DE112015001978T5

DE112015001978T5 - Synchronmotor-Steuervorrichtung und selbige verwendendes Antriebssystem

Info

Publication number: DE112015001978T5
Application number: DE112015001978.2T
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Iwaji; Masaki Hano; Naoki Okamoto; Takeshl Umetsu
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2017-03-30
Also published as: WO2015182352A1; DE112015001978T8; US20170194889A1; JP2015226375A; CN106464178A; CN106464178B; JP6259714B2; US9923502B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Detektieren eines Potentials (Vn) vorgeschlagen, wobei Statorverdrahtungen eine Y-Schaltung aufweisen, und zum automatischen Anpassen einer Beziehung zu einer Position eines Rotors als ein System zum Umsetzen eines rotorpositionssensorlosen stabilen Antriebs eines Wechselstrommotors (4), wobei die Dreiphasen-Statorverdrahtungen in den Bereichen des Stillstands und einer langsamen Geschwindigkeit eine Y-Schaltung aufweisen. Es wird eine Synchronmotor-Steuervorrichtung bereitgestellt, die einen Dreiphasen-Synchronmotor (4), in dem Dreiphasen-Stator-Verdrahtungen eine Y-Schaltung aufweisen, und einen Wechselrichter (3) zum Antreiben des Motors beinhaltet, wobei dem Synchronmotor (4) ein Gleichstrom zugeleitet wird, um dadurch einen Rotor an eine vorher festgelegte Position zu bewegen, und an den eine impulsförmige Spannung von dem Wechselrichter (3) im bewegten Zustand angelegt wird, so dass ein Neutralpunktpotential als Potential (Vn) des Y-Schaltungspunkts erfasst wird, wenn die Impulsspannung angelegt wird, wodurch der Synchronmotor (4) auf der Grundlage des erfassten Werts angetrieben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorantriebstechnik, die in Anwendungen, die eine Drehgeschwindigkeitssteuerung für Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Spindelmotoren und dergleichen, eine Positioniersteuerung für Förderbänder, Lifte und Maschinen und eine Drehmomentsteuerung zur Motorunterstützung und dergleichen verwenden, eingesetzt wird.
Stand der Technik
In den Bereichen elektrische Haushaltsgeräte, Industrien und Automobile werden Motorantriebsvorrichtungen in Drehgeschwindigkeitssteuerungen für Ventilatoren, Pumpen, Kompressoren und dergleichen, Drehmomentsteuereinheiten für elektrische Servolenkungen und dergleichen und Positioniersteuerungen für Förderbänder und Lifte eingesetzt. Ein Permanentmagnet-Synchronmotor (der nachfolgend als „PM-Motor” bezeichnet wird), bei dem es sich um einen kleinen und sehr leistungsfähigen Wechselstrommotor handelt, wird in den Motorantriebsvorrichtungen in diesen Bereichen weithin eingesetzt.
Jedoch werden Informationen über eine Magnetpolposition eines Rotors des Motors zum Antreiben des PM-Motors benötigt, und ein Positionssensor wie zum Beispiel ein Drehmelder oder ein Hall-IC ist dafür unentbehrlich. In den letzten Jahren wird weithin eine sensorlose Steuerung zum Steuern einer Frequenz oder eines Drehmoments eines PM-Motors ohne die Verwendung eines derartigen Positionssensors verwendet.
Die Umsetzung der sensorlosen Steuerung ermöglicht eine Verringerung der Kosten für den Positionssensor (Kosten für den Sensor selbst, Kosten für die Sensorverdrahtung und Kosten für Arbeiten hinsichtlich der Sensor-Anbringung/Einstellung), und die Nichtnotwendigkeit des Sensors führt entsprechend einen Vorzug dahingehend herbei, dass eine Vorrichtung größentechnisch verkleinert oder in verschlechterten Umgebungen verwendet werden kann.
Aktuell setzt die sensorlose Steuerung für PM-Motoren ein System zum direkten Detektieren einer induzierten Spannung (geschwindigkeitsinduzierte Spannung) ein, die durch die Drehung eines Rotors verursacht wird, wobei sie diese als Rotorpositionsinformationen annimmt, um dadurch den PM-Motor anzutreiben, wobei es sich um eine Positionsschätztechnik zum Schätzen und Berechnen einer Position des Rotors auf der Grundlage der mathematischen Modelle eines PM-Motors und dergleichen handelt.
Hierbei handelt es sich um ein System, das prinzipiell eine geschwindigkeitsinduzierte Spannung verwendet, und dessen Anwendung ist in einem Bereich schwierig, in dem die geschwindigkeitsinduzierte Spannung aufgrund einer Periode des Stillstands oder einer niedrigen Geschwindigkeit niedrig ist. Somit werden diese Techniken hauptsächlich in Bereichen mit mittlerer und hoher Geschwindigkeit angewendet, und eine offene Steuerung wie zum Beispiel eine ständige V/F-Überwachung wird in einem Bereich mit niedriger Geschwindigkeit eingesetzt. Im Fall einer offenen Steuerung kann das vom Motor erzeugte Drehmoment nicht ungehindert gesteuert werden, und somit wird die Steuerbarkeit im Bereich mit niedriger Geschwindigkeit verschlechtert, und auch der Wirkungsgrad wird verschlechtert.
Es wurde bereits ein System zum Erfassen von Rotorpositionsinformationen in einem Bereich mit niedriger Geschwindigkeit gegen das Vorstehende vorgeschlagen.
In der Patentliteratur 1 wird eine Impulsspannung an zwei Phasen in einem Dreiphasen-PM-Motor angelegt, und es wird eine Leerlaufspannung der nicht leitenden (non-conducted) verbleibenden Phase detektiert, um dadurch Positionsinformationen aus der Spannung zu erfassen. Eine induzierte Spannung in der offenen Phase wird abhängig von einer Position des Rotors des PM-Motors erzeugt und kann zum Schätzen einer Position des Rotors verwendet werden. Die induzierte Spannung wird durch eine leichte Änderung der Induktivität in dem Motor aufgrund einer Beziehung zwischen einem permanenten magnetischen Fluss, der an dem Rotor angebracht ist, und einem Leitstrom (conductive current) durch die Impulsspannung erzeugt und kann auch in dem Stillstandzustand beobachtet werden. Dies wird als „durch magnetische Sättigung induzierte Spannung” angegeben.
Darüber hinaus ist in dem System ein über 120-Grad leitender Antrieb unentbehrlich, um zwei Phasen der drei Phasen auszuwählen und leitend zu machen, um eine induzierte Spannung der nicht leitenden Phase (offenen Phase) zu beobachten. Die leitenden Phasen müssen abhängig von einer Position des Rotors geschaltet werden, um einen positionssensorlosen Antrieb zu verwirklichen. Die in der offenen Phase verursachte „durch magnetische Sättigung induzierte Spannung” wird zum Schalten der leitenden Phasen verwendet.
Die durch magnetische Sättigung induzierte Spannung steigt abhängig von einer Position des Rotors monoton an oder nimmt monoton ab. Somit wird in der Patentliteratur 1 eine positionssensorlose Steuerung durchgeführt, um zu einer nächsten leitenden Phase zu schalten, wenn ein „Schwellwert” für die induzierte Spannung der offenen Phase bereitgestellt wird und die durch magnetische Sättigung induzierte Spannung den Schwellwert erreicht. Zu dieser Zeit ist der „Schwellwert” ein außergewöhnlich wichtiges Einstellelement. Der Schwellwert variiert leicht je nach Motor oder Phasenverdrahtung des Motors und muss entsprechend eingestellt werden. Die Patentliteratur 2 beschreibt darin ein Verfahren zum automatischen Durchführen einer Anpassungsarbeit dafür pro Motor.
Im Gegensatz zu dem in der Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren wird in Patentliteratur 2 eine automatische Anpassungsroutine vorher an einem Schwellwert durchgeführt, und somit muss ein Arbeiter nicht manuell die Anpassung vornehmen, wodurch Arbeit beim Systemstart eingespart wird.
Die veröffentlichten Patente gehen von dem über 120-Grad leitenden Antrieb aus, aber es wurde bereits von einem sinusförmigen Antriebsverfahren berichtet. In den Patentliteraturen 3 und 4 setzt ein PM-Motor eine Dreiphasen-Stator-Verdrahtung in Y-Schaltung ein, um dadurch ein Verbindungspunktpotential der Dreiphasenverdrahtung in der Y-Schaltung zu beobachten (das als Neutralpunktpotential bezeichnet wird), wodurch eine Position des Rotors geschätzt wird.
Im Gegensatz zur Patentliteratur 1 muss keine offene Phase beobachtet werden, und somit können drei Phasen gleichzeitig leitend gemacht werden, wodurch ein PM-Motor mit einem idealen sinusförmigen Strom angetrieben wird. Jedoch ist es unbedingt erforderlich, ein Neutralpunktpotential zu detektieren.
Die Patentliteratur 3 beschreibt darin ein Spannungsimpuls-Einfügungsverfahren zum Beobachten eines Neutralpunktpotentials. Darüber hinaus beschreibt die Patentliteratur 4, dass in Verbindung mit einem PWM-Impuls für eine Pulsbreitenmodulation unter Verwendung einer Spannung, die zum Antreiben des PM-Motors an einen Wechselrichter angelegt wird, ein Neutralpunktpotential beobachtet wird, wodurch sofort eine Position des Rotors geschätzt und berechnet wird.
