CN103036497B - 同步电机的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供同步电机的控制装置和控制方法。设置使用通过最大线间电压运算部（11）运算的最大线间电压（Vmax）和PM电机（1）的电气角速度（ωe）来运算弱场磁控制用的d轴电流运算值的d轴电流运算部（12）、和根据最大线间电压（Vmax）和PM电机（1）的电气角速度（ωe）将弱场磁控制用的d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个输出为d轴电流指令值（Id*）的弱场磁控制切换部（13）。另外，通过d轴电流运算部（12）从最大线间电压（Vmax）、PM电机（1）的电气角速度、作为PM电机（1）的电机参数的反电动势系数（Ke）和d轴电感（Ld）运算d轴电流运算值。

Description

同步电机的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及同步电机的控制装置和控制方法，特别涉及稳定地进行对弱场磁控制的切换的同步电机的控制装置和控制方法。

背景技术

在以基本转速以上的速度来控制永磁同步电机时，进行通过d轴电流将永磁产生的磁通量控制得弱的针对弱场磁控制的切换。针对弱场磁控制的切换的判断，根据基本转速与电机转速的比较来进行，但是在直流电压变动得大的装置的情况下，有时在基本转速以下的速度下逆变器输出电压饱和而不能进行控制。

因此本申请人公开了即使直流电压变动，也能够稳定地进行弱场磁控制与最大扭矩控制之间的切换的技术（例如，参照专利文献1）。在专利文献1中，实时检测直流电压，通过与在控制中的转速所需的直流电压的运算值进行比较，来判断是进行弱场磁控制、还是进行最大扭矩控制。

【专利文献1】日本特开2003-33097号公报

但是，在专利文献1中，将主电路部的输入规格是以电池为主的直流电源的特定的电机作为控制对象，存在主电路部的输入规格为基于3相交流+二极管整流的直流电源时不能与任意的电机对应的问题。即，在专利文献1中，虽然将比较稳定的电池作为直流电源，但是在基于3相交流+二极管整流的直流电源中，由于直流电压变动，因此针对弱场磁控制的切换变得不稳定。另外，在专利文献1中，由于使用特定的电机用的表数据来进行d轴电流运算，因此不能与任意的电机对应。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有技术的上述问题而提供如下所述的同步电机的控制装置和控制方法：即使进行驱动的永磁同步电机为任意的电机，也能够稳定地进行弱场磁控制与最大扭矩控制之间的切换。

本发明的同步电机的控制装置，其根据三相电压指令值，通过逆变器电路将对3相交流进行二极管整流而得到的直流电压转换为交流电压，将所转换的交流电压提供给同步电机来进行驱动，该同步电机的控制装置的特征在于，具有：电流坐标转换单元，其将流过所述同步电机的三相交流电流转换为旋转坐标上的d轴电流和q轴电流；最大线间电压运算单元，其使用所述直流电压来运算最大线间电压；d轴电流运算单元，其使用通过该最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压和所述同步电机的电气角速度来运算弱场磁控制用的d轴电流运算值；弱场磁控制切换单元，其根据通过所述最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压和所述同步电机的所述电气角速度，将通过所述d轴电流运算单元运算的弱场磁控制用的所述d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个作为d轴电流指令值来输出；q轴电流运算单元，其使用所提供的电机速度指令值和所述同步电机的电机角速度来运算q轴电流指令值；d轴电压运算单元，其根据从所述弱场磁控制切换单元输出的所述d轴电流指令值与通过所述电流坐标转换单元转换的所述d轴电流之间的偏差来运算d轴电压运算值；q轴电压运算单元，其根据通过所述q轴电流运算单元运算的所述q轴电流指令值与通过所述电流坐标转换单元转换的所述q轴电流之间的偏差来运算q轴电压运算值；以及电压指令值转换单元，其将通过所述d轴电压运算单元运算的所述d轴电压运算值和通过所述q轴电压运算单元运算的所述q轴电压运算值转换为所述三相电压指令值。

而且，在本发明的同步电机的控制装置中，也可以为，所述d轴电流运算单元从通过所述最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压、所述同步电机的所述电气角速度、作为所述同步电机的电机参数的反电动势系数以及d轴电感运算所述d轴电流运算值。

而且，在本发明的同步电机的控制装置中，也可以为，所述弱场磁控制切换单元根据所述同步电机的所述电气角速度来运算电机线间电压，根据所运算的所述电机线间电压与通过所述最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压的比较结果，选择通过所述d轴电流运算单元运算的弱场磁控制用的所述d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个作为d轴电流指令值来输出。

