DE112017001330T5 - Motorsteuerungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Um eine Motorsteuerungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Rotorposition nicht nur in normaler Steuerung, sondern auch in flussschwächender Steuerung mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung: eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28, die eine Rotorposition eines Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer ersten Stromphase oder einer ersten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] erhalten wird, als Parameter bestimmt; eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit dem elektrischen Winkel des Stroms oder dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer zweiten Stromphase oder einer zweiten Phase der induzierten Spannung, die anhand des Strom-Spitzenwerts und einer Flussverkettung erhalten wird, als Parameter bestimmt; und eine Auswahleinheit 30, welche die erste oder zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29, 30 auswählt.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuerungsvorrichtung, die eine Funktion der Bestimmung einer Drehposition eines Rotors (im Folgenden einfach als „Rotorposition“ bezeichnet) eines Synchronmotors ohne Nutzung eines Sensors aufweist.
• STAND DER TECHNIK
• Als ein Beispiel einer solchen Motorsteuerungsvorrichtung ist eine in Patentdokument 1 offenbarte Motorsteuerungsvorrichtung bekannt. Die Motorsteuerungsvorrichtung aus Patentdokument 1 bestimmt einen Strom-Spitzenwert, einen elektrischen Winkel des Stroms und einen elektrischen Winkel einer induzierten Spannung und bestimmt eine Rotorposition anhand des Strom-Spitzenwerts und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)]. Im Einzelnen erhält die Motorsteuerungsvorrichtung eine Stromphase oder eine Phase der induzierten Spannung aus einer Datentabelle, die im Voraus erstellt worden ist und den Strom-Spitzenwert und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] als Parameter umfasst, und die Motorsteuerungsvorrichtung bestimmt eine Rotorposition unter Nutzung einer Rotorpositionsberechnungsformel, die ausgedrückt ist als „(Rotorposition) = (elektrischer Winkel des Stroms) - (Stromphase) - 90°“ oder „(Rotorposition) = (elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (Phase der induzierten Spannung) - 90°“.
• LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
• PATENTDOKUMENTE
• Patentdokument 1: JP 2011 - 10438 A .
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
• Es besteht Besorgnis, dass, wenn in der oben genannten konventionellen Motorsteuerungsvorrichtung eine flussschwächende Regelung ausgeführt wird, um beispielsweise eine Hochgeschwindigkeitsdrehung zu erreichen, das heißt, wenn die Stromphase stark vorauseilt, um den (negativen) d-Achsen-Strom zu erhöhen, eine falsche Rotorposition erhalten werden könnte. Im Folgenden wird diese Besorgnis beschrieben.
• 7A stellt ein Beispiel eines Motorvektordiagramms in der normalen Regelung dar, und 7B stellt ein Beispiel eines Motorvektordiagramms in der flussschwächenden Regelung dar. Beim Vergleich der 7A und 7B sind der Strom-Spitzenwert Ip und [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] entsprechend zu [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] in den beiden 7A und 7B dieselben, wohingegen die Stromphase β und die Phase der induzierten Spannung γ in 7A unterschiedlich von denen in 7B sind. Dies zeigt, dass eine Stromphase und eine Phase der induzierten Spannung, die einem Strom-Spitzenwert und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] entsprechen, nicht immer dieselben sind. Daher besteht die Besorgnis, dass in der oben genannten konventionellen Motorsteuerungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Stromphase oder die Phase der induzierten Spannung aus der Datentabelle, welche den Strom-Spitzenwert und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] als Parameter umfasst, ein in 7A gezeigter Zustand und der in 7B nicht unterschieden werden können, und deshalb, wenn zum Beispiel die flussschwächende Regelung ausgeführt wird, eine Rotorposition unter Nutzung einer Stromphase (oder einer Phase der induzierten Spannung) bestimmt werden könnte, die von einer tatsächlichen Stromphase (oder einer tatsächlichen Phase der induzierten Spannung) abweicht (das heißt, eine falsche Rotorposition könnte erhalten werden).
• Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motorsteuerungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Rotorposition mit hoher Genauigkeit nicht nur in der normalen Regelung, sondern beispielsweise auch in der flussschwächenden Regelung zu ermitteln.
• MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motorsteuerungsvorrichtung:
• Eine Strombestimmungseinheit, die einen Strom bestimmt, der durch eine Statorspule eines Synchronmotors fließt;
• eine Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit, die eine an die Statorspule angelegte Spannung bestimmt;
• eine Strom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, die einen Strom-Spitzenwert und einen elektrischen Winkel des Stroms anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms bestimmt;
• eine Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, die einen Spitzenwert der induzierten Spannung und einen elektrischen Winkel der induzierten Spannung anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms und einer von der Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit bestimmten angelegten Spannung bestimmt;
• eine Flussverkettungsbestimmungseinheit, die eine Flussverkettung eines Rotors anhand eines Spitzenwerts der induzierten Spannung und einer Drehzahl des Synchronmotors bestimmt;
• eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer ersten Stromphase oder einer ersten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] erhalten wird, als Parameter bestimmt;
• eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer zweiten Stromphase oder einer zweiten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und einer Flussverkettung erhalten wird, als Parameter bestimmt; und
• eine Auswahleinheit, die eine von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit und der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt.
• Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Motorsteuerungsvorrichtung:
• eine Strombestimmungseinheit, die einen Strom bestimmt, der durch eine Statorwicklung eines Synchronmotors fließt;
• eine Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit, die eine an die Statorspule angelegte Spannung bestimmt;
• eine Strom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, die einen Spitzenwert des Stroms und einen elektrischen Winkel des Stroms anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms bestimmt;
• eine Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, die einen Spitzenwert der induzierten Spannung und einen elektrischen Winkel der induzierten Spannung anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms und einer von der Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit bestimmten angelegten Spannung bestimmt;
• eine Flussverkettungsbestimmungseinheit, die eine Flussverkettung eines Rotors anhand eines Spitzenwerts der induzierten Spannung und einer Drehzahl des Synchronmotors bestimmt;
• eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer ersten Stromphase oder einer ersten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] erhalten wird, als Parameter bestimmt;
• eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer zweiten Stromphase oder einer zweiten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und einer Flussverkettung erhalten wird, als Parameter bestimmt; und
• eine Rotorpositionsentscheidungseinheit, die über eine endgültige Rotorposition entscheidet, indem sie eine gewichtete Summe aus einer Rotorposition, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit bestimmt wird, und einer Rotorposition, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit bestimmt wird, erhält.
• WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
• Da gemäß diesen Motorsteuerungsvorrichtungen die Auswahleinheit entsprechend die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt oder die Rotorpositionsentscheidungseinheit unter Nutzung geeigneter Gewichtungsfaktoren eine gewichtete Summe erhält, ist es möglich, eine Rotorposition nicht nur in der normalen Regelung, sondern auch in der flussschwächenden Regelung mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
• Figurenliste
• 1 ist ein Blockdiagramm einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 ist ein Phasenstrom-Wellenformdiagramm, wenn eine Sinuswellenerregung durchgeführt wird.
• 3 ist ein Induzierte-Spannung-Wellenformdiagramm, wenn eine Sinuswellenerregung durchgeführt wird.
• 4 ist ein Motorvektordiagramm eines Rotorkoordinatensystems (d-q Koordinatensystem).
• 5A bis 5C sind Graphen zur Darstellung einer Datentabelle zur Verwendung in einer ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit und einer Datentabelle zur Verwendung in einer zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit, bei denen 5A ein Graph ist, der einen Fall zeigt, in welchem der der Phasenstrom-Spitzenwert niedrig ist, 5B ein Graph ist, der einen Fall zeigt, in dem der Phasenstrom-Spitzenwert moderat ist, und 5C ein Graph ist, der einen Fall zeigt, in dem der Phasenstrom-Spitzenwert hoch ist.
• 6 ist ein Blockschaltbild einer Motorsteuerungsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 7A und 7B sind Ansichten, die die Besorgnis bezüglich einer konventionelles Motorsteuerungsvorrichtung darstellen, in denen 7A ein Beispiel für ein Motorvektordiagramm in der normalen Regelung und 7B ein Beispiel für ein Motorvektordiagramm in der flussschwächenden Regelung ist.
• WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
• 1 ist ein Blockschaltbild einer Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Motorsteuerungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die Funktion, eine Rotorposition eines Synchronmotors 11 ohne Einsatz eines Sensors zu ermitteln. Weiterhin ist die Motorsteuerungsvorrichtung 10 hauptsächlich zur Steuerung eines Inverters 12 und der Inverter 12 zur Umwandlung einer Gleichstromleistung von einer Gleichstromquelle 13 in eine Wechselstromleistung zur Versorgung des Synchronmotors 11 konfiguriert.
• Der Synchronmotor 11 ist ein Drehstrommotor mit einem Stator mit U-, V- und W-Phasen-Statorspulen und einem Rotor mit einem Permanentmagneten. In den Zeichnungen sind nur U-, V- und W-Phasen-Statorspulen angegeben, der Rest ist nicht dargestellt. Obwohl ein Sternschaltungs-Motor als Beispiel dargestellt ist, kann gleichermaßen eine Deltaschaltung verwendet werden.
• In dem Inverter 12 sind in jeder der U-, V- und W-Phasen Oberer-Zweig-Schaltelemente +U, +V, +W und die Unterer-Zweig-Schaltelemente -U, -V, -W in Reihe zwischen der Hochlevel-Seite und der Niedriglevel-Seite der Gleichstromversorgung 13 verbunden. Auf der Niedriglevel-Seite der Unterer-Zweig-Schaltelemente -U, -V, -W sind Shunt-Widerstände Ru, Rv, Rw zur Bestimmung des durch jede Phase fließenden Stroms vorgesehen.
• Die Motorsteuereinrichtung 10 umfasst eine Drehsteuereinheit 21, eine Inverterantriebseinheit 22, eine Phasenstrombestimmungseinheit (Strombestimmungseinheit) 23, eine Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit 24, eine Phasenstrom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit (Strom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit) 25, eine Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 26, eine Flussverkettungsbestimmungseinheit 27, eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28, eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 und eine Auswahleinheit 30.
• Die Drehsteuereinheit 21 gibt an die Inverterantriebseinheit 22 ein Steuersignal aus, damit sich der Synchronmotor 11 mit einer vorgegebenen Rotordrehgeschwindigkeit ω rotiert oder um den Synchronmotor 11 aufgrund eines Betriebsbefehls von einer Bedieneinheit (nicht gezeigt) und einer Rotorposition θm zu stoppen. Wie unten beschrieben, ist die Rotorposition θm die erste Rotorposition θm1, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 bestimmt wird, oder die zweite Rotorposition θm2, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 bestimmt wird.
• Die Inverterantriebseinheit 22 steuert jedes der Schaltelemente +U bis -W des Inverters 12, so dass es auf Basis eines Steuersignals von der Drehsteuereinheit 21 ein- und ausgeschaltet wird, um eine Sinuswellenerregung (180-Grad-Erregung) auf jede der U-, V- und W-Phasen-Statorspulen durchzuführen.
• Die Phasenstrombestimmungseinheit 23 bestimmt den U-Phasenstrom Iu, der durch die U-Phasen-Statorspule fließt, den V-Phasenstrom Iv, der durch die V-Phasen-Statorspule fließt, und den W-Phasenstrom Iw, der durch die W-Phasen-Statorspule fließt, durch Messung der an die Shunt-Widerstände Ru, Rv und Rw angelegten Spannung.
• Die Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit 24 ermittelt eine angelegte Spannung Vu der U-Phase, eine angelegte Spannung Vv der V-Phase und eine angelegte Spannung Vw der W-Phase, die an den entsprechenden U-, V- und W-Phasen-Statorspulen angelegt sind, aus den entsprechenden Oberer-Zweig-Schaltelementen +U bis +W.
• Die Phasenstrom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 25 bestimmt den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und den elektrischen Winkel des Phasenstroms θi (Stator-aß-Koordinatensystem) basierend auf den Phasenströmen Iu, Iv, Iw, die von der Strombestimmungseinheit 23 bestimmt werden. Eine Methode zur Bestimmung des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und des elektrischen Winkels des Phasenstroms θi ist wie folgt.
• 2 ist ein Phasenstrom-Wellenformdiagramm, wenn die Sinuswellenerregung für die U-, V- und W-Phasen durchgeführt wird. Phasenunterschiede zwischen den U-, V- und W-Phasenströmen Iu, Iv, Iw, die jeweils eine Sinuskurve bilden, betragen 120°. Gemäß dem Phasenstrom-Wellenformdiagramm gilt die unten beschriebene Formel 1 für die Phasenströme Iu, Iv, Iw, den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und elektrischen Winkel des Phasenstroms θi. Die Phasenstrom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 25 erhält den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und den elektrischen Winkel des Phasenstroms θi basierend auf den U-, V- und W-Phasenströmen Iu, Iv, Iw, die durch die Phasenstrom-Bestimmungseinheit 23 bestimmt werden, gemäß folgender Formel 1. $$\begin{array}{l}\text{lu}=\text{lp}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{i}\right)\\ \text{lv}=\text{lp}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{i}-2/3\mathrm{\pi }\right)\\ \text{lw}=\text{lp}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{i}+2/3\pi \right)\end{array}$$

