專利名稱：同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及同步電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別是涉及適于不使用位置傳感器來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子的磁極位置從而控制同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及搭載了該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的同步電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在家電領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)設(shè)備領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域等的技術(shù)領(lǐng)域，例如在風(fēng)扇、泵、壓縮機(jī)、傳輸機(jī)、升降機(jī)等的旋轉(zhuǎn)速度控制、和轉(zhuǎn)矩輔助控制、定位控制等中使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。在這些領(lǐng)域的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，廣泛使用其中利用了永久磁鐵的小型且高效率的同步電動(dòng)機(jī)。并且，為了驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)，需要電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁極位置的信息，為此，需要檢測(cè)磁極位置的解算儀和霍爾IC等的位置傳感器。然而，近年來(lái)，像這樣不使用位置傳感器地進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制的被稱作“無(wú)傳感器控制”的技術(shù)不斷普及。通過該無(wú)傳感器控制的實(shí)用化，能削減設(shè)置位置傳感器所需要的費(fèi)用(位置傳感器自身的費(fèi)用和位置傳感器布線所耗的費(fèi)用)，另外，不需要位置傳感器這一點(diǎn)能得到裝置的小型化、在惡劣的環(huán)境中能夠使用等較大的效果。當(dāng)前，同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)傳感器控制采用如下等的方式直接檢測(cè)由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(速度起電電壓)來(lái)作為轉(zhuǎn)子的位置信息，從而進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的方式；根據(jù)成為對(duì)象的電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)式模型來(lái)運(yùn)算估計(jì)轉(zhuǎn)子位置，從而求取的位置估計(jì)方式。
但是，無(wú)傳感器控制雖然能削減位置傳感器的設(shè)置所需的費(fèi)用，且不需要位置傳感器這一點(diǎn)能起到裝置的小型化、能在惡劣的環(huán)境中使用這樣的較大的效果，但在這些無(wú)傳感器控制的低速運(yùn)行時(shí)的位置檢測(cè)方法中存在較大的課題。具體地，存在如下的課題由于當(dāng)前實(shí)用化的大半的無(wú)傳感器控制都是基于同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(速度起電電壓)的控制，因此在感應(yīng)電壓較小的零速度附近(停止?fàn)顟B(tài))或低速度區(qū)域中，感應(yīng)電壓的檢測(cè)靈敏度降低，位置信息會(huì)被埋沒在噪聲中。針對(duì)這樣的課題，例如如JP特開2009-189176號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)那樣，提出了以同步電動(dòng)機(jī)的120度通電控制為基礎(chǔ)的低速度區(qū)域中的無(wú)傳感器控制方式，即使在感應(yīng)電壓小的低速度區(qū)域，也能對(duì)同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。另外，作為基于同步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(速度起電電壓)的無(wú)傳感器控制方式，有JP特開平11-341869號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)那樣的基于感應(yīng)電壓的零交叉的方式、JP特開平7-123773號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)那樣的將用AD轉(zhuǎn)換器直接讀取感應(yīng)電壓的值，根據(jù)其變化率來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子位置的方式。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I JP特開2009-189176號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 JP特開平11-341869號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 JP特開平7-123773號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)方案中，雖然能在電動(dòng)機(jī)停止、低速狀態(tài)下得到良好的控制性能，但并未示出用于進(jìn)行轉(zhuǎn)子方位角的控制、旋轉(zhuǎn)速度控制的具體的手法。專利文獻(xiàn)
2、專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)方案是與用于切換被120度通電驅(qū)動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)的通電相的定時(shí)相關(guān)的技術(shù)，與旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子位置的控制系統(tǒng)不相關(guān)。例如，作為以速度傳感器來(lái)得到速度信息的方式，用計(jì)數(shù)器對(duì)通電相的切換定時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)該時(shí)間逆運(yùn)算出轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，從而得到速度信息。因而，旋轉(zhuǎn)速度越低，在速度檢測(cè)中就越會(huì)伴有滯后，無(wú)法提高速度精度，有可能不能較高地設(shè)定速度控制響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能在不使用位置傳感器的無(wú)傳感器控制的同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，至少?gòu)牧闼俣雀浇降退俣葏^(qū)域?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)。本發(fā)明的代表性的特征在于，依次選擇同步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組中的2相來(lái)實(shí)施120度通電，此時(shí)，利用因轉(zhuǎn)子位置不同而非通電相的起電電壓發(fā)生變化的現(xiàn)象，來(lái)基于非通電相的起電電壓得到瞬時(shí)的轉(zhuǎn)子位置信息，另外，根據(jù)除此之外得到的位置信息的變化率來(lái)得到轉(zhuǎn)子速度信息。更為優(yōu)選的是，將非通電相的起電電壓與同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置預(yù)先建立相關(guān)關(guān)系，根據(jù)檢測(cè)出的起電電壓來(lái)求取已建立了關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子位置信息，從而得到瞬時(shí)的轉(zhuǎn)子位
置信息。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于從零速度附近到低速度區(qū)域，能得到位置信息或速度信息的瞬時(shí)的值，因此，能至少在零速度附近到低速度區(qū)域?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)。


圖I是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖2是對(duì)2相施加脈沖電壓的情況下的說明圖。圖3是伴隨著圖2所示的脈沖施加的非通電相的感應(yīng)電壓的說明圖。圖4是在通常的PWM時(shí)所產(chǎn)生的磁飽和起電電壓的說明圖。圖5是非通電相電壓和正轉(zhuǎn)閾值的關(guān)系的說明圖。圖6是非通電相電壓和轉(zhuǎn)子相位0d的關(guān)系的說明圖。圖7是圖I所示的相位估計(jì)器的構(gòu)成圖。圖8是本發(fā)明的其它實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖9是圖8所示的速度估計(jì)器的構(gòu)成圖。圖10是本發(fā)明的其它的實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖11是圖10所示的中高速/模式切換觸發(fā)發(fā)生器的構(gòu)成圖。圖12是速度起電電壓波形和通電模式的關(guān)系的說明圖。圖13是圖10所示的中高速/速度估計(jì)器的構(gòu)成圖。
圖14是本發(fā)明的其它的一個(gè)實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖15是通電相間的線間電壓波形的說明圖。圖16是圖14所示的非通電相選擇器的構(gòu)成圖。圖17是非通電相電壓與反轉(zhuǎn)閾值的關(guān)系的說明圖。圖18是圖14所示的電壓指令補(bǔ)正器9的構(gòu)成圖。圖19是PWM波形例(Λ V = O、V* > O)的說明圖。圖20是PWM波形例(Λ V關(guān)O、V* > O)的說明圖。圖21是圖14所示的三相PWM發(fā)生器和柵極信號(hào)切換器7D的構(gòu)成圖。