而且，在本发明的同步电机的控制装置中，也可以为，该同步电机的控制装置具有电压指令值限制单元，该电压指令值限制单元对d轴电压指令值和q轴电压指令值以合成向量成为规定值以下的方式进行限制而输出，其中，该d轴电压指令值和q轴电压指令值是基于通过所述d轴电压运算单元和所述q轴电压运算单元分别运算的所述d轴电压运算值和所述q轴电压运算值而得到的，所述电压指令值转换单元将从所述电压指令值限制单元输出的所述d轴电压指令值和所述q轴电压指令值转换为所述三相电压指令值。

而且，在本发明的同步电机的控制装置中，也可以为，所述最大线间电压运算单元根据所述直流电压和所述逆变器电路的调制度运算所述最大线间电压。

另外，本发明的同步电机的控制方法，根据三相电压指令值，通过逆变器电路将对3相交流进行二极管整流而得到的直流电压转换为交流电压，将所转换的交流电压提供给同步电机来进行驱动，该同步电机的控制方法的特征在于，将流过所述同步电机的三相交流电流转换为旋转坐标上的d轴电流和q轴电流，使用所述直流电压来运算最大线间电压，使用所述最大线间电压和所述同步电机的电气角速度来运算弱场磁控制用的d轴电流运算值，根据所述最大线间电压和所述同步电机的电气角速度，将弱场磁控制用的所述d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个作为d轴电流指令值来输出，使用所提供的电机速度指令值和所述同步电机的电机角速度来运算q轴电流指令值，根据所述d轴电流指令值与所述d轴电流之间的偏差来运算d轴电压运算值，根据所述q轴电流指令值与所述q轴电流之间的偏差来运算q轴电压运算值，将所述d轴电压运算值和所述q轴电压运算值转换为所述三相电压指令值。

根据本发明，能够起到如下所述的效果：以使用通过最大线间电压运算单元运算的最大线间电压和同步电机的电气角速度来运算弱场磁控制用的d轴电流运算值，根据最大线间电压和同步电机的电气角速度，使弱场磁控制用的所述d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个作为d轴电流指令值来输出的方式来构成，从而即使在进行驱动的永磁同步电机为任意的电机，也能够仅通过设定永磁同步电机的电机参数，实时地运算在任意的永磁同步电机中最佳的弱场磁控制中的d轴电流指令值。另外，能够平滑地、稳定地对弱场磁控制与最大扭矩控制进行切换，能够实现电机额定速度的宽范围（例如2倍左右）的可变速控制。

附图说明

图1是示出本发明的同步电机的控制装置的实施方式的电路结构的电路结构图。

图2是图1所示的弱场磁控制切换部的控制框图。

图3是用于说明图1所示的弱场磁控制切换部中的切换动作的流程图。

图4是用于说明图1所示的电压指令值限制部中的限制处理的说明图。

符号说明

1：PM电机

2：逆变器电路

3u：U相电流传感器

3w：W相电流传感器

4：编码器

5：三相交流电源

6：二极管桥电路

7：平滑电容器

10：控制部

11：最大线间电压运算部

12：d轴电流运算部

13：弱场磁控制切换部

14：d轴电流偏差运算部

15：d轴电流PI运算部

16：速度偏差运算部

17：速度PI运算部

18：q轴电流换算增益调整部

19：q轴电流偏差运算部

20：q轴电流PI运算部

21：电压指令值限制部

22：电压指令值坐标转换部

23：电流坐标转换部

24：V相电流运算部

25：转子位置速度运算部

26：PWM栅极信号生成器

131：电流指令值设定部

132：开关

133：d轴电流指令选择处理部

具体实施方式

接着，参照附图具体说明本发明的实施方式。

本实施方式是作为同步电机对永磁形同步电机（以下，称为PM电机1）进行驱动控制的控制装置，参照图1，具有逆变器电路2、U相电流传感器3u、W相电流传感器3w、编码器4、控制部10。电源是基于3相交流+二极管整流的直流电源，通过二极管桥电路6对三相交流电源5进行整流，将通过平滑电容器7去除了波纹的直流电压Vdc供给到逆变器电路2，通过逆变器电路2输出可变电压、可变频率的三相交流而施加在PM电机1上。

逆变器电路2由桥连接的开关元件Q1~Q6构成。作为开关元件Q1~Q6，能够使用NPN双极型晶体管、FET（Field Effect Transistor），另外，代替晶体管也可以使用IGBT（Insulated GateBipolor Transistor）、晶闸管。

