旋转电机控制装置的制作方法

文档序号:11236769
旋转电机控制装置的制造方法

本发明涉及对交流的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制装置。



背景技术:

例如,在电动汽车、混合动力汽车等中,在驱动车轮的交流的旋转电机与高压直流电源之间具备逆变器,该逆变器在直流与交流之间转换电力。在多数情况下,逆变器被逆变器控制装置进行开关控制,该逆变器控制装置由比高压直流电源低电压的低压直流电源供给电力而动作。另外,有在高压直流电源与逆变器之间具备开关装置(接触器)的情况。若接触器的接点闭合则成为导通状态,高压直流电源与逆变器(以及旋转电机)电连接。若接点分开则成为非导通状态,高压直流电源与逆变器(以及旋转电机)的电连接被切断。

在逆变器产生了过电流、过电压等的情况下,逆变器控制装置进行故障安全控制,使逆变器进行开关动作。例如,逆变器控制装置执行主动短路控制(零矢量序列控制(zvs控制)),以使几个开关元件成为导通状态而使得电流在旋转电机与逆变器之间环流。例如,在日本特开2011-55582号公报(专利文献2)中,公开了使逆变器的上段侧的开关元件全部成为截止状态,并使下段侧的开关元件的任意一个以上成为导通状态的控制方法(专利文献1:图2、第158、159、165段等)。

其中,有低压直流电源也停止的情况,且在低压直流电源与逆变器控制装置的连接上也有产生断线、继电器等连接器的释放、或者短路等情况。在这样的情况下,存在无法对逆变器适当地进行上述故障安全动作的可能性。

专利文献1:日本特开2011-55582号公报



技术实现要素:

鉴于上述背景,希望即使从电源对逆变器控制装置的电力供给被切断,也使具备逆变器的旋转电机驱动装置进行故障安全控制来使逆变器适当地进行开关动作。

鉴于上述的对与车辆的车轮驱动连结的交流的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制装置的特征性的结构在于以下的点,

是对与车辆的车轮驱动连结的交流的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制装置,具备:

逆变器控制装置,其将具备逆变器的旋转电机驱动装置作为控制对象,且利用由与第一直流电源不同的第二直流电源供给的电力动作,其中,上述逆变器与第一直流电源连接并且与上述旋转电机连接而在上述第一直流电源的直流与上述旋转电机的多相的交流之间转换电力;以及

直流链路电容器,其使上述逆变器的直流侧的电压亦即直流链路电压平滑化,

上述逆变器以及上述直流链路电容器经由在打开状态下切断电力的供给的接触器与上述第一直流电源连接,

上述逆变器利用上段侧开关元件和下段侧开关元件的串联电路构成相当于交流1相的臂,并且具备将从下段侧朝向上段侧的方向作为正向以并联的方式与各开关元件连接的续流二极管,

上述逆变器控制装置是使构成上述逆变器的开关元件进行开关动作的装置,

上述旋转电机控制装置还具备:

后备电源,其将上述第一直流电源作为电力源构成;以及

切换控制电路,其将向上述逆变器控制装置供给电力的供给源切换为上述后备电源,

在从上述第二直流电源向上述逆变器控制装置供给的电力为预先规定的第一基准值以下,并且,从上述后备电源输出的电力为预先规定的第二基准值以上的情况下,上述切换控制电路切换向上述逆变器控制装置供给电力的供给源,上述逆变器控制装置利用由上述后备电源供给的电力,使上述逆变器进行开关动作来进行故障安全控制。

由于后备电源将与第二直流电源不同的电源亦即第一直流电源作为电力源构成,所以即使在例如第二直流电源、第二直流电源的周围的布线产生了断线等的情况下,也能够不取决于这些状态地向逆变器控制装置供给电力。因此,即使从第二直流电源向逆变器控制装置的电源供给中断,逆变器控制装置也能够进行故障安全控制,并使逆变器进行故障安全动作(开关动作)。在来自第二直流电源的电源供给中断了的情况下,若是逆变器控制装置不能进行故障安全控制的结构,则为了代替逆变器控制装置使逆变器进行故障安全动作(开关动作),而存在例如需要另外设置故障安全电路的可能性。但是,根据本结构,不用设置这样的故障安全电路,通过逆变器控制装置,就能够使逆变器进行故障安全动作(开关动作)。即,根据该结构,即使从电源向逆变器控制装置的电力供给被切断,也能够使具备逆变器的旋转电机驱动装置进行故障安全控制来使逆变器适当地进行开关动作。

