用于交流电机的控制设备的制作方法
【专利摘要】一种用于三相交流电机（2）的控制设备（10）。该控制设备包括：用于驱动电机的逆变器（12）；用于感测电机中的电流的电流传感器（16,17,18）；以及具有用于操作每个相的电压命令的反馈控制操作部件（23）并且基于电压命令切换逆变器的控制装置（151,152,153,154）。当三相的电流感测值的和的绝对值大于阈值时，控制装置：执行暂时的电流传感器系统异常判定；生成变化可视状态，在该状态中延迟或停止反馈控制相对于由异常导致的电流感测值的变化的响应；并且执行用于识别其中电流偏差的绝对值大于阈值的相上的电流传感器的相识别处理。
【专利说明】用于交流电机的控制设备
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及一种用于交流(AC)电机的控制设备，该控制设备包括用于感测相电流的电流传感器并且基于感测电流值来控制要通过交流电机的电流。
【背景技术】
[0002]近年来，根据更低燃料消耗和更少废气排放的社会需求，电动汽车和混合动力汽车引起了关注，其中，电动汽车和混合动力汽车中的每种汽车都安装有AC (交流)电机作为车辆的电源，引起了关注。例如，在一些混合动力汽车中，由二次电池等制成的DC电源和AC电机经由由逆变器等构造的电力变换设备彼此连接，并且通过逆变器将DC电源的DC (直流)电压通过逆变器被变换成AC电压，从而驱动AC电机。
[0003]在安装在像这样的混合动力汽车或电动汽车中的AC电机的控制设备中，已知存在基于由电流传感器感测到的三相的电流感测值来执行反馈控制的控制设备。例如，将通过对三相的电流感测值进行dq变换所获得的d轴电流和q轴电流反馈至电流命令。
[0004]在此，已知存在下面的技术(例如，专利文献I):为三相AC电机的每个相提供一个电流传感器；根据基尔霍夫定律，待将提供至AC电机的三相的电流的和为零；所以在三相的电流感测值的和不为零的情况下，可以判定电流传感器中的任一个异常。
[0005]将参照图3A、图3B和图3C对通过监控三相的感测值的和来判定电流传感器中的任一个是否异常的技术 进行描述。
[0006]在图3A中示出的正常控制时，U相电流iu、V相电流iv和W相电流iw的和总是为零，如基于基尔霍夫定律的等式(I)所示。
[0007]iu+iv+iw=0(I)
[0008]在此，例如，如图3B所示，假定产生V相电流变成ivs (ivs从iv向正侧偏移误差Ais)的异常。在下文中，该异常被称为“偏移异常”。当发生偏移异常时，三相的电流感测值的和(在下文中根据需要称为“三相和”)如由公式(2.1)所示变为Ais，由此发现至少一个电流传感器异常，也就是说，出现“电流传感器系统的异常”。
[0009]iu+ivs+iw=(iu+iv+iw) + Δ is= Δ is(2.1)
[0010]此外，即使当导致电流幅值变化的增益误差以及由偏移异常导致的偏移误差发生时，三相和也不变为零，从而使得可以检测到电流传感器的异常。
[0011]然而，如由下面的公式(2.2)至(2.4)所示，在假定在V相中出现偏移异常的情况下的检测结果(公式(2.3))和在其中假定在U相或W相中出现偏移异常的情况下的检测结果(公式(2.2)、(2.4))彼此完全相同，因此不可以彼此区分。换言之，即使当在相中的任一相中出现误差Ais时，三相和也相似地变为Λ is，这因此使得不可以识别电流传感器异常的相。
[0012](iu+ Ais) +iv+iw= Ais(2.2)
[0013]iu+ (iv+ Δ is) +iw= Ais(2.3)
[0014]iu+iv+ (iw+ Ais)=Ais(2.4)[0015]接下来，将对识别其中电流传感器异常的相的必要性进行描述。
[0016]首先，从故障检修的观点来看，必须精确地找到异常点。在使用可以被单独替换的电流传感器的情况下，可以选择性地替换仅产生异常的电流传感器。
[0017]其次，在仅仅一个电流传感器异常的情况下，通过利用由使用两个正常电流传感器驱动电机的技术，可以在特定条件下暂时继续AC电机的驱动。