  
• Die Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 26 bestimmt den Spitzenwert der induzierten Spannung Ep und den elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe (Stator-αβ-Koordinatensystem) anhand der Phasenströme Iu, Iv, Iw, die durch die Phasenstrombestimmungseinheit 23 bestimmt sind, und der angelegten Spannungen Vu, Vv, Vw, die durch die Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit 24 bestimmt werden. Eine Methode zur Bestimmung des Spitzenwertes der induzierten Spannung Ep und des elektrischen Winkels der induzierten Spannung θe ist wie folgt.
• 3 ist ein Wellenformdiagramm der induzierten Spannung, wenn die Sinuswellenerregung in den U-, V- und W-Phase durchgeführt wird. Die Phasenunterschiede zwischen den induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew der U-, V- und W-Phase, die jeweils eine Sinuskurve bilden, betragen 120°. Gemäß dem Wellenformdiagramm der induzierten Spannung gilt die folgende Formel 2 unter den induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew, dem Spitzenwert der induzierten Spannung Ep und dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe. $$\text{Eu}=\text{Ep}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{e}\right)$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{Eu}=\text{Ep}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{e}-2/3\pi \right)\\ \text{Ew}=\text{Ep}\times \text{cos}\left(\mathrm{\theta }\text{e}+2/3\pi \right)\end{array}$$