旋转电机控制装置的进一步的特征和优点通过参照附图来进行说明的有关实施方式的以下的记载而变得明确。

附图说明

图1是示意性地表示旋转电机控制装置的系统结构的电路框图。

图2是示意性地表示车辆的驱动装置的结构的框图。

图3是示意性地表示关断以及接触器断开时的电池电流以及直流链路电压的响应的波形图。

图4是表示转速与故障安全控制的关系的图。

图5是故障安全控制的状态迁移图。

图6是表示由切换控制电路进行的切换判定的一个例子的流程图。

图7是表示再生电力以及电池电流与转速的关系的图。

图8是表示马达线间反电动势与转速的关系的图。

图9是表示与接触器的开关状态相应的切换转速与故障安全控制的关系的图。

图10是示意性地表示后备电源以及下段侧栅极驱动电源的结构例的图。

图11是示意性地表示上段侧栅极驱动电源的结构例的图。

图12是不同的切换条件下的故障安全控制的状态迁移图。

具体实施方式

以下,基于附图对本实施方式的旋转电机控制装置进行说明。如图1所示,旋转电机控制装置1具备逆变器控制装置20而构成,该逆变器控制装置20将具备逆变器10的旋转电机驱动装置作为控制对象。逆变器10是与作为第一直流电源的高压电池2h(高压直流电源)连接,并且与旋转电机80连接而在高压电池2h的直流与旋转电机80的多相交流(这里是3相交流)之间转换电力的电力转换装置。在本实施方式中,逆变器10经由接触器9与高压电池2h连接。逆变器控制装置20同作为与高压电池2h不同的第二直流电源的低压电池2l(低压直流电源)连接,利用由低压电池2l供给的电力动作。高压电池2h(第一直流电源)的电源电压例如为200~400[v],低压电池2l(第二直流电源)的电源电压例如为12~24[v]左右。在本实施方式中,第二直流电源是电源电压比第一直流电源低的直流电源。

逆变器控制装置20在使构成逆变器10的开关元件3进行开关动作,并且在旋转电机驱动装置(逆变器10及其周边的电气系统)产生了过电流、过电压等不良的现象的情况下,进行故障安全控制,使逆变器10进行故障安全动作(开关动作)。在本实施方式中,逆变器控制装置20作为该故障安全控制,选择性地进行主动短路控制和关断控制,使逆变器10进行故障安全动作(开关动作)。

在本实施方式中,旋转电机80是成为例如混合动力汽车、电动汽车等车辆的驱动力源的旋转电机。作为车辆的车轮的驱动力源的旋转电机80是利用多相交流(这里是3相交流)动作的旋转电机,既能作为电动机发挥功能,也能作为发电机发挥功能。即,旋转电机80经由逆变器10将来自高压电池2h的电力转换为动力(电力运行)。或者,旋转电机80将参照图2从后述的内燃机70、车轮w传递的旋转驱动力转换为电力,并经由逆变器10对高压电池2h充电(再生)。

如图2的示意图所示,本实施方式的旋转电机80是成为混合动力汽车的驱动力源的旋转电机(mg:motor/generator)。在本实施方式中,例示具备所谓的并行方式的混合驱动装置的车辆。该混合驱动装置作为车辆的驱动力源具备内燃机70以及旋转电机80。内燃机70是通过燃料的燃烧而被驱动的热机。例如,作为内燃机70,能够使用汽油发动机、柴油发动机等公知的各种内燃机。内燃机70与旋转电机80经由内燃机分离离合器75驱动连结。

另外,混合驱动装置具备变速装置90。这里,变速装置90是具有变速比不同的多个变速档的有级的自动变速装置。例如,变速装置90为了形成多个变速档,而具备行星齿轮机构等齿轮机构以及多个接合装置(离合器、制动器等)。变速装置90的输入轴与旋转电机80的输出轴(例如转子轴)驱动连结。向变速装置90的输入轴传递内燃机70以及旋转电机80的转速以及转矩。变速装置90以各变速档的变速比对被传递至变速装置90的转速进行变速,并且对被传递至变速装置90的转矩进行转换并传递至变速装置90的输出轴。变速装置90的输出轴例如经由差动齿轮(输出用差动齿轮装置)等被分配给两个车轴,并被传递至与各车轴驱动连结的车轮w。这里,变速比是在变速装置90中形成有各变速档的情况下的输入轴的转速相对于输出轴的转速的比(=输入轴的转速/输出轴的转速)。另外,从输入轴传递至变速装置90的转矩乘以变速比所得的转矩相当于传递至输出轴的转矩。