圖22是圖14所示的相位估計(jì)器的構(gòu)成圖。圖23是磁飽和起電電壓和速度起電電壓的關(guān)系的說明圖。圖24是本發(fā)明的其它的實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖25是本發(fā)明的其它的實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖26是圖25所示的中高速/速度估計(jì)器的構(gòu)成圖。圖27是本發(fā)明的其它的實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖28是本發(fā)明的其它的實(shí)施例的同步電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖29是電動(dòng)油壓泵系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖30是電動(dòng)油壓泵的動(dòng)作波形的說明圖。符號(hào)的說明I施加指令電壓發(fā)生器2控制器3逆變器4同步電動(dòng)機(jī)5PWM 發(fā)生器6通電模式?jīng)Q定器7柵極信號(hào)切換器8模式切換觸發(fā)發(fā)生器10非通電相電位選擇器11正轉(zhuǎn)閾值發(fā)生器12比較器20相位估計(jì)器31直流電源32逆變器主電路部33輸出預(yù)驅(qū)動(dòng)器101位置指令發(fā)生器102位置控制器103減法運(yùn)算器
具體實(shí)施例方式下面，使用圖I到圖30來(lái)說明本發(fā)明的實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成以及動(dòng)作。[實(shí)施例I]最初，使用圖I來(lái)說明本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體構(gòu)成。圖I示出驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)4的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成，由如下構(gòu)成要素構(gòu)成施加電壓指令發(fā)生器1A，其計(jì)算對(duì)同步電動(dòng)機(jī)4的施加電壓指令<，以使得同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子方位角成為期望的位置；控制器2A，其運(yùn)算對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的施加電壓來(lái)生成給逆變器的脈沖寬度調(diào)制波(PWM)信號(hào)；逆變器3A，其接受控制器2的PWM信號(hào)，來(lái)根據(jù)直流電壓產(chǎn)生交流電壓；被上述這些構(gòu)成所控制的具備三相定子繞組的同步電動(dòng)機(jī)4。逆變器3由如下要素構(gòu)成向逆變器提供電力的直流電源31、由6個(gè)開關(guān)元件Sup Swn構(gòu)成的逆變器主電路部、和驅(qū)動(dòng)逆變器主電路部32的輸出預(yù)驅(qū)動(dòng)器33。施加電壓指令發(fā)生器IA雖然產(chǎn)生對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的施加電壓指令V%但是它是位于控制器2A的上 級(jí)的控制器。作為該上級(jí)的控制器，例如在控制同步電動(dòng)機(jī)4的電流的情況下使用電流控制器，或者在控制旋轉(zhuǎn)速度情況下使用速度控制器，但由于在本實(shí)施例中以進(jìn)行轉(zhuǎn)子的相位(轉(zhuǎn)子位置)的控制為目的，因此，作為位置控制器而動(dòng)作。不管如何，將相當(dāng)于該施加電壓指令V*的電壓最終進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)后施加到同步電動(dòng)機(jī)4。施加電壓指令發(fā)生器IA的內(nèi)部由如下要素構(gòu)成產(chǎn)生同步電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子位置指令的位置指令發(fā)生器101、計(jì)算與來(lái)自控制器2A的位置估計(jì)值0dc的偏差的減法運(yùn)算器102、對(duì)給同步電動(dòng)機(jī)4的施加電壓進(jìn)行修正運(yùn)算以使得偏差成為零的位置控制器103?？刂破?A在內(nèi)部具有PWM發(fā)生器5，基于位置控制器I的輸出來(lái)生成脈沖寬度調(diào)制后的PWM波。另外，在通電模式?jīng)Q定器6中，依次輸出決定逆變器主電路部的6種的開關(guān)模式的模式指令。在柵極信號(hào)切換器7中，基于模式指令來(lái)決定逆變器主電路部32的每一個(gè)開關(guān)元件Sup Swn以何種動(dòng)作來(lái)進(jìn)行開關(guān)，將最終的6個(gè)柵極脈沖信號(hào)輸出給逆變器3。另外，通電模式?jīng)Q定器6根據(jù)模式切換觸發(fā)發(fā)生器8所產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)依次切換通電模式。模式切換觸發(fā)發(fā)生器8由如下要素構(gòu)成基于模式指令來(lái)選擇三相的繞組中的非通電相，并對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的非通電相電壓Vu、Vv、Vw進(jìn)行采樣的非通電相選擇器10 ;產(chǎn)生相對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)的非通電相的電壓而成為正轉(zhuǎn)方向的閾值的電壓的正轉(zhuǎn)閾值發(fā)生器11 ;和比較非通電相的電壓和正轉(zhuǎn)閾值，產(chǎn)生向正轉(zhuǎn)方向的模式切換觸發(fā)信號(hào)的比較器12。作為本發(fā)明的特征部分的相位(轉(zhuǎn)子位置)估計(jì)器20根據(jù)與通電模式?jīng)Q定器6所決定的模式對(duì)應(yīng)的非通電相的電壓即檢測(cè)電位BL來(lái)運(yùn)算估計(jì)同步電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子位置(角度)θ(1。通過減法運(yùn)算器102對(duì)與估計(jì)出的轉(zhuǎn)子位置(角度)Gd對(duì)應(yīng)的位置信號(hào)Qdc進(jìn)行運(yùn)算，以使得其與施加電壓指令發(fā)生器IA內(nèi)部的位置指令發(fā)生器101所輸出的位置指令Θ dc*—致，基于運(yùn)算結(jié)果，通過位置控制器103來(lái)修正施加電壓指令V'接下來(lái)，說明本發(fā)明的基本動(dòng)作。成為本發(fā)明的基本的120度通電方式是指，從同步電動(dòng)機(jī)的三相的繞組中選擇2個(gè)繞組，對(duì)選擇的繞組施加電壓來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩的方式。并且，該2個(gè)繞組的組合為6種，將它們分別定義為通電模式I 6。在此，3個(gè)繞組分別被定義為公知那樣的U相、V相、W相。圖2 (a)表不從V相向W相通電的狀態(tài)的模式(與后述的模式3對(duì)應(yīng))，圖2 (b)表示反過來(lái)從W相向V相通電的狀態(tài)的模式。與此相對(duì)，使轉(zhuǎn)子的方位角進(jìn)行變化，變化電角度的一個(gè)周期份的情況下的非通電相即U相中出現(xiàn)的起電電壓如圖3所示，通過轉(zhuǎn)子位置可知U相的起電電壓的變化的樣子。 該起電電壓不是速度起電電壓，而是在非通電相即U相，將在V相和W相產(chǎn)生的磁通的變化率的差異觀測(cè)為電壓而得到的起電電壓，將其稱作“磁飽和起電電壓”來(lái)與速度起電電壓區(qū)別。然后，在圖3中可知，實(shí)線所示的正脈沖時(shí)的非通電相的電壓以及虛線所示的負(fù)脈沖時(shí)的非通電相的磁飽和起電電壓都比速度起電電壓Emu大。因此，若代替該速度起電電壓而檢測(cè)出該非通電相的磁飽和起電電壓，則從同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)為從零速度附近到低速度區(qū)域，都能得到比較大的轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)。圖4表示U相、V相以及W相的磁飽和起電電壓、構(gòu)成逆變器3的開關(guān)元件Sup Swn的柵極信號(hào)Gup Gwn、同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)相位角Θ d、還有通電模式。上述的圖2 (a)、(b)所示的電壓脈沖在120度通電的通常的動(dòng)作中被施加，按照相位角Θ山每隔60度來(lái)切換通電的2相。即也是依次切換非通電相。
在圖4中，模式3以及模式6分別與圖2(a)、(b)的狀態(tài)等價(jià)，由于此時(shí)U相為非通電相，因此在粗箭頭處出現(xiàn)磁飽和起電電壓。即，觀測(cè)到在模式3中向負(fù)方向減少、在模式6中向正方向增加這樣的磁飽和起電電壓。由于切換非通電相是理所當(dāng)然的，因此在V相為非通電相的情況下，在模式2和模式5，在粗的箭頭處出現(xiàn)磁飽和起電電壓，觀測(cè)到在模式2向正方向增加、在模式5向負(fù)方向減少這樣的磁飽和起電電壓。同樣地，在W相為非通電相的情況下，在模式I和模式4中，在粗的箭頭處出現(xiàn)磁飽和起電電壓，觀測(cè)到在模式I向負(fù)方向減少、在模式4向正方向增加這樣的磁飽和起電電壓。在圖5中示出通電模式、非通電相和非通電相的磁飽和起電電壓的關(guān)系，可知每當(dāng)切換通電模式，磁飽和起電電壓反復(fù)分別向正方向上升和向負(fù)方向減少的樣子。因此，分別預(yù)先在正側(cè)、負(fù)側(cè)設(shè)定閾值電壓(Vhxp、Vhxn)，能根據(jù)該閾值電壓與磁飽和起電電壓的大小關(guān)系來(lái)產(chǎn)生模式切換的觸發(fā)信號(hào)。用模式切換觸發(fā)發(fā)生器8來(lái)實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作。由非通電相電位選擇器10選擇與模式對(duì)應(yīng)的非通電相并檢測(cè)該相的電位BL(磁飽和起電電壓)。另外，由產(chǎn)生成為正轉(zhuǎn)方向的閾值的電壓的正轉(zhuǎn)閾值發(fā)生器11來(lái)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)/正側(cè)基準(zhǔn)電壓Vhxp和正轉(zhuǎn)/負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓Vhxn0然后，將先前的非通電相的電位BL、和作為閾值的正轉(zhuǎn)/正側(cè)基準(zhǔn)電壓Vhxp和正轉(zhuǎn)/負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓Vhxn輸入到比較器12中，來(lái)進(jìn)行該些值的比較，在非通電相的電位BL到達(dá)閾值的時(shí)刻，產(chǎn)生模式切換觸發(fā)信號(hào)CL并使通電模式進(jìn)入到正轉(zhuǎn)方向。以上是用于在零速度附近產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的基本的動(dòng)作。接下來(lái)，說明本發(fā)明的特征部分即相位(轉(zhuǎn)子位置)估計(jì)器20的動(dòng)作，在非通電相產(chǎn)生的磁飽和起電電壓和轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系如圖5所示那樣，以電角度60度的周期來(lái)對(duì)方位角反復(fù)進(jìn)行單調(diào)減少、單調(diào)增加。