本發(fā)明涉及具備檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置的磁傳感器的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。
背景技術(shù):
在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置等所使用的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中,為了降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),要求高精度地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角度位置。然而,存在有檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置的磁傳感器的檢測(cè)精度受到電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響而下降的問(wèn)題。
作為用于解決該問(wèn)題的以往的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī),通過(guò)在電動(dòng)機(jī)的電樞和磁傳感器之間配置蓋部,抑制電樞產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響使其不波及到傳感器,從而提高檢測(cè)角度位置的精度(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
此外,作為其它的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī),通過(guò)設(shè)置磁感應(yīng)部與保持傳感器磁體的托架抵接,使磁傳感器能高精度地檢測(cè)傳感器磁體的磁場(chǎng)(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
此外,作為旋轉(zhuǎn)變壓器裝置,參照通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)到的角度信號(hào)對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行頻率分析來(lái)計(jì)算每個(gè)頻率分量的檢測(cè)誤差,并且利用合成檢測(cè)誤差而獲得的推定角度誤差信號(hào)來(lái)校正角度信號(hào),從而提高角度位置的檢測(cè)精度(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)2008-219995號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利特開(kāi)2013-7731號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本專(zhuān)利特開(kāi)2009-156852號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
然而,現(xiàn)有技術(shù)中,存在如下問(wèn)題。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1中,通過(guò)設(shè)置蓋部來(lái)使電樞產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響不波及到傳感器,但由于追加蓋部,有可能會(huì)產(chǎn)生成本增加、生產(chǎn)性惡化以及產(chǎn)品整體質(zhì)量增加的問(wèn)題。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2中,通過(guò)設(shè)置磁感應(yīng)部來(lái)抑制期望檢測(cè)的磁場(chǎng)之外的磁場(chǎng)的影響,但也同樣地,追加磁感應(yīng)部有可能會(huì)產(chǎn)生成本增加、生產(chǎn)性惡化以及產(chǎn)品整體質(zhì)量增加的問(wèn)題。
專(zhuān)利文獻(xiàn)3中,利用每個(gè)頻率分量的檢測(cè)誤差獲得推定角度誤差信號(hào),從而能夠降低各頻率分量的角度誤差,但由于不區(qū)分已知原因的階次分量誤差和未知原因的階次分量誤差進(jìn)行合成和校正,因此有可能會(huì)導(dǎo)致校正過(guò)多或校正不足。此外,為了對(duì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)到的角度信號(hào)進(jìn)行頻率分析而利用傅里葉變換,從而需要過(guò)去多個(gè)周期部分的數(shù)據(jù),因此與單純的校正相比處理負(fù)荷增大,導(dǎo)致在儲(chǔ)存至ram的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生了錯(cuò)誤等情況下可能出現(xiàn)誤學(xué)習(xí)。
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的,其目的在于獲得一種能高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置、簡(jiǎn)單且低成本的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。
解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案
本發(fā)明涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置控制通過(guò)流過(guò)定子的電樞繞組的多相交流電流形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī),該交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的特征在于,包括:逆變器,該逆變器將電壓施加至交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電樞繞組;逆變器連接部,該逆變器連接部連接電樞繞組和逆變器;磁場(chǎng)發(fā)生器,該磁場(chǎng)發(fā)生器通過(guò)與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生用于檢測(cè)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角的角度檢測(cè)用磁場(chǎng);角度檢測(cè)器,該角度檢測(cè)器將磁場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)的相互垂直的兩個(gè)分量作為正弦信號(hào)和余弦信號(hào)進(jìn)行檢測(cè);以及控制運(yùn)算部,該控制運(yùn)算部基于交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電流指令、以及根據(jù)正弦信號(hào)和余弦信號(hào)獲得的角度信息來(lái)控制施加至逆變器的電壓,控制運(yùn)算部具有角度校正運(yùn)算部,該角度校正運(yùn)算部利用校正信號(hào)對(duì)流過(guò)逆變器連接部的多相交流電流產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)所造成的角度信息的誤差進(jìn)行校正,并作為校正后電氣角進(jìn)行輸出,該校正信號(hào)的相位和振幅由流過(guò)逆變器連接部的多相交流電流的電流矢量、以及由逆變器連接部和角度檢測(cè)器的相對(duì)位置關(guān)系決定的相位校正常數(shù)以及振幅校正常數(shù)來(lái)決定,該控制運(yùn)算部基于校正后電氣角控制逆變器。
發(fā)明效果
本發(fā)明中,利用校正信號(hào)對(duì)流過(guò)逆變器連接部的多相交流電流產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)所造成的角度信息的誤差進(jìn)行校正,該校正信號(hào)的相位和振幅由逆變器連接部和角度檢測(cè)器的相對(duì)位置關(guān)系、以及多相交流電流的電流矢量來(lái)決定。其結(jié)果是,可獲得能高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置、簡(jiǎn)單且低成本的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。
附圖說(shuō)明
圖1是將本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)與交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)一并表示的示意圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度檢測(cè)器和逆變器連接部的相對(duì)位置關(guān)系的剖視圖以及側(cè)視圖。
圖3是表示旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電流矢量的說(shuō)明圖。
圖4是將本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置與交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)一并表示的框圖。
圖5a是本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第一框圖。
圖5b是本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第二框圖。
圖5c是本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第三框圖。
圖6a是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第一框圖。
圖6b是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第二框圖。
圖7a是本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第一框圖。
圖7b是本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第二框圖。
圖8a是本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第一框圖。
圖8b是本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第二框圖。
圖8c是本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第三框圖。
圖9a是本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第一框圖。
圖9b是本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第二框圖。
圖10a是本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第一框圖。
圖10b是本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部的第二框圖。
圖11是將本發(fā)明的實(shí)施方式7涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)與交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)一并表示的示意圖。
圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式8涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度檢測(cè)器和逆變器連接部的相對(duì)位置關(guān)系的剖視圖以及側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
以下,利用附圖,對(duì)本發(fā)明中交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。此外,各圖中對(duì)相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的標(biāo)號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施方式1