  
• Andererseits gilt die folgende Formel 3 für die angelegten Spannungen Vu, Vv, Vw, Phasenströme Iu, Iv, Iw, Widerstände Rcu, Rcv, Rcw der Statorspulen (als Motorparameter bekannt) und induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew. $$\begin{array}{l}\text{Vu}-\text{lu}\times \text{Rcu}=\text{Eu}\\ \text{Vv}-\text{Iv}\times \text{Rcv}=\text{Ev}\\ \text{Vw}-\text{lw}\times \text{Rcw}=\text{Ew}\end{array}$$

  
• Die Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 26 erhält die induzierten Spannungen U-, V- und W-Phase durch Formel 3 anhand der U-, V- und W-Phasenströme Iu, Iv, Iw, die durch die Phasenstrombestimmungseinheit 23 bestimmt werden, und der angelegten Spannungen Vu, Vv, Vw der U-, V- und W-Phase, die durch die Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit 24 bestimmt werden, und erhält dann den Spitzenwert der induzierten Spannung Ep und den elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe durch Formel 2 anhand der erhaltenen induzierten Spannungen Eu, Ev, Ew der U-, V- und W-Phase.
• Die Flussverkettungsbestimmungseinheit 27 bestimmt die Flussverkettung Ψp (=Ep/ω) des Rotors anhand des Spitzenwerts der induzierten Spannung Ep, der durch die Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 26, und der (zuvor erhaltenen) Rotordrehgeschwindigkeit ω, die von der Drehsteuereinheit 21 empfangen wird.
• Die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 bestimmt eine Rotorposition anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und des elektrischen Winkels des Phasenstroms θi, der durch die Phasenstrom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 25 bestimmt wird, und dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe, der durch die Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 26 bestimmt wird. Im Einzelnen bestimmt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 eine Drehposition aus dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und einer Stromphase, wobei die Stromphase anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten wird. Nachfolgend wird eine von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 ermittelte Rotorposition als „erste Rotorposition θm1“ und eine Stromphase, die anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten wird, als „erste Stromphase β1“ bezeichnet.
• Die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 bestimmt die erste Rotorposition θm1 unter Verwendung einer ersten Rotorpositionsberechnungsformel (Formel 4, unten beschrieben) mit dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und der ersten Stromphase β1, die basierend auf dem Phasenstrom-Spitzenwert Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten wird, als Parameter. $$\begin{array}{c}\left(\text{Erste Rotorposition }\mathrm{\theta }\text{m1}\right)=\left(\text{elektrischer Winkel des Phasenstroms }\mathrm{\theta }\text{i}\right)-\\ \left(\text{erste Stromphase }\mathrm{\beta 1}\right)-90°\end{array}$$