由于在載波頻率的周期內(nèi)至少對(duì)磁飽和起電電壓采樣I次，因此成為對(duì)瞬時(shí)的值的讀取。實(shí)際上每當(dāng)施加電壓脈沖就進(jìn)行采樣。因此，在預(yù)先建立了該磁飽和起電電壓和轉(zhuǎn)子位置(角度)的相關(guān)關(guān)系的情況下，能根據(jù)檢測(cè)出的電壓來(lái)求取轉(zhuǎn)子位置(角度)。例如，只要在由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成的數(shù)據(jù)表中容納與磁飽和起電電壓取得了相關(guān)的轉(zhuǎn)子位置(角度)即可，若配合磁飽和起電電壓的采樣而讀取與該磁飽和起電電壓對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置(角度)，則結(jié)果上能在較快的時(shí)間內(nèi)獲知轉(zhuǎn)子位置(角度)。在圖6中示出該磁飽和起電電壓和轉(zhuǎn)子位置(角度)的關(guān)系，圖6(a)是模式I、模式3、模式5的情況的關(guān)系，圖6(b)是模式2、模式4、模式6的情況的關(guān)系。由于數(shù)據(jù)表離散地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因此，只要求取分割成電動(dòng)機(jī)的控制中需要數(shù)量的磁飽和起電電壓-轉(zhuǎn)子位置(角度)的關(guān)系即可。由于切換非通電相的角度為從+30° -30°為止的60度，因此，例如若每隔1°而在表中留下刻度，則準(zhǔn)備60個(gè)“度量”即可。另外，也可以在該“度量”之間通過內(nèi)插計(jì)算來(lái)求取轉(zhuǎn)子位置(角度)。另外，在相位(轉(zhuǎn)子位置)估計(jì)器20中設(shè)置模式I、模式3、模式5的情況下的數(shù)據(jù)表I ;設(shè)置模式2、模式4、模式6的情況下的數(shù)據(jù)表2。
圖7中示出相位(轉(zhuǎn)子位置)估計(jì)器20的構(gòu)成，數(shù)據(jù)表201是通電模式為模式I、
3、5時(shí)使用的數(shù)據(jù)表，反之，數(shù)據(jù)表202是通電模式為模式2、4、6時(shí)使用的數(shù)據(jù)表。該數(shù)據(jù)表的切換通過開關(guān)203來(lái)切換，該開關(guān)203根據(jù)通電模式?jīng)Q定器6所決定的模式信號(hào)，在模式1、3、5的情況下選擇數(shù)據(jù)表I,在模式2、4、6的情況下選擇數(shù)據(jù)表2。在此，由于切換非通電相的角度為60度，因此，從數(shù)據(jù)表輸出的相位(轉(zhuǎn)子位置)Qde也如圖6那樣，是電角度的±30度的范圍。因此，用加法運(yùn)算器205對(duì)每個(gè)模式的成為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)相位Θ dm進(jìn)行加法運(yùn)算，得到轉(zhuǎn)子的I個(gè)周期份的位置信息即9dc。雖然每個(gè)模式的基準(zhǔn)相位Θ dm是從基準(zhǔn)相位發(fā)生器204輸出，但在基準(zhǔn)相位發(fā)生器204也是按照由通電模式?jīng)Q定器6所決定的模式信號(hào)來(lái)切換開關(guān)，這種情況下，與模式I到模式6對(duì)應(yīng)，輸出6個(gè)基準(zhǔn)相位0dm(O°、60°、120° ,180° ,240° ,300° )。通過這些動(dòng)作，根據(jù)瞬時(shí)的磁飽和電壓值來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子的相位(轉(zhuǎn)子位置)，由此求取。其結(jié)果，不用設(shè)置檢測(cè)同步電動(dòng)機(jī)4的轉(zhuǎn)子位置、速度的位置傳感器，就能得到轉(zhuǎn)子位置信息，能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的位置控制系統(tǒng)。通過使用該位置控制系統(tǒng)，例如能在閥的方位角控制、簡(jiǎn)單的定位控制中應(yīng)用。另外，雖然用數(shù)據(jù)表來(lái)表現(xiàn)起電電壓和轉(zhuǎn)子相位的關(guān)系，但也可以用一次函數(shù)、二次函數(shù)等的近似的函數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。這種情況下雖然與表查詢的手法相比計(jì)算時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，但由于旋轉(zhuǎn)區(qū)域?yàn)榈退?，因此認(rèn)為該計(jì)算時(shí)間也不會(huì)成為大問題。另外，在圖I中,檢測(cè)同步電動(dòng)機(jī)4的三相繞組的連接點(diǎn)電位(中性點(diǎn)電位)，但由于基本上以哪個(gè)電位為基準(zhǔn)都能檢測(cè)出非通電相電位，因此并不需要該中性點(diǎn)的電位的連接。或者，即使不進(jìn)行非通電相的檢測(cè)而是觀測(cè)該中性點(diǎn)電位的值，也由于磁飽和的影響也在中性點(diǎn)電位產(chǎn)生，因此能得到磁飽和起電電壓。這種情況下，雖然不需要非通電相電位選擇器10等，但由于在檢測(cè)中中性點(diǎn)電位的連接成為必需，因此在以下的實(shí)施方式中也可以說是完全相同。[實(shí)施例2]接下來(lái)，使用圖8以及圖9來(lái)說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的速度控制系統(tǒng)。一般，在以120度通電方式為基本的速度控制系統(tǒng)中，作為得到速度信息的方法，用計(jì)數(shù)器等對(duì)通電模式的切換期間(每60度電角度的周期)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過運(yùn)算其測(cè)量值的倒數(shù)來(lái)得到速度信息。因此，在轉(zhuǎn)速低的情況下，測(cè)量會(huì)消耗較長(zhǎng)的時(shí)間，結(jié)果，為了得到速度信息而耗時(shí)間，使得控制響應(yīng)顯著變差。特別是在無(wú)傳感器控制中進(jìn)行速度控制的情況下，該檢測(cè)滯后成為課題，難以實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)化。因此，為了實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)下的高精度的速度控制，需要另外在電動(dòng)機(jī)上安裝旋轉(zhuǎn)速度傳感器，但并不優(yōu)選。在下面說明的第2實(shí)施方式中，提出了解決這樣的問題的技術(shù)。圖8所示的實(shí)施方式與圖I所示的實(shí)施方式不同之處在于施加電壓指令發(fā)生器IB作為同步電動(dòng)機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度控制器Ib發(fā)揮功能的點(diǎn)、和新附加了速度估計(jì)器21的點(diǎn)。速度估計(jì)器21是使用第I實(shí)施方式說明的速度估計(jì)器20的輸出Θ dc來(lái)進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度core的運(yùn)算估計(jì)的要素。然后，通過施加電壓指令發(fā)生器IB來(lái)進(jìn)行控制，以使得由速度估計(jì)器21求得的估 計(jì)值《rc與旋轉(zhuǎn)速度指令ωΖ—致。上述的施加電壓指令發(fā)生器IB由如下要素構(gòu)成輸出同步電動(dòng)機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度指令ωΖ的速度指令發(fā)生器104 ;計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度指令ωΖ和速度估計(jì)值《rc的偏差的加法運(yùn)算器102 ;和計(jì)算對(duì)同步電動(dòng)機(jī)4施加的施加電壓指令V'以使得旋轉(zhuǎn)速度指令ωΖ和core的偏差成為零。施加電壓指令V*被送到運(yùn)算對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的施加電壓來(lái)生成對(duì)逆變器的脈沖寬度調(diào)制波(PWM)信號(hào)的控制器2B，基于旋轉(zhuǎn)速度控制器IB的輸出來(lái)制作經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制的PWM波。接下來(lái)，使用圖9來(lái)說明速度控制器21的動(dòng)作，為了根據(jù)位置估計(jì)器20得到的轉(zhuǎn)子相位0dc來(lái)導(dǎo)出其速度，只要計(jì)算Gdc的變化率即可。因而，基本進(jìn)行微分運(yùn)算即可，為了精度更加良好地求取速度，在本實(shí)施方式中，導(dǎo)入PLL型的速度估計(jì)器21。速度估計(jì)器21由加法運(yùn)算器210、PI控制器211以及積分器212構(gòu)成，PLL型的速度估計(jì)器21運(yùn)算相位(轉(zhuǎn)子位置)0dc2作為與在內(nèi)部由位置估計(jì)器20得到的相位(轉(zhuǎn)子位置)Θ dc不同的狀態(tài)量。相位(轉(zhuǎn)子位置)Θ dc2是獨(dú)立的轉(zhuǎn)子相位(轉(zhuǎn)子位置)的估計(jì)值，PI控制器211進(jìn)行動(dòng)作，以使得該相位(轉(zhuǎn)子位置)與由位置估計(jì)器20得到的相位(轉(zhuǎn)子位置)0dc—致。在此，由于0dc2是積分器的輸出，因此，輸入的物理量成為旋轉(zhuǎn)速度。因此，通過使相位(轉(zhuǎn)子位置)0dc和相位(轉(zhuǎn)子位置)0dc2—致，能使作為中間變量的PI控制器211的輸出與正確的旋轉(zhuǎn)速度信息一致，因此，通過使用PI控制器211的輸出，能估計(jì)轉(zhuǎn)子的速度ωι·。另外，由于在本實(shí)施例中導(dǎo)入了 PLL型的速度估計(jì)器21，因此與基于微分運(yùn)算的速度運(yùn)算相比，減少了運(yùn)算誤差，能期待不易受到噪聲影響的效果。由施加電壓指令控制器IB來(lái)修正施加電壓指令的值，以使得如此得到的轉(zhuǎn)子速度估計(jì)值《rc和速度指令ωΖ—致，并將修正結(jié)果輸出給同步電動(dòng)機(jī)4。在第2實(shí)施方式中，由于每當(dāng)進(jìn)行同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度估計(jì)，都不使用模式切換間隔的測(cè)量等，而是根據(jù)基于瞬時(shí)檢測(cè)出的非通電相的磁飽和起電電壓所求取的相位(轉(zhuǎn)子位置)來(lái)獲得那時(shí)的速度信息，因此，能在高精度下實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)的速度控制系統(tǒng)。[實(shí)施例3]接下來(lái)，使用圖10到圖13來(lái)說明本發(fā)明的第3實(shí)施方式。