U相电流传感器3u是检测在PM电机1的U相绕组上流过的电流的电流值的电机电流检测单元，W相电流传感器3w是检测在PM电机1的W相绕组上流过的电流的电流值的电机电流检测单元。另外，作为U相电流传感器3u和W相电流传感器3w，能够使用由线圈和霍尔元件构成的电流传感器、分流电阻。

编码器4是通过PM电机1的旋转而输出脉冲信号的转子位置检测单元。作为编码器4，能够使用将刻度的位移转换成明暗信号来进行光电测量的光学式编码器、通过磁传感器检测多极磁化的鼓的旋转的磁气式编码器、仅输出相对的旋转量的增量型编码器、输出绝对的旋转量的绝对型编码器。

控制部10是根据向量控制生成U相、V相、W相的各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*，将所生成的各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*供给到逆变器电路2的电压指令值供给单元。控制部10具有最大线间电压运算部11、d轴电流运算部12、弱场磁控制切换部13、d轴电流偏差运算部14、d轴电流PI运算部15、速度偏差运算部16、速度PI运算部17、q轴电流换算增益调整部18、q轴电流偏差运算部19、q轴电流PI运算部20、电压指令值限制部21、电压指令值坐标转换部22、电流坐标转换部23、V相电流运算部24、转子位置速度运算部25、PWM栅极信号生成器26。

最大线间电压运算部11根据供给到逆变器电路2的直流电压Vdc、和逆变器电路2的调制度k来运算最大线间电压Vmax，将所求出的最大线间电压Vmax输出到d轴电流运算部12、弱场磁控制切换部13和电压指令值限制部21。

d轴电流运算部12根据通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax、在转子位置速度运算部25中求出的电气角速度ωe来运算d轴电流运算值，将所求出的d轴电流运算值输出到弱场磁控制切换部13。

弱场磁控制切换部13根据通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax、和电气角速度ωe，判定是否进行弱场磁控制还是进行最大扭矩控制，根据判定结果进行向弱场磁控制和最大扭矩控制中的任意一个的切换。在判定为进行弱场磁控制时，弱场磁控制切换部13将通过d轴电流运算部12运算的d轴电流运算值作为d轴电流指令值Id*来输出，在判定为进行最大扭矩控制时，弱场磁控制切换部13将任意的d轴电流设定值作为d轴电流指令值Id*来输出。另外，在进行最大扭矩控制时，能够将通常d轴电流设定值设定为零，或者在能够利用磁阻扭矩时能够设定为零以外的值。

d轴电流偏差运算部14是将从弱场磁控制切换部13输出的d轴电流指令值Id*与从电流坐标转换部23输出的d轴电流值Id之间的差分作为d轴电流偏差来进行运算的减法器。

d轴电流PI运算部15对通过d轴电流偏差运算部14运算的d轴电流偏差实施PI运算（比例积分运算），运算指示从电流坐标转换部23输出的d轴电流值Id与从弱场磁控制切换部13输出的d轴电流指令值Id*一致的电压的d轴电压运算值Vd。

速度偏差运算部16是将从外部供给的电机速度指令值ωm*与从转子位置速度运算部25输出的电机角速度ωm之间的差分作为电机速度偏差来进行运算的减法器。

速度PI运算部17对通过速度偏差运算部16运算的电机速度偏差实施PI运算（比例积分运算），运算扭矩指令值Tm*，将所求出的扭矩指令值Tm*输出到q轴电流换算增益调整部18。

q轴电流换算增益调整部18进行通过速度PI运算部17运算的扭矩指令值Tm*的增益调整，从而运算q轴电流指令值Iq*，将所求出的q轴电流指令值Iq*输出到q轴电流偏差运算部19。

q轴电流偏差运算部19是将从q轴电流换算增益调整部18输出的q轴电流指令值Iq*与从电流坐标转换部23输出的q轴电流值Iq之间的差分作为q轴电流偏差来进行运算的减法器。

q轴电流PI运算部20对通过q轴电流偏差运算部19运算的q轴电流偏差实施PI运算（比例积分运算），运算指示从电流坐标转换部23输出的q轴电流值Iq与从q轴电流换算增益调整部18输出的q轴电流指令值Iq*一致的电压的q轴电压运算值Vq。

电压指令值限制部21是输出基于通过d轴电流PI运算部15和q轴电流PI运算部20分别求出的d轴电压运算值Vd和q轴电压运算值Vq的d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*的电路，输出以合成向量为规定值以下的方式进行限制的d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*。