  
• Die erste Stromphase β1 in der Formel 4 wird unter Bezugnahme auf eine Datentabelle TA ausgewählt, wobei die Datentabelle TA im Voraus generiert worden ist und den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] als Parameter umfasst. Beispielsweise kann die Datentabelle TA wie folgt erstellt und im Voraus in einem Speicher gespeichert werden.
• 4 ist ein Motorvektordiagramm, wenn sich der Rotor des Synchronmotors 11 dreht. Das Diagramm zeigt die Zusammenhänge zwischen angelegter Spannung V (Vu bis Vw), Strom I (lu bis Iw) und induzierter Spannung E (Eu bis Ew), ausgedrückt durch Vektoren in d-q-Koordinaten. Die induzierte Spannung E wird durch [ωΨ] ausgedrückt. In 4 ist Vd eine d-Achsen-Komponente der angelegten Spannung V, Vq ist eine q-Achsen-Komponente der angelegten Spannung V, Id ist eine d-Achsen-Komponente des Stroms I, Iq ist eine q-Achsen-Komponente des Stroms I, Ed ist eine d-Achsen-Komponente der induzierten Spannung E und Eq ist eine q-Achsen-Komponente der induzierten Spannung E. Eine Phase der Spannung in Bezug auf die q-Achse ist a, eine Stromphase in Bezug auf die q-Achse ist β und eine Phase der induzierten Spannung in Bezug auf die q-Achse ist γ. In diesem Diagramm ist Ψa ein magnetischer Fluss eines Permanentmagneten, Ld ist eine d-Achsen-Induktivität, Lq ist eine q-Achsen-Induktivität, R ist ein Widerstandswert einer Statorspule (Rcu bis Rcw) und Ψ ist eine Flussverkettung des Rotors.
• Aus diesem Motorvektordiagramm lässt sich die folgende Formel 5 ableiten, und diese kann in die folgende Formel 6 umgeschrieben werden, indem die Werte bezüglich ω von der rechten auf die linke Seite der Formel 5 übertragen werden. $$\left(\begin{array}{c}\text{Vd}\\ \text{Vq}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\text{R}& -\omega \text{Lq}\\ \omega \text{Ld}& \text{R}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\text{Id}\\ \text{Iq}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ \omega \mathrm{\Psi }\text{a}\end{array}\right)$$

  

  $$\left(\begin{array}{c}\text{Ed}/\omega =\left(\text{Vd}-\text{Id}\times \text{R}\right)/\omega \\ \text{Eq}/\omega =\left(\text{Vq}-\text{Iq}\times \text{R}\right)/\omega \end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}0& \text{Lq}\\ \text{Ld}& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\text{Id}\\ \text{Iq}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\Psi }\text{a}\end{array}\right)$$

  
• Anhand der Tatsache, dass Formel 5 und Formel 6 im Motorvektordiagramm der 4 wie im Vorhergehenden beschrieben gelten, wird die Datentabelle TA im Voraus erstellt. Das heißt, die Datentabelle TA der Stromphase (erste Stromphase β1), welche den Phasenstrom-Spitzenwert Ip, der Strom I entspricht, und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)], was [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] entspricht, als Parameter umfasst, wird erstellt durch Speichern der Stromphasen β zu der Zeit, wenn [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] vorgegebene Werte annimmt, während die Stromphase β und der Strom I im Motorvektordiagramm innerhalb vorgegebener Bereiche progressiv ansteigen.
• Im Einzelnen werden beispielsweise während einer Erhöhung der Stromphase β von -180° auf 180° um ja 0,001° und einer Erhöhung des Stroms I von 0 A auf 64 A um je1 A die Phasen der Spannung a, die Stromphasen β und die Phasen der induzierten Spannung γ aus dem Motorvektordiagramm unter Verwendung der intrinsischen d- und q-Achsen-Induktivitäten Ld, Lq des Synchronmotors 11 erhalten. Dann werden die Stromphasen β zu der Zeit, wenn [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] 1°, 2°, 3°, ...., wird, gespeichert. Dadurch wird die Datentabelle TA der ersten Stromphase β1 erstellt, welche den Phasenstrom-Spitzenwert Ip entsprechend dem Strom I als einen Parameter und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] entsprechend [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] als anderen Parameter umfasst.
• Die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 bestimmt (berechnet) dann die erste Rotorposition θm1, indem sie den elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und die erste Stromphase β1, die aus der Datentabelle TA anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] ausgewählt worden ist, in die oben genannte erste Rotorpositionsberechnungsformel (Formel 4) einfügt.
• Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 bestimmt eine Rotorposition anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip, der durch die Phasenstrom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit 25 wird, und der durch die Flussverkettungsbestimmungseinheit 27 bestimmten Flussverkettung Ψp. Im Einzelnen bestimmt die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 eine Rotorposition aus dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und einer Stromphase, die anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und der Flussverkettung Ψp erhalten wird. Im Folgenden wird eine von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 ermittelte Rotorposition als „zweite Rotorposition θm2“ und eine anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und der Flussverkettung Ψp gewonnene Stromphase als „zweite Stromphase β2“ bezeichnet.
• Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 bestimmt die zweite Rotorposition θm2 unter Verwendung einer zweiten Rotorpositionsberechnungsformel (die folgende Formel 7) mit dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und der zweiten Stromphase β2, die anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten wird, als Parameter. $$\begin{array}{c}\left(\text{Zweite Rotorposition }\mathrm{\theta }\text{m2}\right)=\left(\text{elektrischer Winkel des Phasenstroms }\mathrm{\theta }\text{i}\right)-\\ \left(\text{zweite Stromphase }\mathrm{\beta 2}\right)-90°\end{array}$$