Liste der zitierten Stellen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009-189176 A
Patentliteratur 2: JP 012-10477 A
Patentliteratur 3: JP 2010-74898 A
Patentliteratur 4: WO 2013/153657 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Gemäß der Patentliteratur 1 kann ein Drehmoment ohne einen Verlust an Synchronismus des Motors in den Zuständen des Stillstands und einer niedrigen Geschwindigkeit erzeugt werden. Darüber hinaus beschreibt die Patentliteratur 2 das automatische Anpassen eines „Schwellwerts”, wobei es sich um eine wichtige Einstellungskonstante zum Umsetzen des sensorlosen Antriebs in der Patentliteratur 1 handelt. Jedoch beruhen die Verfahren in der Patentliteratur 1 und 2 auf dem über 120-Grad leitenden Antrieb, was eine außergewöhnlich hohe Stromschwingung zum Zeitpunkt des Antreibens des PM-Motors verursacht. Demzufolge kann ein Verlust der Oberschwingung erhöht werden, oder es können Vibrationen/Geräusche aufgrund der Drehmomentpulsation verursacht werden. Es ist wünschenswert, dass der PM-Motor idealerweise mit einem sinusförmigen Strom angetrieben wird.
Die Patentliteraturen 3 und 4 beschreiben, dass ein Neutralpunktpotential der Statorverdrahtung in dem PM-Motor beobachtet wird, um dadurch den PM-Motor von null Geschwindigkeit an mit einem sinusförmigen Strom anzutreiben. Darüber hinaus ist der PM-Motor im Sinne seiner Struktur nicht beschränkt (ist zum Beispiel nicht auf einen eingebetteten Magnettyp beschränkt) und weist eine große Nützlichkeit auf. Jedoch weisen die Patentliteraturen 3 und 4 die folgenden ungelösten Probleme auf.
Die Patentliteratur 3 beschreibt ein Verfahren zum Schalten von drei leitenden Phasen durch die Verwendung eines beobachteten Neutralpunktpotentials, beschreibt aber nicht konkret, wie ein zu schaltendes Neutralpunktpotential einzustellen ist, eine Differenz, die von einer Spezifikation des Motors abhängt, oder eine Reaktion auf eine Dreiphasenunsymmetrie. Somit ist pro Motor eine Anpassungsarbeit erforderlich, um das Verfahren in der Patentliteratur 3 umzusetzen, was praktisch problematisch ist. Insbesondere ist es schwierig auf massenproduzierte Produkte anzuwenden.
Die Patentliteratur 4 beschreibt, dass, wenn zwei Spannungsmuster angelegt werden, in jedem Spannungsmuster ein Neutralpunktpotential beobachtet und einer Signalverarbeitung unterzogen wird, um dadurch eine Position eines Rotors in dem PM-Motor zu schätzen und zu berechnen. Jedoch wird keine Dreiphasenunsymmetrie bewältigt, und wenn sich lediglich die Induktivität in einer spezifischen Phase von anderen unterscheidet, kann eine große Pulsationskomponente an einer geschätzten Position des Rotors verursacht werden. Darüber hinaus können die zwei Spannungsmuster durch Pulsbreitenmodulation aufgrund einer typischen Dreieckschwingung erschaffen werden, aber eine große Anzahl an AD-Wandlern oder Zeitgebern als Funktionen einer Steuereinheit muss vorbereitet werden, um ein Neutralpunktpotential entsprechend jedes Spannungsmusters zu detektieren. Wenn ein preiswerter Mikrocomputer verwendet wird, sind dessen Funktionen unzureichend, und das Verfahren gemäß der Patentliteratur 4 kann nicht darauf angewendet werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Synchronmotor-Steuervorrichtung zum automatischen Anpassen von magnetischen Sättigungseigenschaften pro zu steuerndem Motor und Dreiphasenunsymmetrie-Eigenschaften bereitzustellen und einen drehmomentstarken Antrieb mit sinusförmiger Welle bei etwa null Geschwindigkeit ohne die Verwendung eines Rotorpositionssensors zu verwirklichen.
Lösung des Problems
Es wird davon ausgegangen, dass ein PM-Motor, in dem eine Dreiphasen-Stator-Verdrahtung eine Y-Schaltung aufweist, vor dem tatsächlichen operativen Antrieb angetrieben wird und ihm durch einen Wechselrichter Gleichstrom zugeleitet wird, und dass ein Rotor des PM-Motors in eine vorher festgelegte Phase bewegt wird und an ihn eine impulsförmige Spannung von dem Wechselrichter im bewegten Zustand angelegt wird, um dadurch ein Neutralpunktpotential als ein Potential am Y-Schaltungspunkt der Statorverdrahtung zu erfassen. Die erfasste Spannung wird in einem nichtflüchtigen Speicher in der Steuereinheit gespeichert, und eine Position des Rotors des PM-Motors wird auf der Grundlage des Werts geschätzt, wodurch eine Synchronmotor-Steuervorrichtung umgesetzt wird, die zu einem drehmomentstarken Antrieb von null Geschwindigkeit an fähig ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Erfindung werden die Auswirkungen, die durch stellvertretende Erfindungen erzielt werden, kurz wie folgt beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Beziehung zwischen einem Neutralpunktpotential eines PM-Motors und einer Position eines Rotors vorab erfasst werden, und somit kann jeder beliebige Motor mit Magnetkreiseigenschaften einen sensorlosen Antrieb in einem Bereich mit niedriger Geschwindigkeit durch einen einfachen Anpassungsalgorithmus umsetzen. Demzufolge wird ein drehmomentstarker Antrieb mit weniger Vibrationen und Geräuschen für die bisher veröffentlichten Systeme ermöglicht. Darüber hinaus kann eine Position bei einem tatsächlichen operativen Antrieb nach dem Anpassen durch einen einfachen Algorithmus geschätzt und berechnet werden, wodurch der sensorlose Antrieb durch einen preiswerten Mikrocomputer umgesetzt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration einer Synchronmotor-Steuervorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
Die 2(a) und 2(b) sind Diagramme, die Vektorangaben von Ausgangsspannungen in einem Wechselrichter gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulichen.
Die 3(a) und 3(b) sind Blockschaltbilder, die ein Neutralpunktpotential-Erzeugungsprinzip eines PM-Motors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulichen.
4 ist ein Signalverlaufsdiagramm von tatsächlich gemessenen beispielhaften Neutralpunktpotentialen gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Die 5(a) bis 5(c) sind Signalverlaufsdiagramme zur Linearisierung eines Neutralpunktpotentials gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
6 ist ein Signalverlaufsdiagramm, das Änderungen in allen Arten von Neutralpunktpotentialen gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist ein Signalverlaufsdiagramm, das Änderungen in für einen sensorlosen Antrieb verwendeten Neutralpunktpotentialen gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist ein Konfigurationsblockschaltbild eines Positionsschätzers gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
9 ist ein Ablaufplan, der einen Algorithmus in einem Anpassungsmodus gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
10 ist ein Signalverlaufsdiagramm, das Abweichungen in für einen sensorlosen Antrieb verwendeten Neutralpunktpotentialen gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist ein Ablaufplan, der einen Algorithmus in einem Anpassungsmodus gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
12 ist ein Konfigurationsblockschaltbild eines Positionsschätzers gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
Die 13(a) und 13(b) sind Signalverlaufsdiagramme zur Linearisierung eines Neutralpunktpotentials gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform.
14 ist ein Ablaufplan, der einen Algorithmus in einem Anpassungsmodus gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist ein Signalverlaufsdiagramm von tatsächlich gemessenen beispielhaften Neutralpunktpotentialen gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform.
16 ist ein Signalverlaufsdiagramm einer Kombination aus zwei Neutralpunktpotentialen gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform.
17 ist ein Ablaufplan, der einen Algorithmus in einem Anpassungsmodus gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
18 ist ein Ablaufplan, der einen Algorithmus in einem Anpassungsmodus gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
Die 19(a) und 19(b) sind Signalverlaufsdiagramme, die ein PWM-Impuls-Signalverlaufserstellungsprinzip gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform veranschaulichen.
20 ist ein Konfigurationsblockschaltbild einer Steuereinheit gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform.
Die 21(a) und 21(b) sind Vektordiagramme, die Rotorpositionsbereiche gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform veranschaulichen.
22 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Rotorpositionsbereich und einem in dem Bereich unerlässlichen Spannungsvektor gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
23 ist ein Schaubild zum Auswählen eines notwendigen Spannungsanweisungskorrekturverfahrens auf der Grundlage der Rotorpositionsbereiche und der Spannungsanweisungsbereiche gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform.
24 ist ein Schaubild, das ein Spannungsanweisungskorrekturverfahren gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform.
25 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines integrierten Motorantriebssystems gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
26 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Hydraulikpumpensystems gemäß einer achten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
27 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration veranschaulicht, in der ein Entlastungsventil von dem Hydraulikpumpensystem gemäß der achten beispielhaften Ausführungsform entfernt wird.
28 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Positionssteuersystems gemäß einer neunten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
Beschreibung von Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
Erste beispielhafte Ausführungsform
Eine Wechselstrommotor-Steuervorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben.
