CN118054714A - 电动机 - Google Patents

Abstract

电动机具备控制部。控制部利用从感应电压方式及高次谐波叠加方式选择的方式来推定转子的位置。感应电压方式是基于三相线圈所产生的感应电压来推定转子的位置的方式。高次谐波叠加方式是通过使高次谐波与指令值叠加来推定转子的位置的方式。控制部在输出电压为预先确定的阈值以上的情况下，通过感应电压方式来推定转子的位置。控制部构成为在输出电压低于阈值的情况下，通过高次谐波叠加方式来推定转子的位置。

Description

电动机

技术领域

本公开涉及一种电动机。

背景技术

在通过逆变器的无传感器控制对马达进行驱动的情况下，控制部需要推定马达的转子的位置。无传感器控制是通过由软件推定转子的位置而不使用硬件的位置传感器来对马达进行驱动的控制方式。推定转子的位置的方式例如为感应电压方式或高次谐波叠加方式。感应电压方式是使用通过马达的驱动产生的感应电压来推定转子的位置的方式。高次谐波叠加方式是使高次谐波分量与向马达的电压指令值或电流指令值叠加来推定转子的位置的方式。

马达的速度越低感应电压越低。因此，在使用感应电压方式的情况下，在马达的速度低的情况下，转子的位置的推定精度降低。日本特开2011-172324号公报公开的控制部在马达的速度比阈值低的情况下，通过高次谐波叠加方式来推定转子的位置。由此，在马达的速度比阈值低的情况下，抑制了位置推定精度降低。

发明内容

发明要解决的课题

上述公报公开的控制部根据马达的速度对推定转子的位置的方式进行切换。但是，感应电压根据马达的温度、马达所具备的磁铁的公差也变化。因此，考虑由这些主要原因引起的感应电压的偏差，需要将阈值设定为较大的值。这样，通过高次谐波叠加方式来推定转子的位置的速度区域变宽。在通过高次谐波叠加方式来推定转子的位置的情况下，有可能因将高次谐波叠加于电压指令值或电流指令值而静音性变差。另外，有可能马达的效率因高次谐波电流的产生而变差。因此，通过高次谐波叠加方式来推定转子的位置的速度区域优选尽可能窄。

用于解决课题的方案

本公开的一方案的电动机具备：马达，其具有转子及卷绕有三相线圈的定子；逆变器，其具有驱动器和由所述驱动器驱动的开关元件，构成为通过所述开关元件的驱动来对所述马达进行驱动；输出电压检测部，其构成为检测所述逆变器的输出电压；以及控制部，其构成为计算所述开关元件的控制所使用的多个指令值，并且对所述开关元件进行控制。所述控制部利用从感应电压方式及高次谐波叠加方式选择的方式来推定所述转子的位置。所述感应电压方式是基于所述三相线圈所产生的感应电压来推定所述转子的位置的方式。所述高次谐波叠加方式是通过使高次谐波与所述指令值叠加来推定所述转子的位置的方式。所述控制部构成为进行如下处理：在所述输出电压为预先确定的阈值以上的情况下，通过所述感应电压方式来推定所述转子的位置，在所述输出电压低于所述阈值的情况下，通过所述高次谐波叠加方式来推定所述转子的位置。

附图说明

图1是电动机的概要结构图。

图2是电动机的概要结构图。

图3是示出控制部进行的控制的流程图。

图4是示出在图3的控制中使用的阈值的图。

具体实施方式

对电动机的一实施方式进行说明。

如图1所示，车辆用空调装置100具备电动压缩机101和冷媒回路103。电动压缩机101具备压缩部102和电动机M1。电动压缩机101对冷媒进行压缩。冷媒回路103例如具有热交换器及膨胀阀等。车辆用空调装置100利用电动压缩机101对冷媒进行压缩、且利用冷媒回路103进行冷媒的热交换及膨胀，由此进行车内的制冷供暖。电动压缩机101与压缩的冷媒一起排出油。

压缩部102对冷媒进行压缩。被压缩部102压缩的冷媒向冷媒回路103排出。压缩部102是涡旋式、活塞式、叶片式等任意的。

<电动机>

电动机M1具备马达11。马达11具有转子12及卷绕有三相线圈U、V、W的定子13。马达11是具备三个线圈U、V、W的三相马达。通过马达11对压缩部102进行驱动。