  
• Die zweite Stromphase β2 in der Formel 7 wird unter Bezug auf eine Datentabelle TB ausgewählt, wobei die Datentabelle TB im Voraus erstellt wird und als Parameter den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und die Flussverkettung Ψp enthält. Beispielsweise kann die Datentabelle TB wie folgt erstellt und im Voraus in einem Speicher gespeichert werden.
• Basierend auf der Tatsache, dass Formel 5 und Formel 6 im Motorvektordiagramm der 4 gelten, wird die Datentabelle TB in diesem Fall ebenfalls im Voraus erzeugt. Das heißt, die Datentabelle TB einer Stromphase (zweite Stromphase β2), welche den Phasenstrom-Spitzenwert Ip entsprechend Strom I und die Flussverkettung Ψp, die durch die Flussverkettungsbestimmungseinheit 27 bestimmt wird, entsprechend der Flussverkettung Ψ als Parameter umfasst, wird durch Speichern der Stromphasen β zu der Zeit erzeugt, wenn die Flussverkettung Ψ vorgegebene Werte annimmt, während die Stromphase β und der Strom I, die im Motorvektordiagramm angegeben sind, innerhalb vorgegebener Bereiche progressiv ansteigen.
• Im Einzelnen werden beispielsweise Phasen der induzierten Spannung γ und Flussverkettungen Ψ erhalten, während die Stromphase β von -180° auf 180° um je 0,001° erhöht wird und der Strom I von 0 A auf 64 A um je 1 A erhöht wird. Dann wird zu jeder Flussverkettung Ψ die entsprechende Stromphase β gespeichert. Dabei wird die Datentabelle TB der zweiten Stromphase β2 einschließlich des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip entsprechend dem Strom I als ein Parameter und die Flussverkettung, die durch die Flussverkettungsbestimmungseinheit 27 bestimmt wird und der Flussverkettung Ψ entspricht, als weiterer Parameter erstellt.
• Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 bestimmt (berechnet) die zweite Rotorposition θm2 durch Einsetzen des elektrischen Winkels des Phasenstroms θi und der zweiten Stromphase β2, die aus der Datentabelle TB anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und der Flussverkettung Ψp ausgewählt wird, in die oben genannte zweite Rotorpositionsberechnungsformel (Formel 7).
• Die Auswahleinheit 30 wählt eine von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 und der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 aus. Bei Auswahl der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 wird die von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 ermittelte erste Rotorposition θm1 in das Drehsteuergerät 21 als Rotorposition θm eingegeben, während bei Auswahl der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 die von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 ermittelte zweite Rotorposition θm2 als Rotorposition θm in das Drehsteuergerät 21 eingegeben wird. Nachfolgend wird die durch die Auswahleinheit 30 durchgeführte Auswahl zwischen der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 und der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 beschrieben.
• 5A bis 5C sind Diagramme zur Darstellung der Datentabelle TA zur Verwendung in der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 und der Datentabelle TB zur Verwendung in der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29. 5A ist ein Diagramm, das einen Fall zeigt, in dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist (z. B. Ip = 5 A), 5B ist ein Diagramm, das einen Fall zeigt, in dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip moderat ist (z. B. Ip = 30 A), und 5C ist ein Diagramm, das einen Fall anzeigt, in dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip hoch ist (z. B. Ip = 55 A). In jeder der bis entspricht eine Kurve CA (durchgezogene Linie), welche die Beziehung zwischen der Stromphase β und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)]] zeigt, der Datentabelle TA und die Kurve CB (gestrichelte Linie), welche die Beziehung zwischen der Stromphase β und der Flussverkettung Ψp zeigt, entspricht der Datentabelle TB.
• In einem Fall, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist, und in einem Fall, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip moderat ist (5A und 5B), ist ein Betrag der Änderung der Flussverkettung Ψp bezüglich einer Änderung der Stromphase β (siehe Kurve CB) im Vergleich zu einem Betrag der Änderung von [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] bezüglich einer Änderung der Stromphase β (siehe Kurve CA) extrem gering. Außerdem hat die Kurve CA, welche die Beziehung zwischen der Stromphase β und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] zeigt, keinen Umkehrpunkt, und die Stromphase β und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] haben eine eins-zu-eins Übereinstimmung.
• In einem Fall, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip hoch ist (5C), hat die Kurve CA, die den Zusammenhang zwischen der Stromphase β und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] zeigt, einen Umkehrpunkt nahe der Stromphase β von 70°. Dies zeigt, dass in einem Bereich, in dem die Stromphase β weit fortgeschritten ist, die Stromphase β nicht mit hoher Genauigkeit aus der Datentabelle TA erhalten werden kann. Andererseits hat die Kurve CB, welche die Beziehung zwischen der Stromphase β und der Flussverkettung Ψp angibt, keinen Umkehrpunkt in einem Bereich, in dem die Stromphase β fortgeschritten ist, und ein Betrag der Änderung der Flussverkettung Ψp ist bezüglich einer Änderung der Stromphase β groß. Darüber hinaus ist, wie oben beschrieben, die Stromphase β vor allem in einem Fall weit fortgeschritten, in dem die flussschwächende Regelung durchgeführt wird (d.h. in einem Bereich mit hoher Drehgeschwindigkeit).
• Deshalb erhält die Auswahleinheit 30 in der vorliegenden Ausführungsform eine Stromphase (zweite Stromphase β2) aus der Datentabelle TB (Kurve CB) in dem Bereich hoher Drehgeschwindigkeit, in welchem die flussschwächende Regelung durchgeführt wird (nachfolgend „Bereich der flussschwächenden Regelung“ genannt), und wählt die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 aus, die eine Rotorposition (zweite Rotorposition θm2) unter Verwendung der erhaltenen Stromphase (zweite Stromphase β2) bestimmt. Im Bereich der normalen Regelung, also dem Restbereich, erhält die Auswahleinheit 30 dagegen eine Stromphase (erste Stromphase β1) aus der Datentabelle TA (Kurve CA) und wählt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 aus, die eine Rotorposition (erste Rotorposition θm1) anhand der erhaltenen Stromphase (erste Stromphase β1) bestimmt.
• Wie oben beschrieben, umfasst die Motorsteuerungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28, die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 und die Auswahleinheit 30, die die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 oder die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 auswählt. Die Auswahleinheit 30 wählt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 im Bereich der normalen Regelung, der nicht der Bereich der flussschwächenden Regelung ist, und wählt die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 im Bereich der flussschwächenden Regelung aus. Dadurch ist es mit der Motorsteuerungsvorrichtung 10 möglich, sowohl im Bereich der normalen Regelung als auch im Bereich der flussschwächenden Regelung eine Rotorposition mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, so dass es möglich ist, einen Bereich der Drehgeschwindigkeit, in dem der Synchronmotor 11 betreibbar ist, (insbesondere den Bereich hoher Drehgeschwindigkeit) zu vergrößern.
• Als nächstes werden Modifikationen zu der obigen Ausführungsform beschrieben.
• Modifikation 1
• In der obigen Ausführungsform bestimmt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 eine Rotorposition (erste Rotorposition θm1) aus dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und der ersten Stromphase β1, die sich aus dem Phasenstrom-Spitzenwert Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] ergibt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 kann konfiguriert sein, die erste Rotorposition θm1 aus dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe und der ersten Phase der induzierten Spannung γ1 zu bestimmen, die auf Basis des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe)-(elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] erhalten wird. In diesem Fall bestimmt die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 die erste Rotorposition θm1 unter Verwendung einer dritten Rotorpositionsberechnungsformel, ausgedrückt als die folgende Formel 8. $$\begin{array}{c}\left(\text{Erste Rotorposition }\mathrm{\theta }\text{m2}\right)=(\text{elektrischer Winkel der induzierten Span-}\\ \text{nung }\mathrm{\theta }\text{e})-\left(\text{erste Phase der induzierten Spannung }\mathrm{\gamma 1}\right)-90°\end{array}$$

