[发明专利]电动机控制装置以及电流相位的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制具有反向凸极性(inverse saliency)的无刷电动机的电流 相位，在同一电流下使输出转矩最大的电动机控制装置以及电流相位的控制 方法。

背景技术

以往，作为对转子使用磁铁的同步电动机(PMSM：Permanent Magnet Synchronous Motor：永磁式同步电机)的控制方法，通常使用总是将d轴电 流保持为0，即Id＝0的控制。

若发生转矩为T、极对数设为Pn、电枢交链磁通为Фa、d轴电流为Id、 q轴电流为Iq、d轴电感为Ld、q轴电感为Lq，则PMSM的转矩方程式可以 表示为

T＝Pn×Фa×Iq+Pn×(Ld-Lq)×Id×Iq        (式1)。

在式1中，若使d轴电流Id保持为0，则

T＝Pn×Фa×Iq    (式2)。

由于式2中的发生转矩T仅与q轴电流Iq成比例，所以能够容易实现转 矩的线性控制。

另一方面，在对转子的表面配置磁铁的同步电动机(SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronous Motor：表面式永磁同步电机)中，由于d轴 电感Ld和q轴电感Lq相等的非凸极性，所以式1的右边第2项为0，发生 转矩以式2表示。

因此，在SPMSM的情况下，不流过对转矩发生无用的d轴电流Id、也 就是Id＝0的控制对于同一转矩的电流最小，是有效的。

但是，在对转子内装配置了磁铁的同步电动机(IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor：内插式永磁同步电机)中，由于具有d 轴电感Ld＜q轴电感Lq的反向凸极性，所以在Id＝0的控制中，不能利用式1 的右边第2项的磁阻转矩。因此，Id＝0的控制未必是适当的控制方法。

因此，提出了使d轴电流Id为负的值，利用磁阻转矩使发生转矩增加的 方法。使用图5说明该方法。

图5是以往的电动机控制装置中的电流控制系统主要部分的方框图。

在图5中，q轴电流指令Iq^*，将转矩指令值T^*、和在q轴电流指令计 算单元51中对后述的磁通对应量乘以极对数Pn所得的结果进行除法运算而 计算。接着，q轴电流指令Iq^*或者q轴电流指令反馈值Iq被输入到电流相位 角控制单元52，经由绝对值变换器53，使其成为电流指令的绝对值(大小) 之后，在电流相位角设定器54中，使用一定的电流相位角度β，乘以-tan(β)， 从而计算d轴电流指令Id^*。

通过使d轴电流反馈值Id跟随该d轴电流指令Id^*，从而发生磁阻转矩， 但是基于式1所示的转矩方程式，考虑产生的磁阻转矩的大小。

在磁阻转矩考虑单元55中，根据电枢交链磁通Фa、q轴电感Lq、d轴 电感Ld以及d轴电流指令Id^*，计算磁通对应量Фa+(Ld-Lq)×Id^*。

计算出的磁通对应量，在q轴电流指令计算单元51中乘以极对数Pn， 计算q轴电流指令Iq^*时使用。这种以往技术例如公开在日本专利申请特开 2000-92884号公报中。

但是，在上述以往技术中，有以下问题。

首先，最佳的电流相位角依赖于电流指令的绝对值|I^*|、即电流指令的大 小。|I^*|以(Id^*2+Iq^*2)求出。因此，如果只是使用一定的电流相位角β计算 d轴电流指令Id^*，则不会成为最佳的电流相位。

另外，存在这样的问题：为了根据q轴电流指令Iq^*导出q轴电感Lq， 根据q轴电感Lq计算q轴电流指令Iq^*，需要收敛运算，导致处理时间的增 加。

发明内容

本发明提供一种电动机的控制装置以及电流相位的控制方法，对于具有 反向凸极性的无刷电动机，运算处理时间短，对于同一电流能够最有效地发 生转矩。

本发明的电动机控制装置具有以下结构。