电动机的控制装置以及控制方法

摘要

具备：驱动部，其将电力供给至电动机；电压指令部，其基于扭矩指令对驱动部进行控制而控制电动机的驱动扭矩；电流限制部，其在驱动部与电动机之间的电流值超过规定值的情况下，输出对驱动部输出的电力进行限制的限制信号；以及限制许可判定部，其判定是许可还是禁止电流限制部向驱动部的限制信号的输出，在电流限制部输出了限制信号的情况下，在电动机的驱动扭矩不满足扭矩指令时，限制许可判定部禁止电流限制部向驱动部的限制信号的输出。

权利要求

1.一种电动机的控制装置，其特征在于，

所述电动机的控制装置具备：

电动机；

驱动部，其将电力供给至所述电动机；

电压指令部，其基于扭矩指令对所述驱动部进行控制而控制所述电动机的驱动扭矩；

电流限制部，在所述驱动部与所述电动机之间的电流值超过规定值的情况下，该电流限制部输出对所述驱动部所输出的电力进行限制的限制信号；以及限制许可判定部，其判定是许可还是禁止所述电流限制部向所述驱动部的所述限制信号的输出，在所述电流限制部输出了所述限制信号的情况下，所述电动机的驱动扭矩不满足所述扭矩指令时，所述限制许可判定部禁止所述电流限制部向所述驱动部的所述限制信号的输出。

2.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，所述限制许可判定部基于所述电动机的驱动扭矩以及旋转速度而禁止所述电流限制部向所述驱动部的所述限制信号的输出。

3.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，所述限制许可判定部基于供给至所述电动机的电力的电压相位以及电流相位而禁止所述电流限制部向所述驱动部的所述限制信号的输出。

4.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，在所述电动机的线圈因对所述驱动部所供给的电力进行控制而产生的磁通比所述电动机的永磁体所产生的磁通大的情况下，所述限制许可判定部许可所述电流限制部向所述驱动部的所述限制信号的输出。

5.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，所述限制许可判定部在许可所述电流限制部向所述驱动部的所述限制信号的输出的情况下，仅在规定时间内许可所述限制信号的输出，并且所述电压指令部在所述规定时间内使所述电动机的驱动扭矩减小。

6.一种电动机的控制方法，其是如下电动机的控制装置的控制方法，该电动机的控制装置具备：电动机；驱动部，其将电力供给至所述电动机；以及电压指令部，其通过基于扭矩指令对所述驱动部所供给的电力进行控制而控制所述电动机的驱动扭矩，所述电动机的控制方法的特征在于，在所述驱动部与所述电动机之间的电流值超过规定值的情况下，输出对所述驱动部输出的电力进行限制的限制信号，并且，在输出了所述限制信号的情况下，在所述电动机的驱动扭矩不满足所述扭矩指令时，禁止所述限制信号的输出。

说明书

电动机的控制装置以及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电动机的控制装置以及控制方法。

背景技术

[0002] 在电机(电动机)的控制中，在产生过电流、电流指示的异常的情况下需要用于对电路进行保护的机制。

[0003] JP08-107602A中公开了如下电机的控制电路，即，在发生小于或等于恒定时间的异常时，在停止通电之后再次通电，在大于或等于恒定时间的异常的情况下停止通电。

发明内容

[0004] 电动机的控制装置基于扭矩指令而对电流值以及电流的相位、电压的相位等进行控制。这里，在根据某个扭矩指令对电动机进行控制时，在进行了电流限制的情况下，电压的相位和电流的相位有可能背离，电动机的驱动扭矩变得不满足扭矩指令，电动机的驱动扭矩过度降低。

[0005] 本发明就是鉴于这种问题点而提出的，其目的在于提供一种电动机的控制装置，在对过电流进行限制的情况下，也控制为使得扭矩指令和实际的扭矩不背离。

[0006] 根据本发明的一个实施方式，应用于如下电动机的控制装置，该电动机的控制装置具备：电动机；驱动部，其将电力供给至电动机；电压指令部，其基于扭矩指令对驱动部进行控制而控制电动机的驱动扭矩；电流限制部，在驱动部与电动机之间的电流值超过规定值的情况下，该电流限制部输出对驱动部所输出的电力进行限制的限制信号；以及限制许可判定部，其判定是许可还是禁止电流限制部向驱动部的限制信号的输出。其特征在于，在电流限制部输出了限制信号的情况下，电动机的驱动扭矩不满足扭矩指令时，限制许可判定部禁止电流限制部向驱动部的限制信号的输出。

