专利名称：用于控制旋转电机的设备和方法
技术领域：
本公开涉及用于旋转电机的控制设备，并且更具体地涉及控制设置有高侧开关元件和低侧开关元件的直流DC-交流AC转换电路并由此控制旋转电机的控制设备。
背景技术：
诸如电动发电机的旋转电机利用控制设备和设置有多个开关元件的DC-AC转换电路来操作。旋转电机由控制DC-AC转换电路的控制设备来控制。为了控制旋转电机，DC-AC转换电路的开关元件由控制设备进行接通-断开控制。具体地，开关元件包括连接在旋转电机的各个绕组与连接到DC-AC转换电路的DC电源的正极端子或负极端子之间的高侧开关和低侧开关。例如，日本专利申请公开公布第2009-60713号公开了这样的控制设备，其中当旋转电机以较高旋转速度运行时，仅旋转电机的一个绕组(相)连接到DC电源，连接到其余绕组的开关元件被断开并且绕组的中性点连接到DC电源的负极端子。 然而，根据专利公布第2009-60713号的上述控制设备执行以下控制(半波整流)其中同时对单相施加DC-AC转换电路的输出电压。因此，无法有效地使用对应于旋转电机的各个相的绕组。
发明内容
实施例提供了一种新开发的、控制旋转电机的控制设备，其中控制设备包括AC-DC电压转换电路，AC-DC电压转换电路设置有连接在DC电源与各个定子绕组之间的开关元件、以及连接在定子绕组的连接点与DC电源之间的开关元件。作为实施例的第一方面，一种控制旋转电机的控制设备(其中，该旋转电机具有在中性点处相互连接的多个定子绕组，所述旋转电机以旋转角旋转)包括转换电路，其能够将DC电源的DC电压转换成AC电压，转换电路将AC电压提供给定子绕组，转换电路包括高侧操作开关和低侧操作开关，该高侧操作开关在DC电源的正极端子与定子绕组之间电连接以在其间打开和闭合，并且该低侧操作开关在DC电源的负极端子与定子绕组之间电连接以在其间打开和闭合；中性开关，其包括高侧中性开关和低侧中性开关，该高侧中性开关在DC电源的正极端子与中性点之间电连接以在其间打开和闭合，并且该低侧中性开关在DC电源的负极端子与中性点之间连接以在其间打开和闭合；切换装置，其用于在由旋转角确定的预定时段将该高侧操作开关和该低侧操作开关切换成互补接通，该切换装置在连续的预定时段连续地切换该高侧操作开关和该低侧操作开关，由此将DC电压转换成AC电压；第一时段估计装置，其用于估计在预定时段的第一时段，该第一时段是接通的低侧操作开关的数目大于接通的高侧操作开关的数目的时段；第二时段估计装置，其用于估计在预定时段的第二时段，该第二时段是接通的高侧操作开关的数目大于接通的低侧操作开关的数目的时段；电压增大装置，其用于在由第一时段估计装置估计的第一时段期间增大中性点处的电压；以及电压减小装置，其用于在由第二时段估计装置估计的第二时段期间减小中性点处的电压。电压增大装置被配置成将高侧中性开关控制为接通了比接通低侧中性开关的时段长的时段以增大中性点处的电压；并且电压减小装置被配置成将低侧中性开关控制为接通了比接通高侧中性开关的时段长的时段以减小中性点处的电压。当由切换装置接通的高侧开关元件的数目大于低侧开关元件的数目时，中性点处的电压接近DC电源的正极端子处的电压。此时，当电压减小装置进行操作时，中性点处的电压接近DC电源的负极端子处的电压。结果，可以增大构成转换电路的高侧开关元件处流过的电流的量。此外，由于接通的高侧开关元件的数目大于低侧开关元件的数目，所以可以增大流经旋转电机的电流的量，以使得同样可以增大转矩的量。类似地，当由切换装置接通的低侧开关元件的数目大于高侧开关元件的数目时，中性点处的电压接近DC电源的负极端子处的电压。此时，当电压增大装置进行操作时，中性点处的电压接近DC电源的正极端子处的电压。结果，可以增大构成转换电路的低侧开关元件处流过的电流的量。此外，由于接通的低侧开关元件的数目大于高侧开关元件的数目，所以可以增大流经旋转电机的电流的量，以使得同样可以增大转矩的量。 