TW201301741A - 旋轉機之控制裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種旋轉機之控制裝置，其係以記憶部(5)來記憶從電壓施加部(3)施加電壓向量於3相旋轉機(1)時的電流而作為記憶電流值，且具備位置推測部(6)及調整部(7)，該位置推測部(6)係根據該記憶電流值而推測旋轉機(1)之停止時的轉子位置，該調整部(7)係為了能夠進行轉子位置之推測，而將施加時間調整為旋轉機(1)因電壓向量之施加而成為所需最低限度之磁性飽和狀態的施加時間Ta，並且，該調整部(7)係將加算電流值除以電壓向量指令之電壓振幅值而得的差分導納之大小∣ΔY∣當作調整評估值，且根據該∣ΔY∣來調整施加時間，該加算電流值係根據施加將施加時間設為任意的施加時間Tm之基於電壓向量指令的電壓向量時之記憶電流值而求出者。藉此，可更適當地進行磁性飽和之程度的評估，且可既簡便又確實地檢測設定能夠進行轉子位置之推測的所需最低限度之施加時間設定值。

Description

旋轉機之控制裝置

本發明係關於一種不使用位置感測器就可獲得旋轉機之轉子位置的旋轉機之控制裝置。

在精度佳地控制同步電動機或感應同步電動機等之於轉子具有永久磁鐵的旋轉機時，需要旋轉機之轉子位置與流通於旋轉機之電流的資訊。轉子位置資訊，雖然可藉由將位置感測器等安裝於旋轉機而獲得轉子位置資訊，但是從成本削減、省空間、可靠度之提高的觀點來看已開始朝無位置感測器化進展。

作為旋轉機之無位置感測器控制法，有例如專利文獻1之利用旋轉機之感應電壓的無位置感測器控制法、或例如專利文獻2之利用突極性的的無位置感測器控制法等。利用感應電壓的無位置感測器控制，因在速度為零時感應電壓也為零，故無法正確地推測轉子位置。又，利用突極性的無位置感測器控制，因利用於轉子位置推測的突極性會在轉子位置之2倍週期改變，故推測位置也會變成轉子位置之2倍週期。亦即，推測位置在旋轉機之轉子位置為0至180度與180至360度中會變成相同的值，故在確實地檢測轉子位置此點不可謂充分。

當考量上述情事，而至少從速度零附近啟動旋轉機時，除了需要利用突極性的無位置感測器控制法以外，還需要推測旋轉機之轉子位置資訊的方法。就該方法而言，有例如專利文獻3之利用旋轉機之磁性飽和的方法。

此方法，係當將振幅彼此相等且等間隔之相位的2n(n為相數且為3以上之自然數)個的電壓向量施加於旋轉機時，根據加算電流值來檢測轉子位置者，且其前提為旋轉機會因該電壓向量之施加而成為磁性飽和狀態，該加算電流值係將施加相位彼此相差180度之各一對的電壓向量時流通的電流檢測值彼此加算後而得者。

然後，就用以確保該磁性飽和狀態的調整方法而言，有例如專利文獻4。此方法，係慢慢地提高脈衝電壓值而自動調整電壓脈衝值，俾使施加脈衝電壓時的電流H位準之中的最大值Imax、與相對於脈衝電壓的電流H位準之差電流ΔIb成為預定值以上，該差電流ΔIb係與Imax成為180°相位差。

(先前技術文獻)

(專利文獻1)國際公開WO 2002/091558號公報

(專利文獻2)國際公開WO 2009/040965號公報

(專利文獻3)日本特許4271397號公報

(專利文獻4)日本特開2008-054430號公報

在利用專利文獻3的轉子位置檢測法時，如前面所述，有必要流通足以使旋轉機磁性飽和的電流。此係因利用如下原理之故，該原理為：當未產生磁性飽和時，雖然施加接近轉子位置的相位之電壓向量時所流通的電流，會與施加相對於接近轉子位置的相位相差180度相位之電壓向量時所流通的電流相等，但是當產生磁性飽和時，前者會大於後者，且能夠根據該差電流而進行轉子位置之檢測。

因此，有必要調整施加於旋轉機的電壓向量指令之施加時間來調整流通於旋轉機的電流。然而，旋轉機之磁性飽和，係因旋轉機之種類或電容等而有所不同，所以為了要利用專利文獻3之方法，就有必要事先透過人工而就每一旋轉機進行調整而變得非常繁雜。理所當然，雖然也可考慮為了充分地產生磁性飽和而流通龐大的電流，但是此將會招來不必要損失的增大，不可謂良策。

就此一解決對策而言，在前述的專利文獻4中雖然能夠進行自動調整，但是由於其僅以差電流進行評估，並不一定可充分地掌握旋轉機的磁性飽和之狀態。

亦即，為了檢測磁性飽和之程度，在如專利文獻4使用電流值時，難以區別旋轉機是否會因磁性飽和而使差電流值變大、或是因電壓向量指令之大小或施加時間變大而使差電流值變大。因此，在此方法中使用自動調整後的電壓脈衝值進行轉子位置檢測時，會有如下情況：所檢測出的轉子位置之精度會變差，或為了檢測轉子位置而施加必要以上的電壓脈衝並流通龐大的電流。

本發明係為了解決以上之習知課題而開發完成者，其目的在於獲得一種旋轉機之控制裝置，其可更適當地進行磁性飽和之程度的評估，且可既簡便又確實地檢測設定能夠進行轉子位置之推測的所需最低限度之施加時間設定值。