附图说明

[0007] 图1是表示本发明的实施方式的电动机的控制装置的功能的功能框图。

[0008] 图2是表示本发明的实施方式的电动机的控制装置的结构的说明图。

[0009] 图3是表示本发明的实施方式的逆变器对电流进行限制的情况下的电流以及电压的相位的变化的说明图。

[0010] 图4是本发明的实施方式的限制许可判定部的限制许可对应图的一个例子的说明图。

[0011] 图5A表示本发明的实施方式的PWM信号生成部的扭矩指令和电机的驱动扭矩的随时间的推移、矢量控制下的电机的电流值以及电压值的随时间的推移。

[0012] 图5B表示本发明的实施方式的电机的三相电压的各电流值的随时间的推移、电压相位以及电流相位的随时间的推移。

具体实施方式

[0013] 下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[0014] 图1是表示本发明的实施方式的电动机的控制装置100的功能的功能框图。

[0015] 图1是表示本实施方式的电动机的控制装置100所实现的功能的功能框图，是表示本发明的实施方式的上位概念的图。

[0016] 三相交流电机(下面，称为“电机”)4接受从驱动部120供给的三相的交流电力而进行驱动。

[0017] 电机4例如由永磁体同步电动机构成，利用从逆变器3供给的三相交流电而使绕组产生磁通，通过与永磁体的作用进行旋转而产生驱动扭矩。

[0018] 驱动部120基于由电压指令生成部110生成的电压指令而从电池等电源生成三相交流电并供给至电机4。电压指令生成部110接受来自运转者的扭矩指令，一边根据对电机4的旋转速度进行检测的转速检测部130、以及对供给至电机4的三相交流的各相的电流进行检测的电流传感器6的输出值而对电机4的动作进行反馈控制、一边生成电压指令。

[0019] 电流限制部150根据电流传感器6的检测值而对过电流进行检测。电流限制部150在检测出过电流时将栅极断开信号输出至驱动部120而限制向电机4的电力供给。

[0020] 限制许可判定部140根据运转者的扭矩指令和转速检测部130的输出值而输出电流限制许可信号，该电流限制许可信号对电流限制部150是否许可栅极断开信号的输出进行指示。

[0021] 图2是表示本发明的实施方式的电动机的控制装置100的结构的说明图。

[0022] 电动机的控制装置100例如搭载于电动汽车，作为电动汽车的驱动力源而起作用。

[0023] 电机4被供给来自逆变器3的三相交流电而进行动作。来自电池1的直流电力经由主继电器2而供给至逆变器3。主继电器2对电池1与逆变器3之间的电路进行开闭而使电力流通以及切断。在电池1与逆变器3之间并联地具备将直流电力平滑化的电容器5。

[0024] 逆变器3具备：多个开关元件Tr(Tr1～Tr6)；以及整流元件(二极管)D(D1～D6)，其与各开关元件Tr并联连接，阻止向开关元件Tr的逆向电流。

[0025] 逆变器3通过开关元件Tr的动作而将电池1的直流电力变换为交流电力并供给至电机4。在本实施方式中，将一对开关元件Tr串联连接得到的3对电路相对于电池1并联连接，一对开关元件Tr之间的输出成为输入至电机4的三相电力的一相。

[0026] 针对从逆变器3向电机4供给的三相电力，分别具备对各相的电流值Iu、Iv、Iw进行检测的电流传感器6。电流传感器6将检测出的电流值Iu、Iv、Iw输出至控制器10。

