控制裝置和使用該控制裝置的交流電動機系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及交流電動機系統(tǒng)中使用的電動機驅動技術。
【背景技術】
[0002]在家電.工業(yè).汽車等領域中，例如在風扇、栗、壓縮機等轉速控制以及電動助力轉向等扭矩輔助裝置、進一步、在制造裝置中的輸送機、升降機、定位控制等中使用馬達驅動裝置。在這些領域的馬達驅動裝置中，廣泛使用作為小型.高效率的交流電動機的永久磁鐵式同步電動機(以下稱為“PM馬達”)。但是，在驅動PM馬達時，需要馬達的轉子的磁極位置的信息，需要用于它的旋轉變壓器和霍爾1C等位置傳感器。近年來，不使用該位置傳感器而進行PM馬達的轉速和/或扭矩控制的無傳感器控制得到普及。
[0003]通過無傳感器控制的實現(xiàn)，能夠削減位置傳感器所花費的費用(傳感器自身的成本和傳感器的配線所花費的成本、傳感器的安裝調整作業(yè)所花費的費用)，此外，還產(chǎn)生由于不需要傳感器而使裝置相應地小型化以及能夠在惡劣的環(huán)境下使用等優(yōu)點。
[0004]目前，PM馬達的無傳感器控制采用直接檢測通過轉子旋轉而產(chǎn)生的感應電壓(速度電動勢)，將其作為轉子的位置信息進行PM馬達的驅動的方式和基于PM馬達的數(shù)學模型進行轉子位置的推定運算的位置推定技術等。
[0005]作為基于PM馬達產(chǎn)生的感應電壓的無傳感器方法，具有基于感應電壓的零交叉(zero-cross)的方式。該方式是以120度通電驅動PM馬達，檢測未通電的相的電壓，通過比較器求取該電壓零交叉的時刻，獲得相位信息的方式。但是，該方式是基于速度電動勢的方式，因此在停止.低速范圍不能驅動PM馬達。
[0006]此外，提案有不使用速度電動勢的無位置傳感器方式，作為不產(chǎn)生速度電動勢的零速度范圍的無位置傳感器方式，例如具有日本特開2009-189176號公報(專利文獻1)。在專利文獻1中，當對PM馬達的兩個相施加脈沖電壓時，與PM馬達的轉子的位置相應的電動勢在未通電的非通電相產(chǎn)生。由此，通過對該電動勢(磁飽和電動勢)進行觀測，觀測到對轉子的位置(角度)的依賴性，能夠進行低速度范圍內的無位置傳感器驅動。由于磁飽和電動勢是在非通電相產(chǎn)生的電壓，所以需要在控制側選擇檢測相，讀取電壓。由此，觀測非通電相的磁飽和電動勢的大小并同時在達到預先設定的閾值的時刻進行通電相的切換，就能夠實現(xiàn)無位置傳感器的驅動。此處，在通電相的切換中，“閾值”的設定精度很重要。
[0007]在日本特開2012-10477號公報(專利文獻2)中，公開有關于該閾值的自動調整功能。在專利文獻2中，按以下的步驟進行閾值的自動調整。首先，例如在模式1中流過直流電流，將轉子引至其通電模式的位置。接著，使模式前進一個，同樣進行直流的通電。此時，剛切換模式后的非通電相的電壓與閾值電壓一致。之后，通過反復進行上述步驟，能夠從實際設備獲取專利文獻1中重要的閾值的值。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2009-189176號公報
[0011]專利文獻2:日本特開2012-10477號公報

【發(fā)明內容】

[0012]發(fā)明所要解決的問題
[0013]在專利文獻1中，馬達在停止.低速狀態(tài)下能夠不失調地產(chǎn)生驅動力。但是，關于作為無傳感器驅動的重要的設定常數(shù)的閾值的自動調整未有記載。
[0014]專利文獻2公開有關于上述閾值的自動調整的內容，但是存在以下的問題。
[0015]第一，在一個通電模式中，通過施加直流而使轉子暫時固定，之后，切換為下一個通電模式，進行直流通電，采取剛進行該切換之后的電動勢，因此，如果在PM馬達的慣性較小的情況下，在切換的同時轉子發(fā)生移動，不能采取精確的閾值。
[0016]第二，在200V級的PM馬達的情況下，多為使轉子的磁鐵量最佳化(最小化)地進行設計，而提高定子的匝數(shù)，以獲得旋轉扭矩那樣的設計。在這種情況下，根據(jù)定子的電流值，PM馬達的磁通量大幅變化，其結果是，閾值的適當?shù)闹狄舶l(fā)生變化。即，需要在實現(xiàn)專利文獻1中公開的無傳感器控制的基礎上根據(jù)PM馬達的旋轉扭矩或電流值將閾值自身設定為最佳值。否則，不僅不能獲得滿足PM馬達的規(guī)格的足夠的扭矩，而且存在導致失調和不穩(wěn)定的振動的可能性。
