電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及真空泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及真空泵，能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性的提高的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括：反相器，包含多個(gè)開關(guān)元件，且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；旋轉(zhuǎn)速度·磁極位置推斷部，基于和電動(dòng)機(jī)相電壓相關(guān)的信息以及和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息，算出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度及磁極電角度；延遲修正部，對利用旋轉(zhuǎn)速度·磁極位置推斷部而算出的磁極電角度的相位延遲進(jìn)行修正，而生成修正后磁極電角度；驅(qū)動(dòng)指令生成部，基于旋轉(zhuǎn)速度與目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的差分生成作為正弦波驅(qū)動(dòng)指令的三相電壓指令；以及脈寬調(diào)制信號(hào)生成部，基于正弦波驅(qū)動(dòng)指令與修正后磁極電角度，生成用來對多個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行接通-斷開控制的脈寬調(diào)制控制信號(hào)。
【專利說明】電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及真空泵
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(motor)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、及包括該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的真空泵(vacuum pump)。
【背景技術(shù)】
[0002]在使?jié)欇喎肿颖?turbo-molecular pump)等的轉(zhuǎn)子(rotor)高速旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行真空排氣的真空泵中，多數(shù)情況下使用直流(direct current, DC)無刷電動(dòng)機(jī)(brushlessmotor)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)。在未使用旋轉(zhuǎn)傳感器(rotation sensor)的真空泵中，基于和電動(dòng)機(jī)的三相電壓及三相電流相關(guān)的偵測信號(hào)推斷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所需的旋轉(zhuǎn)速度信息及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極位置信息。
[0003]一般而言，利用反相器(inverter)對電動(dòng)機(jī)施加調(diào)制成正弦波狀且經(jīng)脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)化的電壓。該電壓通過開關(guān)(switching)元件的接通-斷開(on-off)控制而生成，且具有產(chǎn)生急劇變化的矩形波狀的電壓波形。因此，通過使所檢測出的三相電壓偵測信號(hào)及三相電流偵測信號(hào)通過低通濾波器(lowpass filter)而去除高頻噪音(noise)。繼而，使用去除高頻噪音后的偵測信號(hào)，推斷旋轉(zhuǎn)速度信息及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極位置信息。
[0004][【背景技術(shù)】文獻(xiàn)]
[0005][專利文獻(xiàn)]
[0006][專利文獻(xiàn)I]日本專利特開平8-256496號(hào)公報(bào)
[0007]然而，如果利用低通濾波器去除高頻噪音，那么在已通過的基波成分(正弦波成分)中會(huì)發(fā)生信號(hào)延遲。因此，在實(shí)際的磁極位置與所推斷的磁極位置之間會(huì)產(chǎn)生不容忽視的誤差，而在圍繞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)一電壓電流偵測一磁極位置推斷運(yùn)算循環(huán)一圈并重復(fù)的控制系統(tǒng)中，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性下降，且旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍的高頻諧波增多。