專利名稱：電力變換裝置、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變換裝置及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等的交流電動(dòng)機(jī)(以下，簡(jiǎn)稱為“電動(dòng)機(jī)”)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，作為將直流電變換為交流電以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，大多采用以電壓型逆變器為代表的電力變換裝置。為了提高這種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電力變換裝置的性能，作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的控制信息需要高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的磁極位置或旋轉(zhuǎn)速度等。近年來的電力變換裝置并不是將位置傳感器或速度檢測(cè)器等安裝于電動(dòng)機(jī)來實(shí)際測(cè)量轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，而是采用根據(jù)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)信息來估計(jì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，以進(jìn)行高精度的控制量估計(jì)的控制方法。然而，由于在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為極低速附近其反電動(dòng)勢(shì)絕對(duì)地變小，因此難以采用這種根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)信息來估計(jì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)控制方法。為此，作為低速情況下的控制量估計(jì)方法，存在利用電動(dòng)機(jī)的凸極性或磁通飽和特性的方法。專利文獻(xiàn)I中特別記載了一種磁極位置檢測(cè)裝置，其利用永久磁體同步電動(dòng)機(jī)的凸極性來估計(jì)表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的磁極位置。該磁極位置檢測(cè)裝置使電動(dòng)機(jī)的磁極軸(dc軸)產(chǎn)生交變磁場(chǎng),檢測(cè)與該dc軸正交的估計(jì)轉(zhuǎn)矩軸(qc軸)成分的脈動(dòng)電流(或者電壓)，并基于此估算電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁極位置。該技術(shù)在實(shí)際的磁極軸與估計(jì)磁極軸之間存在誤差的情況下，利用從dc軸向qc軸存在電感的干擾項(xiàng)這一特征。也就是說，將高頻的電壓或電流疊加于電動(dòng)機(jī)，通過檢測(cè)由此所產(chǎn)生的高頻電流或電壓的變動(dòng)部分，來逐次測(cè)量電感，作為控制量估計(jì)二次磁通的相位。專利文獻(xiàn)2中記載了利用電動(dòng)機(jī)的磁飽和特性來估算表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的磁極位置的方法。在該計(jì)算方法中，針對(duì)電動(dòng)機(jī)基于向某一方向施加電壓從而產(chǎn)生的電流的大小來估算磁極位置。此外，專利文獻(xiàn)3中記載了如下內(nèi)容，在根據(jù)疊加高頻電流指令進(jìn)行電流控制而產(chǎn)生的高頻電壓的變動(dòng)部分來逐次測(cè)量電感的方式中，在低轉(zhuǎn)矩時(shí)和高轉(zhuǎn)矩時(shí)變更其電流指令值。根據(jù)這些方法，不必采用用來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的傳感器，就能夠高精度地估計(jì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)信息。由此，能夠削減傳感器以及用于輸出傳感器的檢測(cè)信號(hào)的線纜等的成本，也能夠削減用于設(shè)置它們的開銷。再有，還能夠抑制因傳感器的組裝誤差、周圍環(huán)境引起的噪聲、傳感器的故障等所引起的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的異常動(dòng)作?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP專利第3312472號(hào)專利文獻(xiàn)2 JP特開2002-78392號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 JP特開2010-154597號(hào)公報(bào)
如專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)2所述的技術(shù)那樣，對(duì)電壓指令加上高頻電壓從而產(chǎn)生高頻電流的電動(dòng)機(jī)控制方法，在疊加的高頻電壓的振幅恒定或者所產(chǎn)生的高頻電流比較小的范圍中特別有效。但是，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于如果電流增大則因磁通飽和現(xiàn)象從而相對(duì)于聞?lì)l電壓的電感減少，因此聞?lì)l電流的振幅有增大的趨勢(shì)。因而，如果在聞轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)電壓指令加上高頻電壓從而產(chǎn)生高頻電流，那么會(huì)產(chǎn)生高頻電流超過規(guī)定的電流界限值、電動(dòng)機(jī)無法持續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。另一方面，專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)是對(duì)電流指令加上高頻電流指令來進(jìn)行電流控制的方法，由于將高頻電流振幅作為指令值來提供，因此不會(huì)發(fā)生上述這種問題。但是，在這種針對(duì)電流指令加上高頻電流指令的電動(dòng)機(jī)控制方法中，由于無法將疊加的交變信號(hào)的頻率提高至電流控制系統(tǒng)統(tǒng)的響應(yīng)速度以上，因此磁極位置的檢測(cè)響應(yīng)速度受到限制。因而，有時(shí)難以針對(duì)因沖擊擾亂等引起的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的變動(dòng)高精度地檢測(cè)磁極位置。此外，還會(huì)產(chǎn)生因高頻疊加而產(chǎn)生的電磁聲音的頻率降低至人類的可聽音域從而容易變?yōu)樵胍舻膯栴}。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電力變換裝置具備電力變換單元，其將直流電變換為交流電提供給交流電動(dòng)機(jī)；電壓輸出單元，針對(duì)用于使交流電動(dòng)機(jī)根據(jù)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行動(dòng)作的基本電壓指令值，疊加按照比運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高的規(guī)定頻率周期性變化的高頻交變電壓，將其疊加結(jié)果作為用于指示交流電的電壓的電壓指令值輸出至電力變換單元；電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)交流電的電流；高頻成分提取單元，其從由電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流中提取與交變電壓相應(yīng)的高頻電流成分；模值運(yùn)算單元，其求取表示由高頻成分提取單元提取出的高頻電流成分的大小的高頻電流模值；和疊加電壓振幅調(diào)整單元，其基于由模值運(yùn)算單元求取的高頻電流模值，將用于調(diào)整交變電壓的振幅的疊加電壓振幅指令值輸出至電壓輸出單元。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具備交流電動(dòng)機(jī)；電力變換單元，其將直流電變換為交流電提供給交流電動(dòng)機(jī)；電壓輸出單元，針對(duì)用于使交流電動(dòng)機(jī)根據(jù)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行動(dòng)作的基本電壓指令值，疊加按照比運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高的規(guī)定頻率周期性變化的高頻交變電壓，將其疊加結(jié)果作為用于指示交流電的電壓的電壓指令值輸出至電力變換單元；電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)交流電的電流；高頻成分提取單元，其從由電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流中提取與交變電壓相應(yīng)的高頻電流成分；模值運(yùn)算單元，其求取表示由高頻成分提取單元提取出的高頻電流成分的大小的高頻電流模值；和疊加電壓振幅調(diào)整單元，其基于由模值運(yùn)算單元求取的高頻電流模值，將用于調(diào)整交變電壓的振幅的疊加電壓振幅指令值輸出至電壓輸出單元。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在不使用用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的傳感器來控制電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制方法中，即便在電動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可持續(xù)地進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且能夠抑制噪音的產(chǎn)生。