圖1是將本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)與交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)一并表示的示意圖。圖1所示的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置是控制交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的裝置,構(gòu)成為包括逆變器2、磁場(chǎng)發(fā)生器3、角度檢測(cè)器4、逆變器連接部5、以及控制運(yùn)算部7。
交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1包括轉(zhuǎn)子以及定子,利用定子的電樞繞組中流過(guò)的三相交流電流形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
此外,以下的說(shuō)明中,為了方便,假設(shè)永磁體型同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)作為交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1,但本實(shí)施方式1的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1不限于這種方式。例如交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1也可以是勵(lì)磁繞組型同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
在交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的極對(duì)數(shù)p不為1的情況下,作為交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣性周期的相位的電氣角θe、和作為交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的機(jī)械性周期的相位的機(jī)械角θm的變化率不同。例如,在極對(duì)數(shù)為2的情況下,電氣角θe以機(jī)械角θm兩倍的速度變化。使用極對(duì)數(shù)p以及機(jī)械角θm,通過(guò)下式(1)來(lái)表示電氣角θe。
[數(shù)學(xué)式1]
θe=pθn(1)
逆變器2根據(jù)控制運(yùn)算部7輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān),從而對(duì)從直流電源所提供的直流電壓進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換。功率轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)由逆變器連接部5被施加至交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電樞繞組。逆變器2根據(jù)電氣角θe向交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電樞繞組適當(dāng)?shù)厥┘与妷簛?lái)使三相交流電流流動(dòng),從而產(chǎn)生交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的轉(zhuǎn)矩。
逆變器連接部5連接交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電樞繞組和逆變器2。如圖1所示,本實(shí)施方式1的逆變器連接部5由分別流過(guò)三相交流電流的u相、v相、w相的三根連接線(xiàn)構(gòu)成。
磁場(chǎng)發(fā)生器3通過(guò)與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生用于檢測(cè)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械角的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)。作為磁場(chǎng)發(fā)生器3例如能利用設(shè)在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸一端的永磁體。
由于磁場(chǎng)發(fā)生器3與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn),因此磁場(chǎng)發(fā)生器3的旋轉(zhuǎn)角θsm與交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的機(jī)械角θm相等,下式(2)成立。此外,下式(2)是旋轉(zhuǎn)角θsm以及機(jī)械角θm的初始相位一致時(shí)的數(shù)學(xué)式,在初始相位不同時(shí),偏移初始相位差這部分的量即可。
[數(shù)學(xué)式2]
θm=θsm(2)
角度檢測(cè)器4檢測(cè)磁場(chǎng)發(fā)生器3產(chǎn)生的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)的相互垂直的兩個(gè)分量作為正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos。作為角度檢測(cè)器4,例如能利用設(shè)在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸的延長(zhǎng)線(xiàn)上與磁場(chǎng)發(fā)生器3相對(duì)的位置上的磁傳感器。
這里,角度檢測(cè)器4本身的軸倍角psns不為1時(shí),與之前的電氣角θe同樣地,角度檢測(cè)器4的檢測(cè)角θsns和磁場(chǎng)發(fā)生器3的旋轉(zhuǎn)角θsm的變化率不同。利用角度檢測(cè)器4的軸倍角psns以及磁場(chǎng)發(fā)生器3的旋轉(zhuǎn)角θsm,通過(guò)下式(3)來(lái)表示檢測(cè)角θsns。
[數(shù)學(xué)式3]
此外,上式(3)示出了角度檢測(cè)器4檢測(cè)到的正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的最大振幅相等且相位差為π/2的情況,即,示出了正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的偏移誤差均為0的情況下的數(shù)學(xué)式。在存在偏移誤差時(shí),例如下式(4)所示,通過(guò)分別偏移正弦信號(hào)vsin的偏移誤差esin_ofs、余弦信號(hào)vcos的偏移誤差ecos_ofs,從而能校正上式(3)。
[數(shù)學(xué)式4]
這里,由于如上文所述數(shù)學(xué)式(2)成立,因此交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe可利用交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的極對(duì)數(shù)p、角度檢測(cè)器4的軸倍角psns以及檢測(cè)角θsns,由下式(5)來(lái)表示。即,交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe用交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的極對(duì)數(shù)與角度檢測(cè)器4的軸倍角的比即kp乘以檢測(cè)角θsns來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式5]
控制運(yùn)算部7利用根據(jù)角度檢測(cè)器4檢測(cè)到的正弦信號(hào)以及余弦信號(hào)獲得的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe,例如對(duì)流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,并進(jìn)行反饋控制使其與電流指令的偏差為零。不言自明,只要能獲得所期望的電流,則利用交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1以及逆變器2的各要素、電氣角θe進(jìn)行前饋控制等其它方法也能獲得同樣的效果??刂七\(yùn)算部7例如由具有cpu(centralprocessingunit:中央處理單元)和儲(chǔ)存有程序的儲(chǔ)存部的微處理器構(gòu)成。
接著,對(duì)流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流在角度檢測(cè)器4的位置產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)進(jìn)行說(shuō)明。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度檢測(cè)器4和逆變器連接部5的相對(duì)位置關(guān)系的剖視圖以及側(cè)視圖。圖2(a)中示出作為角度檢測(cè)器4的兩個(gè)檢測(cè)軸的x軸以及y軸。此外,在圖2(b)中示出沿著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸的z軸。x軸、y軸及z軸相互正交。
圖2中示出角度檢測(cè)器4和逆變器連接部5的相對(duì)距離r以及相對(duì)角度θ。這里,相對(duì)距離r以及相對(duì)角度θ的角標(biāo)表示各相。相對(duì)距離r利用其y軸分量ly1、以及相對(duì)角度θ由下式(6)的方式來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式6]
圖2中示出了將逆變器連接部5配置在比角度檢測(cè)器4更靠y軸正方向側(cè)(右側(cè))的例子,因此由下式(7)的方式來(lái)表示。此外,逆變器連接部5也可配置在比角度檢測(cè)器4更靠y軸負(fù)方向側(cè)(左側(cè))。也可配置為使逆變器連接部5的三相分散在y軸的右側(cè)、左側(cè)的形式。該情況下,只要將配置于左側(cè)的相的關(guān)聯(lián)式的右邊乘上-1即可。
[數(shù)學(xué)式7]
如圖2(b)所示,以角度檢測(cè)器4的位置為基準(zhǔn),將逆變器連接部5的長(zhǎng)度中的z軸的正方向側(cè)的長(zhǎng)度設(shè)為lz1、z軸的負(fù)方向側(cè)的長(zhǎng)度設(shè)為lz2。將逆變器連接部5的z軸的正方向側(cè)的端部和角度檢測(cè)器4所呈的相對(duì)角度設(shè)為θ1、將逆變器連接部5的z軸的負(fù)方向側(cè)的端部和角度檢測(cè)器4所呈的相對(duì)角度設(shè)為θ2。
這時(shí),流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流iu1、iv1、iw1在角度檢測(cè)器4的位置所產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)bi由下式(8)來(lái)表示。這里,μ0表示真空的磁導(dǎo)率。
[數(shù)學(xué)式8]
圖3是表示旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電流矢量的說(shuō)明圖。若將電流矢量的絕對(duì)值設(shè)為i,相對(duì)于q軸的相位角設(shè)為θβ,則電流矢量的d軸分量id以及q軸分量iq由下式(9)表示。
[數(shù)學(xué)式9]
利用上式(3)以及(5),根據(jù)角度檢測(cè)器4檢測(cè)到的正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos獲得交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe,因此流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流由下式(10)來(lái)表示。這里,√2×irms是三相交流電流的振幅。
[數(shù)學(xué)式10]
