旋转电机驱动装置的控制装置的制作方法

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旋转电机驱动装置的控制装置的制造方法

本发明是关于旋转电机驱动装置的控制装置的发明,所述旋转电机驱动装置包括:构成为升压直流电源的电源电压之后能够输出到系统电压线的转换器;和实施电力变换的逆变器,该逆变器设置在所述转换器和旋转电机之间,在所述系统电压线的直流电力和驱动所述旋转电机的交流电力之间进行电力变换。



背景技术:

与上述旋转电机驱动装置的控制装置相关,已知有例如在下述专利文献1中记载的技术。在专利文献1中揭示了由多个逆变器共享转换器的输出电压,控制多个旋转电机的旋转电机驱动装置。专利文献1的技术是针对转换器的电压指令值多个候选值分别计算出直流电源的功率损耗、转换器的功率损耗、多个逆变器的功率损耗、以及所有这些的总和功率损耗,从多个候选电压中确定出总和功率损耗为最小的电压,将确定出的电压设定为转换器的电压指令值。同时,专利文献1的技术还包括存储以直流电压、旋转电机的旋转速度、扭矩等作为参数的各个功率损耗的映射数据,使用映射数据计算出各个功率损耗。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利申请特开2007-325351号公报(图1,图5)



技术实现要素:

发明想要解决的问题

但是专利文献1的技术存在如下问题:因为需要针对多个候选电压值分别使用各个功率损耗的映射数据来计算出各个功率损耗,这样运算处理负荷变得很大。为了提高确定精度,有必要增加电压候选值的数量,而随着电压候选值数量的增加,运算处理负荷也会增大。

专利文献1的技术中需要保存各个功率损耗的映射数据,就有了存储装置的存储量变大的问题。特别是根据转换器的电路构成的不同,转换器的损耗特性有时相对于转换器的输出功率的增加并不单调增加。这个时候需要为直流电压、转换器的输出电压、转换器的输出功率详细地设定转换器的功率损耗的映射数据。而且由于需要算出多个动作点上的功率损耗,因此存储量以及运算处理负荷将大幅增加,需要安装高性能的运算处理装置,这样就带来了控制装置的高成本化的问题。

于是期望有这样的旋转电机驱动装置的控制装置:它能够降低用于计算降低旋转电机驱动装置的功率损耗的转换器电压指令值的运算处理所必需的运算处理负荷以及存储量。

解决问题的技术方案

关于本发明涉及的旋转电机驱动装置的控制装置,所述旋转电机驱动装置包括升压直流电源的电源电压之后能够输出到系统电压线的转换器;以及设置在所述转换器与旋转电机之间,用来在所述系统电压线的直流电与驱动所述旋转电机的交流电之间进行电力转换的逆变器,所述控制装置的特征在于,包括:电压指令值大于所述电源电压时,控制所述转换器,让所述系统电压线的直流电压即系统电压接近所述电压指令值的转换器控制部;以及在所述电源电压以上所述转换器的输出上限电压以下的范围内计算出所述电压指令值的电压指令算出部,所述电压指令算出部包括:必要最小电压算出部,所述必要最小电压算出部在当前的所述旋转电机的扭矩指令值和旋转速度的条件下,计算出实行所述旋转电机的最大扭矩电流控制时所必需的最小的所述系统电压即必要最小电压;损耗最小指令算出部,所述损耗最小指令算出部:在所述必要最小电压在所述电源电压以上所述转换器的输出上限电压以下时,计算出转换器的损耗系数,所述转换器的损耗系数表示所述转换器的功率损耗特性,是以所述系统电压为变量的多项式的系数;计算出逆变器的损耗系数,所述逆变器的损耗系数表示所述逆变器的功率损耗特性,是以所述系统电压为变量的多项式的系数;为多项式的每个次数计算出所述转换器的损耗系数和所述逆变器的损耗系数的总和;基于计算出的每个次数的总和损耗系数,在所述必要最小电压以上所述转换器的输出上限电压以下的候选电压范围内,计算出让所述转换器和所述逆变器的总和功率损耗成为最小的所述系统电压,即低损耗电压;将所述低损耗电压设定给所述电压指令值。

发明效果

本发明涉及的旋转电机驱动装置的控制装置并不是通过对多个电压候选值使用映射数据计算出各个功率损耗、探索出总和功率损耗为最小的电压指令值,而是能够根据代表了各个功率损耗特性的多项式系数,设定电压指令值,从而能够降低运算处理负荷。并且,用多项式来近似各个功率损耗特性,因此与直接将功率损耗特性映射数据化相比,存储装置的存储量能够大幅降低。因此,在降低运算处理负荷与存储量的同时,旋转电机驱动装置的总和功率损耗也能够降低。

附图说明

[图1]本发明实施方式1的旋转电机驱动装置和控制装置的结构图。

[图2]本发明实施方式1的控制装置的简要方框图。

[图3]本发明实施方式1的逆变器控制部的方框图。

[图4]本发明实施方式1的电压指令算出部的方框图。

[图5]本发明实施方式1的旋转电机的扭矩-旋转速度特性图。

[图6]本发明实施方式1的逆变器以及旋转电机的功率损耗特性图。

[图7]本发明实施方式1的必要最小电压算出部的方框图。

[图8]本发明实施方式1的转换器功率损耗特性图。

[图9]表示本发明实施方式1的损耗最小指令算出部的处理的流程图。

[图10]用于说明表示本发明实施方式1的转换器的功率损耗特性的多项式及其系数计算方法的图。

[图11]用于说明表示本发明实施方式1的第一逆变器的功率损耗特性的多项式及其系数计算方法的图。

[图12]用于说明表示本发明实施方式1的第二逆变器的功率损耗特性的多项式及其系数计算方法的图。

[图13]用于说明本发明实施方式1的总和功率损耗特性随2次总和损耗系数的正负而进行变化的图。

[图14]用于说明本发明实施方式1的根据极电压位置来设定电压指令值的图。

[图15]用于说明本发明实施方式1的根据极电压位置来设定电压指令值的图。

[图16]用于说明本发明实施方式1的根据极电压位置来设定电压指令值的图。

[图17]用于说明本发明实施方式1的根据极电压位置来设定电压指令值的图。

[图18]本发明实施方式1的算法选择部的方框图。

[图19]本发明实施方式2的电压指令算出部的方框图。

[图20]本发明实施方式1的控制装置的硬件结构图。

具体实施方式

参照附图来说明实施方式1的旋转电机驱动装置1000的控制装置400(以下简称控制装置400)。图1是本实施方式的旋转电机驱动装置1000以及控制装置400的简要结构图。

旋转电机驱动装置1000包括转换器15和逆变器in组成,转换器15构成为能够在升压直流电源b的电源电压vb之后输出到系统电压线7,8,转换器15与旋转电机mg之间设置了逆变器in,它在系统电压线7,8的直流功率与驱动旋转电机mg的交流功率之间进行功率变换。本实施方式中,旋转电机mg被作为车轮的驱动力源,旋转电机驱动装置1000以及控制装置400被搭载到车辆(本例中是混合动力车辆)上。旋转电机mg和逆变器in设置了多组(本例中是2组)。

第1以及第2旋转电机mg1、mg2分别包括固定在非旋转部件上的定子和配置在该定子的径向内侧、可旋转地得到支承的转子。本实施方式中,旋转电机mg采用永磁体同步型的旋转电机,在定子上设置3相绕组,在转子上设置永磁体。第1以及第2旋转电机mg1、mg2各自同时兼具电动机和发电机的功能。