作为本实施例的第二方面，电压增大装置被配置成当低侧中性开关被断开时通过将高侧中性开关控制为接通来开始增大中性点处的电压；并且电压减小装置被配置成当高侧中性开关被断开时通过将低侧中性开关控制为接通来开始减小中性点处的电压。控制设备还包括用于可变地设置旋转角的可变设置装置，该旋转角确定电压增大装置开始增大中性点处的电压的定时或电压减小装置开始减小中性点处的电压的定时，可变设置装置基于确定旋转电机的操作状态的参数来可变地设置旋转角。根据本实施例的第二方面，要增大的在旋转电机流动的电流的量可以被最优化。此外，可以减小旋转电机的转矩脉动。作为本实施例的第三方面，参数包括旋转电机的旋转速度。对应于相同电角的旋转所需要的时间根据旋转电机的旋转速度而变化。此外，根据旋转速度扰乱增大的电流的感应电压同样改变。因此，用于增大流动的电流的旋转角的每个间隔中所需要的时段根据旋转速度而变化。根据本发明的第三实施例，根据旋转速度来可变地设置旋转角，由此可以适当地设置开始定时，所述旋转角确定增大或减小中性点处的电压的定时(开始定时)。可变设置装置被配置成设置旋转角，以使得旋转电机的旋转速度越大，则旋转角相对于预定时段开始的定时超前得越多。由于发明人已经发现旋转电机的转矩通过在旋转速度大时使开始定时超前而增大，所以根据上述实施例实现了可变装置。作为本实施例的第五方面，参数包括与旋转电机的转矩相关的参数。根据上述实施例，可以通过使用与旋转电机的转矩相关的参数将开始定时调节为更适当的值。作为本实施例的第六方面，电压增大装置被配置成当低侧中性开关被断开时通过将高侧中性开关控制为接通来开始增大中性点处的电压，以及使电压增大装置开始增大电压的定时(开始定时)相对于第一时段开始的定时超前。电压减小装置被配置成当高侧中性开关被断开时通过将低侧中性开关控制为接通来开始减小中性点处的电压，以及使电压减小装置开始减小电压的定时(开始定时)相对于第二时段开始的定时超前。由于发明人已经发现旋转电机的转矩可以更大或者可以通过使开始定时相对于上述定时超前来减小转矩脉动，所以根据上述实施例开始定时被设置为适当的。作为本实施例的第七方面，电压增大装置被配置成在第一时段期间将高侧中性开关控制为连续地接通和断开以调节中性点处的电压，并且电压减小装置被配置成在第二时段期间将低侧中性开关控制为连续地接通和断开以调节中性点处的电压。根据上述实施例，中性点处的电压可以被调节为使得可以增强设置流经旋转电机的电流的灵活性或调节旋转电机的转矩的灵活性。结果，可以实现旋转电机的适当控制。作为本实施例的第八方面，切换装置被配置成基于PWM处理来切换高侧操作开关和低侧操作开关以将施加给定子绕组的AC电压控制为基波分量。根据上述实施例，切换装置被配置成当没有控制中性点处的电压(中性电压)时将流经旋转电机的电流控制为接近于基波分量的值。因此，由于通过控制中性电压引起流经旋转电机、相对于基波分量的电流偏移的电流，所以可以容易地减小转矩脉动。 作为本实施例的第九方面，切换装置被配置成基于脉冲波控制来切换高侧操作开关和低侧操作开关。以最大调制速率执行脉冲波控制，使得允许通过脉冲波控制的电流流动的最大旋转速度等于旋转电机的最大旋转速度。假定中性电压被控制，可以扩展流经旋转电机的电流的范围，由此同样可以扩展旋转电机的最大旋转速度。作为本实施例的第十方面，电压增大装置被配置成当旋转电机的旋转速度高于或等于预定值时进行操作。当旋转电机的旋转速度小时，转换电路的输出线电压(定子绕组处的AC电压)可以容易地是当旋转电机的端子电压为基波分量时的输出线电压。在此示例中，高频波分量可以减小以使得旋转电机的效率可以更高并且可以抑制噪声。结果，在上述情形中可以避免通过控制中性电压导致的风险。
