專利名稱：交流電動機控制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及交流電動機控制設備，特別涉及進行矩形波電壓控制的交流電動機控 制設備。
背景技術：
在交流電動機控制中，通過對施加到交流電動機的矩形波電壓的相位進行控制來 控制轉矩的矩形波電壓控制是已知的。日本特開No. 2006-74951 (JP-A-2006-74951)介紹了一種交流電動機控制設備， 其根據這種類型的矩形波電壓控制來控制逆變器。在這種控制設備中，下一控制計算時的 電氣角度推定值與電氣角度目標值之間的相位誤差通過與電流偏差對應的相位校正量來 校正。這種控制設備減小了由于相位檢測器誤差引起的電壓SW方式開關時刻中的差，由此 使得可以抑制電流偏差。盡管JP-A-2006-74951中介紹的技術通過減小由于相位檢測器誤差引起的電壓 SW方式開關時刻中的差來抑制電流偏差，當矩形波電壓的相位跟隨轉矩控制變化時，可能 存在相位變化之前以及之后的電流偏差。
發明內容
鑒于上述問題，本發明提供了一種用于交流電動機的設備，其能夠抑制在改變矩 形波電壓控制中的矩形波電壓的相位時的偏差電流。本發明的第一實施形態涉及一種用于由逆變器驅動的交流電動機的控制設備。這 種控制設備包含矩形波電壓控制部分和相位變化控制部分。矩形波電壓控制部分產生逆變 器的控制命令，使得受到相位控制以使交流電動機根據轉矩命令值運行的矩形波電壓被施 加到交流電動機。相位變化控制部分控制相位中的變化，以便將表示交流電動機的磁鏈變 化的磁鏈向量軌跡的中心保持在矩形波電壓相位變化之前以及之后。相位變化控制部分可被結構化為能夠改變相位變化的時刻。采用用于交流電動機的這種控制設備，矩形波電壓的相位變化受到控制，以便將 磁鏈向量軌跡的中心保持在矩形波電壓相位變化之前以及之后。結果，在改變矩形波電壓 控制中的矩形波電壓的相位時，偏差電流可被抑制。另外，相位變化控制部分可設置矩形波電壓相位變化量的上限值。另外，當矩形波 電壓相位變化量已經超過上限值時，相位變化控制部分可通過將相位變化量限制到上限值 來來控制矩形波電壓相位變化。采用用于交流電動機的這種控制設備，通過防止矩形波電壓的相位變化量超過限 制值相位變化量，可防止不適當的開關。
本發明的特征、優點和技術與工業特點將在下面對本發明示例性實施例的詳細介紹中參照附圖介紹，其中，類似的標號表示類似的元件，其中圖1為根據本發明第一示例性實施例的交流電動機控制設備能應用的電動機驅 動系統的整體框圖；圖2為根據第一示例性實施例當電壓相位在電氣角度的一個周期中更新一次時 在相位更新之前和之后的磁鏈向量軌跡的變化圖；圖3為根據第一示例性實施例的逆變器的電壓向量；圖4為根據第一示例性實施例在電壓相位更新期間磁鏈向量軌跡的變化；圖5為一流程圖，其示出了在圖1所示的第一示例性實施例中由控制設備執行的 相位改變程序(當提前時)；圖6為一定時圖，其示出了根據第一示例性實施例在電壓相位中隨時間的變化；圖7為根據第一示例性實施例的第一修改實例的逆變器的相位向量；圖8為根據第一示例性實施例的第一修改實例在電壓相位更新過程中磁鏈向量 軌跡的變化；圖9為一流程圖，其示出了根據第一示例性實施例的第一修改實例由控制設備執 行的相位改變程序(當提前時)；圖10為一定時圖，其示出了根據第一示例性實施例的第一修改實例在電壓相位 中隨時間的變化；圖11為根據第一示例性實施例的第二修改實例的逆變器的電壓向量；圖12為根據第一示例性實施例的第二修改實例由控制設備執行的相位改變程序 的流程圖(當提前時)；圖13為根據本發明第二示例性實施例在電壓相位更新過程中磁鏈向量軌跡中的 變化；圖14為一流程圖，其示出了由根據第二示例性實施例的控制設備執行的相位改 變程序；圖15為根據本發明第三示例性實施例的逆變器的電壓向量；圖16為一流程圖，其示出了由根據第三示例性實施例的控制設備執行的相位改 變程序(當提前時)；圖17為根據第三示例性實施例的逆變器的電壓向量；圖18為一流程圖，其示出了由根據本發明第四示例性實施例的控制設備執行的 相位改變程序。