本实施方式中,第1旋转电机mg1作为由未图示的内燃机驱动的发电机进行动作,并且也作为启动内燃机的电动机进行动作。第2旋转电机mg2经由未图示的输出轴和减速机与车轮联结,作为驱动车轮的电动机进行动作,并且也作为利用车轮的驱动力进行再生发电的发电机进行动作。

接着来说明用于驱动第1以及第2旋转电机mg1,mg2的装置结构。直流电源b使用了镍氢或锂离子等类型的二次电池。当然直流电源b也可以使用电双层电容器等。直流电源b的正极端与转换器15的电源侧正极电线6相连接,直流电源b的负极端与转换器15的电源侧负极电线5相连接。为了检测出直流电源b的电源电压vb,设置了电源电压传感器10。电源电压传感器10的输出信号被输入至控制装置400。

转换器15连接在直流电源b与系统电压线7、8之间,是转换直流功率的dc-dc(直流到直流)转化器。本实施方式中,转换器15是升降压转换器,它具有将直流电源b的电源电压vb升压之后输出到系统电压线7,8的升压斩波器功能以及将系统电压线7,8的直流电压即系统电压vh降压之后输出到直流电源b的降压斩波器功能。转换器15至少具有电抗器、开关元件和稳流二极管。

转换器15中有连接在电源侧正极电线6和电源侧负极电线5之间的滤波电容器c1。在直流电源b的正极端与电源侧正极电线6之间,以及直流电源b的负极端与电源侧负极电线5之间设置了车辆驾驶时被打开、车辆驾驶停止时被关闭的继电器(没有图示)。

本实施方式中,转换器15包括:升压斩波器和降压斩波器共用的一个电抗器l1;升压斩波器用的2个开关元件q3、q4;升压斩波器用的2个稳流二极管d1、d2;降压斩波器用的2个开关元件q1、q2;降压斩波器用的2个稳流二极管d3、d4;升压斩波器和降压斩波器共用的滤波电容器c0。4个开关元件q1、q2、q3、q4位于正极侧的系统电压线7和负极侧的系统电压线8之间,从正极侧开始按q1、q2、q3、q4的顺序串联连接。4个稳流二极管d1、d2、d3、d4分别与4个开关元件q1、q2、q3、q4反向并联连接。4个开关元件q1、q2、q3、q4分别根据控制装置400发出的转换器控制信号s1、s2、s3、s4来控制开、关。

电抗器l1连接在开关元件q2与q3的连接节点和电源侧正极电线6之间。电容器c2连接在开关元件q1与q2的连接节点和开关元件q3与q4的连接节点之间。滤波电容器c0连接在正极侧的系统电压线7和负极侧的系统电压线8之间。正极侧的系统电压线7和负极侧的系统电压线8之间,为了检测出系统电压线7、8的系统电压vh而设置了系统电压传感器13。系统电压传感器13的输出信号被输入至控制装置400。

第1逆变器in1和第2逆变器in2的直流电压侧通过共用的系统电压线7、8与转换器15相连。

第1逆变器in1中,与3相各相的绕组相对应地,设置有3组串联电路(支线),每组串联电路通过串联连接与正极侧的系统电压线7相连接的正极侧的开关元件q11(上臂)和与负极侧的系统电压线8相连接的负极侧的开关元件q12(下臂)而构成。即第1逆变器in1有3个正极侧的开关元件q11u、q11v、q11w和3个负极侧的开关元件q12u、q12v、q12w,合计共6个开关元件。各个开关元件q11u、q11v、q11w、q12u、q12v、q12w分别与稳流二极管d11u、d11v、d11w、d12u、d12v、d12w反向并联连接。然后,各相的正极侧的开关元件q11与负极侧的开关元件q12的连接节点又和第1旋转电机mg1中相应的相的绕组连接。用于检测各相绕组上流过的电流的电流传感器27被设置在用于连接开关元件的连接节点和绕组的各相的电线上。电流传感器27的输出信号发送到控制装置400。各个开关元件q11u、q11v、q11w、q12u、q12v、q12w分别根据控制装置400发出的第1逆变器控制信号s11、s12、s13、s14、s15、s16来控制开、关。

同样的,第2逆变器in2中,与3相各相的绕组相对应地,设置有3组串联电路(支线),每组串联电路通过串联连接与正极侧的系统电压线7相连接的正极侧的开关元件q21(上臂)和与负极侧的系统电压线8相连接的负极侧的开关元件q22(下臂)而构成。即第2逆变器in2有3个正极侧的开关元件q21u、q21v、q21w和3个负极侧的开关元件q22u、q22v、q22w,合计共6个开关元件。各个开关元件q21u、q21v、q21w、q22u、q22v、q22w分别与稳流二极管d21u、d21v、d21w、d22u、d22v、d22w反向并联连接。然后,各相的正极侧的开关元件q21与负极侧的开关元件q22的连接节点又和第2旋转电机mg2中相应的相的绕组连接。用于检测各相绕组上流过的电流的电流传感器27被设置在用于连接开关元件的连接节点和绕组的各相的电线上。电流传感器27的输出信号发送到控制装置400。各个开关元件q21u、q21v、q21w、q22u、q22v、q22w分别根据控制装置400发出的第2逆变器控制信号s21、s22、s23、s24、s25、s26来控制开、关。

逆变器in1、in2根据控制装置400的开关控制,将系统电压线7、8的直流电压转换成3相交流电压之后输出到旋转电机mg1、mg2,这样就使旋转电机mg1、mg2具备了电动机的功能。并且,逆变器in1、in2还能根据控制装置400的开关控制将旋转电机mg1、mg2发电产生的3相交流电压转换成直流电压之后,输出到系统电压线7、8上。

作为转换器15以及逆变器in1、in2的开关元件,采用igbt(绝缘栅双极型晶体管)、功率mos(金属氧化物半导体)晶体管、功率双极型晶体管、sic、gan等。

逆变器in1、in2中分别设置了用于检测出转子的旋转角θ的旋转角传感器28(本例中为旋转变压器)。每个旋转角传感器28的输出信号发送到控制装置400。控制装置400基于每个旋转角传感器28的输出信号,分别检测出旋转电机mg1、mg2的旋转角θ1、θ2。然后基于旋转角θ1、θ2分别计算出旋转电机mg1、mg2的旋转速度ω1、ω2(本案例中为旋转角速度)。

控制装置400具有后面会讲到的转换器控制部750、电压指令算出部700以及逆变器控制部600等功能部件。控制装置400的各个功能是通过控制装置400所具备的处理电路来实现的。本实施方式中,控制装置400的处理电路(如图20所示)有以下这些部分:cpu(中央处理单元)和dsp(数字信号处理器)等运算处理装置90(计算机);与运算处理装置90之间进行数据交换的存储装置91;将外部的信号输入到运算处理装置90的输入电路92;以及从运算处理装置90输出信号到外部的输出电路93等。作为存储装置91,具有ram(随机存取存储器)、rom(只读存储器)等,ram构成为能够从运算处理装置90读取并且写入数据,rom构成为只能从运算处理装置90读取数据。输入电路92与电压传感器10、13等各式传感器以及开关等相连接,具有a/d变换器等,将这些传感器和开关等的输出信号发送到运算处理装置90。输出电路93与对开关元件进行开关驱动的栅极驱动电路等的电负载相连接,具有将控制信号从运算处理装置90输出到这些电负载的驱动电路等。本实施方式中,输入电路92与电源电压传感器10、系统电压传感器13、电流传感器27、旋转角传感器28等相连接。输出电路93与转换器15的开关元件(栅极驱动电路)、逆变器in1、in2的开关元件(栅极驱动电路)等相连接。