Die Vorrichtung ist gerichtet auf das Antreiben eines Dreiphasen-Permanentmagnet-Synchronmotors 4 (der nachfolgend als PM-Motor 4 bezeichnet wird), und ist allgemein aus einem Iq*-Generator 1, einer Steuereinheit 2, einem Wechselrichter, der eine Gleichstromversorgung 31 beinhaltet, einem Wechselrichterhauptkreis 32, einem Gate-Treiber 33, einem virtuellen Neutralpunktpotential-Generator 34 und einem Stromdetektor 35 und einem anzutreibenden PM-Motor 4 konfiguriert.
Es wird angenommen, dass ein PM-Motor gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform angetrieben wird, wobei aber jeder beliebige Motor anwendbar ist, der fähig ist, magnetische Sättigungseigenschaften für eine Position eines Rotors zu erfassen, selbst wenn es sich um eine andere. Art von Wechselstrommotor handelt.
Der Iq*-Generator 1 ist ein Steuerblock zum Generieren einer Drehmomentstromanweisung Iq* des PM-Motors 4 und entspricht einer Steuereinheit höherer Ebene der Steuereinheit 2. Zum Beispiel fungiert er als Drehzahlregler zum Regeln einer Drehgeschwindigkeit des PM-Motors 4 oder als Block zum Berechnen einer notwendigen Drehmomentstromanweisung aus einem Zustand einer Lasteinheit wie zum Beispiel einer Pumpe und zum Weiterleiten dieser an die Steuereinheit 2.
Die Steuereinheit 2 ist gerichtet auf das Durchführen einer Vektorsteuerung an dem PM-Motor 4 auf eine rotorpositionssensorlose Art und Weise, initiiert daran die Funktionen sowohl eines „tatsächlichen Betriebsmodus” zum Umsetzen eines normalen positionssensorlosen Antriebs als auch eines „Anpassungsmodus” des automatischen Durchführens einer Anpassungsarbeit an einem individuellen PM-Motor vor dem tatsächlichen Betrieb und schaltet die Betriebsmodi durch Schalter in dem Block.
Die Steuereinheit 2 ist aus Id*-Generatoren 5a und 5b zum Ausgeben einer Erregungsstromanweisung Id* an den PM-Motor 4, einem Signaladdierer 6, einer d-Achsen-Stromsteuereinheit IdACR 7, einer q-Achsen-Stromsteuereinheit IqACR 8, einem dq-Umkehrwandler 9 zum Umwandeln von dq-Achsen-Spannungsanweisungen Vd* und Vq* in Dreiphasen-Wechselspannungsanweisungen Vu0, Vv0 und Vw0, einem Pulsbreitenmodulator (PWM) 10 zum Erschaffen eines Gate-Impulssignals zum Antreiben des Wechselrichters 3 auf der Grundlage der Dreiphasen-Wechselspannungsanweisungen, einem Stromvervielfältiger 11 zum Vervielfältigen von Dreiphasen-Wechselströmen aus einem Gleichstrombusstrom des Wechselrichters 3, einem dq-Wandler 12 zum Umwandeln der vervielfältigten Dreiphasen-Wechselströme Iuc, Ivc und Iwc in die Werte der dq-Koordinatenachse als Rotorkoordinatenachse des PM-Motors 4, einem Neutralpunktpotential-Verstärker 13 zum Verstärken und Detektieren eines Neutralpunktpotentials Vn des PM-Motors 4 in Bezug auf ein virtuelles Neutralpunktpotential Vnc des virtuellen Neutralpunktpotential-Generators 34, einem Abtaster/Halter 14 zum Abtasten/Halten eines beobachteten Neutralpunktpotentials und zum Abrufen dieses innerhalb der Steuereinheit, einem Positionsschätzer 15 zum Schätzen und Berechnen einer Position des Rotors des PM-Motors 4 auf der Grundlage des Neutralpunktpotentials, einem Geschwindigkeitsrechner 16 zum Schätzen einer Geschwindigkeit des Rotors auf der Grundlage der geschätzten Rotorposition θdc, einem Phaseneinsteller 17 zum zwangsweisen Bewegen einer Position des Rotors an eine vorher festgelegte Position in einem Anpassungsmodus, einem Schätzparametereinsteller 18 zum Einstellen eines Parameters, der zum Schätzen einer Position in einem tatsächlichen Betrieb benötigt wird, einem Nullgenerator 19 zum Ausgeben von Iq* (= 0) im Anpassungsmodus, einem Detektionsspannungsgenerator 20 zum Erzeugen einer Spannung zum Erfassen eines Neutralpunktpotentials in der Anpassungsbetriebsart und Schalter SW21a bis 21e zum Schalten des tatsächlichen Betriebsmodus und des Anpassungsmodus
In dem tatsächlichen Betriebsmodus sind SW21a bis 21e auf die Seite „1” geschaltet, damit ein Vektorsteuersystem unter Verwendung einer Positionsschatzung auf der Grundlage eines Neutralpunktpotentials und einer dq-Achsen-Stromsteuerung umgesetzt wird. Die im tatsächlichen Betriebsmodus in dem Positionsschätzer 15 benötigten Parameter werden durch einen Algorithmus im nachfolgend beschriebenen Anpassungsmodus durch Schalten der SW21a bis 21e auf die Seite „0” erfasst.
Die Schalter SW21a bis 21e führen das folgende Schalten durch. SW21a verwendet ein beobachtetes Neutralpunktpotential für den Positionsschätzer 15 während des Antriebs im tatsächlichen Betriebsmodus und schaltet ein Signal, das für den Schätzparametereinsteller im Anpassungsmodus zu verwenden ist. SW21b schaltet ein Signal, um eine umgewandelte Phase für den dq-Wandler 12 und den dq-Umkehrwandler 9 an eine Schätzphase θdc im tatsächlichen Betriebsmodus auszugeben oder um sie durch den Phaseneinsteller 17 im Anpassungsmodus auszugeben. Die SW21c und 21d schalten die Stromanweisungen Id* und Iq* während der Stromregelung. Die d-Achsen-Stromanweisung verwendet den Id*-Generator 5a im tatsächlichen Betriebsmodus und ein Signal von dem Id*-Generator 5b im Anpassungsmodus. Darüber hinaus schaltet Iq* zu SW21d, um ein Signal des Iq*-Generators 1 im tatsächlichen Betriebsmodus auszugeben und Null im Anpassungsmodus auszugeben. SW21e schaltet, um ein Signal des Vn-Detektionspotentialgenerators auszugeben, um ein notwendiges Neutralpunktpotential im Anpassungsmodus zu detektieren.
In der Steuervorrichtung wird ein Gleichstrombusstrom durch den Stromdetektor 35 detektiert, und ein Phasenstrom wird durch den Stromvervielfältiger 11 innerhalb der Steuereinheit 2 vervielfältigt, so dass ein Phasenstrom des PM-Motors 4 detektiert wird, aber es wird kein Fehler verursacht, selbst durch eine direkte Verwendung eines Phasenstromsensors. Die Arbeitsschritte des Stromvervielfältigers 11 haben keine direkte Beziehung zu den Eigenschaftsteilen der vorliegenden Steuereinheit, und somit wird eine ausführliche Beschreibung dieser weggelassen. Darüber hinaus wird ein Neutralpunktpotential Vn des PM-Motors 4 in Bezug auf ein virtuelles Neutralpunktpotential Vnc des virtuellen Neutralpunktpotential-Generators 34 beobachtet, aber es kann jedes beliebige Bezugspotential verwendet werden. Es kann ein anderes Bezugspotential wie zum Beispiel der Massepegel der Gleichstromversorgung 31 in dem Wechselrichter 3 für die Detektion eingesetzt werden.
Der Grundgedanke des positionssensorlosen Antriebs auf der Grundlage von Neutralpunktpotentialen wird nachfolgend beschrieben.
Eine Ausgangsspannung des Wechselrichters 3 nimmt abhängig von den Schalterzuständen der Dreiphasen-Schalteinheiten (Sup bis Swn) insgesamt acht Muster an. 2(a) veranschaulicht die Ausgangsspannungen des Wechselrichters 3 in Vektoren auf der αβ-Koordinate. Zwei Nullvektoren (V(0, 0, 0) und V(1, 1, 1)) und sechs Nichtnullvektoren (V_A bis V_F) sind die Spannungsmuster, die von dem Wechselrichter ausgegeben werden können. Der numerische Wert „1, 0, 0” von V(1, 0, 0) gibt die Schalterzustände der Phasen U, V und W des Wechselrichterhauptkreises an, wobei „1” EIN der oberen Einheit angibt und „0” EIN der unteren Einheit angibt. Das heißt, V(1, 0, 0) gibt einen Zustand an, in dem die Phase U in der oberen Einheit EIN ist und die Phase V und die Phase W in der unteren Einheit EIN sind.
Der Wechselrichter erstellt ein sinusförmiges Impulsmuster unter Verwendung der acht Spannungsvektoren (darunter die zwei Nullvektoren). Zum Beispiel werden unter der Annahme, dass sich eine Spannungsanweisung V* in dem Bereich (3) in 2(a) befindet, die Vektoren V_B und V_C, welche selbigen umgeben, und die Nullvektoren kombiniert, um dadurch eine Spannung zu erzeugen, die V* entspricht.