在附图中图I是示出了根据第一实施例的系统配置的图；图2A是示出了根据第一实施例的开关操作的定时图；图2B是中性电压控制单元的配置；图2C是示出了中性电压控制单元的控制过程的流程图；图3A、图3B、图3C、图3D、图3E和图3F是分别示出了开关操作的各种模式的电路图；图4A和图4B是示出了相对于相改变的转矩改变的图；图5是示出了第一实施例的优点的图；图6是示出了根据第二实施例的开关操作的定时图；图7A和图7B是示出了第二实施例的优点的图；图8是示出了根据第三实施例的N相开关操作的组合的表；以及图9是示出了根据第三实施例的开关操作的定时图。
具体实施方式
(第一实施例)参照图I至图5，下文中将描述第一实施例，在第一实施例中，根据本公开的控制设备适配于交通工具上安装的驱动电机。图I示出了根据第一实施例的控制设备的配置。作为交通工具的驱动电机的电动发电机10包括分别对应于U相、V相和W相的三个定子绕组12、14和16以及机械地连接到交通工具的驱动轮(未示出)的转子18。定子绕组12、14和16在这些绕组的中性点处相互连接。转子18可以包括永磁体。在此情况下，电动发电机是内置式永磁同步电机(IPMSM)或表面式永磁同步电机(SPMSM)。此外，电动发电机不限于具有永磁体的电机，例如可以使用同步磁阻电机或励磁(wound-field)同步电机。电动发电机10经由逆变器INV (即，转换电路)连接到高电压电池20 (S卩，DC电 源)。逆变器INV设置有三个开关元件对，S*p-S*n (*表示u、v、w)。开关元件对中的每个对(即，高侧操作开关(S*p)和低侧操作开关(S*n))在连接点处串联连接。三个开关元件对的连接点连接到对应于U相、V相和W相的各个绕组。同时，高电压电池20是端电压超过100伏的二次电池。电动发电机10的定子绕组的中性点经由开关元件Snp (高侧中性开关)连接到高电压电池20的正极端子，并经由开关元件Snn (低侧中性开关)连接到高电压电池20的负极端子。关于上述开关元件S$# ($表示U、v、w、n ;#表示p、n),根据实施例采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)。开关元件S$#包括(在开关元件的反方向上)并联连接到开关元件的二极管D$#。根据实施例，使用以下传感器装置来检测电动发电机10和逆变器INV的状态。传感器装置包括用以检测流经电动发电机10的各个相(U、V、w)的电流iu、iv、iw的电流传感器24、检测逆变器INV的输入电压(电源电压VDC)的电压传感器26、以及基于电动发电机10的旋转角0检测电角的旋转角传感器28。构成低电压系统的控制单元30经由接口 22获取上述传感器的检测到的值。控制单元30包括逆变器控制单元32和中性电压控制单元34。基于传感器的检测到的值，逆变器控制单元32生成操作逆变器INV的操作信号并输出该操作信号。操作信号g*#控制逆变器INV的开关元件S*# (*表示U、v、w并且#表示p、n)。具体地，在逆变器INV的输出
线电压中的基波分量的幅度在电源电压VDC的二分之三的平方根《)内变化的范围内，操作信号g*#通过公知的三角波PWM (脉宽调制)处理而生成。当输出线电压的基波分量的幅度超过电源电压VDC的^/IH的电压时，应用公知的过调制以执行脉冲波控制。注意，由逆变器控制单元32生成的高侧操作信号g*p和对应的低侧操作信号g*n是彼此互补的信号。也就是说，除了死区时段之外，当任一操作信号被控制为接通时，另一个操作信号被控制为断开。逆变器控制单元32和中性电压控制单元34可以由诸如集成电路的硬件电路或具有微处理器(其中执行控制软件)的硬件电路构成。关于微处理器，可以在此控制器30中采用公知的E⑶(电子控制单元)。逆变器控制单元32对应于切换装置。逆变器控制单元32和中性电压控制单元34对应于第一时段估计装置、第二时段估计装置、电压增大装置和电压减小装置。同时，中性电压控制单元34控制开关元件Snp和Snn以增大电动发电机10的最大输出，而逆变器控制单元32执行脉冲波控制。注意，开关元件Snp和Snn由操作信号gnp和gnn控制。