[发明专利]永久磁铁同步电动机的驱动装置

说明书

技术领域

本发明涉及以永久磁铁为磁场的同步电动机的控制，特别涉及不使用对转子磁极位置进行检测的传感器而实现同步电动机的控制的控制装置以及控制方法。

背景技术

作为不检测转子磁极位置地控制同步电动机的手法，有在〔专利文献1〕、以及〔专利文献2〕所公开的技术。

在〔专利文献1〕中，对同步电动机的推测磁极轴即dc轴和与其正交的qc轴上的电压指令，提供微小变化，其结果，利用直流母线中出现的电流脉动分量的正侧的电流值与负侧的电流值之差、或者上述电流脉动分量的正侧与负侧中的电流变化率之差，直接推测出同步电动机的转子磁极位置。

在〔专利文献1〕的手法中，在磁极位置推测中，利用了铁芯的磁饱和特性。一般在同步电动机中，如果在转子磁通(永久磁铁的磁通)的方向即d轴上，施加高频交变电压，则在加强磁铁磁通的方向上流过电流的情况下，磁通饱和而电感减少，所以电流变化量(ΔI+)变大。相反，在减弱磁铁磁通的方向上流过电流的情况下，磁通减少而电感增加或者成为恒定，所以电流变化量(ΔI-)小于上述ΔI+。其结果，如果在d轴上注入按照正与负变化的交变电压，则流过在正与负中非对称的电流。

在〔专利文献1〕中，对2个正交的相位角施加交变电压，根据直流母线电流检测值，观测上述非对称的电流特性。由于转子磁极位置不明，所以造成在任意的相位角下施加交变电压，但此时产生的非对称的电流特性依存于转子磁极位置而变化。在〔专利文献1〕中，假设为非对称的电流特性按照转子磁极位置的sin函数、cos函数而变化，使用反正切函数来计算出转子磁极位置。根据〔专利文献1〕的手法，不会受到突极、非突极这样的同步电动机结构的差异的影响，而可以高精度地推测转子磁极位置。

在〔专利文献2〕的手法中，在转子磁极位置的推测中，也利用了铁芯的磁饱和特性。在〔专利文献2〕中，对三相的定子绕组轴分别施加正与负的交变电压，对施加了交变电压的轴上的相电流进行检测。如果得到了三相的正的相电流检测值，则对各自的大小进行比较而探索取最大值的相，按照120度的分辨率来算出转子磁极位置。进而，为了判定更详细的转子磁极位置，根据所测定出的相应三相量的正的相电流检测值，计算出后述电流差的倍率α，与事先测定出的特性数据(与转子位置处于倍率α的关系的数据)进行比较。

另外，公开了在将刚过去不久的正的相电流检测值设为最大电流、中间电流、以及最小电流时，通过下式来计算倍率α的技术。根据〔专利文献2〕的手法，无需预先准备多个复杂的运算式，而可以容易且高精度地推测转子位置的检测。

倍率α＝|最大电流-中间电流|/|中间电流-最小电流|...式(1)

【专利文献1】特开2006-158101号公报

【专利文献2】特开2007-174721号公报

发明内容

在〔专利文献1〕中，对正交2轴(同步电动机内部的磁通的推测轴即dc轴以及与上述dc轴正交的qc轴)，制作了相同的振幅值的交变电压指令。但是，即使dc轴上与qc轴上的交变电压指令值是相同的振幅，如果按照脉冲宽度调制后的三相电压脉冲来观察，则各相的脉冲电压有很大不同。其结果，对u、v、w相的定子绕组施加的电压的大小发生变化，而在各相的检测电流中出现与施加电压的大小对应的磁饱和的影响。因此，在〔专利文献1〕的磁极位置推测手法中，正交2轴施加时的由旁路电阻检测的三相电流不具有相同条件的磁饱和特性，所以存在位置推测误差变大的问题。

另外，在〔专利文献1〕中，公开了附加到直流母线中的旁路电流检测的采样定时。但是，在所公开的方法中，由于附加到直流母线中的旁路电流检测的制约，在施加qc轴电压时可以检测的V相电流(或者W相电流)并非正侧峰值与负侧峰值这两方，而仅是一方。进而，在〔专利文献1〕中，计算出施加qc轴电压时的电流变化量，但在V相与W相的磁饱和的影响相等这样的假设下，计算法才成立。实际上，由于在V相与W相中交链磁通数不同，所以磁饱和的影响不相同，所公开的电流变化量计算法不正确。这些情况的结果，如果通过〔专利文献1〕的方法来推测同步电动机的磁极位置，则存在推测误差变大的问题。

在〔专利文献2〕中，参照磁饱和后的电流特性数据，来进行详细的转子位置的判定。因此，需要事先掌握所驱动的电动机的电流特性。另外，在变更所驱动的电动机的情况下，电流特性发生变化，所以可认为需要每次重新估计所施加的交变电压的振幅、转子位置的判定中使用的判别值，而调整作业将需要时间。