电动机M1具备马达驱动装置10。马达驱动装置10具备蓄电池BA、平滑电容器C、逆变器21、相电流检测部22、输入电压检测部23、以及控制部30。

逆变器21具备六个开关元件Q1～Q6、二极管D1～D6、以及驱动器51。开关元件Q1～Q6例如是IGBT(绝缘栅极双极晶体管)。在开关元件Q1～Q6与二极管D1～D6一体的情况下，开关元件Q1～Q6是MOSFET(金属氧化膜半导体场效应晶体管)。开关元件Q1与开关元件Q2相互串联连接。开关元件Q3与开关元件Q4相互串联连接。开关元件Q5与开关元件Q6相互串联连接。在开关元件Q1～Q6上分别并联连接有二极管D1～D6。在这些开关元件Q1～Q6上经由平滑电容器C连接有蓄电池BA。

将开关元件Q1与开关元件Q2连接的连接线在中途分支而与线圈U连接。将开关元件Q3与开关元件Q4连接的连接线在中途分支而与线圈V连接。将开关元件Q5与开关元件Q6连接的连接线在中途分支而与线圈W连接。

驱动器51对开关元件Q1～Q6进行驱动。通过开关元件Q1～Q6的驱动对马达11进行驱动。开关元件Q1～Q6的驱动是指开关元件Q1～Q6的通断动作、即开关元件Q1～Q6的接通与断开的切换。

蓄电池BA是能够充放电的蓄电装置。蓄电池BA的额定电压例如是800[V]。

相电流检测部22检测在马达11中流动的相电流。相电流检测部22至少检测两个相的相电流。在本实施方式中，相电流检测部22检测u相电流Iu、v相电流Iv、及w相电流Iw。也可以检测三相中的两个相的相电流，剩余一个相的相电流根据两个相的相电流计算。u相电流Iu、v相电流Iv、及w相电流Iw是在马达11的各相中流动的实际电流。

输入电压检测部23检测从蓄电池BA向逆变器21输入的输入电压Vi。

<控制部>

控制部30具备处理器和存储部。作为处理器，例如是CPU(Central ProcessingUnit)、GPU(Graphics Processing Unit)或DSP(Digital Signal Processor)。存储部包括RAM(Random Access Memory)及ROM(Read Only Memory)。存储部储存构成为使处理器执行处理的程序代码或指令。存储部、即计算机可读介质包括能够由通用或专用的计算机访问的所有的可利用的介质。控制部30也可以通过ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等硬件电路构成。作为处理电路的控制部30可以包括按照计算机程序进行动作的一个以上的处理器、ASIC、FPGA等一个以上的硬件电路、或者它们的组合。

控制部30计算多个指令值。控制部30通过多个指令值对开关元件Q1～Q6进行控制。控制部30通过无传感器控制对逆变器21进行控制。无传感器控制是不使用对马达11的转子12的位置Hm进行检测的硬件的位置传感器来控制逆变器21的方式。通过控制逆变器21而对马达11进行驱动。控制部30一边对基于感应电压方式的位置推定与基于高次谐波叠加方式的位置推定进行切换一边对逆变器21进行控制。感应电压方式是基于三相线圈U、V、W所产生的感应电压来推定转子12的位置Hm的方式。高次谐波叠加方式是通过使高次谐波与指令值叠加来推定转子12的位置Hm的方式。

<基于感应电压方式的位置推定>

对进行基于感应电压方式的位置推定的情况下的控制部30的功能进行说明。控制部30具备电流坐标转换部31、位置推定部32、减法运算部33、35、36、速度控制部34、电流控制部37、以及PWM控制部38。

电流坐标转换部31基于位置推定部32推定出的转子12的位置Hm将相电流Iu、Iv、Iw转换为d轴电流Id及q轴电流Iq。例如，电流坐标转换部31将三相(U、V、W)的固定坐标系的相电流Iu、Iv、Iw转换为两个相(α、β)的固定坐标系的电流Iα、Iβ。电流坐标转换部31使用位置Hm将电流Iα、Iβ转换为两个相(d、q)的旋转坐标系的d轴电流Id及q轴电流Iq。d轴及q轴是dq坐标系的坐标轴。dq坐标系是与马达11的转子12一起旋转的坐标系。电流坐标转换部31也可以不将相电流Iu、Iv、1w转换为电流Iα、Iβ，而直接转换为d轴电流Id及q轴电流Iq。

