专利名称：电机逆变器的控制方法和控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制电机逆变器的技术，该电机逆变器用于针对每相向电机提供电流。
背景技术：
通常，电机逆变器用于驱动其中电流是针对每相而被提供的电机(如三相电机等)。电机逆变器通常设置有每相两个开关元件(总共6个开关元件)。由此，通过允许六个开关元件执行接通/断开开关操作并且经由这些开关元件向每相提供电流来为电机生成旋转磁场。电机逆变器的控制装置控制电机逆变器的开关元件的开关操作并驱动电机。通过将电机的转子的一次旋转(360度)划分成多个区，针对每个区为每相装备的 开关元件执行开关操作。由此，为每个开关元件的开关操作而设置的驱动信号是针对每个区确定的。使用电机逆变器来驱动电机伴随有开关元件的开关操作的开关损耗。降低开关损耗的方式可以是二相调制法。在二相调制法中，在三相中的一相中不允许开关元件的开关操作。也就是说，两个开关元件被放置在稳定相(stationary phase)中，在稳定相中，这两个开关元件被放置在接通或关断位置中，而在其余的两相中开关元件被允许进行开关操作。稳定相是针对每个区而变化的。由此，通过针对每个区设定稳定相，就能够降低开关损耗。例如日本公开专利申请8-340691 (US5, 699，240，以下称为“专利文献I” )公开了传统的二相调制法。在专利文献I所描述的传统的二相调制法中，通过每相的电流指令值与根据每相的电流指令值所获得的每相的电压指令值之间的相位差来选择并确定稳定相。开关损耗是功率的损耗。由此，为了抑制开关损耗，优选将获得最大功率的相(最大功率相)设定为稳定相。因此，尽管采用了二相调制法，但是更高效地抑制开关损耗也是重要的。
发明内容
本发明致カ于提供通过二相调制来驱动电机的技术，使得能够更加高效地抑制开关损耗。本发明的ー个方面是ー种电机逆变器的控制方法，该电机逆变器设置有用于三相电机的每相的开关元件，并通过接通和断开开关元件来驱动电机。在该控制方法中，将电机的转子的按照电角度来计的一次旋转划分成多个区，基于根据电机的d轴电流指令值和q轴电流指令值而获得的每相的电流指令值，针对每个区来将设置有开关元件的多个相中的相定义为不进行开关操作的稳定相，并且对除了针对每个区而确定的稳定相以外的相的开关元件进行开关操作，由此实现两相调制控制。优选的是，在取决于每相的电压指令值而将候选相确定为可能的稳定相、并取决于每相的电流指令值而从所确定的候选相当中选择出候选相之后，确定稳定相。还优选的是，使用根据实际提供给电机的电流而获得的d轴实际电流值和q轴实际电流值，对d轴电流指令值的相位和q轴电流指令值的相位进行确认。本发明的另ー个方面是ー种电机逆变器的控制装置，该电机逆变器具有用于三相电机的每相的开关元件，并通过接通和断开开关元件来驱动电机。该控制装置包括稳定相确定单元，用于在电机的转子的按照电角度来计的一次旋转被划分成多个区的情况下，基于根据电机的d轴电流指令值和q轴电流指令值而获得的每相的电流指令值，针对每个区来将设置有开关元件的多个相中的相定义为不进行开关操作的稳定相；以及驱动单元，用于对除了针对每个区而确定稳定相以外的相的开关元件进行开关操作，并且实现两相调制控制。
图I是根据本发明实施例的电机逆变器的控制装置的配置的说明图；图2是装配到根据本发明实施例的电机逆变器的控制装置中的二相至三相转换 単元的配置的说明图；图3是每相的电流指令波形、每相的电压指令波形、电流的相位区以及电压指令的相位区的变化的示例(I);图4是每相的电流指令波形、每相的电压指令波形、电流的相位区以及电压指令的相位区的变化的示例⑵；以及图5是每相的电流指令波形、每相的电压指令波形、电流的相位区以及电压指令的相位区的变化的示例(3)。
具体实施例方式以下參照附图对本发明的实施例进行描述。图I是根据本发明实施例的电机逆变器的控制装置的配置的说明图。图2是装配到电机逆变器的控制装置中的二相至三相转换单元的配置的说明图。如图2所示，电机逆变器的控制装置I (以下简单地称为“控制装置”)要驱动三相电机2，而在驱动该电机2中所使用的电机逆变器设置在二相至三相转换单元130上。由此，二相至三相转换单元130分别向电机2的U相、V相和W相提供电流Iu、电流Iv和电流