电压指令值坐标转换部22使用转子位置速度运算部25运算的电气角θe，对从电压指令值限制部21输出的d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*进行坐标转换，分别运算U相的电压指令值Vu*、V相的电压指令值Vv*、W相的电压指令值Vw*，将所求出的U相的电压指令值Vu*、V相的电压指令值Vv*、W相的电压指令值Vw*输出到PWM栅极信号生成器26。

电流坐标转换部23根据通过转子位置速度运算部25求出的电气角θe，将通过U相电流传感器3u检测到的U相的电流值Iu、通过W相电流传感器3w检测到的W相的电流值Iw、通过V相电流运算部24求出的V相的电流值Iv，坐标转换到与PM电机1的转子同步转动的旋转坐标系的d轴上的d轴电流值Id、q轴上的q轴电流值Iq，将所求出的d轴电流值Id输出到d轴电流偏差运算部14，将所求出的q轴电流值Iq输出到q轴电流偏差运算部19。

V相电流运算部24是在三相平衡条件下，根据通过U相电流传感器3u求出的U相的电流值Iu、通过W相电流传感器3w求出的W相的电流值Iw，运算V相的电流值Iv的减法器。

转子位置速度运算部25通过对从编码器4输出的脉冲信号θm进行计数，运算PM电机1的转子的电气角θe、表示PM电机1的旋转速度的电气角速度ωe和电机角速度ωm，在将所求出的电气角θe输出到电压指令值坐标转换部22和电流坐标转换部23的同时，将所求出的电气角速度ωe输出到d轴电流运算部12和弱场磁控制切换部13。另外，转子位置速度运算部25将所求出的电机角速度ωm输出到速度偏差运算部16。另外，电气角θe表示在将定子的绕组轴、例如U相的绕组轴作为基准轴时，该基准轴与转子的转子轴之间的旋转角。另外，电机角速度ωm是PM电机1的旋转轴的实际的旋转角速度。

PWM栅极信号生成器26根据从电压指令值坐标转换部22输出的U相的电压指令值Vu*、V相的电压指令值Vv*、W相的电压指令值Vw*，生成接通/断开逆变器电路2的开关元件Q1~Q6的逆变器栅极信号，驱动逆变器电路2。

接着，对控制部10的动作进行说明。

在q轴电流指令值Iq*的运算动作中，首先由于进行PM电机1的速度控制，因此转子位置通过编码器4来进行检测，在转子位置速度运算部25中运算电气角速度ωe。接着，在速度偏差运算部16中，将所供给的电机速度指令值ωm*与在转子位置速度运算部25中求出的电机角速度ωm之间的差分作为电机速度偏差来进行运算。接着，在速度PI运算部17中，对通过速度偏差运算部16运算的电机速度偏差实施PI运算处理，运算扭矩指令值Tm*。接着，在q轴电流换算增益调整部18中，进行通过速度PI运算部17运算的扭矩指令值Tm*的增益调整，从而运算q轴电流指令值Iq*。

另外，在d轴电流指令值Id*的运算动作中，首先在最大线间电压运算部11中根据供给到逆变器电路2的直流电压Vdc和逆变器电路2的调制度k来运算最大线间电压Vmax。接着，在d轴电流运算部12中，根据通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax、在转子位置速度运算部25中求出的电气角速度ωe来求出d轴电流运算值。接着，在弱场磁控制切换部13中，根据通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax、和电气角速度ωe，判定是进行弱场磁控制还是进行最大扭矩控制，在判定为进行弱场磁控制时，将任意的d轴电流设定值作为d轴电流指令值Id*来输出，在判定为进行最大扭矩控制时，将通过d轴电流运算部12运算的d轴电流运算值作为d轴电流指令值Id*来输出。