操作信号gnp和gnn是彼此互补的信号。根据本实施例，除了当执行脉冲波控制时，中性电压控制单元34不控制开关元件Snp和Snn。接着，参照图2和图3，如下描述了由中性电压控制单元34操作的操作模式。如图2A所示，开关元件S*#被控制为在由旋转角确定的预定时段连续地接通和断开(如图2A所示的对应于每个60度间隔的时段)。模式I (图3A):模式I是开关元件Sup、Svp和Swn被接通。在模式I中，基本上，开关元件Snn接通并且开关元件Snp断开。当没有操作开关元件Snp和Snn时，将开关元件Sup、Svp和Swn控制为接通，定子绕组12、14和16的连接点(即，中性点)处的电压(即，中性电压)变得高于电压VDC/2。另一方面，当将开关元件Snn控制为接通时，中性电压变 为零伏。因此，流经开关元件Sup和Svp的电流增大使得流经电动发电机10的电流增大，从而与没有执行由开关元件Snn控制中性电压的情况相比，增加了电动发电机10的转矩。换言之，接通的高侧操作开关的数目大于接通的低侧操作开关的数目。模式2 (图3B):模式2是开关元件Sup、Svn> Swn被接通。在模式2中，基本上，开关元件Snp接通并且开关元件Snn断开。当没有操作开关元件Snp和Snn时，将开关元件Sup、Svn和Swn控制为接通，定子绕组12、14和16的连接点处的电压(即，中性电压)变得低于电压VDC/2。另一方面，将开关元件Snp接通，中性电压变为VDC。因此，流经开关元件Svn和Swn的电流增大使得流经电动发电机10的电流增大，从而与没有执行由开关元件Snp控制中性电压的情况相比，增加了电动发电机10的转矩。换言之，接通的低侧操作开关的数目大于接通的高侧操作开关的数目。模式3 (图3C):模式3是开关元件Sup、SvruSwp被接通。在模式3中，基本上,开关元件Snn接通并且开关元件Snp断开。其技术特征与模式I的技术特征类似。模式4 (图3D):模式4是开关元件Sun、Svn、Swp被接通。在模式4中，基本上,开关元件Snp接通并且开关元件Snn断开。其技术特征与模式2的技术特征类似。模式5 (图3E):模式5是开关元件Sun、Svp、Swp被接通。在模式5中，基本上,开关元件Snn接通并且开关元件Snp断开。其技术特征与模式I的技术特征类似。模式6 (图3F):模式6是开关元件Sun、Svp、Swn被接通。在模式6中，基本上,开关元件Snp接通并且开关元件Snn断开。其技术特征与模式2的技术特征类似。如上所述，中性电压控制单元34基于根据开关元件S*#的切换状态的组合(即，上述模式I至6)来控制开关元件Snp和Snn。图2B是中性电压控制单元34的结构。如图2B所示，中性电压控制单元34包括公知的ECU (电子控制单元)50和参考表60。参照图2C，如下描述中性电压控制单元34的控制过程。根据本实施例，中性电压控制单元34由E⑶50结合参考表60来操作。例如，此控制过程由在E⑶50中执行的软件程序来执行。具体地，E⑶50在预定时段从逆变器控制单元32读取逆变器INV的开关元件S*#的切换状态(S100)并且估计开关元件S*#之中的接通或断开的开关元件的数目(S200)。然后，E⑶50将切换状态与参考表60进行比较(S300)，以基于比较结果确定开关元件Snp还是 Snn 接通(S400)。随后，当接通的低侧操作开关的数目大于接通的高侧操作开关的数目时，E⑶50将开关元件Snp控制为接通(S500)，并且当接通的高侧操作开关的数目大于接通的低侧操作开关的数目时，E⑶50将开关元件Snn控制为接通(S600)。如上所述，当在没有控制中性电压的情况下中性电压高于电压VDC/2时，中性电压控制单元34将开关元件Snn控制为接通以减小中性电压，并且当在没有控制中性电压的情况下中性电压低于电压VDC/2时，中性电压控制单元34将开关元件Snp控制为接通以增大中性电压。然而，如图2A所示，开关元件Snp和Snn接通的定时被控制为相对于在上述操作模式中各个开关元件接通的开始定时超前(即，如图2A所示的电角A)。基于由逆变器控制单元32输出的操作信号g*#、以及旋转角0来执行此控制过程(即，可变设置手段)。这里，考虑到电动发电机10的平均转矩的增加和抑制转矩脉动的期望，设计控制过程中使用的角A (被称作超前角A)的量。中性电压控制单元34对应于可变设置装置。