Eine Beziehung mit einer Position θd des Rotors des PM-Motors 4 ist wie in 2(b) veranschaulicht. Allgemein ist θd in der linksläufigen Richtung in Bezug auf die α-Achse festgelegt (übereinstimmend mit einer U-Phasen-Statorverdrahtungsposition).
Änderungen der Neutralpunktpotentiale bezogen auf die Spannungsvektoren werden nachfolgend beschrieben. Die 3(a) und 3(b) veranschaulichen beispielhaft die Neutralpunktpotentiale V_nA und V_nD, wenn die Spannungsvektoren V_A und V_D angewendet werden. Im Folgenden werden V_nA, V_nB, V_nC, V_nD, V_nE und V_nF als die Namen eines Neutralpunktpotentials eingesetzt, und diese geben Neutralpunktpotentiale an, wenn die Spannungsvektoren V_A, V_B, V_C, V_D, V_E bzw. V_F angelegt werden.
Wie in den 3(a) und 3(b) veranschaulicht ist, wird jedes Neutralpunktpotential als ein Teilpotential einer Statorverdrahtung L_u, L_v oder L_w beobachtet. Wenn die Induktivitäten der entsprechenden Verdrahtungen gleich sind, erreicht ein Neutralpunktpotential vollständig null. Jedoch beeinflusst tatsächlich ein Magnetfluss des Rotors die Verdrahtung, und somit ändert sich die Induktivität abhängig von einer Position des Rotors. 4 veranschaulicht ein Ergebnis, dass ein Neutralpunktpotential beobachtet wird, indem ein Spannungsvektor an den tatsächlichen PM-Motor angelegt wird. Sowohl V_nA als auch V_nD geben eine Änderung an, die abhängig von einer Position des Rotors ist. Eine Position des Rotors kann unter die Verwendung der Abhängigkeit eines Neutralpunktpotentials geschätzt werden, abhängig von einer Position des Rotors (Patentliteratur 3 und 4).
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Position des Rotors unter Verwendung eines Teils des Signalverlaufs aus 4 geschätzt und berechnet.
Die 5(a), 5(b) und 5(c) veranschaulichen beispielhaft eine Linearisierung hinsichtlich einer Änderung von V_nA aus 4. Zum Beispiel wird eine Änderung V_nA von –60 [Grad] auf 0 [Grad] als linear angesehen und in einer Funktion V_n = F_a(θ_d) (4(a)) ausgedrückt. In diesem Fall wird deren Umkehrfunktion θ_d = F_a ^–1(V_n) zum Schätzen einer Position verwendet, wodurch eine Position θ_d des Rotors von V_n aus geschätzt wird.
Um das Vorstehende umzusetzen, müssen lediglich die Neutralpunktpotentiale für θ_d erfasst werden. Zum Beispiel wird der Rotor auf –60 [Grad] bewegt, und V_A wird an der Position angelegt, um ein Neutralpunktpotential V_nAD zu erfassen, und weiter wird der Rotor an eine Position von 0 [Grad] bewegt, und V_A wird angelegt, um dadurch ein Neutralpunktpotential V_nA1 zu erfassen. Wenn die Linearisierung im Bereich von –60 [Grad] bis 0 [Grad] näherungsweise berechnet wird, wie in 5(b) veranschaulicht ist, ändert sich ein Grad der Approximation, aber eine Position kann grundsätzlich geschätzt werden. Darüber hinaus kann, wie in 5(c) veranschaulicht ist, eine Vielzahl von Punkten in dem Bereich von 60 [Grad] erfasst werden, um dadurch die Genauigkeit zu verbessern.
Es gibt sechs Spannungsvektoren, die von dem Wechselrichter 3 ausgegeben werden können, mit Ausnahme von Null, und somit können tatsächlich sechs Neutralpunktpotentiale beobachtet werden. Beispielhafte Beobachtungsergebnisse sind in 6 veranschaulicht. Eine Signalform aus 7 wird erhalten, wenn die sechs Neutralpunktpotentiale ausgewählt und pro 60 Grad einer Position des Rotors verwendet werden. Wie in 7 veranschaulicht ist, werden drei Neutralpunktpotentiale V_nA, V_nC und V_nE pro 60 Grad der Reihe nach verwendet, wodurch ein symmetrischer Signalverlauf beobachtet und eine Position des Rotors durch einen einfacheren Algorithmus geschätzt wird.
8 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration des Positionsschätzers 15 veranschaulicht, der im tatsächlichen Betriebsmodus arbeitet. Das Neutralpunktpotential V_n0 (tatsächlich ein beliebiges aus V_nA, V_nC und V_nE) wird eingegeben, und θ_dc60 = A₁·V_n0 + B₁ (Math. 1) wird unter Verwendung eines Multiplikators 152 und des Addierers 6 berechnet. Die linearen Funktionsparameter A₁ und B₁ verwenden die vorher im Anpassungsmodus eingestellten Werte. θ_dc60 ist zur Berechnung im Bereich von +30 [Grad] eingestellt und wird einem Treppensignal θ_dc0 pro 60 Grad, ausgegeben von einem θ_d-Bezugswertgenerator 153, hinzugefügt, um dadurch eine geschätzte Phase θ_dc in 0 bis 360 [Grad] zu erfassen.
Das Schätzen und Berechnen einer Position des Rotors kann in einer bemerkenswert einfachen Art und Weise durch den vorstehenden Positionsschätzalgorithmus umgesetzt werden, und zu diesem Zeitpunkt ist das Setzen der Parameter A₁ und B₁ in (Math. 1) wichtig.
Für die Funktion in (Math. 1) kann, wie in 5(a) veranschaulicht ist, ein Neutralpunktpotential beobachtet werden, indem eine Position des Rotors zu einer vorher festgelegten Phase bewegt wird, aber es dauert lange, dies manuell durchzuführen, und es ist wünschenswert, dies zu automatisieren.
9 veranschaulicht einen Algorithmus im Anpassungsmodus zum Erfassen von V_nA0 und V_nA1, die in 5(a) veranschaulicht sind. In 9 werden in (S1) SW21a bis 21d auf die Seite „0” gesetzt, und lediglich SW21e bleibt auf der Seite „1”. Dann wird in (S2) θ_dc = –60 [Grad] in dem Phaseneinsteller 17 ausgegeben, und gleichzeitig wird eine Ausgabe des Id*-Generators 5b bei I₀ gesetzt. I₀ wird als Stromwert angenommen, der zum Bewegen des Rotors benötigt wird, und er kann gleichwertig wie ein Nennstrom des PM-Motors 4 sein. Ein Gleichstrom wird an der Position θ_dc = –60 [Grad] durch die Einstellung in (S2) erzeugt. Der Rotor wird von dem Strom angezogen und bewegt sich und hält an der Position θ_dc = –60 [Grad] an. Dann wird in (S3) SW21e auf „0” gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Gleichstrom vorübergehend unterbrochen. Dann wird in (S4) der Spannungsvektor V_A von dem V_n-Detektionsspannungsgenerator 20 ausgegeben, um dadurch das Neutralpunktpotential V_nA zu erfassen. V_nA stimmt mit V_nA0 in 5(a) überein, da sich die Position θ_d des Rotors bei –60 [Grad] befindet. Auf ähnliche Weise wird V_nA1 in der Verarbeitung von (S5) bis (S8) erfasst. Demzufolge kann die Beziehung zwischen einem Neutralpunktpotential und einer Position des Rotors linear näherungsweise berechnet werden, um dadurch zwei Koeffizienten A₁ und B₁ zu finden, die für die Linearisierung in (S9) benötigt werden. Die Koeffizienten werden durch die Schätzparametereinsteller 18 berechnet und werden in einem Parametereinsteller 151 des Positionsschätzers 15 gesetzt. Der Anpassungsmodus endet und wird auf den tatsächlichen Betriebsmodus in (S10) umgeschaltet und beendet.
Wie vorstehend beschrieben, können die für einen positionssensorlosen Antrieb benötigten Parameter gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines beliebigen PM-Motors einfach automatisch angepasst werden, wodurch ein sensorloser Antrieb eines gebräuchlichen PM-Motors umgesetzt wird.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
Eine Synchronmotor-Steuervorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 10, 11 und 12 beschrieben.
Gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform wurde beschrieben, dass ein einfacher Anpassungsalgorithmus auf einen PM-Motor mit unbekannten Eigenschaften angewendet werden kann. Gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform wird ein Mittel zum Lösen des Problems der Dreiphasenunsymmetrie in einem individuellen PM-Motor beschrieben.
Gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ist der Anpassungsalgorithmus unter der Annahme konfiguriert, dass sich ein Neutralpunktpotential bezogen auf jeden Spannungsvektor gleichermaßen ändert, wie zum Beispiel in 7 für die Neutralpunktpotential-Detektionseigenschaften veranschaulicht ist. Jedoch kann eine Dreiphasenunsymmetrie in einem tatsächlichen PM-Motor aufgrund einer Abweichung durch einen Herstellungsfehler oder eines Materials verursacht werden. Insbesondere sind die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Neutralpunktpotentiale gerichtet auf das Detektieren einer Auswirkung einer leichten Änderung der Induktivität in jeder Phase, die anfällig für die Auswirkungen der Unsymmetrie ist.