另外,这里,所谓的“驱动连结”是指两个旋转构件以能够传递驱动力的方式连结的状态。具体而言,所谓的“驱动连结”包含该两个旋转构件以一体旋转的方式连结的状态、或者该两个旋转构件以能够经由一个或者两个以上的传动部件传递驱动力的方式连结的状态。作为这样的传动部件,包含以同速或者变速地传递旋转的各种部件,例如,包含轴、齿轮机构、传动带、链等。另外,作为这样的传动部件,也可以包含选择性地传递旋转以及驱动力的接合装置,例如摩擦接合装置、啮合式接合装置等。因此,可以说旋转电机80与车轮w驱动连结。另外,在图2中,省略用于启动内燃机70的启动装置、各种油泵(电动式以及机械式)、变速装置90的控制装置等。

再次参照图1,对旋转电机控制装置1的系统结构进行说明。作为用于驱动旋转电机80的电力源的高压电池2h例如由镍氢电池、锂离子电池等二次电池(电池)、双电层电容器等构成。向旋转电机80供给电力的高压电池2h是大电压大容量的直流电源。高压电池2h的额定的电源电压例如为200~400[v]。由于旋转电机80是交流的旋转电机,所以在高压电池2h与旋转电机80之间如上述那样,具备在直流与交流(这里是3相交流)之间进行电力转换的逆变器10。逆变器10的直流侧的正极与负极之间的电压以下称为“直流链路电压vdc”。高压电池2h能够经由逆变器10对旋转电机80供给电力,并且能够对旋转电机80发电所得到的电力蓄电。在逆变器10的直流侧具备使直流链路电压vdc平滑化的平滑电容器(直流链路电容器4)。直流链路电容器4使根据旋转电机80的消耗电力的变动而变动的直流电压(直流链路电压vdc)稳定化。

在高压电池2h的逆变器10侧具备接触器9。即,逆变器10以及直流链路电容器4经由如后述那样在打开状态下切断电力的供给的接触器9与高压电池2h连接。接触器9能够切断旋转电机驱动装置的电气电路系统(直流链路电容器4、逆变器10)与高压电池2h的电连接。

在本实施方式中,该接触器9是基于来自作为车辆的最上位的控制装置之一的车辆控制单元(未图示)的指令来开闭的机械式继电器,例如被称为系统主继电器(smr:systemmainrelay)。接触器9在车辆的点火键(ig键)为开启状态(有效状态)时smr的接点闭合而成为导通状态(连接状态),在ig键为关闭状态(非有效状态)时smr的接点分开而成为非导通状态(释放状态)。接触器9在连接状态(关闭状态)下将高压电池2h与逆变器10(以及旋转电机80)电连接,接触器9在释放状态(打开状态)下切断高压电池2h与逆变器10(以及旋转电机80)的电连接。

如上述那样,逆变器10将具有直流链路电压vdc的直流电力转换为多相(将n设为自然数,n相在这里是3相)的交流电力并供给至旋转电机80,并且将旋转电机80发电的交流电力转换为直流电力并供给至直流电源。逆变器10具有多个开关元件3而构成。优选开关元件3应用igbt(insulatedgatebipolartransistor:绝缘栅双极晶体管)、功率mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)、sic-mosfet(siliconcarbide-metaloxidesemiconductorfet:碳化硅-金属氧化物半导体fet)、sic-sit(sic-staticinductiontransistor:碳化硅-静态感应晶体管)、gan-mosfet(galliumnitride–mosfet:氮化镓-mosfet)等能够进行高频下的动作的功率半导体元件。如图1所示,在本实施方式中,作为开关元件3使用igbt。

逆变器10如众所周知的那样由具有分别与多相对应的数量的臂的电桥电路构成。逆变器10利用上段侧开关元件31和下段侧开关元件32的串联电路构成相当于交流1相的臂。具体而言,如图1所示,在逆变器10的直流正极侧与直流负极侧之间,两个开关元件3以串联的方式连接而构成一个臂。在是3相交流的情况下,该串联电路(一个臂)并列连接3个线路(3相)。换句话说,构成一组串联电路(臂)对应于与旋转电机80的u相、v相、w相对应的定子线圈8的每一个定子线圈8的电桥电路。