IWo如图I所示，除了二相至三相转换单元130之外,控制装置I还包括三相至二相转换单元140、速度FB (反馈)単元150、转矩/电流指令值转换単元160、电流PI (比例积分)控制单元170以及用于检测电流Iw和电流Iu的电流值的两个电流传感器101和102。电机2装配有旋转传感器21,旋转传感器21能够用电角度表不出图I未不出的转子的位置。由旋转传感器21检测到的值(指示出转子的电角度，以下称为“旋转传感器值”)被输出到二相至三相转换单元130、三相至二相转换单元140和速度FB单元150。速度FB単元150要输入指令速度，该指令速度是来自外部的用于驱动电机2的驱动条件。速度FB単元150根据从旋转传感器21输入的旋转传感器值来计算出电机2的旋转速度，将所计算出的旋转速度与指令速度比较，并计算出下述转矩在该转矩的情况下，电机2的旋转速度等于指令速度。所计算出的转矩被输出到转矩/电流指令值转换単元160。三相至二相转换单元140使用从电流传感器102和电流传感器101获得的电流Iu和电流Iw，来计算并输出dq坐标系下的实际的d轴电流值Id(以下称为“实际Id”)以及实际的q轴电流值Iq(以下称为“实际Iq”)。d轴电流值是与磁通量的方向平行的分量，而与d轴正交的q轴电流值是在转矩的方向上的分量。转矩/电流指令值转换单元160是用于输出与从速度FB单元150输入的转矩对应的d轴电流指令值Id_ref和q轴电流指令值Iq_ref的映射。Id_ref和Iq_ref被分别输出到电流PI控制单元170和二相至三相转换单元130。电流PI控制单元170输入来自转矩/电流指令值转换单元160的Id_ref和Iq_ref，输入来自三相至二相转换单元140的实际Id和实际Iq，并计算出d轴电压指令值Vd_cmd和q轴电压指令值Vq_cmd,以使得实际Id和实际Iq取决于实际Id和实际Iq与Id_ ref和Iq_ref之间的偏差而分别与Id_ref和Iq_ref匹配。所计算出的Vd_cmd和Vq_cmd被输出到二相至三相转换单元130。二相至三相转换单元130输入来自电流PI控制单元170的Vd_cmd和Vq_cmd，输入来自转矩/电流指令值转换单元160的Id_ref和Iq_ref，将二相dq坐标系转换为三相系统，并向电机2提供电流Iu、Iv和Iw。以下參照图2以及图3至图5对二相至三相转换单元130进行详细描述。图3至图5示出了每相的电流指令波形、每相的电压指令波形以及电流的相位区。横轴指示相位，纵轴指示电流值和电压值。图3示出了 U相电流指令波形301、V相电流指令波形302、W相电流指令波形303、U相电压指令波形Vu 321、V相电压指令波形Vv 322以及W相电压指令波形Vw 323。图4和图5示出了 U相电压指令波形Vu' 331、V相电压指令波形Vv' 332以及W相电压指令波形Vw' 333。在本实施例中，将通过把按照电角度来计的一次旋转划分成24个部分所获得的相位(电角度)的范围定义为ー个相位区。稳定相每两个部分(=30° )开关一次。相位区可以划分成更小的部分。在取决于稳定相的设定来进行操作之后，就获得了每相的电压指令波形321至323以及331至333。如图2所示,二相至三相转换单元130包括电压參考二相调制单元210、电流參考二相调制单元220、电流相位计算单元230、PWM控制单元240以及电机逆变器250。电压參考二相调制单元210基于Vd_Cmd和Vq_cmd计算出三相的电压指令值，根据每相的电压指令值的相位来将具有最高电压(的幅度(绝对值))的相确定为稳定相的候选相，并基于将所确定的候选相作为稳定相的假设来操作每相的电压指令值。图2中的“Vu”、“Vv”和“Vw”分别指示操作之后U相的电压指令值、V相的电压指令值和W相的电压指令值。电流相位计算单元230根据Id_ref和Iq_ref计算出姆相的电流指令值，并根据所计算出的每相的电流指令值来计算出每相的相位。