[0018]这样，非常需要识别出电流传感器异常的相。然而，如上面所描述的，不可以通过使用三相和的判定来识别电流传感器异常的相。
[0019][专利文献I]日本未审查专利申请公开N0.He1-6-253585
【发明内容】
[0020]本公开内容的目的是提供一种能够识别传感器中产生异常的相的AC电机的控制设备。
[0021]根据本公开内容的一个方面，三相交流电机的控制设备包括:具有用于驱动三相交流电机的多个开关元件的逆变器；多个电流传感器，多个电流传感器中的每个感测通过交流电机的三相中的相应相的电流；以及控制装置，该控制装置具有用于操作每个相的电压命令以使由相应电流传感器感测的电流感测值与相应相的电流命令值之间的偏差收敛于零的反馈控制操作部件，并且基于每个相的电压命令接通或断开每个开关元件以便控制通过交流电机的相应的相的电流。当三相电流感测值的和的绝对值大于预定的三相和阈值，该控制装置:执行暂时的电流传感器系统异常确定，这表示在电流传感器中的至少一个中引起异常的可能性；生成变化可视状态，在该状态下反馈控制对于电流传感器中的至少一个中的由异常的出现而导致的电流传感值的变化的响应被延迟，或在该状态下反馈控制的响应被停止；以及在该变化可视状态下执行相识别处理，相识别处理用于识别该电流传感器中的、与电流偏差的绝对值大于预定的偏差阈值的相对应的至少一个电流传感器，该电流偏差是基于电流基准值与该相的电流感测值之间的差而被确定的。
[0022]在上面的控制设备中，可以通过生成变化可视状态查看偏移误差，在变化可视状态中反馈控制的响应被延迟或停止。设备执行将变化可视状态中的电流感测值与每个相的偏差阈值比较的相识别处理，因此能够识别在电流传感器中产生异常的相。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]根据参照附图所作出的下面的详细描述，本公开内容的上述目的和其他目的、功能和优点将变得更加明显。在附图中:
[0024]图1是示出了根据本公开内容的第一实施方式至第四实施方式中的每个实施方式的AC电机的控制设备被应用的电动机驱动系统的构造的图；
[0025]图2是根据本公开内容的第一实施方式至第四实施方式中的每个的AC电机的控制设备的总构造图；
[0026]图3A、图3B、图3C是示出了其中一个相的电流传感器在反馈控制中发生异常偏移的状态的示意性图；
[0027]图4是示出了根据本公开内容的第一实施方式的AC电机的控制设备的控制部件的构造的框图；[0028]图5是示出了图4中所示的控制部件的电流估计部分的构造的框图；
[0029]图6是根据本公开内容的第一实施方式的整个电流反馈控制的流程图的前半部分；
[0030]图7是根据本公开内容的第一实施方式的整个电流反馈控制的流程图的后半部分；
[0031]图8是根据本公开内容的第一实施方式的整个相识别处理的流程图的前半部分；
[0032]图9是根据本公开内容的第一实施方式的整个相识别处理的流程图的后半部分；
[0033]图10是示出了分配因子与转数之间的关系的图，分配系数是W相(监视器相)中发生的偏移误差被分配给U相和V相(它们为控制相)中的电流偏差的系数；
[0034]图11A、图11B、图1lC是示出了当每个相中发生偏移误差时校正之前和之后的电流偏差的不意图；
[0035]图12是示出了根据本公开内容的第二实施方式的AC电机的控制设备的控制部件的构造的框图；
[0036]图13是当W相的电流传感器被确定为在图12中示出的控制部件中异常时的框图；
[0037]图14是根据本公开内容的第二实施方式的相识别处理的流程图的后半部分；
[0038]图15是根据本公开内容的第三实施方式的AC电机的控制设备的控制部件的构造的框图；
[0039]图16是根据本公开内容的第三实施方式的相识别处理的流程图的前半部分；
[0040]图17是根据本公开内容的第三实施方式的相识别处理的流程图的后半部分；
[0041]图18是示出了根据本公开内容的第四实施方式的AC电机的控制设备的控制部件的构造的框图；
[0042]图19是根据本公开内容的第四实施方式的整个电流反馈控制的流程图的后半部分；以及