另外,在上式(10)中,為了方便而將三相交流電流設(shè)為正弦波,且僅示出了電氣角θe的一階(基本周期)分量,但例如如梯形波驅(qū)動(dòng)的情況等那樣,在包含有電氣角θe的高階分量的情況下,只要對(duì)上式(10)追加包含電氣角θe的n階分量(n為2以上的自然數(shù))的項(xiàng)即可(例如表示為傅里葉級(jí)數(shù)即可)。
利用上式(7)、(8)以及(10),流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流在角度檢測(cè)器4的位置產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)bi由下式(11)來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式11]
另一方面,磁場(chǎng)發(fā)生器3在角度檢測(cè)器4的位置產(chǎn)生的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)bbase由下式(12)給出。
[數(shù)學(xué)式12]
從而,角度檢測(cè)器4實(shí)際上檢測(cè)到上式(11)所示的噪聲磁場(chǎng)bi和上式(12)所示的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)bbase疊加后的由下式(13)來(lái)表示的合成磁場(chǎng)ball。
[數(shù)學(xué)式13]
例如,當(dāng)角度檢測(cè)用磁場(chǎng)bbase的大小為100(mt)左右,噪聲磁場(chǎng)bi的大小為1(mt)左右時(shí),在角度檢測(cè)器4的檢測(cè)值中疊加有約1%的誤差。
接著,說(shuō)明對(duì)角度檢測(cè)器4實(shí)際檢測(cè)的由上式(13)來(lái)表示的合成磁場(chǎng)ball中包含的上式(11)表示的噪聲磁場(chǎng)bi所產(chǎn)生的影響進(jìn)行校正的方法。
圖4是將本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置與交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)一并表示的電路圖。圖4所示的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置是控制交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的裝置,構(gòu)成為包括逆變器2、磁場(chǎng)發(fā)生器3、角度檢測(cè)器4、逆變器連接部5、電流檢測(cè)器6以及控制運(yùn)算部7。
直流電源8向逆變器2提供直流電壓vdc。作為直流電源8,例如能利用電池、dc-dc轉(zhuǎn)換器、二極管整流器、pwm整流器等輸出直流電壓的設(shè)備。
逆變器2根據(jù)控制運(yùn)算部7輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)qup~qwn控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)sup~swn,從而將從直流電源8所提供的直流電壓vdc轉(zhuǎn)換為三相交流。三相交流經(jīng)由逆變器連接部5被提供至交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電樞繞組。
這里,開(kāi)關(guān)信號(hào)qup、qun、qvp、qvn、qwp、qwn分別為用于使逆變器2的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)sup、sun、svp、svn、swp、swn導(dǎo)通和斷開(kāi)的控制信號(hào)。
作為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)sup~swn,例如能利用igbt、雙極型晶體管、mos功率晶體管等半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、反向并聯(lián)連接的二極管。
電流檢測(cè)器6設(shè)在逆變器2的各相的下橋臂和直流電源8的接地之間,檢測(cè)在逆變器連接部5的各相中流動(dòng)的三相交流電流iu1、iv1、iw1。此外,不檢測(cè)三相交流電流的全部三相,而利用三相交流電流的矢量和為0的特點(diǎn),可僅檢測(cè)兩相,通過(guò)計(jì)算獲取剩下的一相。此外,電流檢測(cè)器6也可以設(shè)在逆變器2的各相的上橋臂和直流電源8的正極側(cè)之間。進(jìn)一步地,電流檢測(cè)器6即使采用下述方式,也可計(jì)算出三相交流電流,即:為了確保電流檢測(cè)的時(shí)間而錯(cuò)開(kāi)逆變器2的開(kāi)關(guān)定時(shí)來(lái)檢測(cè)母線(xiàn)電流值。
控制運(yùn)算部7構(gòu)成為包括角度校正運(yùn)算部20以及電流控制部21。
角度校正運(yùn)算部20對(duì)流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)導(dǎo)致的正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的誤差進(jìn)行校正,并作為校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei進(jìn)行輸出。
這里,如圖4所示,角度校正運(yùn)算部20基于根據(jù)電流指令id*、iq*獲得的電流矢量計(jì)算噪聲磁場(chǎng)。電流矢量能根據(jù)電流檢測(cè)器6檢測(cè)的三相交流電流iu1、iv1、iw1來(lái)獲得。不言自明,為了去除噪聲也可以利用通過(guò)了低通濾波器等之后的值來(lái)獲得電流矢量。以下,對(duì)根據(jù)電流指令id*、iq*獲得電流矢量的情況進(jìn)行說(shuō)明。
電流控制部21利用校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei,將流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流iu1、iv1、iw1轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的檢測(cè)電流id1、iq1,并且為了使從外部輸入的電流指令id*、iq*和檢測(cè)電流id1、iq1變?yōu)橄嗟?,通過(guò)反饋控制計(jì)算電壓指令vu、vv、vw,通過(guò)進(jìn)行與該電壓指令vu、vv、vw對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制(pwm調(diào)制),向逆變器2輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)qup~qwn。
此外,也可以進(jìn)行適合交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的前饋控制來(lái)代替三相交流電流iu1、iv1、iw1的反饋控制,在該情況下,電流檢測(cè)器6以及電流檢測(cè)器6檢測(cè)的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值不再必須。
圖5a是本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部20的框圖。本實(shí)施方式1的角度校正運(yùn)算部20構(gòu)成為包括第一角度轉(zhuǎn)換部30、校正信號(hào)運(yùn)算部31、以及第二角度轉(zhuǎn)換部32。
第一角度轉(zhuǎn)換部30通過(guò)角度檢測(cè)器4檢測(cè)到的正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos,依據(jù)上式(3)計(jì)算檢測(cè)角θsns,再依據(jù)上式(5)計(jì)算電氣角θe,作為角度信息進(jìn)行輸出。
校正信號(hào)運(yùn)算部31根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和由第一角度轉(zhuǎn)換部30獲得的角度信息即電氣角θe,依據(jù)下式(14),計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos。
[數(shù)學(xué)式14]
作為正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的計(jì)算所使用的電流矢量,如前文所述,可以利用電流指令id*、iq*,也可以利用電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1。
這里,相位校正常數(shù)δx、δy是由逆變器連接部5和角度檢測(cè)器4的相對(duì)位置關(guān)系來(lái)決定的常數(shù),如上式(11)所示來(lái)求出。振幅校正常數(shù)ksin、kcos也是由逆變器連接部5和角度檢測(cè)器4的相對(duì)位置關(guān)系來(lái)決定的常數(shù),如下式(15)所示來(lái)求出。
[數(shù)學(xué)式15]
此外,振幅校正常數(shù)ksin、kcos與角度檢測(cè)器4輸出的正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的基波振幅asin、acos成正比,基波振幅asin、acos若不隨著環(huán)境溫度變化、歷時(shí)老化而變化,則也可以為常數(shù)。另一方面,在基波振幅隨著環(huán)境溫度變化、歷時(shí)老化而變化的情況下,也可將基波振幅asin、acos設(shè)為溫度或時(shí)間的變量。此外,在基波振幅的變動(dòng)較大的情況下,振幅校正常數(shù)也可以通過(guò)使用實(shí)際的基波振幅,并乘以基波振幅以外的部分來(lái)獲得。
這里,若比較上式(10)和上式(14)可知,正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos通過(guò)對(duì)流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流iu1、iv1、iw1調(diào)整相位以及振幅后而得到。具體而言,上式(14)是通過(guò)對(duì)下式(16)所示的基本交流電流hbase,將相位與相位校正常數(shù)δx或δy相加,并將振幅與振幅校正常數(shù)ksin或kcos相乘而得到。
[數(shù)學(xué)式16]
hbase=irmssin(θe+θβ)(16)
即,正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos表示為具有如下振幅值和相位值的正弦波,該振幅值是將由電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1決定的電流矢量的絕對(duì)值乘以振幅校正常數(shù)后得到的振幅值,該相位值是將由電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1決定的電流矢量相對(duì)于q軸的相位角θβ加上電氣角θe以及相位校正常數(shù)后得到的相位值。
由逆變器連接部5和角度檢測(cè)器4的相對(duì)位置關(guān)系決定的相位校正常數(shù)以及振幅校正常數(shù)事先進(jìn)行計(jì)算,例如可儲(chǔ)存至控制運(yùn)算部7的未圖示的儲(chǔ)存部。此外,在基波振幅的變動(dòng)較大的情況下,振幅校正常數(shù)儲(chǔ)存基波振幅以外的部分,并在使用時(shí)乘以基波振幅即可。從而,若利用上式(14),則僅通過(guò)對(duì)基本交流電流hbase調(diào)整相位以及振幅,就能通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)算出正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos。
第二角度轉(zhuǎn)換部32根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos、與正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的差分信號(hào),依據(jù)上式(3)以及(5),計(jì)算校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei。