本發明的旋轉機之控制裝置，係控制具有n(n為3以上之自然數)相之線圈的旋轉機者，且具備：電壓施加部，對旋轉機施加基於電壓向量指令的電壓向量；電流檢測部，檢測流通於旋轉機之各相線圈的電流；電壓向量指令演算部，將振幅彼此相同且在1週期(360度)內於等間隔之相位之施加時間彼此相同的2n個電壓向量，當作電壓向量指令而進行演算，並輸出至電壓施加部；記憶部，記憶2n×n個的電流當作記憶電流值，該2n×n個的電流係在施加2n個電壓向量時彼此在相同的條件下藉由前述電流檢測部在各相被檢測出者；位置推測部，根據來自記憶部之記憶電流值而推測旋轉機之停止時的轉子位置；以及調整部，為了能夠進行轉子位置之推測，而將施加時間調整為旋轉機因前述電壓向量之施加而成為所需最低限度之磁性飽和狀態的施加時間Ta，前述調整部係根據當施加基於將施加時間設為任意的施加時間Tm之電壓向量指令的電壓向量時之電壓向量指令的電壓振幅值與來自電流檢測部的記憶電流值之比，而演算調整評估值，且根據該調整評估值來調整施加時間。

本發明的旋轉機之控制裝置係如以上所述，由於具備調整部，且根據當施加將施加時間設為任意的施加時間Tm之基於電壓向量指令的電壓向量時之、電壓向量指令的電壓振幅值與來自電流檢測部的記憶電流值之比，而演算調整評估值，且根據該調整評估值來調整施加時間，所以可更適當地進行磁性飽和之程度的評估，且可既簡便又確實地設定能夠進行轉子位置之推測的所需最低限度之電壓向量指令的施加時間Ta，並可既穩定又精度佳地檢測轉子位置。

實施形態1.

第1圖係顯示本發明實施形態1的旋轉機之控制裝置的構成圖。第1圖中，旋轉機1係具備U相、V相、W相之3相線圈的旋轉機，在此，係設為於轉子配置有永久磁鐵的永久磁鐵旋轉機。旋轉機1係連接於換流器(inverter)等之施加電壓的電壓施加部3，電壓施加部3係將基於被輸入的電壓向量指令Vr之電壓向量施加於旋轉機1。在電壓施加部3與旋轉機1之間，係連接有檢測流通於旋轉機1之線圈電流的電流檢測部4。

電壓向量指令演算部2係如第2圖所示，將60度間隔之V1至V6的電壓向量指令一邊在各個之間夾插零電壓向量指令V0，一邊如第3圖所示，依V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V5→V0→V6→V0之順序予以施加。又，V1至V6之大小與施加時間係設為彼此相同，且施加預設的施加時間Ta。

另外，電壓施加部3，由於是根據從電壓向量指令演算部2輸入的電壓向量指令而將與該電壓向量指令相同波形的電壓向量輸出至旋轉機1，所以在以下的說明中，除了特別要予以區別的情況，電壓向量指令與電壓向量之用語係當作同義並予以適當使用者。

記憶部5係如第3圖之記憶動作所示，在記憶期間1至6中，記憶藉由電流檢測部4而檢測出的各個3相電流中的各相電流之絕對值成為最大的值，該記憶期間1至6係指電壓向量指令演算部2輸出各電壓向量指令V1至V6與其下次被輸出的電壓向量指令V0之期間，換言之，係指從一個電壓向量指令(例如V1)之施加起始端至下一個電壓向量指令(例如V2)之施加起始端為止的期間。具體而言，如第3圖所示，在記憶期間1中係記憶U相電流之絕對值的最大值iu1、V相電流之絕對值的最大值iv1、W相電流之絕對值的最大值iw1。在記憶期間2至6中也是同樣地，記憶iu2至iu6、iv2至iv6、iw2至iw6合計18個(當設為相數n=3時就相當於2n×n=18個)之值作為記憶電流值。

位置推測部6係依據作為記憶部5之輸出的18個記憶電流值來推測旋轉機1之轉子位置。因此，將電壓向量指令之輸出時間(施加時間)Ta，設定為足以使旋轉機1之定子磁性飽和的時間且演算將該電壓向量施加於旋轉機1時的加算電流值。例如，如(1)式所示，將施加電壓向量V1時之與電壓向量V1同相的U相記憶電流值iu1、和施加相位與電壓向量V1相差180度的電壓向量V4時之與電壓向量V4同相的U相記憶電流值iu4予以加算所得的加算電流值Δiu，會因磁性飽和的影響而成為Δiu≠0。另外，若旋轉機1之定子未磁性飽和的話，則成為Δiu=0。

Δiu=iu1+iu4　…(1)

同樣地，將施加電壓向量V3時之V相記憶電流值iv3、和施加相位與電壓向量V3相差180度的電壓向量V6時之V相記憶電流值iv6予以加算所得的加算電流值Δiv，會成為下述(2)式；又，將施加電壓向量V5時之W相記憶電流值iw5、和施加相位與電壓向量V5相差180度的電壓向量V2時之W相記憶電流值iw2予以加算所得的加算電流值Δiw，會成為下述(3)式；且在旋轉機1磁性飽和的情況下，會成為Δiv≠0、Δiw≠0。

Δiv=iv3+iv6　…(2)

Δi2=iw5+iw2　…(3)