[0043]图20是根据本公开内容的第四实施方式的相识别处理的流程图的前半部分。【具体实施方式】
[0044]在下文中，将基于附图对根据本公开内容的AC电机的控制设备的实施方式进行描述。
[0045]首先，将参照图1和图2对多个实施方式所共有的结构进行描述。根据本实施方式的电动机控制设备10作为“AC电机的控制设备”被应用于用来驱动混合动力汽车的电动机驱动系统。
[0046][AC电机的控制设备的结构]
[0047]如图1所示，电动机驱动系统I包括AC电机2、DC电源8和电动机控制设备10。
[0048]AC电机2是例如用于生成用于驱动电动车辆的驱动轮6的转矩的电动机。本实施方式的AC电机2是三相永磁式同步电机。
[0049]假定电动车辆包括由电能驱动驱动轮6的车辆，如混合动力汽车、电动汽车以及燃料电池供电的车辆。本实施方式的电动车辆是安装有发动机3的混合动力车辆，并且AC电机2是所谓的电动发电机(在附图中由“MG”指定)，该电动发电机具有如生成用于驱动驱动轮6的转矩的电动机的功能以及如由发动机3驱动从而生成电力的发电机的功能。
[0050]AC电机2经由齿轮4耦接至轮轴5。以这种方式，AC电机2的驱动力经由齿轮4旋转轮轴5从而驱动驱动轮6。
[0051]DC电源8是可以充电和放电的电存储设备，例如，二次电池(如镍金属氢化物电池或锂离子电池)以及双电层电容器。DC电源8连接至电动机控制设备10的逆变器12 (参见图2)，也就是说，DC电源8被构造成向AC电机2提供电力并且由AC电机2经由逆变器12供给电力。
[0052]车辆控制电路9由微型计算机等构成并且设置有CPU、R0M、I/0以及用于连接这些结构的总线，所有这些都没有在附图中示出。车辆控制电路9通过由CPU执行先前存储的程序来执行的软件处理以及通过由专用电子电路来执行的硬件处理来控制整个电动车辆。
[0053]车辆控制电路9被构造成能够从多种传感器和开关获得信号(如来自加速器传感器的加速信号、来自制动开关的制动信号、及来自换档开关的换档信号)，所有这些信号都没有在附图中示出。车辆控制电路9基于所获得的信号来检测车辆的驱动状态并且向电动机控制设备10输出响应于驱动状态的转矩命令值trq*。此外，车辆控制电路9向发动机控制电路(图中未不出)输出命令信号以控制发动机3的驱动。
[0054]如图2所示，电动机控制设备10设置有逆变器12、电流传感器16、电流传感器17、电流传感器18和作为“控制装置”的控制部件15。
[0055]逆变器12具有被输入到其中的升压电压，该升压电压由升压转换器(附图中未示出)提升。逆变器12具有以桥接模式连接的六个开关元件(附图中未示出)。关于开关元件，例如IGBT (绝缘栅双极晶体管)、MOS (金属氧化物半导体)晶体管和双极型晶体管可以用作开关元件。
[0056]通常，在逆变器12由正弦波控制模式或过调制控制模式驱动的情况下，基于PWM信号将开关元件接通/断开，由此AC电机2具有施加在其上的三相AC电压vu、vv、vw,因此控制AC电机2的驱动。可替代地，在逆变器12由方波控制模式驱动的情况下，由电压相命令来对相进行控制。
[0057]关于电流传感器16、电流传感器17、电流传感器18，为三相U相、V相及W相的电力线(该电力线从逆变器12连接至AC电机2)中的每根电力线设置一个电流传感器，并且电流传感器检测每个相电流。对本公开内容作出假定:电流传感器被构造成为这种“三相中的每个相的一个通道”。
[0058]作为参考，为三相中的两相中的每个设置电流传感器的结构被称为“两相中的每相的一个通道”，而为三相中的每相设置两个电流传感器的结构被称为“三相中的每相的两个通道”
[0059]顺便提及，根据基尔霍夫定律，三相的电流的和始终为零。因此，当已知三相中的两相的电流值时，可以计算出剩余的一相的电流值。因此，可以基于至少两相的电流感测值进行电流反馈控制中dq变换等的计算。以这种方式，其中基于相电流值执行控制的相被称为“控制相”。
[0060]此外，通过检测除了控制相之外的一相的电流感测值，可以监视三相的电流值的和是否为零并且判定电流传感器系统是否异常。除了控制相之外的一相被称为“监视相”。在下面将描述的第一实施方式、第二实施方式和第四实施方式中，基于监视相的电流感测值计算用于计算电流偏差的每个相的电流估计值。