电流參考二相调制单元220输入来自电流相位计算单元230的每相的电流相位以及来自电压參考二相调制单元210的每相的Vu, Vv和Vw，并利用每相的电压与电流之间的相位差以及所考虑的每相的电压和电流的相位来确定稳定相。由此，当所确定的稳定相与由电压參考二相调制单元210所确定的候选相不同吋，电流參考二相调制单元220对每相的Vu、Vv和Vw进行改变稳定相的操作，并且输出操作之后的Vu、Vv和Vw来分别作为Vu'、Vv'和Vw'。电机逆变器250设置有每相两个开关元件。开关元件251和开关元件252是针对U相设置的，开关元件253和开关元件254是针对V相设置的，而开关元件255和开关元件256是针对W相设置的。由此，分别从开关元件251与开关元件252之间、开关元件253与开关元件254之间以及开关元件255与开关元件256之间提供电流Iu、Iv和Iw。PWM控制单元240使用从电流參考二相调制单元220输入的Vu'、Vv'和Vw'，来分别生成并提供用于接通和断开开关元件251至开关元件256中的每个开关元件的驱动信号。通过提供驱动信号，在设定为稳定相的相位期间任何开关元件都被恒定地放置于接通位置上。以下參照图3至图5对由电压參考二相调制单元210和电流參考二相调制单元220对每相的电压指令值所进行的操作(即，确定稳定相与相位区之间的对应关系的方法)在实践上进行了描述。 图3所示的每相的电压指令值321至323与由电压參考二相调制单元210输出的Vu、Vv和Vw对应，而图4所示的每相的电压指令值331至333与Vu'、VV和Vw'对应。图3和图4是电压与电流之间的相位差是30°的情况的示例。如图3所示，根据由电压參考二相调制单元210生成的Vu、Vv和Vw，将具有最大的电压绝对值的相定义为稳定相。例如，在图3中的相位为210°至270°的范围中，W相的电压指令值323的绝对值是最大的。因此，在电压參考二相调制中，W相是稳定相。将稳定相的指令电压值调整成最大值或最小值，而将其他相的指令电压值调整成維持各相之间的电压。电压參考二相调制単元210基本上以电压的绝对值的降序来确定顺序。在图4中，基于由电压參考二相调制单元210生成的Vu、Vv和Vw，电流參考二相调制单元220生成Vu' > Yy1和Vw'。在该示例中，随着由电流參考二相调制单元220生成的Vu'、Vv'和Vw'，具有最大的电流绝对值的相是稳定相。例如，在图4中的相位为240°至300°的范围中，W相电流指令波形303的绝对值是最大的。因此，在电流參考二相调制中，W相是稳定相。同样，在这种情况下，将稳定相的电流指令值调整成最大值或最小值，而将其他相的电压指令值调整成維持各相之间的电压。电流參考二相调制单元220确定是否可以将电流指令值具有最大绝对值的相定义为稳定相。图5是电压与电流之间的相位差是60°的情况的示例的说明图。在图5中，在由虚线501所包围的相位范围(300°至330° )中，V相的电压指令值的绝对值是最大的，而U相的电压指令值的绝对值是第二大的。因此，电压參考二相调制单元210将V相视为300°至330°的范围中的稳定相，并对每相的电压指令值进行操作。接下来，在300°至330°的范围中，电流參考二相调制单元220将电流指令值的绝对值为最大的W相定义为稳定相的候选。然而，由于在三相中W相的指令电压的绝对值是最小的，因此W相不可以是稳定相。因此，将具有第二大的电流指令值绝对值的V相定义为稳定相的候选。电压參考二相调制单元210确定V相的电压指令值的绝对值是最大的，从而V相可以是稳定相。因此，V相被定义为稳定相。由此，根据本实施例，根据每相的电压指令值确定了稳定相的候选与相位区之间的对应关系，对每相的电压指令值进行了操作，然后通过考虑每相的电流指令值和相位差来根据需要改变对应关系。因此，针对每个相位区都确定了稳定相，由此更加高效地抑制了开关损耗。为了针对每个相位区都确定稳定相，将旋转传感器值分别输出到电压參考二相调制单元210和电流參考二相调制单元220。在根据需要进行的操作之后所获得的电压指令值Vu'、Vv'和Vw'被输入到PWM控制单元240。如上所述的,根据本实施例，根据d轴电流指令值Id_ref和q轴电流指令值Iq_ref计算出d轴电压指令值Vd_cmd和q轴电压指令值Vq_cmd,而在确定稳定相时使用了所计算出的电压指令值Vd_cmd和Vq_cmd。