[发明专利]电机控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及具备无传感器检测永磁同步电机的磁极位置的功能的电机控制装置。

背景技术

作为永磁式同步电机、例如3相同步电机的控制方法，公知有被称作矢量控制的控制方法。在矢量控制中，将电机的3相定子绕组中流动的电机电流坐标变换为转子中配置的永久磁铁所产生的磁场的方向即d轴和与该d轴正交的q轴的矢量分量，来进行反馈控制。为了进行该坐标变换，需要高精度地检测转子的位置（磁极位置）。在磁极位置检测中也会使用旋转变压器等旋转传感器，但也存在利用转子的旋转所产生的反电动势来电检测磁极位置的无传感器磁极检测技术。但是，由于电机停止时不产生反电动势，因此向电机给予高频电流、高频电压，根据其响应来推定磁极位置。

在特开2008－79489号公报（专利文献1）中公开了具备这种无传感器磁极检测功能的电机控制装置。由此，对基于向电机给予交流交变电压而检测出的q轴电流所得到的磁极位置和推定的磁极位置的误差进行补正而求出磁极位置。进而，基于重叠了正负对称地交替切换的一定波形的d轴偏压电流的d轴电流指令，来求出d轴电压指令，并向电机施加d轴电压指令。然后，根据在d轴偏压电流的正负切换定时使d轴偏压电流增加时和减少时的d轴电压指令的大小关系，来判别永久磁铁的磁极的方向。

专利文献1：日本特开2008－79489号公报（权利要求1，第17－22段落等）

专利文献1所述的电机控制装置具备不仅可以判别磁极的极性还可以判别磁极的位置的优良的无传感器磁极检测功能。但是，在d轴偏压电流的正负切换定时，有可能d轴电流为过渡状态，且d轴电压也不稳定。其结果，不利于磁极的极性判别的稳定性，也有可能导致误测。

因此，要求能够在永磁式同步电机停止时，无需使用旋转传感器而稳定地判别出该电机的磁极的极性。

发明内容

鉴于上述课题，本发明所涉及的电机控制装置的特征构成在于下述方面，即、一种电机控制装置，其在配置于交流电机的转子的永久磁铁产生的磁场的方向即d轴和与该d轴正交的q轴的矢量空间中控制所述交流电机，其具备：电流控制部，该电流控制部基于所述矢量空间中的电流指令、和所述交流电机的各定子绕组中流动的电流的检测值被坐标变换到所述矢量空间而反馈出的反馈电流，来运算所述矢量空间中的电压指令；观测指令施加部，该观测指令施加部向d轴的所述电流指令或者d轴的所述电压指令施加作为观测指令的规定的高频分量，并且向d轴的所述电流指令在规定的期间正负对称地施加作为所述观测指令的直流偏压分量，该直流偏压分量是一定值，且具有使所述电机达到磁饱和的大小；以及极性判定部，该极性判定部在基于响应所述观测指令而得的所述反馈电流来运算出的d轴的响应电压所包含的所述高频分量的振幅之内，基于所述直流偏压分量为正的一定值的期间中的第1振幅与所述直流偏压分量为负的一定值的期间中的第2振幅的大小关系，来判定所述永久磁铁的磁极的极性。

由于在规定的期间向d轴的电流指令施加具有使电机达到磁饱和的大小的直流偏压分量，因此在直流偏压分量为正或负时的任意一方中，磁通达到饱和区域。由于永久磁铁具有磁通，因此在d轴电流为零时磁通也不为零，相对于d轴电流的磁通的特性沿d轴方向偏移。因此，在直流偏压分量为正或者负时的任意一方中，磁通达到饱和区域时，在另一方中，磁通处于未达到饱和区域的活性区域。由于观测指令中不仅包含直流偏压分量，还包含高频分量，因此响应该高频分量而磁通发生变动。此时，在活性区域中磁通较大地发生变动，在饱和区域中不像活性区域变动那么大。在直流偏压分量达到正或者负时的任意一方中，磁通是否达到饱和区域由永久磁铁的磁极的极性而定。也就是说，由永久磁铁的N极以及S极的任意一极是否朝向d轴的正方向而定。另外，磁通的变动可以在基于响应观测指令而从电机流出的反馈电流来运算出的响应电压中观测。因此，能够根据直流偏压分量为正的期间中的响应电压的第1振幅与为负的期间中的响应电压的第2振幅的大小关系，来判定永久磁铁的极性。不仅能够在直流偏压分量的正负切换定时等过渡期进行判定，也能够根据直流偏压分量为正以及负的稳定的期间的响应来进行判定，因此可以进行稳定的判定。即，在永磁式同步电机停止时，可以不使用旋转传感器来稳定地判别该电机的磁极的极性。