然后,控制装置400所具备的各控制部750、700、600等的各功能是通过运算处理装置90运行rom等存储装置91中所存储的软件(程序),并且与存储装置91、输入电路92以及输出电路93等控制装置400的其他硬件一起协同工作来实现的。另外,各控制部750、700、600等所使用的映射数据等设定数据作为软件(程序)的一部分,由rom等存储装置91所存储。

以下对控制装置400的各功能详细说明。

〈逆变器控制部600〉

首先,逆变器控制部600是通过控制逆变器in的开关元件的开关来实施旋转电机mg的动作控制的。逆变器控制部600对逆变器in的开关元件进行开关控制,使得旋转电机mg输出扭矩指令值tqcom的扭矩。扭矩指令值tqcom是控制装置400外部的控制装置或者控制装置400内部的其他控制部传递过来的。本实施方式中,逆变器控制部600使用矢量控制法来实施电流反馈控制。本实施方式中,逆变器控制部600包括第1逆变器控制部601和第2逆变器控制部602,第1逆变器控制部601控制第1逆变器in1和第1旋转电机mg1,第2逆变器控制部602控制第2逆变器in2和第2旋转电机mg2。

第1以及第2扭矩指令值tqcom1、tqcom2分别根据运转状态设定为正或负。特别是混合动力车辆的再生制动时,将第2扭矩指令值tqcom2设定为负值(tqcom2<0)。这个时候,第2逆变器in2将根据响应于第2逆变器控制信号s21~s26的开关动作,把第2旋转电机mg2发电产生的交流电压变换成直流电压,把直流电压(系统电压vh)提供给转换器15。

因为第1逆变器控制部601和第2逆变器控制部602有同样的构成,所以以下将第1逆变器控制部601作为代表来说明。

如图3所示,第1逆变器控制部601包括以下几个部分:电流指令算出部610、电流控制部640、电压坐标变换部650、pwm信号生成部660、电流坐标变换部620以及旋转速度检出部630。旋转速度检出部630根据第1旋转电机mg1的旋转角传感器28的输出信号检测出第1旋转电机mg1的转子旋转角度θ1(磁极位置)和旋转角速度ω1。

电流指令算出部610用来算出第1旋转电机mg1的3相绕组上流过的电流的指令值,即,第1旋转电机mg1的dq轴旋转坐标系表示的d轴电流指令值idcom和q轴电流指令值iqcom。dq轴旋转坐标系指的是在设置于第1旋转电机mg1的转子的永磁体的n极方向(磁极位置)上确定的d轴以及在以d轴为基准将电角度前进90度(π/2)所得到的方向上确定的q轴所构成的、与转子的电角度旋转同步地进行旋转的2轴的旋转坐标系。

电流指令算出部610算出第1扭矩指令值tqcom1,即,输出到第1旋转电机mg1的d轴电流指令值idcom和q轴电流指令值iqcom。电流指令算出部610基于最大扭矩电流控制、削弱磁场控制等电流矢量控制方法计算出dq轴电流指令值idcom、iqcom。最大扭矩电流控制法指的是计算出针对同一电流产生扭矩最大的dq轴电流指令值idcom、iqcom。削弱磁场控制法指的是与最大扭矩电流控制法所算出的dq轴电流指令值idcom、iqcom相比,使d轴电流指令值idcom更加在负方向上增加。削弱磁场控制法根据第1扭矩指令值tqcom1在感应电压椭圆(电压限制椭圆)上移动dq轴电流指令值idcom、iqcom。削弱磁场控制法实施扭矩控制,使得基波成分的振幅大致固定。

电流指令算出部610,针对每一种控制方式预先设定第1扭矩指令值tqcom1与dq轴电流指令值idcom、iqcom之间的关系而得到映射数据,利用这些映射数据计算出与第1扭矩指令值tqcom1相对应的dq轴电流指令值idcom、iqcom。

电流指令算出部610,在能够实行最大扭矩电流控制的运转条件下,通过最大扭矩电流控制计算出dq轴电流指令值,在因为有电压限制椭圆的限制,不能通过最大扭矩电流控制算出dq轴电流指令值的运转条件下,通过削弱磁场控制计算出dq轴电流指令值。

基于第1旋转电机mg1的电流传感器27的输出信号检测出各相的绕组上流过的3相电流iu、iv、iw,电流坐标变换部620根据磁极位置θ1对该3相电流iu、iv、iw进行3相2相变换以及旋转坐标变换,变换成用dq轴坐标系表示的d轴电流id和q轴电流iq。电流控制部640进行如下反馈控制:为了让dq轴电流id、iq接近于dq轴电流指令值idcom、iqcom,利用pi控制来改变d轴电压指令值vd#以及q轴电压指令值vq#,该d轴电压指令值vd#以及q轴电压指令值vq#是用dq轴旋转坐标系来表示第1旋转电机mg1上施加的电压的指令信号而得到的。这之后,电压坐标变换部650基于磁极位置θ1对dq轴电压指令值vd#、vq#实施固定坐标变换以及2相3相变换,转换为给3相各相的绕组的交流电压指令值,即三相交流电压指令值vu,vv,vw。另外在电压坐标变换时系统电压vh也被反映。

pwm信号生成部660分别比较三相交流电压指令值vu,vv,vw和具有系统电压vh的振动幅度的、以载波频率进行振动的载波(三角波),当交流电压指令值超过载波时,打开矩形脉冲波;当交流电压指令值低于载波时关闭矩形脉冲波。pwm信号生成部660基于3相各相的矩形脉冲波生成第1逆变器控制信号s11~s16,输出到第1逆变器in1。

<转换器控制部750>

转换器控制部750在电压指令值vh#大于电源电压vb时,对转换器15实施控制,使得系统电压线7、8的直流电压即系统电压vh值接近于电压指令值vh#。本实施方式中,转换器控制部750基于电源电压传感器10的输出信号检测出电源电压vb,基于系统电压传感器13的输出信号检测出系统电压vh。转换器控制部750根据系统电压vh以及电压指令值vh#,通过pwm控制方式,改变转换器控制信号s1~s4的占空比。

转换器控制部750使转换器15进行升压动作的时候,比如交替设置开关元件q1、q2的开期间以及开关元件q3、q4的开期间,通过改变两个开期间的比率,来改变升压比。转换器控制部750使转换器15进行降压动作的时候,比如交替设置开关元件q1、q2的开期间以及开关元件q1、q2、q3、q4的闭期间,通过改变开期间和闭期间的比率,来改变降压比。转换器控制部750在电压指令值vh#小于等于电源电压vb的时候,开关元件q1、q2、q3、q4全部关闭,使得直流电源b与系统电压线7、8成为直接连接的状态。

转换器15在升压动作时,将直流电源b提供的电源电压vb升压之后成为系统电压vh,再将系统电压vh同时提供给逆变器in1、in2。转换器15在降压动作时,通过滤波电容器c0将逆变器in1、in2所提供的系统电压vh降压,然后提供给直流电源b。

<电压指令算出部700>

电压指令算出部700在电源电压vb以上转换器15的输出上限电压vmax以下的范围内算出电压指令值vh#。

旋转电机mg在旋转速度ω以及扭矩增加之后,旋转电机mg的反电动势就会增加,感应电压也会增加,因此对旋转电机mg实施最大扭矩电流控制时所必需的最小系统电压vh、即必要最小电压vhl会增高。为了实施最大扭矩电流控制,系统电压vh就要比必要最小电压vhl高。另一方面,转换器15的升压是有限制的,转换器15的输出电压(系统电压vh)是有上限值(输出上限电压vmax)的。