10 veranschaulicht die Ergebnisse der gemessenen Neutralpunktpotentiale in einem PM-Motor. V_nA, V_nC bzw. V_nE geben verschiedene Änderungen an. Zu diesen gehören eine Auswirkung aufgrund einer Dreiphasenunsymmetrie in dem Motor selbst und eine Auswirkung aufgrund einer Abweichung in dem Neutralpunktpotential-Detektionskreis (dem virtuellen Neutralpunktgenerator 34 in 1). Jedoch können die Abweichungen in den jeweiligen Phasen gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform im Anpassungsmodus nicht kompensiert werden.
Gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Anpassungsarbeit für jedes der drei Neutralpunktpotentiale durchgeführt, um das Problem zu lösen. Der Algorithmus dafür ist in 11 veranschaulicht. In 11 wird eine Position des Rotors auf –60 Grad in der Verarbeitung in (R1) bis (R5) bewegt, um dadurch V_nC1 und V_nA0 in 10 zu erfassen. Auf ähnliche Weise wird eine Position des Rotors auf 0 [Grad] in (R6) bis (R10) bewegt, um dadurch V_nA1 und V_nE0 zu erfassen, und schließlich wird eine Position des Rotors auf 60 [Grad] bewegt, um V_nE1 und V_nC0 in (R11) bis (R15) zu erfassen. Während dieser Periode bewegt sich eine Position des Rotors zu den drei Positionen (–60, 0 und 60 [Grad]). Die Approximationsfunktionsparameter A₁ bis A₃ und B₁ bis B₃ in den jeweiligen 60-Grad-Perioden werden durch die Neutralpunktpotentiale in (R16) berechnet.
Die sich ergebenden Parameter werden in einem Phasenschätzer 15B (12) gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eingestellt. Ein Parametereinsteller 151B tauscht die Parameter A1, A2, A3 und B1, B2, B3 abhängig von einer Periode, um dadurch θ_dc60 zu berechnen. Demzufolge werden die Abweichungen in den drei Phasen kompensiert, wodurch ein genauer Wert der Rotorphase θ_dc berechnet wird.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
Eine Synchronmotor-Steuervorrichtung gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 13(a), 13(b) und 14 beschrieben.
Gemäß der ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsform wird für die Rotorphasen ein elektrischer Winkel von 360 Grad durch 60 Grad geteilt, um dadurch eine Position mit Bezug auf null zu schätzen. Jedoch ist ein zu detektierender Signalverlauf eines Neutralpunktpotentials nicht in jeder 60-Grad-Periode symmetrisch und weist für die lineare Approximation einen großen Fehler auf. Natürlich können, wie in 5(c) veranschaulicht ist, einige Bezugspunkte erfasst werden, um dadurch eine stückweise lineare Approximation durchzuführen, aber die Verarbeitung ist kompliziert, und eine Betriebszeit im Anpassungsmodus ist möglicherweise länger.
Die dritte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung löst dieses Problem.
13(a) veranschaulicht den Grundgedanken der vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen, und 13(b) veranschaulicht den Grundgedanken der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. Wenn zum Beispiel eine 60-Grad-Periode zum Detektieren von V_nA im Bereich von –60 bis 0 Grad festgesetzt wird, wird teilweise ein großer Fehler verursacht. Gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Periode um 15 Grad verschoben, wie in 13(b) veranschaulicht ist, um dadurch eine Linearisierung in dem Bereich von –75 bis –15 Grad durchzuführen. Dann weist das zu detektierende V_nA einen symmetrischen Signalverlauf auf, und ein Fehler in der linearen Approximation wird wesentlich verringert.
Der Algorithmus im Anpassungsmodus in dem System ist in 14 veranschaulicht. 14 veranschaulicht den Algorithmus in Verbindung mit dem Algorithmus (9) gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. (S2) und (S6) in 9 werden in 14 auf (S2C) und (S6C) geändert. In 14 wird eine Position, zu welcher der Rotor bewegt werden soll, auf –75 [Grad] und –15 [Grad] geändert, und ein Neutralpunktpotential V_nA wird an den jeweiligen Positionen erfasst, um dadurch die Parameter A₁ und B₁ endgültig zu berechnen.
Ein Bezugswert des θd-Bezugsgenerators in dem Phasenschätzer 15 muss im tatsächlichen Betriebsmodus um 15 Grad verschoben werden, aber dies ist keine große Änderung.
Eine Position des Rotors im Anpassungsmodus wird, wie vorstehend beschrieben, um 15 Grad verschoben, um dadurch einen sensorlosen Antrieb umzusetzen, der in der Lage ist, eine Position mit höherer Genauigkeit zu schätzen. Wenn eine Bewegungsposition des Rotors im Anpassungsmodus gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform vollständig um 15 Grad verschoben wird, kann ein sensorloser Antrieb für die Dreiphasenunsymmetrie exakt durchgeführt werden.
Vierte beispielhafte Ausführungsform
Eine Synchronmotor-Steuervorrichtung gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 15, 16 und 17 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf einen sensorlosen Antrieb auf der Grundlage von Neutralpunktpotentialen in dem PM-Motor, aber eine Abhängigkeit von den Neutralpunktpotentialen an einer Position des Rotors ist der wichtigste Faktor.
Im Grunde ist das Steuersystem unter der Annahme konfiguriert, dass sich ein Neutralpunktpotential bei einem doppelten Zyklus bezogen auf die Rotorphase θ_d, wie in 4 veranschaulicht, ändert. Jedoch kann ein PM-Motor derart sein, dass eine Änderung beim Neutralpunktpotential nicht symmetrisch ist. Beispielhaft gibt es einen PM-Motor, der die Eigenschaften von V_nA und V_nD, wie in 15 veranschaulicht, aufweist. Es ist ersichtlich, dass ein Wert von V_nA zwischen ungefähr 0 Grad und ungefähr 180 Grad unterschiedlich ist. Darüber hinaus wird ein Spitzenwert bei etwa 90 Grad und –90 Grad niedriger. Dieses Phänomen wird in einem PM-Motor mit hoher Leistungsdichte leicht verursacht. Ein Motor mit hoher Leistungsdichte weist eine hohe magnetische Flussdichte auf und wird von einem permanenten magnetischen Fluss stark beeinflusst. In 15 wird ein Strom in einer Richtung erzeugt, in der V_A den magnetischen Fluss bei etwa 0 Grad verstärkt, und ein Strom wird in einer Richtung erzeugt, in der V_A den magnetischen Fluss bei etwa 180 Grad aufhebt. Demzufolge wird der veranschaulichte Signalverlauf abhängig von einer Richtung verursacht, in der die magnetische Sättigung gefördert wird, oder einer Richtung, in der sie abgeschwächt wird.
Wenn die vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen auf einen Motor mit derartigen Eigenschaften angewendet werden, ist ein Schätzergebnis zwischen –60 bis 0 Grad und 120 bis 180 Grad unterschiedlich, und in dem Stromsignalverlauf wird eine Verzerrung verursacht, die ein Grund einer Drehmomentpulsation sein kann.
Deshalb werden gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform zwei Spannungsvektoren (V_A und V_D in 15) der Reihe nach in verschiedenen Richtungen angewendet. Zu diesem Zeitpunkt sind V_A und V_D die Spannungsvektoren in den vollständig umgekehrten Schalterzuständen, und die Impulsspannungen in den umgekehrten Richtungen werden an den PM-Motor angelegt. Beide von der angelegten V_A und V_D erfassten Neutralpunktpotentiale V_nA und V_nD werden zur Berechnung von (Math. 2) verwendet. V_nS = V_nA – V_nB (Math. 2)
Eine Positionsschätzung wird unter der Annahme einer neuen, in (Math. 2) erfassten Variablen V_nS als Neutralpunktpotential durchgeführt. V_nA und V_nD sind symmetrisch, und somit nimmt V_nS einen symmetrischen Signalverlauf, wie in Figur 16 veranschaulicht ist. In 16 sind die Signalverläufe bei etwa 0 Grad und 180 Grad vollständig symmetrisch, und somit wird das vorstehende Problem gelöst.
17 veranschaulicht einen Algorithmus im Anpassungsmodus gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. 17 unterscheidet sich dadurch von 9, dass (S4) und (S8) in 9 auf (S4-1) bis (S4-3) bzw. (S8-1) bis (S8-3) in 17 geändert werden und zwei Spannungsvektoren V_A und V_D angelegt werden, um dadurch V_nS0 und V_nS1 zu finden. Gegenteilig werden die Schätzparameter A₁ und B₁ gefunden, um dadurch Positionsschätzungen im tatsächlichen Betriebsmodus durchzuführen. Bei den Positionsschätzungen werden V_A und V_D abwechselnd angelegt, und V_nS wird als Neutralpunktpotential verwendet.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung selbst in einem PM-Motor mit hoher Leistungsdichte, in dem die Neutralpunktpotentiale asymmetrisch sind, eine Positionsschätzung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Es gibt kein Problem mit dem Anwenden der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform auf die Verfahren gemäß der zweiten und dritten beispielhaften Ausführungsform, wie zum Beispiel ein Verfahren zum Verschieben einer Detektionsphase um 15 Grad für das Problem der Dreiphasenunsymmetrie oder der Verbesserung der Genauigkeit.