位置推定部32基于从电流坐标转换部31输出的d轴电流Id及q轴电流Iq以及从电流控制部37输出的d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq来推定马达11的转子12的位置Hm。例如，位置推定部32基于d轴电流Id及q轴电流Iq、从电流控制部37取得的d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq、以及由马达11确定的常数来计算线圈U、V、W所产生的感应电压。并且，位置推定部32基于感应电压来推定位置Hm。另外，位置推定部32基于感应电压来推定转子12的转速Fm。

减法运算部33计算转速指令值FmRef与由位置推定部32推定出的转速Fm的差值ΔFm。转速指令值FmRef从外部输入。转速指令值FmRef例如从车辆的上位控制装置向控制部30输入。

速度控制部34基于差值ΔFm来计算d轴电流指令值IdRef及q轴电流指令值IqRef。速度控制部34例如以通过使用反馈控制而差值ΔFm趋于0的方式计算d轴电流指令值IdRef及q轴电流指令值IqRef。反馈控制例如是比例积分控制。

减法运算部35计算d轴电流指令值IdRef与d轴电流Id的差值ΔId。减法运算部36计算q轴电流指令值IqRef与q轴电流Iq的差值ΔIq。

电流控制部37基于差值ΔId来计算d轴电压指令值Vd。电流控制部37基于差值ΔIq来计算q轴电压指令值Vq。电流控制部37例如以通过使用反馈控制而差值ΔId及差值ΔIq趋于0的方式计算d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq。反馈控制例如是比例积分控制。

PWM控制部38基于位置推定部32推定出的转子12的位置Hm及输入电压Vi将d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq转换为u相电压指令值Vu、v相电压指令值Vv、及w相电压指令值Vw。例如，PWM控制部38将d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq转换为从dq坐标系向αβ坐标系的坐标的电压指令值Vα、Vβ。PWM控制部38将二相的电压指令值Vα、Vβ转换为三个相的三相电压指令值Vu、Vv、Vw。PWM控制部38也可以不将d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq转换为电压指令值Vα、Vβ，而直接转换为电压指令值Vu、Vv、Vw。

逆变器21基于电压指令值Vu、Vv、Vw进行控制。详细而言，PWM控制部38基于电压指令值Vu、Vv、Vw和载波频率而生成PWM信号，并通过PWM信号对开关元件Q1～Q6进行控制。

<基于高次谐波叠加方式的位置推定>

对进行基于高次谐波叠加方式的位置推定的情况下的控制部30的功能进行说明。

如图2所示，控制部30具备电流坐标转换部31、位置推定部32、减法运算部33、35、36、速度控制部34、电流控制部37、PWM控制部38、高次谐波叠加部41、加法运算部42、以及带阻滤波器43。电流坐标转换部31、减法运算部33、35、36、速度控制部34、电流控制部37、及PWM控制部38具有与感应电压方式的情况相同的功能。因此，省略说明。

高次谐波叠加部41生成高次谐波Vh。高次谐波Vh由Va*cos2πft定义。Va是高次谐波Vh的振幅。f是高次谐波Vh的频率。频率f例如是不依赖于马达11的旋转的频率。

加法运算部42将高次谐波叠加部41所生成的高次谐波Vh与d轴电压指令值Vd相加。由此，在d轴电压指令值Vd上叠加高次谐波Vh。

在本实施方式中，控制部30在高次谐波叠加方式中，使高次谐波Vh仅与d轴电压指令值Vd叠加。控制部30也可以通过使高次谐波Vh与d轴电压指令值Vd及q轴电压指令值Vq双方、与d轴电流指令值IdRef及q轴电流指令值IqRef双方、或仅与三相电压指令值Vu、Vv、Vw叠加，来使位置推定部32推定转子12的位置。

带阻滤波器43从d轴电流Id及q轴电流Iq去除特定的频带的频率分量。若通过高次谐波叠加部41将高次谐波Vh与d轴电压指令值Vd叠加，则高次谐波Vh的频率分量包含于d轴电流Id及q轴电流Iq。带阻滤波器43去除该频率分量。

