旋转电机控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对旋转电机进行矢量控制的旋转电机控制装置。
【背景技术】
[0002] 作为永磁式同步旋转电机例如3相同步马达的控制方法，已知有被称为矢量控制 的控制方法。在矢量控制中，将流入马达的3相定子线圈的马达电流坐标转换为作为配置 于转子的永磁所产生的磁场的方向的d轴、和与该d轴正交的q轴的2相的矢量分量并进行 反馈控制。为了该坐标转换，需要高精度地检测转子的位置（磁极位置）。在多数情况下， 磁极位置检测利用分解器等旋转传感器。但是，有以降低成本等为目的，不使用那样的旋转 传感器，而是基于与磁极位置相应的电气现象，来进行电检测磁极位置的无传感器磁极检 测的情况。例如，能够利用通过转子的旋转产生的感应电动势来电检测磁极位置。但是，由 于该方法在转子停止的情况下、或以非常低速旋转的情况下，不产生感应电动势，或感应电 动势很小，所以不能高精度地检测磁极位置。因此，也提出了向马达给予高频电流、高频电 压根据其响应来推断磁极位置的方法。
[0003] 像这样，欲以利用感应电动势的方法以及施加高频的方法的任意一种方法，换句 话说，以单一的方法来决定磁极位置（或者旋转的dq轴坐标系的相位），则在高速旋转区域 (旋转频率的高频率区域）、或者低速旋转区域（旋转频率的低频率区域）中精度降低。在 日本特开平10 - 94298号公报（专利文献1)中，提出了应对与无传感器磁极检测相关的 这样的问题的技术。根据专利文献1，使用低频率区域用的相位决定方法和高频率区域用的 相位决定方式两种相位决定方式分别生成相位，并对这两种相位在频率上加权平均，来作 为dq轴坐标系的相位。
[0004] 若应用专利文献1的技术，通过采取在频率上加权平均，根据旋转频率以一定的 比率切换两种相位决定方式，基于两种方式内适合旋转频率的方式来决定相位。但是，在低 频率区域使用的方式（例如，对马达施加高频电流、高频电压的方式）、以及在高频率区域 使用的方式（例如，利用感应电动势的方式）根据马达的转矩均有磁极位置的推断的推断 精度发生变化的趋势。因此，只是基于旋转频率，来切换相位决定方式，或决定加权平均的 权重，并不能充分确保相位决定（磁极位置的推断）的精度。
[0005]专利文献1:日本特开平10-94298号公报
[0006] 鉴于上述背景，希望不管旋转电机的动作状态如何，都高精度地推断磁极位置的 技术的提供。
【发明内容】
[0007] 鉴于上述技术问题的本发明所涉及的旋转电机控制装置的特征结构在于以下的 点，
[0008] 是将具备以具有磁性凸极性的方式配置了永磁的转子的旋转电机作为控制对象， 并在作为上述永磁所产生的磁场的方向的d轴和与该d轴正交的q轴的dq轴矢量坐标系 中，基于电流指令与来自上述旋转电机的反馈电流的偏差来反馈控制上述旋转电机的旋转 电机控制装置，具备：
[0009] 高速区域位置运算部，其基于上述旋转电机所产生的感应电压来运算上述转子的 磁极位置；
[0010] 低速区域位置运算部，其对上述旋转电机施加高频的观测信号，并基于作为针对 该观测信号的响应分量包含于上述反馈电流的高频分量来运算上述转子的磁极位置；以及
[0011] 切换部，其在通过上述高速区域位置运算部运算上述磁极位置的高速区域运算模 式、和通过上述低速区域位置运算部运算上述磁极位置的低速区域运算模式的至少2个模 式之间，切换运算上述转子的磁极位置的运算模式，
[0012] 上述切换部被构成为设定由上述旋转电机的转速以及转矩规定的高速旋转区域 和由上述旋转电机的转速以及转矩规定并且被规定在与该高速旋转区域相比上述转速低 的一侧的低速旋转区域，在上述高速旋转区域应用上述高速区域运算模式，在上述低速旋 转区域应用上述低速区域运算模式，并且将与上述高速旋转区域相比上述转速低的一侧的 区域与上述高速旋转区域的边界即高速区域侧边界、以及与上述低速旋转区域相比上述转 速高的一侧的区域与上述低速旋转区域的边界即低速区域侧边界双方，设定为上述转矩相 对较高的情况下与上述转矩相对较低的情况相比上述转速成为较低的一侧。