圖5a中,將計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos所使用的角度信息設(shè)為電氣角θe,但也可采用使用了檢測(cè)角θsns的圖5b那樣的角度校正運(yùn)算部20a。圖5b所示的角度校正運(yùn)算部20a與圖5a的角度校正運(yùn)算部20相比,第一角度轉(zhuǎn)換部30a以及校正信號(hào)運(yùn)算部31a不同。
圖5b中,第一角度轉(zhuǎn)換部30a根據(jù)角度檢測(cè)器4檢測(cè)到的正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos,依據(jù)上式(3)計(jì)算檢測(cè)角θsns作為角度信息。
校正信號(hào)運(yùn)算部31a根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和由第一角度轉(zhuǎn)換部30a獲得的角度信息即檢測(cè)角θsns,依據(jù)下式(17),計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos。
[數(shù)學(xué)式17]
也可以采用圖5c那樣的角度校正運(yùn)算部20b。圖5c所示的角度校正運(yùn)算部20b與圖5b的角度校正運(yùn)算部20a相比,第二角度轉(zhuǎn)換部32a以及第三角度轉(zhuǎn)換部35不同。
圖5c中,第二角度轉(zhuǎn)換部32a根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos、與正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的差分信號(hào),依據(jù)上式(3),計(jì)算校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei。
第三角度轉(zhuǎn)換部35根據(jù)校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei,依據(jù)上式(5),計(jì)算校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei。
圖5b以及圖5c的任一種結(jié)構(gòu)中,均能夠獲得與圖5a的結(jié)構(gòu)同樣的效果。圖5a、圖5b以及圖5c是角度校正運(yùn)算部的結(jié)構(gòu)的例子,只要作為校正信號(hào)運(yùn)算部的輸入的角度信息是將根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos獲得的角度放大常數(shù)倍而得到的,則能在校正信號(hào)運(yùn)算部中作為校正信號(hào)使用。在檢測(cè)角θsns和電氣角θe的初始相位存在偏差的情況下,顯然不應(yīng)簡(jiǎn)單地放大常數(shù)倍而是需要對(duì)偏移部分的量進(jìn)行調(diào)整。
從而,通過(guò)使用噪聲磁場(chǎng)bi的影響降低后的校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei來(lái)代替包含噪聲磁場(chǎng)bi的影響的電氣角θe,能高精度地檢測(cè)電氣角θe。
利用該校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei能實(shí)施電流控制部21的計(jì)算,從而在從三相交流電流iu1、iv1、iw1向檢測(cè)電流id1、iq1進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí),能減少或去除在根據(jù)電壓指令獲得開(kāi)關(guān)信號(hào)qup~qwn時(shí)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等時(shí)所疊加的誤差分量,能獲得可抑制電流脈動(dòng)這樣的以往沒(méi)有的效果,其中,上述電壓指令通過(guò)對(duì)電流指令id*、iq*使用前饋控制或反饋控制等方法而獲得。
例如,在將本實(shí)施方式1的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置用于對(duì)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行輔助時(shí),由于抑制了交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)矩中所包含的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),因此能獲得舒適的轉(zhuǎn)向感。
此外,以上的說(shuō)明中,在逆變器連接部5中流過(guò)三相交流電流,但即使在逆變器連接部5中流過(guò)三相以上的多相交流電流,也能獲得同樣的效果。
以上的說(shuō)明中,三相交流電流僅由電氣角θe的一階(基本周期)分量來(lái)表示,但在上式(10)中,即使在含有包含電氣角θe的n階分量(n為2以上的自然數(shù))的項(xiàng)的情況(例如以傅里葉級(jí)數(shù)表示的情況)下,根據(jù)電磁場(chǎng)疊加的性質(zhì),也能利用同樣的步驟,獲得相當(dāng)于上式(14)的數(shù)學(xué)式。
即,在三相交流電流中包含比電氣角θe更高階分量的情況下,在正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos中,還包含具有如下振幅值和相位值的n階正弦波的項(xiàng),該振幅值是將電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量的絕對(duì)值乘以振幅校正常數(shù)后得到的振幅值,該相位值是將電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量相對(duì)于q軸的相位角θβ加上電氣角θe的n階分量(n為2以上的自然數(shù))以及相位校正常數(shù)后得到的相位值。
以上的說(shuō)明中,假設(shè)為逆變器連接部5的全部連接線(xiàn)中正常流過(guò)三相交流電流的正常時(shí)的動(dòng)作,但在某幾根連接線(xiàn)中未流過(guò)三相交流電流的故障時(shí),也能利用相同的步驟,獲得相當(dāng)于上式(14)的數(shù)學(xué)式。
因此,即使在三相交流電流中的某幾相未提供至逆變器連接部5的故障時(shí),依據(jù)相當(dāng)于上式(14)的數(shù)學(xué)式,通過(guò)計(jì)算電流流過(guò)的連接線(xiàn)中的正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos,也能校正噪聲磁場(chǎng)產(chǎn)生的角度檢測(cè)器4的誤差。此外,在相當(dāng)于上式(14)的數(shù)學(xué)式難以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式表示的情況下,也可以將與電氣角對(duì)應(yīng)的波形值預(yù)先準(zhǔn)備成表格。
此外,本實(shí)施方式1中,校正了正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos雙方,但在某一方的誤差較小時(shí)等情況下通過(guò)僅校正一方也能獲得相同的效果。此外,即使雙方的誤差相同,而由于處理負(fù)荷的原因等僅校正正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin或余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos中的一方,當(dāng)然也能獲得角度校正的效果,只是效果較小。
如上文所述,在實(shí)施方式1中,利用校正信號(hào)對(duì)流過(guò)逆變器連接部的多相交流電流產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)所造成的角度檢測(cè)器的檢測(cè)誤差進(jìn)行校正,該校正信號(hào)的相位和振幅由逆變器連接部和角度檢測(cè)器的相對(duì)位置關(guān)系、以及多相交流電流的值來(lái)決定。其結(jié)果可獲得能高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置的、簡(jiǎn)單且低成本的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。
實(shí)施方式2
圖6a是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部20c的框圖。圖6a所示的本實(shí)施方式2的角度校正運(yùn)算部20c與之前的實(shí)施方式1的圖5a進(jìn)行比較,不同點(diǎn)在于,校正信號(hào)運(yùn)算部31輸入校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次值θe_h(yuǎn)osei_old來(lái)代替電氣角θe。
校正信號(hào)運(yùn)算部31根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和校正后電氣角的上次值θe_h(yuǎn)osei_old,依據(jù)下式(18),計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos。
[數(shù)學(xué)式18]
上次值獲取部33是獲取上次值的模塊,這里將上次運(yùn)算時(shí)獲得的校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei作為上次值θe_h(yuǎn)osei_old來(lái)獲取。
此外,圖6a中,構(gòu)成為在計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos時(shí)利用校正后電氣角的上次值θe_h(yuǎn)osei_old,但也可以采用使用了校正后檢測(cè)角的上次值θsns_h(yuǎn)osei_old的圖6b那樣的角度校正運(yùn)算部20d。圖6b所示的角度校正運(yùn)算部20d與圖6a的角度校正運(yùn)算部20c相比,校正信號(hào)運(yùn)算部31a、第二角度轉(zhuǎn)換部32a以及第三角度轉(zhuǎn)換部35不同。
圖6b中,校正信號(hào)運(yùn)算部31a根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和由上次值獲取部33獲得的角度信息即校正后檢測(cè)角的上次值θsns_h(yuǎn)osei_old,依據(jù)下式(19),計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos。
[數(shù)學(xué)式19]
第二角度轉(zhuǎn)換部32a根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos、與正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的差分信號(hào),依據(jù)上式(3),計(jì)算校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei。
第三角度轉(zhuǎn)換部35根據(jù)校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei,依據(jù)上式(5),計(jì)算校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei。
圖6b的結(jié)構(gòu)中,也能獲得與圖6a的結(jié)構(gòu)相同的效果。另外,圖6a以及圖6b是角度校正運(yùn)算部的結(jié)構(gòu)的例子,只要作為校正信號(hào)運(yùn)算部的輸入的角度信息是將根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos、與正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的差分信號(hào)獲得的檢測(cè)角θsns放大常數(shù)倍而得到的,則能在校正信號(hào)運(yùn)算部中作為校正信號(hào)使用。在檢測(cè)角θsns和電氣角θe的初始相位存在偏差的情況下,顯然不應(yīng)簡(jiǎn)單地乘以常數(shù)倍而是需要對(duì)偏移部分進(jìn)行調(diào)整。
作為正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的計(jì)算所使用的電流矢量,如圖6a所示,可以利用電流指令id*、iq*,也可以利用電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值。