在本發(fā)明的120度通電方式中，對(duì)根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置而決定的繞組中的非通電相上所產(chǎn)生的起電電壓(以磁飽和為起因的起電電壓)進(jìn)行觀測(cè)來(lái)檢測(cè)相位(轉(zhuǎn)子位置)是基本，若旋轉(zhuǎn)速度變高，則會(huì)產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)速度成正比的速度起電電壓。并且，轉(zhuǎn)速越提高，則速度起電電壓也就越變大，速度起電電壓以重疊在磁飽和起電電壓上的形狀產(chǎn)生。由于磁飽和起電電壓是相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的額定電壓為百分之幾的程度，則若速度上升，則磁飽和起電電壓相對(duì)地就會(huì)被速度起電電壓埋沒，檢測(cè)精度逐漸降低。以下說明的第3實(shí)施方式是為了應(yīng)對(duì)這樣的現(xiàn)象，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)區(qū)分利用基于磁飽和起電電壓的相位(轉(zhuǎn)子位置)的檢測(cè)、和基于與旋轉(zhuǎn)速度成正比的速度起電電壓的相位(轉(zhuǎn)子位置)的檢測(cè)。圖10表示本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的速度控制系統(tǒng)的控制器2C的框圖構(gòu)成，通過取代圖8所示的控制器2B而使用該控制器2C，能實(shí)現(xiàn)第3實(shí)施方式。在圖10中，中高速/模式切換觸發(fā)發(fā)生器13、開關(guān)14a、開關(guān)14b、以及中高速/速度估計(jì)器22的功能部件是新追加的要素，除此之外的功能部件都與到此為止的實(shí)施例中所說明的相同。
在圖10中，作為切換通電模式的信號(hào)源，新追加了中高速/模式切換觸發(fā)發(fā)生器13，該中高速/模式切換觸發(fā)發(fā)生器13在同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為中高速時(shí)發(fā)揮作用?；镜兀鐚＠墨I(xiàn)2記載那樣，根據(jù)檢測(cè)與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度相應(yīng)的起電電壓的零交叉來(lái)進(jìn)行通電模式的切換。另外，作為中高速區(qū)域的速度估計(jì)方法，中高速/速度估計(jì)器22通過與圖8說明的速度估計(jì)器21不同的方法來(lái)運(yùn)算估計(jì)同步電動(dòng)機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度。輸入到通電模式?jīng)Q定器6中的觸發(fā)信號(hào)成為到此為止的實(shí)施例中的模式切換觸發(fā)發(fā)生器8的信號(hào)CL和來(lái)自中高速/模式切換觸發(fā)發(fā)生器13的信號(hào)CH這2個(gè)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度，通過開關(guān)14a來(lái)切換這些觸發(fā)信號(hào)CL、CH。同樣地，速度估計(jì)結(jié)果也成為速度估計(jì)器21輸出的估計(jì)速度orcL和中高速/速度估計(jì)器22輸出的估計(jì)速度orcH這2個(gè)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度，通過開關(guān)14b來(lái)切換這些的估計(jì)速度orcL、估計(jì)速度corcH。開關(guān)14a、14b的切換速度在速度判別器15中進(jìn)行判斷，根據(jù)其判斷結(jié)果來(lái)切換各個(gè)開關(guān)14a、開關(guān)14b。具體地，若估計(jì)速度的大小處于預(yù)先設(shè)定的速度閾值以下即低速區(qū)域(包含零速度附近)中，則速度判別器15分別將開關(guān)14a、14b切換到L側(cè)，若估計(jì)速度在閾值以上的中高速區(qū)域，則速度判別器15分別將開關(guān)14a、14b切換到H側(cè)。另外，預(yù)先設(shè)定的速度閾值根據(jù)電動(dòng)機(jī)的規(guī)格而任意決定，但作為大概的標(biāo)準(zhǔn)，選擇最高速度的8%到15%程度。圖11表示中高速/模式切換觸發(fā)發(fā)生器13的框圖構(gòu)成，其由非通電相選擇器10、零發(fā)生器131、比較器133以及觸發(fā)控制器132構(gòu)成。非通電相選擇器10與圖I所示的非通電相選擇器10相同，按照模式指令來(lái)選擇非通電的相的電壓，并將其信號(hào)BH送到比較器133。比較器133將來(lái)自非通電相選擇器10的信號(hào)和零發(fā)生器131輸出的基準(zhǔn)信號(hào)( = 0)進(jìn)行比較，生成成為通電模式切換的根源的信號(hào)。觸發(fā)控制器132接受來(lái)自比較器133的信號(hào)，并生成切換模式的觸發(fā)信號(hào)CH。在圖12中示出基于速度起電電壓的通電模式切換信號(hào)的生成方法，同步電動(dòng)機(jī)的各相的速度起電電壓Eou、Eov、Eow相對(duì)于轉(zhuǎn)子相位Qd產(chǎn)生如圖那樣的相位。通過觀測(cè)非通電相，能觀測(cè)該非通電相的速度起電電壓的零交叉點(diǎn)，按照以該零交叉點(diǎn)為基準(zhǔn)，在經(jīng)過電角度30度份的時(shí)間后切換通電模式的方式進(jìn)行控制。具體地，由非通電相電位選擇器10選擇非通電相，并由比較器133檢測(cè)其零交叉，觸發(fā)控制器132在相對(duì)于該信號(hào)設(shè)置了電角度30度份的等待時(shí)間后，產(chǎn)生模式切換觸發(fā)信號(hào)CH。接下來(lái)，使用圖13來(lái)說明中高速/速度估計(jì)器22的動(dòng)作。對(duì)中高速/速度估計(jì)器22輸入來(lái)自圖11所不的非通電相電位選擇器10的非通電相的電位BH,基于該值來(lái)運(yùn)算估計(jì)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。如圖13所示，中高速/速度估計(jì)器22由信號(hào)延遲器221 (標(biāo)記為1/z)、加法運(yùn)算器、變化率計(jì)算增益223 (標(biāo)記為Ι/Ts)、零交叉檢測(cè)器224、和運(yùn)算器225構(gòu)成。在此的速度估計(jì)根據(jù)速度起電電壓的零交叉附近的變化率來(lái)運(yùn)算，由此求得，這是本發(fā)明的特征。下面，說明中高速/速度估計(jì)器22進(jìn)行的速度估計(jì)的原理?，F(xiàn)在，用式(I)來(lái)表示U相的速度起電電壓Eou。Eou = EmO · sin (cor · t)…(I)
另外，EmO :速度起電電壓的振幅[V]，ωΓ :角速度[rad/s](電角度頻率)。在式(I)中，速度起電電壓的變化率dEou[V/s]為dEou = (d/dt)Eou = cor · cos (ωr · t)…(2)在此，由于速度起電電壓的零交叉附近的變化率為ωΓ · t = 0，或ωΓ · t = ，因此，dEou (O) = cor · EmO... (3)。進(jìn)而，由于EmO為EmO = cor · Ke... (4)其中，ωΓ :角速度(電角度頻率)，Ke :電動(dòng)機(jī)的發(fā)電常數(shù)[V/(rad/s)]，因此，根據(jù)式⑶、(4)，成為cor = V {dEou(O)/Ke}... (5)即，若能在零交叉附近測(cè)量速度起電電壓的變化率，則能通過運(yùn)算而檢測(cè)出同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度ωΓ。圖13所示的中高速/速度估計(jì)器22是將上述運(yùn)算具現(xiàn)化的要素，通過減法運(yùn)算器222來(lái)計(jì)算非通電相的電位BH與保持了 I個(gè)采樣前的值的信號(hào)延遲器221的輸出之間的差分，并將該值成為采樣周期Ts的倒數(shù)倍，由此來(lái)運(yùn)算電壓的變化率即dEo。由于在該變化率的運(yùn)算中只要具有至少I個(gè)采樣以上的值的差分來(lái)進(jìn)行運(yùn)算即可，因此，因條件不同，有時(shí)取數(shù)個(gè)采樣的份的差分會(huì)提高精度，但不管怎樣，都需要零交叉附近運(yùn)算差分。因此，構(gòu)成為由零交叉檢測(cè)器224接受非通電相的電位進(jìn)行零交叉，來(lái)進(jìn)行上述運(yùn)算。并且，按照速度起電電壓的變化率即dEo，用運(yùn)算器225來(lái)執(zhí)行式(5)所示的運(yùn)算，從而運(yùn)算速度的估計(jì)值orcH。該速度估計(jì)方法不同于現(xiàn)有技術(shù)那樣通過模式的切換期間的測(cè)量、零交叉的間隔的測(cè)量來(lái)運(yùn)算速度，是在進(jìn)行零交叉的瞬間求取旋轉(zhuǎn)速度。因此，能極力減小相對(duì)于速度控制系統(tǒng)的滯后要素，可以期待能使控制系統(tǒng)整體穩(wěn)定化這樣的效果。以上，根據(jù)本發(fā)明的第3實(shí)施方式，能提供從低速到中高速為止的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的高響應(yīng)下的高穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。[實(shí)施例4]接下來(lái)，使用圖14到圖23來(lái)說明本發(fā)明的第4實(shí)施方式。如第3實(shí)施方式所說明那樣，在非通電相產(chǎn)生的起電電壓中混合了磁飽和起電電壓、和伴隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的速度起電電壓這2種類的起電電壓。由于2種類的起電電壓的混合在進(jìn)行位置控制的情況下在精度的提高上存在成為阻礙要因的可能性，因此在第4實(shí)施方式中，提出了應(yīng)對(duì)其的技術(shù)。圖14是第4實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的位置控制系統(tǒng)，取代第I實(shí)施方式的圖I的控制器2A而導(dǎo)入圖14所示的控制器2D。本實(shí)施方式的基本動(dòng)作與圖I 7所示的第I實(shí)施方式基本相同，但在控制器2D內(nèi)，追加了電壓指令補(bǔ)正器9、和模式切換觸發(fā)發(fā)生器8D上不同。在第I實(shí)施方式中，對(duì)與各通電模式對(duì)應(yīng)的2個(gè)相施加電壓，檢測(cè)該脈沖施加時(shí)的非通電相的磁飽和起電電壓，將其與正轉(zhuǎn)閾值發(fā)生器11的閾值進(jìn)行比較，由此來(lái)產(chǎn)生模式切換觸發(fā)信號(hào)。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，通過導(dǎo)入電壓指令補(bǔ)正器9，從而總是對(duì)同步電動(dòng)機(jī)4施加使所施加的電壓為正脈沖、和負(fù)脈沖這2種電壓。