具體實施方式
下面將參照附圖詳細介紹本發明的示例性實施例。順便提及，在附圖中，相似的參考標號表示相似或對應的部分。首先，將介紹本發明的第一示例性實施例。圖1為根據本發明示例性實施例的交 流電動機控制設備能應用的電動機驅動系統的整體框圖。參照圖1，電動機驅動系統100包 含直流電壓發生部分(下面簡稱為“DC電壓發生部分”)10#、平滑電容器CO、逆變器14、交 流電動機(下面簡稱為“AC電動機”)Ml、控制設備30。AC電動機Ml為產生用于對部分或完全地由電驅動的車輛(即使用電能產生車輛驅動力的車輛，例如混合動力車、電氣車輛或燃料電池車輛，下面簡稱為“電氣車輛”)的驅 動輪進行驅動的轉矩的電動機。或者，AC電動機Ml可被配置為作為由發動機驅動的發電 機運行，或既作為電動機又作為發電機運行。另外，AC電動機Ml可作為用于發動機的電動 機運行。例如，AC電動機Ml可作為能夠啟動發動機的電動機并入混合動力車。DC電壓發生部分10#包含蓄電裝置B、系統繼電器SRl與SR2、平滑電容器Cl、轉換器12。蓄電裝置B示例性地由電氣雙層電容器或二次電池構成，例如鎳金屬氫化物電池 或鋰離子電池。蓄電裝置B所輸出的DC電壓Vb由電壓傳感器10進行檢測，輸入以及從蓄 電裝置B輸出的DC電流Ib由電流傳感器11進行檢測。系統繼電器SRl連接在蓄電裝置B 的正端子和電力線6之間。系統繼電器SR2連接在蓄電裝置B的負端子與接地線5之間。 這些系統繼電器SRl與SR2由來自控制設備30的信號SE開通和關斷。轉換器12包含電抗器Li、電力半導體開關元件Ql與Q2、二極管Dl與D2。電力半 導體開關元件Ql與Q2串聯連接在電力線7和接地線5之間。電力半導體開關元件Ql與 Q2受到來自控制設備30的開關控制信號Sl與S2的控制開通和關斷。順便提及，IGBT (絕緣柵型雙極型晶體管)、功率MOS (金屬氧化物半導體)晶體管 或功率雙極型晶體管等可用于各個功率半導體開關元件(下面簡稱為“開關元件”)。開關 元件Ql具有反并聯二極管D1，開關元件Q2具有反并聯二極管D2。電抗器Ll連接在電力 線6和開關元件Ql與Q2的連接節點之間。另外，平滑電容器CO連接在電力線7和接地線 5之間。逆變器14由U相上下臂15、V相上下臂16、W相上下臂17構成，它們彼此并聯在 電力線7和接地線5之間。各相上下臂由串聯連接在電力線7和接地線5之間的開關元件 構成。例如，U相上下臂15由開關元件Q3與Q4構成，V相上下臂16由開關元件Q5與Q6 構成，W相上下臂17由開關元件Q7與Q8構成。另外，這些開關元件Q3至Q8分別連接到 反并聯二極管D3-D8。開關元件Q3-Q8由來自控制設備30的開關控制信號S3-S8控制開通 和關斷。AC電動機Ml示例性地為三相永磁體型同步電動機，其中，U相線圈、V相線圈、W相 線圈的一端共同連接到中性點。另外，各個線圈的另一端連接到對應相上下臂15-17的開 關元件之間的中點。轉換器12基本上受到控制以便在各個開關周期中互補且交替地開通和關斷開關 元件Ql與Q2。在升壓操作中，轉換器12將供自蓄電裝置B的電壓Vb升壓到電壓VH。