Fünfte beispielhafte Ausführungsform
Eine Synchronmotor-Steuervorrichtung gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, werden gemäß den beispielhaften Ausführungsformen im Anpassungsmodus Neutralpunktpotentiale in einer vorher festgelegten Phase erfasst, um dadurch den PM-Motor mit schneller Reaktion und hoher Qualität (wie zum Beispiel niedrige Drehmomentpulsation oder geringer Verlust) anzutreiben. Jedoch wird der Anpassungsmodus lediglich einmal als anfängliche Arbeit betrieben, wenn der Motor mit der Steuereinheit verknüpft wird, und kann somit keine zeitliche Änderung der Motoreigenschaften bewältigen. Der PM-Motor ändert sich grundsätzlich weniger im Zeitverlauf, aber eine Temperatur des Motors kann sich von ein paar Dutzend Grad auf etwa 100 Grad ändern, während er angetrieben wird. Die Eigenschaften des an dem Rotor angebrachten Permanentmagnets können sich aufgrund einer Änderung der Temperatur ändern, und demzufolge können die Neutralpunktpotentiale variieren. Insbesondere ist der Anpassungsmodus ein einmaliger Betriebsmodus, und eine Anpassung wird wahrscheinlich bei einer niedrigen Temperatur des PM-Motors durchgeführt. Andererseits erzeugt der Motorhauptkörper, wenn der PM-Motor im tatsächlichen Betriebsmodus angetrieben wird, Wärme aufgrund von Kupferverlust oder Eisenverlust und kann andere Eigenschaften aufweisen als im Anpassungsmodus.
Somit wird im Anpassungsmodus ein Neutralpunktpotential unter einer Bedingung detektiert, die so nahe wie möglich an der Temperaturbedingung im tatsächlichen Betriebsmodus liegt.
Somit werden, wie in 18 veranschaulicht ist, im Anpassungsmodus gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform zu dem Algorithmus (9) die neuen Verarbeitungen (P1) und (P2) hinzugefügt. In (P1) werden SW21a bis 21d vorübergehend im Anpassungsmodus eingestellt, und in (P2) wird I₀ auf einen vorher festgelegten Wert geändert, und die Phase θ_dc wird auf 0, 120, –120 [Grad] in dieser Reihenfolge geändert, um dadurch den PM-Motor 4 leitend zu machen. Das Stromzuleiten in (P2) zielt auf ein Fließen eines Stroms, um dadurch einen Verlust in dem PM-Motor 4 zu verursachen, und auf ein Erhöhen einer Temperatur des Motors bis zu einem Wert ab, der nahe an dem im tatsächlichen Betrieb liegt, und es kann jedes beliebige Leiterbild möglich sein. Jedoch ist es besser, dass eine leitende Phase geändert wird, um zu verhindern, dass sich ein Strom in einer speziellen Phase konzentriert.
Nachdem der PM-Motor 4 in (P2) leitend gemacht wurde, kann, wenn der Anpassungsmodus in den vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen betrieben wird, ein Neutralpunkt potential unter einer Bedingung erfasst werden, die nahe an der Temperaturbedingung im tatsächlichen Betrieb liegt.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Anpassungsmodus ein Neutralpunktpotential unter einer Bedingung erfasst werden, die nahe an der Temperaturbedingung im tatsächlichen Betrieb liegt, wodurch eine Genauigkeit der Positionsschätzung während des aktuellen Antreibens verbessert wird.
Sechste beispielhafte Ausführungsform
Eine Synchronmotor-Steuervorrichtung gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 19(a) und 19(b) bis 24 beschrieben.
Gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform wurde vorstehend beschrieben, dass es vorteilhaft ist, ein zur Positionsschatzung verwendetes Neutralpunktpotential in Bezug auf θ_d um 15 Grad zu verschieben, um die Linearisierung beizubehalten. Darüber hinaus wurde gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform vorstehend beschrieben, dass zum Durchführen einer Positionsschätzung zwei Neutralpunktpotentiale detektiert werden, indem eine Differenz zwischen diesen verwendet wird, wodurch die Genauigkeit weiter verbessert wird.
Die Arbeitsschritte müssen auch im tatsächlichen Betriebsmodus in der Steuereinheit umgesetzt werden, und ein konkretes Verfahren dafür wird gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Die 19(a) und 19(b) sind Prinzipschemata, die veranschaulichen, wie ein PWM-Impulse in dem Pulsbreitenmodulationsgenerator 10 in der Steuereinheit 2 erschaffen wird. Ausgehend von einer fallenden Periode eines Dreieckswellenträgers als Tc1 und einer ansteigenden Periode davon als Tc2, wird der Dreieckswellenträger mit Dreiphasenspannungsanweisungen V_u0, V_v0 und V_w0 verglichen, so dass PWM-Impulsfolgen PV_U, PV_v und PV_w erzeugt werden. Die Dreiphasenspannungsanweisungen ändern sich sinusförmig, können aber, wie veranschaulicht, für den Dreieckswellenträgerzyklus als konstant erachtet werden.
Für eine allgemeine PWM (19(a)) werden die Dreiphasenspannungsanweisungen einer beliebigen aus der Maximalphase (Max), der mittleren Phase (Mid) und der Minimalphase (Min) zugewiesen. Wie in 19(a) veranschaulicht ist, werden, wenn ein Verhältnis von V_u0 > V_v0 > V_w0 erreicht wird, die auszugebenden Spannungsvektoren als V_A und V_B mit Ausnahme des Nullvektors angenommen. Wenn ein Neutralpunktpotential abgefragt wird, wenn V_A und V_B ausgegeben werden, können somit die Neutralpunktpotentiale V_nA und V_nB erfasst werden. Auf diese Weise beschreibt die Patentliteratur 4, dass es eine ausgezeichnete Funktion ist, zwei Neutralpunktpotentiale durch allgemeine PWM-Signalverläufe zu erfassen. Die Patentliteratur 4 beschreibt darüber hinaus, dass, wenn zwei Neutralpunktpotentiale erfasst werden, eine Phase des Rotors in einfachen Berechnungen geschätzt und berechnet werden kann (wie zum Beispiel Koordinatentransformation und inverse Tangentenfunktion).
Um jedoch ein Neutralpunktpotential zu einer beliebigen Zeit innerhalb eines halben Trägerzyklus (Tc1-Periode oder Tc2-Periode) zu detektieren, muss die Steuereinheit eine Funktion aufweisen, die zum Umsetzen der Detektion fähig ist. Konkret hat nur ein ausgereifter 32-Bit-Makroprozessor die Funktion. Darüber hinaus ist es schwierig, selbst eine einfache Verarbeitung wie zum Beispiel inverse Tangente oder Koordinatentransformation in einem preiswerten Mikrocomputer durchzuführen (erfordert eine Verarbeitungszeit).
Darüber hinaus kann in der Patentliteratur 4 eine Abweichung der Eigenschaften des Motors, insbesondere eine Dreiphasenunsymmetrie, nicht angegangen werden, und es wird keine Motorkonstante benötigt, während eine Abweichung einer Motorkonstante nicht angegangen werden kann.
Ein Verfahren zum Lösen des Problems wird gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Wie gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform beschrieben ist, ist es vorteilhaft, dass zwei Neutralpunktpotentiale für zwei wechselseitig umgekehrte Spannungsvektoren detektiert werden, um dadurch eine Differenz zwischen diesen zu verwenden. Somit wird eine ursprüngliche Spannungsanweisung korrigiert, um einen gewünschten Spannungsvektor zwangsweise auszugeben.
19(b) veranschaulicht beispielhafte Signalverläufe von Impulsverschiebungen. Die U-Phasen-Spannungsanweisung V_u0 wird in der Tc1-Periode erhöht (das Korrekturergebnis ist V_u1) und wird in der Tc2-Periode entsprechend verringert (V_u2). Die Erhöhung in der Tc1-Periode wird in der Tc2-Periode verringert, und ein Mittelwert dazwischen wird korrigiert, um mit der ursprünglichen V_u0 übereinzustimmen. Darüber hinaus wird eine gemeinsame Gleichstromvorspannung zu den Dreiphasenanweisungen hinzugefügt, so dass die mittlere Phase (Mid) null ist („eine für drei Phasen gemeinsame Gleichstromvorspannung” ist eine Nullphasenkomponente für den Motor und beeinflusst somit nicht den Motor).
Als Folge der Korrektur wird, wie in 19(b) veranschaulicht, ein auszugebender PWM-Impuls phasenverschoben, und es wird nicht nur V_A, sondern auch die Sperrspannung V_D ausgegeben. Darüber hinaus können die Neutralpunktpotentiale abgerufen werden, wenn die Trägerwelle null kreuzt, um V_nA und V_nD zu detektieren. Darüber hinaus müssen die Neutralpunktpotentiale in der Tc1-Periode und in der Tc2-Periode nur einmal detektiert werden, und eine Abfrage muss im Gegensatz zur Patentliteratur 4 nicht zweimal an vorher festgelegten Zeitpunkten innerhalb eines halben Trägerzyklus durchgeführt werden, und es wird keine ausgereifte Steuereinheit (Mikrocomputer) benötigt, wodurch die Abfrage durch einen preiswerten Mikrocomputer umgesetzt wird.
20 ist ein Konfigurationsblockschaltbild einer Steuereinheit 2D zum Umsetzen der Impulsverschiebung. In der Figur sind so gut wie alle der Komponenten die gleichen wie in der Steuereinheit 2 in 1, und ein Anweisungswertkorrektor 22 wird neu hinzugefügt. Der Anweisungswertkorrektor 22 korrigiert die Dreiphasenspannungsanweisungen Vu0, Vv0 und Vw0 in der Tc1-Periode und in der Tc2-Periode, und gibt die Anweisungsspannungen als Vu1, Vv1, Vw1 und Vu2, Vv2, Vw2 aus.