這種情況下，通電相的2相間的線間電壓波形成為圖15的上段所示的VuV、VVW、Vmi那樣特征性的波形。在模式1、3、5中，正脈沖的寬度比負(fù)脈沖的寬度大，反之，在模式2、4、6中，負(fù)脈沖的寬度比正脈沖的寬 度大。圖15的下段表示放大了模式3中的線間電壓Vvw的波形，在模式3中，僅在正脈沖(V-W脈沖)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)矩，與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，刻意輸出負(fù)脈沖(W-V脈沖)。其結(jié)果，施加電壓的平均值成為正方向的電壓，但由于負(fù)脈沖而能進(jìn)行反轉(zhuǎn)方向的起電電壓的檢測(cè)。即，在各個(gè)通電模式中，能同時(shí)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)方向的檢測(cè)。圖16示出非通電相選擇器IOD的構(gòu)成圖，非通電相選擇器IOD由如下要素構(gòu)成按照模式指令，來(lái)選擇三相電壓的非通電狀態(tài)的相的開關(guān)111 ;和對(duì)非通電相的電壓、即非通電相的起電電壓進(jìn)行采樣、保持的采樣保持器112。采樣保持器2具備2個(gè)，分別對(duì)正脈沖電壓施加時(shí)的非通電相起電電壓、和負(fù)脈沖電壓施加時(shí)的非通電相起電電壓進(jìn)行采樣，并將各自的值作為信號(hào)BL1、BL2而輸出。從而，如圖15所示，基于正脈沖以及負(fù)脈沖的到來(lái)，來(lái)檢測(cè)非通電相的起電電壓信號(hào)BLl、BL2。如圖14所示，起電電壓信號(hào)BL1、BL2分別被賦予給比較器12_1、12_2，來(lái)分別與正轉(zhuǎn)閾值發(fā)生器11-1和反轉(zhuǎn)閾值發(fā)生器11-2的正轉(zhuǎn)閾值以及反轉(zhuǎn)閾值進(jìn)行比較，根據(jù)與這些閾值的大小關(guān)系來(lái)判斷通電模式的增減。與第I實(shí)施方式不同點(diǎn)在于，追加了反轉(zhuǎn)閾值發(fā)生器11-2及其比較器12-2，使得能進(jìn)行向反轉(zhuǎn)方向的通電模式切換。圖17示出負(fù)脈沖施加時(shí)的通電模式、非通電相、和非通電相的起電電壓的關(guān)系，可知與正脈沖的情況(圖5)相比，在負(fù)脈沖的情況下產(chǎn)生不同的磁飽和起電電壓，分別反復(fù)進(jìn)行上升、減小的樣子。另外，與正轉(zhuǎn)的情況相同，對(duì)于反轉(zhuǎn)也是分別在正側(cè)、負(fù)側(cè)設(shè)定閾值電壓(Vhyp、Vhyn)，根據(jù)該閾值電壓和磁飽和起電電壓的大小關(guān)系來(lái)產(chǎn)生模式切換(倒退模式的方向)的觸發(fā)C2。接下來(lái)，對(duì)到此為止說明的生成正脈沖、和負(fù)脈沖的電壓指令補(bǔ)正器9、PWM發(fā)生器柵極信號(hào)切換器7D的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖18(a)是電壓指令補(bǔ)正器9的框圖構(gòu)成圖，由如下要素構(gòu)成使輸入的值成為1/2而輸出的增益91 ;反轉(zhuǎn)所輸入的值的符號(hào)的符號(hào)反轉(zhuǎn)器92 ;對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相加的加法運(yùn)算器93a c ;進(jìn)行減法運(yùn)算的減法運(yùn)算器94 ;輸出逆變器的直流電源的一半的值的VDC/2發(fā)生器95 ;和計(jì)算在電壓指令中賦予的補(bǔ)正量的AV發(fā)生器96。在電壓指令補(bǔ)正器9中，在對(duì)通電相的線間電壓施加來(lái)自位置控制器A的施加電壓指令V*的同時(shí)，若施加電壓指令V*為正，則進(jìn)行用于施加負(fù)脈沖的指令值補(bǔ)正，若施加電壓指令V*為負(fù)，則進(jìn)行用于施加正脈沖的指令值補(bǔ)正。由此，在增益91使施加電壓指令V*暫時(shí)為1/2之后，設(shè)在該值上加上VDC/2而得到的值為VXO，設(shè)將VXO的符號(hào)反轉(zhuǎn)后再加上VDC/2而得到的值為VY0，從而制作新的指令值。VX0、和VYO相當(dāng)于通電的2相的各自的相電壓指令，在圖18(b)中示出施加電壓指令V*與VXO、VYO的關(guān)系。隨著施加電壓指令V*增大，VXO有變大的傾向，反之，VYO有減少的傾向。通過使兩者偏置VDC/2，能輸出正、負(fù)兩個(gè)方向的電壓。之后，通過加法運(yùn)算器93c在VXO上加上Λ V，另外，從VYO上減去Λ V，將這些運(yùn)算值分別作為VXl、VYl而輸出。接下來(lái)，使用圖19、圖20來(lái)說明AV的加法運(yùn)算引起的波形的變化。圖19中示出不進(jìn)行補(bǔ)正的情況(AV = O)的PWM制作的樣子。圖19(a)是電壓指令補(bǔ)正器9內(nèi)部的值 即VX0、VY0。與此相對(duì)，加上補(bǔ)正電壓八￥后的波形成為￥乂1、￥￥1，但由于如圖19(b)所示那樣，由于有Λ V = O的條件，因此VXl和VYl成為與VXO、VYO相等的波形。比較這些VX1、VYl與三角波載波的大小關(guān)系，由此來(lái)進(jìn)行PWM脈沖的制作，在圖19(c) (g)中示出該樣子。由于圖19(c)的三角波載波從O到VDC之間變化，因此，將三角波載波的上升周期設(shè)為Tcl，將下降周期設(shè)為TcO。以比較VXl和三角波載波的結(jié)果而得到的波形為圖19(d)的PX，其反轉(zhuǎn)信號(hào)為圖19的PXn。同樣地，比較VYl和三角波載波而得到的結(jié)果為圖19(f)的PY，其反轉(zhuǎn)信號(hào)為圖19(g)的PYn。另外，相當(dāng)于通電相的線間電壓的波形成為PX和PY的差，成為圖19(h)那樣。在該P(yáng)WM方式中，以載波頻率的2倍的頻率來(lái)輸出脈沖串。圖20示出加入了 AV的情況下的PWM制作的樣子。設(shè)Λ V是與三角波載波Tcl、TcO的周期同步的圖20(b)那樣的矩形波。其結(jié)果，VXUVYl的波形成為圖20(c)那樣，結(jié)果，線間電壓波形成為圖20 (h)。如此，能實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的特征即對(duì)線間電壓施加正脈沖、和負(fù)脈沖。另外，由于補(bǔ)正后的電壓AV的平均值為零，因此圖20(h)的平均值與圖19(h)的
平均值一致。在圖21中示出PWM發(fā)生器柵極信號(hào)切換器7D的構(gòu)成圖，PWM發(fā)生器有如下要素構(gòu)成產(chǎn)生零的零發(fā)生器51 ;按照模式指令來(lái)選擇各相的電壓指令的開關(guān)52u 52w ；比較三相的各電壓指令Vu* Vw*和三角波載波來(lái)產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的比較器53u 53w ;產(chǎn)生三角波載波的三角波載波發(fā)生器54 ;和反轉(zhuǎn)PWM脈沖的符號(hào)的符號(hào)反轉(zhuǎn)器55。另夕卜，脈沖輸出控制器7D由按照模式指令來(lái)切換PWM信號(hào)的有效/無(wú)效的開關(guān)71 76構(gòu)成。接下來(lái)，說明這些動(dòng)作。補(bǔ)正后的電壓指令VXljP VYl是被分配給3相中的任意的2相的電壓指令，這是按照通電模式，通過開關(guān)52u 52w來(lái)進(jìn)行切換的。另外，未通電的相(非通電相)為了方便而賦予零，分配零發(fā)生器51的信號(hào)。如此求取與各模式相應(yīng)的電壓指令，將它們分別在比較器53u 53w與三角波發(fā)生器54的輸出即三角波載波進(jìn)行比較，生成PWM信號(hào)。例如，對(duì)PupO、PwpO, PwnO分配圖19,20 中的 PX 或 PYJt PupO、PwpO, PwnO 分配 PXn 或 PYn。另外，PupO, PwpO, PwnO 成為逆變器3中的開關(guān)設(shè)備Sup、Svp、Swp的各自的柵極信號(hào),Pup0、Pwp0、Pwn0作為Sup、Svp、Swp
的柵極信號(hào)而動(dòng)作。由于這些開關(guān)設(shè)備的上下的開關(guān)通過符號(hào)反轉(zhuǎn)器55而分別成為互補(bǔ)動(dòng)作，因此就這樣是無(wú)法作出非通電相的。因此，與通電模式相應(yīng)將開關(guān)71 76切換為零，強(qiáng)制地使上下設(shè)備同時(shí)截止。如此，能在直接充分發(fā)揮三角波比較的互補(bǔ)功能的狀態(tài)下來(lái)生成非通電相。接下來(lái)，使用圖22來(lái)說明本實(shí)施例的最大的特征性的部分即相位估計(jì)器20D。在圖22中，開關(guān)203、基準(zhǔn)相位發(fā)生器204以及加法運(yùn)算器205與圖7中的編號(hào)相同。在本實(shí)施方式中，新加入了輸入2個(gè)磁飽和起電電壓即BLl和BL2來(lái)運(yùn)算兩者的差的加法運(yùn)算器207。數(shù)據(jù)表即TABLEl和TABLE2具備預(yù)先與該BLl和BL2的差分映射的數(shù)據(jù)。因此，在相位估計(jì)器20D中，基于正脈沖施加時(shí)的磁飽和起電電壓、和負(fù)脈沖施加時(shí)的磁飽和起電電壓的差來(lái)運(yùn)算轉(zhuǎn)子相位。使用圖23來(lái)說明該作用，則如前所述，磁飽和起電電壓作為純粹依賴于正轉(zhuǎn)的位置的值而產(chǎn)生，但由于同時(shí)加上了伴隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的速度起電電壓，因此轉(zhuǎn)速越提高，則檢測(cè)出的電壓和相位的關(guān)系的誤差也就越大。圖23(a)表示旋轉(zhuǎn)相位以及磁飽和起電電壓、和速度起電電壓，非通電相的起電電壓根據(jù)速度而變化，在圖23(b) (d)中示出其樣子。 若是零速度附近的極低速，在如圖23(b)所示，能檢測(cè)出純粹的磁飽和起電電壓Vop (正脈沖施加時(shí))、Von (負(fù)脈沖施加時(shí))，但隨著速度增加，如圖23 (c)、圖23 (d)所示，加上了依賴于速度Vop、Von的速度起電電壓Em。因此，若能分離或刪除速度起電電壓分量，則能使相位信息變得更正確。因此，根據(jù)速度起電電壓與正脈沖施加時(shí)的磁飽和起電電壓、和與負(fù)脈沖施加時(shí)的磁飽和起電電壓的兩者相加的特征，通過減去這些檢測(cè)出的值，能使速度起電電壓分量成為無(wú)效。圖22的相位估計(jì)器22D具有該功能，在相位估計(jì)器22D中，用減法運(yùn)算器207取BLl (正脈沖施加時(shí)的磁飽和起電電壓)和BL2 (負(fù)脈沖施加時(shí)的磁飽和起電電壓)的差，由此，使速度起電電壓無(wú)效化，從而可以期待能在更寬的范圍內(nèi)進(jìn)行高精度的位置估計(jì)的效