該高頻諧波因與旋轉(zhuǎn)頻率的基波重疊而導(dǎo)致成為自正弦波產(chǎn)生歪曲的波形，其結(jié)果，在運(yùn)行負(fù)載大的情況下，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)或電動(dòng)機(jī)的失調(diào)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，而提供可防止電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)及電動(dòng)機(jī)失調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性的提高。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括:反相器，包含多個(gè)開關(guān)元件，且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；運(yùn)算部，基于和電動(dòng)機(jī)相電壓相關(guān)的信息以及和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息，算出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度及磁極電角度；延遲修正部，對利用運(yùn)算部而算出的磁極電角度的相位延遲進(jìn)行修正，并生成修正后磁極電角度；驅(qū)動(dòng)指令生成部，基于旋轉(zhuǎn)速度與目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的差分及修正后磁極電角度，生成正弦波驅(qū)動(dòng)指令；以及PWM信號(hào)生成部，基于正弦波驅(qū)動(dòng)指令，生成用來對多個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行接通-斷開控制的PWM控制信號(hào)。
[0010]在進(jìn)而優(yōu)選的實(shí)施方式中，和電動(dòng)機(jī)相電壓相關(guān)的信息是經(jīng)由第I低通濾波器而輸入的電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)，和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息是經(jīng)由第2低通濾波器而輸入的電動(dòng)機(jī)相電流偵測信號(hào)，且延遲修正部算出對由第I低通濾波器的濾波特性引起的相位延遲進(jìn)行修正的超前相位(leading phase)，并將該超前相位與磁極電角度相加而生成修正后磁極電角度。
[0011]在進(jìn)而優(yōu)選的實(shí)施方式中，延遲修正部根據(jù)利用運(yùn)算部而算出的旋轉(zhuǎn)速度算出超前相位。
[0012]在進(jìn)而優(yōu)選的實(shí)施方式中，將第2低通濾波器的濾波特性設(shè)定為與第I低通濾波器的濾波特性相同。
[0013]在進(jìn)而優(yōu)選的實(shí)施方式中，和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息是經(jīng)由低通濾波器而輸入至運(yùn)算部的電動(dòng)機(jī)相電流檢測信號(hào)，延遲修正部算出對由低通濾波器的濾波特性引起的相位延遲進(jìn)行修正的超前相位，并將該超前相位與磁極電角度相加而生成修正后磁極電角度，驅(qū)動(dòng)指令生成部基于差分生成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)中的兩相電壓Vd、Vq，且基于修正后磁極位置將該兩相電壓Vd、Vq轉(zhuǎn)換成兩相固定坐標(biāo)系統(tǒng)中的兩相電壓Va、V β ,對該兩相電壓Va、Vi3進(jìn)行兩相-三相轉(zhuǎn)換而生成三相電壓指令Vu、Vv, Vw，并基于該三相電壓指令Vu, Vv, Vw生成PWM控制信號(hào)，運(yùn)算部基于使兩相固定坐標(biāo)系統(tǒng)中的兩相電壓指令V a、V β的相位延遲與超前相位相同的相位量而獲得的推斷電動(dòng)機(jī)電壓與電動(dòng)機(jī)電流檢測信號(hào)，算出旋轉(zhuǎn)速度及所述磁極電角度。
[0014]在進(jìn)而優(yōu)選的實(shí)施方式中，延遲修正部根據(jù)利用運(yùn)算部而算出的旋轉(zhuǎn)速度算出超前相位。
[0015]在進(jìn)而優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括:電動(dòng)機(jī)相電壓偵測部，偵測電動(dòng)機(jī)相電壓；低通濾波器，對從電動(dòng)機(jī)相電壓偵測部輸出的電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理；及信號(hào)延遲處理部，具備通過設(shè)置在反相器的開關(guān)元件的接地(ground)側(cè)的分路電阻來偵測電動(dòng)機(jī)相電流的三分路(three shunt)方式的電流偵測部，且利用數(shù)字處理使從電流偵測部輸出且經(jīng)模擬數(shù)字(analog digital)轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)相電流偵測信號(hào)延遲與利用低通濾波器的電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)的相位延遲等效的相位；且和電動(dòng)機(jī)相電壓相關(guān)的信息是在利用低通濾波器進(jìn)行濾波處理后經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)，和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息是從信號(hào)延遲處理部輸出的相位修正后電流偵測信號(hào)，延遲修正部算出對由低通濾波器的濾波特性引起的相位延遲進(jìn)行修正的超前相位，并將該超前相位與磁極電角度相加而生成所述修正后磁極電角度。