這 種升壓操作通過在開關元件Q2經由開關元件Ql和二極管Dl被開通到電力線7的同時供 給存儲在電抗器Ll中的電磁能量來執行。另外，在降壓操作中，轉換器12將電壓VH降壓到電壓Vb。這種降壓操作通過在 開關元件Ql經由開關元件Q2和二極管D2被開通到電力線6的同時供給存儲在電抗器Ll 中的電磁能量來執行。這些升壓和降壓操作中的電壓轉換比(即VH與Vb的比)受到開關 元件Ql與Q2的開通時間與開關周期的比(即占空比)的控制。順便提及，如果開關元件 Ql被固定為開通且開關元件Q2被固定為關斷，VH也可設置為等于Vb (其中，電壓轉換比= 1. 0)。平滑電容器CO對來自電容器12的DC電壓進行平滑，并將此平滑后的DC電壓供 給逆變器14。電壓傳感器13檢測平滑電容器CO的兩端上的電壓，即電壓VH，并將檢測值輸出到控制設備30。
當AC電動機Ml的轉矩命令值為正時(即Trqcom > 0)，逆變器響應于來自控制設 備30的開關控制信號S3-S8通過開關元件Q3-Q8的開關操作將DC電壓轉換為AC電壓，并 驅動AC電動機Ml以輸出正轉矩。另外，當AC電動機Ml的轉矩命令值為零時(即Trqcom =0)，逆變器14響應于開關控制信號S3-S8通過開關元件Q3-Q8的開關操作將DC電壓轉 換為AC電壓，并驅動AC電動機M1，使得不產生轉矩。因此，AC電動機Ml被驅動，以便如轉 矩命令值Trqcom所要求的那樣產生正轉矩或不產生轉矩。另外，在具有電動機驅動系統100的電氣車輛的再生制動過程中，AC電動機Ml 的轉矩命令值被設置為負值(即Trqcom < 0)。在這種情況下，通過響應于開關控制信號 S3-S8的開關操作，逆變器14將由AC電動機Ml產生的AC電壓轉換為DC電壓，并將轉換得 到的DC電壓提供給轉轉換器12。順便提及，這種情況下的再生制動包括當存在駕駛電氣車 輛的駕駛者的足剎操作時的伴隨著再生發電的制動，以及盡管足剎沒有被踩下而在行駛時 通過釋放加速器踏板在再生發電的同時的車輛減速(或停止加速)。電流傳感器24檢測流經AC電動機Ml的電動機電流，并將此檢測到的電動機電流 輸出到控制設備30。順便提及，三相電流iu、iv、iw的瞬時值的總合為零，故電流傳感器24 僅僅需要布置為檢測兩相的電動機電流(例如V相電流iv和W相電流iw)。旋轉角傳感器(即解算器)25檢測AC電動機Ml的轉子旋轉角θ，并將檢測到的 旋轉角θ輸出到控制設備30。控制設備30能夠基于旋轉角θ計算AC電動機Ml的旋轉 速度(rpm)和角速度ω (rad/s)。順便提及，通過使控制設備30由電動機電壓或電流直接 計算旋轉角θ，旋轉角傳感器25也可省略。控制設備30由電子控制單元(ECU)構成并借助由未示出的CPU執行預先存儲的 程序通過軟件和/或根據專用電子電路通過硬件來控制電動機驅動系統100的操作。作為 示例性功能，控制設備30控制轉換器12和逆變器14的操作，使得AC電動機Ml根據轉矩 命令值Trqcom輸出轉矩。也就是說，控制設備30產生開關控制信號S1-S8以控制轉換器 12和逆變器14，并將這些開關控制信號S1-S8輸出到轉換器12和逆變器14。這里，通過向交流電動機施加矩形波電壓——其中，高電平時間與低電平時間的 比在預定開關周期中基本為1 1——的矩形波電壓控制方法，控制設備控制逆變器14的 操作。具體而言，控制設備30由檢測到的旋轉角θ和電動機電流iv與iw的值推定AC電 動機Ml的轉矩，并計算轉矩推定值與轉矩命令值Trqcom之間的差。接著，控制設備30通 過根據轉矩差執行反饋計算(例如PI (比例積分)計算)來根據轉矩差控制矩形波電壓的 相位。