7根据与转子位置相关的信息，将电动机4的转子的旋转角速度(转速)ω作为电动机4的速度信息来进行计算、推断运算等并进行设定。
另外，电流检测部6具备A/D转换器，通过A/D转换器将与检测到的电流I相关的模拟信号转换为数字信号。然后，电流检测部6将表示与在电动机4中流动的电流I相关的信息的数字信号传递到峰值检测部10。
峰值检测部10具备峰值保持电路。峰值检测部10根据与电流I相关信息，检测电流(交流)I从正切换为负的零交、或者电流I从负切换为正的零交。然后，峰值检测单元10基于检测到的零交来识别电流I的一个周期的开始和结束。峰值检测部10检测一个周期中的电流I的峰值Ip。峰值检测部10按照每一个周期地检测峰值Ip。
由转速运算部7计算出的旋转角速度ω、以及由峰值检测部10检测到的电流I的峰值Ip，被向相位调整部9传递。相位调整部9基于旋转角速度ω以及峰值Ip，调整向电动机4施加的驱动电压V的相位。然后，相位调整部9将驱动电压V的相位的调整结果传递到电压控制部8，电压控制部8基于相位调整部9的调整结果，控制驱动电压V的相位。通过控制驱动电压V的相位，由此如使用图1以及图2等所述的那样，电流I相对于感应电压E的相位差θ得到控制。
在一个例子中，相位调整部9将与驱动电压V从当前时刻起的相移量相关的指令传递到电压控制部8。然后，电压控制部8基于与相移量相关的指令，进行上述脉冲信号的相位的校正等，并控制驱动电压V的相位。另外，在本实施方式中，相位调整部9将电流I的峰值Ip相对于旋转角速度ω的比例设定为指标ε。然后，相位调整部9将驱动电压V的相位调整为指标ε变小的状态(最小化的状态)。此处，指标ε是与上述式(5)的指标ε相同的指标。并且，指标ε是使用旋转角速度ω等电动机4的速度信息以及电流I而计算出的指标。
图4是表示由包括相位调整部9的驱动装置进行的处理的流程图。图4所示的处理在电动机4驱动的状态下持续进行。如图4所示，相位调整部9基于电流检测部6以及峰值检测部10的检测结果等，进行取得在电动机4中流动的电流(交流)I的峰值Ip的处理(S41)。另外，相位调整部9基于转速运算部7的运算结果等，进行取得电动机4的旋转角速度(转速)ω的处理(S42)。另外，相位调整部9基于峰值检测部10等的电流I的一个周期的开始以及结束的识别结果等，判断电流(交流)I是否切换到下一个周期(S43)。即，在S43中，判断电流I的一个周期是否结束。
在电流I没有切换到下一个周期的情况下(S43-否)，处理不进入S44而待机，并继续进行S41～S43的处理。通过S41～S43的处理，相位调整部9按照电流I的每一个周期而取得一次电流I的峰值Ip以及电动机4的旋转角速度ω。在电流I切换到下一个周期的情况下(S43-是)，处理进入S44，并依次进行S44以后的处理。S44以后的处理为，每当电流I的周期切换时就进行，且按照电流I的每一个周期来进行。
然后，相位调整部9根据峰值Ip以及旋转角速度ω来计算上述指标ε，并且计算指标ε的累计值γa(S44)。此处，通过后述的S47f或S49f的处理，累计值γa在电流I的每个αref周期被复位为零。此处，αref是2以上的自然数。因而，按照电流I的每多个周期，累计值γa被复位为零。另外，第n个周期的累计值γa(n)如式(6)所示。在式(6)中，表示在第n个周期取得的峰值Ip以及旋转角速度ω、第n个周期的指标ε(n)以及第(n-1)个周期的累计值γa(n-1)。
【数式6】
Figure BDA0002371277310000091
然后，相位调整部9判断驱动电压V的相位调整的状况处于哪个阶段(S45)。阶段例如包括0、1、2、3这4种状态。在初次的S45的判定中，判断为阶段例如为0。在表示相位调整的状况的阶段为0的情况下(S45-阶段＝0)，相位调整部9使驱动电压V的相位提前规定的相移量(S46a)。然后，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段设定为1(S46b)。另外，相位调整部9将计数值α加1(S46c)。另外，计数值α表示从使用了基于后述的S47b或S49b的处理的累计值γa的上次的比较起经过了电流I的几个周期量。然后，计数值α为，通过后述的S47f或S49f的处理而按照电流I的每个αref周期被复位为零，且在与累计值γa被复位为零的周期相同的周期中被复位为零。然后，处理返回到S41，并依次进行S41以后的处理。