[0016]此外，也可以將數(shù)字處理設(shè)為利用數(shù)字低通濾波器進(jìn)行的低通濾波處理。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的真空泵包括:泵轉(zhuǎn)子(pump rotor)，形成著排氣功能部；電動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)泵轉(zhuǎn)子；以及根據(jù)所述實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
[0018][發(fā)明效果]
[0019]根據(jù)本發(fā)明，可防止電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)及電動(dòng)機(jī)失調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性的提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是表示設(shè)置在真空泵中的泵單元I的概略構(gòu)成的剖視圖。
[0021]圖2是表示控制單元的概略構(gòu)成的框圖。[0022]圖3是表不關(guān)于電動(dòng)機(jī)M的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的圖式。
[0023]圖4是說明正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400的框圖。
[0024]圖5是表示旋轉(zhuǎn)速度.磁極位置推斷部407的詳細(xì)情況的圖式。
[0025]圖6是表示施加至被PWM正弦波驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)M的電壓、及流入至電動(dòng)機(jī)M的電流的一例的圖式。
[0026]圖7是表示d軸及q軸的方向的圖式。
[0027]圖8是表示低通濾波器的增益特性的一例的圖式。
[0028]圖9是表示低通濾波器的相位特性的一例的圖式。
[0029]圖10是表示U相電流iu、修正前的磁極電角度Θ、修正后磁極電角度Θ ’的圖式。
[0030]圖11是說明第2實(shí)施方式的正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400的框圖。
[0031]圖12是表示第2實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)速度?磁極位置推斷部407的詳細(xì)情況的圖式。
[0032]圖13是表示利用低通濾波器410進(jìn)行過濾后的電壓波形的圖式。
[0033]圖14是表示第3實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的框圖。
[0034]圖15是表示第3實(shí)施方式的正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400的圖式。
[0035]圖16是表示`在PWM正弦波驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件SWl~SW6時(shí)的U相電壓Vu、V相電壓Vv、W相電壓Vw以及U相電流iu、V相電流iv及W相電流iw的一例的圖式。
[0036][符號(hào)的說明]
[0037]1:泵單元4:泵轉(zhuǎn)子
[0038]4a:旋轉(zhuǎn)翼4b:圓筒部
[0039]5 -M10:電動(dòng)機(jī)定子
[0040]11:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子40:AC/DC轉(zhuǎn)換器
[0041]41:DC/DC轉(zhuǎn)換器42:磁性軸承用DC電源
[0042]43:反相器44:控制部
[0043]45:勵(lì)磁放大器46:電磁鐵
[0044]50:電流偵測部51:電壓偵測部
[0045]55:轉(zhuǎn)子盤60:基座
[0046]60a:排氣口61:泵殼體
[0047]61a:進(jìn)氣口61b:卡止部
[0048]61c:固定法蘭62:固定翼
[0049]63:墊圈64:螺紋定子
[0050]65:排氣埤66a、66b:緊急用機(jī)械軸承
[0051]67、68、69:磁性軸承400:正弦波驅(qū)動(dòng)控制部
[0052]401:速度控制部402 =Id.Iq設(shè)定部
[0053]403、4073:等效電路電壓轉(zhuǎn)換部404:dq-兩相電壓轉(zhuǎn)換部
[0054]405:兩相-三相電壓轉(zhuǎn)換部406 =PWM信號(hào)生成部