具體而言，當存在正轉矩時(即Trqcom > 0)，電壓相位在轉矩不足時被提前并在轉 矩過多時被滯后。另一方面，當存在負轉矩(即Trqcom < 0)時，電壓相位在轉矩不足時被 滯后并在轉矩過多時被提前。于是，控制設備30產生已經如上所述受到相位控制的矩形波 電壓命令，并產生開關控制信號S3-S8，以便基于所產生的電壓命令驅動逆變器14。通過這種方式，采用矩形波電壓控制，轉矩控制通過關于轉子的旋轉角度控制 (即改變)矩形波電壓的相位來執行。例如，轉矩可根據電壓相位被提前多少來增大。典型 地在三相電動機中，各相電壓在電氣角度的一個周期中被開通/關斷一次，使得電壓相位 可在電氣角度的一個周期中受到六次控制。然而，當電壓相位在電氣角度的一個周期中被更新一次時，各相的矩形波電壓的高電平時間與低電平時間的比變得不平衡，這導致在相位更新之前以及之后電流中的偏差 (下面這種偏差也稱為“偏差電流”)。這種偏差電流可導致車輛的過電流和振動。圖2為當電壓相位已在電氣角度的一個周期中更新一次時在相位更新之前以及之后的磁鏈向量軌跡的變化。圖2中的實線顯示出相位更新之前的磁鏈向量軌跡，圖2中 的虛線顯示出相位更新之后的磁鏈向量軌跡。由圖中可見，電壓相位更新之后的磁鏈向量 軌跡中心與電壓相位更新之前的磁鏈向量軌跡之間存在偏差。這些中心的連續偏差意味著 在相位更新之后由逆變器14施加到AC電動機Ml的總電壓和在相位更新之前由逆變器14 施加到AC電動機Ml的總電壓之間存在差，且因此存在偏差電流。也就是說，當電壓相位在 電流的一個周期中更新一次時，發生偏差電流。因此，在第一示例性實施例中，矩形波電壓的相位被改變，使得相位更新之后磁鏈 向量軌跡中心不會繼續與相位更新之前的磁鏈向量軌跡中心之間存在偏差。圖3為逆變器14中的電壓向量。參照圖3，電壓向量Vl對應于U相臂15的上臂 開通且V相臂16和W相臂17的下臂也開通的情況。順便提及，括號中的三個數字以從左 邊開始的順序表示U相臂15、V相臂16、W相臂17的開關狀態。“1”表示上臂開通，“0”表 示下臂開通。因此，例如，電壓向量V2對應于U相15和V相16的上臂開通且W相17的下 臂開通的情況。采用矩形波電壓控制，進行在電氣角度的一個周期中相繼切換這些電壓向量 V1-V6的控制。順便提及，在圖3中，虛線表示切換狀態改變的時刻。切換區域Al為電壓向 量為V3(0，l，0)的區域，切換區域A2為電壓向量為V4(0，l，l)的區域，切換區域A3為電壓 向量為V5(0，0，l)的區域。圖4為電壓相位更新期間磁鏈向量軌跡中的變化。參照圖3和4，磁鏈向量 Φ 1-Φ6分別對應于電壓向量V1-V6。圖4中的實線表示相位變化之前的磁鏈向量軌跡，圖 4中的虛線表示相位變化之后的磁鏈向量軌跡。圖4顯示出當相位被提前時的軌跡的實例。在此第一示例性實施例中，相位在圖3所示的切換區域Al中開始更新。首先在切 換區域Al中，根據轉矩差的希望量的相位被提前。相位變化之前和之后的磁鏈向量Φ3的 變化指示相位在切換區域Al中已被提前。接著，在此第一示例性實施例中，在切換區域Al 之后的切換區域Α2中，相位以切換區域Al中提前的相位的量被滯后。相位改變之前和之 后磁鏈向量軌跡Φ4中的變化指示相位已經在切換區域Α2中被滯后。接著，在切換區域Α2 之后的切換區域A3中，相位以在切換區域Al中提前的相位的量提前。相位改變之前和之 后磁鏈向量Φ 5的變化表示相位在切換區域A3中被提前。這完成了相位更新。采用這種類型的相位更新方法，電壓相位以根據轉矩差的希望量被提前。