如图4和图7所示,电压指令算出部700设置了必要最小电压算出部800,它的作用是在旋转电机mg的扭矩指令值tqcom以及旋转速度ω的当前条件下,算出实施旋转电机mg的最大扭矩电流控制时所必需的最小系统电压vh、即必要最小电压vhl。

电压指令算出部700在必要最小电压vhl小于等于输出上限电压vmax的时候,将电压指令值vh#设定在必要最小电压vhl以上输出上限电压vmax以下的候选电压范围内,逆变器控制部600实施最大扭矩电流控制。另一方面,电压指令算出部700在必要最小电压vhl大于输出上限电压vmax的时候将电压指令值vh#设定为输出上限电压vmax,实施削弱磁场控制。

为了说明实行最大扭矩电流控制的最大扭矩区域,在图5中示出了扭矩-旋转速度特性。纵轴是旋转电机mg的扭矩,横轴是旋转电机的旋转速度ω,图中的实线表示当实行最大扭矩电流控制的时候,各个旋转速度ω下的最大扭矩线。当旋转速度ω小于等于基底旋转速度时,因为旋转电机mg的电流的确定受额定电流的限制,旋转电机mg的最大输出扭矩相对于旋转速度ω的变化是一个固定值。当旋转速度ω大于基底旋转速度时,因为旋转电机mg的线间电压的确定受系统电压vh的限制,旋转电机mg的最大输出扭矩随着旋转速度ω的增加而减少。

图5中多条实线曲线图示了系统电压vh变化时,最大扭矩电流控制的最大扭矩线的变化。如图5所示,随着系统电压vh从电源电压vb升压到输出上限电压vmax,最大扭矩线和基底旋转速度能够向着高旋转速度的方向移动,就能够扩大最大扭矩区域。当系统电压vh等于输出上限电压vmax时,基底旋转速度最高,最大扭矩区域最大。在对应于该输出上限电压vmax的最大扭矩区域内,为了实行最大扭矩电流控制,让系统电压vh在必要最小电压vhl到输出上限电压vmax的范围内变化。

比这个输出上限电压vmax所对应的最大扭矩区域更高旋转速度和更高扭矩一侧的区域,就是实行削弱磁场控制的削弱磁场区域。在这个削弱磁场区域中系统电压vh等于输出上限电压vmax。

最大扭矩区域是为了实施最大扭矩电流控制的必要最小电压vhl小于等于系统电压vh(输出上限电压vmax)的区域,削弱磁场区域是必要最小电压vhl大于系统电压vh(输出上限电压vmax)的区域。

图6中,纵轴是逆变器in及旋转电机mg的总功率损耗,横轴是系统电压vh,是某个旋转速度下,各扭矩的等转矩曲线图。一般来说,要产生大的扭矩,就需要大的电动机电流,因此损耗就会相应变大。图6中虚线是一条最大扭矩区域与削弱磁场区域切换的线,也是系统电压vh等于必要最小电压vhl的线。从图6可以看出在最大扭矩区域与削弱磁场区域切换线的附近逆变器in及旋转电机mg的总功率损耗会变小。

还可看出,在削弱磁场区域中,系统电压vh越小逆变器in及旋转电机mg的总功率损耗则越大。因此,准备好第1以及第2旋转电机mg1、mg2,当第1旋转电机mg1的必要最小电压vhl(以下称之为第1必要电压vmg1)与第2旋转电机mg2的必要最小电压vhl(以下称之为第2必要电压vmg2)不相等时,设定电压指令值vh#,让系统电压vh接近于vmg1和vmg2中电压高的一方,就能够让第1以及第2旋转电机mg1、mg2双方都在最大扭矩区域一侧动作,从而能降低损耗。本实施方式中,如后所述,必要最小电压算出部800把比第1必要电压vmg1和第2必要电压vmg2中较高的电压设定为必要最小电压vhl。

实施最大扭矩电流控制时,电压指令值vh#能够在必要最小电压vhl到输出上限电压vmax的电压范围内设定,有设定的自由度。于是在电压指令算出部700中设置了损耗最小指令算出部802,它的作用是在必要最小电压vhl以上转换器15的输出上限电压vmax以下的候选电压范围内,将低损耗电压vhll设定给电压指令值vh#,低损耗电压vhll就是指转换器15和逆变器in的总合功率损耗成为最小时的系统电压vh。

但是如果希望算出总合功率损耗成为最小时的系统电压vh,就会有增加运算处理负荷的问题。例如,如图6所示,对于多个候选电压,分别用功率损耗特性映射数据算出功率损耗,需要确定在这些多个候选电压中总合功率损耗最小的电压。

于是当必要最小电压vhl在电源电压vb以上转换器15的输出上限电压vmax以下的时候,损耗最小指令算出部802算出转换器的损耗系数,算出逆变器的损耗系数,转换器的损耗系数代表了转换器15的功率损耗特性,它是以系统电压vh为变量的多项式的系数,逆变器的损耗系数代表了逆变器in的功率损耗特性,它是以系统电压vh为变量的多项式的系数。然后损耗最小指令算出部802为多项式的每个次数算出转换器的损耗系数及逆变器的损耗系数的总和,基于算出的每个次数的总和损耗系数算出候选电压范围内的低损耗电压vhll,将低损耗电压vhll的值设定给电压指令值vh#。

这样的构成机制,因为是基于为多项式的每个次数算出转换器的损耗系数及逆变器的损耗系数的总和而得到的总和损耗系数来算出低损耗电压vhll,就没有必要对多个候选电压分别用映射数据进行计算,从而能够降低运算处理负荷。而且,由于用多项式来近似各个功率损耗特性,因此相比于将功率损耗特性直接进行映射数据化,存储装置的存储量也能够大幅降低。

以下详细说明电压指令算出部700的各组成部分。

<必要最小电压算出部800>

首先说明必要最小电压算出部800的详细构成。对于第1旋转电机mg1,在第1旋转电机mg1的扭矩指令值tqcom1和旋转速度ω1的当前条件下,必要最小电压算出部800算出实行第1旋转电机mg1的最大扭矩电流控制时所必需的最小的系统电压vh,即第1必要电压vmg1。对于第2旋转电机mg2,在第2旋转电机mg2的扭矩指令值tqcom2和旋转速度ω2的当前条件下,必要最小电压算出部800算出实行第2旋转电机mg2的最大扭矩电流控制时所必需的最小的系统电压vh,即第2必要电压vmg2。然后必要最小电压算出部800将第1必要电压vmg1和第2必要电压vmg2中的最大值设定给必要最小电压vhl。

这样的构成,让第1及第2旋转电机mg1、mg2双方都能够把能实施最大扭矩电流控制的最小的系统电压vh设定给必要最小电压vhl。从而能够避开让功率损耗增加的削弱磁场控制的实施,就能够降低第1及第2逆变器in1、in2和旋转电机的功率损耗。

本实施方式中,如图7所示,必要最小电压算出部800包括如下部分:第1及第2最大扭矩电流指令算出部1110;第1及第2电感算出部1120;第1及第2必要电压算出部1130;最大电压运算部1140。

第1最大扭矩电流指令算出部1110算出第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1,这两个指令值在实行最大扭矩电流控制时,向第1旋转电机mg1输出第1扭矩指令值tqcom1。第1最大扭矩电流指令算出部1110与第1逆变器控制部601的电流指令算出部610使用同样的方法算出dq轴电流指令值。