图4A是示出了超前角A的量与平均转矩之间的关系的图，并且图4B是示出了超前角△与转矩脉动的量之间的关系的图。如图4A和图4B所示，平均转矩和转矩脉动根据超前角A而变化。因此，超前角A的量被设置成能够最大化平均转矩并显著减少转矩脉动的值。具体地，在控制过程中，超前角A被设置为根据流经电动发电机10的电流Ia和对应于电动发电机10的旋转速度的电角速度《而改变。基于每电角速度的平均电流和相电流的幅度来确定电流Ia的值。电流Ia和电角速度《确定电动发电机10的操作状态。具体地，由于电流Ia是与电动发电机10的转矩相关的参数，通过将超前角△的量设置为基于电流Ia可变，可以容易地获得所需要的转矩。此外，电角速度《是改变相同旋转角的旋转所需要的时间并与诸如感应电压的扰乱电流流动的力相关的参数。因此，通过将超前角A的量设置为基于电角速度《可变，可以容易地获得所需转矩。优选地，设置超前角A以使得电角速度《越大，超前角△越大。在此示例中，当电角速度《小时，超前角A可以被设置为零。图5示出了第一实施例的优点。参照图5，在执行脉冲波控制的区域(脉冲波控制区域)中控制中性电压，可以增大电动发电机10处的电角速度w的最大值。也就是说，以相同的电角速度《使能够流经电动发电机10的电流增大,增大了电动发电机10处的电角速度《的最大值。结果，可以增大电动发电机10的最大输出，并且因此,可以针对电动发电机10所需要的输出采用较小尺寸的同步电机。根据上述实施例，可以获得以下优点。(I)在脉冲波控制区域中，当通过脉冲波控制预期的中性电压高于电压VDC/2时，中性电压被控制为减小，并且当中性电压低于电压VDC/2时，中性电压被控制为增大。结果，流经电动发电机10的电流可以增大，使得同样可以增大电动发电机10的转矩。(2)开关元件Snp和Snn接通的定时被控制为相对于操作模式的开始定时超前。结果，可以减小电动发电机的转矩或转矩脉动。(3)超前角A被设置为根据电动发电机10的旋转速度(电角速度《 )而改变。结果，可以更准确地设置超前角A。(4)超前角A被设置为根据流经电动发电机10的电流Ia而改变。结果，可以更准确地设置超前角A。(5)在电动发电机10的电角速度《高于预定速度的条件下，控制中性电压。结果，在逆变器INV的输出线电压中的基波分量的幅度在电源电压VDC的二分之三的平方根
(4312 )内变化的条件下，逆变器INV的输出线电压可以是通过使用三角波PWM处理的基
波分量，从而降低了其高频分量。(第二实施例)参照附图，下文中描述了第二实施例，其中主要描述第一实施例与第二实施例的区别。图6中示出了根据第二实施例的中性电压的控制操作。如图6所示，在为了减小中性电压的过程中,对开关元件Snn应用PWM处理，以将中性点处的平均电势增大为高于零 伏。在为了增大中性电压的过程中，对开关元件Snp应用PWM处理以将中性点处的平均电压减小为低于VDC。具体地,在该时段中操作开关元件Sn# (#表示p或n)的每个电角(对应于每个电角(60度)的时段)中，执行基于正弦波和诸如三角波的载波之间的比较的PWM处理以模拟在中性电压具有预定幅度的正弦波的半周期。结果，在每个电角(60度)的时段期间，开关元件Sn#的接通时段逐渐增加并且然后逐渐减小。图7A和图7B示出了在开关元件Sn#的接通时段期间的PWM处理的优点。如图7A所示，转矩脉动可以通过PWM处理而减小。图7B示出了转矩的改变的示例。实线代表第三实施例，并且虚线代表上述第一实施例。