這里，如 圖4所示，相位更新過程中磁鏈向量軌跡的中心臨時相對于相位更新之前的磁鏈向量軌跡 的中心，但在相位更新完成后，磁鏈向量軌跡的中心返回到其原始位置(即到與相位更新 之前相同的位置)。也就是說，相位更新之后的磁鏈向量軌跡的中心不繼續從相位更新之前 的磁鏈向量軌跡中心偏移。結果，偏差電流可得到抑制。另外，采用這種相位更新方法，相 位更新在電氣角度的半個周期內完成，故應答性不會受到嚴重妨礙。圖5為一流程圖，其示出了由圖1所示的控制設備30執行的相位變化程序(當提 前時)。此流程圖中所示的程序由主程序調用，并以預定的時間間隔或每當滿足預定的條件 時執行。
參照圖5，控制設備30首先確定切換區域(步驟S10)。如果在步驟SlO中判斷為 切換區域為Al (圖3)(即步驟SlO中的“Al”)，控制設備30以根據轉矩差通過反饋計算計 算得到的相位變化量α來提前相位(步驟S20)。于是，控制設備30基于相位變化量計算 電壓相位命令(步驟S50)。另一方面，如果在步驟SlO中判斷為切換區域為Α2(圖3)(即步驟SlO中的“Α2”)， 控制設備30以步驟S20中提前的相位變化量α來滯后相位(步驟S30)。于是，控制設備 30進行到步驟S50，在那里，計算電壓相位命令。 另外，如果在步驟SlO中判斷為切換區域為Α3(圖3)(即步驟SlO中的“A3”)，控 制設備30以步驟S20中提前的相位變化量α來提前相位(步驟S40)。于是，控制設備30 進行到步驟S50，在那里，計算電壓相位命令。圖6為一定時圖，其示出了電壓相位中隨時間的變化。參照圖6，相位命令為根據 轉矩差計算的命令值。輸出相位指示實際相位變化。在時刻tl，相位中的變化(即提前角 度)基于轉矩差來指定。于是，在時刻t2，相位根據相位命令被提前，于是，在下一個開關時 刻臨時返回，接著，在此后的下一個開關時刻再度被提前。如上面所介紹的，在此第一示例性實施例中，當矩形波電壓的相位被更新時，在相 位更新后的磁鏈向量軌跡的中心不再繼續偏離相位更新之前的磁鏈向量軌跡中心，因為相 位如上所述地受到更新。因此，根據此第一示例性實施例，偏差電流可在更新矩形波電壓控 制中的矩形波電壓相位時得到抑制。上面介紹的第一示例性實施例的第一修改實例的目的在于，通過二等分一相位變 化量并將在第一示例性實施例中執行的相位改變程序重復兩次，進一步抑制偏差電流。圖7為逆變器14的相位向量。參照圖7，切換區域A3之后的切換區域A4在電壓 向量為V6(l，0，l)的區域中，切換區域A5在電壓向量為V1(1，0，0)的區域中，切換區域A6 在電壓向量為V2(l，l，0)的區域中。圖8為根據第一修改實例在電壓相位更新期間的磁鏈向量軌跡的變化。順便提 及，圖8對應于在第一示例性實施例中介紹的圖4，像圖4 一樣，圖8還示出了當相位被提前 時的軌跡的實例。參照圖7和8，在此第一修改實例中，相位在圖7所示的切換區域Al中開始更新。 這里，在切換區域Al中，相位以根據轉矩差設置的相位變化量的一半被提前。于是，在切換 區域A2中，相位以切換區域Al中被提前的相位量被滯后，在切換區域A3中，相位以在切換 區域Al中被提前的相位量被提前。接著，在切換區域A3之后的切換區域A4中，相位以剩余的相位變化量被提前(即 根據轉矩差設置的相位變化量的一半)。于是，在切換區域A5中，相位以切換區域A4中被 提前的相位量被滯后，在切換區域A6中，相位以在切換區域A4中被提前的相位量被提前。結果，電壓相位可以以根據轉矩差的希望量被改變，而磁鏈向量軌跡中心的偏移 量可相比于使用第一示例性實施例中的相位更新方法時得到減小。圖9為一流程圖，其示出了根據第一修改實例由控制設備30執行的相位變化程序 (當提前時)。