  
• Die erste Phase der induzierten Spannung γ1 in der Formel 8 wird unter Bezugnahme auf eine Datentabelle TC ausgewählt, wobei die Datentabelle TC im Voraus generiert wird und als Parameter den Phasenstrom-Spitzenwert Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] umfasst. Beispielsweise kann die Datentabelle TC wie folgt erstellt und im Voraus in einem Speicher gespeichert werden.
• Basierend auf der Tatsache, dass Formel 5 und Formel 6 im Motorvektordiagramm der 4 gelten, wird die Datentabelle TC in diesem Fall ebenfalls im Voraus erstellt. Das heißt, die Datentabelle TC der ersten Phase der induzierten Spannung γ1, als Parameter den Phasenstrom-Spitzenwert Ip entsprechend Strom I und [(induzierter Spannungswinkel θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] entsprechend [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] umfassend, wird erstellt, indem Phasen der induzierten Spannung γ zu der Zeit gespeichert werden, wenn [(Phase der induzierten Spannung γ)-(Stromphase β)] vorgegebene Werte annimmt, während die Stromphase β und der Strom I, die im Motorvektordiagramm gezeigt sind, innerhalb vorgegebener Bereiche progressiv ansteigen.
• So werden beispielsweise, während die Stromphase β von -180° auf 180° um je 0,001° erhöht wird und der Strom I von 0 A auf 64 A um je 1 A erhöht wird, die Phasen der Spannung a, die Stromphasen β und die Phasen der induzierten Spannung γ anhand des Motorvektordiagramms unter Nutzung der intrinsischen d- und q-Achsen-Induktivitäten Ld, Lq des Synchronmotors 11 ermittelt. Dann werden die Phasen der induzierten Spannung γ zu der Zeit, wenn [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] 1°, 2°, 3°, ...., annimmt, gespeichert. Dabei wird die Datentabelle TC der ersten Phase der induzierten Spannung γ1 mit dem Phasens trom-Spitzenwert Ip entsprechend dem Strom I als Parameter und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] entsprechend [(Phase der induzierten Spannung γ) - (Stromphase β)] als weiterer Parameter erstellt.
• Die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 bestimmt (berechnet) dann die erste Rotorposition θm1 durch Einsetzen des elektrischen Winkels der induzierten Spannung θe und der ersten Phase der induzierten Spannung γ1, die aus der Datentabelle TC auf Basis des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung θe) - (elektrischer Winkel des Phasenstroms θi)] ausgewählt wird, in die oben genannte dritte Rotorpositionsberechnungsformel (Formel 8).
• Modifikation 2
• Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 ermittelt (berechnet) die zweite Rotorposition θm2 aus dem elektrischen Winkel des Phasenstroms θi und der zweiten Stromphase β2, die anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und der Flussverkettung Ψp erhalten wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 kann konfiguriert sein, um die zweite Rotorposition θm2 aus dem elektrischen Winkel der induzierten Spannung θe und der zweiten induzierten Spannung γ2 zu bestimmen (zu berechnen), die anhand des Phasenstrom-Spitzenwerts Ip und der Flussverkettung Ψp gewonnen wird. In diesem Fall bestimmt die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 die zweite Rotorposition θm2 unter Verwendung einer vierten Rotorpositionsberechnungsformel, ausgedrückt als folgende Formel 9. $$\begin{array}{c}\left(\text{Zweite Rotorposition }\mathrm{\theta }\text{m2}\right)=(\text{elektrischer Winkel der induzierten Span-}\\ \text{nung }\mathrm{\theta }\text{e})-\left(\text{zweite Phase der induzierten Spannung }\mathrm{\gamma 2}\right)-90°\end{array}$$