圖I是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOa的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示在本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制中使用的坐標(biāo)系和記號(hào)的定義的圖。圖3是電壓輸出單元3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖4是電流成分分離單元5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖5是表示用于說明電流成分分離單元5的動(dòng)作的各信號(hào)的波形例的圖。圖6是軸偏差基準(zhǔn)量的特性說明圖。圖7是相位調(diào)整單元10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
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圖8是高頻電流模值指令生成單元7的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖9是疊加電壓振幅調(diào)整單元9的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖10是電流和電感的特性說明圖。圖11是本發(fā)明的效果的說明圖。圖12是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOb的結(jié)構(gòu)圖。圖13是電壓輸出單元12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖14是電流成分分離單元13的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖15是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOc的結(jié)構(gòu)圖。圖16是相位調(diào)整單元15的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖17是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOd的結(jié)構(gòu)圖。符號(hào)說明I電動(dòng)機(jī)2電流檢測(cè)單元3電壓輸出單元4向量運(yùn)算單元5電流成分分離單元6電流指令生成單元7高頻電流模值指令生成單元8軸偏差基準(zhǔn)量指令生成單元9疊加電壓振幅調(diào)整單元10相位調(diào)整單元11電力變換單元12電壓輸出單元13電流成分分離單元14感應(yīng)電動(dòng)機(jī)15相位調(diào)整單元40a、40b、40c、40d電動(dòng)機(jī)控制裝置50a,50b,50c,50d 電力變換裝置100a、100b、100c、IOOd 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的第I至第4的實(shí)施方式。此外，在以下的說明中，對(duì)于各圖中共同的構(gòu)成要素分別賦予相同的符號(hào)，對(duì)于這些重復(fù)的構(gòu)成要素省略其說明。
第I實(shí)施方式圖I是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOa的結(jié)構(gòu)圖。在圖I中，電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOa具備電力變換裝置50a和電動(dòng)機(jī)I。電力變換裝置50a具備電動(dòng)機(jī)控制裝置40a、電力變換單元11、和電流檢測(cè)單元2。電流檢測(cè)單元2檢測(cè)從電力變換單元11流向電動(dòng)機(jī)I的三相交流電流Iu、Iv、Iw,將與其檢測(cè)結(jié)果相應(yīng)的三相電流信號(hào)Iuc、lvc、lwc輸出至電動(dòng)機(jī)控制裝置40a。電流檢測(cè)單元2例如由采用了霍爾元件的電流傳感器來實(shí)現(xiàn)。電力變換單元11基于由電動(dòng)機(jī)控制裝置40a所生成的三相交流電壓指令值Vu'
來自直流電源(未圖示)的直流電變換為三相交流電，并提供給電動(dòng)機(jī)I。此時(shí)， 從電力變換單元11向電動(dòng)機(jī)I輸出作為交流電的電壓的三相交流電壓Vu、Vv、Vw、和作為交流電的電流的三相交流電流Iu、Iv、Iw。電力變換單元11例如由將MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等用作開關(guān)元件的逆變器來實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)I是三相同步電動(dòng)機(jī)，由從電力變換單元11提供的三相交流電來進(jìn)行動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)I構(gòu)成為組裝了多個(gè)永久磁體的轉(zhuǎn)子在定子的內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。其中，對(duì)于這種電動(dòng)機(jī)I的詳細(xì)結(jié)構(gòu)省略圖示。圖2是表示在本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制中使用的坐標(biāo)系和記號(hào)的定義的圖。在圖2中，由a軸和b軸定義的ab軸坐標(biāo)系是用來表不定子位置的定子坐標(biāo)系,a軸一般是以電動(dòng)機(jī)I的u相繞組相位為基準(zhǔn)而取得的。另一方面，由d軸和q軸定義的dq軸坐標(biāo)系是用來表示轉(zhuǎn)子的磁極位置的轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系，與電動(dòng)機(jī)I的轉(zhuǎn)子同步地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在電動(dòng)機(jī)I為永久磁體同步電動(dòng)機(jī)的情況下，d軸一般是以安裝于轉(zhuǎn)子的永久磁體的相位為基準(zhǔn)而取得的。d軸也被稱為磁極軸。dc軸和qc軸分別表示磁極位置的估計(jì)相位、也就是在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a進(jìn)行的控制中假設(shè)的d軸和q軸的方向。由這些的坐標(biāo)軸定義dc-qc軸坐標(biāo)系。dc軸也被稱為控制軸。由P軸和z軸定義的pz軸坐標(biāo)系，是用于表示對(duì)電壓指令的基波疊加的高頻電壓的坐標(biāo)系。其中，在各坐標(biāo)系中所組合的坐標(biāo)軸彼此都是正交的。在上述的各坐標(biāo)系中，如圖2所示，將以a軸為基準(zhǔn)的d軸、dc軸、p軸的各軸的相位分別表不為9 d、0 dc、0 Po此外，將dc軸、p軸相對(duì)于d軸的偏差分別表不為A 0、0pd。再有,將疊加高頻電壓而產(chǎn)生的高頻電流相對(duì)于P軸的相位差表示為0 ivh。在圖I中，電動(dòng)機(jī)控制裝置40a具備電壓輸出單元3、向量運(yùn)算單元4、電流成分分離單元5、電流指令生成單元6、高頻電流模值指令生成單元7、軸偏差基準(zhǔn)量指令生成單元8、疊加電壓振幅調(diào)整單元9、相位調(diào)整單元10。其中，電動(dòng)機(jī)控制裝置40a由ROM (ReadOnly Memory) > RAM (Random Access Memory) > CPU (Central Processing Unit)、程序等構(gòu)成。也就是說，電動(dòng)機(jī)控制裝置40a具有的上述各單元，分別是作為CPU根據(jù)程序所執(zhí)行的處理來實(shí)現(xiàn)的。接下來，說明電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的動(dòng)作。