[0055]407:旋轉(zhuǎn)速度.磁極位置推斷部408:延遲修正部
[0056]409、410:低通濾波器411:相位恢復(fù)修正部
[0057]413:AD轉(zhuǎn)換器414:信號(hào)延遲處理部
[0058]430:柵驅(qū)動(dòng)電路441、442:PWM控制信號(hào)[0059]443:與關(guān)于電動(dòng)機(jī)M的相電壓及相電流相關(guān)的信號(hào)
[0060]444:關(guān)于磁性軸承的勵(lì)磁電流信號(hào)及位移信號(hào)
[0061]4071,4072:三相-兩相轉(zhuǎn)換部 4074:逆電壓運(yùn)算部
[0062]4075:電角度運(yùn)算部 4076:旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)算部
[0063]A:振幅B:波紋振幅
[0064]D:箭頭Dl~D6:環(huán)流二極管
[0065]Εα、Εβ:逆電壓1、Id、Iq:電流指令
[0066]L3、L4:線M:電動(dòng)機(jī)
[0067]R:旋轉(zhuǎn)體單元SWl~SW6:開關(guān)元件
[0068]U:U相線圈V:V相線圈
[0069]Vdc:電源電壓
[0070]VcU Vq、Vu、Vv、Vw、V α、V β:電壓指令
[0071]να’、νβ’、να、νβ、να’、νβ’:電壓信號(hào)
[0072]ff:ff相線圈iv、iu、iw:相電流偵測信號(hào)
[0073]vv、vu、vw:相電壓偵測信號(hào) i a、i β:電流信號(hào)
[0074]Θ:磁極電角度Θ’:修正后磁極電角度
[0075]ω:旋轉(zhuǎn)速度ω O:最高旋轉(zhuǎn)速度
[0076]ω；?:目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度Φ:超前相位
【具體實(shí)施方式】
[0077]以下，參照圖式說明實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0078]-第一實(shí)施方式-
[0079]圖1是表示在本實(shí)施方式的真空泵中的泵單元(pump unit) I的構(gòu)成的圖式。真空泵包括圖1所示的泵單元1、及驅(qū)動(dòng)泵單元I的控制單元(control unit)(未圖示)。此外，圖1所示的真空泵為磁懸浮式渦輪分子泵。
[0080]泵單元I包括:渦輪泵(turbo pump)段，包含旋轉(zhuǎn)翼4a與固定翼62 ;及牽引泵(drag pump)段(螺紋槽泵(thread groove pump)),包含圓筒部4b與螺紋定子(threadstator)64。此處，在螺紋定子64側(cè)形成著螺紋槽，但也可以在圓筒部4b側(cè)形成螺紋槽。作為旋轉(zhuǎn)側(cè)排氣功能部的旋轉(zhuǎn)翼4a及圓筒部4b形成于泵轉(zhuǎn)子4。泵轉(zhuǎn)子4緊固在軸(shaft)5上。由泵轉(zhuǎn)子4與軸5構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體單元R。
[0081]多數(shù)段固定翼62是相對于軸向與旋轉(zhuǎn)翼4a交替地配置。各固定翼62隔著墊圈(spacer ring)63而載置于基座(base)60上。當(dāng)通過螺釘(bolt)將泵殼體(pump casing)61的固定法蘭(flange) 61c固定在基座60上，積層的墊圈63被夾持在基座60與泵殼體61的卡止部61b之間，固定翼62便被定位。
[0082]軸5由設(shè)置在基座60上的磁性軸承67、68、69非接觸支撐。各磁性軸承67、68、69包括電磁鐵及位移傳感器。通過位移傳感器檢測軸5的懸浮位置。此外，構(gòu)成軸向的磁性軸承69的電磁鐵以在軸向上夾持設(shè)置在軸5下端的轉(zhuǎn)子盤(rotor disk) 55的方式配置。軸5由電動(dòng)機(jī)M旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
[0083]電動(dòng)機(jī)M為同步電動(dòng)機(jī)，在本實(shí)施方式，使用DC無刷電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)M包括:電動(dòng)機(jī)定子(motor stator) 10,配置在基座60 ;及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子11,設(shè)置在軸5。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子11設(shè)置著永久磁鐵。當(dāng)磁性軸承未作動(dòng)時(shí)，軸5由緊急用機(jī)械軸承(mechanical bearing)66a、66b 支撐。
[0084]在基座60的排氣口 60a設(shè)置著排氣埠(port) 65，在該排氣埠65上連接著前級(jí)泵(backing pump)。利用使旋轉(zhuǎn)體單元R磁懸浮并且通過電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng),將進(jìn)氣口 61a側(cè)的氣體分子向排氣埠65側(cè)排出。