此外,本實(shí)施方式2中,校正了正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos雙方,但在某一方的誤差較小時(shí)等情況下,僅校正一方也能獲得相同的效果。此外,即使雙方的誤差相同,而由于處理負(fù)荷等原因僅校正正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin或余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos中的一方,當(dāng)然也能獲得角度校正的效果,只是效果較小。
其它的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作與之前的實(shí)施方式1相同,因此省略說(shuō)明。
如上文所述,實(shí)施方式2中,角度校正運(yùn)算部將校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei或校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次值設(shè)為校正信號(hào)運(yùn)算部中使用的角度信息,來(lái)代替檢測(cè)角θsns或電氣角θe,從而能以角度誤差較小的信號(hào)為基礎(chǔ)生成校正信號(hào),因此可獲得能生成高精度的校正信號(hào)這樣以往沒(méi)有的效果。
實(shí)施方式3
圖7a是本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部20e的框圖。圖7a所示的本實(shí)施方式3的角度校正運(yùn)算部20e與之前的實(shí)施方式2的圖6a相比,不同點(diǎn)在于,具備旋轉(zhuǎn)變化校正部34,該旋轉(zhuǎn)變化校正部34基于交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe的時(shí)間變化率ωe,對(duì)校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次的運(yùn)算值進(jìn)行校正。
旋轉(zhuǎn)變化校正部34通過(guò)加上根據(jù)校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次計(jì)算時(shí)起到本次計(jì)算時(shí)為止的時(shí)間δt、和交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe的時(shí)間變化率ωe的積獲得的角度變化量,從而如下式(20)所示,對(duì)由上次值獲取部33獲取的角度信息即校正后電氣角的上次值θe_h(yuǎn)osei_old進(jìn)行校正,然后作為第二校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei2輸出。這里,根據(jù)上次值計(jì)算時(shí)起到本次計(jì)算時(shí)為止的時(shí)間δt、和交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe的時(shí)間變化率ωe的積獲得角度變化量,但只要能獲得上次值計(jì)算時(shí)和本次計(jì)算時(shí)之間的角度變化量,則可以是其他方法。
[數(shù)學(xué)式20]
θe_hosei2=θe_hosei_old+ωeδt(20)
校正信號(hào)運(yùn)算部31根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和第二校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei2,依據(jù)下式(21),計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos。
[數(shù)學(xué)式21]
圖7a中,構(gòu)成為在計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos時(shí)利用第二校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei2,但也可以采用使用了第二校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei2的圖7b那樣的角度校正運(yùn)算部20f。
旋轉(zhuǎn)變化校正部34a通過(guò)加上校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei的上次值計(jì)算時(shí)起到本次計(jì)算時(shí)為止的時(shí)間δt和交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的檢測(cè)角θsns的時(shí)間變化率ωe的積,從而如下式(22)所示,對(duì)由上次值獲取部33獲取的角度信息即校正后檢測(cè)角的上次值θsns_h(yuǎn)osei_old進(jìn)行校正,并作為第二校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei2輸出。這里,根據(jù)上次值計(jì)算時(shí)起到本次計(jì)算時(shí)為止的時(shí)間δt、和交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的檢測(cè)角θsns的時(shí)間變化率ωs的積來(lái)獲得角度變化量,但只要能獲得上次值計(jì)算時(shí)和本次計(jì)算時(shí)之間的角度變化量,也可以是其他方法。
[數(shù)學(xué)式22]
θsns_hosei2=θsns_hosei_old+ωsδt(22)
校正信號(hào)運(yùn)算部31根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和第二校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei2,依據(jù)下式(23),計(jì)算正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos。
[數(shù)學(xué)式23]
另外,作為正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的計(jì)算所使用的電流矢量,可以如圖7a所示,利用電流指令id*、iq*,也可以利用電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值。
此外,本實(shí)施方式3中,校正了正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos雙方,但在某一方的誤差較小等情況下,僅校正一方也能獲得相同的效果。此外,即使雙方的誤差相同,而由于處理負(fù)荷的原因等僅校正正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin或余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos中的一方,當(dāng)然也能獲得角度校正的效果,只是效果較小。
其它的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作與之前的實(shí)施方式1相同,因此省略說(shuō)明。
如上文所述,實(shí)施方式3中,對(duì)校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei的上次值或校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次值加上從上次計(jì)算時(shí)到本次計(jì)算時(shí)為止發(fā)生了變化的角度變化量,將由此獲得的角度推定値作為在校正信號(hào)運(yùn)算部中使用的角度信息,從而可獲得即使在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)也能更高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置這樣以往沒(méi)有的效果。
實(shí)施方式4
圖8a是本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部20g的框圖。圖8a所示的本實(shí)施方式4的角度校正運(yùn)算部20g與之前的實(shí)施方式1的圖5a相比,不同點(diǎn)在于校正信號(hào)運(yùn)算部31b輸出hθe作為校正信號(hào),利用hθe校正電氣角θe。
校正信號(hào)運(yùn)算部31根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和電氣角θe,依據(jù)下式(24),計(jì)算電氣角校正信號(hào)hθe。
[數(shù)學(xué)式24]
校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei通過(guò)從電氣角θe減去電氣角校正信號(hào)hθe來(lái)計(jì)算。
這里,三相交流電流僅由電氣角θe的一階(基本周期)分量來(lái)表示,但在上式(10)中含有包含電氣角θe的n階分量(n為2以上的自然數(shù))的項(xiàng)的情況(例如以傅里葉級(jí)數(shù)表示的情況)下,根據(jù)電磁場(chǎng)的疊加的性質(zhì),也能利用同樣的步驟,獲得相當(dāng)于上式(24)的數(shù)學(xué)式。
即,在三相交流電流中電氣角θe包含有高階分量的情況下,在電氣角校正信號(hào)hθe中,還包含具有如下振幅值和相位值的(n±psns/p)階正弦波的項(xiàng),該振幅值是將電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量的絕對(duì)值乘以振幅校正常數(shù)后得到的振幅值,該相位值是對(duì)電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量相對(duì)于q軸的相位角θβ加上電氣角θe的(n±psns/p)階分量(n為2以上的自然數(shù))以及相位校正常數(shù)后得到的相位值。
圖8a中,構(gòu)成為在計(jì)算電氣角校正信號(hào)hθe時(shí)利用電氣角θe,但也可以采用將檢測(cè)角θsns作為校正信號(hào)運(yùn)算部中使用的角度信息的圖8b所示的角度校正運(yùn)算部20h。圖8b那樣的角度校正運(yùn)算部20h與圖8a的角度校正運(yùn)算部20g相比,第一角度轉(zhuǎn)換部30a、校正信號(hào)運(yùn)算部31c以及第三角度轉(zhuǎn)換部35不同。
圖8b中,校正信號(hào)運(yùn)算部31c根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和由第一角度轉(zhuǎn)換部30a獲得的角度信息即檢測(cè)角θsns,依據(jù)下式(25),計(jì)算檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns。
[數(shù)學(xué)式25]
校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei通過(guò)從檢測(cè)角θsns減去檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns來(lái)計(jì)算。第三角度轉(zhuǎn)換部35根據(jù)校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei依據(jù)上式(5),計(jì)算校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei。
也可以采用圖8c那樣的角度校正運(yùn)算部20i。圖8c所示的角度校正運(yùn)算部20i與圖8a的角度校正運(yùn)算部20g相比,第一角度轉(zhuǎn)換部30a、校正信號(hào)運(yùn)算部31d以及第三角度轉(zhuǎn)換部35不同。
圖8a中,校正信號(hào)運(yùn)算部31d根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和由第一角度轉(zhuǎn)換部30a獲得的角度信息即檢測(cè)角θsns,依據(jù)下式(26),計(jì)算電氣角校正信號(hào)hθe。
[數(shù)學(xué)式26]