果O[實(shí)施例5]接下來(lái)，使用圖24來(lái)說明本發(fā)明的第5實(shí)施方式。圖24是本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的速度控制系統(tǒng)，是在第4實(shí)施方式所說明的位置控制系統(tǒng)中追加了圖9所示的速度估計(jì)器21而將整體構(gòu)筑成速度控制系統(tǒng)的實(shí)施方式。由此，由于圖24中的各構(gòu)成部件與到此為止的實(shí)施方式的說明中所說明的部件是相同的構(gòu)成部件，因此其動(dòng)作、作用也如前述那樣。然后，將相位估計(jì)器20D的相位(轉(zhuǎn)子位置)0dc輸入到速度估計(jì)器21來(lái)運(yùn)算估計(jì)轉(zhuǎn)子速度《rc，該速度估計(jì)器21與第2實(shí)施方式中說明的圖9相同。如前所述，根據(jù)該第5實(shí)施方式，由于通過第4實(shí)施方式進(jìn)一步提高了相位估計(jì)的精度，因此通過在其中添加速度估計(jì)器21，可以得到能實(shí)現(xiàn)更高精度的轉(zhuǎn)速估計(jì)的效果。[實(shí)施例6]接下來(lái)，使用圖25、26來(lái)說明本發(fā)明的第6實(shí)施方式。圖25是本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)的速度控制系統(tǒng)，本實(shí)施方式能通過將第3實(shí)施方式所說明的圖10所示的速度控制系統(tǒng)的控制器2C置換為圖25所示的控制器2F來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖25所示的控制器2F與圖10的控制器2C為基本相同的構(gòu)成，但使用了第4實(shí)施方式(實(shí)施例4)中所使用的PWM發(fā)生器通電模式?jīng)Q定器6D、柵極信號(hào)切換器7D、模式切換觸發(fā)發(fā)生器8D、電壓指令補(bǔ)正器9、速度判別器15和相位估計(jì)器20D。進(jìn)而，新使用中高速/模式切換觸發(fā)的發(fā)生器13F?；緞?dòng)作和第3以及第4實(shí)施方式相同，但在中高速/模式切換觸發(fā)的發(fā)生器13F中存在最大的特征。在圖26中示出中高速/模式切換觸發(fā)的發(fā)生器13F的框圖構(gòu)成，該中高速/模式切換觸發(fā)的發(fā)生器13F基本與圖11所示的第3實(shí)施方式進(jìn)行相同的動(dòng)作，但輸入到比較器133的起電電壓不同。作為非通電相電位選擇器10D，使用第4實(shí)施方式中的圖16所示的非通電相電位選擇器10D，使用正脈沖施加時(shí)的起電電壓BLl和負(fù)脈沖施加時(shí)的起電電壓BL2這2個(gè)起電電壓，使用減法運(yùn)算器134來(lái)運(yùn)算兩者的和?；谠撓嗉又?，在比較器133中進(jìn)行與來(lái)自零發(fā)生器131的基準(zhǔn)電壓“零”的比較，生成通電模式切換的觸發(fā)信號(hào)。另外，將該相加值即BH輸入到中高速/速度估計(jì)器22，來(lái)進(jìn)行速度估計(jì)。如此，能提高中高速區(qū)域中的速度精度、位置精度。即，由于在中高速區(qū)域中使用了以速度起電電壓為基本的控制，因此磁飽和起電電壓作為外部干擾而使估計(jì)精度劣化。因此，通過將正脈沖施加時(shí)和負(fù)脈沖施加時(shí)的起電電壓相加，能排出這些磁飽和 起電電壓的影響，能純粹地僅提取速度起電電壓。因此，根據(jù)本發(fā)明的第6實(shí)施方式，能提供在從零速度附近到高速區(qū)域?yàn)橹沟膶挼男D(zhuǎn)速度范圍內(nèi)精度高、穩(wěn)定高的同步電動(dòng)機(jī)的速度控制系統(tǒng)。[實(shí)施例7]接下來(lái)，使用圖27來(lái)說明本發(fā)明的第7實(shí)施方式。圖27是本發(fā)明的同步電動(dòng)機(jī)的速度控制系統(tǒng)，本實(shí)施方式能通過將第6實(shí)施方式中的圖25所說明的速度控制系統(tǒng)的控制器2F置換為圖27所示的控制器2G來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖27所示的控制器2G與圖25的控制器2F具有基本相同的構(gòu)造，但在同步電動(dòng)機(jī)4的端子電壓的檢測(cè)部分新添加了可變?cè)鲆娣糯笃?3這一點(diǎn)上不同。此外的構(gòu)成都與圖25所示的控制器2F相同。如到此為止所述那樣，通過在低速區(qū)域進(jìn)行利用了磁飽和起電電壓的位置估計(jì)或者速度估計(jì)，在中高速區(qū)域進(jìn)行基于速度起電電壓的位置估計(jì)或者速度估計(jì)，能實(shí)現(xiàn)更聞精度、聞穩(wěn)定的系統(tǒng)。這些磁飽和起電電壓和速度起電電壓兩者都是在非通電相產(chǎn)生的電壓，但其絕對(duì)值的大小不同。由于磁飽和起電電壓是由于磁路的不平衡而產(chǎn)生的電壓，因此相對(duì)于電動(dòng)機(jī)額定電壓為百分之幾到百分之十幾的值，與此相對(duì)，速度起電電壓在最高速度下是接近于100%的值。因此，為了高精度地檢測(cè)兩者，難以使用相同放大率的電子電路，期望按照在利用磁飽和起電電壓時(shí)，提高增益來(lái)提高精度，反之，在中高速區(qū)域中，降低增益的方式進(jìn)行設(shè)定。因此，在本發(fā)明的第7實(shí)施方式中，在非通電相檢測(cè)部的前級(jí)設(shè)置能使增益可變的可變?cè)鲆娣糯笃?3。若通過使可變?cè)鲆娣糯笃?3的增益與速度判別器15的輸出聯(lián)動(dòng)來(lái)變化，來(lái)在低速區(qū)域設(shè)定為高增益，在中高速區(qū)域設(shè)定為低增益，或者按照依賴于速度成為線性(正比)的方式來(lái)設(shè)定增益，則能在全部速度區(qū)域中得到均勻的檢測(cè)精度，能實(shí)現(xiàn)在寬的速度范圍內(nèi)的穩(wěn)定的速度控制系統(tǒng)。[實(shí)施例8]接下來(lái)，使用圖28來(lái)說明本發(fā)明的第8實(shí)施方式。圖28是本實(shí)施方式同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，本實(shí)施方式是在形成于同步電動(dòng)機(jī)主體中的筐體內(nèi)部安裝到此為止說明的實(shí)施方式中的至少I個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的產(chǎn)物，是機(jī)械構(gòu)造部件和電氣構(gòu)造部件成為一體的機(jī)電一體構(gòu)造。在圖28中的筐體30的內(nèi)部，收納有到此為止說明的至少任一個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)的構(gòu)成部件即施加電壓指令發(fā)生器I、控制器2、逆變器3等的全部，僅將直流電源31和用于交換對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的指令、動(dòng)作狀態(tài)的通信線引出到外部。如上所述，通過將同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一體化，在能實(shí)現(xiàn)小型化的同時(shí)，不需要進(jìn)行布線的繞設(shè)布置。另外，本發(fā)明的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由于不需要轉(zhuǎn)子的位置傳感器、速度傳感器，因此能使整體變得更小型。[實(shí)施例9]接下來(lái)，使用圖29和圖30來(lái)說明本發(fā)明的電動(dòng)油壓泵系統(tǒng)。圖29是汽車(機(jī)動(dòng)車)的引擎停止中被驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)油壓泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅在引擎空轉(zhuǎn)地停止時(shí)，還在如混 合動(dòng)力汽車那樣引擎完全停止的汽車中，用在確保對(duì)傳動(dòng)裝置、離合器、剎車的油壓中。在圖29中，參照標(biāo)號(hào)24與到此為止所說明的任意的實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相同，電動(dòng)泵241由電動(dòng)機(jī)4和泵242構(gòu)成。在引擎251停止時(shí)，通過電動(dòng)泵241而產(chǎn)生油壓回路25的油壓，將該油壓送到油壓回路25。在此，油壓回路25由如下等要素構(gòu)成將引擎251作為動(dòng)力而驅(qū)動(dòng)的機(jī)械性的機(jī)械泵252、貯存油的油罐253、防止從機(jī)械泵252向電動(dòng)泵241的回流的防倒流閥254。在現(xiàn)有的電動(dòng)油壓泵系統(tǒng)中，具備用于將油壓保持在設(shè)定值以下的減壓閥255，但本實(shí)施方式的系統(tǒng)中能去掉該構(gòu)成。接下來(lái)，使用圖30來(lái)說明本實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)油壓系統(tǒng)。在引擎251旋轉(zhuǎn)而機(jī)械泵252產(chǎn)生了充分的油壓的期間，電動(dòng)泵停止，由油機(jī)械泵252來(lái)生成油壓。在空轉(zhuǎn)停止等那樣，在引擎251的驅(qū)動(dòng)被停止的同時(shí)機(jī)械泵252的旋轉(zhuǎn)降低，由此，機(jī)械泵252的噴出壓力開始降低。另一方面，電動(dòng)泵241起動(dòng)，通過電動(dòng)機(jī)4而使泵242旋轉(zhuǎn)，開始生成油壓。在機(jī)械泵252和電動(dòng)泵241的噴出壓逆轉(zhuǎn)的時(shí)間點(diǎn)，防倒流閥254打開，由電動(dòng)泵241確保油壓。此時(shí)，電動(dòng)泵241的起動(dòng)期望在停止機(jī)械泵252即引擎之前先開始，以使得在機(jī)械泵252的油壓在引擎251停止時(shí)，在成為電動(dòng)泵241提供的油壓以下的定時(shí)，電動(dòng)泵的油壓已經(jīng)成為充分的值，具體地，可以設(shè)定在引擎停止指示時(shí)，或其前后。另外，即使在引擎251再起動(dòng)時(shí)，由于機(jī)械泵252的油壓伴隨著引擎251的旋轉(zhuǎn)而上升，因此，也可以直到機(jī)械泵252的油壓超過了引擎停止中的電動(dòng)泵241所提供的油壓為止，一直驅(qū)動(dòng)電動(dòng)泵。例如，可以直到通過引擎251使機(jī)械泵252的油壓成為規(guī)定值的轉(zhuǎn)速為止，都驅(qū)動(dòng)電動(dòng)泵241，或者用從引擎251的再起動(dòng)開始起的時(shí)間等來(lái)設(shè)定電動(dòng)泵241的驅(qū)動(dòng)時(shí)間。在此，說明現(xiàn)有系統(tǒng)中的減壓閥的動(dòng)作。作為打開防倒流閥254的條件，需要電動(dòng)泵241的壓力超過機(jī)械泵252的壓力。但是，該壓力因油壓回路的負(fù)載條件、溫度條件等而變化，因情況而會(huì)對(duì)電動(dòng)泵241側(cè)施加過大負(fù)載。此時(shí)，需要在通過打開減壓閥255來(lái)釋放油壓，從而減輕電動(dòng)泵241的負(fù)載。在沒有減壓閥255的情況下，電動(dòng)機(jī)4在低速區(qū)域中會(huì)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)、失調(diào)，不能確保電動(dòng)泵241的油壓。