[0085]圖2是表示控制單元的概略構(gòu)成的框圖。來自外部的交流(alternatingcurrent, AC)輸入通過設(shè)置在控制單兀的AC/DC轉(zhuǎn)換器(converter) 40而被轉(zhuǎn)換為DC輸出(DC電壓)。從AC/DC轉(zhuǎn)換器40輸出的DC電壓被輸入至DC/DC轉(zhuǎn)換器41，并通過DC/DC轉(zhuǎn)換器41生成電動(dòng)機(jī)M用的DC電壓與磁性軸承用的DC電壓。
[0086]電動(dòng)機(jī)M用DC電壓被輸入至反相器43。磁性軸承用DC電壓被輸入至磁性軸承用DC電源42。磁性軸承67、68、69構(gòu)成五軸磁性軸承，磁性軸承67、68分別具有兩對電磁鐵46,磁性軸承69具有一對電磁鐵46。對五對電磁鐵46、即十個(gè)電磁鐵46,從對各個(gè)電磁鐵設(shè)置的十個(gè)勵(lì)磁放大器(excitation amplifier) 45個(gè)別地供給電流。
[0087]控制部44是進(jìn)行電動(dòng)機(jī)及磁性軸承的控制的數(shù)字(digital)運(yùn)算器，例如，使用現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)等?？刂撇?4分別對反相器43輸出用來對反相器43中所包含的多個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行接通-斷開控制的PWM控制信號(hào)441，對各勵(lì)磁放大器45輸出用來對各勵(lì)磁放大器45中所包含的開關(guān)元件進(jìn)行接通-斷開控制的PWM控制信號(hào)442。另外,如下所述,控制部44輸入與關(guān)于電動(dòng)機(jī)M的相電壓及相電流相關(guān)的信號(hào)443、以及關(guān)于磁性軸承的勵(lì)磁電流信號(hào)及位移信號(hào)444。
[0088]圖3是表示關(guān)于電動(dòng)機(jī)M的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的圖式。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400及反相器43。反相器43包括多個(gè)開關(guān)元件SWl?SW6、及用來接通-斷開驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件SWl?SW6的柵驅(qū)動(dòng)(gate drive)電路430。在開關(guān)元件SWl?SW6中使用金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field EffectTransistor, M0SFET)或絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)等功率(power)半導(dǎo)體元件。此外,在各個(gè)開關(guān)元件SWl?SW6并聯(lián)連接著環(huán)流二極管(diode) Dl ?D6。
[0089]流入至電動(dòng)機(jī)定子10的U、V、W相線圈(coil)的電流分別由電流偵測部50檢測，作為檢測結(jié)果的電流偵測信號(hào)經(jīng)由低通濾波器409被輸入至控制部44的正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400。另外，U、V、W相線圈的各端子電壓由電壓偵測部51檢測，作為檢測結(jié)果的電壓偵測信號(hào)經(jīng)由低通濾波器410被輸入至正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400。
[0090]正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400基于利用低通濾波器409、410而去除噪音的電流偵測信號(hào)及電壓偵測信號(hào)，生成用來對開關(guān)元件SWl?SW6進(jìn)行接通-斷開控制的PWM控制信號(hào)。柵驅(qū)動(dòng)電路430基于PWM控制信號(hào)生成柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而使開關(guān)元件SWl?SW6接通、斷開。由此，被調(diào)制成正弦波且經(jīng)PWM化的電壓分別施加至U、V、W相線圈。
[0091]在本實(shí)施方式中，基于電動(dòng)機(jī)電流偵測信號(hào)及電動(dòng)機(jī)電壓偵測信號(hào)推斷旋轉(zhuǎn)速度、磁極位置。此外，在如本實(shí)施方式般不包含檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)傳感器的無傳感器(sensor-less)電動(dòng)機(jī)的情況下，通常基于電動(dòng)機(jī)電流偵測信號(hào)及電動(dòng)機(jī)電壓偵測信號(hào)推斷旋轉(zhuǎn)速度、磁極位置。[0092]圖4是說明正弦波驅(qū)動(dòng)控制部400的框圖。流入至電動(dòng)機(jī)M的三相電流由電流偵測部50檢測，檢測出的電流偵測信號(hào)被輸入至低通濾波器409。另一方面，電動(dòng)機(jī)M的端子電壓由電壓偵測部51檢測，檢測出的電壓偵測信號(hào)被輸入至低通濾波器410。