本实施方式中,第1最大扭矩电流指令算出部1110是在基底旋转速度以下预先设定的旋转速度(例如,ω1=0)的既定运转条件下,算出第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1。根据这个构成,即使现在的运转条件是削弱磁场区域,也能确实地计算出最大扭矩电流控制用的电流指令值。

第1最大扭矩电流指令算出部1110使用预先设定了第1扭矩指令值tqcom1和第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1之间关系的映射数据,计算出与第1扭矩指令值tqcom1相对应的第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1。映射数据是实测值,或者是根据磁场分析预先设定的值。映射数据中,根据规定的扭矩指令值间隔(刻度),设定有与各扭矩指令值相对应的q轴电流指令值和d轴电流指令值。

第1电感算出部1120计算出对应于第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1的第1旋转电机mg1的第1dq轴电感ld_loss1、lq_loss1。第1电感算出部1120使用预先设定了第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1和第1dq轴电感ld_loss1、lq_loss1之间关系的映射数据,计算出与第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1相对应的第1dq轴电感ld_loss1、lq_loss1。

第1必要电压算出部1130根据第1最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss1、iqcom_loss1、第1dq轴电感ld_loss1、lq_loss1以及第1旋转电机mg1的旋转速度ω1,通过下式计算出第1必要电压vmg1。

[公式1]

数1

在这里η1是电压利用率,表示了系统电压vh变换为第1旋转电机mg1的线间电压的比率。因此,式1中,通过平方根的运算计算出在实行第1旋转电机mg1的最大扭矩电流控制时所必需的最小的第1旋转电机mg1的线间电压,使用η1将线间电压转换为系统电压。r1是第1旋转电机mg1的定子绕组的电阻。φmag1是第1旋转电机mg1的转子永磁体的磁通量。

第2最大扭矩电流指令算出部1110用与第1最大扭矩电流指令算出部1110相同的方法,算出第2最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss2、iqcom_loss2,这两个指令值在实行最大扭矩电流控制时,向第2旋转电机mg2输出第2扭矩指令值tqcom2。

第2电感算出部1120用与第1电感算出部1120相同的方法,计算出对应于第2最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss2、iqcom_loss2的第2旋转电机mg1的第2dq轴电感ld_loss2、lq_loss2。

第2必要电压算出部1130根据第2最大扭矩dq轴电流指令值idcom_loss2、iqcom_loss2、第2dq轴电感ld_loss2、lq_loss2以及第2旋转电机mg2的旋转速度ω2,通过下式计算出第2必要电压vmg2。

公式2

数2

在这里η2是电压利用率,表示了系统电压变换为第2旋转电机mg2的线间电压的比率。r2是第2旋转电机mg2的定子绕组的电阻,φmag2是第2旋转电机mg2的转子永磁体的磁通量。

最大电压运算部1140通过下式计算出第1必要电压vmg1、第2必要电压vmg2以及电源电压vb中的最大值,将最大值设定给必要最小电压vhl。

vhl=max(vmg1,vmg2,vb)(3)

在这里,max(a,b,c)是a,b,c中取最大值的函数。还可以写成vhl=max(vmg1,vmg2)

<损耗最小指令算出部802>

损耗最小指令算出部802如上所述,在必要最小电压vhl在电源电压vb以上转换器15的输出上限电压vmax以下的时候,算出转换器的损耗系数,算出逆变器的损耗系数,并为多项式的每个次数算出转换器的损耗系数及逆变器的损耗系数的总和,转换器的损耗系数代表了转换器15的功率损耗特性,它是以系统电压vh为变量的多项式的系数,逆变器的损耗系数代表了逆变器in的功率损耗特性,它是以系统电压vh为变量的多项式的系数。然后损耗最小指令算出部802根据计算出的每个次数的总和损耗系数,在必要最小电压vhl以上转换器15的输出上限电压vmax以下的候选电压范围内,计算出转换器15与逆变器in的总和功率损耗为最小的系统电压vh,即低损耗电压vhll,最后将低损耗电压vhll设定给电压指令值vh#。

首先说明转换器15的功率损耗特性。图8中表示了转换器15的输出(输出功率)低的情况下(本案例中输出为0)的功率损耗特性。横轴是系统电压vh,纵轴是转换器15的功率损耗。当系统电压vh在从电源电压vb到电源电压vb的2倍值2*vb的范围内时,转换器15的功率损耗是向上凸起的抛物线状的特性。当系统电压vh在电源电压vb的2倍值2*vb以上时,成为转换器15的功率损耗随着系统电压vh的增加而增加的单调线性增加特性。因此,必要最小电压vhl在从vb到2*vb的范围内时,仅仅将必要最小电压vhl设定给电压指令值vh#,旋转电机驱动装置1000的总功率损耗不一定是最小的。

所以损耗最小指令算出部802先判断必要最小电压vhl是否在从电源电压vb到电源电压vb的2倍值2*vb的范围内,如果在范围内,考虑到转换器15的向上凸起的抛物线状的特性,实施电压指令值vh#的设定处理。

图9是表示损耗最小指令算出部802的处理的流程图。首先,损耗最小指令算出部802通过步骤st100读取电源电压vb、第1及第2必要电压vmg1、vmg2、必要最小电压vhl的信息。然后损耗最小指令算出部802通过步骤st110判断必要最小电压vhl是否在电源电压vb以上电源电压vb的2倍值2*vb以下的范围内,判断为在范围内时,进入到步骤st120;判断为在范围外时,进入到步骤st165。

损耗最小指令算出部802通过步骤st120计算出转换器的损耗系数,它代表了转换器15的功率损耗特性,是以系统电压vh为变量的多项式的系数;计算出逆变器的损耗系数,它代表了逆变器in的功率损耗特性,是以系统电压vh为变量的多项式的系数;为多项式的每个次数计算出转换器的损耗系数与逆变器的损耗系数的总和(总和损耗系数)。

本实施方式中,表示转换器15的功率损耗特性的多项式如下所示,是2次以下(本案例中为2次)的多项式。

[公式3]

数3

ploss_dcdc(vh)a0dcdc+a1dcdc·vh+a2dcdc·vh2...(4)

这里ploss_dcdc是转换器15的功率损耗,a0dcdc是0次的转换器损耗系数,a1dcdc是1次的转换器损耗系数,a2dcdc是2次的转换器损耗系数。

如图10所示,损耗最小指令算出部802利用关系特性计算出与现在的电源电压vb以及转换器15的输出相对应的转换器损耗系数,该关系特性针对各个次数预先设定了电源电压vb和转换器15的输出(输出功率)和转换器的损耗系数的关系。本例中,损耗最小指令算出部802利用预先设定了电源电压vb和转换器15的输出和0次的转换器的损耗系数a0dcdc的关系的映射数据,计算出与现在的电源电压vb以及转换器15输出相对应的0次的转换器的损耗系数a0dcdc。同样的,损耗最小指令算出部802利用预先设定了电源电压vb和转换器15的输出和1次的转换器的损耗系数a1dcdc的关系的映射数据,计算出与现在的电源电压vb以及转换器15的输出相对应的1次的转换器的损耗系数a1dcdc。另外,损耗最小指令算出部802利用预先设定了电源电压vb和转换器15的输出和2次的转换器的损耗系数a2dcdc的关系的映射数据,计算出与现在的电源电压vb以及转换器15的输出相对应的2次的转换器的损耗系数a2dcdc。