在表示相位调整的状况的阶段为1的情况下(S45-阶段＝1)，相位调整部9判断计数值α是否为基准值αref以上(S47a)。基准值αref相当于表示通过后述的S47f或S49f的处理而累计值γa按照每几个周期被复位为零的值。并且，基准值αref相当于表示按照每几个周期进行使用了基于后述的S47b或S49b的处理的累计值γa的比较的值。因此，在S47a中，判断从使用了基于后述的S47b或S49b的处理的累计值γa的上次的比较起是否经过了电流I的αref周期以上。在计数值α小于基准值αref的情况下(S47a-否)，相位调整部9将计数值α加1(S47g)。另外，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段维持为1。然后，处理返回到S41，并依次进行S41以后的处理。
另一方面，在计数值α为基准值αref以上的情况下(S47a-是)，即，在从使用了累计值γa的上次的比较起经过了电流I的αref周期以上的情况下，相位调整部9将累计值γa与累计值γb进行比较(S47b)。此处，在S47b等的比较阶段，累计值γa相当于从基于S47b或后述的S49b的处理的上次的比较起到此次的比较为止的指标ε的累计值。另外，累计值γb相当于从基于S47b或后述的S49b的处理的上上次的比较起到上次的比较为止的指标ε的累计值。因而，累计值γb相当于在上次的比较中被用作为累计值γa的值。然后，相位调整部9根据S47b中的累计值γa、γb的比较结果，判断此次的累计值γa是否小于上次的累计值γb(S47c)。
在累计值γa小于累计值γb的情况下(S47c-是)，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段设定为0(S47d)。另一方面，在累计值γa为累计值γb以上的情况下(S47c-否)，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段设定为2(S47e)。然后，当进行S47d或S47e的处理时，相位调整部9将计数值α以及累计值γa复位为零，并且，将累计值γb更新为在S47b的比较中被用作为此次的累计值γa的值(S47f)。因而，当进行S47b中的累计值γa、γb的比较时，在与进行比较的周期相同的周期中，通过S47f的处理，计数值α以及累计值γa被复位为零，累计值γb被更新为在S47b中被用作为累计值γa的值。然后，处理返回到S41，并依次进行S41以后的处理。
在表示相位调整的状况的阶段为2的情况下(S45-阶段＝2)，相位调整部9使驱动电压V的相位延迟规定的相移量(S48a)。然后，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段设定为3(S48b)。另外，相位调整部9将计数值α加1(S48c)。然后，处理返回到S41，并依次进行S41以后的处理。
在表示相位调整的状况的阶段为3的情况下(S45-阶段＝3)，相位调整部9判断计数值α是否为基准值αref以上(S49a)。在计数值α小于基准值αref的情况下(S49a-否)，相位调整部9将计数值α加1(S49g)。另外，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段维持为3。然后，处理返回到S41，并依次进行S41以后的处理。
另一方面，在计数值α为基准值αref以上的情况下(S49a-是)，即，在从使用了累计值γa的上次的比较起经过了电流I的αref周期以上的情况下，相位调整部9与S47的处理相同地将累计值γa与累计值γb进行比较(S49b)。然后，相位调整部9根据S49b中的累计值γa、γb的比较结果，判断此次的累计值γa是否小于上次的累计值γb(S49c)。