電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的主要目的是使電力變換單元11提供給電動(dòng)機(jī)I的交流電中的勵(lì)磁電流成分(d軸電流)Id及轉(zhuǎn)矩電流成分(q軸電流)Iq分別與任意的電流指令值Idc'Iqc*相一致。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a中電流控制系統(tǒng)和相位控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作。相位控制系統(tǒng)的目的在于使作為控制軸的dc軸與表示電動(dòng)機(jī)I的轉(zhuǎn)子位置的d軸相一致(同步)，在圖I中主要是相位調(diào)整單元10來擔(dān)當(dāng)該作用。另一方面，電流控制系統(tǒng)的目的在于使dc-qc軸坐標(biāo)系上的dc軸電流檢測(cè)值Idc和qc軸電流檢測(cè)值Iqc分別與任意的電流指令值Idc' Iqc*相一致,主要是向量運(yùn)算單元4來擔(dān)當(dāng)該作用。以下，首先說明相位控制系統(tǒng)不使用位置傳感器類部件而是疊加高頻電壓來使d軸和dc軸同步的動(dòng)作。圖3表示電壓輸出單元3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖3所示，電壓輸出單元3具備交變電壓波形發(fā)生單元3a、乘法器3b、耦合器3c、坐標(biāo)變換單元3d及3e、加法器3f、二相三相變換單元3g。這些的各結(jié)構(gòu)與上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a具有的各單元同樣，也是作為CPU根據(jù)程序所執(zhí)行的處理來實(shí)現(xiàn)的。其中，在該實(shí)施方式中，在來自電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的三相交流電壓指令值Vu' Vv*, Vw*中分別疊加的交變電壓的波形是矩形波。從交變電壓波形發(fā)生單元3a輸出的高頻的矩形波信號(hào)被輸出至乘法器3b。該矩形波信號(hào)的頻率比電動(dòng)機(jī)I進(jìn)行動(dòng)作的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高，也就是比電動(dòng)機(jī)控制裝置40a進(jìn)行的 電動(dòng)機(jī)I的控制頻率高。來自交變電壓波形發(fā)生單元3a的矩形波信號(hào)還作為交變電壓波形wave被輸出至電壓輸出單元3的外部。如圖I所示，該交變電壓波形rave從電壓輸出單元3輸出至電流成分分離單元5。乘法器3b將從交變電壓波形發(fā)生單元3a輸入的矩形波信號(hào)與如圖I所示那樣從疊加電壓振幅調(diào)整單元9輸入的疊加電壓振幅指令值Vh*相乘，生成振幅與疊加電壓振幅指令值Vh*相應(yīng)的矩形波信號(hào)。這樣生成的矩形波信號(hào)被輸出至耦合器3c。耦合器3c將從乘法器3b輸入的矩形波信號(hào)變換為p軸上的交變電壓Vph*及z軸上的交變電壓Vzh%作為表示pz軸坐標(biāo)系的向量的交變電壓向量輸出至坐標(biāo)變換單元3d。坐標(biāo)變換單元3d基于如圖I所示那樣從相位調(diào)整單元10輸入的p軸的相位信息9 P，將從耦合器3c輸入的交變電壓向量變換為ab軸坐標(biāo)系的向量。并且，將變換后的交變電壓向量輸出至加法器3f。坐標(biāo)變換單元3e基于如圖I所示那樣從相位調(diào)整單元10輸入的dc軸的相位信息0 dc，將從圖I的向量運(yùn)算單元4輸入的電壓指令的基波向量由dc-qc軸坐標(biāo)系的向量變換為ab軸坐標(biāo)系的向量。其中，從向量運(yùn)算單元4輸入的電壓指令的基波向量由dc軸上的基本電壓指令值Vdc*和qc軸上的基本電壓指令值Vqc*表示。然后，將變換后的基波向量輸出至加法器3f。加法器3f將來自坐標(biāo)變換單元3d的交變電壓向量與來自坐標(biāo)變換單元3e的基波向量相加。由此，針對(duì)從向量運(yùn)算單元4輸入的基本電壓指令值Vdc' Vqc%疊加與交變電壓向量相應(yīng)的高頻的交變電壓。表示加法器3f的疊加結(jié)果的相加后的向量從加法器3f輸出至二相三相變換單元3g。二相三相變換單元3g將從加法器3f輸入的相加后的向量變換為與u相、V相、w相的各相對(duì)應(yīng)的電壓值，作為三相交流電壓指令值Vu'V/、Vw*進(jìn)行輸出。這些三相交流電壓指令值Vu' Vv*, Vw*如上述那樣作為電動(dòng)機(jī)控制裝置40a生成的指令輸出至電力變換單元11。如以上說明那樣，由電壓輸出單元3在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a生成的三相交流電壓指令值Vu'Vv'Vw*中疊加矩形波的高頻電壓。其中，盡管在本實(shí)施方式中將交變電壓向量和基波向量分別變換為ab軸坐標(biāo)系之后由加法器3f進(jìn)行相加，但是例如也可以在dc-qc軸坐標(biāo)系或UVW坐標(biāo)系等其他的坐標(biāo)系中進(jìn)行相加。圖4表示電流成分分離單元5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖4所示，電流成分分離單元5具備坐標(biāo)變換單元5a、基波成分提取單元5b、高頻成分提取單元5c、符號(hào)補(bǔ)償單元5d、軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元5e、模值運(yùn)算單元5f。這些的各結(jié)構(gòu)與上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a和電壓輸出單元3的各結(jié)構(gòu)同樣，也是作為CPU根據(jù)程序執(zhí)行的處理來分別實(shí)現(xiàn)的。圖5是表示用于說明電流成分分離單元5的動(dòng)作的各信號(hào)的波形例的圖。在圖5中，圖5(a)表示決定在圖3的電壓輸出單元3中交變電壓波形發(fā)生單元3a所產(chǎn)生的矩形波信號(hào)的周期的三角波載波的波形例。圖5(b)表示在電壓輸出單元3中從耦合器3c輸出至坐標(biāo)變換單元3d的上述p軸上的交變電壓Vph*的波形例。圖5(c)表示dc-qc軸坐標(biāo)系上的d軸電流檢測(cè)值Idc的波形例及其平均值也就是基波電流成分IdcAVG。圖5(d)表
d軸電流檢測(cè)值Idc的每一次的差分值A(chǔ) Idc的波形例。圖5(e)表不在電壓輸出單兀3中從交變電壓波形發(fā)生單元3a輸出的上述交變電壓波形wave的波形例。圖5 (f)表示使 圖5(d)的波形和圖5(e)的波形相乘之后的波形例。在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a中，從電流檢測(cè)單元2輸出的三相電流信號(hào)Iuc、Ivc、Iwc如圖I所示那樣被輸入至電流成分分離單元5。這些信號(hào)包含與來自向量運(yùn)算單元4的基本電壓指令值Vdc'Vqc*相應(yīng)的基波電流成分(與電壓指令的基波向量對(duì)應(yīng)的電流成分)、與來自疊加電壓振幅調(diào)整單元9的疊加電壓振幅指令值Vh*相應(yīng)的高頻電流成分(與交變電壓向量對(duì)應(yīng)的電流成分)。在此，在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a所進(jìn)行的控制過程中，電流控制系統(tǒng)中需要基波電流成分，相位控制系統(tǒng)中需要高頻電流成分。因此，在電流成分分離單元5中，如下述那樣進(jìn)行將來自電流檢測(cè)單元2的三相電流信號(hào)Iuc、Ivc、Iwc分離為基波電流成分和高頻電流成分的操作。參照?qǐng)D4、5說明電流成分分離單元5的動(dòng)作。在圖4中，坐標(biāo)變換單元5a基于如圖I所示那樣從相位調(diào)整單元10輸入的dc軸的相位信息e dc，進(jìn)行將來自電流檢測(cè)單元2的三相電流信號(hào)Iuc、Ivc、Iwc變換為dc-qc軸坐標(biāo)系的向量的坐標(biāo)變換。通過該坐標(biāo)變換，求出上述的dc軸電流檢測(cè)值Idc及qc軸電流檢測(cè)值Iqc。這些電流檢測(cè)值Idc、Iqc從坐標(biāo)變換單元5a輸出至基波成分提取單元5b及高頻成分提取單元5c。不過，在圖5(c)中僅示出了 dc軸電流檢測(cè)值Idc的波形例?；ǔ煞痔崛卧?b分別按照規(guī)定的定時(shí)對(duì)從坐標(biāo)變換單元5a輸入的dc軸電流檢測(cè)值Idc及qc軸電流檢測(cè)值Iqc進(jìn)行采樣。圖5 (C)中例示了對(duì)dc軸電流檢測(cè)值Idc進(jìn)行采樣的檢測(cè)點(diǎn)，但對(duì)于qc軸電流檢測(cè)值Iqc也是同樣的。然后，通過實(shí)施逐次平均處理，逐次求出dc軸電流檢測(cè)值Idc及qc軸電流檢測(cè)值Iqc的各采樣值的平均值，分別消除這些信號(hào)中所包含的高頻成分，以提取dc軸的基波電流成分IdcAVG及qc軸的基波電流成分IqcAVG。這樣提取出的基波電流成分IdcAVG、IqcAVG如圖I所示那樣從電流成分分離單元5輸出至向量運(yùn)算單元4及高頻電流模值指令生成單元7。