  
• Die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 in der Formel 9 wird unter Bezugnahme auf eine Datentabelle TD ausgewählt, wobei die Datentabelle TD im Voraus mit dem Phasenstrom-Spitzenwert Ip und der Flussverkettung Ψp als Parameter erstellt wird. Beispielsweise kann die Datentabelle TD wie folgt erstellt und im Voraus in einem Speicher abgelegt werden.
• Da Formel 5 und Formel 6 im Motorvektordiagramm der 4 gelten, wird die Datentabelle TD in diesem Fall ebenfalls im Voraus erstellt, das heißt, die Datentabelle TD der zweiten Phase der induzierten Spannung γ2, welche den Phasenstrom-Spitzenwerts Ip entsprechend dem Strom I und die Flussverkettung Ψp, die durch die Flussverkettungsbestimmungseinheit 27 bestimmt wird und der Flussverkettung Ψ entspricht, als Parameter umfasst, wird durch Speichern der Phasen der induzierten Spannung γ zu der Zeit erzeugt, wenn die Flussverkettung Ψ vorgegebene Werten annimmt, während die Stromphase β und der Strom I, die im Motorvektordiagramm gezeigt sind, innerhalb vorgegebener Bereiche progressiv ansteigen.
• Im Einzelnen werden beispielsweise, während die Stromphase β von -180° auf 180° um je 0,001° erhöht wird und der Strom I von 0 A auf 64 A um je 1 A erhöht wird, Phasen der induzierten Spannung γ und Flussverkettungen Ψ erhalten. Dann wird für jede Flussverkettung Ψ die entsprechende induzierte Spannungsphase γ gespeichert. Dabei wird die Datentabelle TD der zweiten Phase der induzierten Spannung γ2 mit dem Phasenstrom-Spitzenwert Ip entsprechend dem Strom I als Parameter und der Flussverkettung Ψp, die durch die Flussverkettungsbestimmungseinheit 27 bestimmt wird und der Flussverkettung Ψ entspricht, als weiterer Parameter erstellt.
• Die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 ermittelt (berechnet) die zweite Rotorposition θm2 durch Einsetzen des elektrischen Winkels der induzierten Spannung θe und der zweiten Phase der induzierten Spannung γ2, die aus der Datentabelle TD anhand der Flussverkettung Ψp ausgewählt wird, in die oben genannte vierte Rotorpositionsberechnungsformel (Formel 9).
• Typischerweise können die Modifikationen 1 und 2 gleichzeitig verwendet werden. Das heißt, es ist bevorzugt, wenn die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 die erste Rotorposition θm1 unter Verwendung der oben genannten dritten Rotorpositionsberechnungsformel (Formel 8) bestimmt, die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 die zweite Rotorposition θm2 unter Verwendung der vierten Rotorpositionsberechnungsformel (Formel 9) bestimmt.
• Modifikation 3
• In der obigen Ausführungsform wählt die Auswahleinheit 30 die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 im Bereich der normalen Regelung aus und wählt die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 im Bereich der flussschwächenden Regelung aus. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Auswahleinheit 30 kann so konfiguriert sein, dass in einem Fall, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip niedrig ist und in einem Fall, bei dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip moderat ist, mit anderen Worten, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, die Auswahleinheit 30 die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 auswählt, und in einem Fall, in dem der Phasenstrom-Spitzenwert Ip hoch ist, mit anderen Worten, wenn der Phasenstrom-Spitzenwert Ip größer als der vorgegebene Wert ist, die Auswahleinheit 30 die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 auswählt.
• Modifikation 4
• Weiterhin kann die Auswahleinheit 30 so konfiguriert sein, dass sie eine Auswahl aus (oder einen Wechsel zwischen) der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 und der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 basierend auf der ersten Stromphase β1, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 erhalten wird, oder der zweiten Stromphase β2, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 erhalten wird, durchführt. Beispielsweise kann die Auswahleinheit 30 so konfiguriert sein, dass die Auswahleinheit 30 beim Start des Synchronmotors 11 die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 auswählt und die aus der Datentabelle TA ausgewählte erste Stromphase β1 durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 überwacht, und dass die Auswahleinheit 30 dann, wenn die erste Stromphase β1 eine erste Schwelle überschreitet, von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 auf die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 umschaltet. In diesem Fall, nachdem die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 ausgewählt worden ist, überwacht die Auswahleinheit 30 die aus der Datentabelle TB ausgewählte zweite Stromphase β2 durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29, und wenn die zweite Stromphase β2 auf oder unter die erste Schwelle oder eine zweite Schwelle fällt, die kleiner als die erste Schwelle ist, wählt die Auswahleinheit 30 die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 aus, um von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 zu der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 zu wechseln. Die erste und zweite Schwelle können je nach Charakteristik oder ähnlichem des Synchronmotors 11 entsprechend eingestellt sein. Beispielsweise können die erste und zweite Schwelle auf Werte größer als 0° und kleiner als eine Phase eingestellt werden, die dem in 5C gezeigten Umkehrpunkt der Kurve CA entspricht (das heißt, nahe 70°).
• Wenn die Modifikationen 1 und 2 gleichzeitig eingesetzt werden, wird die erste Stromphase β1 durch die erste Phase der induzierten Spannung γ1 ersetzt und die zweite Stromphase β2 wird durch die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 ersetzt. Dadurch kann die Auswahleinheit 30 wie folgt konfiguriert sein. Das bedeutet, die Auswahleinheit 30 wählt beim Anlaufen des Synchronmotors 11 die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 aus und überwacht die erste Phase der induzierten Spannung γ1, die von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 aus der Datentabelle TC ausgewählt wird. Dann wählt die Auswahleinheit 30 die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 aus, wenn die erste Phase der induzierten Spannung γ1 eine dritte Schwelle überschreitet, um von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 auf die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 umzuschalten. Weiterhin überwacht die Auswahleinheit 30 nach Auswahl der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 die zweite Phase der induzierten Spannung γ2, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 aus der Datentabelle TD ausgewählt wird, und wenn die zweite Phase der induzierten Spannung γ2 auf oder unter die dritte Schwelle oder eine vierte Schwelle fällt, die kleiner als die dritte Schwelle ist, wählt die Auswahleinheit 30 die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28, um von der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 auf die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 umzuschalten. Hier entspricht die erste oder dritte Schwelle in Modifikation 4 „einer ersten Schwelle“ der vorliegenden Erfindung und die zweite oder vierte Schwelle in Modifikation 4 entsprich „einer zweiten Schwelle“ der vorliegenden Erfindung.
• Als nächstes wird ein Motorsteuerungsvorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform beschrieben. 6 ist ein Blockschaltdiagramm der Motorsteuerungsvorrichtung 100 entsprechend der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Motorsteuerungsvorrichtung 100 unterscheidet sich von dem Motorsteuerungsvorrichtung 10 (1) gemäß der oben genannten Ausführungsform dadurch, dass die in 6 dargestellte Motorsteuerungsvorrichtung 100 statt der Auswahleinheit 30 eine Rotorpositionsentscheidungseinheit 31 umfasst. Die übrigen Strukturen außer der Rotorpositionsentscheidungseinheit 31 sind die gleichen wie diejenigen in der Motorsteuerungsvorrichtung 10 der oben genannten Ausführungsform.
• In der Motorsteuerungsvorrichtung 100 entscheidet die Rotorpositionsentscheidungseinheit 31 über eine endgültige Rotorendlage θm, indem sie eine gewichtete Summe aus erster Rotorposition θm1, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit 28 bestimmt wird, und zweiter Rotorposition θm2, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit 29 bestimmt wird, erhält. Im Einzelnen bestimmt (berechnet) die Rotorpositionsentscheidungseinheit 31 die Rotorposition θm durch die folgende Formel 10. $$\mathrm{\theta }\text{m}=\left(1-n\right)\times \mathrm{\theta }\text{m}+n\times \mathrm{\theta }\text{m}$$