由成对的各相开关元件3构成的串联电路(臂)的中间点,换句话说,正极侧的开关元件3(上段侧开关元件31)与负极侧的开关元件3(下段侧开关元件32)的连接点分别与旋转电机80的3相定子线圈8连接。另外,具备将从负极朝向正极的方向(从下段侧朝向上段侧的方向)作为正向与各开关元件3并联的二极管5(续流二极管)。

如图1所示,逆变器10被逆变器控制装置20控制。逆变器控制装置20将微型计算机、dsp(digitalsignalprocessor:数字信号处理器)等的处理器作为核心部件来构建。微型计算机、dsp等的动作电压一般为3.3[v]、5[v]。因此,从低压电池2l(正极b-地线:12~24[v])经由由调节器电路等构成的电源电路(控制装置驱动电源6)向逆变器控制装置20供给电力。

逆变器控制装置20基于从对车辆的运行进行控制的车辆控制单元等的其他控制装置等经由can(controllerareanetwork:控制器局域网络)等作为请求信号来提供的旋转电机80的目标转矩tm,进行使用了矢量控制法的电流反馈控制,经由逆变器10对旋转电机80进行控制。具体而言,逆变器控制装置20生成驱动逆变器10的开关元件3的驱动信号(开关控制信号)。在开关元件3为igbt、fet的情况下,由于它们的控制端子是栅极端子,所以在本实施方式中,将被输入至控制端子的驱动信号称为栅极驱动信号(开关控制信号)。

通过电流传感器12检测在旋转电机80的各相的定子线圈8中流动的实际电流,逆变器控制装置20获取其检测结果。另外,例如通过分解器等旋转传感器13来检测旋转电机80的转子的各时刻的磁极位置,逆变器控制装置20获取其检测结果。逆变器控制装置20使用电流传感器12以及旋转传感器13的检测结果,来执行电流反馈控制。逆变器控制装置20为了电流反馈控制而具有各种功能部而构成,各功能部通过微型计算机、dsp等硬件和软件(程序)的配合来实现。对于电流反馈控制,由于是公知的,所以在这里省略详细的说明。

然而,构成逆变器10的各开关元件3的控制端子(例如igbt的栅极端子)经由栅极驱动电路30(驱动器电路)与逆变器控制装置20连接,分别独立地进行开关控制。如上述那样,逆变器控制装置20将微型计算机等作为核心来构成,是由低压电池2l供给电力的低电压系电路。另一方面,逆变器10与高压电池2h连接,是以高电压动作的高电压系电路。对构成属于如本实施方式这样的高电压系电路的逆变器10的功率开关元件的控制端子(例如栅极端子),一般需要给予具有12~18[v]左右的振幅的驱动信号(栅极驱动信号)。另一方面,如上述那样,由于生成栅极驱动信号的逆变器控制装置20的动作电压小于12[v](例如3.3[v]、5[v]),所以无法将具有所需要的振幅的栅极驱动信号提供给逆变器10。

因此,旋转电机驱动装置具备栅极驱动电路30,该栅极驱动电路30将针对各开关元件3的开关控制信号(例如栅极驱动信号)增强,换句话说分别提高电驱动能力(例如电压振幅、输出电流等,使后段的电路动作的能力)并中继。由低电压系电路的逆变器控制装置20生成的开关控制信号经由栅极驱动电路30作为高电压系电路的开关控制信号被供给至逆变器10。在本实施方式中,低压电池2l与高压电池2h相互绝缘,彼此处于浮动(floating)的关系。换句话说,由于低电压系电路与高电压系电路相互绝缘,所以栅极驱动电路30与逆变器控制装置20经由例如光耦合器、信号传送用的小型变压器等绝缘部件is连接。换句话说,在属于低电压系电路的逆变器控制装置20中生成的栅极驱动信号在通过绝缘部件is保持低电压系电路与高电压系电路的绝缘的状态下,从逆变器控制装置20传送至栅极驱动电路30。而且,通过栅极驱动电路30增强栅极驱动信号的电驱动能力,并对属于高电压系电路的逆变器10的开关元件3进行驱动控制。