而且，在三相交流的电压指令值（U相的电压指令值Vu*、V相的电压指令值Vv*、W相的电压指令值Vw*）的运算动作中，首先通过U相电流传感器3u检测在PM电机1的U相绕组上流过的电流的电流值，并且通过W相电流传感器3w检测在PM电机1的W相绕组上流过的电流的电流值。接着，通过V相电流运算部24，根据U相的电流值Iu、W相的电流值Iw来运算V相的电流值Iv。接着，在电流坐标转换部23中，根据通过转子位置速度运算部25求出的电气角θe，将U相的电流值Iu、W相的电流值Iw、V相的电流值Iv坐标转换到与PM电机1的转子同步转动的旋转坐标系的d轴上的d轴电流值Id、q轴上的q轴电流值Iq。接着，在d轴电流偏差运算部14中，将d轴电流指令值Id*与d轴电流值Id的差分作为d轴电流偏差来进行运算，并且在q轴电流偏差运算部19中，将q轴电流指令值Iq*与q轴电流值Iq的差分作为q轴电流偏差来进行运算。接着，在d轴电流PI运算部15中，对所运算的d轴电流偏差实施PI运算（比例积分运算），运算d轴电压运算值Vd，并且在q轴电流PI运算部20中，对所运算的q轴电流偏差实施PI运算（比例积分运算），运算q轴电压运算值Vq。接着，在电压指令值限制部21中，以合成向量成为规定值以下的方式对基于d轴电压运算值Vd和q轴电压运算值Vq的d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*进行限制来输出。接着，在电压指令值坐标转换部22中，使用转子位置速度运算部25运算的电气角θe，对d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*进行对坐标转换，分别运算U相的电压指令值Vu*、V相的电压指令值Vv*、W相的电压指令值Vw*。根据如上所述运算的U相的电压指令值Vu*、V相的电压指令值Vv*、W相的电压指令值Vw*，PWM栅极信号生成器26生成接通/断开逆变器电路2的开关元件Q1~Q6的逆变器栅极信号，驱动逆变器电路2。

接着，对d轴电流运算部12的运算动作进行详细说明。

在d轴电流运算部12中，从PM电机1的电压方程式，使用通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax、通过转子位置速度运算部25求出的电气角速度ωe、PM电机1的电机参数，运算d轴电流运算值。另外，通过d轴电流运算部12求出的d轴电流运算值成为进行弱场磁控制时的d轴电流指令值Id*。

当分别设Vd：d轴电压（V）、Vq：q轴电压（V）、id：d轴电流（A）、iq：q轴电流（A）、Ld：d轴电感（H）、Lq：q轴电感（H）、ωe：电气角速度（rad/s）、Ke：反电动势系数（V/rad/s）时，通过以下所示的[式1]来表示PM电机1的电压方程式。另外，为了简化式，忽略基于电枢电阻的电压降，由于是稳态的条件，因此还忽略了基于电枢电感的过渡项。

【式1】

v_d＝-ω_eL_qi_q

v_q＝ω_e L_di_d+ω_eK_e

此时当使PM电机1的最大线间电压为Vmax时，通过以下所示的[式2]来表示最大线间电压Vmax、与d轴电压Vd和q轴电压Vq的关系。

【式2】

$v_d^2+v_q^2=V_{\max }^2$

此处，当在[式2]中代入[式1]时，导出以下所示的[式3]的关系。

【式3】

${\left({\mathrm{\ω}}_e{L}_q{i}_q\right)}^2+{({\mathrm{\ω}}_e{L}_d{i}_d+{\mathrm{\ω}}_e{K}_e)}^2=V_{\max }^2$

当展开[式3]而关于d轴电流id进行整理时，由于成为与d轴电流有关的2次方程式，因此当关于d轴电流求解时导出[式4]与[式5]的关系。

【式4】

$i_d=\frac{{-K}_e+\sqrt{{\left(\frac{V_{\max }}{{\mathrm{\ω}}_e}\right)}^2-{\left(L_q{i}_q\right)}^2}}{L_d}$

其中 $\left|i_q\right|\≤\frac{V_{\max }}{{\mathrm{\ω}}_e{L}_q}$

【式5】

$i_d=\frac{{-K}_e-\sqrt{{\left(\frac{V_{\max }}{{\mathrm{\ω}}_e}\right)}^2-{\left(L_q{i}_q\right)}^2}}{L_d}$

其中 $\left|i_q\right|\≤\frac{V_{\max }}{{\mathrm{\ω}}_e{L}_q}$

虽然能够使用[式4]和[式5]中的任意一个来求出用于进行弱场磁控制的d轴电流id，但是由于当考虑效率性时d，优选轴电流id小，因此在本实施方式中使用[式4]的运算式。另外，在[式4]中，当比较平方根中的第1项与第2项时，在普通的永磁同步电机的情况下，第2项比第1项小。因此，当忽略第2项为0时，[式4]被置换为以下所示的[式6]式。

【式6】

$i_d=\frac{{-K}_e+\frac{V_{\max }}{{\mathrm{\ω}}_e}}{L_d}$

因此，在控制中，通过最大线间电压Vmax及电气角速度ωe、和作为电机参数的反电动势系数Ke及d轴电感Ld，能够运算求出d轴电流运算值、即进行弱场磁控制时的d轴电流指令值Id*。如上所述，如果知道作为电机参数的反电动势系数Ke及d轴电感Ld，则能够运算d轴电流运算值，因此在控制什么样的PM电机1时都能够应用，不需要在每个PM电机1中准备d轴电流指令值表。