[0093]圖6是表示施加至被PWM正弦波驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)M的接地(ground，GND)基準(zhǔn)的U相電壓、及流入至電動(dòng)機(jī)M的U相電流的一例的圖式。線(line)L3表示U相電流，在線L3的上側(cè)所示的線L4表示施加至U相線圈的GND基準(zhǔn)的電壓。相電壓L4具有經(jīng)PWM調(diào)制的矩形波狀波形，矩形波的寬度(占空比(on duty))呈正弦波變化。其結(jié)果，流入至U相線圈的U相電流也呈現(xiàn)出正弦波般的變化。
[0094]施加至電動(dòng)機(jī)的電壓具有伴隨著開關(guān)元件的接通、斷開而在OV與電源電壓Vdc之間急劇地變化的矩形波狀波形。如上所述，通過PWM調(diào)制使電壓L4的矩形波的占空比呈正弦波變化，如果施加這種電壓，那么電動(dòng)機(jī)中會(huì)流入像線L3所示般的正弦波狀的電流(振幅A)。然而，在相電流L3中，與矩形波的上升及下降相對應(yīng)地產(chǎn)生有波紋振幅(rippleamplitude) B。
[0095]這樣一來,相電流L3成為PWM載波頻率(carrier frequency)的波紋成分(高頻)重疊而成的波形。因此，在電流偵測信號(hào)及電壓偵測信號(hào)的各輸入線上設(shè)置著用來去除高頻噪音的低通濾波器409、410。尤其是在電壓偵測信號(hào)的情況下，與基波成分相比其他高頻成分較多，所以與電流偵測信號(hào)的情況相比必需更嚴(yán)格的過濾。圖13是表示利用低通濾波器410過濾后的電壓波形(GND基準(zhǔn)的U相電壓)的圖式。可知是從圖6所示的矩形波狀的電壓波形中去除高頻成分，而接近于正弦波狀的波形。
[0096]通過低通濾波器4 09的電流偵測信號(hào)及通過低通濾波器410的電壓偵測信號(hào)分別被輸入至旋轉(zhuǎn)速度.磁極位置推斷部407。旋轉(zhuǎn)速度.磁極位置推斷部407基于電流偵測信號(hào)及電壓偵測信號(hào)，推斷電動(dòng)機(jī)M的旋轉(zhuǎn)速度ω及磁極位置(電角度Θ )。此外，由于磁極位置是以電角度Θ表示，所以以下將磁極位置稱為磁極電角度Θ。
[0097]圖5是表示旋轉(zhuǎn)速度?磁極位置推斷部407的詳細(xì)情況的圖式。從電壓偵測部51輸出的相電壓偵測信號(hào)vv、vu, vw經(jīng)由低通濾波器410被輸入至三相-兩相轉(zhuǎn)換部4072。三相-兩相轉(zhuǎn)換部4072將三相的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩相的電壓信號(hào)V α ’、V β ’。轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)να’、νβ’被輸入至逆電壓運(yùn)算部4074。
[0098]另一方面，從電流偵測部50輸出的相電流偵測信號(hào)iv、iu、iw經(jīng)由低通濾波器409被輸入至三相-兩相轉(zhuǎn)換部4071。三相-兩相轉(zhuǎn)換部4071將三相的電流偵測信號(hào)iv、iu、iw轉(zhuǎn)換成兩相的電流信號(hào)ia、ii3。轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)ia、ii3被輸入至等效電路電壓轉(zhuǎn)換部4073。
[0099]等效電路電壓轉(zhuǎn)換部4073使用基于電動(dòng)機(jī)M的電氣等效電路常數(shù)的下述式(1)，將電流信號(hào)ia、ii3轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)να、νβ。轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)V α、ν β被輸入至逆電壓運(yùn)算部4074。此外,等效電路分為電阻成分r及電感(inductance)成分L。r、L的值可根據(jù)電動(dòng)機(jī)規(guī)格等獲得，預(yù)先被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部中。
[0100][數(shù)I][0101]
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于包括: 反相器，包含多個(gè)開關(guān)元件，且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)； 運(yùn)算部，基于和電動(dòng)機(jī)相電壓相關(guān)的信息以及和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息算出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度及磁極電角度； 延遲修正部，對利用所述運(yùn)算部而算出的磁極電角度的相位延遲進(jìn)行修正，并生成修正后磁極電角度； 驅(qū)動(dòng)指令生成部，基于所述旋轉(zhuǎn)速度與目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度的差分及所述修正后磁極電角度，生成正弦波驅(qū)動(dòng)指令；以及 