第4圖顯示加算電流值Δiu、Δiv、Δiw之對於旋轉機1之轉子位置θ之變化，且加算電流值Δiu、Δiv、Δiw係具有：按照旋轉機1之轉子位置θ而與轉子位置θ在同一週期使其大小產生變化的特徵。又，加算電流值Δiu、Δiv、Δiw之相位差係分別成為120度。在位置推測部6中，係利用該加算電流值Δiu、Δiv、Δiw，演算旋轉機1之轉子位置θ。以下說明其具體例。

從第4圖可明白：可根據加算電流值Δiu、Δiv、Δiw各自的絕對值之大小，以60度間隔之精度來推測旋轉機1之轉子位置。例如，在轉子位置θ為0時，Δiu為最大值且絕對值為最大者是成為Δiu。又，在轉子位置θ為60度時，Δiw為最小值且絕對值為最大者是成為Δiw。如此，加算電流值Δiu、Δiv、Δiw之絕對值與轉子位置θ的關係，係當使用以每60度來區分轉子位置的區分編號m時，就會變成以下的(4)式，且可以60度間隔之精度來推測轉子位置。

在此，為了精度佳地推測轉子位置，而有必要可正確地判別(4)式之條件，亦即有必要正確地判別第4圖的加算電流值Δiu、Δiv、Δiw之大小關係，為此，有必要設定電壓向量指令之施加時間Ta，俾使旋轉機1之定子充分磁性飽和。

[數1]

又，在此的詳細說明雖然省略，但是藉由使用前述的專利文獻3所記載之方法，亦可以30度、15度間隔之精度來推測。但是，在此情況下，除了需要與各電壓向量同相之記憶電流值以外，還需要與各電壓向量正交的相之電流值，且為了獲得此等正交相的電流值而全部使用前述的合計18個記憶電流值。

調整部7係根據作為記憶部5之輸出的電流記憶值與作為電壓向量指令演算部2之輸出的電壓向量指令，自動地調整旋轉機1之定子充分磁性飽和、且流通於旋轉機1之電流不會過大的電壓向量指令之施加時間Ta，俾使位置推測部6可精度佳地推測轉子位置。在旋轉機1之定子充分磁性飽和、且流通於旋轉機1之電流不會過大的電壓向量指令之施加時間Ta係透過人工而進行的情況下，由於需要大幅的時間且較為繁雜，所以期望能夠自動地調整。

因此，轉子之位置推測係如前面所述，只要是使用藉由旋轉機1磁性飽和而產生的(1)至(3)式之加算電流值，並藉由(4)式之條件進行，來檢測旋轉機1的磁性飽和之程度，進而判斷旋轉機1是否已充分磁性飽和，如此自動地求出充分磁性飽和的電壓向量施加時間即可。為了要檢測磁性飽和之程度，例如在如專利文獻4使用電流值的情況時，則難以區別旋轉機1是否會因磁性飽和而使加算電流值變大、或是因電壓向量指令之大小或施加時間變大而使加算電流值變大。

亦即，由於加算電流值之大小是旋轉機1的磁性飽和之程度與電壓向量指令的2個函數，所以僅有加算電流值難以僅檢測磁性飽和之程度，且僅根據加算電流值所調整的電壓向量施加時間，會有如下可能性：被調整為旋轉機1未充分磁性飽和的電壓向量施加時間、或是反之被調整為雖然已充分磁性飽和但是在旋轉機1流通過大之電流的電壓向量施加時間。

結果，當使用僅根據加算電流值所調整的電壓向量施加時間而進行位置推測時，將有如下情況：位置之誤推測或推測精度之惡化、或是於旋轉機1流通過大之電流。因此，在本實施形態1之調整部7中，係使用加算電流值與電壓向量指令之2個來檢測磁性飽和之程度以解決上述課題。以下將記載其具體的方法。

首先，就檢測磁性飽和之程度的方法加以說明。(1)式之加算電流值Δiu係記憶於記憶部5的記憶電流值iu1與iu4之加算值，該記憶電流值iu1與iu4係將相位彼此相差180度的電壓向量V1與V4施加於旋轉機1時所流動的電流值。旋轉機1之阻抗(impedance)與導納(admittance)，由於在相位相差180度的位置成為相同，所以iu1與iu4為不同的元件符號且絕對值相同的值，並會成為Δiu=0。然而，當產生磁性飽和時，iu1與iu4之絕對值就會不同而成為Δiu≠0。

亦即，成為Δiu≠0，係可視為因為在旋轉機1彼此之相位因磁性飽和而相差180度的位置之阻抗或導納產生了差異所致，而且，該等的阻抗或導納之差異，係可視為僅起因於磁性飽和而產生。因而，可計算相位彼此相差180度的位置之阻抗或導納，且可依據該等的差異而檢測旋轉機1的磁性飽和之程度。與用於位置推測的(1)至(3)式之加算電流值Δiu、Δiv、Δiw相關聯的阻抗或導納係以如下方式求出。

在本實施形態1中，雖然是以如下方式求出與加算電流值Δiu、Δiv、Δiw相關聯的導納，但是即使利用求出導納之倒數的阻抗，以下的內容也能夠同樣地實施。

然而，如以下說明，導納係以記憶電流值除以電壓向量之電壓振幅值所得的值而被求出。另一方面，阻抗係為導納的倒數，且以電壓向量之電壓振幅值除以記憶電流值所得的值而被求出。因而，亦可謂是：因可藉由阻抗或導納而檢測磁性飽和之程度，故可將電壓向量之電壓振幅值與記憶電流值之比當作調整評估值，且根據該調整評估值而評估磁性飽和之程度。