高頻成分提取單元5c針對(duì)從坐標(biāo)變換單元5a輸入的dc軸電流檢測(cè)值Idc及qc軸電流檢測(cè)值Iqc，分別從本次的檢測(cè)值中減去前次的檢測(cè)值，由此分別計(jì)算出每一次的差分值A(chǔ) Idc及A Iqc。圖5(d)中表示針對(duì)dc軸電流檢測(cè)值Idc計(jì)算出的差分值A(chǔ)ide，但針對(duì)qc軸電流檢測(cè)值Iqc計(jì)算出的差分值A(chǔ) Iqc也是同樣的。在此，由于dc軸電流檢測(cè)值Idc及qc軸電流檢測(cè)值Iqc的基波成分的頻率相對(duì)于交變電壓的頻率是充分低的，因此上述的差分值A(chǔ)ide、A Iqc大致可視為因交變電壓所引起的電流變化量。也就是說，不必使用特殊的濾波器等，就能夠從電流檢測(cè)值Idc、Iqc高速提取表示與交變電壓相應(yīng)的高頻電流成分的差分值A(chǔ) Idc、A Iqc。另外，由圖5(b)、(d)可知，隨著交變電壓Vph*的正負(fù)符號(hào)的交替，dc軸的差分值A(chǔ)Idc的符號(hào)延遲了半周期進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。對(duì)于qc軸的差分值A(chǔ)Iqc和交變電壓Vzh*也是同樣的。計(jì)算出的dc軸的差分值A(chǔ) Idc及qc軸的差分值A(chǔ) Iqc從高頻成分提取單元5c輸出至符號(hào)補(bǔ)償單元5d。符號(hào)補(bǔ)償單元5d針對(duì)從高頻成分提取單元5c輸入的dc軸的差分值A(chǔ) Idc和qc軸的差分值A(chǔ) Iqc，基于如圖I所示那樣從電壓輸出單元3輸入的交變電壓波形wave進(jìn)行符號(hào)補(bǔ)償。如上所述差分值A(chǔ)ide、A Iqc各自的符號(hào)伴隨著交變電壓中的正負(fù)符號(hào)的交替而進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。因此，通過對(duì)這些差分值分別乘以交變電壓波形wave，能夠抵消符號(hào)的翻轉(zhuǎn)從而進(jìn)行符號(hào)補(bǔ)償。在圖5(f)中，例示了針對(duì)圖5(d)所示的dc軸的差分值A(chǔ)Idc乘以圖5(e)所示的交變電壓波形wave的例子,但對(duì)于qc軸的差分值A(chǔ) Iqc也是同樣的。此時(shí)，也可以根據(jù)需要實(shí)施逐次平均。這樣進(jìn)行了符號(hào)補(bǔ)償之后的差分值A(chǔ) Idc及A Iqc作為高頻電流向量A IdcAVG、A IqcAVG，分別從符號(hào)補(bǔ)償單元5d輸出至軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元5e及模值運(yùn)算單元5f。 軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元5e，基于如圖I所示那樣從相位調(diào)整單元10輸入的dc軸的相位信息Qdc及p軸的相位信息0 P、從符號(hào)補(bǔ)償單兀5d輸入的高頻電流向量A IdcAVG、A IqcAVG,計(jì)算疊加于基波的高次諧波電壓和由此產(chǎn)生的高頻電流之間的相位差。該相位差能夠以圖2所示的高頻電流相對(duì)于p軸的相位差0 ivh來表示。由圖2可知，由于在相位差0 ivh中包含0p和0d的相位差信息，因此例如能夠如以下的式(I)那樣計(jì)算相位差9 ivh。
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f M w IBivh = arctan ~— 0p + Ode …式⑴
\ ^dcAFG J計(jì)算出相位差e ivh之后，軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元5e進(jìn)一步對(duì)相位差0 ivh乘以負(fù)的增益，并將其結(jié)果作為軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd進(jìn)行輸出。從軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元5e輸出的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd如圖I所示那樣從電流成分分離單元5輸出至相位調(diào)整單元10。圖6是用于說明軸偏差基準(zhǔn)量X 0 Pd的特性的圖。由圖6所示可知，由于軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd隨著p軸相對(duì)于d軸的偏差e pd而變化，因此其包含磁極位置即d軸相位0 d的信息。也就是說，能夠由軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元5e求出與電動(dòng)機(jī)I的磁極位置相應(yīng)的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd。因此，為了實(shí)現(xiàn)相位控制系統(tǒng)需要軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd。模值運(yùn)算單元5f，是為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制而在電流成分分離單元5中新追加的部件，計(jì)算從符號(hào)補(bǔ)償單元5d輸入的高頻電流向量A IdcAVG、A IqcAVG的模值(以下，稱為高頻電流模值Ih)。這里所謂的模值是高頻電流向量的長(zhǎng)度分量。例如，通過采用以下的式(2)所示的H2模值的計(jì)算，能夠計(jì)算出高頻電流模值Ih。由模值運(yùn)算單元5f計(jì)算出的高頻電流模值Ih。如圖I所示那樣從電流成分分離單元5輸出至疊加電壓振幅調(diào)整單元9，并被用于疊加電壓振幅調(diào)整單元9進(jìn)行的后述的控制中。
_8] Ift ~ ^^dcAFG + ^qcAVG …$ ⑵
如以上所說明，由電流成分分離單元5將來自電流檢測(cè)單元2的三相電流信號(hào)Iuc、Ivc、Iwc分離為基波電流成分和高頻電流成分。并且，基波電流成分IdcAVG、IqcAVG被輸出至向量運(yùn)算單元4及高頻電流模值指令生成單元7，基于高頻電流成分的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 Pd和高頻電流模值Ih分別被輸出至相位調(diào)整單元10和疊加電壓振幅調(diào)整單元9。軸偏差基準(zhǔn)量指令生成單元8，生成規(guī)定的軸偏差基準(zhǔn)量指令X 0 pd*并輸出至相位調(diào)整單元10。在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的相位控制系統(tǒng)中，通過以下所說明的相位調(diào)整單元10的動(dòng)作,來調(diào)整疊加相位及控制軸相位、即P軸的相位0 P及dc軸的相位0 dc,使得軸偏差基準(zhǔn)量指令生成單元8生成的軸偏差基準(zhǔn)量指令X 0 pcT和上述的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd相一致。軸偏差基準(zhǔn)量指令X 0 pcf在X 0 pd = X 0 pcf時(shí)取得疊加相位0 P與(!軸(磁極軸)的相位Qd相一致的值。在此，在電動(dòng)機(jī)I具有凸極性的情況下，在軸偏差基準(zhǔn)量x0pd為圖6這種的特性、且p軸相對(duì)于d軸的偏差0pd為0時(shí)，X0pd = O。因此通常只要設(shè)定X 0 pd* = 0即可。這樣按照始終使X 0 pd = X 0 pcf的方式來控制p軸的相位Q P，能夠視為0p= 0d?；谶@種原理，在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a中，不使用位置傳感器也能夠估計(jì)電 動(dòng)機(jī)I的磁極位置的相位9 do圖7表示相位調(diào)整單元10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例。如圖7所示,相位調(diào)整單元10具備 第I相位調(diào)整單元10a、第2相位調(diào)整單元10b、選擇開關(guān)10c。這些的各結(jié)構(gòu)與上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a、電壓輸出單元3、電流成分分離單元5的各結(jié)構(gòu)同樣，作為CPU根據(jù)程序所執(zhí)行的處理來分別實(shí)現(xiàn)。第I相位調(diào)整單元IOa調(diào)整疊加相位0 P，使得如圖I所示那樣從電流成分分離單元5輸入的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd和來自軸偏差基準(zhǔn)量指令生成單元8的軸偏差基準(zhǔn)量指令X 0 pcT相一致。在此，如果第I相位調(diào)整單元IOa的響應(yīng)足夠快，那么通過以軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd和軸偏差基準(zhǔn)量指令X 0 pd*相一致的方式調(diào)整e p，能夠如上述那樣視為疊加相位e P和磁極軸相位e d相一致。