转换器的损耗系数分别根据在电源电压vb到电源电压的2倍值2*vb为止的系统电压vh的范围内的转换器15的功率损耗数据预先设定。另外,转换器的损耗系数分别是根据实测值或者由转换器的损耗计算求得的损耗数据,使用最小二乘法来预先设定的。

本实施方式中,损耗最小指令算出部802分别计算出第1以及第2逆变器in1、in2的逆变器损耗系数。另外,损耗最小指令算出部802算出除逆变器in外还表示旋转电机mg的功率损耗特性的逆变器器损耗系数,该逆变器损耗系数是以系统电压vh为变量的多项式的系数。即,损耗最小指令算出部802计算出第1逆变器损耗系数,它是以系统电压vh为变量的多项式的系数,它表示了第1逆变器in1和第1旋转电机mg1的合计的功率损耗特性。损耗最小指令算出部802计算出第2逆变器损耗系数,它是以系统电压vh为变量的多项式的系数,它表示了第2逆变器in2和第2旋转电机mg2的合计的功率损耗特性。

表示第1逆变器in1和第1旋转电机mg1的合计的功率损耗特性的多项式如下所示,是2次以下(本例中为2次)的多项式

[公式4]

数4

ploss_mg1(vh)=a0mg1+a1mg1·vh+a2mg1·vh2...(5)

这里ploss_mg1是第1逆变器in1和第1旋转电机mg1的合计的功率损耗,a0mg1是0次的第1逆变器的损耗系数,a1mg1是1次的第1逆变器的损耗系数,a2mg1是2次的第1逆变器的损耗系数。

如图11所示,损耗最小指令算出部802利用关系特性计算出与当前的第1旋转电机mg1的扭矩指令值tqcom1以及旋转速度ω1相对应的第1逆变器损耗系数,该关系特性针对各个次数预先设定了第1旋转电机mg1的输出扭矩和第1旋转电机mg1的旋转速度ω1以及第1逆变器损耗系数的关系。本例中,损耗最小指令算出部802利用预先设定了第1旋转电机mg1的输出扭矩和旋转速度ω1和0次的第1逆变器的损耗系数a0mg1的关系的映射数据,计算出与当前的第1旋转电机mg1的扭矩指令值tqcom1以及旋转速度ω1相对应的0次的第1逆变器的损耗系数a0mg1。同样的,损耗最小指令算出部802利用预先设定了第1旋转电机mg1的输出扭矩和旋转速度ω1和1次的第1逆变器的损耗系数a1mg1的关系的映射数据,计算出与当前的第1旋转电机mg1的扭矩指令值tqcom1以及旋转速度ω1相对应的1次的第1逆变器的损耗系数a1mg1。损耗最小指令算出部802利用预先设定了第1旋转电机mg1的输出扭矩和旋转速度ω1和2次的第1逆变器的损耗系数a2mg1的关系的映射数据,计算出与当前的第1旋转电机mg1的扭矩指令值tqcom1以及旋转速度ω1相对应的2次的第1逆变器的损耗系数a2mg1。

第1逆变器的损耗系数分别根据在电源电压vb到电源电压的2倍值2*vb为止的系统电压vh的范围内的第1逆变器in1和第1旋转电机mg1的合计的功率损耗数据预先设定。另外,第1逆变器的损耗系数分别是根据实测值、磁场分析、由逆变器的损耗计算求得的损耗数据,使用最小二乘法来预先设定的。

表示了第2逆变器in2和第2旋转电机mg2的合计的功率损耗特性的多项式如下所示,是2次以下(本例中为2次)的多项式。

[公式5]

数5

ploss_mg2(vh)=a0mg2+a1mg2·vh+a2mg2·vh2...(6)

这里ploss_mg2是第2逆变器in2和第2旋转电机mg2的合计的功率损耗,a0mg2是0次的第2逆变器的损耗系数,a1mg2是1次的第2逆变器的损耗系数,a2mg2是2次的第2逆变器的损耗系数。

如图12所示,损耗最小指令算出部802利用关系特性计算出与当前的第2旋转电机mg2的扭矩指令值tqcom2以及旋转速度ω2相对应的第2逆变器损耗系数,该关系特性针对各个次数预先设定了第2旋转电机mg2的输出扭矩和第2旋转电机mg2的旋转速度ω2和第2逆变器的损耗系数的关系。本例中,损耗最小指令算出部802利用预先设定了第2旋转电机mg2的输出扭矩和旋转速度ω2和0次的第2逆变器损耗系数a0mg2的关系的映射数据,计算出与当前的第2旋转电机mg2的扭矩指令值tqcom2以及旋转速度ω2相对应的0次的第2逆变器的损耗系数a0mg2。同样的,损耗最小指令算出部802利用预先设定了第2旋转电机mg2的输出扭矩和旋转速度ω2和1次的第2逆变器的损耗系数a1mg2的关系的映射数据,计算出与当前的第2旋转电机mg2的扭矩指令值tqcom2以及旋转速度ω2相对应的1次的第2逆变器的损耗系数a1mg2。损耗最小指令算出部802利用预先设定了第2旋转电机mg2的输出扭矩和旋转速度ω2和2次的第2逆变器的损耗系数a2mg2的关系的映射数据,计算出与当前的第2旋转电机mg2的扭矩指令值tqcom2以及旋转速度ω2相对应的2次的第2逆变器的损耗系数a2mg2。

第2逆变器的损耗系数分别根据在电源电压vb到电源电压的2倍值2*vb为止的系统电压vh的范围内的第2逆变器in2和第2旋转电机mg2的合计的功率损耗数据来预先设定。另外,第2逆变器的损耗系数分别是根据实测值、磁场分析、由逆变器的损耗计算求得的损耗数据,使用最小二乘法来预先设定的。

损耗最小指令算出部802如下式所示,为多项式的每个次数,计算出转换器的损耗系数、第1逆变器的损耗系数、以及第2逆变器的损耗系数的总和(总和损耗系数)。

a0=a0dcdc+a0mg1+a0mg2

a1=a1dcdc+a1mg1+a1mg2。。。。(7)

a2=a2dcdc+a2mg1+a2mg2

这里,a0是0次的总和损耗系数,a1是1次的总和损耗系数,a2是2次的总和损耗系数。

另外,转换器15的功率损耗ploss_dcdc、第1逆变器in1和第1旋转电机mg1的合计功率损耗ploss_mg1以及第2逆变器in2和第2旋转电机mg2的合计功率损耗ploss_mg2这三者合计之后的总和功率损耗ploss如以下多项式所示,是使用总和损耗系数a0、a1、a2的多项式。

[公式6]

数6

ploss(vh)=a0+a1.vh+a2.vh2...(8)

接着,损耗最小指令算出部802通过步骤st130来判断2次的总和损耗系数a2是否是正值。如a2为正值,进入到步骤st140。如a2为0或负值,则进入到步骤st160。如图13所示,当2次的总和损耗系数a2为正值的时候,总和功率损耗的曲线向下凸起;当2次的总和损耗系数a2为负值的时候,总和功率损耗的曲线向上凸起。

损耗最小指令算出部802通过步骤st140基于2次和1次的总和损耗系数a2、a1计算出总和功率损耗极小时候的系统电压vh,即极电压vpl。损耗最小指令算出部802利用以下的求2次式极值的理论公式计算出极电压vpl。因此通过利用2次和1次的总和损耗系数a2、a1的简单运算,就能够算出极电压vpl,从而大幅降低运算负荷。

vpl=-a1/(2*a2)。。。。。(9)