在累计值γa小于累计值γb的情况下(S49c-是)，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段设定为2(S49d)。另一方面，在累计值γa为累计值γb以上的情况下(S49c-否)，相位调整部9将表示驱动电压V的相位调整的状况的阶段设定为0(S49e)。然后，当进行S49d或S49e的处理时，相位调整部9将计数值α以及累计值γa复位为零，并且，将累计值γb更新为在S49b的比较中被用作为此次的累计值γa的值(S49f)。因而，当进行S49b中的累计值γa、γb的比较时，在与进行比较的周期相同的周期中，通过S49f的处理，计数值α以及累计值γa被复位为零，累计值γb被更新为在S49b中被用作为累计值γa的值。然后，处理返回到S41，并依次进行S41以后的处理。
在本实施方式中，进行上述那样的处理。因此，作为使驱动电压V的相位提前了的结果，当与上次的累计值γb相比而此次的累计值γa变小时，使驱动电压V的相位提前的处理被持续进行。另一方面，作为使驱动电压V的相位提前了的结果，当此次的累计值γa成为上次的累计值γb以上时，切换为使驱动电压V的相位延迟的处理。另外，作为使驱动电压V的相位延迟了的结果，当与上次的累计值γb相比而此次的累计值γa变小时，使驱动电压V的相位延迟的处理被持续进行。另一方面，作为使驱动电压V的相位延迟了的结果，当此次的累计值γa成为上次的累计值γb以上时，切换为使驱动电压V的相位提前的处理。因而，在本实施方式中，驱动电压V的相位被调整为电流I的αref周期量的指标ε的累计值γa变小(最小化)的状态，且驱动电压V的相位被调整为指标ε变小的状态。
在本实施方式中，如上所述，由于适当地进行将驱动电压V的相位调整为指标ε变小(最小化)的状态的控制，所以电流I相对于感应电压E的相位差θ适当地收敛于零，cosθ适当地收敛于1。因而，通过进行上述处理，即使在不进行扭矩控制以及速度控制的条件下、即输出扭矩τM发生变化的条件下，也能够实现电动机4的高效率化。
另外，在本实施方式中，取得电流I的αref周期量的指标ε的累计值γa，并将累计值γa与上次的累计值γb进行比较。因而，按照电流I的每个αref周期来进行使用了累计值γa的比较。因此，能够确保实机动作中的稳定性。
另外，在本实施方式中，指标ε是电流I的峰值Ip相对于旋转角速度(转速)ω的比例，不使用电动机4的输出扭矩τM而能够计算出。因此，通过进行上述处理，即使在无法取得输出扭矩τM的情况下，也能够实现电动机4的高效率化。
(第2实施方式)
图5表示第2实施方式的驱动装置以及驱动系统的一例。第2实施方式的驱动系统与第1实施方式的驱动系统基本相同。但是，在本实施方式中，由运转指令设定部11设定的与占空比D相关的信息，除了电压控制部8之外，还传递到相位调整部9。
另外，在本实施方式中，代替指标ε而计算出式(7)所示的指标εb。如式(7)所示，指标εb是如下的值：计算电流I的峰值Ip相对于旋转角速度(转速)ω的比例，并将与IGBT(开关元件)2的接通/断开的定时相关的指令的占空比D与所计算出的比例相乘而得到的值。
[数式7]
Figure BDA0002371277310000121
在本实施方式中，也进行与第1实施方式基本相同的处理，并进行与图4的处理基本相同的处理。但是，在本实施方式中，在S44中计算出指标εb。另外，与指标ε的累计值γa同样地计算出指标εb的累计值γc。然后，与累计值γb同样地定义累计值γd。然后，在本实施方式中，也与指标ε的累计值γa、γb的比较同样地比较指标εb的累计值γc、γd。然后，基于指标εb的累计值γc、γd的比较结果，与第1实施方式同样地调整驱动电压V的相位。因此，在本实施方式中，也将驱动电压V的相位调整为电流I的αref周期量的指标εb的累计值γc变小(最小化)的状态，且将驱动电压V的相位调整为指标εb变小的状态。