[0027] 在电机4中具备由旋转变压器、编码器等构成的转子位置传感器7。转子位置传感器7将表示电机4的转子位置θ的位置传感器信号输出至控制器10。

[0028] 在电容器5的两个端子之间具备对电容器5的两个端子之间的电压进行检测的电压传感器8。电压传感器8将检测出的电容器5的两个端子之间的电压信号输出至控制器10。

[0029] 在逆变器3中，开关元件Tr1和Tr2、开关元件Tr3和Tr4以及开关元件Tr5和Tr6分别串联连接。开关元件Tr1和Tr2之间与电机4的U相连接，开关元件Tr3和Tr4之间与电机4的V相连接，开关元件Tr5和Tr6之间与电机4的W相连接。

[0030] 在逆变器3具备栅极驱动电路9以及电流限制电路12。栅极驱动电路9根据来自控制器10的指示而将各开关元件Tr的栅极的ON/OFF信号输出。电流限制电路12对供给至电机4的三相电力的各相的电流值进行监视，在电流值超过电流限制阈值的情况下判定过电流的产生，将栅极断开信号输出至栅极驱动电路9。在栅极断开信号被输出的情况下，逆变器3的各开关元件Tr被控制为OFF，逆变器3所输出的电力受到限制。

[0031] 控制器10具备对逆变器3的动作进行控制的PWM信号生成部11。

[0032] PWM信号生成部11基于来自运转者的扭矩指令值而生成脉冲宽度调制(PWM)信号，将生成的信号输出至栅极驱动电路9。栅极驱动电路9基于来自PWM信号生成部11的PWM信号而在规定的定时对逆变器3的各开关元件Tr进行ON/OFF控制。

[0033] PWM信号生成部11获取从转子位置传感器7输出的、表示电机4的转子位置θ的位置传感器信号。另外，PWM信号生成部11经由栅极驱动电路9获取从电流传感器6输出的从逆变器3供给至电机4的三相电力的各相的电流值Iu、Iv、Iw、以及从电压传感器8输出的电容器5的两个端子之间的电压信号。PWM信号生成部11基于这些获取到的各信号和扭矩指令值生成向栅极驱动电路9输出的PWM信号。

[0034] 控制器10具备限制许可判定部13。如后所述，在逆变器3的电流限制电路12检测出过电流时，限制许可判定部13生成限制许可信号，该限制许可信号决定是否许可将栅极断开信号输出至栅极驱动电路9。

[0035] 电流限制电路12获取从电流传感器6输出的三相电力的各相的电流值Iu、Iv、Iw而判定是否产生了过电流。电流限制电路12在判定为产生了过电流的情况下，仅限于在输入有限制许可信号时对栅极驱动电路9输出栅极断开信号。在将栅极断开信号输入至栅极驱动电路9的情况下，将逆变器3的各开关元件Tr关闭，限制逆变器3的输出。

[0036] 下面，对本发明的实施方式的限制许可判定部13的动作进行说明。

[0037] 在如图2那样构成的电动机的控制装置100中，电流限制电路12在电流传感器6检测出的电流值超过电流限制阈值的情况下判定过电流的产生，输出栅极断开信号而将逆变器3的开关元件Tr控制为OFF。

[0038] 在这样的电流限制电路12的控制中，在逆变器3基于扭矩要求而使电机4进行动作时，根据栅极断开信号而将控制为ON的开关元件Tr控制为OFF。此时，在电机4产生逆电动势，反向的电压被施加于开关元件Tr。逆变器3所输出的电压的相位因该反向的电压而变化。另一方面，根据栅极断开信号对逆变器3所输出的电流进行限制，因此逆变器3所输出的电流的相位也变化。

[0039] 图3是表示本发明的实施方式的逆变器3进行了电流限制的情况下的电流以及电压的相位的变化的说明图。

[0040] 图3所示的图表示电机4以某个驱动扭矩进行动作的情况下的、电流相位α和电压相位β分别变化的情况下的状态。

[0041] 在电流相位α的变化量比电压相位β的变化量大的区域(图3中的(1)以及(2)的区域)中，由电流限制电路12输出栅极断开信号，在逆变器3的输出受到限制的情况下，电流相位α首先增加。而且，伴随与此，电压相位β也向增加方向变化。结果电流相位α和电压相位β向增加方向变化，因此它们不会背离。