另外，在本实施方式中，虽然考虑运算的负担，在[式4]中忽略平方根中的第2项而避免了平方根的运算，但是在运算能力上存在富余时，也可以运算[式4]来求出d轴电流运算值。此时，除了最大线间电压Vmax及电气角速度ωe、作为电机参数的反电动势系数Ke及d轴电感Ld以外，能够通过在电流坐标转换部23中求出的q轴电流值Iq、作为电机参数的q轴电感Lq，运算求出d轴电流运算值。

另外，最大线间电压Vmax是在最大线间电压运算部11中从供给到逆变器电路2的直流电压Vdc、和逆变器电路2的调制度k，使用以下所示的[式7]来进行运算。

【式7】

$V_{\max }=\frac{\sqrt{3}}{2}\·k\·V_{\mathrm{dc}}$

此处，虽然逆变器电路2的调制度k在通常的调制方式中成为“1”，但是在使用二相调制等提高逆变器的利用率的调制方式时，通过设定该方式下的调制度，从而能够通过最大扭矩控制来控制直流电压到了最后一刻。

接着，使用图2和图3对弱场磁控制切换部13的结构及切换动作进行详细说明。

参照图2，弱场磁控制切换部13具有电流指令值设定部131、开关132、d轴电流指令选择处理部133。

电流指令值设定部131是根据来自外部的设定输入，设定在最大扭矩控制时作为d轴电流指令值Id*来输出的任意的d轴电流设定值的电流指令值设定单元。通常，由于在最大扭矩控制区域中成为d轴电流id=0的控制，因此任意的d轴电流设定值设定为“0”。但是，在IPM电机等存在凸极性的PM电机1的情况下，由于有时流过了d轴电流id的一方成为最大扭矩且效率高，因此在本实施方式中，采用根据来自外部的设定输入用户能够设定任意的d轴电流设定值的结构。另外，在凸极性明确而不能把握d轴电感和q轴电感时，也可以通过运算来求出d轴电流指令。

开关132是对作为d轴电流指令值Id*输出在电流指令值设定部131中设定的任意的d轴电流设定值、和通过d轴电流运算部12求出的d轴电流运算值中的哪个进行切换的输出切换单元。

d轴电流指令选择处理部133根据通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax、电气角速度ωe，判定进行弱场磁控制还是进行最大扭矩控制，控制开关132的切换。

参照图3，d轴电流指令选择处理部133首先读入通过最大线间电压运算部11求出的最大线间电压Vmax（步骤S1）。接着，比较所读入的最大线间电压Vmax与基准值（步骤S2），在基准值比最大线间电压Vmax小时，使最大线间电压Vmax变更为基准值（步骤S3）。另外，以用户能够任意地设定基准值的方式构成。由此，在直流电压Vdc变动得大时，通过将基准值设定为低的值，从而针对弱场磁控制的切换变得平滑，能够防止由直流电压不足引起的陷入不可控制状态的情况。

接着，d轴电流指令选择处理部133使用通过转子位置速度运算部25求出的电气角速度ωe、作为电机参数的反电动势系数Ke，通过以下所示的[式8]来进行运算电机线间电压E（步骤S4）。

【式8】

E＝ω_e·K_e

接着，d轴电流指令选择处理部133比较最大线间电压Vmax与在步骤S4中求出的电机线间电压E（步骤S5），在电机线间电压E比最大线间电压Vmax大时，判断为弱场磁控制区域，进行弱场磁控制标志WF_flg=1（弱场磁控制）的设定（步骤S6）。

另一方面，在步骤S5中，在电机线间电压E比最大线间电压Vmax小时，进行电气角速度ωe与额定电气角速度ωen的110%值的比较（步骤S7），在电气角速度ωe比额定电气角速度ωen的110%值高时，判断为仍是弱场磁控制区域，在步骤S6中进行弱场磁控制标志WF_flg=1（弱场磁控制）的设定。

另一方面，在步骤S7中，在电气角速度ωe比额定电气角速度ωen的110%值低时，判断为最大扭矩控制区域，进行弱场磁控制标志WF_flg=0（最大扭矩控制）的设定（步骤S8）。另外，步骤S7的判定基准没有必要固定为额定电气角速度ωen的110%，可以设定为任意的值。另外，通过设定该值，能够在弱场磁控制与最大扭矩控制的切换中设置磁滞特性。