稳定相确定单元至少对应于电流參考二相调制单元220。驱动单元例如对应于二相至三相转换单元130的PWM控制单元240。在本实施例中，由于稳定相是基于电流指令值来确定的，因此与稳定相是基于实际电流来确定的情况相比，电流指令值的波形更加理想。因此，能够将合适的相确定为稳定相。此外，由于稳定相是在基于电压指令值确定了可作为稳定相的候选的相之后取决于电流指令值来确定的，因此与稳定相是简单地基于电流来确定的情况相比，即使电压相 位与电流相位如图5所示地偏差很大，也能够确定出更加合适的稳定相。d轴电流指令值Id_ref和q轴电流指令值Iq_ref可以分别不同于实际Id和实际Iq。因此，可以对根据实际Id和实际Iq计算出的相位进行确认。该确认可以由二相至三相转换单元130的电流相位计算单元230进行。确认结果可以由生成被输出到PWM控制单元240的电压指令值Vu'、Vv'和Vw'来反映。该反映例如可以是在根据每个电流指令值IcLref^P Iq_ref所计算出的相位与根据实际Id和实际Iq所计算出的相位之间存在有超过可允许范围的差的情况下，采用根据实际Id和实际Iq所计算出的相位。在上述实施例中，电压參考二相调制单元210输出确定稳定相的Vu、Vv和Vw，然后电流參考二相调制单元220改变稳定相并且确定Vu' ,Yv'和Vw'，但是本发明不限于此配置。例如，电压參考二相调制单元210首先基于电压来输出关于可被定义为稳定相的相的信息以及尚未确定稳定相的电压指令值。然后，电流參考二相调制单元220基于电流值指定稳定相的候选，判断该候选是否能被定义为稳定相，然后确定稳定相，并输出Vu'、Vv'和 W。
权利要求
1.ー种电机逆变器的控制方法，所述电机逆变器具有用于三相电机的姆相的开关兀件并且通过接通和断开所述开关元件来驱动所述电机，所述控制方法包括 将所述电机的转子的按照电角度来计的一次旋转划分成多个区，并且基于根据所述电机的d轴电流指令值和q轴电流指令值而获得的每相的电流指令值，针对每个区来将设置有开关元件的多个相中的相定义为不进行开关操作的稳定相；以及 对除了针对每个区而确定的稳定相以外的相的开关元件进行开关操作，由此实现两相调制控制。
2.根据权利要求I所述的控制方法，其中， 所述稳定相是在取决于每相的电压指令值而将候选相确定为可能的稳定相、并取决于每相的电流指令值而从所确定的候选相当中选择出候选相之后确定的。
3.根据权利要求I所述的控制方法，其中， 使用根据实际提供给所述电机的电流而获得的d轴实际电流值和q轴实际电流值来确认所述d轴电流指令值的相位和所述q轴电流指令值的相位。
4.ー种用于控制电机逆变器的控制装置，所述电机逆变器具有用于三相电机的每相的开关元件并且通过接通和断开所述开关元件来驱动所述电机，所述控制装置包括 稳定相确定单元，用于在所述电机的转子的按照电角度来计的一次旋转被划分成多个区的情况下，基于根据所述电机的d轴电流指令值和q轴电流指令值而获得的每相的电流指令值，针对每个区来将设置有开关元件的多个相中的相定义为不进行开关操作的稳定相；以及 驱动单元，用于对除了针对每个区而确定的稳定相以外的相的开关元件进行开关操作，并实现两相调制控制。
全文摘要
提供了电机逆变器的控制方法和控制装置。电机逆变器设置有用于三相电机的每相的开关元件，并且通过接通和断开开关元件来驱动电机。在电机逆变器的控制装置的示例中，控制装置包括稳定相确定单元，用于在电机的转子的按照电角度来计的一次旋转被划分成多个区的情况下，基于根据电机的d轴电流指令值和q轴电流指令值而获得的每相的电流指令值，针对每个区来将设置有开关元件的多个相中的相定义为不进行开关操作的稳定相；以及驱动单元，用于对除了针对每个区而确定的稳定相以外的相的开关元件进行开关操作，并实现两相调制控制。
文档编号H02P27/08GK102694502SQ20121006847
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月15日 优先权日2011年3月23日
发明者坂田世纪, 水口大树, 池田成喜 申请人:株式会社丰田自动织机