在本实施方式中，也使用电动机4的旋转角速度(转速)ω等电动机4的速度信息、以及在电动机4中流动的电流I来计算指标εb。然后，将驱动电压V的相位调整为指标εb变小的状态。因而，在本实施方式中，也与第1实施方式等同样地能够实现电动机4的高效率化。
另外，在本实施方式中，作为指标εb，使用将电流I相对于旋转角速度ω的比例与占空比D相乘而得到的参数。因此，即使在与电动机4的负载扭矩τL对应而适当变更了占空比D的情况下，通过将驱动电压V的相位调整为指标εb变小的状态，由此也能够适当地实现电动机4高效率化。
(第3实施方式)
在第3实施方式所示的驱动装置以及驱动系统中，代替转速运算部7，而设置速度倒数运算部来作为参数设定部。速度倒数运算部将旋转角速度(转速)ω的倒数即相当于时间的参数，作为电动机4的速度信息来进行计算、推断运算等并进行设定。在本实施方式中，速度倒数运算部将计数值N作为旋转角速度ω的倒数即相当于时间的参数，来进行计算、推断运算等并进行设定。
此处，旋转角速度ω的倒数相当于电动机4的转子在任意区间中移动所需要的经过时间。在具备上述集成电路12的微型计算机等中，在一般情况下，在对该经过时间进行测定时，将固定的控制处理间隔Ta乘以计数值N，来表示经过时间。因而，由速度倒数运算部计算出的计数值N，使用旋转角速度ω以及控制处理间隔Ta而如式(8)所示。
【数式8】
Figure BDA0002371277310000131
因而，在第1实施方式等中使用的指标ε、即电流I相对于旋转角速度ω的比例，能够如式(9)那样进行公式变形。
【数式9】
Figure BDA0002371277310000141
因而，能够代替旋转角速度ω而使用计数值N来计算在第1实施方式等中使用的指标ε。在本实施方式中，相位调整部9为，代替旋转角速度ω，而取得计数值N来作为旋转角速度ω的倒数即相当于时间的参数，并使用计数值N和电流I来计算指标ε。并且，在本实施方式中，使用将电流I乘以计数值N而得到的值，来计算指标ε。
在本实施方式中，如上所述那样计算指标ε，因此不进行除法运算就能够计算出指标ε。在一般情况下，与加法运算、减法运算以及乘法运算等相比，在除法运算中，运算处理更多，而运算电路的构成等变得更复杂。在本实施方式中，由于在指标ε的计算中不进行除法运算，因此能够减少驱动装置中的运算处理，能够简化运算电路的构成等。
(变形例)
另外，在上述实施方式等中，从电力转换器1向电动机4供给三相交流电力，但在向电动机4供给一相的交流电力的情况下以及供给两相的交流电力的情况下，也能够应用上述驱动控制。
另外，在上述实施方式等中，以驱动装置具备电力转换器1、转子位置检测部5、电流检测部6以及运转指令设定部11的情况为对象进行了说明，但驱动装置也能够成为不具备这些电力转换器1、转子位置检测部5、电流检测部6以及运转指令设定部11的方式。
在该情况下，构成驱动装置的参数设定部(例如转速运算部7)构成为，能够从设置于驱动装置外部的转子位置检测部5等输入与转子位置相关的信息。同样，构成驱动装置电压控制部8构成为，能够基于设置于驱动装置外部的转子位置检测部5等检测到的与转子位置相关的信息，对设置于驱动装置外部的电力转换器1的动作进行控制。进而，电压控制部8也可以构成为，能够输入来自设置于驱动装置外部的运转指令设定部11等的与运转相关的指令。另外，该情况下的驱动装置构成为，通过具备峰值检测部10等，能够输入从设置于驱动装置外部的电流检测部6等流向电动机4的电流I(包括电流I本身以及与电流I相关的信息)。
根据这些至少一个的实施方式或实施例，相位调整部设定使用电流和速度信息而计算出的指标，并将驱动电压的相位调整为指标变小的状态。由此，能够提供一种驱动装置，例如将不进行电动机的扭矩控制以及速度控制的情况包括在内，以比较简单的处理来实现电动机的高效率化。作为一例，速度信息包含旋转角速度ω以及旋转角速度ω的倒数(计数值N等)。