根据第二实施例，除了第一实施例的优点之外，可以获得以下优点。(6)在开关元件Sn#的接通时段期间执行PWM处理，由此调节了中性点处的平均电压。结果，可以增强调节流经电动发电机10的电流和其转矩的灵活性。因此，可以实现更准确的控制。(第三实施例)参照附图，下文中描述了第三实施例，其中主要描述第一实施例与第三实施例的区别。根据第三实施例，当执行三角波PWM处理时，控制中性电压。这要扩展高频分量的量为低的操作区域。换言之，在三角波PWM处理中，由于逆变器INV的输出线电压被控制以将各个相电压模拟为基波分量，所以可以抑制高频分量。同时，在脉冲波控制中，高频分量包括在逆变器INV的输出线电压中。因此，通过当执行三角波PWM处理时、甚至当施加于电动发电机10的线电压相对于基波分量偏移或流经电动发电机10的电流相对于基波分量偏移时控制中性电压，与利用脉冲波控制来控制中性电压相比可以减小高频分量的量。此外，通过控制中性电压，可以扩展三角波PWM处理的区域。结果，同样可以扩展可实现高效驱动的区域以及驱动噪声小的区域。根据本实施例，逆变器控制单元32控制逆变器INV，从而控制开关元件Snp和Snn。如图8所示,八个电压向量表示要控制的逆变器INV的状态。例如,表示低侧开关元件Sun、Svn和Swn被接通(图8中的“下”)的状态的电压向量是V0。类似地，表示高侧开关元件Sup、Svp和Swp被接通(图8中的“上”)的状态的电压向量是V7。如图8所示的N相表示中性点，并示出了如何控制开关元件Snp和Snn的调整。也就是说，根据第三实施例和其它实施例，当基于由电压向量表不的状态的中性电压低于电压VDC/2时，开关兀件Snp被控制为接通以将中性电压增大为VDC，并且当基于上述状态的中性电压高于电压VDC/2时，开关元件Snn被控制为接通以将中性电压减小为零伏。图9中示出了根据第三实施例的中性电压的控制操作。根据第三实施例，除了第二实施例的优点之外，可以获得以下优点。(7)在逆变器控制单元32控制逆变器INV的输出线电压以将施加于电动发电机10的各个相的电压控制为基波分量的情况下，控制中性电压。结果，当控制中性电压时，可以抑制高频分量，并且可以增强电动发电机10的效率。(其它实施例)可以如下修改上述实施例。
关于可变设置装置，角A被设置为根据电角速度《和电流Ia而改变。然而，可以根据电角速度《或电流Ia来改变角A。此外，角A不限于超前角。例如，当通过使用延迟角减小转矩脉动时可以采用延迟角。对于与转矩相关的参数，不限于使用电流Ia，然而，可以采用所需要的转矩Tr。关于调节中性电压，不限于在增大中性电压的时段(中性电压增大时段)中使中性电压逐渐增大并且然后逐渐减小的过程、以及在减小中性电压的时段(中性电压减小时段)中使中性电压逐渐减小并且然后逐渐增大的过程。例如，在中性电压增大时段中中性电压可以被控制为线性增大，或在中性电压减小时段中中性电压可以被控制为线性减小。这些过程可以通过改变表示确定中性电压的信号的、正弦波的角速度来实现。此外，可以根据电角速度w或电流Ia来改变表示确定中性电压的信号的、正弦波的幅度。此外，对于要改变的中性电压，不限于使用正弦波。例如，只要开关元件Snp被控制为接通和断开以将增大中性电压的时段期间的中性电压的平均值控制为低于高电压电池20的正极端子处的电压，相对于单个接通/断开时段的接通时段可以改变为固定值。类似地，只要开关元件Snn被控制为接通和断开以将减小中性电压的时段期间的中性电压的平均值控制为高于高电压电池20的负极端子，相对于单个接通/断开时段的接通时段可以改变为固定值。关于切换装置，在第三实施例中，执行PWM处理以使每个相的命令电压(S卩，v*r (*表示U、V、w 为基波分量，以便生成操作信号g*#。然而，替代基本命令电压，通过两相调制施加的命令电压V*r或通过三次谐波施加的命令电压V*!■可以用于PWM处理，以生成操作信号g*#。