在這種情況下，疊加相位0 p與控制軸相位0 dc的差值便是當(dāng)前的磁極軸相位e d與控制軸相位e dc之間的軸偏差A(yù) 0。在第I相位調(diào)整單元IOa中被調(diào)整之后的疊加相位0 p輸出至第2相位調(diào)整單元IOa及選擇開關(guān)10c。再有，還作為P軸的相位信息，如圖I所示那樣從相位調(diào)整單元10輸出至電壓輸出單元3及電流成分分離單兀5。第2相位調(diào)整單元IOb基于來自第I相位調(diào)整單元IOa的疊加相位0 p計(jì)算上述的軸偏差A(yù) 0，并按照使該軸偏差A(yù) 0為0的方式來調(diào)整控制軸相位0dc。通過這樣調(diào)整控制軸相位Q dc,使磁極軸即d軸的相位0 d與控制軸即dc軸的相位0 dc同步。在第2相位調(diào)整單元IOb中被調(diào)整之后的控制軸相位0 dc輸出至選擇開關(guān)10c。選擇開關(guān)IOc在輸入側(cè)具有A、B兩個(gè)接點(diǎn)，選擇其中一個(gè)接點(diǎn)使得與輸出側(cè)的接點(diǎn)之間相連接。接點(diǎn)A處輸入來自第2相位調(diào)整單元IOb的控制軸相位e dc，接點(diǎn)B處輸入來自第I相位調(diào)整單元IOa的疊加相位0p。因此，在選擇開關(guān)IOc中選擇了接點(diǎn)A的情況下，可將控制軸相位9 dc作為dc軸的相位信息從相位調(diào)整單元10輸出至電壓輸出單元3及電流成分分離單元5。另一方面，在選擇開關(guān)IOc中選擇了接點(diǎn)B的情況下，將疊加相位0p作為如軸^相位信息0dc從相位調(diào)整單元10輸出至電壓輸出單元3及電流成分分離單元5。由此，能夠使p軸的相位信息0p和dc軸的相位信息0dc相一致，可減少電壓輸出單元3和電流成分分離單元5中的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。其中，盡管選擇開關(guān)IOc的接線可如上述那樣根據(jù)需要進(jìn)行變更，但也可以將接線固定在任意一處。在該情況下，可以省略選擇開關(guān)IOc中的開關(guān)動(dòng)作等不必要的處理。這對(duì)于以后所說明的附圖內(nèi)描繪的其他的選擇開關(guān)也是同樣的。通過上述這樣的各結(jié)構(gòu)的動(dòng)作，在相位調(diào)整單元10中能夠分別控制疊加相位0 p和控制軸相位edc。因此，能夠與電流控制系統(tǒng)的響應(yīng)設(shè)計(jì)無關(guān)地進(jìn)行第I相位調(diào)整單元IOa的控制響應(yīng)設(shè)計(jì)。通過以上說明的這種相位控制系統(tǒng)的動(dòng)作，不使用位置傳感器類部件也能夠使d軸和dc軸同步。接下來說明電流控制系統(tǒng)的動(dòng)作。假設(shè)電流控制系統(tǒng)是通過上述這種的相位控制系統(tǒng)的動(dòng)作使得dc軸與d軸相一致的系統(tǒng)，其進(jìn)行以下所說明的動(dòng)作。電流指令生成單元6基于從上位的系統(tǒng)輸入至電動(dòng)機(jī)控制裝置40a中的轉(zhuǎn)矩指令 等的輸入信息，生成針對(duì)提供給電動(dòng)機(jī)I的交流電的勵(lì)磁電流成分即d軸電流Id的dc軸電流指令值Idc'針對(duì)轉(zhuǎn)矩電流成分即q軸電流Iq的qc軸電流指令值Iqc'由電流指令生成單元6生成的電流指令值Idc' Iqc*如圖I所示那樣輸出至向量運(yùn)算單元4及高頻電流模值指令生成單元7。向量運(yùn)算單元4基于來自電流指令生成單元6的電流指令值Idc' Iqc'來自電流成分分離單元5的基波電流成分IdcAVG、IqcAVG，調(diào)整作為電壓指令的基波向量的基本電壓指令值Vdc' Vqc* 具體而言，按照基波電流成分IdcAVG、IqcAVG分別與電流指令值Idc' Iqc*相一致的方式來計(jì)算基本電壓指令值Vdc' Vqc%并將計(jì)算結(jié)果輸出至電壓輸出單元3。向量運(yùn)算單元4按照與電動(dòng)機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率相應(yīng)的規(guī)定的控制響應(yīng)速度來進(jìn)行該運(yùn)算。不過，盡管電流指令值Idc*在通常的狀態(tài)下為零，但在弱磁場(chǎng)或起動(dòng)時(shí)等的特定的控制狀態(tài)時(shí)有時(shí)也不設(shè)定為零。例如在起動(dòng)時(shí)通過逐漸增加d軸的電流檢測(cè)值Idc，由此能夠在將轉(zhuǎn)子固定在規(guī)定的旋轉(zhuǎn)位置之后過渡至通常的向量控制。通過以上說明的這種電流控制系統(tǒng)的動(dòng)作，能夠使dc-qc軸坐標(biāo)系的電流檢測(cè)值Idc、Iqc分別與電流指令值Idc' Iqc*相一致。由上述的電流控制系統(tǒng)及相位控制系統(tǒng)進(jìn)行的各動(dòng)作是電動(dòng)機(jī)控制的基本動(dòng)作。在本發(fā)明中，除了這些的電流控制系統(tǒng)和相位控制系統(tǒng)以外，還安裝有用于控制高頻電流波紋的模值的高頻電流控制系統(tǒng)。在本實(shí)施方式中，在電流成分分離單元5中追加的上述的模值運(yùn)算單元5f、高頻電流模值指令生成單元7、疊加電壓振幅調(diào)整單元9主要起到該作用。圖8表示高頻電流模值指令生成單元7的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例。如圖8所示，高頻電流模值指令生成單元7具備選擇開關(guān)7a、表格7b、增益7c、合成器7d、選擇開關(guān)7e。這些的結(jié)構(gòu)與上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a、電壓輸出單元3、電流成分分離單元5、相位調(diào)整單元10的各結(jié)構(gòu)同樣，可分別作為CPU根據(jù)程序所執(zhí)行的處理來實(shí)現(xiàn)。選擇開關(guān)7a在輸入側(cè)具有A F的合計(jì)六個(gè)接點(diǎn)，從這些接點(diǎn)之中選擇任意的組合，將該接點(diǎn)與輸出側(cè)的接點(diǎn)a、b之中的任意一個(gè)或兩個(gè)連接。輸入側(cè)的接點(diǎn)A、B處分別輸入來自電流指令生成單元6的電流指令值Idc' Iqc%接點(diǎn)C處輸入表示這些電流指令值的電流指令向量的模值。此外，接點(diǎn)D、E處分別輸入來自電流成分分離單元5的基波電流成分IdcAVG、IqcAVG，接點(diǎn)F處輸入表示這些基波電流成分的基波電流向量的模值。另一方面，輸出側(cè)的接點(diǎn)a、b分別與表格7b、增益7c相連接。因此，在選擇開關(guān)7a中在輸入側(cè)和輸出側(cè)通過分別使任意的接點(diǎn)彼此相連接，從而能夠?qū)⑤斎胫两狱c(diǎn)A F的各輸入值之中的任意輸入值選擇性地從接點(diǎn)a、b分別輸出至表格7b和增益7c。其中，既可以從選擇開關(guān)7a向表格7b和增益7c分別輸出彼此不同的輸入值的組合，也可以輸出相同的組合。此外，也可以從選擇開關(guān)7a僅向表格7b或增益7c的任意一方輸出，而切斷向另一方的輸出。表格7b中作為表格信息具有預(yù)先設(shè)定的輸入值和輸出值的關(guān)系，基于來自選擇開關(guān)7a的輸入值并參照表格信息來確定輸出值。來自表格7b的輸出值被輸入至合成器7d。增益7c中對(duì)來自選擇開關(guān)7a的輸入值乘以規(guī)定的增益來確定輸出值。來自增益7c的輸出值被輸入至合成器7d。合成器7d按照規(guī)定的法則對(duì)來自表格7b的輸出值和來自增益7c的輸出值進(jìn)行·合成，并輸出至選擇開關(guān)7e的接點(diǎn)A。例如，既可以單純地使來自表格7b的輸出值和來自增益7c的輸出值相加，也可以按照規(guī)定比例對(duì)其進(jìn)行加權(quán)相加。此外，在選擇開關(guān)7a中僅表格7b或增益7c的其中一方被選擇為輸出目的地的情況下，既可以將來自該輸出目的地的輸出值直接從合成器7d輸出至選擇開關(guān)7e的接點(diǎn)A，也可以在進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算之后進(jìn)行輸出。選擇開關(guān)7e在輸入側(cè)具有A、B兩個(gè)接點(diǎn)，選擇其中任意一個(gè)接點(diǎn)與輸出側(cè)的接點(diǎn)之間連接。接點(diǎn)A處輸入來自合成器7d的輸出，接點(diǎn)B處輸入預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值IhO'因此，在選擇開關(guān)7e中選擇了接點(diǎn)A的情況下，來自合成器7d的輸出作為高頻電流模值指令值Ih*從高頻電流模值指令生成單元7輸出至疊加電壓振幅調(diào)整單元9。由此，基于電流指令值Idc' Iqc'基波電流成分IdcAVG、IqcAVG、或這些模值之中的任意至少一個(gè)，從高頻電流模值指令生成單元7輸出高頻電流模值指令值Ih'另一方面，在選擇開關(guān)7e中選擇了接點(diǎn)B的情況下，固定值IhO*作為高頻電流模值指令值Ih*從高頻電流模值指令生成單元7輸出至疊加電壓振幅調(diào)整單元9。如以上所說明那樣，由高頻電流模值指令生成單元7生成高頻電流模值指令值Ih*并輸出至疊加電壓振幅調(diào)整單元9。