旋转电机控制装置1具备分别对这些栅极驱动电路30供给电力的驱动电路用电源(51、52)。驱动电路用电源(51、52)例如由对一次侧线圈和二次侧线圈之间进行电磁耦合来传送信号、能量的变压器构成。因此,不论驱动电路用电源(51、52)的电力源是高压电池2h以及低压电池2l的哪一个,都能够保持低电压系电路与高电压系电路的绝缘,并向栅极驱动电路30等供给电力。在本实施方式中,作为驱动电路用电源(51、52),例示出具备对向上段侧开关元件31中继栅极驱动信号的栅极驱动电路30供给电力的上段侧栅极驱动电源51(上段侧驱动电路用电源)以及对向下段侧开关元件32中继栅极驱动信号的栅极驱动电路30供给电力的下段侧栅极驱动电源52(下段侧驱动电路用电源)的方式。

然而,在车辆、旋转电机80、变速装置90、逆变器10等产生了过电流、过电压等任何不良的现象的情况下、在至少包含逆变器10的旋转电机驱动装置产生了那样的现象的情况下,逆变器控制装置20应限制旋转电机80的动作,实施故障安全控制,使逆变器10进行故障安全动作。逆变器控制装置20除了逆变器控制装置20直接获取到检测信息的情况以外,根据来自车辆控制单元等其他控制装置的故障安全控制请求来执行故障安全控制,使逆变器10进行故障安全动作。

作为故障安全控制,例如已知有关断控制(sd)。所谓的关断控制是使对构成逆变器10的全部的开关元件3的开关控制信号变化为非激活状态而使逆变器10成为截止状态的控制。逆变器10通过关断控制使全部的开关元件3成为截止状态。此时,旋转电机80的转子由于惯性而继续旋转,产生较大的反电动势。在转子高速旋转时,马达线间反电动势(vbemf)与直流链路电压vdc相比非常大。另外,通过转子的旋转而生成的电力经由二极管5被整流,通过关闭状态的接触器9对高压电池2h充电。如图3的上段的波形图所示,例如,若在时刻tsd开始关断控制,则电池电流ib(在高压电池2h流动的电流)的绝对值大幅增加。若该电池电流ib超过高压电池2h的额定电流,则成为高压电池2h的消耗、破损的原因。若为了承受较大的电池电流ib而提高高压电池2h的额定值,则有导致规模增大、成本增大的可能性。

这里,若释放接触器9,则朝向高压电池2h的电流的流入被切断。如图3的上段的波形图所示,电池电流ib为零。朝向高压电池2h的流入被切断的电流对直流链路电容器4充电,使直流链路电压vdc上升。如图3的下段的波形图所示,例如,若在时刻topen接触器9成为打开状态,则直流链路电压vdc急剧上升。若直流链路电压vdc超过逆变器10(开关元件3)、直流链路电容器4的额定电压(绝对最大额定),则存在使它们损伤的可能性。若为了允许较高的电压而提高它们的额定值,则存在导致规模增大、成本上升的可能性。

因此,在具备逆变器10的旋转电机驱动装置产生了过电流、过电压等现象的情况下,希望抑制对高压电池2h充电时的电池电流ib、直流链路电压vdc的过大的增加,并且执行故障安全控制。在本实施方式中,鉴于这样的背景,逆变器控制装置20执行有效的故障安全控制。换句话说,逆变器控制装置20使逆变器10进行有效的故障安全动作。

逆变器控制装置20作为故障安全控制,选择性地执行关断控制(sd)和主动短路控制(asc)。换句话说,逆变器控制装置20使逆变器10作为故障安全动作,选择性地进行关机动作和主动短路动作。如上所述,所谓的关断控制是使逆变器10的全部的开关元件3成为截止状态的控制。逆变器10通过关断动作使全部的开关元件3成为截止状态。所谓的主动短路控制是使电流在旋转电机80与逆变器10之间环流的控制。具体而言,主动短路控制是使多相全部的臂的上段侧开关元件31或者多相全部的臂的下段侧开关元件32的任意一方侧成为导通状态,使另一方侧成为截止状态的控制。逆变器10通过主动短路动作使多相全部的臂的上段侧开关元件31或者多相全部的臂的下段侧开关元件32的任意一方侧成为导通状态,另一方侧成为截止状态。另外,将使多相全部的臂的上段侧开关元件31成为导通状态,并将多相全部的臂的下段侧开关元件32成为截止状态的情况称为上段侧主动短路控制(上段侧主动短路动作)。另外,将使多相全部的臂的下段侧开关元件32成为导通状态,使多相全部的臂的上段侧开关元件31成为截止状态的情况称为下段侧主动短路控制(下段侧主动短路动作)。