[0013] 根据该特征结构，由于具备高速区域位置运算部和低速区域位置运算部，能够在 适合各个运算部的转速区域推断磁极位置。并且，由于切换部在运算这些磁极位置的至少 2个模式之间，切换运算模式，所以能够遍及较宽的转速区域进行精度较高的磁极位置的推 断。另外，在切换部设定有低速旋转区域和高速旋转区域，但这些旋转区域并不是单纯地仅 对应转速来设定的，也对应转矩来设定。在高速区域位置运算部的磁极位置的推断中，例如 在以输出转矩成为最大的方式控制旋转电机的情况下（实施最大转矩控制的情况下），用 于推断磁极位置的感应电压也增加，推断精度提高。换句话说，在高速区域位置运算部的磁 极位置的推断中，与低转矩的情况相比，高转矩的情况一方的推断精度进一步提高。
[0014] 另一方面，在低速区域位置运算部的磁极位置的推断中，由于以下叙述的理由，与 高转矩的情况相比，低转矩的情况一方的运算更加稳定。为了饱和特性的表现，存在作为转 子的电感定义动态电感的情况。例如在实施最大转矩控制的情况下，若转矩增大则q轴电 流增加而q轴的磁通逐渐接近饱和区域。由于动态电感通过微分来表示，所以若q轴电流 增加而接近饱和区域则接近"0"。换句话说，随着转矩增大，q轴的动态电感变小。凸极比 由q轴的动态电感除以d轴的动态电感来表示。由于随着q轴的动态电感变小，凸极比变 小，所以进行利用了凸极性的磁极位置的推断的情况下的稳定性降低。换句话说，在低速区 域位置运算部的磁极位置的推断中，即使转速相同，与高转矩的情况相比低转矩的情况的 一方的推断精度进一步提高。
[0015] 如上述那样，在切换部中，设定有低速旋转区域和高速旋转区域，但这些旋转区域 并不是单纯地仅对应转速来设定的，也对应转矩来设定。具体而言，以在转矩相对较高的情 况下与转矩相对较低的情况相比，转速成为较低的一侧的方式，设定有高速区域侧边界以 及低速区域侧边界的双方。因此，将转速较高的一侧，并且转矩较高的一侧的区域作为应用 区域来执行高速区域位置运算部的磁极位置的推断，将转速较低的一侧，并且转矩较低的 一侧的区域作为应用区域来执行低速区域位置运算部的磁极位置的推断。其结果，由于通 过切换部以2个运算部的每一个运算部都能够更加稳定地推断磁极位置的方式，设定每一 个运算部的应用区域，所以能够以较高的精度，进行磁极位置的推断。像这样，根据本特征 结构，不管旋转电机的动作状态如何，都能够高精度地推断磁极位置。
[0016] 旋转电机所产生的感应电压主要由于转子的旋转在定子上产生。因此，作为一个 方式，本发明的旋转电机控制装置优选上述高速区域位置运算部被构成为基于至少通过上 述转子的旋转在上述定子上产生的感应电压来运算上述转子的磁极位置。
[0017] 另外，为了提高高速区域运算模式的磁极位置的推断精度，优选适当地进行在旋 转电机上产生的感应电压的确定。因此，作为一个方式，优选上述高速区域位置运算部被构 成为通过使用了扩展感应电压的扩展感应电压模型来运算上述转子的磁极位置，该扩展感 应电压根据由于利用d轴电流在上述转子上产生的磁通的旋转而产生的感应电压、由于流 过定子侧的q轴的电感的电流的变化量而产生的感应电压、由于上述永磁的磁通的旋转而 产生的感应电压来计算。根据该结构，与使用了一般的感应电压模型的磁极位置的运算相 比，能够进行更加高精度的磁极位置的推断。
[0018] 如上述那样，切换部以在高速旋转区域应用高速区域运算模式，在低速旋转区域 应用低速区域运算模式的方式，切换运算模式。若高速旋转区域与低速旋转区域的边界是 固定的，则在该边界附近转速发生了变化时，也有频繁地切换运算模式，磁极位置的推断结 果产生摆动的可能性。因此，优选在该边界设定有磁滞回线。作为一个方式，本发明所涉及 的旋转电机控制装置优选上述高速区域位置运算部以及上述低速区域位置运算部运算上 述转子的转速，在上述高速区域侧边界设定比由于在上述高速区域运算模式下运算的上述 磁极位置的误差而产生的上述转速的误差大的磁滞回线，在上述低速区域侧边界设定比由 于在上述低速区域运算模式下运算的上述磁极位置的误差产生的上述转速的误差大的磁 滞回线。
[0019] 在从未进行低速区域位置运算部的磁极位置的推断的运算模式向进行低速区域 位置运算部的磁极位置的推断的运算模式的切换时，有用于对旋转电机施加高频的观测信 号，并对其响应分量进行信号处理的时滞。因此，在实际进行磁极位置的推断之前，施加并 准备观测信号，从而在该切换时，也能够抑制迷失被推断的磁极位置。作为一个方式，本发 明所涉及的旋转电机控制装置优选设定高频施加区域，该高频施加区域