Ein konkretes Impulsverschiebungsverfahren wird nachfolgend beschrieben.
21(a) veranschaulicht eine Position des Rotors (Position des magnetischen Flusses Φm), aufgeteilt in sechs Bereiche, wobei zum Beispiel M1 im Bereich von 225 < θd < 285 [Grad] liegt und M2 im Bereich von 285 < θd < 345 [Grad] liegt. Die Definition wird unter Berücksichtigung der Linearisierung der Neutralpunktpotentiale vorgenommen, wie gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde (um 15 Grad verschoben). Darüber hinaus können die Spannungsanweisungen V* wie in 21(b) in sechs Bereiche V1 bis V6 aufgeteilt werden. Die Spannungsanweisungen V* geben die Dreiphasenspannungsanweisungen auf der αβ-Achse an, und wenn zum Beispiel V* wie veranschaulicht im Bereich V2 vorliegt, wird V* unter Verwendung der Spannungsvektoren V_A, V_B und des Nullvektors ausgegeben, der im Prinzip an den Scheitelpunkten des Dreiecks als Bereich V2 positioniert ist.
Hierin ist es wichtig, dass sich die Positionsbereiche M1 bis M6 des Rotors und die Bereiche V1 bis V6 einer an den Motor angelegten Spannung unabhängig voneinander ändern. Im Prinzip wird eine geschwindigkeitsinduzierte Spannung orthogonal zu einer Position des Rotors erzeugt, und somit sollte, wenn eine Position des Rotors festgelegt wird, eine auszugebende Spannung nahezu eindeutig festgelegt werden. Jedoch ist eine induzierte Spannung in einem Bereich mit niedriger Geschwindigkeit gering, und eine Spannungsanweisung ändert sich vorübergehend in verschiedenen Richtungen, so dass eine Impulsverschiebung unter jeder beliebigen Bedingung durchgeführt werden müssen.
22 veranschaulicht die Positionsbereiche M1 bis M6 des Rotors und zwei Spannungsvektoren, die zum Detektieren eines Neutralpunktpotentials in jedem Bereich benötigt werden. Das heißt, wenn ein Positionsbereich (ein beliebiger von M1 bis M6) des Rotors festgelegt wird, sollten zwei in 22 veranschaulichte Spannungsvektoren für jeden beliebigen Wert der Spannungsanweisung ausgegeben werden. Somit muss eine Impulsverschiebung für die ursprünglichen Spannungsanweisungen durchgeführt werden, so dass die Spannungsvektoren für die Detektion sicher ausgegeben werden.
Ein Verfahren zum Umsetzen einer derartigen Impulsverschiebung ist in 23 und in 24 veranschaulicht. Die horizontale Achse in 23 gibt einen Positionsbereich des Rotors an, und die vertikale Achse gibt einen Spannungsbereich an. In 23 wird, wenn ein Positionsbereich des Rotors und ein Spannungsbereich festgelegt werden, ein dafür benötigtes Spannungsanweisungskorrekturverfahren [A], [B] oder [C] bestimmt. Die Spannungskorrekturverfahren [A], [B] und [C] sind speziell in 24 veranschaulicht. Die ursprünglichen Dreiphasenspannungsanweisungen werden der Maximalphase (Max), der mittleren Phase (Mid) und der Minimalphase (Min) zugewiesen, und die jeweiligen Anweisungen werden wie in 24 korrigiert, wodurch die benötigten Spannungsvektoren ausgegeben werden. „Vsh” in 24 gibt einen Spannungswert an, der einem Spannungsvektor zum Detektieren von Vn entspricht, und wenn der Wert höher eingestellt wird, wird eine Ausgabeperiode des Spannungsvektors für die Detektion länger.
Darüber hinaus wird in 24 in den Korrekturen [A] und [B] die mittlere Phase Mid nicht korrigiert, und die Maximalphase Max und die Minimalphase Min werden korrigiert. In der Korrektur [C] wird die Maximalphase Max nicht korrigiert, und die mittlere Phase Mid und die Minimalphase Min werden korrigiert. Ein Zeitpunkt zum Abfragen eines Neutralpunktpotentials stimmt mit einem Zeitpunkt überein, wenn die korrigierten mittleren Phasen Mid1 und Mid2 einen Dreieckswellenträger in [A] und [B] berühren, und mit einem Zeitpunkt, wenn die maximalen Phasen Max1 und Max2 einen Dreieckswellenträger in [C] berühren.
Die Spannungsanweisungen werden durch die Korrekturen [A], [B] und [C] korrigiert, aber eine Trägerfrequenz ändert sich nicht, so dass die Anzahl an Schaltvorgängen nicht zu- oder abnimmt. Das heißt, die vorliegende beispielhafte Ausführungsform hat einen großen Vorzug dahingehend, dass ein gewünschter Spannungsimpuls angelegt werden kann, ohne Schaltverluste oder dergleichen des Wechselrichters zu erhöhen.
Ein konkretes Verfahren dafür wird nachfolgend beschrieben.
Ein Positionsbereich des Rotors kann auf der Grundlage des Phasenwinkels θ_dc zum Zeitpunkt in der Steuereinheit bestimmt werden. Darüber hinaus kann ein Spannungsbereich durch Vergleichen der Spannungsanweisungen V_u0, V_v0 und V_w0 nach der dq-Umkehrumwandlung festgelegt werden. Wenn zum Beispiel ein Positionsbereich des Rotors M1 ist, und die Dreiphasen-Wechselspannungsanweisungen in V_u0 > V_v0 > V_w0 (Max = V_u0, Mi = V_v0 und Min = V_w0) liegen, wird der Spannungsbereich V2 festgelegt. Somit kann die Spannungskorrektur [C] als Impulsverschiebungsverfahren auf der Grundlage der 23 unter den Bedingungen von M1 und V2 durchgeführt werden. Das heißt, die Korrektur [C] wird so durchgeführt, dass die für M1 wesentlichen Spannungen V_C und V_F ausgegeben werden. Die konkrete Spannungsanweisungskorrektur besteht darin, dass die ursprünglichen Spannungsanweisungen Max, Mid und Min in der Tc1-Periode und in der Tc2-Perode korrigiert werden, um als Max1, Mid1, Min1 und Max2, Mid2, Min2 ausgegeben zu werden, wie in 24 veranschaulicht ist. Die mittleren Werte der Korrekturergebnisse stimmen mit den ursprünglichen Anweisungen Max, Mid bzw. Min überein. Die Korrekturarbeit in 23 und 24 scheint kompliziert zu sein, aber eigentlich ist es eine einfache Signalverarbeitung durch Größenbestimmung und Sprungbefehle und kann hinlänglich durch einen preiswerten Mikrocomputer umgesetzt werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Impulsverschiebung umgesetzt werden, die von einer Position des Rotors und von Spannungsanweisungen abhängt, wodurch ununterbrochen ein stabiler Antrieb durchgeführt wird, ohne Rotorpositionsinformationen bei vorübergehenden Änderungen nicht nur im Dauerzustand des PM-Motors zu verlieren.
Siebte beispielhafte Ausführungsform
Eine siebte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
25 ist ein Blockschaltbild eines Synchronmotor-Antriebssystems gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. In der Figur ist ein Synchronmotor-Antriebssystem 23 als ein System innerhalb des Motors 4 zusammengebaut. Alle der Komponenten sind auf diese Weise integriert, um dadurch eine Verdrahtung zwischen dem Motor und dem Wechselrichter zu beseitigen. Wie in 25 veranschaulicht ist, handelt es sich bei den Verdrahtungen des integrierten Antriebssystems lediglich um eine Stromversorgungsleitung für den Wechselrichter 3 und die Datenübertragungsleitungen zum übertragen einer Frequenzanweisung oder eines Betriebszustands.
Die Neutralpunktpotentiale des Motors 4 müssen gemäß der vorliegenden Erfindung entnommen werden, aber der Motor und die Antriebsschaltung sind auf diese Weise integriert, um dadurch die Verdrahtungen der Neutralpunktpotentiale zu ermöglichen. Darüber hinaus kann ein positionssensorloser Antrieb umgesetzt werden, so dass das integrierte System bemerkenswert kompakt ist, wodurch eine Größenverringerung umgesetzt wird.
Achte beispielhafte Ausführungsform
Eine achte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
26 veranschaulicht ein hydraulisches Antriebssystem, das für ein hydraulisches Getriebe oder eine hydraulische Bremse im Inneren eines Fahrzeugs verwendet wird. In 26 gibt die Komponentennummer 23 ein Synchronmotor-Antriebssystem in 25 an, in dem eine Ölpumpe 24 an einem Motor angebracht ist. Die Ölpumpe 24 regelt einen hydraulischen Druck eines Hydraulikkreises 50. Der Hydraulikkreis 50 ist aus einem Tank 51 zum Aufnehmen von Öl, einem Überdruckventil 52 zum Beibehalten eines Hydraulikdrucks auf einem festgesetzten Wert oder darunter, einem Magnetventil 53 zum Schalten des Hydraulikkreises und einem Zylinder 54 konfiguriert, der als hydraulisches Stellglied funktioniert.