順便提及，此流程圖所示的程序也由主程序調用，并以預定的時間間隔或每 當滿足預定條件時執行。 參照圖9，控制設備30首先確定切換區域(步驟Sl 10)。如果在步驟SllO中判斷為切換區域為Al (圖7)(即步驟SllO中的“Al”)，控制設備30以根據轉矩差由反饋計算 計算得到的相位變化量α的一半來提前相位(步驟S120)。于是，控制設備30基于相位變 化量計算電壓相位命令(步驟S150)。另一方面，如果在步驟SllO中判斷為切換區域為Α2或Α5(圖7)，(即步驟SllO 中的“Α2”或“Α5”)，控制設備30以步驟S120中提前的相位變化量α的一半來滯后相位 (步驟S130)。于是，控制設備30進行到步驟150，在那里，其計算電壓相位命令。另外，如果在步驟SllO中判斷為切換區域為Α3，Α4或Α6(圖7)(即步驟SlO中的 “Α3”、“Α4”或“Α6”)，控制設備30以在步驟S120中提前的相位變化量α的一半提前相位 (步驟S140)。于是，控制設備30進行到步驟S150，在那里，其計算電壓相位命令。
圖10為一定時圖，其示出了電壓相位中隨時間的變化。參照圖10，在時刻11，相位 中的變化(即提前角度)基于轉矩差來指定。于是，在時刻t2，相位首先以相位命令的一半 被提前，接著，在下一個開關時刻臨時返回，然后，在此之后的下一個開關時刻被再次提前。 另外，相位在下一個開關時刻以相位命令的一半被再次提前，接著，在此之后的下一個開關 時刻被返回，并在此后的下一個開關時刻被再次提前。如上面所介紹的，相比于在使用根據第一示例性實施例的相位變化方法時，在此 修改實例中二等分一個相位變化量并兩次重復相位變化程序減小了磁鏈向量軌跡中心的 偏差量。結果，偏差電流可更大地得到抑制。下面，將介紹第一示例性實施例的第二修改實例。在上面介紹的第一示例性實施 例及其第一修改實例中，相位開始被更新的切換區域在電壓向量為V3(0，l，0)時固定。然 而，在此第二修改實例中，相位開始被更新的切換區域是可變的，故相位可實時得到更新。圖11為逆變器14的電壓向量。參照圖11，例如，當電壓向量為V4(0，l，l)時(即 在切換區域Al中)，響應于相位命令中的變化，相位開始被更新。圖12為根據第二修改實例由控制設備12執行的相位變化程序(當提前時)的流 程圖。順便提及，此流程圖所示的程序也由主程序調用，以預定的時間間隔或每當滿足預定 的條件時執行。圖12中的流程圖類似于圖9所示的流程圖，添加了步驟S105和S160。也就是說， 控制設備30首先判斷是否存在電壓相位的變化(步驟S105)。例如，當轉矩差大于預定值 或根據轉矩差計算的相位變化量大于預定值時，判斷為存在電壓相位的變化。如果在步驟S105中判斷為存在相位變化(即步驟S105中的是)，控制設備30進 行到步驟SllO并判斷當前切換區域。該切換區域被判斷為Al且進行相繼的相位變化。另 一方面，如果在步驟S105中判斷為不存在相位變化(即步驟S105中的否)，控制設備30直 接進行到步驟S170，而不執行其間的步驟。另外，在基于相位變化量在步驟S150中計算電壓相位命令之后，控制設備30判斷 相位是否改變了六次(即切換區域A1-A6的六次改變的一組)(步驟S160)。如果判斷為 相位已經改變了六次(即步驟S160中的是)，控制設備30進行到步驟S170。如果在步驟 S160中判斷為相位尚未改變六次(即步驟S160中的否)，控制設備30進行到步驟S110，相 位改變程序繼續。如上面所介紹的，采用這一第二修改實例，相位開始更新的切換區域是可變的，故 相位可以實時更新。
