用于控制电动机的方法和装置的制作方法

专利名称：用于控制电动机的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使用逆变器设备来控制电动机的方法和装置。
背景技术：
用于控制电动机的PWM控制逆变器设备通常是已知的。该逆变器设 ^f吏用功率晶体管或IGBT (insulated gate bipolar transistor,绝^#双 极晶体管)作为控制元件。功率晶体管或IGBT的开关速度高于晶闸管逆 变器的开关速度。因此，如果连接逆变器设备与电动机的线缆(引线)较 长，则在电动机的端子之间产生浪涌电压，该电压大于两倍的逆变器输出 电压峰值。该浪涌电压可能损坏电动机的线圏或引起绝缘击穿。
日本第6-38543号专利公净艮公开了一种抑制浪涌电压产生的控制装 置。该控制装置包括与逆变器设备的输出端相连的电抗器(reactor)以及 与该电抗器和电动机端子相连的浪涌电压抑制设备。浪涌电压抑制设备包 括其中电容器和电阻器彼此串联连接的电路。
逆变器设备包括逆变器电路和平滑电容器。逆变器电路由多个半导体 元件的组合来构成。平滑电容器与电源(电池)并联连接。该电容器具有 电阻成分，该电阻成分由电极的电阻引起或取决于绝缘体的特性。这样的 电阻成分被称作"等效串联电阻(ESR， equivalent series resistance)". 当温度的范围是从夕卜界温度到更高温度时，该ESR可能被忽略。然而， 在低温下(例如，0r或以下)，ESR增加到不能被忽略的程度。当使用 前述逆变器设备来驱动电动机时，在电容器中流动的电动机电流产生由 ESR引起的浪涌电压。如果该浪涌电压超过半导体元件的承受电压，则 该半导体元件被损坏。因此，如果在PWM控制逆变器设备的外界温度(环 境温度)为0r或以下时，通过控制其中电容器与逆变器电路的输A^目连 的逆变器设备来为电动机提供电动机电流，则必须考虑电容器的ESR所 带来的影响。
为了防止逆变器设备的部件被浪涌电压损坏， 一些控制装置具有存储 最大可接受电动机电流值的映射(map)。所述最大可接受电动机电流值
表示在每个温度下可以提供给电动机的电动机电流的最大值。这种控制装 置基于该映射来控制逆变器设备。
然而，即使对于通用标准的电容器，ESR的级别也随着产品的不同 而变化很大。因此，考虑到这些变化，对存储相对于外界温度的最大可接 受电动机电流值的映射给出较大的安全余地。这降低了提供给电动机的电 流值，因此减小了电动机的工作范围。
具体来说，在包括用于空调器的电动压缩机的工业车辆(伊车)中， 当车辆在冷藏库中工作时，由压缩机进行压缩的制冷剂可能液化。这增加 了压缩液化制冷剂所需的扭矩以及用于启动电动机的扭矩。因此，最大可 接受电动机电流值变得小于产生启动电动机所需扭矩的电流值。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于控制电动机的方法和装置，利用 这种方法和装置，开动电动机，同时抑制很大的浪涌电压的产生。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于使用逆 变器设备来调整提供给电动机的电动机电流的方法。逆变器设备包括逆变 器电路以及与逆变器电路的输入相连的电容器。该方法包括使用表示电 容器的温度和电动机电流的最大值之间的关系的映射或表达式来设置最 大可接受电动机电流值，该最大可接受电动机电流值防止逆变器设备的部 件被电容器的等效串联电阻所产生的浪涌电压损坏；估计电动机的转子的 转动位置并控制逆变器电路，使得如果电容器的温度处于一个范围内，则 将小于最大可接受电动机电流值的直流电流作为d轴电流提供给电动机， 其中在范围内，最大可接受电动机电流值小于用于产生启动电动机所需的 扭矩的电流值；以及控制逆变器电路，使得在电容器的温度达到当最大可 接受电动机电流值变得大于或等于用于产生启动电动机所需的扭矩的电 流值时所处的温度之后，为电动机提供交流电流。