U相之加算電流值Δiu，係為以記憶部5所記憶的記憶電流值iu1與iu4之加算值，該記憶電流值iu1與iu4係在將相位彼此相差180度的電壓向量V1與V4施加於旋轉機1時所流動之分別與電壓向量V1、V4同相的電流值。因而，施加電壓向量指令V1時的V1向量方向之導納係如(5)式，可根據電壓向量V1與電流記憶值iu1而求出，且將所求出的導納稱為Yu1。

又，施加電壓向量指令V4時的V4向量方向之導納係如(6)式，可根據電壓向量V4與電流記憶值iu4而求出，且將所求出的導納稱為Yu4。

[數2]

Yu1∣iu1/V1∣　…(5)

Yu4∣iu4/V4∣　…(6)

導納Yu1與Yu4之差異係例如(7)式，可根據Yu1與Yu4之差分的大小而求出。另外，將在(7)式所得的Yu1與Yu4之差分的大小稱為U相差分導納ΔYu。

[數3]

ΔYu=∣Yu1-Yu4∣　…(7)

同樣地，V相之加算電流值Δiv係為以記憶部5所記憶的記憶電流值iv3與iv6之加算值，該記憶電流值iv3與iv6係在將相位彼此相差180度的電壓向量V3與V6施加於旋轉機1時所流動之分別與電壓向量V3、V6同相的電流值。因而，施加電壓向量V3與V6時的導納Yv3與Yv6係成為(8)、(9)式，而且，V相差分導納ΔYv係可如(10)式地求出。

[數4]

Yv3=∣iv3/V3∣　…(8)

Yv6=∣iv6/V6∣　…(9)

ΔYv=∣Yv3-Yv6∣　…(10)

同樣地，W相之加算電流值Δiw係為以記憶部5所記憶的記憶電流值iw5與iw2之加算值，該記憶電流值iw5與iw2係在將相位彼此相差180度的電壓向量V5與V2施加於旋轉機1時所流動之分別與電壓向量V5、V2同相的電流值。因而，施加電壓向量V5與V2時的導納Yw5與Yw2係成為(11)、(12)式，而且，W相差分導納ΔYw係可如(13)式地求出。

[數5]

Yw5=∣iw5/V5∣　…(11)

Yw2=∣iw2/V2∣　…(12)

ΔYw=∣Yw5-Yw2∣　…(13)

由於加算電流值Δiu、Δiv、Δiw，如第4圖所示，其大小會因旋轉機1之轉子位置θ而產生變化，所以差分導納ΔYu、ΔYv、ΔYw會變成如第5圖。

因此，藉由(14)式，演算由差分導納ΔYu、ΔYv、Δyw所構成的向量數量之大小∣ΔY∣，藉此可如第5圖所示獲得不取決於轉子位置θ的固定值。然後，使用該差分導納之大小∣ΔY∣，作為用以評估磁通飽和之程度的調整評估值來調整電壓向量施加時間Ta。

[數6]

另外，電壓向量指令演算部2所輸出的電壓向量指令V1至V6係如上所述，由於大小與施加時間彼此設為相同，所以電壓向量指令之大小∣V1∣至∣V6∣全部會成為相同的值。因而，(7)、(10)、(13)式的差分導納ΔYu、ΔYv、ΔYw，係當將電壓向量指令之大小設為∣V∣時，就會如(15)至(17)式，可使用加算電流值Δiu、Δiv、Δiw進行演算。

[數7]

ΔYu=∣Yu1-Yu4∣=∥iu1/V∣-∣iu4/V∥=∥iu1∣-∣iu4∥/∣V∣=∣Δiu∣/∣V∣　…(15)

ΔYv=∣Yv3-Yv6∣=∥iv3/V∣-∣iv6/V∥=∣∣iv3∣-∣iv6∣∣/∣V∣=∣Δiv∣/∣V　…(16)

ΔYw=∣Yw5-Yw2∣=∣∣iw5/V∣-∣iw2/V∣∣=∣∣iw5∣-∣iw2∣∣/∣V∣=∣Δiw∣/∣V∣　…(17)

而且，在電壓施加部3如電壓型換流器等，對固定值之直流母線電壓進行切換並施加電壓於旋轉機1的情況下，會如第6圖所示，由於振幅為直流母線電壓Vdc，且施加時間為電壓向量指令之施加時間Ta的脈衝電壓，所以可如(18)至(20)式所示使用電壓向量指令之施加時間Ta而求出差分導納ΔYu、ΔYv、ΔYw。

[數8]

ΔYu=∣∣iu1∣/Vdc×Ta-∣iu4∣/Vdc×Ta∣=∣Δiu∣/Vdc×Ta　…(18)

ΔYv=∣∣iu3∣/Vdc×Ta-∣iu6∣/Vdc×Ta∣=∣Δiv∣/Vdc×Ta　…(19)

ΔYw=∣∣iu5∣/Vdc×Ta-∣iu2∣/Vdc×Ta∣=∣Δiw∣/Vdc×Ta　…(20)

接著，參照第7圖所示的流程圖而就使用顯示磁性飽和之程度的差分導納ΔYu、ΔYv、ΔYw之大小∣ΔY∣作為調整評估值，並自動調整電壓向量指令之施加時間Ta的方法加以說明。