第三角度轉(zhuǎn)換部35根據(jù)檢測(cè)角θsns依據(jù)上式(5),計(jì)算電氣角θe。校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei通過(guò)從電氣角θe減去電氣角校正信號(hào)hθe來(lái)計(jì)算。
此外,圖8a、圖8b以及圖8c是角度校正運(yùn)算部的結(jié)構(gòu)的例子,只要作為校正信號(hào)運(yùn)算部的輸入的角度信息是將根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos獲得的角度放大常數(shù)倍而得到的,則能在校正信號(hào)運(yùn)算部中作為校正信號(hào)使用。檢測(cè)角θsns和電氣角θe的初始相位存在偏差的情況下,顯然不應(yīng)簡(jiǎn)單地放大常數(shù)倍而是需要對(duì)偏移部分的量進(jìn)行調(diào)整。
另外,作為檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns或電氣角校正信號(hào)hθe的計(jì)算所使用的電流矢量,可以如圖8a所示利用電流指令id*、iq*,也可以利用電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值。
其它的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作與之前的實(shí)施方式1相同,因此省略說(shuō)明。
如上文所述,實(shí)施方式4中,通過(guò)由校正信號(hào)運(yùn)算部計(jì)算檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns或電氣角校正信號(hào)hθe,從而獲得能在不使用正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的基波振幅的情況下用數(shù)量較少的校正信號(hào)校正角度誤差這樣以往沒(méi)有的效果。
實(shí)施方式5
圖9a是本發(fā)明的實(shí)施方式5涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部20j的框圖。圖9a所示的本實(shí)施方式5的角度校正運(yùn)算部20j與之前的實(shí)施方式4的圖8a進(jìn)行比較,不同點(diǎn)在于,校正信號(hào)運(yùn)算部31b輸入校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次值θe_h(yuǎn)osei_old來(lái)代替電氣角θe。
校正信號(hào)運(yùn)算部31b根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和校正后電氣角的上次值θe_h(yuǎn)osei_old,依據(jù)上式(24),計(jì)算電氣角校正信號(hào)hθe。
圖9a中,構(gòu)成為在計(jì)算電氣角校正信號(hào)hθe時(shí)利用電氣角θe,但也可以采用將檢測(cè)角θsns作為校正信號(hào)運(yùn)算部中使用的角度信息的圖9b所示的角度校正運(yùn)算部20k。圖9b所示的角度校正運(yùn)算部20k與圖9a的角度校正運(yùn)算部20j相比,校正信號(hào)運(yùn)算部31c、第一角度轉(zhuǎn)換部30a以及第三角度轉(zhuǎn)換部35不同。
圖9b中,校正信號(hào)運(yùn)算部31c根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和由上次值獲取部33獲得的角度信息即校正后檢測(cè)角的上次值θsns_h(yuǎn)osei_old,依據(jù)上式(25),計(jì)算檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns。
第三角度轉(zhuǎn)換部35根據(jù)校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei依據(jù)上式(26),計(jì)算校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei。
即使是圖9b的結(jié)構(gòu),也能獲得與圖9a的結(jié)構(gòu)相同的效果。此外,圖9a以及圖9b是角度校正運(yùn)算部的結(jié)構(gòu)的例子,只要作為校正信號(hào)運(yùn)算部的輸入的角度信息是將根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos獲得的角度放大常數(shù)倍而得到的,則能在校正信號(hào)運(yùn)算部中作為校正信號(hào)使用。檢測(cè)角θsns和電氣角θe的初始相位存在偏差的情況下,顯然不應(yīng)簡(jiǎn)單地放大常數(shù)倍而是需要對(duì)偏移部分的量進(jìn)行調(diào)整。
作為正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的計(jì)算所使用的電流矢量,可以如圖9a所示利用電流指令id*、iq*,也可以利用電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值。
其它的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作與之前的實(shí)施方式1相同,因此省略說(shuō)明。
如上文所述,實(shí)施方式5中,角度校正運(yùn)算部將校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei或校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次值設(shè)為校正信號(hào)運(yùn)算部中使用的角度信息,來(lái)代替檢測(cè)角θsns或電氣角θe,從而能以角度誤差較小的信號(hào)為基礎(chǔ)生成校正信號(hào),因此可獲得能生成高精度的校正信號(hào)這樣以往沒(méi)有的效果。
此外,通過(guò)計(jì)算檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns或電氣角校正信號(hào)hθe,從而獲得能在不使用正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的基波振幅的情況下用數(shù)量較少的校正信號(hào)校正角度誤差這樣以往沒(méi)有的效果。
實(shí)施方式6
圖10a是本發(fā)明的實(shí)施方式6涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度校正運(yùn)算部20i的框圖。圖10a所示的本實(shí)施方式6的角度校正運(yùn)算部20i與之前的實(shí)施方式5的圖9a相比,不同點(diǎn)在于,具備旋轉(zhuǎn)變化校正部34,該旋轉(zhuǎn)變化校正部34基于交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的電氣角θe的時(shí)間變化率ωe,對(duì)校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次的運(yùn)算值進(jìn)行校正。
利用旋轉(zhuǎn)變化校正部34計(jì)算校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei2的方法在之前的實(shí)施方式3中已進(jìn)行敘述,因此在這里省略說(shuō)明。
校正信號(hào)運(yùn)算部31b根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和第二校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei2,依據(jù)上式(24),計(jì)算電氣角校正信號(hào)hθe。
校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei通過(guò)從電氣角θe減去電氣角校正信號(hào)hθe來(lái)計(jì)算。
圖10a中,構(gòu)成為在計(jì)算電氣角校正信號(hào)hθe時(shí)利用第二校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei2,也可以采用使用了第二校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei2的圖10b那樣的角度校正運(yùn)算部20m。
校正信號(hào)運(yùn)算部31c根據(jù)從外部輸入的電流指令id*、iq*,依據(jù)上式(9)求出相位角θβ,并且根據(jù)電流矢量、相位角θβ和第二校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei2,依據(jù)上式(25),計(jì)算檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns。
第三角度轉(zhuǎn)換部35根據(jù)校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei依據(jù)上式(26),計(jì)算校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei。
即使是圖10b的結(jié)構(gòu),也能獲得與圖10a的結(jié)構(gòu)相同的效果。此外,圖10a以及圖10b是角度校正運(yùn)算部的結(jié)構(gòu)的例子,只要作為校正信號(hào)運(yùn)算部的輸入的角度信息是將根據(jù)正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos獲得的角度放大常數(shù)倍而得到的,則能在校正信號(hào)運(yùn)算部中作為校正信號(hào)使用。在檢測(cè)角θsns和電氣角θe的初始相位存在偏差的情況下,顯然不應(yīng)簡(jiǎn)單地放大常數(shù)倍而是需要對(duì)偏移部分的量進(jìn)行調(diào)整。
另外,作為檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns或電氣角校正信號(hào)hθe的計(jì)算所使用的電流矢量,如圖10a所示可以利用電流指令id*、iq*,也可以利用電流檢測(cè)器6檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值。
其它的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作與之前的實(shí)施方式1相同,因此省略說(shuō)明。
如上文所述,實(shí)施方式6中,對(duì)校正后檢測(cè)角θsns_h(yuǎn)osei的上次值或校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei的上次值加上從上次計(jì)算時(shí)到本次計(jì)算時(shí)為止發(fā)生了變化的角度變化量,將由此獲得的角度推定値作為在校正信號(hào)運(yùn)算部中使用的角度信息,從而可獲得即使在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)也能更高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置這樣以往沒(méi)有的效果。
此外,通過(guò)計(jì)算檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns或電氣角校正信號(hào)hθe,從而獲得能在不使用正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的基波振幅的情況下用數(shù)量較少的校正信號(hào)校正角度誤差這樣以往沒(méi)有的效果。
實(shí)施方式7
之前的實(shí)施方式1~6中,對(duì)電樞繞組為1組的情況進(jìn)行了說(shuō)明,本實(shí)施方式8中,對(duì)具有多組電樞繞組的情況進(jìn)行說(shuō)明。此外,對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生器3生成的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)較強(qiáng)、角度檢測(cè)器4在靈敏度飽和區(qū)域中使用的情況進(jìn)行說(shuō)明。