接著，將介紹本發明的第二示例性實施例。在此第二示例性實施例中，電壓相位在 電氣角度的一個周期中變化的六次中的前四次，得相位任意地變化。最后或最終的兩次，電 壓相位被更新為使得磁鏈向量返回到開始相位更新的開始點，即作為最后兩次相位變化的 結果，使得磁鏈向量軌跡返回其原始的六邊形形狀。結果，能夠實現自由的相位變化。圖13為根據第二示例性實施例在電壓相位更新中的磁鏈向量軌跡的變化。參照 圖7和圖13，在切換區域為Al (圖7)時，相位開始被更新。相位在切換區域A1-A4中任意 變化。于是，在切換區域A5與A6中的相位變化中，相位被變化為使得磁鏈向量軌跡返回到 相位更新之前的六邊形形狀。圖14為一流程圖，其示出了根據第二示例性實施例由控制設備30執行的相位變 化程序。順便提及，此流程圖所示的程序也由主程序調用，并以預定的時間間隔或每當滿足 預定的條件時執行。參照圖14，此流程圖類似于圖12所示的流程圖，除了步驟S120由步驟125代替、步驟S130由步驟135代替、步驟S140由步驟145代替以外。如果在步驟SllO中判斷為切 換區域為Al-A4(圖7)(即步驟SllO中的“Al至A4”)，控制設備30可任意改變相位(步 驟S125)。于是，控制設備30進行到步驟S150，在那里，計算電壓相位命令。另一方面，如果在步驟SllO中判斷為切換區域為A5或A6(圖7)(即步驟SllO中 的“A5”或“A6”)，控制設備改變相位，使得磁鏈向量軌跡返回其原始的六邊形形狀(即相位 更新之前的六邊形形狀)(步驟S135和S145)。接著，控制設備進行到步驟S150，在那里， 電壓相位命令被計算。如上面所介紹的，采用此第二示例性實施例，能夠實現自由的相位變化。下面，將介紹本發明的第三示例性實施例。在第一示例性實施例中，相位在電氣角 度的半周期中變化，但是，如果相位變化量太大，不能執行適當的切換。圖15為逆變器14的電壓向量。圖15中的虛線表示鄰近的電壓向量之間的中點。 開關狀態在這些虛線的時刻上被切換。當相位在開關時刻之間變化時，如果相位變化量α 超過30°的電氣角度，切換將不再能夠適當執行。因此，在此第三示例性實施例中，對于相 位變化量提供限制。圖16為一流程圖，其示出了根據第三示例性實施例由控制設備30執行的相位變 化程序(當提前時)。順便提及，此流程圖所示的程序也由主程序調用，并以預定的時間間 隔或每當滿足預定的條件時執行。圖16的流程圖類似于圖5所示的流程圖，增加了步驟S60和S70。也就是說，一旦 電壓相位命令在步驟S50中計算，控制設備30判斷相位變化量α是否等于或大于30°的 電氣角度(步驟S60)。如果判斷為相位變化量α等于或大于30° (即步驟S60中的是)， 控制設備30將相位變化量限制為30° (步驟S70)。通過這種方式，此第三示例性實施例限制相位變化量，由此防止執行不適當的開關。接著，將介紹本發明的第四示例性實施例。在第三示例性實施例中，相位僅僅能夠 改變多到30°的電氣角度。因此，在第四示例性實施例中，通過改變相位變化的時刻，相位 能變化直到60°的電氣角度。圖17為逆變器14的電壓向量。參照圖17，例如，當電壓向量命令V達到第一切換線SLl時，電壓相位被提前β。于是，剛好在電壓向量命令V達到第二切換線SL2之前，電壓相位被滯后Y。這種類型的相位運行使得相位能夠改變直到(但不包括)60°的電氣角度。圖18為一流程圖，其示出了根據第四示例性實施例由控制設備30執行的相位變 化程序。順便提及，此流程圖所示的程序也由主程序調用，并以預定的時間間隔或每當滿足 預定的條件時執行。