然后,损耗最小指令算出部802判断极电压vpl是否比电源电压的2倍值2*vb大,大于的时候,进入到步骤st171,其他情况时则进入到步骤st150。

损耗最小指令算出部802通过步骤st171,如图14所示,当极电压vpl大于电源电压的2倍值2*vb的时候,将电源电压的2倍值2*vb设定给低损耗电压vhll。这是因为如同结合图8所说明的那样,系统电压vh大于电源电压的2倍值2*vb时,转换器15的功率损耗会变大。

损耗最小指令算出部802通过步骤st150,判断极电压vpl是否小于必要最小电压vhl,当小于的时候进入到步骤st172,其他情况的时候进入到步骤st173。

损耗最小指令算出部802通过步骤st172,如图15所示,当极电压vpl小于必要最小电压vhl时,将必要最小电压vhl设定给低损耗电压vhll。这是因为在大于等于必要最小电压vhl的电压指令值vh#的设定可能范围内,必要最小电压vhl相对应的总和功率损耗是最小的。

损耗最小指令算出部802通过步骤st173,如图16所示,当极电压vpl在必要最小电压vhl到电源电压的2倍值2*vb的范围内时,将极电压vpl设定给低损耗电压vhll。这是因为与极电压vpl相对应的总和功率损耗是最小的。

损耗最小指令算出部802在步骤st130中,判断出2次的总和损耗系数a2是0或者负值时,利用步骤st160基于总和损耗系数来判断出必要最小电压vhl和电源电压的2倍值2*vb中让总和功率损耗变小的那一个。本实施方式中,如图17所示,损耗最小指令算出部802判断总和功率损耗变得极大时的系统电压vh即极电压vpl是否小于平均电压vave,该平均电压vave是必要最小电压vhl和电源电压的2倍值2*vb的平均电压,小于的时候进入到步骤st174,其他情况的时候进入到步骤st175。损耗最小指令算出部802用以下公式算出平均电压vave。

vave=(vhl+2*vb)/2。。。。。(10)

如图17所示,极电压vpl比平均电压vave小的时候,可以推断出与电源电压的2倍值2*vb相对应的总和功率损耗是最小的;极电压vpl比平均电压vave大的时候,可以推断出与必要最小电压vhl相对应的总和功率损耗是最小的。

因此,损耗最小指令算出部802通过步骤st174,在极电压vpl比平均电压vave小的时候将电源电压的2倍值2*vb设定给低损耗电压vhll。另一方面,损耗最小指令算出部802通过步骤st175,当极电压vpl在平均电压vave以上的时候将必要最小电压vhl设定给低损耗电压vhll。

另外,损耗最小指令算出部802通过步骤st160实施以下流程:利用公式(8)的总和功率损耗ploss的算出式,算出当系统电压vh为必要最小电压vhl的时候的总和功率损耗ploss(vhl)以及当系统电压vh为电源电压的2倍值2*vb的时候的总和功率损耗ploss(2*vb),然后判断出其中小的一个。

当在步骤st110中必要最小电压vhl在电源电压vb到电源电压的2倍值2*vb的范围外,判断出必要最小电压vhl大于电源电压的2倍值2*vb时,损耗最小指令算出部802通过步骤st165判断必要最小电压vhl是否小于输出上限电压vmax,小于的时候,进入到步骤st176,其他情况的话,进入到步骤st177。

损耗最小指令算出部802通过步骤st176,当必要最小电压vhl在电源电压的2倍值2*vb到输出上限电压vmax的范围内时,将必要最小电压vhl设定给低损耗电压vhll。这是因为,在大于等于必要最小电压vhl的电压指令值vh#的设定可能范围内,必要最小电压vhl相对应的总和功率损耗是最小的。

另一方面,损耗最小指令算出部802通过步骤st177,当必要最小电压vhl在输出上限电压vmax以上时,将输出上限电压vmax设定给低损耗电压vhll。

<算法选择部803>

随着转换器15的输出(输出功率)的增大,转换器15的功率损耗特性从如图8中所示的特性开始,随着系统电压vh的增加,逐渐接近功率损耗单调增加的单调增加特性。因此,转换器15的输出功率增大到某种程度时,必要最小电压vhl相对应的总和功率损耗会变得最小。

于是,本实施方式中电压指令算出部700设置了算法选择部803,如图4和图18所示,当转换器15的输出(输出功率)大于等于预先设定的判定输出pmg_th时,代替损耗最小指令算出部802所设定的电压指令值vh#(低损耗电压vhll),将必要最小电压vhl设定给最终的电压指令值vh#。

算法选择部803中设置了计算出旋转电机mg的输出pmg的旋转电机输出算出部801。本实施方式中,第1旋转电机输出算出部801根据第1扭矩指令值tqcom1和第1旋转电机mg1的旋转速度ω1计算出第1旋转电机mg1的输出pmg1(例如:pmg1=tqcom1*ω1)。第2旋转电机输出算出部801根据第2扭矩指令值tqcom2和第2旋转电机mg2的旋转速度ω2计算出第2旋转电机mg2的输出pmg2(例如:pmg2=tqcom2*ω2)。

算法选择部803设置了最大选择部901,它的作用是选择出第1旋转电机mg1的输出pmg1的绝对值和第2旋转电机mg2的输出pmg2的绝对值中较大的一个,将它作为最大旋转电机输出pmg_max输出。另外,最大选择部901也可以将第1旋转电机mg1的输出pmg1和第2旋转电机mg2的输出pmg2的合计值的绝对值作为最大旋转电机输出pmg_max输出。

当最大旋转电机输出pmg_max在判定输出pmg_th以上的时候,算法选择部803将损耗最小指令算出部802所设定的低损耗电压vhll直接作为最终的电压指令值vh#输出,当最大旋转电机输出pmg_max小于判定输出pmg_th的时候,算法选择部803将必要最小电压vhl作为最终的电压指令值vh#输出。

<总结>

根据上述构成,并不是针对多个候选电压分别利用功率损耗特性的映射数据计算出各个功率损耗、来寻找出总和功率损耗最小的电压指令值的,而是根据代表了各个功率损耗特性的多项式系数,使用判定逻辑和简单的运算式来进行运算,这样就能够降低运算处理负荷。为了算出各个次数的系数,虽然使用了映射数据,但是因为只需从映射数据中读取一次与当前的运转条件相对应的值,就没有必要针对多个候选电压分别进行利用映射数据的运算。并且,用简单的2次多项式来近似各个功率损耗特性,将各个次数的系数进行映射数据化,因此,与将功率损耗特性直接映射数据化相比,能够大幅降低存储装置的存储量。例如,系统电压vh在150v到650v之间变化的时候,若以50v为刻度准备功率损耗特性的数据表,就需要10组数据表;而若以2次式来近似,只需与系数个数相同的3组数据表就可以了(如只使用a2、a1两个系数,则最少只要2组),能够减少数据表的个数。本实施方式中,因为使用了根据2次及1次的总和损耗系数a2、a1而算出的极电压vpl来设定电压指令值vh#,就没有必要针对多个候选电压分别利用多项式计算出功率损耗,能够降低运算处理负荷。因此,降低了运算处理负荷的同时,旋转电机驱动装置1000的总和功率损耗也能够降低。

实施方式2.