[0042] 另一方面，在电流相位α的变化量比电压相位β的变化量小的区域(图3中的(3))中，因电流限制而反复出现电流相位增加和电压相位减小的循环，因此如箭头所示向相对于原来的动作点背离的状态迁移。

[0043] 这样，逆变器3的电压以及电流的相位分别因栅极断开信号而变化。特别是在基于指示扭矩而使电机4进行驱动时，在利用电流限制电路12输出了栅极断开信号的情况下，有时电压以及电流的相位背离，有时电机4的驱动扭矩降低。此外，将电压以及电流的相位背离而使得电机4的驱动扭矩降低的状态称为“背离模式”。

[0044] 由于跳转至背离模式而电机4的驱动扭矩过度降低。因此，在本发明的实施方式中，通过以下面的方式进行控制而抑制向背离模式的跳转。

[0045] 限制许可判定部13基于从PWM信号生成部11输出的各种信号而获取电机4的动作状态，基于电机4的动作状态而判定是否将限制许可信号输出。

[0046] 作为用于限制许可判定部13的判定的电机4的动作状态的一个例子，能够基于指示扭矩和电机4的旋转速度的关系而判定是否输出限制许可信号。

[0047] 图4是本发明的实施方式的限制许可判定部13的限制许可对应图的一个例子的说明图。

[0048] 限制许可判定部13从PWM信号生成部11获取电机4的指示扭矩和电机4的实际旋转速度。限制许可判定部13将获取到的指示扭矩以及实际旋转速度与图4所示的对应图进行对照而判定是输出许可信号输出还是输出限制许可信号。

[0049] 在图4所示的限制许可判定对应图中，将扭矩较低的区域设定为限制禁止区域。在电机4的扭矩较低的区域中，供给至电机4的电流值也较低。在这种运转状态下，施加于电机4的电流值较低，因此正常情况下不会流过超过判定为过电流的电流限制阈值的电流。

[0050] 另一方面，在检测出的电流值的值为因控制装置内部的故障、电流传感器6的故障等而异常的值的情况下，能够防止逆变器3的输出受到限制。

[0051] 下面，对限制许可判定部13的动作的其他例子进行说明。

[0052] 在从逆变器3供给至电机4的电力的电压相位α以及电流相位β的大小关系满足下面所示的式1的情况下，限制许可判定部13将限制许可信号输出至电流限制电路12。

[0053] [式1]

[0054] α＞β

[0055] 在图3中如前所述，在电压相位α比电流相位β大的情况下(图3中的区域(1)以及(2))，在电流限制电路12输出栅极断开信号而对逆变器3的输出电流进行限制的情况下，也不跳转至背离模式。即，即使逆变器的输出电力受到限制，电压相位α产生了变化，也因电流相位β而使得电压相位α的变化向缩小的方向变化，因此电压相位α和电流相位β不会背离。

[0056] 另一方面，在电压相位α比电流相位β小的情况下(图3中的区域(3))，在逆变器的输出电力受到限制而电压相位α产生了变化的情况下，电压相位α的变化因电流相位β而扩大，电压相位α和电流相位β背离。在该情况下，限制许可判定部13不输出限制许可信号而禁止基于电流限制电路12的限制。

[0057] 下面，对限制许可判定部13的动作的另一其他例子进行说明。

[0058] 在从逆变器3供给至电机4的电力满足下面的式2的情况下，限制许可判定部13将限制许可信号输出至电流限制电路12。

[0059] [式2]

[0060] φa-LdIa＜0

[0061] 其中，φa为磁体磁通，Ld为d轴电感，Ia为基于转子位置传感器信号θ和各相的电流值Iu、Iv、Iw、并根据利用下面的式3进行变换所得的d轴电流Id和q轴电流Iq而计算出的值。

[0062] [式3]

[0063]

[0064]

[0065] 关于式2，在通过施加于电机4的三相电流而在线圈侧产生的磁通密度LdIa强至将电机4的永磁体侧的磁通密度φa抵消的程度的情况下，在利用关闭信号对逆变器3的输出电力进行限制时，驱动扭矩的降低量也减小而不会跳转至背离模式。