Die Ölpumpe 24 erzeugt einen Hydraulikdruck durch das Synchronmotor-Antriebssystem 23, um dadurch den Zylinder 54 als hydraulisches Stellglied anzutreiben. Der Hydraulikkreis wird durch das Magnetventil 53 so geschaltet, dass sich eine Belastung der Ölpumpe 24 ändert und in dem Synchronmotor-Antriebssystem 23 eine Störung durch Belastung verursacht wird. Für den Druck im Dauerzustand können dem Hydraulikkreis um ein Vielfaches höhere Belastungen auferlegt werden, und der Motor halt möglicherweise an. Mit dem Synchronmotor-Antriebssystem gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann jedoch auch im Stillstandzustand eine Position des Rotors geschätzt werden, was kein Problem verursacht. Bisher ist es schwierig, den sensorlosen Antrieb in anderen Bereichen als in Bereichen mit mittlerer und hoher Geschwindigkeit anzuwenden, und somit muss ein Hydraulikdruck, der dem Motor eine hohe Belastung auferlegt, durch das Überdruckventil 52 abgeschwächt werden, aber das Überdruckventil 52 kann gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform, wie in 27 veranschaulicht, beseitigt werden. Das heißt, ein Hydraulikdruck kann ohne ein Überdruckventil als mechanische Schutzvorrichtung zum Vermeiden einer übermäßigen Belastung des Motors geregelt werden.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform wurde als hydraulisches Regelsystem beschrieben, sie kann aber auch für andere Flüssigkeitspumpen angewendet werden.
Neunte beispielhafte Ausführungsform
Eine neunte beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zuletzt beschrieben.
28 veranschaulicht eine Blockkonfiguration einer vollständigen Positionierungsvorrichtung unter Verwendung eines Motors. In 28 ist eine Positionierungsvorrichtung 70 als Last an dem Motor 4 angeschlossen. Ein Iq*-Generator 1E fungiert hierin als Drehzahlregler. Darüber hinaus ist eine Geschwindigkeitsanweisung ωr* als Ausgabe aus einem Positionsregler 71 als ein höherer Regelblock gegeben. Ein Subtrahierer 6E stellt einen Vergleich mit einer tatsächlichen Geschwindigkeit ωr an und berechnet Iq*, so dass eine Abweichung dazwischen null betragt. Die Positioniervorrichtung 70 verwendet zum Beispiel eine Kugelfeder oder dergleichen und wird durch den Positionsregler 71 so angepasst, dass ihre Position auf eine vorher festgelegte Position θ* geregelt wird. Es ist kein Positionssensor an der Positioniervorrichtung 70 angebracht, und ein Positionsschätzwert θdc in der Steuereinheit 2 wird dafür verwendet. Dadurch kann eine Positionssteuerung durchgeführt werden, ohne den Bedarf des Anbringens eines Positionssensors an der Positioniervorrichtung.
Die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden konkret vorstehend beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt und kann vielfältig abgeändert werden, ohne von dem Gedanken abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine Technik zum Aufbauen einer positionssensorlosen Synchronmotor-Steuervorrichtung und ein Antriebssystem, das selbige verwendet. Der Motor ist verwendbar für die Drehgeschwindigkeitsregelung in Ventilatoren, Pumpen (hydraulische Pumpe, Wasserpumpe), Kompressoren, Spindelmotoren und Klimaanlagen sowie Förderbändern, Liften, Extrudern und Werkzeugmaschinen.
Bezugszeichenliste

1: Iq*-Generator
2: Steuereinheit
3: Wechselrichter
31: Gleichstromversorgung
32: Wechselrichterhauptkreis
33: Gate-Treiber
34: virtueller Neutralpunktpotential-Generator
35: Stromdetektor
4: PM-Motor
5: Id*-Generator
6: Addierer 6
7: d-Achsen-Stromsteuereinheit IdACR
8: q-Achsen-Stromsteuereinheit IqACR
9: dq-Umkehrwandler
10: Pulsbreitenmodulator
11: Stromvervielfältiger
12: dq-Wandler
13: Neutralpunktpotential-Verstärker
14: Abtaster/Halter
16: Positionsschätzer
15: Geschwindigkeitsrechner
17: Phaseneinsteller
18: Schätzparametereinsteller
19: Nullgenerator
20: Vn Detektionsspannungsgenerator
21: Schalter

Claims

Synchronmotor-Steuervorrichtung, aufweisend einen Dreiphasen-Synchronmotor, in dem Dreiphasen-Stator-Verdrahtungen eine Y-Schaltung aufweisen, und einen Wechselrichter zum Antreiben des Motors, wobei dem Synchronmotor ein Gleichstrom zugeleitet wird, um dadurch einen Rotor in eine vorher festgelegte Position zu bewegen, und an den eine impulsförmige Spannung von dem Wechselrichter im bewegten Zustand angelegt wird, so dass ein Neutralpunktpotential als Potential des Y-Schaltungspunkts erfasst wird, wenn die Impulsspannung angelegt wird, wodurch der Synchronmotor auf der Grundlage des erfassten Werts angetrieben wird.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor durch einen Gleichstrom in dem Synchronmotor mindestens zweimal bewegt wird, und sich eine Phase, der Gleichstrom zuzuleiten ist, in einem Bereich von 60 Grad bezogen auf einen elektrischen Winkel des Synchronmotors befindet, um dadurch das Neutralpunktpotential an einer jeweiligen Position zu erfassen.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rotor durch einen Gleichstrom in dem Synchronmotor mindestens dreimal bewegt wird, und sich eine Phase, der Gleichstrom zuzuleiten ist, in einem Bereich von 120 Grad bezogen auf einen elektrischen Winkel des Synchronmotors befindet, um dadurch das Neutralpunktpotential an einer jeweiligen Position zu erfassen.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine elektrische Winkelphase an einer Position der U-Phasen-Statorverdrahtung als null Grad definiert ist und eine Phase für das Zuleiten von Gleichstrom an den Synchronmotor pro 60 Grad in Bezug auf einen Phasenverschieber für 15 Grad bezogen auf die null Grad leitend gemacht wird.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine impulsförmige Spannung, die von dem Wechselrichter angelegt wird, durch den Wechselrichter in mindestens zwei Schalterzuständen erzeugt wird, wobei der erste Schalterzustand der zwei Schalterzustände so ist, dass eine Phase der drei Phasen einen unterschiedlichen Schalterzustand als die verbleibenden zwei Phasen aufweist, und der zweite Schalterzustand den umgekehrten ersten Schalterzustand beinhaltet.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei beim Zuleiten von Gleichstrom an den Synchronmotor und beim Erfassen des Neutralpunktpotentials der Schaltvorgang vorher durch den Wechselrichter durchgeführt wird, um dadurch den Synchronmotor leitend zu machen und dann das Zuleiten von Gleichstrom und das Erfassen eines Neutralpunktpotentials durchzuführen.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei beim Antreiben des Synchronmotors nach dem Erfassen des Neutralpunktpotentials ein Spannungsimpuls zum Beobachten eines Neutralpunktpotentials durch den Wechselrichter angelegt wird, um ein Neutralpunktpotential zu beobachten, während der Synchronmotor angetrieben wird, und eine Drehposition des Synchronmotors auf der Grundlage des vorher erfassten Werts des Neutralpunktpotentials unter Verwendung eines Neutralpunktpotentials zu dem Zeitpunkt des Anlegens jedes Spannungsimpulses geschätzt und berechnet wird, wodurch der Synchronmotor auf der Grundlage der Drehposition angetrieben wird.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Spannungsimpuls zum Beobachten eines Neutralpunktpotentials, während der Synchronmotor angetrieben wird, ein Neutralpunktpotential zu dem Zeitpunkt des Anlegens jedes Spannungsimpulses durch Anlegen von wechselseitig umgekehrten Spannungsimpulsen an einen Dreieckswellenträger während einer Pulsbreitenmodulation des Wechselrichters in einer ansteigenden Periode der Dreieckswelle und einer fallenden Periode dieser verwendet.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Spannungsimpuls zum Beobachten eines Neutralpunktpotentials, während der Synchronmotor angetrieben wird, seine Richtung gemeinsam mit einer Änderung der Drehphase des Synchronmotors ändert.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Schaltfrequenz des Wechselrichters zur gleichen Zeit wie eine Richtungsänderung der Impulsspannung gemeinsam mit einer Änderung der Drehphase des Synchronmotors beibehalten wird.
Synchronmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Rotorposition des Synchronmotors durch eine lineare Funktion auf der Grundlage des vorher erfassten Neutralpunktpotentials geschätzt und berechnet wird.
Integriertes Motorsystem, wobei die Synchronmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und ein Rotor und ein Stator in dem Dreiphasen-Synchronmotor, der durch die Synchronmotor-Steuervorrichtung angetrieben wird, in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Pumpensystem, das die Synchronmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist, wobei der Dreiphasen-Synchronmotor durch die Synchronmotor-Steuervorrichtung angetrieben wird und eine Flüssigkeitspumpe durch den Dreiphasen-Synchronmotor angetrieben wird.
Positioniersystem, wobei ein Objekt durch die Synchronmotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Dreiphasen-Synchronmotor durch die Synchronmotor-Steuervorichtung angetrieben wird, und den Motor bewegt wird, um dadurch eine Position des Objekts zu steuern.