位置推定部32根据由电流坐标转换部31计算出的q轴电流Iq推定转子12的位置Hm、及转子12的转速Fm。若将高次谐波Vh与d轴电压指令值Vd叠加，则q轴电流Iq中包含基于高次谐波Vh的电流高次谐波。位置推定部32根据q轴电流Iq所包含的电流高次谐波和马达11的数学式模型来推定转子12的位置Hm、及转子12的转速Fm。例如，位置推定部32根据电流高次谐波来计算轴误差Δθc。轴误差Δθc是实际的转子12的位置Hm与控制部30所识别的转子12的位置Hm的差。位置推定部32以轴误差Δθc成为0的方式推定转子12的位置Hm、及转子12的转速Fm。

<控制部进行的控制及本实施方式的作用>

控制部30通过以下的控制切换进行基于感应电压方式的位置推定、还是进行基于高次谐波叠加方式的位置推定。以下的控制在马达11的驱动中以规定的控制周期反复执行。

如图3所示，在步骤S1中，控制部30判定逆变器21的输出电压Vo是否低于阈值。阈值是预先确定的值。逆变器21的输出电压Vo是输入到马达11的电压。在本实施方式中，逆变器21的输出电压Vo是d轴电压指令值Vd与q轴电压指令值Vq的合成值。逆变器21的输出电压Vo可以根据以下的(1)式计算。检测逆变器21的输出电压Vo的控制部30是输出电压检测部。

如以下的(2)式所示，逆变器21的输出电压Vo与马达11所产生的感应电压存在相关性。

R表示相电阻，Ld表示d轴电感，Lq表示q轴电感，ω表示角速度，e表示感应电压，p表示微分项。R、Ld、Lq比e小。因此，输出电压Vo可以视为与感应电压成比例。即，通过对输出电压Vo设定阈值，从而可以理解为实质上对感应电压设定了阈值。

在通过感应电压方式来推定转子12的位置的情况下，输出电压Vo越低，位置推定精度越降低。阈值基于位置推定精度的降低超过容许范围时的输出电压Vo而设定。即，阈值设定为，在感应电压方式中的位置推定精度的降低超过容许范围的情况下，进行基于高次谐波叠加方式的位置推定。

在步骤S1的判定结果为肯定的情况下，控制部30进行步骤S2的处理。在步骤S1的判定结果为否定的情况下，控制部30进行步骤S3的处理。

在步骤S2中，控制部30通过高次谐波叠加方式来进行转子12的位置Hm的推定。控制部30通过高次谐波叠加方式来进行转子12的转速Fm的推定。可以说，控制部30在输出电压Vo低于阈值的情况下，通过高次谐波叠加方式使位置推定部32推定转子12的位置Hm。

在步骤S3中，控制部30通过感应电压方式来进行转子12的位置Hm的推定。控制部30通过感应电压方式来进行转子12的转速Fm的推定。可以说，控制部30在输出电压Vo为阈值以上的情况下，通过感应电压方式使位置推定部32推定转子12的位置Hm。

如图4所示，对阈值设定滞后。阈值具有第一切换值和第二切换值。第二切换值是比第一切换值低的值。第一切换值是第一阈值。第二切换值是第二阈值。控制部30通过高次谐波叠加方式来进行转子12的位置Hm的推定的情况下的阈值是第一切换值。控制部30通过感应电压方式来进行转子12的位置Hm的推定的情况下的阈值是第二切换值。控制部30将第一切换值用于从高次谐波叠加方式向感应电压方式的切换。控制部30将第二切换值用于从感应电压方式向高次谐波叠加方式的切换。

[本实施方式的效果]

(1)控制部30在逆变器21的输出电压Vo低于阈值的情况下，通过高次谐波叠加方式使位置推定部32推定转子12的位置Hm。逆变器21的输出电压Vo与马达11所产生的感应电压存在相关性。通过对逆变器21的输出电压Vo设定阈值，不需要设定考虑了以马达11的温度等为主要原因的感应电压的偏差的阈值。因此，能够抑制通过高次谐波叠加方式推定转子12的位置Hm的速度区域变宽。