根据本发明的另 一个方面，提供一种用于使用逆变器设备来调整提供 给电动机的电动机电流的装置。逆变器设备包括逆变器电路以及与逆变器 电路的输入相连的电容器。该装置包括温度检测部分，检测电容器的温 度或反映电容器温度的温度；存储器部分，存储表示最大可接受电动机电 流值和电容器的温度之间关系的映射或表达式，最大可接受电动机电流值 是防止逆变器设备的部件被电容器的等效串联电阻所产生的浪涌电压损
坏的电动机电流的最大值；转子位置估计部分，估计电动机的转子的转动 位置；最大可接受电动机电流值计算部分，基于由温度检测部分检测到的 温度以及映射或表达式来计算与电容器的温度相对应的最大可接受电动 机电流值；以及逆变器设备控制部分，控制逆变器电路，使得基于由转子 位置估计部分估计出的转子的转动位置和由最大可接受电动机电流值计 算部分计算出的最大可接受电动机电流值，对电动枳炎供小于最大可接受 电动机电流值的直流电流，以作为d轴电流。
才艮据下面结合附图的i兌明，本发明的其它方面和优点将变得明显，下 面的说明通过举例的方式阐明本发明的原理。


参考下面当前优选实施例的说明以及附图，可以更好地理解本发明及 其目标和优点，在附图中
图l是示出根据本发明第一实施例的控制装置的图2是表示由图1中所示控制装置进行的计算过程的框图3是表示最大可接受电动机电流值、电容器温度、以及所要求的电 动机启动电流值之间的关系的图4是表示由图1的控制装置执行的预热控制过程的流程图5是表示U、 V和W相的施加电压的改变的曲线图6是表示由根据本发明第二实施例的控制装置进行的预热控制过 程的流程图7是表示由根据本发明第三实施例的控制装置进行的预热控制过 程的流程图8是表示根据本发明第三实施例的由控制装置提供给电动机的电 流随时间的改变的曲线图；以及
图9 3_表示才艮据另一个实施例的开关时间和U相线缆中流动的电流 之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
现在将参考图1到图5来说明根据本发明第一实施例的控制装置11。
控制装置11对用于安装在车辆中的空调器的电动压缩机的电动机10进行控制。
如图1中所示，电动机10的控制装置11具有逆变器设备12和用作 逆变器设备控制部分的控制部分13。电动机10是三相AC电动机。逆变 器i殳备12通过保险丝15与主电池14或与驱动车辆的电源相连。
逆变器设备12包括逆变器电路16，逆变器电路16具有六个开关元 件Q1、 Q2、 Q3、 Q4、 Q5、 Q6。每个开关元件Ql到Q6都是IGBT (绝 ,双极晶体管)。在逆变器电路16中，第一开关元件Q1、第三开关元 件Q3和第五开关元件Q5分别与第二开关元件Q2、第四开关元件Q4、 和第六开关元件Q6串联连接。第一、第三、和第五开关元件Q1、 Q3和 Q5通过线圏17和保险丝15与主电池14的正极端子相连。第二、第四和 第六开关元件Q2、 Q4和Q6与主电池14的负极端子相连。开关元件Ql 和开关元件Q2之间的节点与电动机10的U相端子相连。开关元件Q3 和开关元件Q4之间的节点与电动机10的V相端子相连。开关元件Q5 和开关元件Q6之间的节点与电动机10的W相端子相连。
在连接逆变器设备12到电动机IO的线缆中设置作为电流检测部分的 电流传感器18a、 18b。电流传感器18a、 18b对提供给电动机10的三相 电流Iu、 Iv、 Iw中的两个电流(在第一实施例中，U相和W相的电流)， 或电流Iu、 Iw进行检测。控制装置ll包括与逆变器设备12相连的电压 传感器19。
逆变器电路16与电容器(输入电容器)20相连，电容器20与主电 池14并联连接。第一实施例中的电容器20是电解电容器。第一、第三、 和第五开关元件Q1、 Q3和Q5与电容器20的正极端子相连。第二、第 四和第六开关元件Q2、 Q4和Q6与电容器20的负极端子相连。图l示 出与电容器20串联连接的电阻Rs。电阻Rs表示电容器20的等效串联电 阻(ESR )。