[0066] 另一方面，在线圈侧的磁通LdIa比永磁体侧的磁通φa小的情况下，有可能在对逆变器3的输出电力进行了限制的情况下跳转至背离模式。因此，在满足前述的式3的情况下，限制许可判定部13不输出限制许可信号而禁止基于电流限制电路12的限制。

[0067] 下面，对产生过电流时的其他控制的例子进行说明。

[0068] 如前所述，限制许可判定部13基于逆变器3对电机4的控制而判定出禁止基于电流限制电路12的限制。

[0069] 与此相对，在电流限制电路12因电流传感器6检测出的电流值超过电流限制阈值而判定出产生了过电流时，限制许可判定部13始终发行许可，许可栅极断开信号的输出。而且，直至经过了规定时间为止，控制器10对PWM信号生成部11输出与输入至控制器10的扭矩指令相比而减小扭矩的扭矩减小指令。

[0070] 通过以该方式进行控制也能够防止跳转至背离模式。

[0071] 图5A以及5B是本发明的实施方式的通过限制许可判定部13实现的电流限制动作的控制的一个例子的说明图。

[0072] 图5A表示PWM信号生成部11的扭矩指令和电机4的驱动扭矩的随时间的推移、矢量控制下的电机4的电流值Ia以及电压值Va的随时间的推移。图5B表示电机4的三相电压的各电流Iu、Iv、Iw的电流值的随时间的推移、以及电机4的电压相位α以及电流相位β的随时间的推移。

[0073] 在电流限制电路12检测出过电流的情况下，电流限制电路12将栅极断开信号输出至逆变器3。由此，逆变器3的输出电流受到限制(定时t1)。

[0074] 此时，电流限制电路12还向PWM信号生成部11通知检测出了过电流。在PWM信号生成部11被通知检测出了过电流的情况下，PWM信号生成部11与过电流相对应地执行由逆变器3驱动的电机4的驱动扭矩的扭矩下降控制(定时t2)。

[0075] 通过以该方式进行控制，因使扭矩指令减小而使得逆变器3输出的电流减小，因此电流值变得小于或等于电流限制阈值，停止通过电流限制电路12进行的栅极断开信号的输出，将逆变器3的限制解除。即，即使根据栅极断开信号而对逆变器3的输出进行了限制，也能够根据扭矩减小指令使扭矩减小而减小电机4的驱动扭矩，由此能够防止跳转至如前所述的背离模式。

[0076] 如以上说明，本发明的实施方式的电动机的控制装置100应用于电动机的控制装置100，该电动机的控制装置100具有：电机4(电动机)；驱动部，其将电力供给至电机4；电压指令生成部110，其基于扭矩指令对驱动部120进行控制而控制电机4的驱动扭矩；电流限制部150，在驱动部120与电机4之间的电流值超过规定值的情况下，该电流限制部150输出对驱动部120所输出的电力进行限制的限制信号；以及限制许可判定部140，其判定是电流限制部150许可还是禁止向驱动部120的栅极断开信号(限制信号)的输出。

[0077] 其特征在于，在电流限制部150输出了限制信号的情况下，在电机4的驱动扭矩不满足扭矩指令时，限制许可判定部140禁止电流限制部150向驱动部的限制信号的输出。

[0078] 通过以该方式构成，在电机4的电流值超过规定值的情况下，能够抑制驱动部120的电流值而防止电机4、驱动部120等的破损、电机4的永磁体退磁。并且，在输出了限制信号的情况下，在电机4的驱动扭矩不满足扭矩指令的情况下不进行电流限制，因此能够避免变为电机4的驱动扭矩不满足扭矩指令的状态。

[0079] 在以上说明的本发明的实施方式中，以由电机4驱动的电动汽车为例进行了说明，但并不局限于此。例如，即使在搭载有发动机、且利用电机4和发动机而行驶的混合动力汽车中也同样能够应用。

[0080] 以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不过表示本发明的应用例的一部分而已，其主旨并非将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。