(2)控制部30在逆变器21的输出电压Vo为阈值以上的情况下，通过感应电压方式使位置推定部32推定转子12的位置Hm。高次谐波叠加方式有可能由于叠加高次谐波Vh而静音性变差。另外，有可能通过电流高次谐波的产生而马达11的效率变差。在输出电压Vo为阈值以上的情况下通过感应电压方式推定转子12的位置Hm，能够抑制马达11的静音性变差。另外，能够抑制马达11的效率变差。

(3)对阈值设定了滞后。在将阈值设为预先确定的一个值的情况下，若输出电压Vo跨越阈值进行变动，则有可能高次谐波叠加方式与感应电压方式频繁切换。在高次谐波叠加方式与感应电压方式频繁切换的情况下，有可能在切换时控制的稳定性受损。通过对阈值设定滞后，能够抑制高次谐波叠加方式与感应电压方式频繁切换。

(4)电动机M1用于电动压缩机101。根据电动压缩机101的容量，有可能在低负荷时一边切换马达11的驱动与停止一边对电动压缩机101进行驱动。在该情况下，与冷媒一起排出的油不会循环，有可能电动压缩机101内的油不足。为了抑制在低负荷时切换马达11的驱动与停止，需要降低电动压缩机101的最低转速。若降低电动压缩机101的最低转速，则需要通过高次谐波叠加方式推定转子12的位置Hm的速度区域变宽。在实施方式的电动机M1中，抑制了对输出电压Vo设定的阈值变得过高。通过将该电动机M1用于电动压缩机101，即使在降低了电动压缩机101的最低转速的情况下，也能够抑制需要通过高次谐波叠加方式推定转子12的位置Hm的速度区域变得过宽。

[变更例]

实施方式可以如以下那样变更来实施。实施方式及以下的变形例可以在技术上不矛盾的范围内相互组合来实施。

ο也可以对阈值不设定滞后。

ο设定阈值的输出电压Vo也可以是具有感应电压项的q轴电压指令值Vq。

ο设定阈值的输出电压Vo也可以是从逆变器21输出的实际电压。

ο电动机M1也可以是搭载于任意装置的电动机。电动机M1例如也可以用作搭载于燃料电池车的气泵的驱动源或氢泵的驱动源。

Claims (3)

1.一种电动机，其具备：

马达，其具有转子及卷绕有三相线圈的定子；

逆变器，其具有驱动器和由所述驱动器驱动的开关元件，构成为通过所述开关元件的驱动来对所述马达进行驱动；

输出电压检测部，其构成为检测所述逆变器的输出电压；以及

控制部，其构成为计算所述开关元件的控制所使用的多个指令值，并且对所述开关元件进行控制，

所述控制部利用从感应电压方式及高次谐波叠加方式选择的方式来推定所述转子的位置，

所述感应电压方式是基于所述三相线圈所产生的感应电压来推定所述转子的位置的方式，

所述高次谐波叠加方式是通过使高次谐波与所述指令值叠加来推定所述转子的位置的方式，其中，

所述控制部构成为进行如下处理：

在所述输出电压为预先确定的阈值以上的情况下，通过所述感应电压方式来推定所述转子的位置，

在所述输出电压低于所述阈值的情况下，通过所述高次谐波叠加方式来推定所述转子的位置。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述控制部构成为进行如下处理：

推定所述转子的转速，

基于所述转子的位置将所述相电流转换为d轴电流及q轴电流，

基于所述转速与从外部输入的转速指令值的差值，计算d轴电流指令值及q轴电流指令值，

基于所述d轴电流与所述d轴电流指令值的差值，计算d轴电压指令值，

基于所述q轴电流与所述q轴电流指令值的差值，计算q轴电压指令值，

基于所述d轴电压指令值及所述q轴电压指令值，计算三个相的三相电压指令值，

在所述高次谐波叠加方式中，通过使高次谐波仅与所述d轴电压指令值、与所述d轴电压指令值及所述q轴电压指令值双方、与所述d轴电流指令值及所述q轴电流指令值双方、或仅与所述三相电压指令值叠加来推定所述转子的位置。

3.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，

所述阈值具有第一阈值、以及比所述第一阈值低的第二阈值，

所述控制部构成为，将所述第一阈值用于从所述高次谐波叠加方式向所述感应电压方式的切换，将所述第二阈值用于从所述感应电压方式向所述高次谐波叠加方式的切换。