控制装置11也包括温度传感器21，或对反映电容器20温度的温度 进行检测的温度检测部分。温度传感器21与控制部分13相连。温度传感 器21可以被设置在任何合适的位置，只要温度传感器21位于其能够测量 反映电容器20温度的温度的位置。即，温度传感器21的位置不限于靠近 电容器20的位置。在第一实施例中，温度传感器21被置于开关元件的附 近。
控制部分13对逆变器设备12进行控制，控制部分13包括CPU (中 央处理单元)22和用作存储部分的存储器23。存储器23存储控制程序和 执行控制程序所需要的数据和映射，其中根据该控制程序来控制电动机 10。控制程序包括用来对电动机10进行矢量控制的控制程序；用来基 于温度传感器21的检测结果或参考映射，针对某个电容器温度来计算最 大可接受电动机电流值的控制程序；以及据以对电动机10提供d轴直流 电流的控制程序。
CPU 22通过未示出的驱动电路与开关元件Ql到Q6的每一个的栅 极或控制端子相连。CPU 22通过未示出的输入接口与电流传感器18a、 18b以及电压传感器19相连。CPU 22基于来自传感器18a、 18b、 19、 21的检测信号通过驱动电路将控制信号输出到每个开关元件Ql到Q6。 根据控制信号对电动机10进行控制，使得电动机10的输出达到目标输出 值。逆变器电路16将从主电池14提供的直流电压转换成具有合适频率的 三相交流电压并将该交流电压输出到电动机10。
控制部分13根据图2所示的过程进行计算。具体来说，控制部分13 包括电容器温度计算部分24、最大可接受电动机电流值计算部分25、转 子相位估计部分(转子位置估计部分)26、目标d轴电动机电流值计算部 分27以及命令电压计算部分28。电容器温度计算部分24根据温度传感 器21的检测信号估计电容器温度。最大可接受电动机电流值计算部分25 参考映射针对由电容器温度计算部分24获得的电容器温度计算最大可接 受电动机电流值。转子相位估计部分26基于电流传感器18a、 18b和电压 传感器19的输出信号来估计转子的转动位置(转动相位6 )。例如，可以 按下面的方式来估计转子的转动位置。即，根据由电压传感器19检测到 的电压计算电压脉冲。然后，将电压脉冲施加到电动机IO的U、 V和W 相，并用电流传感器18a、 18b中相应的一个电流传感器**测流过每个 相中的电流量。然后，通过在电流传感器18a、 18b的检测信号与存储器 23中存储的转子位置估计映射之间进行比较来估计转子的转动位置。目 标d轴电动机电流值计算部分27使用由最大可接受电动机电流值计算部 分25获得的最大可接受电动机电流值和由转子相位估计部分26确定的相 位6来设置目标d轴电动机电流值。命令电压计算部分28计算g给到 电动机10的命令电压。换言之，命令电压计算部分28将命令d轴电流和 命令q轴电流转换成相应的命令两相电压。然后，通过未示出的两相/三 相转换部分将该命令两相电压转换成与U、 V和W相相对应的命令三相 电压。最终，将命令三相电压输出到电动机IO。下文中将参考图4所示的流程图来说明控制装置11的操作。
在控制装置11被启动后，CPU 22首先从温度传感器21接收检测信 号，并计算电容器温度(步骤S1)。然后，CPU 22参考表示电容器温度 和最大可接受电动机电流值之间关系的映射来确定与该电容器温度相对 应的最大可接受电动机电流值。此外，CPU22确定最大可接受电动机电 流值是否小于产生启动电动机10所需的扭矩时的电流值(步骤S2)。参 考图3，映射存储电容器温度、最大可接受电动机电流值以及产生用于启 动电动机IO的必要扭矩所需的电流值之间的关系。在第一实施例中，参 考图3，最大可接受电动机电流在0匸或大于0匸时被提供。然而，取决
于采用的电容器类型，也可以在低于or的温度下提供最大可接受电动机电流。