在本实施方式中,逆变器控制装置20至少根据旋转电机80的转速,在旋转电机80的转速ω为预先规定的切换转速ωsw以上的高转速区域执行主动短路控制(asc)而使逆变器10进行主动短路动作(asc),在比高转速区域低转速侧的低转速区域执行关断控制(sd)而使逆变器10进行关断动作。图4例示表示旋转电机80的转速ω与转矩的关系的转矩图,在转矩图上示有转速ω与故障安全控制的关系。切换转速ωsw例如是允许关断控制的执行(关断动作)的最大转速(sd最大转速ωsd)。如上所述,转速为该切换转速ωsw以上的区域(或者比切换转速ωsw高的区域)是高转速区域。比高转速区域低转速侧的区域,换句话说,转速比切换转速ωsw低的区域(或者切换转速ωsw以下的区域)是低转速区域。另外,“以上/以下”、“比…高/比…低(小于)”等的边界条件能够适当地设定,并没有对故障安全控制(故障安全动作)进行限定。对于在以下的说明中表示其他边界的情况也相同。

另外,逆变器控制装置20在关断控制的执行中,也根据旋转电机80的转速,来切换关断控制的控制方式。具体而言,逆变器控制装置20在关断控制中(由逆变器10进行的关断动作中),在旋转电机80的转速ω上升到高转速区域的情况下,将故障安全控制切换到主动短路控制。另一方面,逆变器控制装置20在主动短路控制中(由逆变器10进行的主动短路动作中),旋转电机80的转速ω降低到低转速区域的情况下,将故障安全控制切换到关断控制。因此,切换转速ωsw能够称为切换故障安全控制(由逆变器10进行的故障安全动作)的方式的速度。另外,切换转速ωsw能够根据切换前的故障安全控制的种类(方式)成为不同的值。例如,在本实施方式中,在最初决定故障安全控制的种类(方式)时、以及在主动短路控制中切换为关断控制时,基于上述的切换转速ωsw来切换故障安全控制。另一方面,在关断控制中,在迁移至主动短路控制时,基于比切换转速ωsw低δω的换档转速ωswr(=ωsw-δω)来切换故障安全控制。换句话说,该切换转速(ωswr)以上的区域对应于低转速区域。

这里,也参照图5的状态迁移图,对故障安全控制的状态迁移进行说明。图中的通常控制表示车辆、旋转电机80、变速装置90、逆变器10等未产生过电流、过电压等现象,通过通常控制而逆变器10动作的状态(通常动作的状态)。在该通常控制中,在上述的装置产生了一些不良现象的情况下,将发生了这样的现象的信息“fail”传递至逆变器控制装置20(#1)。逆变器控制装置20对该信息“fail”进行响应,基于旋转电机80的转速,来判定故障安全控制的种类(判定使逆变器10进行的故障安全动作的种类)。在转速ω比作为切换转速ωsw的sd最大转速ωsd高的情况下,选择主动短路控制(asc)(#2a)。另一方面,在转速ω比切换转速ωsw(sd最大转速ωsd)低的情况下,选择关断控制(sd)(#2s)。换句话说,在开始故障安全控制时,以切换转速ωsw(sd最大转速ωsd)为基准,高转速侧是高转速区域,低转速侧是低转速区域。

在主动短路控制(asc)中,若转速ω低于切换转速ωsw(sd最大转速ωsd),则将故障安全控制切换为关断控制(sd)(#3)。另外,在关断控制(sd)中,若转速ω较比切换转速ωsw低δω的换档转速ωswr高,则将故障安全控制切换为主动短路控制(asc)(#4)。在该情况下,以该换档转速ωswr为基准,高转速侧为高转速区域,低转速侧为低转速区域。另外,在故障安全控制中,作为转速ω升高的情况,设想由于下坡、下台阶而车轮w的转速上升,且该转速的上升被传递至旋转电机80的情况等。

若逆变器10持续故障安全动作,则基本上旋转电机80的转速逐渐降低。因此,逆变器10的动作收敛于关断动作(sd)。若在逆变器10的关断动作(sd)中转速ω成为零,则逆变器控制装置20将旋转电机80安全停止了的情况传递至作为上位的控制装置的车辆控制单元。车辆控制单元使车辆的点火键(ig键)成为关闭状态(#5:ig-off)。或者,车辆控制单元对乘客进行催促点火键的操作的报告,由乘客将点火键操作为关闭状态。

