[发明专利]用于同步电机及逆变器装置的无传感器控制装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2011年8月29日提交的日本专利申请No.2011-186126和2012年6月4日提交的专利申请No.2012-127546的优先权权益，在此通用引用将这两个专利申请的全部内容并入本文。

技术领域

本文描述的实施例大体涉及无传感器控制装置，该无传感器控制装置通过计算来估计永磁转子的旋转角度，并且控制脉宽调制(PWM)逆变器来驱动同步电机。

背景技术

用于交流同步电机的控制装置通常需要检测转子的旋转角度的检测器以执行对同步电机的驱动控制。然而，使用检测器的驱动装置具有下述作为示例的问题。

首先，检测器的存在增大了整个驱动系统的体积。该增大阻碍了来自有限的安装空间中的同步机器的输出的增强。再者，需要对检测器本身的维护工作。由此恶化了维护工作的效率。第三，在检测器的信号线上叠加了噪音。由此，检测值被干扰，并且控制性能恶化。第四，大多数检测器需要用于驱动它们自身的电源，并且需要提供与用于驱动同步电机的电源不同的系统电源。这成为在电源安装空间、电源线及成本上增加负担的因素。

由于所述原因，已开发了一种控制方法，其中通过基于诸如电流或电压之类的电气信息的计算来估计旋转角度，以驱动同步电机，以及通过使用所估计的旋转角度而不使用检测器来执行驱动控制。该控制方法一般被称为“无传感器控制”。

作为现有技术，其提供了一种对包括这样的无传感器控制单元的同步电机的控制装置中的停机状态和低速状态尤其有效的方法，存在一种使用PWM逆变器来驱动同步电机的系统。在该系统中，将处于与同步电机的工作频率相比足够高的频率的高频电压指令叠加到控制逆变器的控制装置的控制指令上。这样的装置通过检测与所叠加的高频电压指令相对应的分量来获得旋转角度的估计误差信息，该分量来自由于该高频电压指令而产生的高频电流响应。通过使用该信息来估计旋转角度。

上述用于同步电机的控制装置可以在不使用传感器的情况下控制同步电机，并且有效地以低成本提高维护性能。然而，如上所述，在检测高频电流响应中与高频电压指令相对应的分量的该方法中，需要流过期望的高频电流，并且与使用传感器的系统相比，期望的高频电流还存在损耗和噪声极端增加的问题。此外，为了稳定地估计旋转相位角，需要精细地调节高频指令和高频叠加方法的幅值和频率。为了通过将电机和控制装置实际组合来执行稳定工作，需要复杂耗时的调节。

另外，在已经提出以解决现有技术问题的方法中，计算由来自PWM逆变器的电压输出所产生的电流的高频分量，通过使用电感的空间分布来估计旋转角。

在所提出的上述方法中，当通过使用电感的空间分布来估计旋转相位角时，使用通过实际切换所产生的高频电流值来执行估计。因此，需要观测由PWM切换所引起的高频电流。然而，为了观测由切换所引起的高频电流，需要在接近切换的时刻采样电流。另外，在前述方法中，在由切换引起的尖峰噪声影响下，以高精度观测电流存在困难，而且需要特别考虑电流采样管理和噪声解决方案。

本文所描述的实施例用于解决上述问题，并且提供一种无传感器控制装置，该控制装置抑制由高频电流引起的损耗和噪声，以检测转子的旋转，而不需要特别关注电流的观测。

发明内容

一般地，根据一个实施例，提供一种用于同步电机的无传感器控制装置，其包括：PWM处理单元，其基于三相电压指令与PWM载波之间的比较对该三相电压指令进行脉宽调制，并且由此产生用于逆变器的门指令；高频电压计算器，其通过计算不低于PWM载波的载波频率的多个频率的正弦分量和余弦分量中的至少一个来获得高频电压分量，所述分量包含在PWM处理单元的输出或等效输出值中；高频电流计算器，其通过计算具有不低于载波频率的多个频率的正弦分量和余弦分量中的至少一个来获得高频电流分量，所述分量包含在由逆变器所驱动的同步电机的电流响应值中；以及估计角度计算器，其基于每个均包括高频电压分量和高频电流分量的多个对来计算表示同步电机旋转角估计值的估计相位角，该高频电压分量和高频电流分量分别包含相等频率的余弦分量或正弦分量，至少针对两个不同频率来获得该对。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的无传感器控制装置的配置的框图；

图2示出与矢量控制有关的坐标系统的定义；

图3示出了由PWM处理所产生的门指令(gate command)和电压指令；

图4示出了在a-b坐标系统下与门指令相对应的电压矢量；

图5示出了PWM电压指令的频率分量；

图6是示出了高频电压计算器8的示例配置的框图；