同步电动机驱动系统技术方案

提供一种在低速区域能够实现高性能的控制特性的PM电动机的驱动系统。其包括：依次切换多个开关元件而产生交流电压并将其供给到同步电动机的电力转换器；检测或推定上述同步电动机的负载转矩的转矩检测部；在将上述电力转换器的通电的2个相的脉冲输出供给到上述同步电动机的三相绕组中的2个相时，检测未被供给的相的开路电压的检测器；和根据检测出的开路电压而按照规定的通电模式依次切换上述通电的2个相的控制器，其中，该控制器根据上述同步电动机的检测或推定出的负载转矩而使切换上述2个相的时刻延迟。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及同步电动机驱动系统，尤其涉及能够在低速区域实现高性能的控制特性的同步电动机驱动控制系统。
技术介绍
用于家电、工业设备、汽车等的电动机驱动系统中，广泛采用了小型、高效率的永磁动机(同步电动机)。不过，为了驱动永磁动机(以下简称PM电动机)，需要使用PM电动机的转子位置的信息，需要用于获得该信息的位置传感器。近年来，去除了该位置传感器进行PM电动机的转速和转矩控制的“无传感器控制”得到广泛普及。通过无传感器控制的实用化，能够削减位置传感器所需的费用(传感器自身的成本、传感器的配线所需的成本等)。此外，由于不需要传感器，能够相应地实现系统的小型化以及在恶劣环境中使用的可能性。当前，PM电动机的无传感器控制，采用直接检测因转子旋转而产生的感应电压(速度电动势)，将其作为转子的位置信息来进行PM电动机的驱动的方式，或根据对象电动机的数学模型来推定运算转子位置的位置推定技术等。这些无传感器控制方式中较为严重的问题在于包括停止状态(零速)在内的低速运转时的位置检测精度。当前已实用化的大部分无传感器控制是基于PM电动机产生的速度电动势而实现的，所以在感应电压较小的停止或低速区域中灵敏度降低，位置信息被噪声淹没。作为解决该问题的现有方式可举专利文献1为例。专利文献1是以对PM电动机进行120度通电控制为前提的停止或低速区域的无位置传感器控制方式，基于开路相中产生的电动势的变化来切换通电相。该电动势的变化是随PM电动机内部的磁路变化而发生的电动势的变化，与现有的利用由旋转速度引起的速度电动势的方式基于不同的原理。因此，在停止或低速区域也能够实现无传感器控制。此外，作为切换通电相时对相位进行修正的现有例，可举专利文献2。专利文献2采用了现有的利用由旋转速度引起的速度电动势的120度通电驱动方式的逆变器，在基于开路相中产生的速度电动势而切换通电相时，为了抑制相位的滞后，计算因通电切换而产生的回流电流的时间，进行设定以使得该回流电流时间成为与规定转速(高速区域)对应的值而实现控制的稳定化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-189176号公报专利文献2：日本特开2005-204383号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题不过，例如专利文献1的专利技术能够在PM电动机的停止或低速区域中获得良好的控制性能。但是在负载转矩大的用途或者使用电感大的电动机的情况下，转矩电流对磁通(q轴磁通)的影响变大，所以开路相电动势的阈值发生误差，电压相位超前，功率因数降低。其结果，不能够高转矩、高性能地控制PM电动机。此外，专利文献2的专利技术中，通过在切换通电相时考虑回流电流的通电时间，虽然能够抑制与运转速度相应的相位滞后，但仅能够在30度的范围中控制。并且，在感应电压小的低速区域中灵敏度降低，位置信息被噪声淹没，所以转矩特性劣化。本专利技术鉴于这些问题，提供一种在低速区域也能够实现高性能的控制特性的PM电动机的驱动系统。解决问题的技术手段本专利技术为了解决上述技术问题，采用了下述技术方案。本专利技术的同步电动机驱动系统包括：依次切换多个开关元件而产生交流电压并将其供给到同步电动机的电力转换器；检测或推定上述同步电动机的负载转矩的转矩检测部；在将上述电力转换器的通电的2个相的脉冲输出供给到上述同步电动机的三相绕组中的2个相时，检测未被供给的相的开路电压的检测器；和根据检测出的开路电压而按照规定的通电模式依次切换上述通电的2个相的控制器，其中，该控制器根据上述同步电动机的检测或推定出的负载转矩而使切换上述2个相的时刻延迟。