如上所述,在车辆、旋转电机80、变速装置90、逆变器10等产生了过电流、过电压等现象的情况下,逆变器控制装置20进行控制,以使逆变器10进行故障安全动作(故障安全控制)。产生这样的现象的原因也包含车辆的碰撞等。而且,在车辆碰撞的情况下,由于碰撞的冲击,也有车辆内的电路发生断线的可能性。此时,若低压电池2l发生了故障、或低压电池2l与逆变器控制装置20之间的布线发生了断线,则逆变器控制装置20不能控制逆变器10。即,也有即使旋转电机驱动装置等产生了过电流、过电压等,逆变器控制装置20不能进行故障安全控制的可能性。

如图1所示,在本实施方式中,为了即使在那样的情况下,也能够向逆变器控制装置20供给电力,而具备将高压电池2h作为电力源而构成的后备电源2b。在低压电池2l与逆变器控制装置20之间的布线未发生断线等的情况下,如上所述,从控制装置驱动电源6向逆变器控制装置20供给电力。在从低压电池2l对逆变器控制装置20的电力的供给被切断的情况下,通过电源切换开关7切换电力供给路径,以从后备电源2b向逆变器控制装置20供给电力。具体而言,在从低压电池2l向逆变器控制装置20供给的电力(电压)为预先规定的基准值(第一基准值)以下的情况下,切换电力供给路径,以从后备电源2b向逆变器控制装置20供给电力的方式切换电力供给路径。这里,将从低压电池2l向逆变器控制装置20供给的电力为预先规定的基准值以下的状态称为低压电源降低状态(第二电源降低状态)。是否是低压电源降低状态的判定由切换控制电路71来进行。因此,可以说也将切换控制电路71包括在内作为电源切换开关7发挥功能。

另外,用于判定是否是低压电源降低状态的基准值(也相当于后述的第一基准值)能够为逆变器控制装置20的推荐动作条件下的额定电压的下限值(min.值)。在该情况下,优选切换控制电路71进行是否是低压电源降低状态的判定的对象部位为控制装置驱动电源6的输出电压。另外,作为其它方式,也优选进行是否是低压电源降低状态的判定的对象部位如图1中用虚线表示的那样,是低压电池2l的端子间电压、控制装置驱动电源6的输入侧端子间电压。即,若在控制装置驱动电源6不能输出逆变器控制装置20动作所需要的电力之前,判定是低压电源降低状态,并切换电源供给路径,则逆变器控制装置20不会中断而能够继续动作。在该情况下,基准值例如能够根据构成控制装置驱动电源6的调节器电路的电气特性,设定为例如3~8[v]左右。

逆变器控制装置20在从低压电池2l(第二直流电源)向逆变器控制装置20供给的电力为预先规定的基准值以下的情况下(成为低压电源降低状态(第二电源降低状态)的情况下),从将高压电池2h(第二直流电源)作为电力源构成的后备电源2b向逆变器控制装置20供给电力,使逆变器控制装置20进行故障安全控制(使逆变器10进行故障安全动作)。另外,若此时,接触器9是打开状态,则后备电源2b与高压电池2h的连接也被切断。但是,后备电源2b能够将被充电至直流链路电容器4的电荷作为电力源。因此,可以说后备电源2b将高压电池2h以及直流链路电容器4作为电力源构成。对于后备电源2b的具体的结构例,参照图11后述。

但是,在如直流链路电容器4未被充分充电的情况下,存在后备电源2b不能提供使逆变器控制装置20进行故障安全控制所需要的充足的电力的可能性。因此,在本实施方式中,切换控制电路71在判定出从后备电源2b输出的电力(电压)对于逆变器控制装置20的动作是否充分后,再切换向逆变器控制装置20供给电力的供给源。即,在本实施方式中,如参照图6后述的那样,切换控制电路71在从低压电池2l向逆变器控制装置20供给的电力(电压)为预先规定的第一基准值以下,并且,从后备电源2b输出的电力为预先规定的第二基准值以上的情况下,切换向逆变器控制装置20供给电力的供给源。

如图1中用实线表示的那样,切换控制电路71基于控制装置驱动电源6的输出与第一基准值的比较以及后备电源2b的输出与第二基准值的比较进行判定的情况下,优选“第一基准值<第二基准值”。例如,第一基准值能够为逆变器控制装置20的推荐动作条件下的额定电压的下限值(min.值),第二基准值能够为该额定电压的标准值(typ.值)。当然,第一基准值以及第二基准值也可以都是该额定电压的标准值(typ.值)等,“第一基准值=第二基准值”。即,优选第一基准值以及第二基准值为“第一基准值≤第二基准值”。