該高頻電流模值指令值Ih*，根據(jù)電流檢測(cè)單元2的檢測(cè)精度及電動(dòng)機(jī)I中期待的凸極比特性來決定的。這里所謂的凸極比特性是決定圖6所示的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd的波形的特性，是電動(dòng)機(jī)I中固有的特性。在最簡(jiǎn)單的控制方法中，可以如上述那樣在選擇開關(guān)7e中選擇接點(diǎn)B使得Ih* =IWf，從而將高頻電流模值指令值Ih*設(shè)定為固定值。但是，由于凸極比特性相對(duì)于電流工作點(diǎn)并不是不變的，因此有時(shí)也希望伴隨于此如上述那樣在選擇開關(guān)7e中選擇接點(diǎn)A使用來自表格7c或增益7c的輸出值，由此使高頻電流模值指令值Ih*可變。例如，在電動(dòng)機(jī)I的凸極比特性在高轉(zhuǎn)矩條件下惡化時(shí)，也可以通過增益7c使高頻電流模值指令值Ih*可變。此外，例如在凸極比特性在特定電流條件下惡化等的、電動(dòng)機(jī)I的凸極比特性較為復(fù)雜的情況下，也可以通過表格7b來決定高頻電流模值指令值Ih'在這種情況下，作為從選擇開關(guān)7a向增益7c及表格7b的輸入，使用電流指令值Idc*或Iqc'或者這些電流指令值表示的電流指令向量的模值即可。另一方面，在需要更高速的響應(yīng)的情況下，使用基波電流成分IdcAVG或IqcAVG、或者這些基波電流成分表示的基波電流向量的模值即可。
圖9表示疊加電壓振幅調(diào)整單元9的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖9所示，疊加電壓振幅調(diào)整單元9具備疊加電壓振幅控制單元9a、限幅器9b。這些結(jié)構(gòu)與上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a、電壓輸出單元3、電流成分分離單元5、相位調(diào)整單元10、高頻電流模值指令生成單元7的各結(jié)構(gòu)同樣，可作為CPU根據(jù)程序所執(zhí)行的處理來實(shí)現(xiàn)。疊加電壓振幅控制單元9a，按照來自電流成分分離單元5的高頻電流模值Ih與來自高頻電流模值指令生成單元7的高頻電流模值指令值Ih*相一致的方式，求出疊加電壓振幅指令值Vh'這如圖9中所示那樣可以是PI控制或者I控制的結(jié)構(gòu)。由疊加電壓振幅控制單元9a求出的交變電壓振幅指令值Vh*被輸出至限幅器％。限幅器9b將來自疊加電壓振幅控制單元9a的疊加電壓振幅指令值Vh*限制成不是負(fù)值且不是異常小的值來進(jìn)行輸出。通過了限幅器％之后的疊加電壓振幅指令值Vh%如圖I所示那樣從疊加電壓振幅調(diào)整單元9輸出至電壓輸出單元3，用于生成上述的矩形波信號(hào)。限幅器％還計(jì)算基本電壓指令值Vdc'Vqc*表示的基波向量的模值與疊加電壓振幅指令值Vh*之和。根據(jù)該計(jì)算結(jié)果，判定是否處于電力變換單元11根據(jù)來自電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的三相交流電壓指令值Vu' Vv*, Vw*所輸出的電壓超過作為可輸出電壓所確定的規(guī)定上限值的狀態(tài)。其結(jié)果判定為處于超過可輸出電壓的狀態(tài)的情況下，判斷為不能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)從而對(duì)事件標(biāo)志位進(jìn)行置位。當(dāng)檢測(cè)到事件標(biāo)志位被置位時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制裝置40a進(jìn)行規(guī)定的事件。例如，進(jìn)行交變電壓頻率的變更、錯(cuò)誤顯示、輸出切斷等。如以上所說明那樣，由疊加電壓振幅調(diào)整單元9求出用于在電壓輸出單元3中調(diào)整針對(duì)基本電壓指令值Vdc' Vqc*疊加的交變電壓的振幅的疊加電壓振幅指令值Vh%并輸 出至電壓輸出單兀3。在此，由電流成分分尚單兀5分別分尚出聞?lì)l電流模值Ih、軸偏差基準(zhǔn)量X 0 Pd、基波電流成分IdcAVG、IqcAVG，這些參數(shù)在各自的控制系統(tǒng)中被分別控制。因此，即便上述這種高頻電流控制系統(tǒng)調(diào)整疊加電壓振幅指令值Vh*從而高頻電流模值Ih變動(dòng)，也完全不會(huì)對(duì)其他的電流控制系統(tǒng)及相位控制系統(tǒng)帶來影響。因此，能夠針對(duì)各控制系統(tǒng)進(jìn)行最佳的控制響應(yīng)設(shè)計(jì)。接下來，敘述根據(jù)以上說明的實(shí)施方式所得到的本發(fā)明的主要效果。圖10是用于說明電動(dòng)機(jī)I中的電流和電感特性的特性說明圖。在該圖中，通過曲線示意地表示在將上述基波電流成分IdcAVG、IqcAVG表示的基波電流向量的模值設(shè)為II、將由此在電動(dòng)機(jī)I中產(chǎn)生的磁通設(shè)為主磁通(P時(shí)的基波電流模值Il與主磁通(P之間的關(guān)系。在圖10中，曲線的橫軸表示基波電流模值Il的大小，縱軸表示主磁通Cp的大小。在基波電流模值Il比較小的范圍中，電動(dòng)機(jī)I中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩較小?？芍藭r(shí)圖10所示的曲線的斜率大致恒定，基波電流模值Ii與主磁通cp的關(guān)系處于大致正比例的關(guān)系。由該斜率來定義電動(dòng)機(jī)I的電感L。但是，在轉(zhuǎn)矩較大、基波電流模值Il所表示的電流量比較大的條件下，由于在電動(dòng)機(jī)I中與轉(zhuǎn)子鉸鏈的磁通發(fā)生飽和，因此如圖10所示那樣曲線的斜率(電感L)變小。在此，在將根據(jù)來自上述疊加電壓振幅調(diào)整單元9的疊加電壓振幅指令值Vh*在三相交流電壓Vu、Vv, Vw中疊加的交變電壓的振幅表示為疊加電壓振幅Vh時(shí)，則使疊加電壓振幅Vh恒定時(shí)的高頻電流模值Ih，與上述的電感L的大小成反比例。也就是說，如果將疊加電壓振幅指令值Vh*設(shè)定為恒定，那么隨著轉(zhuǎn)矩增加，高頻電流模值Ih由于磁通飽和的影響而增加。在轉(zhuǎn)矩增大、電動(dòng)機(jī)I中流過的基波電流模值Il增加至電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)100中的硬件性能的界限附近的情況下，高頻電流模值Ih由于磁通飽和而增大，有時(shí)電流值會(huì)超過上述的電流界限。以下將這種現(xiàn)象稱為OC(OverCurrent)。針對(duì)這種問題，在本發(fā)明中使用由上述的模值運(yùn)算單元5f、高頻電流模值指令生成單元7及疊加電壓振幅調(diào)整單元9構(gòu)成的控制系統(tǒng)，將高頻電流模值Ih控制在規(guī)定值。因此，即便因磁通飽和現(xiàn)象從而電感發(fā)生變化，高頻電流模值Ih也會(huì)保持在恒定。以下使用圖11的說明圖來說明本發(fā)明的效果。圖11(a)表示在將疊加電壓振幅指令值Vh*設(shè)定為恒定值并逐漸增加轉(zhuǎn)矩時(shí)的u相交流電流Iu的波形的一例。在圖11 (a)中，以O(shè)C等級(jí)60a表示出現(xiàn)OC的電流界限。此外，將轉(zhuǎn)矩比較小時(shí)的交流電流Iu的波形放大之后的結(jié)果表示為符號(hào)60b，將轉(zhuǎn)矩比較小時(shí)的OC附近處的交流電流Iu的波形放大之后的結(jié)果表不為符號(hào)60c。在該放大波形60c中，粗線表不的符號(hào)60d的波形,表不對(duì)應(yīng)于基波電流模值Il的電流基波成分。此外，以波形60d為中心上下波動(dòng)的符號(hào)60e的波形，表示通過對(duì)基波電流模值Il疊加高頻電流模值Ih而形成的交流電流Iu。
在此，由于磁通飽和的趨勢(shì)在電動(dòng)機(jī)I的每個(gè)個(gè)體中有所不同，因此事先不知道高頻電流模值Ih以何種程度增大，這將成為發(fā)生無法預(yù)期的OC的原因。此外，在從電力變換單元11至電動(dòng)機(jī)I的線纜長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的情況下、或線纜形狀在途中發(fā)生變化的情況下，由于表觀上的電感增大從而高頻電流模值Ih變小，因此無法獲得充分的磁極位置估計(jì)精度。因而，電動(dòng)機(jī)I將出現(xiàn)失調(diào)，有時(shí)無法持續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。圖11(b)表示在應(yīng)用本發(fā)明時(shí)得到的u相交流電流Iu的波形的一例。該波形也與圖11(a)的波形同樣，是使疊加電壓振幅指令值VhM亙定并逐漸增加轉(zhuǎn)矩時(shí)的交流電流Iu的波形例，以O(shè)C等級(jí)61a表示出現(xiàn)OC的電流界限。此外，將轉(zhuǎn)矩比較小時(shí)的交流電流Iu的波形放大之后的結(jié)果表示為符號(hào)61b，將轉(zhuǎn)矩比較大時(shí)的OC附近處的交流電流Iu的波形放大之后的結(jié)果表示為符號(hào)61c。由圖11(b)可知，在應(yīng)用本發(fā)明時(shí)，即便轉(zhuǎn)矩增大從而電流變大，高頻電流模值Ih 也不會(huì)無謂地增大。