[0061]在下面将要描述的第一实施方式至第四实施方式中，基本上，假定控制相是U相和V相并且监视相是W相。在此，在其他实施方式中，U相或V相可以是控制相。
[0062]旋转角传感器14被设置在AC电机2的转子(附图中未示出)附近，感测电动角Θ e并且向控制部件15输出电动角0e。另外，基于由旋转角传感器14所感测的电动角0e来计算AC电机2的转数N。本实施方式的旋转角传感器14是旋转变压器，但是可以在其他实施方式中使用其他类型的传感器，如旋转编码器。
[0063]控制部件15由微型计算机等构成并且包括CPU、ROM、I/O和用于连接这些部件的总线(附图中未示出)。控制部件15通过由CPU通过执行先前存储的程序来执行的软件处理或通过由专用电子电路执行的硬件处理来控制AC电机2的操作。在下文中将在每个实施方式中更详细地描述控制部件15。
[0064]根据基于由旋转角传感器14所感测的电动角Θ e的AC电机2的转数N和来自车辆控制电路9的转矩命令值trq*，电动机控制设备10驱动作为电动机的AC电机2以执行供电操作从而耗电，或驱动作为发电机的AC电机2以执行再生操作从而发电。具体地，根据转数N以及命令值trq*为正还是为负，电动机控制设备10将AC电机2的操作切换成以下四种模式:
[0065]〈1.正常旋转供电操作〉当转数N为正并且转矩命令值trq*为正时，AC电机2耗电；
[0066]<2.正常旋转再生操作 > 当转数N为正的并且转矩命令值trq*为负时,AC电机2发电；
[0067]<3.反向旋转供电操作 > 当转数N为负并且转矩命令值trq*为负时，AC电机2耗电；
[0068]<4.反向旋转再生操作 > 当转数N为负并且转矩命令值trq*为正时，AC电机2发电。
[0069]在转数N>0 (正常旋转)并且转矩命令值trq*>0，或转数N〈0 (反向旋转)并且转矩命令值trq*〈0的情况下，逆变器12通过开关元件的开关操作将DC电源8供应的DC电力变换为AC电力，从而以这种方式驱动AC电机2以输出转矩(执行供电操作)。
[0070]另一方面，在转数N>0 (正常旋转)并且转矩命令值trq*〈0，或转数N〈0 (反向旋转)并且转矩命令值trq*>0的情况下，逆变器12通过开关元件的开关操作将由AC电机2生成的AC电力变换为DC电力，从而向DC电源8供应DC电力，由此AC电机2执行再生操作。
[0071][控制部件的结构和操作/工作效果]
[0072]在下文中，将关于第一实施方式至第四实施方式中的每个实施方式描述控制部件15的结构和操作/工作效果。表示实施方式的编号的数字“I”到“4”附加在“控制部件15”的附图标记的结尾。
[0073](第一实施方式)
[0074]将参照图4和图5对第一实施方式的控制部件151进行描述。
[0075]电流命令映射(MAP) 21基于从车辆控制电路9中所获得的转矩命令值trq*计算AC电机2的旋转坐标系统(dq坐标系统)中的d轴电流命令id*和q轴电流命令iq*。在下文中，“ d轴电流和q轴电流”被称为“ dq电流”。
[0076]在本实施方式中，参照先前存储的映射(MAP)计算dq电流命令id*、iq*，但也可以通过使用其他实施方式中的数学公式等计算dq电流命令id*、iq*。
[0077]三相一dq变换部件22基于从旋转角传感器14中所获得的电动角Θ e将控制相的电流感测值iu_sns、iv_sns变换成dq电流id、iq。
[0078]在此，将对基于两相的电流感测值的三相一dq变换进行描述。首先，将由下面的公式(3)示出dq变换的通用公式。
[0079][数学公式I]
[0080]
【权利要求】