[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種在零速度附近不使用轉子位置傳感器而能夠實現(xiàn)高扭矩且高穩(wěn)定的交流電動機的驅動控制裝置和使用其的交流電動機系統(tǒng)。
[0018]用于解決問題的方式
[0019]為了解決上述問題，例如采用權利要求的范圍內記載的結構。本發(fā)明包括解決上述問題的多個機構，列舉其一例為:選擇三相交流電動機的兩相進行通電，基于剩余的非通電相的電壓值與針對該電壓值的閾值的比較來切換通電相，對該三相交流電動機進行旋轉驅動的交流電動機的控制裝置，在該交流電動機的控制裝置中，上述閾值的設定采用包括用于檢測上述閾值的閾值檢測模式的方式，在該閾值檢測模式下，通過直流通電使上述三相交流電動機的轉子暫時固定，然后在兩相間進行交流電流通電來獲取上述閾值。
[0020]發(fā)明的效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供在從停止狀態(tài)至高速度范圍為止的大范圍內高扭矩且穩(wěn)定的控制裝置和使用其的交流電動機系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0022]圖1是表示由應用本發(fā)明的實施例1的控制裝置和交流電動機構成的交流電動機系統(tǒng)的結構的圖。
[0023]圖2是表示對實施例1的馬達進行直流通電時的動作的圖。
[0024]圖3是表示對實施例1的馬達進行交流通電期間的動作的圖。
[0025]圖4是關于實施例1的閾值獲取的流程圖。
[0026]圖5是關于應用本發(fā)明的實施例2的閾值獲取的流程圖。
[0027]圖6是表示對應用本發(fā)明的實施例3的交流電動機進行的雙極脈沖電壓的施加的圖。
[0028]圖7是表示實施例3的磁飽和電動勢和正轉、反轉方向的閾值電壓的圖。
[0029]圖8是關于實施例3的閾值獲取的流程圖。
[0030]圖9是表示應用本發(fā)明的實施例4的交流電動機的控制裝置的控制器的框圖。
[0031 ]圖10是表示實施例4的閾值獲取時的電流波形的上升的圖。
[0032]圖11是表示應用本發(fā)明的實施例5的交流電動機的控制裝置的控制器的框圖。
[0033]圖12是表不實施例5的線間電壓、相電流、非通電相電動勢的波形圖。
[0034]圖13是表不實施例5的線間電壓、相電流、非通電相電動勢的波形圖。
[0035]圖14是表示實施例5的線間電壓、相電流、非通電相電動勢的波形圖。
[0036]圖15是表示應用本發(fā)明的實施例6的交流電動機的控制裝置的速度、電流控制器的框圖。
[0037]圖16是表示實施例6的交流電動機的控制裝置的起動時的波形的圖。
[0038]圖17是表示應用本發(fā)明的實施例7的交流電動機的控制裝置的速度.電流控制器的框圖。
[0039]圖18是表示實施例7的交流電動機的控制裝置的穩(wěn)定狀態(tài)的電流波形的圖。
[0040]圖19是表示應用本發(fā)明的實施例8的交流電動機的控制裝置的速度.電流控制器的框圖。
[0041 ]圖20是表示實施例8的交流電動機的閾值的電流依賴性的圖。
[0042]圖21是表示應用本發(fā)明的實施例9的交流電動機的控制裝置的非通電相電動勢的阻尼振蕩的圖。
[0043]圖22是關于實施例9的交流電動機的控制裝置的非通電相電動勢所含的阻尼期間的測量的圖。
[0044]圖23是表示實施例9的交流電動機的控制裝置的控制器的框圖。
[0045]圖24是關于應用本發(fā)明的實施例10的交流電動機的控制裝置的重疊時間的波形圖。
[0046]圖25是表示實施例10的交流電動機的控制裝置的控制器的框圖。
[0047]圖26是包括使用應用本發(fā)明的實施例11的交流電動機的控制裝置的通用逆變器的交流電動機系統(tǒng)的圖。
[0048]圖27是表示現(xiàn)有例中的向兩相間施加脈沖電壓的圖。
[0049]圖28是表示現(xiàn)有例中的磁飽和電動勢的轉子位置依賴性的圖。
[0050]圖29是關于現(xiàn)有例中的用于切換交流電動機的通電相、通電模式、非通電相和在非通電相產(chǎn)生的電動勢以及用于切換通電模式的閾值電壓的圖。
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