关于中性电压控制装置，在用以减小中性电压的过程中，不限于低侧开关元件Snn被控制为接通和断开并且高侧开关元件Snn被控制为固定低的操作。例如，基于将低侧开关元件Snn控制为接通和断开，高侧开关元件Snp可以被控制为在低侧开关元件Snn断开的时段期间为接通的。甚至在此情况下，可以通过将低侧开关元件Snn的接通时段控制为长于高侧开关元件Snp的接通时段来减小中性点的平均电压电势。类似地，在用以增大中性电压的过程中，不限于高侧开关元件Snp被控制为接通和断开并且低侧开关元件被控制为固定低的操作。在第三实施例中，可以提供可变设置装置。例如，这被实现以使得其相位相对于由操作信号g*#生成的载波信号超前的载波信号与命令电压v*r被比较，并且基于比较结果来估计要改变的电压向量VO至V7的定时。此外，可以在控制操作中采用增大或减小中性电压的任一过程。在此示例中，考虑了在电角时段的中性点的平均电压电势会相对于电压VDC/2偏移。然而，甚至在此情况下，相比于没有控制中性电压的过程， 可以增大电动发电机的转矩。关于旋转电机，不限于三相旋转电机，然而，可以采用具有四相或更多相(例如，彼此相连的五相定子绕组)的旋转电机。用于定子绕组的相数优选地是奇数。注意，作为控制中性电压的示例，可以通过使用较低的调制速率将中性电压控制为增大或减小。
权利要求
1.一种控制旋转电机的控制设备，所述旋转电机具有多个定子绕组，所述多个定子绕组在所述定子绕组的中性点处相互连接，所述旋转电机以旋转角旋转，所述控制设备包括 转换电路，其能够将直流DC电源的DC电压转换成交流AC电压，所述转换电路将所述AC电压提供给所述定子绕组，所述转换电路包括高侧操作开关和低侧操作开关，所述高侧操作开关在DC电源的正极端子与所述定子绕组之间电连接以在其间打开和闭合，并且所述低侧操作开关在所述DC电源的负极端子与所述定子绕组之间电连接以在其间打开和闭合； 中性开关，其包括高侧中性开关和低侧中性开关，所述高侧中性开关在所述DC电源的所述正极端子与所述中性点之间电连接以在其间打开和闭合，并且所述低侧中性开关在所述DC电源的所述负极端子与所述中性点之间连接以在其间打开和闭合； 切换装置，其用于在由所述旋转角确定的预定时段将所述高侧操作开关和所述低侧操作开关切换成互补接通，所述切换装置在连续的预定时段连续地切换所述高侧操作开关和所述低侧操作开关，由此将所述DC电压转换成所述AC电压； 第一时段估计装置，其用于估计在所述预定时段的第一时段，所述第一时段是接通的低侧操作开关的数目大于接通的高侧操作开关的数目的时段； 第二时段估计装置，其用于估计在所述预定时段的第二时段，所述第二时段是接通的高侧操作开关的数目大于接通的低侧操作开关的数目的时段； 电压增大装置，其用于在由所述第一时段估计装置估计的所述第一时段期间增大所述中性点处的电压；以及 电压减小装置，其用于在由所述第二时段估计装置估计的所述第二时段期间减小所述中性点处的电压，其中 所述电压增大装置被配置成将所述高侧中性开关控制为接通了比接通所述低侧中性开关的时段长的时段以增大所述中性点处的电压；并且所述电压减小装置被配置成将所述低侧中性开关控制为接通了比接通所述高侧中性开关的时段长的时段以减小所述中性点处的电压。
2.根据权利要求I所述的控制设备，其中，所述电压增大装置被配置成当所述低侧中性开关被断开时通过将所述高侧中性开关控制为接通来开始增大所述中性点处的电压；并且所述电压减小装置被配置成当所述高侧中性开关被断开时通过将所述低侧中性开关控制为接通来开始减小所述中性点处的电压，并且 所述控制设备还包括用于可变地设置所述旋转角的可变设置装置，所述旋转角确定所述电压增大装置开始增大所述中性点处的电压的定时或所述电压减小装置开始减小所述中性点处的电压的定时，所述可变设置装置基于确定所述旋转电机的操作状态的参数来可变地设置所述旋转角。
3.根据权利要求2所述的控制设备，其中，所述参数包括所述旋转电机的旋转速度。