圖11是示出了本實(shí)施方式7的配置的示意圖。交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a是具有第一電樞繞組u1、v1、w1和第二電樞繞組u2、v2、w2的永磁體型同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)。交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a構(gòu)成為包含轉(zhuǎn)子和定子,通過(guò)定子的電樞繞組中流過(guò)的三相交流電流形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
這里對(duì)永磁體型同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行說(shuō)明,但也可以是勵(lì)磁繞組型同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)。這里對(duì)三相繞組進(jìn)行了說(shuō)明,但也可以是具有三相以上繞組的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)。此外,這里對(duì)兩組繞組組進(jìn)行了說(shuō)明,也可以是具有三個(gè)以上繞組組的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
第一電樞繞組和第二電樞繞組中流過(guò)的電流有30deg相位差。通過(guò)設(shè)置相位差30deg,在電樞繞組為兩組時(shí)具有抵消電氣角6階的電流脈動(dòng)的效果。
逆變器2a由向第一電樞繞組供電的第一逆變器2a1和向第二電樞繞組供電的第二逆變器2a2構(gòu)成。通過(guò)基于開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)導(dǎo)通或斷開(kāi)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān),從而對(duì)由直流電源輸入的直流電壓進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換,經(jīng)由逆變器連接部5a向交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a的電樞繞組施加電壓。
交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a和逆變器2a由逆變器連接部5a連接。逆變器連接部5a由第一逆變器連接部5a1和第二逆變器連接部5a2構(gòu)成。
第一逆變器連接部5a1由在第一電樞繞組中流過(guò)u相電流的逆變器連接部5u1、流過(guò)v相電流的逆變器連接部5v1、流過(guò)w相電流的逆變器連接部5w1構(gòu)成,第二逆變器連接部5a2由在第二電樞繞組中流過(guò)u相電流的逆變器連接部5u2、流過(guò)v相電流的逆變器連接部5v2、流過(guò)w相電流的逆變器連接部5w2構(gòu)成。圖11中為了防止附圖難以理解,省略了逆變器連接部5u2、5v2、5w2。
由第一逆變器2a1施加的電壓經(jīng)由第一逆變器連接部5a1施加至交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a的第一電樞繞組,由第二逆變器2a2施加的電壓經(jīng)由第二逆變器連接部5a2施加至交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a的第二電樞繞組,在交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a中流過(guò)所期望的電流并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
第一電流檢測(cè)器6a1設(shè)在第一逆變器2a1的各相的下橋臂和直流電源8的接地之間,檢測(cè)在第一逆變器連接部5a1的各相中流動(dòng)的三相交流電流iu1、iv1、iw1。此外,可以不檢測(cè)三相交流電流的全部三相,而利用三相交流電流的矢量和為0的特點(diǎn),可僅檢測(cè)兩相,通過(guò)計(jì)算獲取剩下的一相。
第一電流檢測(cè)器6a1也可設(shè)在第一逆變器2a1的各相的上橋臂和直流電源8的正極側(cè)之間。進(jìn)一步地,第一電流檢測(cè)器6a1即使采用下述方式,也能計(jì)算三相交流電流,即:為了確保電流檢測(cè)的時(shí)間而錯(cuò)開(kāi)第一逆變器2a1的開(kāi)關(guān)定時(shí)來(lái)檢測(cè)母線(xiàn)電流值。
第二電流檢測(cè)器6a2設(shè)在第二逆變器2a2的各相的下橋臂和直流電源8的接地之間,檢測(cè)在第二逆變器連接部5a2的各相中流動(dòng)的三相交流電流iu2、iv2、iw2。此外,可以不檢測(cè)三相交流電流中全部三相,而利用三相交流電流的矢量和為0的特點(diǎn),可僅檢測(cè)兩相,通過(guò)計(jì)算獲取剩下的一相。
第二電流檢測(cè)器6a2也可設(shè)在第二逆變器2a2的各相的上橋臂和直流電源8的正極側(cè)之間。進(jìn)一步地,第二電流檢測(cè)器6a2即使采用下述方式,也能計(jì)算三相交流電流,即:為了確保電流檢測(cè)的時(shí)間而錯(cuò)開(kāi)第二逆變器2a2的開(kāi)關(guān)定時(shí)來(lái)檢測(cè)母線(xiàn)電流值。
控制運(yùn)算部7a構(gòu)成為包括角度校正運(yùn)算部20以及電流控制部21a。
角度校正運(yùn)算部20對(duì)流過(guò)逆變器連接部5的三相交流電流產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)所導(dǎo)致的正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的誤差進(jìn)行校正,并作為校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei進(jìn)行輸出。
此外,噪聲磁場(chǎng)的計(jì)算所使用的電流矢量可以根據(jù)電流指令id*、iq*來(lái)獲得,也可以根據(jù)第一電流檢測(cè)器6a1檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1來(lái)獲得,也可以根據(jù)第二電流檢測(cè)器6a2檢測(cè)到的三相交流電流iu2、iv2、iw2來(lái)獲得。當(dāng)然,為了去除噪聲也可以使用通過(guò)了低通濾波器等之后的值來(lái)獲得電流矢量。
電流控制部21a首先利用校正后電氣角θe_h(yuǎn)osei,將流過(guò)第一逆變器連接部5a1的三相交流電流iu1、iv1、iw1轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的第一檢測(cè)電流id1、iq1。并且,通過(guò)反饋控制計(jì)算第一電壓指令vu1、vv1、vw1,使從外部輸入的電流指令id*、iq*和第一檢測(cè)電流id1、iq1相等。
接著,電流控制部21a通過(guò)與該第一電壓指令vu1、vv1、vw1對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制(pwm調(diào)制),向第一逆變器2a1輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)qup1~qwn1,將流過(guò)第二逆變器連接部5a2的三相交流電流iu2、iv2、iw2轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的第二檢測(cè)電流id2、iq2。并且,通過(guò)反饋控制計(jì)算第二電壓指令vu2、vv2、vw2,使電流指令id*、iq*和第二檢測(cè)電流id2、iq2相等。
最后,電流控制部21a通過(guò)與該第二電壓指令vu2、vv2、vw2對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制(pwm調(diào)制),向第二逆變器2a2輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)qup2~qwn2。
另外,也可以進(jìn)行適合交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1的前饋控制來(lái)代替三相交流電流iu1、iv1、iw1以及三相交流電流iu2、iv2、iw2的反饋控制,在該情況下,第一電流檢測(cè)器6a1以及第一電流檢測(cè)器6a1檢測(cè)的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值、第二電流檢測(cè)器6a2以及第二電流檢測(cè)器6a2檢測(cè)的三相交流電流iu2、iv2、iw2的值不再必須。
對(duì)于磁場(chǎng)發(fā)生器3、角度檢測(cè)器4,由于與之前的實(shí)施方式1的相同,因此省略說(shuō)明。
圖12是示出了角度檢測(cè)器4與逆變器連接部5a的位置關(guān)系的剖視圖。第一逆變器連接部5a1和第二逆變器連接部5a2配置為使對(duì)應(yīng)的各相相對(duì)于角度檢測(cè)器4呈點(diǎn)對(duì)稱(chēng)。
圖12所示的本實(shí)施方式7的逆變器連接部5a與圖2所示的之前的實(shí)施方式1的逆變器連接部5比較,主要不同點(diǎn)在于,該逆變器連接部5a由配置在y軸的正方向側(cè)(右側(cè))的第一逆變器連接部5a1、和配置在y軸的負(fù)方向側(cè)(左側(cè))的第二逆變器連接部5a2構(gòu)成。
流過(guò)逆變器連接部5a的三相交流電流由下式(27)來(lái)表示。這里,√2×irms是三相交流電流的振幅。
[數(shù)學(xué)式27]
在上式(27)中,為了方便,將三相交流電流設(shè)為正弦波,僅示出了電氣角θe的一階(基本周期)分量,但例如如梯形波驅(qū)動(dòng)等情況那樣,在包含有電氣角θe的高階分量的情況下,對(duì)上式(27)追加包含電氣角θe的n階分量(n為2以上的自然數(shù))的項(xiàng)即可(例如采用傅里葉級(jí)數(shù)即可)。
這時(shí),流過(guò)逆變器連接部5a的兩組三相交流電流在角度檢測(cè)器4的位置產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)bi由下式(28)來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式28]
之前的實(shí)施方式1中由上式(5)定義了檢測(cè)角θsns和電氣角θe的關(guān)系,但在檢測(cè)角和電氣角的增加方向相反的情況下,檢測(cè)角θsns和電氣角θe的關(guān)系由下式(29)來(lái)表示。這里,為了說(shuō)明檢測(cè)角θsns以及電氣角θe的初始相位不同的情況,設(shè)為偏移初始相位差θofs的量。
[數(shù)學(xué)式29]
通過(guò)上式(298)和上式(29),獲得下式(30)。
[數(shù)學(xué)式30]
接著,對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生器3生成的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)較強(qiáng)、角度檢測(cè)器4在靈敏度飽和區(qū)域中使用的情況進(jìn)行說(shuō)明。為了穩(wěn)定地使用角度檢測(cè)器4,在使磁場(chǎng)發(fā)生器3在角度檢測(cè)器4的位置產(chǎn)生的磁場(chǎng)達(dá)到進(jìn)入角度檢測(cè)器4的靈敏度飽和區(qū)域的強(qiáng)度的情況下,并不是將上式(30)的噪聲磁場(chǎng)bi全部檢測(cè)作為角度,而是由于靈敏度飽和,因此不對(duì)與磁場(chǎng)發(fā)生器3產(chǎn)生的磁場(chǎng)的主分量矢量同方向的分量進(jìn)行檢測(cè)。即,考慮相對(duì)于對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生器3產(chǎn)生的磁場(chǎng)的主分量矢量的法線(xiàn)方向的矢量成為角度誤差的分量。
磁場(chǎng)發(fā)生器3產(chǎn)生的磁場(chǎng)的主分量矢量b通過(guò)將上式(12)進(jìn)行矢量標(biāo)記從而由下式(31)來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式31]