1.一种用于三相交流电机的控制设备，所述控制设备包括: 逆变器，所述逆变器具有用于驱动所述三相交流电机的多个开关元件； 多个电流传感器，所述多个电流传感器中的每个电流传感器感测通过所述交流电机的三相中的相应相的电流；以及 控制装置，所述控制装置具有反馈控制操作部件，所述反馈控制操作部件用于操作每个相的电压命令以使得由相应电流传感器感测的电流感测值与相应相的电流命令值之间的偏差收敛于零，并且所述控制装置基于每个相的所述电压命令接通或断开每个开关元件以控制通过所述交流电机的各个相的电流， 其中，当三相的所述电流感测值的和的绝对值大于预定的三相和阈值时，所述控制装置: 执行暂时的电流传感器系统异常判定，所述暂时的电流传感器系统异常判定表示在所述电流传感器中的至少一个中产生异常的可能性； 生成变化可视状态，在所述变化可视状态下，反馈控制对于由所述电流传感器中的所述至少一个中的异常的出现而导致的所述电流感测值的变化的响应被延迟，或者，在所述变化可视状态下，所述反馈控制的所述响应被停止；以及 在所述变化可视状态下执行相识别处理，相识别处理用于识别所述电流传感器中的、与电流偏差的绝对值大于预定的偏差阈值的相对应的至少一个电流传感器，所述电流偏差是基于电流基准值与所述相的电流感测值之间的差而被确定的。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述控制设备执行滤波处理，所述滤波处理用于将输出响应相对于输入变化的延迟时间设置为比正常控制更长，以使得所述控制装置生成所述变化可视状态；以及` 其中，所述延迟时间与要被反馈至所述反馈控制操作部件的电流和由所述反馈控制操作部件输出的电压命令中的至少一个有关。
3.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述控制装置将从所述反馈控制操作部件输出的所述电压命令固定，以使得所述控制装置生成所述变化可视状态。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备， 其中，所述控制装置在所述相识别处理中通过使用电流估计值作为所述电流基准值来计算每个相的所述电流偏差，以及 其中，所述电流估计值是基于作为三相之一的监视相的电流感测值和所述交流电机的电动角两者而被确定的。
5.根据权利要求4所述的控制设备，其中，当在所述监视相上的电流传感器中产生所述异常时，所述控制装置执行用于基于预定的分配因子划分误差分量的划分校正，根据所述监视相的电流感测值的误差所述误差分量要被分配至其他相的所述电流偏差。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，所述控制装置在所述相识别处理中通过使用各个相的电流命令值作为所述电流基准值来计算每个相的所述电流偏差。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，当在所述相识别处理中判定两个或更多个相的所述电流传感器中产生所述异常时，所述控制装置停止驱动所述交流电机。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，当在所述相识别处理中判定仅一相的所述电流传感器中产生所述异常时，所述控制装置从除了所述仅一相之外的两相中选择一相作为控制相， 其中，在所述两相中的每个相中，各个电流传感器正常，以及 其中，所述控制装置使用电流估计值通过所述反馈控制来控制要通过所述交流电机的电流，所述电流估计值是基于所述控制相的所述电流感测值而被确定的。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，当在所述相识别处理中判定三相的所述电流传感器正常时，所述控制设备基于作为两个控制相的两相的所述电流感测值、通过所述反馈控制来控制要通过所述交流电机的电流。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，当在所述相识别处理中判定三相的所述电流传感器正常时，所述控制设备基于三相的所述电流偏差来校正所述三相和阈值。
【文档编号】H02P21/00GK103715955SQ201310451522
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】铃木崇史, 加古宽文, 伊藤武志 申请人:株式会社电装