4.根据权利要求3所述的控制设备，其中，所述可变设置装置被配置成设置所述旋转角，以使得所述旋转电机的旋转速度越大，则所述旋转角相对于所述预定时段开始的定时超前得越多。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的控制设备，其中，所述参数包括与所述旋转电机的转矩相关的参数。
6.根据权利要求I所述的控制设备，其中 所述电压增大装置被配置成当所述低侧中性开关被断开时通过将所述高侧中性开关控制为接通来开始增大所述中性点处的电压，以及使所述电压增大装置开始增大所述电压的定时相对于所述第一时段开始的定时超前，并且 所述电压减小装置被配置成当所述高侧中性开关被断开时通过将所述低侧中性开关控制为接通来开始减小所述中性点处的电压，以及使所述电压减小装置开始减小所述电压的定时相对于所述第二时段开始的定时超前。
7.根据权利要求I所述的控制设备，其中，所述电压增大装置被配置成在所述第一时段期间将所述高侧中性开关控制为连续地接通和断开以调节所述中性点处的电压。
8.根据权利要求I所述的控制设备，其中，所述电压减小装置被配置成在所述第二时段期间将所述低侧中性开关控制为连续地接通和断开以调节所述中性点处的电压。
9.根据权利要求I所述的控制设备，其中，所述切换装置被配置成基于脉宽调制PWM处理来切换所述高侧操作开关和所述低侧操作开关以将施加给所述定子绕组的所述AC电压控制为基波分量。
10.根据权利要求I所述的控制设备，其中，所述切换装置被配置成基于脉冲波控制来切换所述高侧操作开关和所述低侧操作开关。
11.根据权利要求I所述的控制设备，其中，所述电压增大装置被配置成当所述旋转电机的旋转速度高于或等于预定值时进行操作。
12.根据权利要求I所述的控制设备，其中，所述电压减小装置被配置成当所述旋转电机的旋转速度高于或等于预定值时进行操作。
13.一种用于控制旋转电机的方法，所述旋转电机具有多个定子绕组，所述多个定子绕组在所述定子绕组的中性点处相互连接，所述方法包括 在预定时段将高侧操作开关和低侧操作开关切换为互补接通，所述高侧操作开关在直流DC电源的正极端子与所述定子绕组之间电连接，并且所述低侧操作开关在所述DC电源的负极端子与所述定子绕组之间电连接，其中，在连续的预定时段连续地切换所述高侧操作开关和所述低侧操作开关； 在所述预定时段读取所述高侧操作开关和所述低侧操作开关的切换状态； 在所述预定时段将所述切换状态与给出切换状态的组合的参考表进行比较； 基于所述切换状态与所述参考表的比较来估计在所述预定时段的第一时段，所述第一时段是接通的低侧操作开关的数目大于接通的高侧操作开关的数目的时段； 基于所述切换状态与所述参考表比较来估计在所述预定时段的第二时段，所述第二时段是接通的高侧操作开关的数目大于接通的低侧操作开关的数目的时段； 当估计所述第一时段时，将连接到所述中性点的高侧中性开关控制为接通了比接通连接到所述中性点的所述低侧中性开关的时段长的时段；以及 当估计所述第二时段时，将所述低侧中性开关控制为接通了比接通所述高侧中性开关的时段长的时段。
全文摘要
公开了用于控制旋转电机的设备和方法。所述控制旋转电机的控制设备包括将DC电压转换成AC电压以使旋转电机旋转的转换电路、以及控制单元。转换电路包括连接到旋转电机的定子绕组的高侧开关、低侧开关。控制单元控制转换电路，使得高侧/低侧开关二者被控制为在用于将DC电压转换成AC电压的每个预定时段连续地接通和断开。控制单元动态地控制均连接到定子绕组的中性点的高侧和低侧中性开关，以增大或减小中性点处的电压，由此调节了流经旋转电机的电流。结果，旋转电机的转矩被最优化。
文档编号H02P27/06GK102780450SQ20121014374
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月8日 优先权日2011年5月9日
发明者田中飞鸟, 谷口真 申请人:株式会社电装