首先，將電壓向量指令之施加時間設定為任意的Tm(步驟S1)，且與推測轉子位置時同樣地，如第2圖所示將60度間隔之電壓向量指令V1至V6一邊夾插零電壓向量指令V0，一邊如第3圖所示，依V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V5→V0→V6→V0之順序予以輸出(步驟S2)。

記憶部5係與推測轉子位置時同樣地，如第3圖之記憶動作所示，在記憶期間1至6中，記憶藉由電流檢測部4而檢測出的各個3相電流中的各相電流之絕對值成為最大的值，該記憶期間1至6係指電壓向量指令演算部2輸出各電壓向量指令V1至V6與其下次被輸出的電壓向量指令V0之期間(步驟S3)。調整部7係根據記憶於記憶部5的此等記憶電流值，如(14)式地演算差分導納之大小∣ΔY∣(步驟S4)。

又，此時，調整部7係算出記憶於記憶部5中的18個記憶電流值之中絕對值成為最大的∣Im∣，且判斷該最大電流值∣Im∣是否為未達預設的電流最大值Imax(步驟S5)。在最大電流值∣Im∣為電流最大值Imax以上的情況(步驟S5中的「否」)，就變更(減小)電壓指令向量之施加時間Tm(步驟S6)，並反覆進行來自步驟S2之動作。在最大電流值∣Im∣未達電流最大值Imax的情況(步驟S5中的「是」)，就判斷演算後的差分導納之大小∣ΔY∣是否為預設之作為調整臨限值的差分導納臨限值ΔYlev以上(步驟S7)。

若差分導納之大小∣ΔY∣為差分導納臨限值ΔYlev以上(步驟S7中的「是」)，則由於可視為旋轉機1之定子已充分磁性飽和，所以將此時的電壓向量指令之施加時間Tm設定為Ta(步驟S8)。若差分導納之大小∣ΔY∣非為差分導納臨限值ΔYlev以上(步驟S7中的「否」)，則變更電壓向量指令之施加時間Tm並再次反覆進行電壓向量之施加、演算差分導納之大小∣ΔY∣、及與差分導納臨限值ΔYlev之比較。

另外，就在步驟S1中所設定的施加時間之初始值Tm而言，較期望適當地設定為比較小，俾使在最初之流程中的步驟S7之判定變成「否」。藉此，就可大致確實地獲得能夠進行轉子位置之推測的所需最低限度之施加時間設定值Ta。

另外，預設的電流最大值Imax，例如亦可事先設定為旋轉機1之額定電流值或最大電流值、或是電壓施加部3之額定電流值或最大電流值等。又，預設的差分導納臨限值ΔYlev，較期望可精度佳地推測以位置推測部6所推測的推測位置，且事先設定為流動於旋轉機1的電流不會變得過大時的差分導納之大小，例如加算電流值若以旋轉機1之額定電流值的10%就充分磁性飽和的話，則只要事先將加算電流相當於額定電流值之10%的差分導納設定為差分導納臨限值ΔYlev即可。

如以上所述，在本發明之實施形態1中，係根據依序輸出任意設定的施加時間Tm之電壓向量指令V1至V6時的記憶電流值並藉由(14)式而演算差分導納之大小∣ΔY∣。然後，比較演算後的差分導納之大小∣ΔY∣與預設的差分導納臨限值ΔYlev，且將成為∣ΔY∣≧ΔYlev時之任意設定的電壓向量指令之施加時間Tm，設定為電壓向量指令之施加時間Ta，藉此就可適當地評估磁性飽和之程度，且不透過人工，就可使位置推測部6精度佳地推測轉子位置，並可自動地調整流動於旋轉機1的電流不會變得過大的電壓向量指令之施加時間Ta。

另外，在以上之說明中，記憶部5係在施加各電壓向量時彼此為同一條件下的各記憶期間1至6中記憶藉由電流檢測部4而檢測出的各相電流之最大值作為記憶電流值。但是，與此不同，在施加各電壓向量時彼此雖然為同一條件下，但是亦可在各施加終端之時序中記憶藉由電流檢測部4而檢測出的各相電流作為記憶電流值。在該情況下，亦可獲得與前例之情況大致相同的記憶電流值，又由於只要僅以時序為基準而抽出檢測值並予以記憶即可，所以有記憶部之構成變得簡便的優點。

實施形態2.

在前面之實施形態1中，為了調整電壓向量指令之施加時間Ta，而將電壓向量指令之施加時間設定為任意的Tm，且適當地變更該Tm，藉此就可獲得能夠進行轉子位置之推測的所需最低限度之施加時間設定值Ta。在本實施形態2中，係將電壓向量指令之施加時間的設定從零附近慢慢地增大，藉此就可縮短自動調整所需的時間、以及以使流通於旋轉機1的電流儘量變小的方式求出電壓向量指令之施加時間Ta。

本實施形態2之構成係與第1圖所示的實施形態1之情況相同，且差分導納之大小等的求法等也是相同，由於差異處僅在於電壓向量指令之施加時間Tm的設定方法與之後的處理，所以有關與實施形態1相同的部分將省略說明。

第8圖係顯示本實施形態2中之自動調整電壓向量指令之施加時間時的動作之流程圖。

首先，設定電壓向量指令之施加時間Tm的初始值(步驟T1)。初始值係事先設為零附近之較小的值。然後，如第2圖所示將60度間隔之電壓向量指令V1至V6一邊夾插零電壓向量指令V0，一邊如第3圖所示，依V0→V1→V0→V2→V0→V3→V0→V4→V0→V5→V0→V6→V0之順序予以輸出(步驟T2)。