如果在步骤S2中，如果电容器的温度处于一个范围内，在该范围内， 最大可接受电动机电流值大于或等于用于产生启动电动机10所需的扭矩 的电流值，则CPU22进行正常控制(步骤S3)。在正常控制中，对开关 元件Ql到Q6进行控制，使得d轴电流和q轴电流小于最大可接受电动 机电流值，并且使得电动机10的输出达到目标速度和目标扭矩。
如果步骤S2的确定结果是肯定的，即，如果电容器的温度处于一个 范围内，在该范围内，最大可接受电动机电流值小于用于产生启动电动机 10所需的扭矩的电流值，则CPU 22对电容器20提供电流并执行预热控 制。CPU 22计算与当前电容器温度相对应的最大可接受电动机电流值(步 骤S4)。然后，CPU 22才艮据电流传感器18a、 18b和电压传感器19的检 测信号估计转子的转动位置(相位6 )(步骤S5)。随后，CPU22使用计 算出的最大可接受电动机电流值和所确定的相位6来确定目标d轴电流 (步骤S6 )。
接着，CPU22确定命令d轴电压值和命令q轴电压值，并将控制信 号输出到逆变器电路16 (步骤S7)，根据该控制信号，d轴电动机电流值 和q轴电动机电流值分别达到目标d轴电流值和目标q轴电流值(O[A)。 然后，利用与控制信号相对应的占空比来选择性地接通和断开开关元件 Q1到Q6。在该阶段，目标q轴电流值被调整为O[A。这为电动机10提 供了与目标d轴电流值相对应的直流电流。此外，选择性地接通和断开开 关元件Q1到Q6，使得该直流电流也被提供给电容器20。这样提供给电 容器20的直流电流加热电容器20。然后，重复执行与步骤S1到S7相对 应的过程，直到电容器温度达到当最大可接受电动机电流值大于或等于用
于产生启动电动机10所需的扭矩的电流值时所处的温度。当电容器温度 达到当最大可接受电动机电流值大于或等于用于产生启动电动机10所需 的扭矩的电流值时所处的温度时，CPU 22结束预热控制并切换到正常控 制。
根据最大可接受电动机电流值和当前时刻的转子位置确定提供给U、 V和W相中相应相的电流的最大值。CPU22对提供给U、 V和W相中 每个相的电压进行控制，使得在U、 V和W相的每个相中流动的电流逐 渐达到目标电流值，而不^l对电压提供ii行控制，使得目标d轴电流从一 开始就被提供给U、 V和W相。
第一实施例具有下面的优点。
(1) 控制装置11包括温度传感器21以及映射，其中，温度传感器 21检测与逆变器电路16的输入相连的电容器20的温度或反映该电容器 温度的温度，而映射表示电容器20的温度和最大可接受电动机电流值之 间的关系，该最大可接受电动机电流值防止逆变器设备12的部件被由电 容器20的等效串联电阻所产生的浪涌电压所损坏。使用映射，控制装置 11对逆变器电路16进行控制，使得电动机10中所流动的电流小于最大 可接受电动机电流值。以这种方式，防止了逆变器设备12的部件在低温 下被浪涌电压所损坏。
(2) 控制装置11具有最大可接受电动机电流值计算部分25，该部 分基于映射计算最大可接受电动机电流值。控制装置11还包括控制部分 13，控制部分13对逆变器设备12进行控制，使得基于根据电流传感器 18a、 18b和电压传感器19的检测信号所估计出的转子的位置和由最大可 接受电动机电流值计算部分25所计算出的最大可接受电动机电流值，小 于最大可接受电动机电流值的直流电流被作为d轴电流提供给电动机10。 如果电容器20的温度处于一个范围内，在该范围内，最大可接受电动机 电流值小于用于产生启动电动机IO所需的扭矩的电流值，则控制装置11 进行预热控制。具体来说，控制装置11将小于最大可接受电动机电流值 的d轴电流提供给电容器20，从而加热电容器20。然后，控制装置11 将交流电提供给电动机IO以启动电动机IO。其结果是，如果电容器的温 度处于一个范围内，在该范围内，最大可接受电动机电流值小于用于产生 启动电动机10所需的扭矩的电流值，即，如果控制装置11的外界温度(环 境温度)较低，则产生启动电动机10所需的扭矩，同时，防止产生非常 大的浪涌电压。