对与实施方式2相关的旋转电机驱动装置1000的控制装置400进行说明。省略与上述实施方式1相同的构成部分的说明。虽然本实施方式相关的控制装置400的基本构成和实施方式1相同,但是不同点在于,将电压指令值vh#设定成回避由旋转电机驱动装置1000的共振产生的共振电压。

上述实施方式1所设定的电压指令值vh#直接使用的时候,根据转换器15具有的电感和电容器的常数的选择方法、工作点的选择方法,由于转换器15的lc共振,会生成转换器15的电压、电流的脉冲。于是,在尽量降低旋转电机驱动装置1000的总和功率损耗的同时,还期望计算出用来抑制转换器15的lc共振的电压指令值vh#。

于是,本实施方式中,电压指令算出部700是将根据共振回避电压vhlc对损耗最小指令算出部802设定的电压指令值vh#进行了下限限制后得到的值设定给最终的电压指令值vh#,其中共振回避电压vhlc被预先设定成比生成旋转电机驱动装置1000的共振的电压指令值vh#即共振电压指令值大的值。

如图19所示,电压指令算出部700设置了计算出共振回避电压vhlc的共振回避电压算出部1220。共振回避电压算出部1220利用预先设定了扭矩指令值tqcom和旋转电机mg的旋转速度ω和共振回避电压vhlc的关系的映射数据,计算出与现在的扭矩指令值tqcom和旋转电机mg的旋转速度ω相对应的共振回避电压vhlc。

电压指令算出部700设置了最大值选择部1230,它的作用是选择出用与上述实施方式1同样的方法计算出的电压指令值vh#和共振回避电压vhlc中较大的一个值,作为最终的电压指令值vh#进行输出。

如上所述的构成,在尽量维持实施方式1的效果的同时,还可能抑制lc共振。

实施方式3.

对与实施方式3相关的旋转电机驱动装置1000的控制装置400进行说明。省略与上述实施方式1、2相同的构成部分的说明。虽然本实施方式相关的控制装置400的基本构成和实施方式1,2相同,但是不同点在于,电压指令值vh#被设定成回避预先设定的回避电压范围。

实施方式1、2所算出的电压指令值vh#被直接使用的时候,根据转换器15具有的电感和电容器的常数的选择方法、工作点的选择方法,当系统电压vh接近电源电压vb时,系统电压vh有时就会出现振动。于是电压指令算出部700在损耗最小指令算出部802设定的电压指令值vh#处于预先设定的回避电压范围内的时候,将回避电压范围外的电压值设定给最终的电压指令值vh#。电压指令算出部700使用预先设定的映射数据等设定数据,根据扭矩指令值tqcom、旋转电机mg的旋转速度ω、电源电压vb、最大旋转电机输出pmg_max等,计算出回避电压范围。电压指令算出部700计算出的回避电压范围指的是从电源电压vb到在电源电压vb上加上预先设定的δvth之后得到的电压(vb+δvth)为止的范围,当电压指令值vh#进入到回避电压范围内时,将电压指令值vh#替换为vb+δvth。这样的构成,在尽量维持实施方式1、2的效果的同时,还能抑制系统电压vh的振动。

〔其他的实施方式〕

最后,说明本发明的其他实施方式。以下说明的各个实施方式的构成不限于各自单独运用,只要没有矛盾,也能与其他实施方式的构成进行组合运用。

(1)上述各实施方式中,设置了2组旋转电机mg以及逆变器in。以与第1组、第2组合相配合的构成为例说明过了控制装置400。不过,旋转电机mg和逆变器in也可以设置1组,也可以设置3组以上。控制装置400配合组数适当地构成。

(2)上述各实施方式中以多项式分别是2次多项式为例进行了说明。不过,多项式也可以分别是3次以上的多项式。

(3)上述各实施方式中,说明的例子是损耗最小指令算出部802算出逆变器的损耗系数,该逆变器的损耗系数代表了逆变器in和旋转电机mg的功率损耗特性,是以系统电压vh为变量的多项式的系数。不过,损耗最小指令算出部802也可以计算出只代表逆变器in的功率损耗特性的逆变器的损耗系数,该逆变器的损耗系数是以系统电压vh为变量的多项式的系数。并且损耗最小指令算出部802还可以是:进一步计算出代表旋转电机mg的功率损耗特性的旋转电机的损耗系数,该旋转电机的损耗系数是以系统电压vh为变量的多项式的系数,再为多项式的每个次数计算出总和损耗系数,即转换器的损耗系数、逆变器的损耗系数以及旋转电机的损耗系数的总和。

(4)上述各实施方式中,说明的例子是损耗最小指令算出部802算出1次、2次和3次的转换器的损耗系数、第1逆变器的损耗系数、第2逆变器的损耗系数以及总和损耗系数。不过在用图9流程图所说明的处理中,损耗最小指令算出部802因为没有用1次的各损耗系数,所以也可不计算1次的转换器的损耗系数、第1逆变器的损耗系数、第2逆变器的损耗系数以及总和损耗系数。

(5)上述各实施方式中,说明的例子是损耗最小指令算出部802基于2次和1次的总和损耗系数a2、a1计算出极电压vpl,再使用极电压vpl设定电压指令值vh#。不过损耗最小指令算出部802也可以是:针对多个候选电压分别使用采用了如方程式(8)所示的、代表了总和功率损耗特性的总和损耗系数的多项式,使用该多项式计算出总和功率损耗ploss,确定出总和功率损耗ploss成为最小的电压,将它设定为低损耗电压vhll。在这个情况下,因为是使用1个多项式计算的,所以比起使用代表各个功率损耗的映射数据去计算,能够大幅降低运算处理负荷。

(6)上述各实施方式中,转换器15,逆变器in以及旋转电机mg相关的电力损耗的近似公式、计算系数的计算例只是示出了代表性的例子,还能够基于其他的方式或其他变量来进行计算。并且,即使在转换器15的个数、逆变器in的个数以及旋转电机mg的个数增加的时候,也能够同样地对这些损耗系数进行近似,同样地算出系数,根据图9的流程图,设定功率损耗成为最小的电压指令值vh#。

(7)也可聚焦于转换器的功率损耗、逆变器的功率损耗、旋转电机的功率损耗中其变化程度随系统电压vh的变化较大的那一部分损耗,计算出用多项式近似功率损耗时的系数,利用算出的系数来设定让功率损耗成为最小的低损耗电压vhll。

(8)上述各实施方式中,说明的例子是转换器15设置了升压斩波器用的2个开关元件q3、q4,降压斩波器用的2个开关元件q1、q2。不过,转换器15也可以设置升压斩波器用的1个开关元件,降压斩波器用的1个开关元件等,来改变电路构成。

(9)上述各实施方式中,是以旋转电机驱动装置1000搭载在混合动力车辆上为例说明的。不过,旋转电机驱动装置1000还可以搭载在电动汽车等上,成为混合动力车辆以外的其他装置的驱动力源。

另外,本发明,在其发明的范围内可以自由组合各个实施方式,也可以对各个实施方式进行适当的变形、省略等等。

产业上的利用可能性

这个发明可以适当地运用于如下旋转电机驱动装置的控制装置:该旋转电机驱动装置中设置了转换器和逆变器,该转换器用来升压直流电源的电源电压之后输出到系统电压线,该逆变器设置在上述转换器与旋转电机之间,用来在上述系统电压线的直流电与驱动上述旋转电机的交流电之间进行电力交换。

符号说明

7、8系统电压线、15转换器、400旋转电机驱动装置的控制装置、700电压指令算出部、750转换器控制部、800必要最小电压算出部、802损耗最小指令算出部、803算法选择部、1000旋转电机驱动装置、b直流电源、in逆变器、mg旋转电机、pmg_th判定输出、tqcom扭矩指令值、vh#电压指令值、vh系统电压、vhl必要最小电压、vhlc共振回避电压、vhll低损耗电压、vb电源电压、vmax输出上限电压、vmg个别必要电压、vpl极电压、ω旋转电机的旋转速度。

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