記憶部5係如第3圖之記憶動作所示，在記憶期間1至6中，記憶藉由電流檢測部4而檢測出的各個3相電流中的各相電流之絕對值成為最大的值，該記憶期間1至6係指電壓向量指令演算部2輸出各電壓向量指令V1至V6與其下次被輸出的電壓向量指令V0之期間(步驟T3)。調整部7係算出記憶於記憶部5中的18個記憶電流值之中絕對值成為最大的∣Im∣，且判斷該最大電流值∣Im∣是否為未達預設的電流最大值Imax(步驟T4)。

此時，在最大電流值∣Im∣為電流最大值Imax以上的情況(步驟T4中的「否」)，就判定沒有能以未達電流最大值Imax之電流值良好地進行位置推測的電壓向量指令之施加時間，且進行設為不能進行位置推測的警報處理(步驟T5)。在最大電流值∣Im∣未達電流最大值Imax的情況(步驟T4中的「是」)，調整部7就會根據記憶於記憶部5的記憶電流值，如(14)式地演算差分導納之大小∣ΔY∣(步驟T6)。

然後，判斷演算後的差分導納之大小∣ΔY∣是否為預設的差分導納臨限值ΔYlev以上(步驟T7)。若差分導納之大小∣ΔY∣為差分導納臨限值ΔYlev以上(步驟T7中的「是」)，則可視為旋轉機1之定子已充分磁性飽和，且將此時的電壓向量指令之施加時間Tm設定為Ta(步驟T8)，若差分導納之大小∣ΔY∣非為差分導納臨限值ΔYlev以上(步驟T7中的「否」)，就在電壓向量指令之施加時間Tm加算電壓施加時間加算值ΔT，並變更電壓向量指令之施加時間Tm(步驟T9)，並再次反覆進行電壓向量之施加、差分導納之大小∣ΔY∣之演算、及與差分導納臨限值ΔYlev之比較。

如以上所述，在本發明之實施形態2中，係將任意設定的電壓向量指令之施加時間Tm的初始值設定為零附近，且根據依序輸出該設定的施加時間Tm之電壓向量指令V1至V6時的記憶電流值並藉由(14)式而演算差分導納之大小∣ΔY∣。然後，比較演算後的∣ΔY∣與預設的差分導納臨限值ΔYlev，且在成為∣ΔY∣≧ΔYlev為止，對，要設定的施加時間Tm逐次增加ΔT，並將成為∣ΔY∣≧ΔYlev時所設定的電壓向量指令之施加時間Tm設定為電壓向量指令之施加時間Ta，藉此就可適當地評估磁性飽和之程度，且不透過人工，就可使位置推測部6精度佳地推測轉子位置，並可自動地調整流動於旋轉機1的電流不構成過大的電壓向量指令之施加時間Ta。

而且，算出記憶於記憶部5中的18個記憶電流值之中絕對值成為最大的∣Im∣，且判斷∣Im∣是否為未達電流最大值Imax，藉此亦可進行不能進行位置推測的警報處理。

另外，在以上之說明中，如第8圖所示，就施加時間Tm之初始值而言，係設定為確實不產生磁性飽和、較小、且零附近的值，並在成為∣ΔY∣≧ΔYlev之判定為止對要設定的施加時間Tm逐次增加ΔT。但是，與此不同，就施加時間Tm之初始值而言，係設定為確實產生磁性飽和之較大的值，且在成為∣ΔY∣＜ΔYlev為止，將要設定的施加時間Tm逐次減少ΔT，並將成為∣ΔY∣＜ΔYlev時所設定的施加時間Tm加算ΔT而得的值設定為電壓向量指令之施加時間Ta。在該情況下，只要適當地設定施加時間Tm之初始值，就會效率佳，且可獲得與第8圖之情況同樣的效果。

實施形態3.

在前面的實施形態1或2中預設的差分導納臨限值ΔYlev，係較期望能夠精度佳地推測以位置推測部6所推測的推測位置，且事先設定為流通於旋轉機1的電流不會變得過大時的差分導納之大小。因此，例如，加算電流值若以旋轉機1之額定電流值的10%就充分磁性飽和的話，則將加算電流相當於額定電流值之10%的差分導納設定為差分導納臨限值ΔYlev。如此的差分導納臨限值ΔYlev，係有依旋轉機1之種類或電容等而改變的情況。

因而，例如以旋轉機1之額定電流值為基準而設定差分導納臨限值ΔYlev，且利用基於此差分導納臨限值ΔYlev而調整後的施加時間Ta來進行轉子之位置推測的情況時，就有使位置推測精度惡化的可能性。因此，在本實施形態3中，係就以適用於各式各樣的種類或容量之旋轉機為前提的差分導納臨限值之設定法加以說明。

另外，有關如何設定差分導納臨限值ΔYlev之問題以外的內容，由於是與前面的實施形態1、2同樣，所以在此省略其說明。

在電壓施加部3為電壓型換流器時，如前面所述，從電壓施加部3輸出的電壓向量係成為如第6圖所示的電壓脈衝。在旋轉機1為同步機時，旋轉機之阻抗係成為R+sL(R：線圈電阻、L：電感、s：拉普拉斯運算子(Laplace operator))，當將第6圖之電壓脈衝看作是步級電壓時，此時流通於旋轉機1的電流Is(s)係能以(21)式表示。