(3 )基于电流传感器18a、 18b和电压传感器19的检测信号来估计 转子的位置。这就不需要提供额外的传感器来估计电动机10的转子的转 动位置。
(4) 在对电容器20进行的预热控制中，开关元件Ql到Q6选择性 地闭合和断开，使得提供给电动机10的电流逐渐增加到目标电流值(最 大可接受电动机电流值)，而不是操作开关元件Q1到Q6，使得从开始就 将目标d轴电流提供给电动机10。这就降低了过冲电流并抑制了噪声。
(5) 电动机10是用于电动压缩机的电动机。如果在低温下(例如0 "C或以下)驱动电动压缩机，则由压缩机进行压缩的制冷剂液化，并增加 驱动电动机IO所需的扭矩。因此，如果没有预热控制，则允许在低温下 开动电动机IO的温度范围受到限制。然而，通过预热控制，该范围被扩 大。因此，电动机10有望用作电动压缩机用电动机。
下面将参考图6来说明本发明的第二实施例。第二实施例釆用与第一 实施例不同的计算电容器温度的方法。与第一实施例中的相应部件相同或 类似的第二实施例中的部件釆用相同或类似的附图标记，并省略其说明。
在第一实施例中，CPU 22接收温度传感器21的当前检测信号并计算 电容器温度。然而，在第二实施例中，只有在逆变器设备12启动时，CPU 22才基于温度传感器21的检测信号计算电容器温度。此后，逆变器设备 12启动时的电容器温度被用作参考温度。因此，CPU22基于该参考温度、 提供给逆变器设备12的电流的量以及提供该电流的持续时间来估计(计 算)电容器温度。
存储器23存储参考温度以及映射或表达式，使用该映射或表达式， 基于提供给逆变器设备12的电流的量和提供该电流的持续时间来计算控 制装置11启动之后的电容器温度。该映射通过电动机10的仿真或实际操 作来预先创建。此外，CPU22相继地计算提供给逆变器设备12的电流的 量和提供该电流的持续时间，并将结果存储在存储器23中。
下面将参考图6的流程图来说明根据第二实施例的控制装置11的操 作。在第二实施例中，控制装置ll执行的过程与第一实施例中的过程相 同，只有与步骤S1相对应的各步骤不同。因此，在图6中，图4的步骤 S2到S7被省略。如图6中所示，在第二实施例中，替代步骤S1，控制 装置11顺序执行步骤Sla、步骤Slb和步骤Slc。在图6的流程图中的步 骤S7之后，控制装置ll返回步骤Slc,而不是S1。
具体来说，在第二实施例中，在控制装置ll启动之后，CPU22接收 温度传感器21的检测信号(步骤Sla)。然后，CPU22确定电容器温度， 将该电容器温度设置为参考温度，并将该参考温度存储在存储器23中(步 骤Slb)。随后，CPU 22使用映射并根据参考温度、直到当前时刻所提供 的电流的量以及提供该电流的持续时间来确定控制装置11启动后的电容 器温度(步骤Slc)。然后，CPU22执行步骤S2到S7，与第一实施例一 样。在步骤S7之后，CPU22返回步骤Slc。换言之，第二实施例与第一 实施例的不同之处在于，CPU 22从温度传感器21接收检测信号只发生在 控制装置ll启动时。CPU22使用映射并根据参考温度、直到当前时刻所 提供的电流的量以及提供该电流的持续时间来计算电容器温度，其中不仅 在预热控制中，而且在CPU22所进行的控制被切换到正常控制之后，都 不接收温度传感器21的检测信号。
除了与笫一实施例的(1)到(5)中说明的优点相当的优点之外，第 二实施例还具有下面的优点.就与(2)相当的优点来说，不是参考映射 来计算与由温度传感器21检测到的温度相对应的最大可接受电动机电流 值，而是使用映射并且根据参考温度、直到当前时刻所提供的电流的量以 及提供该电流的持续时间来确定与计算出的电容器温度相对应的最大可 接受电动机电流值。