因此，直至基波電流模值Il達(dá)到表示電流界限的OC等級(jí)61a附近，能夠持續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，由于能夠事先根據(jù)高頻電流模值指令值Ih*決定電流指令值的上限值，因此能夠提前防止出現(xiàn)0C。再有，不會(huì)受到因上述這種的線纜形狀的變化所引起的表觀上的電感變動(dòng)的影響，能夠確保充分的磁極位置估計(jì)精度，因此能夠防止電動(dòng)機(jī)I失調(diào)，可持續(xù)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。如以上所述，在電動(dòng)機(jī)控制裝置40a中，由電流成分分離單元5根據(jù)由電流檢測(cè)單元2所檢測(cè)出的電流，提取出表示與交變電壓相應(yīng)的高頻電流成分的大小的高頻電流模值Ih、與基本電壓指令值Vdc' Vqc*相應(yīng)的基波電流成分IdcAVG、IqcAVG、與電動(dòng)機(jī)I的磁極位置相應(yīng)的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 Pd。使用這些的提取值，分別獨(dú)立地進(jìn)行高頻電流控制系統(tǒng)、電流控制系統(tǒng)及相位控制系統(tǒng)的各自控制。通過采用這種結(jié)構(gòu)，針對(duì)因磁通飽和或線纜形狀的變化等引起的電感變化，能夠確保充分的磁極位置估計(jì)精度，還能夠事先防止OC于未然。第2實(shí)施方式圖12是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOb的整體結(jié)構(gòu)圖。電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOb具備電力變換裝置50b和電動(dòng)機(jī)I。電力變換裝置50b具備電動(dòng)機(jī)控制裝置40b、電力變換單元11、電流檢測(cè)單元2。其中，電動(dòng)機(jī)I、電力變換單元11及電流檢測(cè)單元2與圖I所示的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOa相同。以下，利用

本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置40b與第I實(shí)施方式中說明的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的不同。在圖12中，電動(dòng)機(jī)控制裝置40b與圖I所示的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的不同點(diǎn)在于，代替圖I的電壓輸出單兀3和電流成分分尚單兀5,具備電壓輸出單兀12和電流成分分尚單元13。
圖13是電壓輸出單元12的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。在圖3所示的電壓輸出單元3中，由交變電壓波形發(fā)生單元3a產(chǎn)生矩形波的交變電壓。相對(duì)于此，在圖13所示的電壓輸出單元12中，由交變電壓波形發(fā)生單元12a產(chǎn)生正弦波的交變電壓。這樣，在本實(shí)施方式中，與第I實(shí)施方式相比不同點(diǎn)在于，在從電動(dòng)機(jī)控制裝置40b輸出的三相交流電壓指令值Vu'V/、Vw*中疊加正弦波的高頻電壓，而不是矩形波。其中，交變電壓波形發(fā)生單元12a以外的乘法器12b、耦合器12c、坐標(biāo)變換單元12d、12e、加法器12f及二相三相變換單元12g的各結(jié)構(gòu)與圖3中對(duì)應(yīng)的各結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行相同的動(dòng)作。圖14表示電流成分分離單元13的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在圖4所示的電流成分分離單元5中，基波成分提取單元5b按照規(guī)定的定時(shí)對(duì)從坐標(biāo)變換單元5a輸出的電流檢測(cè)值Idc、Iqc分別進(jìn)行采樣，并實(shí)施逐次平均處理，由此來提取基波電流成分IdcAVG、IqcAVG。相對(duì)于此，在圖14所示的電壓輸出單元13中，在基波成分提取單元13b中使用LPF(低通濾波器)從電流檢測(cè)值Idc、Iqc中分別除去高頻成分，由此來提取基波電流成分IdcAVG、IqcAVG。此外，在圖4所示的電流成分分離單元5中，高頻成分提取單元5c針對(duì)電流檢測(cè)值Idc、Iqc計(jì)算每一次的差分值A(chǔ)ide、Alqc，進(jìn)而由符號(hào)補(bǔ)償單元5d進(jìn)行符號(hào)補(bǔ)償，由此來提取高頻電流向量AldcAVG、AlqcAVG。相對(duì)于此，在圖14所示的電壓輸出單元13中，高頻成分提取單元13c采用使相當(dāng)于交變電壓的正弦波信號(hào)頻率的頻率通過的BPF (帶通濾波器)，提取相當(dāng)于上述差分值的高頻成分Aide、AIqc0針對(duì)這樣提取出的高頻成分Aide、A Iqc,在振幅運(yùn)算單元13d中分別計(jì)算出其振幅值，由此提取高頻電流向量AIdcAVG、A IqcAVG0在以上說明的本實(shí)施方式中，與第I實(shí)施方式相比不同點(diǎn)在于，使用LPF或BPF從電流檢測(cè)值Idc、Iqc中提取基波電流成分IdcAVG、IqcAVG和高頻電流向量AldcAVG、A IqcAVG。其中,基波成分提取單元13b、高頻成分提取單元13c及振幅運(yùn)算單元13d以外的各結(jié)構(gòu)(坐標(biāo)變換單元13a、軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元13e、模值運(yùn)算單元13f)與圖4中對(duì)應(yīng)的各結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行同樣的動(dòng)作。 如以上所述，在本實(shí)施方式中實(shí)施使用了正弦波疊加和濾波器的電流成分分離。由此，抑制空載時(shí)間等不必要的高次諧波成分的影響，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。第3實(shí)施方式圖15是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOc的整體結(jié)構(gòu)圖。電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOc具備電力變換裝置50c和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)14。電力變換裝置50c具備電動(dòng)機(jī)控制裝置40c、電力變換單元11、電流檢測(cè)單元2。其中，電力變換單元11及電流檢測(cè)單元2與圖I所示的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOa相同。以下，利用

本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置40c與第I實(shí)施方式中說明的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a的不同點(diǎn)。圖15所示的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOc與圖I的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOa的不同點(diǎn)在于控制對(duì)象為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)14而不是電動(dòng)機(jī)I,電動(dòng)機(jī)控制裝置40c代替圖I的相位調(diào)整單元10而具備相位調(diào)整單元15。相位調(diào)整單元15中與相位調(diào)整單元10同樣地輸入來自軸偏差基準(zhǔn)量指令生成單元8的軸偏差基準(zhǔn)量指令X 0 pd*及來自電流成分分離單元5的軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd。還輸入來自電流指令生成單元6的電流指令值Idc' Iqc*o圖16是相位調(diào)整單元15的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖7所示的相位調(diào)整單元10具備第I相位調(diào)整單元10a、第2相位調(diào)整單元IOb及選擇開關(guān)10c。另一方面，圖16所示的相位調(diào)整單元15具備第I相位調(diào)整單元15a、第2相位調(diào)整單元15b、積分器15c及滑動(dòng)補(bǔ)償量運(yùn)算單元15d。第I相位調(diào)整單元15a與圖7中的第I相位調(diào)整單元IOa同樣，按照使軸偏差基準(zhǔn)量X 0 pd與來自軸偏差基準(zhǔn)量指令生成單元8的軸偏差基準(zhǔn)量指令X 0 pd*相一致的方式來調(diào)整疊加相位0p。其結(jié)果,在本實(shí)施方式中疊加相位9 P與勵(lì)磁磁通相位相一致。為了方便說明，這里將勵(lì)磁磁通相位稱為9d。第2相位調(diào)整單元15b按照控制軸相位0 dc與上述的勵(lì)磁磁通相位0 d相一致 的方式來調(diào)整控制軸相位9dc，并輸出速度估計(jì)值另一方面，滑動(dòng)補(bǔ)償量運(yùn)算單元15d基于從電流指令生成單元6輸入的電流指令值Idc'^(3%利用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)14的二次時(shí)間常數(shù)T2通過以下的式(3)來計(jì)算滑動(dòng)補(bǔ)償量cos'