[數9]

Is(s)=1/R+sL×Vdc/s　…(21)

當將(21)式進行倒拉普拉斯轉換並轉換成時間區域時就成為(22)式，且當圖示(22)式時，就成為第9圖。

[數10]

is(t)=Vdc/R×(1-exp(-R/L×t))　…(22)

根據(22)式，提供振幅Vdc之步級電壓時的電流is(t)之最終值，係將時間t設為無限大時的值，亦即為Vdc/R。然而，在一般的旋轉機之情況，最終值Vdc/R係遠比旋轉機之額定電流小。又，從電壓施加部3輸出的電壓向量，係為流通於旋轉機1的電流變得遠比Vdc/R小之施加時間Tm的脈衝電壓，而非為步級電壓。因而，在施加如第6圖之脈衝電壓時流通於旋轉機1的電流，係如(23)式，可近似於將原點(時刻0)之微分值設為傾斜的直線。

[數11]

is(t)=d/dt(is(0))×t=Vdc/L×t　…(23)

因而，藉由將電壓向量之施加時間Tm代入於(23)式之t，就可如(24)式地求出在施加有施加時間Tm之電壓向量時流通於旋轉機1的電流值。

[數12]

is=Vdc/L×Tm　…(24)

由於可如(24)式求出流通於旋轉機1的電流值，所以施加電壓向量V1時藉由記憶部5所記憶的U相記憶電流值iu1之大小係成為(25)式。

[數13]

∣iu1∣=Vdc/Lu1×Tm(其中，Lu1為V1方向之電感)　…(25)

同樣地，當求出記憶電流值iu4、iv3、iv6、iw5、iw2之大小時，就成為(26)至(30)式。

[數14]

∣iu4∣=Vdc/Lu4×Tm(其中，Lu4為V4方向之電感)…(26)

∣iv3∣=Vdc/Lv3×Tm(其中，Lv3為V3方向之電感)…(27)

∣iv6∣=Vdc/Lv6×Tm(其中，Lv6為V6方向之電感)…(28)

∣iw5∣=Vdc/Lw5×Tm(其中，Lw5為V5方向之電感)…(29)

∣iw2∣=Vdc/Lw2×Tm(其中，Lw2為V2方向之電感)…(30)

藉由記憶電流值iu1、iu4、iv3、iv6、iw5、iw2成為(25)至(30)式，則在(18)至(20)式中求出的差分導納係在將電壓向量指令之施加時間設為Tm時，就可將(18)至(20)式之Ta取代成Tm，並藉由代入(25)至(30)式就成為(31)至(33)式。在此，(31)至(33)式係意指：求出因磁性飽和而產生之旋轉機1之相位彼此相差180度的位置之電感的倒數之差分。

[數15]

ΔYu=∣∣iu1∣/Vdc×Tm-∣iu4∣/Vdc×Tm∣=∣1/Lu1-1/Lu4∣　…(31)

ΔYv=∣∣iv3∣/Vdc×Tm-∣iv6∣/Vdc×Tm∣=∣1/Lv3-1/Lv6∣　…(32)

ΔYw=∣∣iw5∣/Vdc×Tm-∣iw2∣/Vdc×Tm∣=∣1/Lw5-1/Lw2∣　…(33)

差分導納係藉由求出電感之倒數的差分，若將差分導納臨限值ΔYlev設定為以旋轉機1本身之電感的倒數之函數所得的值，則在旋轉機之種類或電容有所改變時，差分導納臨限值ΔYlev也會自然地有所改變，且不取決於旋轉機之種類或電容，而能夠調整電壓向量指令之施加時間Ta。

具體的差分導納臨限值ΔYlev之設定，係在將旋轉機1之電感設為Lm時，事先設定為以作為旋轉機1之電感Lm之倒數的1/Lm之函數所得的值、例如事先設定為1/Lm之5%、10%等的1/Lm之比率。然後以與實施形態1或實施形態2同樣的順序自動調整電壓向量指令之施加時間Ta。

如以上所述，在本發明之實施形態3中，將在調整部7中要設定的差分導納臨限值ΔYlev，設定為以旋轉機1之電感Lm的倒數之函數所得的值、例如設定為該倒數乘以係數所得的值，藉此就不取決於旋轉機1之種類或電容，而可適當地評估磁性飽和之程度，且不透過人工，就可使位置推測部6精度佳地推測轉子位置，且可自動地調整流通於旋轉機1的電流不會變得過大的電壓向量指令之施加時間Ta。

1．．．旋轉機

2．．．電壓向量指令演算部

3．．．電壓施加部

4．．．電流檢測部

5．．．記憶部

6．．．位置推測部

7．．．調整部

iu1至iu6．．．U相記憶電流值

iv1至iv6．．．V相記憶電流值

iw1至iw6．．．W相記憶電流值

Imax．．．電流最大值

L．．．電感

s．．．拉普拉斯運算子

R．．．線圈電阻

Ta、Tm．．．施加時間

V0．．．零電壓向量指令

V1至V6．．．電壓向量(電壓向量指令)