(6 )在低外界温度下(例如0 C或0 C以下)，当电容器温度通过电 动机10的暖机而升高时，逆变器设备12的每个部分的温度不会变得与电 容器温度相等，或不会与电容器温度成比例变化。尤其是，与电容器20 隔开的各部分的温度不反映电容器温度。因此，如果温度传感器21位于 其本地温度不反映电容器20的实际温度的位置，则电容器温度的增加量 变得极小，尽管事实上电容器20的实际温度自从电动机10的启动随时间 过去而升高。这减小了预热控制中所提供的d轴电流的量。其结果是，需 要更长的时间使电动机电流变为产生用于启动电动机10的必要扭矩所需 的电流值。然而，在第二实施例中，由温度传感器21获得的逆变器设备 12启动时的电容器温度被用作参考温度。根据参考温度、提供给逆变器 设备12的电流的量和提供该电流的持续时间估计电容器20的温度。因此， 无论温度传感器21被置于何处，都可以准确地估计电容器20的温度。因 此，与电容器20的实际温度相对应的受限电流被作为d轴电流来提供。 其结果是，电动机10的暖机快速完成。此外，即使温度传感器21被设置 于在低外界温度下(例如，OC或以下)电容器20的温度的增加不收良映 出来的位置，也不需采用额外的传感器来直接检测电容器20的温度。
下面将参考图7和图8说明本发明的第三实施例。当预热控制被切换 到正常控制时，第三实施例采用与第一实施例不同的条件。与第一实施例 中的相应部件相同或类似的第三实施例中的部件采用相同或类似的附图 标记给出，并省略其说明。
在第一实施例中，如果电容器温度达到一个范围，在该范围内，最大 可接受电动机电流值大于或等于产生启动电动机10所需扭矩的电流值， 则执行正常控制。在第三实施例中，当电容器温度达到该范围之后，将q 轴电流提供给电动机10,同时限制电动机输出，并将在这种输出限制下 可以提供的剩余电流作为d轴电流提供给电动机10，直到电容器温度达 到使输出限制变得不必要的值。在电容器温度达到该值之后，进行正常控 制。
第三实施例的控制装置11不同于第一实施例中的控制装置之处在 于，执行步骤S8、 S9、 S10,而不是第一实施例中的步骤S3。
在第三实施例中，如果步骤S2的确定结果是否定的，即，如果电容 器的温度处于一个范围内，在该范围内，最大可接受电动机电流值大于或 等于用于产生启动电动机10所需的扭矩的电流值，则CPU 22确定电容 器温度是否低于不需要进行输出限制时的温度(步骤S8 )。如果在步骤S8 中得到否定的确定结果，或者说电容器温度大于或等于不需要进行输出限 制时的温度，则CPU 22就进行正常控制(步骤S10 )。
如果步骤S8的确定结果是肯定的，即，如果电容器温度低于不需要 进行输出限制时的温度，则CPU 22以低速操作电动机10 (步骤S9 )。换 言之，当电动机10低速转动时，电容器温度小于可以提供最大可接受电 动机电流值时的温度值，或不需要输出限制时的温度值。CPU22控制电 动机IO,使得电动机10的输出变得接近于负载所需要的扭矩，而不超过 与电容器温度相对应的最大可接受电动机电流值。在该阶段，即使CPU 22 从开始就能够为电动机10提供与所要求的扭矩相对应的电流，CPU 22 仍控制逆变器设备12，使得电流值以规则的时间间隔顺序增加，如图8 所示，而不是从开始就为电动机10提供与所要求的扭矩相对应的电流。
在图8的每个时间点将q轴电流设置为与当前电流值相对应的值。将 d轴电流设置为不超过当前温度下的限制值的最大电流值。其结果是，如 果与负载所要求的扭矩相对应的电流一直小于当前温度下的最大可接受 电动机电流值，则与提供对应于q轴电流的d轴电流的情形相比，在短时 间内完成了电动机10的暖机。 除了与第一实施例的优点(1)到(5)等同的优点之外，第三实施例 还具有下面的优点。
(7)在电容器温度增加到使最大可接受电动机电流值大于或等于用 于产生启动电动机10所需扭矩的电流值的范围之后，提供q轴电流，并 按在这种限制下允许的量来馈送电流，直到电容器温度达到不需要输出限 制时的值。这缩短了电容器温度达到不需要输出限制时的值所用的时间。 因此，允许电动机10在早期阶段以大的所要求的扭矩进行工作。
所示实施例不限于上面的说明，而是可以以下述方式进行变型。