參照圖18，控制設備30判斷電壓向量命令是否已經超過第一切換線SLl (圖17) (步驟S210)。如果判斷為電壓向量命令已經超過第一切換線SLl (即步驟S210中的是)， 控制設備30立即將電壓相位提前β (步驟S220)。順便提及，如果在步驟S210中判斷為電 壓向量命令沒有超過第一切換線SLl (即步驟S210中的否)，控制設備30直接進行到步驟 S230，不執行步驟S220。接著，控制設備判斷電壓向量命令是否已經達到剛好在第二切換線SL2之前的點 (圖17)(步驟230)。如果判斷為電壓向量命令已經達到剛好在第二切換線SL2之前的點 (即步驟230中的是)，控制設備30將電壓相位滯后γ (步驟240)。順便提及，如果在步 驟S230中判斷為電壓向量命令尚未達到剛好在第二切換線SL2之前的點(即步驟230中 的是)，控制設備30直接進行到步驟S250，而不執行步驟S240。如上面所介紹的，采用此第四示例性實施例，通過改變相位變化的時刻，相位可改 變直到60°的電氣角度。順便提及，在上面介紹的各個示例性實施例中，包括轉換器12、使得到逆變器14 的電壓輸入能受到可變的控制的電動機驅動系統的DC電壓發生部分10#的結構是優選的 結構。但是，只要到逆變器14的電壓輸入能夠受到可變的控制，DC電壓發生部分10#的結 構不限于圖1所示的。另外，到逆變器的電壓輸入并非絕對必需是可變的。也就是說，本發 明也可適用于這樣的結構蓄電裝置B的輸出電壓被原樣輸入到逆變器14(例如轉換器被 省略的結構)。另外，在此示例性實施例中，假設作為電動機驅動系統100上的負載的交流電動 機為被提供為驅動部分或完全由電驅動的車輛(例如混合動力車或電氣車輛)的永磁體電 動機。然而，本發明也可適用于負載為可用在其它設備中的任何適當的交流電動機的結構。這里公開的示例性實施例在所有方面僅僅是舉例性的，不應被看作限制。本發明 的范圍不是由前面的說明書指示，而是由權利要求書的范圍指示，并包括屬于權利要求書 范圍以及與之等價的所有修改。
權利要求
一種用于由逆變器驅動的交流電動機的控制設備，其特征在于包含矩形波電壓控制部分，其產生逆變器(14)的控制命令，使得受到相位控制以使交流電動機(M1)根據轉矩命令值運行的矩形波電壓被施加到交流電動機(M1)；以及相位變化控制部分，其控制相位的變化，以便將表示交流電動機(M1)的磁鏈變化的磁鏈向量軌跡的中心保持在矩形波電壓相位變化之前以及之后。
2.根據權利要求1的控制設備，其特征在于，相位變化控制部分被結構化為能夠改變 相位變化的時刻。
3.根據權利要求1或2的控制設備，其特征在于，相位變化控制部分設置矩形波電壓相 位變化量的上限值。
4.根據權利要求3的控制設備，其特征在于，當矩形波電壓相位變化量已經超過上限 值時，相位變化控制部分通過將相位變化量限制到上限值來控制矩形波電壓相位變化。
全文摘要
當切換區域為A1時(即步驟S10中的“A1”)，控制設備以由反饋計算根據轉矩差計算的相位變化量提前相位(步驟S20)。另一方面，當切換區域為A1之后的A2時(即步驟S10中的“A2”)，控制設備以步驟S20中提前的相位變化量滯后相位(步驟S30)。另外，當切換區域為A2后的A3時(即步驟S10中的“A3”)，控制設備以步驟S20中提前的相位變化量再度提前相位(步驟S40)。
文檔編號H02P6/08GK101800508SQ201010113549
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月5日 優先權日2009年2月5日
發明者大野敏和, 山川隼史, 山田堅滋 申請人:豐田自動車株式會社