若該電動(dòng)泵241的噴出壓失去或者不足，則直到在機(jī)械泵252的油壓上升、或再度驅(qū)動(dòng)電動(dòng)泵來(lái)提供噴出壓為止的期間，在空轉(zhuǎn)停止結(jié)束時(shí)，對(duì)傳動(dòng)裝置或離合器的油壓不足，車輛的始動(dòng)會(huì)變得延遲，或者產(chǎn)生始動(dòng)振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)4的失調(diào)、停止的原因是因?yàn)樵诂F(xiàn)有技術(shù)中沒有低速區(qū)域中的轉(zhuǎn)子位置的精度良好的估計(jì)技術(shù)。當(dāng)然，雖然安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器就能解決該問題，但這種情況下，傳感器的可靠性的問題、布線和安裝調(diào)整作業(yè)等又會(huì)成為問題。但是，根據(jù)本實(shí)施方式的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由于能精度良好地估計(jì)轉(zhuǎn)子位置，因此能實(shí)現(xiàn)從停止到高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域?yàn)橹沟姆€(wěn)定的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，能有效地抑制失調(diào)這樣的問題。在此，根據(jù)本實(shí)施方式，能在任意的定時(shí)實(shí)施電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速估計(jì)，能抑制現(xiàn)有的手法那樣的與轉(zhuǎn)速成正比而在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)估計(jì)周期變長(zhǎng)所引起的控制下的惡化、速度振蕩、負(fù)載/目標(biāo)轉(zhuǎn)速急變等導(dǎo)致的過調(diào)量(以至于電動(dòng)機(jī)停止或過旋轉(zhuǎn))。另外，根據(jù)本實(shí)施方 式，由于能從停止?fàn)顟B(tài)就穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，因此還能如圖29那樣去掉減壓閥255，其結(jié)果因減壓而引起的電動(dòng)泵的無(wú)謂的動(dòng)作消失，能提供高效率、靜音的電動(dòng)油壓系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備逆變器，其與三相同步電動(dòng)機(jī)連接，由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成；和控制器，其選擇所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，所述同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式；和 轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元，其在所述三相同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為零速度到低速度的區(qū)域，根據(jù)檢測(cè)出的所述電壓來(lái)求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息。
2.一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備逆變器，其與三相同步電動(dòng)機(jī)連接，由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成；和控制器，其選擇所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，所述同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電位、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電位即中性點(diǎn)電位中的至少任意一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式；和 轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元，其在所述三相同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度至少在零速度到低速度的區(qū)域中，存儲(chǔ)與所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或者所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓預(yù)先建立了關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子位置信息，根據(jù)檢測(cè)出的所述電壓來(lái)求取所存儲(chǔ)的所述轉(zhuǎn)子位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元對(duì)檢測(cè)出的所述電壓進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算來(lái)求取轉(zhuǎn)子位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 使由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成的數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)與所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或者所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓預(yù)先建立了關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子位置信息，從所述數(shù)據(jù)表中讀取與檢測(cè)出的所述電壓對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置信息，由此求取轉(zhuǎn)子位置信息。
5.一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備逆變器，其與三相同步電動(dòng)機(jī)連接，由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成；和控制器，其選擇所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，所述同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式； 轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元，其在所述三相同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為零速度到低速度的區(qū)域，根據(jù)檢測(cè)出的所述電壓來(lái)求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息；和轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元，其根據(jù)由所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元求取的多個(gè)轉(zhuǎn)子位置信息來(lái)求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度。
6.一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備逆變器，其與三相同步電動(dòng)機(jī)連接，由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成；和控制器，其選擇所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，所述同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式； 轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元，其在所述三相同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度至少在零速度到低速度的區(qū)域中，存儲(chǔ)與所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或者所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓預(yù)先建立了關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子位置信息，根據(jù)檢測(cè)出的所述電壓來(lái)求取存儲(chǔ)的所述轉(zhuǎn)子位置信息；和 轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元，其根據(jù)由所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元求取的多個(gè)轉(zhuǎn)子位置信息的變化狀態(tài)，來(lái)求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度。
7.一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備逆變器，其與三相同步電動(dòng)機(jī)連接，由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成；和控制器，其選擇所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，所述同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式；和 轉(zhuǎn)速運(yùn)算單元，其保持所檢測(cè)出的所述電壓的I個(gè)采樣以上之前的值，在檢測(cè)出的所述電壓的符號(hào)反轉(zhuǎn)的時(shí)間點(diǎn)來(lái)運(yùn)算所保持的所述電壓和本次檢測(cè)出的電壓的差分值，根據(jù)該差分值來(lái)運(yùn)算所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