Vdc．．．直流母線電壓

Vr．．．電壓向量指令

Yu1、Yu4、Yv3、Yv6、Yw2、Yw5．．．導納

θ．．．轉子位置

Δiu、Δiv、Δiw．．．加算電流值

Δylev．．．差分導納臨限值

ΔYu．．．U相差分導納

ΔYv．．．V相差分導納

ΔYw．．．W相差分導納

∣Im∣．．．最大電流值

第1圖係顯示本發明實施形態1的旋轉機之控制裝置的構成之示意圖。

第2圖係顯示電壓向量的向量圖。

第3圖係顯示施加有各電壓向量時所流通的電流波形及記憶作為各記憶期間之最大值的記憶電流值之時序圖。

第4圖係顯示加算電流值Δiu、Δiv、Δiw與轉子位置之關係的示意圖。

第5圖係顯示差分導納ΔYu、ΔYv、ΔYw、∣ΔY∣與轉子位置之關係的示意圖。

第6圖係顯示電壓向量指令之波形的示意圖。

第7圖係顯示調整電壓向量指令之施加時間的動作之流程圖。

第8圖係顯示本發明實施形態2的旋轉機之控制裝置中之調整電壓向量指令之施加時間的動作之流程圖。

第9圖係顯示在本發明實施形態3的旋轉機之控制裝置的說明中，當對旋轉機提供振幅Vdc之步級電壓時所流通的電流is(t)之波形的時序圖。

1．．．旋轉機

2．．．電壓向量指令演算部

3．．．電壓施加部

4．．．電流檢測部

5．．．記憶部

6．．．位置推測部

7．．．調整部

Ta．．．施加時間

Vr．．．電壓向量指令

θ．．．轉子位置

Claims (11)

1. 一種旋轉機之控制裝置，係控制具有n(n為3以上之自然數)相之線圈的旋轉機者，且具備：電壓施加部，對前述旋轉機施加基於電壓向量指令之電壓向量；電流檢測部，檢測流通於前述旋轉機之各相線圈的電流；電壓向量指令演算部，將振幅彼此相同且在1週期(360度)內於等間隔之相位之施加時間彼此相同的2n個電壓向量指令，當作前述電壓向量指令來進行演算，並輸出至前述電壓施加部；記憶部，記憶2n×n個的電流當作記憶電流值，該2n×n個的電流係在施加前述2n個電壓向量時彼此在相同的條件下藉由前述電流檢測部在前述各相被檢測出者；位置推測部，根據來自前述記憶部之前述記憶電流值而推測前述旋轉機之停止時的轉子位置；以及調整部，為了能夠進行前述轉子位置之推測，而將前述施加時間調整為前述旋轉機會因前述電壓向量之施加而成為所需最低限度之磁性飽和狀態的施加時間Ta，前述調整部係根據當施加基於將前述施加時間設為任意的施加時間Tm之前述電壓向量指令的電壓向量時之前述電壓向量指令的電壓振幅值與來自前述電流檢測部的前述記憶電流值之比，而演算調整評估值，且根據前述調整評估值來調整前述施加時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述調整部係將前述調整評估值在大於預設之調整臨限值的範圍內成為最小時的前述施加時間Tm，設定作為前述施加時間Ta。
3. 如申請專利範圍第2項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述調整部係將前述施加時間Tm之初始值設定為確實不產生前述磁性飽和之較小的值並求出前述調整評估值且判定與前述調整臨限值之大小，復將前述施加時間Tm依序逐次增加時間ΔT並反覆進行前述判定動作，且將前述判定結果初次成為(前述調整評估值＞前述調整臨限值)時的前述施加時間Tm，設定作為前述施加時間Ta。
4. 如申請專利範圍第2項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述調整部係將前述施加時間Tm之初始值設定為確實產生前述磁性飽和之較大的值並求出前述調整評估值且判定與前述調整臨限值之大小，復將前述施加時間Tm依序逐次減少時間ΔT並反覆進行前述判定動作，且將前述判定結果初次成為(前述調整評估值＜前述調整臨限值)時的前述施加時間Tm加上前述時間ΔT後的值，設定作為前述施加時間Ta。
5. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述調整部係求出前述記憶電流值之中最大的最大電流值，且在該最大電流值未達預設之電流最大值的條件下進行前述調整之動作。
6. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述記憶部係將在從一個前述電壓向量指令之施加起始端至下一個前述電壓向量指令之施加起始端為止的記憶期間中被檢測出的電流之最大值，記憶作為前述記憶電流值。
7. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述記憶部係將在前述電壓向量指令之施加終端被檢測出的電流之值，記憶作為前述記憶電流值。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述位置推測部係演算n個加算電流值且根據前述n個加算電流值推測前述旋轉機之停止時的轉子位置，該n個加算電流值係將施加記憶於前述記憶部的記憶電流值之中相位彼此相差180度之各一對的電壓向量時被檢測出之與該電壓向量同相的電流值彼此進行加算而得者。
9. 如申請專利範圍第8項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述調整部係將前述n個加算電流值除以基於前述電壓向量指令之電壓向量的電壓振幅值而求出n個差分導納，復將由該n個差分導納構成的向量數量之大小設為前述調整評估值。
10. 如申請專利範圍第8項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述調整部係將前述n個加算電流值除以基於前述電壓向量指令之電壓向量的(電壓振幅值)×(施加時間)而求出n個差分導納，復將由該n個差分導納構成的向量數量之大小設為前述調整評估值。
11. 如申請專利範圍第10項所述之旋轉機之控制裝置，其中，前述調整部係將以前述旋轉機之電感之倒數的函數所得的值，設為前述調整臨限值。