主分量矢量b的法線(xiàn)方向的單位矢量t由下式(32)來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式32]
若對(duì)噪聲磁場(chǎng)bi進(jìn)行矢量標(biāo)記,則由下式(33)來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式33]
根據(jù)上式(31)、(27)以及(28),作為角度誤差進(jìn)行檢測(cè)的噪聲磁場(chǎng)的矢量bsns成為將噪聲磁場(chǎng)矢量bi投影至法線(xiàn)矢量t而得到的矢量,因此由下
式(34)來(lái)表示。
[數(shù)學(xué)式34]
因此,在磁場(chǎng)發(fā)生器3生成的角度檢測(cè)用磁場(chǎng)較強(qiáng)、角度檢測(cè)器4在靈敏度飽和區(qū)域中使用的情況下,與因噪聲磁場(chǎng)而疊加于正弦信號(hào)的噪聲分量esin以及疊加于余弦信號(hào)的噪聲分量ecos由下式(35)來(lái)表示。即,對(duì)于由電氣角的一階分量的正弦波表示的之前的實(shí)施方式1的情況,進(jìn)一步疊加了電氣角的(1±2psns/p)階分量的正弦波。
[數(shù)學(xué)式35]
即,將正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin設(shè)為esin,將余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos設(shè)為ecos,與之前的實(shí)施方式1~3同樣地構(gòu)成角度校正運(yùn)算部20,從而能夠利用校正信號(hào)對(duì)流過(guò)逆變器連接部的多相交流電流產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)所導(dǎo)致的角度檢測(cè)器的檢測(cè)誤差進(jìn)行校正,其中,該校正信號(hào)的相位和振幅由逆變器連接部和角度檢測(cè)器的相對(duì)位置關(guān)系、以及多相交流電流的值來(lái)決定。結(jié)果是可獲得能高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置、簡(jiǎn)單且低成本的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置。
這里,三相交流電流僅由電氣角θe的一階(基本周期)分量來(lái)表示,但在上式(27)中含有包含電氣角θe的n階分量(n為2以上的自然數(shù))的項(xiàng)的情況(例如以傅里葉級(jí)數(shù)表示的情況)下,根據(jù)電磁場(chǎng)的疊加的性質(zhì),也能利用同樣的步驟,獲得相當(dāng)于上式(35)的數(shù)學(xué)式。
即,在三相交流電流中電氣角θe包含高階分量的情況下,在正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos中,相對(duì)于之前的實(shí)施方式1的情況,還包含具有如下振幅值和相位值的(n±2psns/p)階正弦波的項(xiàng),該振幅值是將電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量的絕對(duì)值乘以振幅校正常數(shù)后得到的振幅值,該相位值是將電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量相對(duì)于q軸的相位角θβ加上電氣角θe的(n±2psns/p)階分量(n為2以上的自然數(shù))以及相位校正常數(shù)后得到的相位值。
此外,作為正弦信號(hào)用校正信號(hào)hsin以及余弦信號(hào)用校正信號(hào)hcos的計(jì)算所使用的電流矢量,可以使用電流指令id*、iq*,也可以使用第一電流檢測(cè)器6a1檢測(cè)到的三相交流電流iu1、iv1、iw1的值,也可以使用第二電流檢測(cè)器6a2檢測(cè)到的三相交流電流iu2、iv2、iw2的值。
此外,檢測(cè)角θsns中產(chǎn)生的角度誤差esns由下式(36)來(lái)表示。即,與由電氣角的(1±2psns/p)階分量的正弦波表示的之前的實(shí)施方式1的情況相同。
[數(shù)學(xué)式36]
即,將檢測(cè)角校正信號(hào)hθsns設(shè)為esns,與之前的實(shí)施方式4~6同樣地構(gòu)成角度校正運(yùn)算部20,從而能夠利用校正信號(hào)對(duì)流過(guò)逆變器連接部的多相交流電流產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)所導(dǎo)致的角度檢測(cè)器的檢測(cè)誤差進(jìn)行校正,其中,該校正信號(hào)的相位和振幅由逆變器連接部和角度檢測(cè)器的相對(duì)位置關(guān)系、以及多相交流電流的值來(lái)決定。結(jié)果是可獲得能在不使用正弦信號(hào)vsin以及余弦信號(hào)vcos的基波振幅的情況下用較少的校正信號(hào)校正角度誤差這樣以往沒(méi)有的效果。
這里,三相交流電流僅由電氣角θe的一階(基本周期)分量來(lái)表示,但在上式(27)中含有包含電氣角θe的n階分量(n為2以上的自然數(shù))的項(xiàng)的情況(例如以傅里葉級(jí)數(shù)表示的情況)下,根據(jù)電磁場(chǎng)的疊加的性質(zhì),也能利用同樣的步驟,獲得相當(dāng)于上式(36)的數(shù)學(xué)式。
即,在三相交流電流中電氣角θe包含高階分量的情況下,在電氣角校正信號(hào)hθe中,還包含具有如下振幅值和相位值的(n±2psns/p)階正弦波的項(xiàng),該振幅值是將電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量的絕對(duì)值乘以振幅校正常數(shù)后得到的振幅值,該相位值是將電流指令id*、iq*或檢測(cè)電流id1、iq1的電流矢量相對(duì)于q軸的相位角θβ加上電氣角θe的(n±2psns/p)階分量(n為2以上的自然數(shù))以及相位校正常數(shù)后得到的相位值。
此外,這里對(duì)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a的三相電樞繞組為兩組的情況進(jìn)行了說(shuō)明,但對(duì)于具有除此之外的多相多組電樞繞組的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī),也可獲得相同的效果。
實(shí)施方式8
之前的實(shí)施方式7中,在流過(guò)第一電樞繞組和第二電樞繞組的電流中設(shè)有30deg的相位差,但本實(shí)施方式8中流過(guò)第一電樞繞組和第二電樞繞組的電流是相同相位,這一點(diǎn)與之前的實(shí)施方式7不同。其它的結(jié)構(gòu)與之前的實(shí)施方式7相同,因此省略說(shuō)明。
圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式8涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置中的角度檢測(cè)器和逆變器連接部的相對(duì)位置關(guān)系的剖視圖以及側(cè)視圖。如圖12所示,第一逆變器連接部5a1和第二逆變器連接部5a2配置為使對(duì)應(yīng)的各相相對(duì)于角度檢測(cè)器4呈點(diǎn)對(duì)稱(chēng)。
在第一電樞繞組和第二電樞繞組中流動(dòng)的電流是相同相位的本實(shí)施方式8中,通過(guò)使逆變器連接部5u1、5v1、5w1所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和逆變器連接部5u2、5v2、5w2所產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消,從而使角度檢測(cè)器4獲得的信號(hào)中產(chǎn)生的誤差為零。
下面,對(duì)第二電樞繞組、第二逆變器2a2、第二逆變器連接部5a2中的任一個(gè)產(chǎn)生故障的情況進(jìn)行說(shuō)明。
首先,在停止向第二電樞繞組供電的情況下,在角度檢測(cè)器4的位置產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)中,流過(guò)第二逆變器連接部5a2的電流所產(chǎn)生的分量為0,僅殘留流過(guò)第一逆變器連接部5a1的電流所產(chǎn)生的分量。
即,在該情況下通過(guò)利用之前的實(shí)施方式1到7中說(shuō)明的校正信號(hào)進(jìn)行校正,可獲得相同的效果。
接著,在停止向第二電樞繞組中發(fā)生了故障的相供電的情況下,流過(guò)第二逆變器連接部5a2的電流所產(chǎn)生的角度檢測(cè)器4中的磁場(chǎng)變?yōu)橛赡孀兤鬟B接部5a2中未發(fā)生故障的兩相的連接線(xiàn)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。流過(guò)第一逆變器連接部5a1的電流所產(chǎn)生的角度檢測(cè)器4中的磁場(chǎng)變?yōu)橛赡孀兤鬟B接部5a1的三相的連接線(xiàn)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
即,基于流過(guò)第二逆變器連接部5a2的兩相的連接線(xiàn)和第一逆變器連接部5a1的三相的連接線(xiàn)的電流,如之前的實(shí)施方式1到7所述的那樣,利用校正信號(hào)進(jìn)行校正,可獲得同樣的效果。
這里,簡(jiǎn)單地停止向發(fā)生故障的相供電,但在第二逆變器2a2的開(kāi)關(guān)元件短路等時(shí)強(qiáng)制使電流流過(guò)的情況下,只要采用考慮了這一情況的校正式則可獲得相同的效果。
這里用單純的正弦波的公式表示校正信號(hào),但在成為難以用公式表示的波形的情況下,也可以預(yù)先準(zhǔn)備并安裝與電氣角對(duì)應(yīng)的表格。
如上文所述,實(shí)施方式8中,配置多個(gè)逆變器連接部,以使流過(guò)逆變器連接部的多相交流電流形成的噪聲磁場(chǎng)在角度檢測(cè)器的位置相互抵消。其結(jié)果使得,在逆變器連接部產(chǎn)生故障的情況下,只要僅對(duì)因故障而無(wú)法完全抵消的噪聲磁場(chǎng)進(jìn)行校正即可,從而能利用簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)校正噪聲磁場(chǎng)所產(chǎn)生的正弦信號(hào)以及余弦信號(hào)的誤差。
這里對(duì)流過(guò)第一電樞繞組和第二電樞繞組的電流的相位相同、逆變器連接部5a1和5a2中產(chǎn)生的磁場(chǎng)被完全抵消的配置的情況進(jìn)行了說(shuō)明,但不言自明,在由于制造上的限制、與其它元器件的關(guān)系而無(wú)法完全抵消的配置的情況下,也能通過(guò)設(shè)置符合配置的校正式來(lái)獲得同樣的效果。
此外,在正常時(shí)沒(méi)有完全抵消的配置中噪聲磁場(chǎng)產(chǎn)生的角度誤差無(wú)法忽略的情況下,不言自明,在正常時(shí)也可以像之前的實(shí)施方式1到7所述那樣利用校正信號(hào)進(jìn)行校正。在該情況下,由于正常時(shí)和故障時(shí)產(chǎn)生的噪聲磁場(chǎng)不同,因此只要變更校正式即可。
此外,對(duì)在沒(méi)有相位差的情況下正常時(shí)逆變器連接部5a1和5a2產(chǎn)生的磁場(chǎng)被相互抵消的情況進(jìn)行了敘述,但在有相位差的情況下,通過(guò)采用與本實(shí)施方式8所示的配置不同的磁場(chǎng)相互抵消的適當(dāng)配置,也可獲得相同的效果。
進(jìn)一步地,能將本發(fā)明的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置設(shè)置于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中,使交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)1a產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩進(jìn)行輔助的轉(zhuǎn)矩。從而,即使在對(duì)振動(dòng)敏感的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中存在有故障的相時(shí),也能獲得如下效果,即:可構(gòu)成由角度誤差產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。