另外，根据这些至少一个的实施方式或实施例，在驱动电压的相位的调整中，设定使用电流和速度信息而计算出的指标，并将驱动电压相位调整为指标变小的状态。由此，能够提供一种电动机的驱动方法，例如将不进行电动机的扭矩控制以及速度控制的情况包括在内，以比较简单的处理来实现电动机的高效率化。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于权利要求所记载的发明和与其等同的范围中。

Claims (9)

1.一种驱动装置，具备：
电压控制部，通过对电力转换器的动作进行控制，由此从上述电力转换器向电动机施加驱动电压，上述电力转换器将所输入的电力转换成任意的电压以及频率的交流电力而供给至上述电动机；
参数设定部，将上述电动机的转速以及与上述转速相关联的参数中的任意一个以上设定为速度信息；以及
相位调整部，基于在上述电动机中流动的电流以及由上述参数设定部设定的上述速度信息，周期性地计算指标，对通过上述电压控制部向上述电动机施加的上述驱动电压的相位进行调整，以使每次计算上述指标时计算出的上述指标变小，上述指标取决于在上述电动机中流动的上述电流以及上述电动机的上述转速的双方，并且，上述指标与上述驱动电压的相位不同，
进而，上述相位调整部基于计算出的上述指标，判断使向上述电动机施加的上述驱动电压的上述相位提前还是使其延迟，基于上述判断的结果，使上述驱动电压的上述相位提前或延迟规定的相移量。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，
上述参数设定部为，作为上述速度信息而计算出上述电动机的上述转速，
上述相位调整部将上述电流相对于上述转速的比例设定为上述指标。
3.如权利要求1所述的驱动装置，其中，
上述电力转换器具备开关元件，
上述电压控制部对上述电力转换器的上述开关元件的接通/断开的定时进行控制，由此对向上述电动机施加的上述驱动电压进行控制，
上述参数设定部为，作为上述速度信息而计算出上述电动机的上述转速，
上述相位调整部为，将上述电流相对于上述转速的比例乘以与上述开关元件的接通/断开的定时相关的指令的占空比而得到的值，设定为上述指标。
4.如权利要求1所述的驱动装置，其中，
上述参数设定部为，作为上述速度信息而计算出上述转速的倒数即相当于时间的参数，
上述相位调整部使用上述相当于时间的参数乘以上述电流而得到的值，来设定上述指标。
5.如权利要求1至4中任一项所述的驱动装置，其中，
上述电压控制部具备安装有上述参数设定部以及上述相位调整部的集成电路。
6.如权利要求1所述的驱动装置，其中，还具备：
位置检测部，基于传感器的输出、上述电动机的感应电压的检测结果、在上述电动机中流动的上述电流的检测结果中的至少一个，检测上述电动机的转子的位置。
7.如权利要求1所述的驱动装置，其中，
上述相位调整部通过调整上述驱动电压的上述相位，控制在上述电动机中流动的上述电流相对于上述电动机的感应电压的相位差。
8.一种驱动系统，具备：
权利要求1所述的驱动装置；
上述电力转换器；以及
电动机，从上述电力转换器施加上述驱动电压。
9.一种电动机的驱动方法，具备：
通过电力转换器将所输入的电力转换成任意的电压以及频率的交流电力，并将转换后的上述交流电力供给至电动机；
对在上述电动机中流动的电流进行检测；
将上述电动机的转速以及与上述转速相关联的参数中的任意一个以上设定为速度信息；
基于检测到的上述电流以及所设定的上述速度信息，周期性地计算指标，上述指标取决于在上述电动机中流动的上述电流以及上述电动机的上述转速的双方，并且，上述指标与从上述电力转换器向上述电动机施加的驱动电压的相位不同；以及
基于计算出的上述指标，判断使向上述电动机施加的上述驱动电压的上述相位提前还是使其延迟，基于上述判断的结果，使上述驱动电压的上述相位提前或延迟规定的相移量，从而，对从上述电力转换器向上述电动机施加的上述驱动电压的相位进行调整，以使每次计算上述指标时计算出的上述指标变小。
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