转子的位置可以按下面的方式来估计。具体来说，将恒定的电流提供 给电动机10的U、 V和W相中的每个相的线缆。用电压传感器来检测每 个线缆的电压。基于电压传感器的检测信号来估计转子的位置。在这种情 形中，设置用于检测U、 V和W相中至少两个相的线缆电压的电压传感 器。
可以在电动机10中设置包括在转子相位估计部分中的转子位置传感 器30以检测转子的位置，如由图1中的虚线所示。转子位置传感器30 可以是例如转动编码器(rotary encoder)或解算器(resolver)。
开关元件Ql到Q6在电容器20的预热控制中的开关频率可以高于开 关元件Ql到Q6在正常控制中的开关频率。这缩短了电流流进流出电容 器20的周期，从而快速升高电容器20的温度。在正常控制中的开关频率 不大于几百微秒。
在电容器20的预热中，可以逐渐减小开关元件Ql到Q6的当值时间 (on-duty),使得流过U、 V和W相中的每个相的电流的量增加。图9 表示流过U相线缆的电流的变化。这进一步减小过沖电流。
通过预热控制，电容器温度升至一个范围，在该范围内，最大可接受 电动机电流值大于或等于用于产生启动电动机10所需扭矩的电流值。此 后，当交流电流被提供给电动机10时，电动机10在目标扭矩升高之前可 以以较低的目标扭矩工作预定的时间。与电动机10从开始就以升高了的 目标扭矩来工作的情形相比，在这种情形中，电动机10可以稳定地工作。
不必在电容器20的温度达到当相应的最大可接受电动机电流值产生 启动电动机10所需的扭矩时所处的温度之后，立即开始将交流电流提供 给电动机10以启动电动机10。代替地，电动机10可以在电容器20的温 度升至0C或更高之后启动。在笫三实施例中，在每次接收到温度传感器21的检测信号时，根据 该检测信号来计算电容器温度。然而，如在第二实施例中，可以只在启动 控制装置ll时进行电容器温度的计算。之后，使用映射，根据参考温度、 当前时刻所提供的电流的量、以及提供该电流的持续时间计算电容器温 度。
在第二实施例中，将逆变器设备12启动时的电容器温度用作参考温 度。基于所述参考温度、提供给逆变器设备12的电流的量以及提供该电 流的持续时间来计算电容器温度。然而，这种计算方法可以只用在预热控
制中。在这种情形中，当电容器温度升得足够高，超过了例如ot;之后，
可以基于温度传感器21的检测信号来计算电容器20的温度。
存储器23可以存储表示最大可接受电动机电流值和电容器温度之间 关系的表达式，而不是表示这种关系的映射。使用该表达式来计算最大可 接受电动机电流值。
如果电动机10通过逆变器设备12来驱动，则电动机常数依电动机规 格而变化。这相应地改变电容器温度和电动机电流限制映射，根据该映射， 可以最优地控制和命令逆变器设备12。当制造具有不同恥格的多种类型 的电动机10并且将电动机输出的计算所需的具体信息提供给各电动机10 时，软件的管理负荷增加。另外，可能发生软件的误写。如果所需信息作 为掩膜ROM而不是按软件来提供，则必须提供大量类型的掩膜ROM, 这会导致餘溪的安装。为了解决这些问题，计算恥格不同的电动机的输出 所需的信息可以作为包括在软件中的映射来提供。为了使用该映射，利用 ROM外部的开关或上拉/下拉电阻来指定电动机的类型。在这种情形中， 只需要一种类型的软件，且软件的管理负荷减小。此外，防止了软件的误 写。如果在基本的软件部分中出现了缺陷，则只通过改变单个软件就可以 解决问题。如果信息作为掩膜ROM来提供，则有利地减小了由于缺陷之 类所导致的切换成本。
开关元件Ql到Q6可以是MOSFET或双极晶体管。
电动机10不限于电动压缩机用电动机。电动机10可以是任何合适的 类型，只要该电动机通过逆变器来控制并在低温下使用。例如，电动机 10可以是用在车辆中的电动机，或是用于加工工具的电动机。如果电动 机10是车辆用电动机，则电动机10可以有效地工作在水点以下的温度下。
权利要求