专利技术效果本专利技术由于具有上述结构，所以可提供一种在低速区域也能够实现高性能的控制特性的PM电动机的驱动系统。附图说明图1是说明第一实施方式的同步电动机的驱动系统的图。图2是说明通电模式的图。图3是表示在使转子位置变化的情况下非通电相中出现的电动势的图。图4是说明与转子相位角θd相应地切换通电的2个相的图。图5是表示通电模式与非通电相以及非通电相的电动势的关系的图。图6是说明用于生成与同步电动机的非通电相电动势进行比较的基准电压(阈值)的基准电平切换器9的图。图7是现有技术的同步电动机的矢量图。图8是说明同步电动机的驱动系统的相位补偿的图。图9是表示同步电动机中流动的电流波形的测定结果的图。图10是说明第二实施方式的图。图11是说明第三实施方式的图。图12是说明第四实施方式的图。具体实施方式以下参考附图说明本专利技术的实施方式。图1是说明实施方式1的同步电动机的驱动系统的图。如图1所示，本实施方式的同步电动机的驱动系统包括作为控制对象的PM电动机4，生成对PM电动机4施加的施加电压指令V*的V*发生器1，与PM电动机4连接且由多个开关元件构成的电力转换器(逆变器)3，和对该逆变器3输出电压指令来控制PM电动机4的控制器2。控制器2在PM电动机4的三相绕组中选择两相施加正或负脉冲电压。此外，还包括基于施加正或负脉冲时的开路相电动势推定相位(转子的磁极位置)和速度的单元(模式切换触发信号发生器8)。此外，逆变器3包括对逆变器供给电力的直流电源31，具有6个开关元件Sup～Swn的逆变器主电路部32，和直接驱动逆变器主电路3的输出前置驱动器(output pre-driver，输出预驱动器)33。V*发生器1用于生成对PM电动机4施加的施加电压指令V*。控制器2通过脉冲宽度调制(PWM)来对PM电动机4施加与指令V*相应的电压。即，控制器2基于V*发生器1的输出，在PWM发生器5中生成脉冲宽度调制后的120度通电波形。在通电模式决定器6中，依次输出表示逆变器主电路部进行的6种开关模式中的1种的模式指令。栅极(控制极)信号切换器7基于模式指令决定逆变器主电路部的各开关元件按怎样的动作进行开关，最终对逆变器3依次输出6个栅极脉冲信号。此外，通电模式决定器6根据模式切换触发信号发生器8生成的信号逐个切换通电模式。模式切换触发信号发生器8包括基准电平切换器9用于生成作为PM电动机4的非通电相中的电动势的比较基准的阈值，基于模式指令从PM电动机4的三相端子电压中选择非通电相的非通电相电位选择器10，和对非通电相电位选择器10的输出与上述阈值进行比较来生成模式切换触发信号的比较器11。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步电动机驱动系统，其特征在于，包括：依次切换多个开关元件而产生交流电压并将其供给到同步电动机的电力转换器；检测或推定所述同步电动机的负载转矩的转矩检测部；在将所述电力转换器的通电的2个相的脉冲输出供给到所述同步电动机的三相绕组中的2个相时，检测未被供给的相的开路电压的检测器；和根据检测出的开路电压而按照规定的通电模式依次切换所述通电的2个相的控制器，其中，该控制器根据所述同步电动机的检测或推定出的负载转矩而使切换所述2个相的时刻延迟。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.09 JP 2012-2475441.一种同步电动机驱动系统，其特征在于，包括：
依次切换多个开关元件而产生交流电压并将其供给到同步电动机
的电力转换器；
检测或推定所述同步电动机的负载转矩的转矩检测部；
在将所述电力转换器的通电的2个相的脉冲输出供给到所述同步
电动机的三相绕组中的2个相时，检测未被供给的相的开路电压的检
测器；和
根据检测出的开路电压而按照规定的通电模式依次切换所述通电
的2个相的控制器，其中，
该控制器根据所述同步电动机的检测或推定出的负载转矩而使切
换所述2个相的时刻延迟。
2.如权利要求1所述的同步电动机驱动系统，其特征在于：
所述负载转矩是基于同步电动机中流动的电流、电力转换器的直
流母线中流动的电流或者转矩指令值而推定的。
3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：高畑良一，岩路善尚，青柳滋久，户张和明，
申请(专利权)人：株式会社日立产机系统，
类型：发明
国别省市：日本;JP