接着，d轴电流指令选择处理部133判断是否弱场磁控制标志WF_flg=1（步骤S9）。在步骤S9中，在WF_flg=1（弱场磁控制）时，d轴电流指令选择处理部133将开关132切换到d轴电流运算部12侧，将通过d轴电流运算部12运算的d轴电流运算值输出为d轴电流指令值Id*（步骤S10）。另一方面，在步骤S9中，在WF_flg=0（最大扭矩控制）时，将开关132切换到电流指令值设定部131侧，将在电流指令值设定部131上设定的任意的d轴电流设定值输出为d轴电流指令值Id*（步骤S11）。另外，在本实施方式中构成为，设置弱场磁控制标志WF_flg，根据弱场磁控制标志WF_flg切换弱场磁控制与最大扭矩控制。由此，通过从外部参照弱场磁控制标志WF_flg，能够简单地把握通过弱场磁控制与最大扭矩控制的哪个来进行控制。

接着，参照图4对电压指令值限制部21的限制动作进行详细说明。

在限制d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*时，电压指令值限制部21执行使用了如图4所示的限制圆的限制处理。在限制圆的值中，使用通过最大线间电压运算部11求出的最大线间电压Vmax。如图4（a）所示，在通过d轴电流PI运算部15求出的d轴电压运算值Vd与通过q轴电流PI运算部20求出的q轴电压运算值Vq的合成向量Vref位于限制圆的范围内时、即在最大线间电压Vmax以下时，电压指令值限制部21不限制d轴电压运算值Vd及q轴电压运算值Vq而直接输出为d轴电压指令值Vd*及q轴电压指令值Vq*。如图4（b）所示，在d轴电压运算值Vd与q轴电压运算值Vq的合成向量Vref超过了限制圆的范围时、即在超过了最大线间电压Vmax时，电压指令值限制部21执行限制处理。作为限制处理，将对d轴电压运算值Vd及q轴电压运算值Vq分别乘上了合成向量Vref与最大线间电压Vmax之比的值输出为d轴电压指令值Vd*及q轴电压指令值Vq*。另外，在限制中，使位于其前级的d轴电流PI运算部15和q轴电流PI运算部20的积分处理停止。通过如上所述执行限制处理，从而即使假设在切换到弱场磁控制之前逆变器输出电压饱和，也不会陷入到不能控制的情况，在成为可控制状态时，恢复到正常的控制的速度变快。

如上所述，根据本实施方式起到如下所述的效果：通过设置使用通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax和PM电机1的电气角速度ωe来运算弱场磁控制用的d轴电流运算值的d轴电流运算部12、和根据最大线间电压Vmax和PM电机1的电气角速度ωe将弱场磁控制用的d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值的任意一个输出为d轴电流指令值Id*的弱场磁控制切换部13，从而即使进行驱动的PM电机1为任意的电机，也能够仅通过设定PM电机1的电机参数，实时地运算在任意的PM电机1中最佳的弱场磁控制中的d轴电流指令值。另外，能够平滑地、稳定地进行弱场磁控制与最大扭矩控制的切换，能够实现电机额定速度的宽范围（例如2倍左右）的可变速控制。

而且，根据本实施方式，通过d轴电流运算部12，从通过最大线间电压运算部11运算的最大线间电压Vmax、PM电机1的电气角速度ωe、作为PM电机1的电机参数的反电动势系数Ke及d轴电感Ld运算d轴电流运算值，从而能够简化d轴电流运算值的运算，能够实时地运算d轴电流运算值。

而且，根据本实施方式能够起到如下所述的效果：弱场磁控制切换部13根据PM电机1的电气角速度ωe来运算电机线间电压，根据所运算的电机线间电压与最大线间电压Vmax的比较结果，选择弱场磁控制用的d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个来输出为d轴电流指令值，从而能够平滑地稳定地进行弱场磁控制与最大扭矩控制的切换。

而且，在本发明的同步电机的控制装置中，通过设置将基于d轴电压运算值Vd及所述q轴电压运算值Vq的d轴电压指令值Vd*及q轴电压指令值Vq+限制为合成向量小于规定值来输出的电压指令值限制部21，从而即使假设在切换到弱场磁控制之前逆变器输出电压饱和，也不会陷入到不能控制的情况，起到在成为可控制状态时恢复到正常的控制的速度变快。

而且，在本发明的同步电机的控制装置中，在最大线间电压运算部中，通过从直流电压Vdc和逆变器电路2的调制度k运算最大线间电压，从而通过设定调制度，能够起到以最大扭矩控制来控制直流电压到最后一刻的效果。