II*=--…式⑶
TT^
1I ldc將上述的速度估計(jì)值和滑動(dòng)補(bǔ)償量相加，作為速度指令值《 I*輸出至積分器15c。積分器15c對(duì)其進(jìn)行積分從計(jì)算出控制軸相位0dc并輸出。來自積分器15c的控制軸相位0 dc與來自第I相位調(diào)整單元15a的疊加相位0 p 一起被輸出至電壓輸出單元3及電流成分分離單元5。通過采用以上說明的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒌?相位調(diào)整單元15b的輸出視為速度估計(jì)值 r~。基于該速度估計(jì)值上位的系統(tǒng)能夠判斷電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOc的狀態(tài)，在電流指令生成單元6中輸出用于生成電流指令I(lǐng)dc' Iqc*的轉(zhuǎn)矩指令。第4實(shí)施方式圖17是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOd的整體結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式組合了上述的第2實(shí)施方式和第3實(shí)施方式。電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)IOOd具備電力變換裝置50d和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)14。電力變換裝置50d具備電動(dòng)機(jī)控制裝置40d、電力變換單元11、電流檢測(cè)單元2。電動(dòng)機(jī)控制裝置40d具備與第2實(shí)施方式中說明的部件相同的電壓輸出單元12及電流成分分離單元13，并且具備與第3實(shí)施方式中說明的部件相同的相位調(diào)整單元15。此外的部分與第I實(shí)施方式中說明的電動(dòng)機(jī)控制裝置40a相同。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其具備 電力變換單元，其將直流電變換為交流電提供給交流電動(dòng)機(jī)； 電壓輸出單元，針對(duì)用于使所述交流電動(dòng)機(jī)根據(jù)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行動(dòng)作的基本電壓指令值，疊加按照比所述運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高的規(guī)定頻率周期性變化的高頻交變電壓，將其疊加結(jié)果作為用于指示所述交流電的電壓的電壓指令值輸出至所述電力變換單元； 電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述交流電的電流； 高頻成分提取單元，其從由所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流中提取與所述交變電壓相應(yīng)的高頻電流成分； 模值運(yùn)算單元，其求取表示由所述高頻成分提取單元提取出的高頻電流成分的大小的高頻電流模值；和 疊加電壓振幅調(diào)整單元，其基于由所述模值運(yùn)算單元求取的高頻電流模值，將用于調(diào)整所述交變電壓的振幅的疊加電壓振幅指令值輸出至所述電壓輸出單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電力變換裝置還具備軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元，該軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元基于由所述高頻成分提取單元提取出的高頻電流成分求取與所述交流電動(dòng)機(jī)的磁極位置相應(yīng)的軸偏差基準(zhǔn)量， 基于由所述軸偏差基準(zhǔn)量運(yùn)算單元求取的軸偏差基準(zhǔn)量來估計(jì)所述交流電動(dòng)機(jī)的磁極位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電力變換裝置還具備 基波成分提取單元，其從由所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流中提取與所述基本電壓指令值相應(yīng)的基波電流成分； 電流指令生成單元，其分別生成針對(duì)所述交流電的勵(lì)磁電流成分和轉(zhuǎn)矩電流成分的電流指令值；和 向量運(yùn)算單元，其基于由所述基波成分提取單元提取出的基波電流成分、由所述電流指令生成單元生成的電流指令值，按照與所述運(yùn)轉(zhuǎn)頻率相應(yīng)的規(guī)定的控制響應(yīng)速度運(yùn)算所述基本電壓指令值并輸出至所述電壓輸出單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述電力變換裝置還具備高頻電流模值指令生成單元，該高頻電流模值指令生成單元基于所述基波電流成分的勵(lì)磁電流成分、所述基波電流成分的轉(zhuǎn)矩電流成分、所述基波電流成分的模值、所述電流指令值的勵(lì)磁電流成分、所述電流指令值的轉(zhuǎn)矩電流成分及所述電流指令值的模值之中的任意至少一個(gè)，輸出用于調(diào)整所述疊加電壓振幅指令值的高頻電流模值指令值， 所述疊加電壓振幅調(diào)整單元按照所述高頻電流模值與所述高頻電流模值指令值相一致的方式將所述疊加電壓振幅指令值輸出至所述電壓輸出單元。
5.—種電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng),其具備 交流電動(dòng)機(jī)； 電力變換單元，其將直流電變換為交流電提供給所述交流電動(dòng)機(jī)； 電壓輸出單元，針對(duì)用于使所述交流電動(dòng)機(jī)根據(jù)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行動(dòng)作的基本電壓指令值，疊加按照比所述運(yùn)轉(zhuǎn)頻率高的規(guī)定頻率周期性變化的高頻交變電壓，將其疊加結(jié)果作為用于指示所述交流電的電壓的電壓指令值輸出至所述電力變換單元； 電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述交流電的電流； 高頻成分提取單元，其從由所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流中提取與所述交變電壓相應(yīng)的高頻電流成分； 模值運(yùn)算單元，其求取表示由所述高頻成分提取單元提取出的高頻電流成分的大小的高頻電流模值；和 疊加電壓振幅調(diào)整單元，其基于由所述模值運(yùn)算單元求取的高頻電流模值，將用于調(diào)整所述交變電壓的振幅的疊加電壓振幅指令值輸出至所述電壓輸出單元。全文摘要
本發(fā)明提供一種電力變換裝置，在不使用用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的傳感器來控制電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制方法下，即便在電動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可持續(xù)地進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且高精度地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并抑制噪音的產(chǎn)生。在電力變換裝置(50a)中，電壓輸出單元(3)對(duì)來自向量運(yùn)算單元(4)的基本電壓指令值(Vdc*、Vqc*)疊加高頻的交變電壓，將三相交流電壓指令值(Vu*、Vv*、Vw*)輸出至電力變換單元(11)。電流成分分離單元(5)從三相電流信號(hào)(Iuc、Ivc、Iwc)提取與交變電壓相應(yīng)的高頻電流成分，求取表示該高頻電流成分的大小的高頻電流模值(Ih)。疊加電壓振幅調(diào)整單元(9)基于來自電流成分分離單元(5)的高頻電流模值(Ih)，將用于調(diào)整交變電壓的振幅的疊加電壓振幅指令值(Vh*)輸出至電壓輸出單元(3)。
文檔編號(hào)H02P21/05GK102751936SQ201210026240
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者小沼雄作, 巖路善尚, 戶張和明, 荒川陽一郎, 金子大吾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)