[发明专利]同步电动机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及同步电动机的驱动系统，具体地涉及适合于在不使用位置传感器下推测转子的磁极位置来控制同步电动机的转数和转矩的方式的同步电动机控制系统。

背景技术

在家电领域、工业机器领域、汽车领域等技术领域中，电动机驱动装置被用于风扇、泵、压缩机、输送带、升降机等的转速控制以及转矩辅助控制、定位控制等中。

这些技术领域的电动机驱动装置中广泛使用有利用永磁铁的小型且高效率的同步电动机。而且，为了驱动同步电动机，需要电动机转子的磁极位置信息，因此需要检测磁极位置的旋转变压器或霍尔IC等位置传感器。

而近年来，在不使用这样的位置传感器下进行同步电动机的转数控制和转矩控制的“无传感器控制”的技术得到普及。通过该无传感器控制的实用化，能够削减设置位置传感器所需的费用（传感器本身的成本和传感器布线所需的费用），此外，能够得到因不需要传感器而使装置小型化、和在恶劣环境中的使用变得可能等较大的效果。

当前，同步电动机的无传感器控制采用：直接检测转子旋转产生的感应电压（速度电动势）作为转子的位置信息以进行同步电动机的驱动的方式；或者根据作为对象的电动机的数学模型推测转子位置的位置推测方式等。

然而，虽然无传感器控制具有能够削减设置位置传感器所需的费用、因不需要传感器而使装置的小型化、和在恶劣环境中的使用变得可能等较大的效果，但此类无传感器控制在低速运行时的位置检测方法中存在较大问题。

具体而言，当前实用化的大多数无传感器控制由于基于同步电动机产生的感应电压（速度电动势），因此存在在感应电压小的零速度附近（实质的停止状态）或低速区域中感应电压的检测灵敏度降低、位置信息被淹没在噪声中的问题。

对于这样的问题，例如日本特开2009-189176号公报（专利文献1）提出了基于同步电动机的120度通电控制来实现的低速区域中的无传感器控制方式，在速度电动势较小的低速区域中基于非通电相（开路相）的电动势来推测转子的相位和速度，可控制同步电动机。

此外，在日本特开2004-048886号公报（专利文献2）中，在低速区域中应用以将施加到同步电动机的电压（V）与频率（F）的关系控制为恒定的第一控制系（V/F恒定控制系），在中高速区域中应用控制同步电动机的驱动电压的振幅和相位的第二控制系（电压矢量控制系），根据同步电动机的速度来切换两种驱动方式，在从停止状态到高速区域的广大速度范围中使高转矩且高性能的控制特性提高。

进一步地，作为切换驱动方式的结构的以往例子有日本特开2003-111469号公报（专利文献3）。专利文献3中，由于在切换间歇通电（120度通电）驱动与180度通电驱动时，抑制同步电动机的转数波动，因此，对一方的驱动方式中的切换时的驱动信号进行修正来作为另一方的驱动方式的驱动信号，从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2004-048886号公报

专利文献3：（日本）特开2003-111469号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在上述以往技术中，例如在专利文献1的发明中，虽然在同步电动机停止或低速区域中能够获得良好的控制性能，但在到中高速区域的广大速度范围中由于速度感应电压增大，非通电相（开路相）电动势的阈值产生误差，电流波形失真，功率因数降低，导致存在无法对同步电动机进行高转矩、高性能的控制的问题。

另一方面，专利文献2的发明中，虽然到中高速区域的广大速度范围中能够获得良好的控制性能，但在利用现有技术的V/F恒定控制的低速区域中，转矩特性变差，易于失步，并且存在无法实现向中高速方式的转矩冲击小的平滑切换，即存在无法实现无缝驱动的问题。

此外，专利文献3的发明中，能够通过在驱动方式切换时进行驱动信号的修正以抑制转数波动，但由于未考虑到此时的电流相位，存在因在切换前后电流波形失真而导致转矩脉动增大的问题。此外，对于在停止、低速区域中的无位置传感器以及切换驱动时的对策没有任何说明。

本发明的目的在于提供一种同步电动机的控制系统，其能够在从停止或低速状态到中高速区域的广大速度范围内高精度地推测相位和速度，并且能够通过进行转矩冲击小的无缝驱动来实现高性能的控制特性。

用于解决技术问题的手段