脈寬調(diào)制信號(hào)生成部，基于所述正弦波驅(qū)動(dòng)指令，生成用來對所述多個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行接通-斷開控制的脈寬調(diào)制控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于: 所述和電動(dòng)機(jī)相電壓相關(guān)的信息是經(jīng)由第I低通濾波器而輸入的電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)，所述和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息是經(jīng)由第2低通濾波器而輸入的電動(dòng)機(jī)相電流偵測信號(hào);且 所述延遲修正部算出對由所述第I低通濾波器的濾波特性引起的相位延遲進(jìn)行修正的超前相位，并將該超前相位與磁極電角度相加而生成所述修正后磁極電角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于: 所述延遲修正部根據(jù)利用所述運(yùn)算部而算出的旋轉(zhuǎn)速度算出所述超前相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:` 所述第2低通濾波器的濾波特性設(shè)定為與所述第I低通濾波器的濾波特性相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于: 所述和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息是經(jīng)由低通濾波器而輸入至所述運(yùn)算部的電動(dòng)機(jī)相電流檢測信號(hào)；且 所述延遲修正部算出對由所述低通濾波器的濾波特性引起的相位延遲進(jìn)行修正的超前相位，并將所述超前相位與磁極電角度相加而生成所述修正后磁極電角度； 所述驅(qū)動(dòng)指令生成部基于所述差分生成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)中的兩相電壓指令Vd、Vq,且基于所述修正后磁極位置將所述兩相電壓指令Vd、Vq轉(zhuǎn)換成兩相固定坐標(biāo)系統(tǒng)中的兩相電壓指令V α、V β，并對所述兩相電壓指令V α、V β進(jìn)行兩相-三相轉(zhuǎn)換而生成所述三相電壓指令Vu、Vv, Vw,基于所述三相電壓指令Vu、Vv, Vw生成所述脈寬調(diào)制控制信號(hào)；且 所述運(yùn)算部基于使所述兩相固定坐標(biāo)系統(tǒng)中的所述兩相電壓指令Va、νβ的相位延遲與所述超前相位相同的相位量而獲得的推斷電動(dòng)機(jī)電壓與所述電動(dòng)機(jī)電流檢測信號(hào)，而算出所述旋轉(zhuǎn)速度及所述磁極電角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于: 所述延遲修正部根據(jù)利用所述運(yùn)算部而算出的旋轉(zhuǎn)速度算出所述超前相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于包括: 電動(dòng)機(jī)相電壓偵測部，偵測電動(dòng)機(jī)相電壓； 低通濾波器，對從所述電動(dòng)機(jī)相電壓偵測部輸出的電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理；以及 信號(hào)延遲處理部，具備三分路方式的電流偵測部，其通過設(shè)置在所述反相器的開關(guān)元件的接地側(cè)的分路電阻來偵測電動(dòng)機(jī)相電流，且利用數(shù)字處理使從所述電流偵測部輸出且經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)相電流偵測信號(hào)延遲與利用所述低通濾波器的所述電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)的相位延遲等效的相位； 其中所述和電動(dòng)機(jī)相電壓相關(guān)的信息是在利用所述低通濾波器進(jìn)行濾波處理后經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)相電壓偵測信號(hào)； 所述和電動(dòng)機(jī)相電流相關(guān)的信息是從所述信號(hào)延遲處理部輸出的相位修正后電流偵測信號(hào)； 所述延遲修正部算出對由所述低通濾波器的濾波特性引起的所述相位延遲進(jìn)行修正的超前相位，并將所述超前相位與磁極電角度相加而生成所述修正后磁極電角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于: 所述數(shù)字處理是利用數(shù)字低通濾波器進(jìn)行的低通濾波處理。
9.一種真空泵，其特征在于包括: 泵轉(zhuǎn)子，形成著排氣功能部； 電動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述泵轉(zhuǎn)子；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK103780189SQ201310495910
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】小崎純一郎 申請人:株式會(huì)社島津制作所