以上，虽然用具体实施方式来说明了本发明，但是上述实施方式为一例，当然能够在不脱离本发明的要旨的范围内变更来实施。

Claims (5)

1.一种同步电机的控制装置，其根据三相电压指令值，通过逆变器电路将对3相交流进行二极管整流而得到的直流电压转换为交流电压，将所转换的交流电压提供给同步电机来进行驱动，

该同步电机的控制装置的特征在于具有：

电流坐标转换单元，其将流过所述同步电机的三相交流电流转换为旋转坐标上的d轴电流和q轴电流；

最大线间电压运算单元，其使用所述直流电压来运算最大线间电压；

d轴电流运算单元，其使用通过该最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压和所述同步电机的电气角速度来运算弱场磁控制用的d轴电流运算值；

弱场磁控制切换单元，其根据通过所述最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压和所述同步电机的所述电气角速度，将通过所述d轴电流运算单元运算的弱场磁控制用的所述d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个作为d轴电流指令值来输出；

q轴电流运算单元，其使用所提供的电机速度指令值和所述同步电机的电机角速度来运算q轴电流指令值；

d轴电压运算单元，其根据从所述弱场磁控制切换单元输出的所述d轴电流指令值与通过所述电流坐标转换单元转换的所述d轴电流之间的偏差来运算d轴电压运算值；

q轴电压运算单元，其根据通过所述q轴电流运算单元运算的所述q轴电流指令值与通过所述电流坐标转换单元转换的所述q轴电流之间的偏差来运算q轴电压运算值；以及

电压指令值转换单元，其将通过所述d轴电压运算单元运算的所述d轴电压运算值和通过所述q轴电压运算单元运算的所述q轴电压运算值转换为所述三相电压指令值，

所述d轴电流运算单元根据通过所述最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压、所述同步电机的所述电气角速度、作为所述同步电机的电机参数的反电动势系数以及d轴电感运算所述d轴电流运算值。

2.根据权利要求1所述的同步电机的控制装置，其特征在于，

所述弱场磁控制切换单元根据所述同步电机的所述电气角速度来运算电机线间电压，根据所运算的所述电机线间电压与通过所述最大线间电压运算单元运算的所述最大线间电压的比较结果，选择通过所述d轴电流运算单元运算的弱场磁控制用的所述d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个作为d轴电流指令值来输出。

3.根据权利要求1所述的同步电机的控制装置，其特征在于，

该同步电机的控制装置具有电压指令值限制单元，该电压指令值限制单元对d轴电压指令值和q轴电压指令值以合成向量成为规定值以下的方式进行限制而输出，其中，该d轴电压指令值和q轴电压指令值是基于通过所述d轴电压运算单元和所述q轴电压运算单元分别运算的所述d轴电压运算值和所述q轴电压运算值而得到的，

所述电压指令值转换单元将从所述电压指令值限制单元输出的所述d轴电压指令值和所述q轴电压指令值转换为所述三相电压指令值。

4.根据权利要求1所述的同步电机的控制装置，其特征在于，

所述最大线间电压运算单元根据所述直流电压和所述逆变器电路的调制度运算所述最大线间电压。

5.一种同步电机的控制方法，根据三相电压指令值，通过逆变器电路将对3相交流进行二极管整流而得到的直流电压转换为交流电压，将所转换的交流电压提供给同步电机来进行驱动，

该同步电机的控制方法的特征在于，

将流过所述同步电机的三相交流电流转换为旋转坐标上的d轴电流和q轴电流，

使用所述直流电压来运算最大线间电压，

使用所述最大线间电压和所述同步电机的电气角速度来运算弱场磁控制用的d轴电流运算值，

根据所述最大线间电压和所述同步电机的电气角速度，将弱场磁控制用的所述d轴电流运算值和最大扭矩控制用的d轴电流设定值中的任意一个作为d轴电流指令值来输出，

使用所提供的电机速度指令值和所述同步电机的电机角速度来运算q轴电流指令值，

根据所述d轴电流指令值与所述d轴电流之间的偏差来运算d轴电压运算值，

根据所述q轴电流指令值与所述q轴电流之间的偏差来运算q轴电压运算值，

将所述d轴电压运算值和所述q轴电压运算值转换为所述三相电压指令值，

根据所述运算的所述最大线间电压、所述同步电机的所述电气角速度、作为所述同步电机的电机参数的反电动势系数以及d轴电感运算所述d轴电流运算值。