1.一种用于使用逆变器设备来调整提供给电动机的电动机电流的方法，所述逆变器设备包括逆变器电路以及与所述逆变器电路的输入相连的电容器，所述方法包括使用表示所述电容器的温度和所述电动机电流的最大值之间的关系的映射或表达式来设置最大可接受电动机电流值，所述最大可接受电动机电流值防止所述逆变器设备的部件被所述电容器的等效串联电阻所产生的浪涌电压损坏；估计所述电动机的转子的转动位置并控制所述逆变器电路，使得如果所述电容器的温度处于一个范围内，则将小于所述最大可接受电动机电流值的直流电流作为d轴电流提供给所述电动机，其中在所述范围内，所述最大可接受电动机电流值小于用于产生启动所述电动机所需的扭矩的电流值；以及控制所述逆变器电路，使得在所述电容器的温度达到当所述最大可接受电动机电流值变得大于或等于用于产生启动所述电动机所需的扭矩的电流值时所处的温度之后，为所述电动机提供交流电流。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述电动机具有U相、V相 和W相，基于当将某个水平的电压或电流提供给所述U、 V和W相的线 缆时从所述线缆获得的电流信号或电压信号来估计所述转子的转动位置。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，还包括当启动所述逆变器设备时，测量除所述电容器之外的部分的温度作为 参考温度；以及基于所述参考温度、提供给所述逆变器设备的电流的量、以及对所述 逆变器设备的电流供应的持续时间来估计所述电容器的温度。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，还包括在所述电容器的温度达到当所述最大可接受电动机电流值变得大于 或等于用于产生启动所述电动机所需的扭矩的电流值时所处的温度之后， 在将所述逆变器设备的输出限制到小于或等于限制值的值的同时提供q 轴电流给所述电动机，并将在这种输出限制下能够提供的剩余电流作为d 轴电流供给到所述逆变器设备，直到所述电容器的温度达到当对所述逆变 器诏:备输出的限制变得不必要时所处的温度。
5. —种用于使用逆变器设备来调整提供给电动机的电动机电流的装 置，所述逆变器设备包括逆变器电路以及与所述逆变器电路的输入相连的 电容器，所述装置包括温度检测部分，检测所述电容器的温度或反映所述电容器温度的温度；存储器部分，存储表示最大可接受电动机电流值和所述电容器的温度 之间关系的映射或表达式，所述最大可接受电动机电流值是防止所述逆变 器设备的部件被所述电容器的等效串联电阻所产生的浪涌电压损坏的电动机电纟充的最大值；转子位置估计部分，估计所述电动机的转子的转动位置；最大可接受电动机电流值计算部分，基于由所述温度检测部分检测到 的温度以及所述映射或所&达式，计算与所述电容器的温度相对应的最 大可接受电动机电流值；以及逆变器设备控制部分，控制所述逆变器电路，使得基于由所述转子位 置估计部分估计出的所述转子的转动位置和由所述最大可接受电动机电 流值计算部分计算出的最大可接受电动机电流值，对所述电动M供小于 所述最大可接受电动机电流值的直流电流，以作为d轴电流。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中，所述转子位置估计部分包括 转子位置传感器。
7. 根据权利要求5或6所述的装置，其中，所述电动机是用于电动 压缩机的电动机。
全文摘要
一种用于控制电动机的方法和装置。一种用于通过使用逆变器设备来控制提供给电动机的电动机电流的方法，其中，逆变器设备包括逆变器电路以及与逆变器电路的输入相连的电容器，该方法包括控制逆变器电路，使得在电容器的温度达到当最大可接受电动机电流值变得大于或等于用于产生启动电动机所需的扭矩的电流值时所处的温度之后，为电动机提供交流电流。
文档编号H02M7/48GK101364780SQ20081014583
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月6日 优先权日2007年8月6日
发明者山田洋平, 福田仁志 申请人:株式会社丰田自动织机