  
• Der Gewichtungsfaktor n in der Formel 10 kann auf einen frei wählbaren Werteingestellt werden, der kleiner als 1 ist (einschließlich 0). Beispielsweise kann der Gewichtungsfaktor n im Bereich der Normalregelung auf 0 und im Bereich der Flussschwächung auf 1 gesetzt werden. Je größer der Phasenstrom-Spitzenwert Ip ist, desto größer kann ferner der Gewichtungsfaktor n eingestellt sein. Je größer die erste Stromphase β1 oder die erste Phase der induzierten Spannung γ2 ist (d.h. je weiter fortgeschritten), desto größer kann der Gewichtungsfaktor n eingestellt sein.
• Auch in der Motorsteuerungsvorrichtung 100 ist es, ähnlich wie in der Motorsteuerungsvorrichtung 10, möglich, eine Rotorposition mit hoher Genauigkeit sowohl im Bereich der normalen Regelung als auch im Bereich der flussschwächenden Regelung zu bestimmen. Damit ist es möglich, einen Bereich der Drehgeschwindigkeit, in welchem der Synchronmotor 11 betreibbar ist, verglichen mit einem konventionellen Exemplar zu vergrößern.
• Obwohl die Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung im Vorhergehenden beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und weitere Modifikationen und Änderungen können auf der Grundlage des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
• Bezugszeichenliste

10

Motorsteuerungsvorrichtung

11

Synchronmotor

12

Inverter

13

Gleichstromversorgung

21

Drehsteuereinheit

22

Inverterantriebseinheit

23

Phasenstrom-Bestimmungseinheit (Strombestimmungseinheit)

24

Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit

25

Phasenstrom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit (Strom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit)

26

Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit

27

Flussverkettungsbestimmungseinheit

28

erste Rotorpositionsbestimmungseinheit

29

zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit

30

Auswahleinheit

31

Rotorpositionsentscheidungseinheit

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2011010438 A [0003]

Claims (6)

1. Motorsteuerungsvorrichtung, umfassend: eine Strombestimmungseinheit, die einen Strom bestimmt, der durch eine Statorspule eines Synchronmotors fließt; eine Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit, die eine an die Statorspule angelegte Spannung bestimmt; eine Strom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, Strom-Spitzenwert und einen elektrischen Winkel des Stroms anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms bestimmt; eine Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, die einen Spitzenwert der induzierten Spannung und einen elektrischen Winkel der induzierten Spannung anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms und einer von der Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit bestimmten angelegten Spannung bestimmt; eine Flussverkettungsbestimmungseinheit, die eine Flussverkettung eines Rotors des Synchronmotors anhand eines Spitzenwerts der induzierten Spannung und einer Drehzahl des Synchronmotors bestimmt; eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer ersten Stromphase oder einer ersten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] erhalten wird, als Parameter bestimmt; eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer zweiten Stromphase oder einer zweiten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und einer Flussverkettung erhalten wird, als Parameter bestimmt; und eine Auswahleinheit, die eine von der ersten Rotorpositionsbestimmungseinheit und der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt.
2. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit in einem Bereich der normalen Steuerung auswählt, der von einem Bereich einer flussschwächenden Steuerung verschieden ist, und die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit in dem Bereich der flussschwächenden Steuerung auswählt.
3. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt, wenn ein von der Strombestimmungseinheit bestimmter Strom kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist, und die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt, wenn ein von der Strombestimmungseinheit bestimmter Strom größer als der vorgegebene Wert ist.
4. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt, wenn der Synchronmotor anläuft, und dann die Auswahleinheit die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt, wenn eine erste Stromphase oder eine erste Phase der induzierten Spannung, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit erhalten wird, einen ersten Schwellenwert überschreitet.
5. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Auswahleinheit nach Auswahl der zweiten Rotorpositionsbestimmungseinheit die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit auswählt, wenn eine zweite Stromphase oder eine durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit erhaltene zweite Phase der induzierten Spannung auf oder unter die erste Schwelle oder eine zweite Schwelle absinkt, die kleiner als die erste Schwelle ist.
6. Motorsteuervorrichtung, umfassend: Eine Strombestimmungseinheit, die einen Strom bestimmt, der durch eine Statorwicklung eines Synchronmotors fließt; eine Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit, die eine an die Statorspule angelegte Spannung bestimmt; eine Strom-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, die einen Spitzenwert des Stroms und einen elektrischen Winkel des Stroms anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms bestimmt; eine Induzierte-Spannung-Spitzenwert-und-elektrischer-Winkel-Bestimmungseinheit, die einen Spitzenwert der induzierten Spannung und einen elektrischen Winkel der induzierten Spannung anhand eines von der Strombestimmungseinheit bestimmten Stroms und einer von der Angelegte-Spannung-Bestimmungseinheit bestimmten angelegten Spannung bestimmt; eine Flussverkettungsbestimmungseinheit, die eine Flussverkettung eines Rotors des Synchronmotors anhand eines Spitzenwerts der induzierten Spannung und einer Drehzahl des Synchronmotors bestimmt; eine erste Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer ersten Stromphase oder einer ersten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und [(elektrischer Winkel der induzierten Spannung) - (elektrischer Winkel des Stroms)] erhalten wird, als Parameter bestimmt; eine zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit, die eine Rotorposition des Synchronmotors unter Verwendung einer Rotorpositionsberechnungsformel mit einem elektrischen Winkel des Stroms oder einem elektrischen Winkel der induzierten Spannung und einer zweiten Stromphase oder einer zweiten Phase der induzierten Spannung, die anhand eines Strom-Spitzenwerts und einer Flussverkettung erhalten wird, als Parameter bestimmt; und eine Rotorpositionsentscheidungseinheit, die über eine endgültige Rotorposition entscheidet, indem sie eine gewichtete Summe aus einer Rotorposition, die durch die erste Rotorpositionsbestimmungseinheit bestimmt wird, und einer Rotorposition, die durch die zweite Rotorpositionsbestimmungseinheit bestimmt wird, erhält.

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