8.一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備逆變器，其與三相同步電動(dòng)機(jī)連接，由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成；和控制器，其選擇所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，所述同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式； 電壓指令單元，其對(duì)所述6種通電模式中的各模式中的通電相施加使所述同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的極性的脈沖電壓、使所述同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的極性的脈沖電壓的至少一者或兩者；和 轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元，其根據(jù)所述電壓指令單元進(jìn)行的脈沖的施加期間中所檢測(cè)出的所述電壓，來(lái)運(yùn)算并求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息。
9.一種同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具備逆變器，其與三相同步電動(dòng)機(jī)連接，由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成；和控制器，其選擇所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，所述同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式； 電壓指令單元，其對(duì)所述6種通電模式中的各模式中的通電相施加使所述同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的極性的脈沖電壓、使所述同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的極性的脈沖電壓的至少一者或兩者； 轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元，其根據(jù)所述電壓指令單元進(jìn)行的脈沖的施加期間中所檢測(cè)出的所述電壓來(lái)運(yùn)算并求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息；和 轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元，其根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元所求取的多個(gè)轉(zhuǎn)子位置信息的變化狀態(tài)來(lái)求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元運(yùn)算所述正脈沖施加時(shí)檢測(cè)出的電壓、和所述負(fù)脈沖施加時(shí)檢測(cè)出的電壓的差分值，根據(jù)該差分值來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元運(yùn)算所述正脈沖施加時(shí)檢測(cè)出的電壓、和所述負(fù)脈沖施加時(shí)檢測(cè)出的電壓的差分值，根據(jù)該差分值來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息， 所述轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元求取的轉(zhuǎn)子位置信息的變化率來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元運(yùn)算所述正脈沖施加時(shí)檢測(cè)出的電壓、和所述負(fù)脈沖施加時(shí)檢測(cè)出的電壓的相加值，根據(jù)該相加值來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息， 所述轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元求取的轉(zhuǎn)子位置信息的變化率來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元將所述相加值保持I個(gè)采樣以上的期間，根據(jù)本次求取的相加值、與保持I個(gè)采樣以上的過去的所述相加值的差分值來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元由第I轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元和第2轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元構(gòu)成，其中所述第I轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元運(yùn)算所述正脈沖施加時(shí)所檢測(cè)出的電壓和所述負(fù)脈沖施加時(shí)所檢測(cè)出的電壓的差分值，根據(jù)該差分值來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，所述第2轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元運(yùn)算所述正脈沖施加時(shí)所檢測(cè)出的電壓和所述負(fù)脈沖施加時(shí)所檢測(cè)出的電壓的相加值，根據(jù)該相加值來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息， 所述轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元由第I轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元和第2轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元構(gòu)成，所述第I轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元根據(jù)所述第I轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元所求取的轉(zhuǎn)子位置信息的變化率來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，所述第2轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元根據(jù)所述第2轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元所求取的轉(zhuǎn)子位置信息的變化率來(lái)運(yùn)算所述同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度信息， 通過按照所述同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)進(jìn)行切換的切換單元來(lái)切換所述第I轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元和所述第2轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 電壓檢測(cè)單元檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少一者的電壓，所述電壓檢測(cè)單元具備衰減或放大所檢測(cè)出的電壓的電壓補(bǔ)正單元，還具備按照所述同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件來(lái)改變?cè)撍p或放大的倍率的倍率調(diào)整單元。
16.—種同步電動(dòng)機(jī),其特征在于,使逆變器與控制器一體化并固定于三相同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)主體，且具有將所述逆變器以及所述控制器的電源線、和所述控制器的信號(hào)線引出到外部的引出線，其中， 所述逆變器與所述三相同步電動(dòng)機(jī)的三相繞組連接，并且由多個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成， 所述控制器選擇所述三相繞組中的進(jìn)行通電的2相，以6種通電模式，通過脈沖寬度調(diào)制動(dòng)作來(lái)對(duì)所述逆變器進(jìn)行通電控制，并且， 所述控制器具備 通電模式切換單元，其檢測(cè)所述三相繞組的非通電相的端子電壓、或所述三相同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接點(diǎn)電壓中的至少任一者的電壓，基于該檢測(cè)出的電壓來(lái)依次切換所述通電模式； 轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元，其在所述三相同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度在零速度到低速度的區(qū)域中，根據(jù)所檢測(cè)出的所述電壓來(lái)求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息；和 轉(zhuǎn)子速度信息運(yùn)算單元，其根據(jù)所述轉(zhuǎn)子位置信息運(yùn)算單元所求取的多個(gè)轉(zhuǎn)子位置信息來(lái)求取所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于， 在所述電動(dòng)機(jī)主體一體地固定有液體泵，通過所述三相同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子來(lái)驅(qū)動(dòng)所述液體泵。
全文摘要
在不使用位置傳感器的同步電動(dòng)機(jī)中，由于基于同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(速度起電電壓)來(lái)求取位置，因此，在感應(yīng)電壓小的零速度附近(停止?fàn)顟B(tài))或低速度區(qū)域中，感應(yīng)電壓的檢測(cè)靈敏度降低，存在位置信息會(huì)被噪聲埋沒的課題。在依次選擇同步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組的2相來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)對(duì)非通電相的感應(yīng)電壓，預(yù)先將該非通電相的感應(yīng)電壓和轉(zhuǎn)子位置信息建立關(guān)聯(lián)，通過根據(jù)檢測(cè)出的感應(yīng)電壓來(lái)逆運(yùn)算轉(zhuǎn)子位置信息，由此進(jìn)行轉(zhuǎn)子的位置估計(jì)，進(jìn)而根據(jù)該轉(zhuǎn)子的位置信息的變化率來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)，從而高精度地實(shí)現(xiàn)位置控制和速度控制。
文檔編號(hào)H02K19/10GK102969951SQ20121029476
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者巖路善尚, 青柳滋久, 戶張和明, 高畑良一, 羽野誠(chéng)己 申請(qǐng)人:日立汽車系統(tǒng)株式會(huì)社