另外,第二基准值也可以不是固定值,而是变动值。例如,优选第二基准值是控制装置驱动电源6的输出电压。需要进行切换是控制装置驱动电源6的输出电压降低而成为了低压电源降低状态(第二电源降低状态)的情况。在这种情况下,为了代替控制装置驱动电源6对逆变器控制装置20供给电力,需要比低压电源降低状态下的控制装置驱动电源6的输出电压高的电压。若第二基准值是控制装置驱动电源6的输出电压,则能够在具有比控制装置驱动电源6的输出电压高的电压的状态下切换电力源。

另外,如上所述,切换控制电路71进行判定的对象部位也可以如图1中用虚线表示的那样,是低压电池2l的端子间电压、控制装置驱动电源6的输入侧端子间电压。低压电池2l的端子间电压、控制装置驱动电源6的输入侧端子间电压是比控制装置驱动电源6的输出电压高的电压。因此,在该情况下,为“第一基准值<第二基准值”。例如,第一基准值能够为控制装置驱动电源6的推荐动作条件下的额定电压的下限值(min.值)。第二基准值能够为逆变器控制装置20的推荐动作条件下的额定电压的标准值(typ.值)或者下限值(min.值)。

如图6所示,首先,通过切换控制电路71判定从低压电池2l向逆变器控制装置20供给的电力(电压)是否是预先规定的第一基准值以下(#10)。在从低压电池2l向逆变器控制装置20供给的电力(电压)为第一基准值以下的情况下,通过切换控制电路71判定从后备电源2b输出的电力是否为预先规定的第二基准值以上(#20)。在从后备电源2b输出的电力为第二基准值以上的情况下,通过切换控制电路71将向逆变器控制装置20供给电力的供给源从低压电池2l(控制装置驱动电源6)切换为后备电源2b(#30)。逆变器控制装置20接受稳定的电力的供给,执行故障安全控制(#40)。另外,不排除省略步骤#30,仅通过基于第一基准值的判定来切换向逆变器控制装置20供给电力的供给源的可能。

然而,如参照图4以及图5上述的那样,在进行故障安全控制时,设定切换转速ωsw,并以该切换转速ωsw为基准,切换控制的种类。在本实施方式中,在接触器9为打开状态的情况下和为关闭状态的情况下,将不同的转速作为切换转速ωsw来进行由逆变器控制装置20进行的故障安全控制的切换。如参照图3上述的那样,在关断控制中,需要留意以下两点。第一点是接触器9为关闭状态时的电池电流ib的大小,第二点是接触器9为打开状态时的直流链路电压vdc的上升。因此,优选考虑这两点来设定作为切换转速ωsw的sd最大转速ωsd。

鉴于第一点,优选在接触器9为关闭状态的情况下,将成为切换转速ωsw的sd最大转速ωsd设定为与旋转电机80的转速相应的再生电力以及在作为能够充电的电源装置的高压电池2h中流动的电池电流ib(充电电流)比根据高压电池2h的电压所允许的最大额定值小的转速。另外,在本实施方式中,在接触器9为关闭状态的情况下,高压电池2h的电压和直流链路电压vdc几乎等价。另外,例如在高压电池2h的端子间电压(电池电压)是额定范围内的下限值的情况下,电池电流ib(充电电流)的最大额定值能够为在高压电池2h流动的电流的值。

图7示有转速ω与电池电流ib(i1、i2)的关系以及转速ω与再生电力(p1、p2)的关系。在图中,实线i1、i2表示电池电流ib,点划线p1、p2表示再生电力。i2以及p2表示电池电压为高压电池2h的额定范围内的上限值的情况下的电池电流(i2)以及再生电力(p2)。i1以及p1表示电池电压为高压电池2h的额定范围内的下限值的情况下的电池电流(i1)以及再生电力(p1)。可知电池电压较低,电池电流ib更易流入,在更低转速区域流动更高的电池电流ib。因此,在电池电压为高压电池2h的额定范围内的下限值的情况下,优选将sd最大转速ωsd设定为比允许电池电流ib的最大额定值(ibth)小的转速(ωsd1)。

另外,这里,例示出了以允许电池电流ib的最大额定值(ibth)为基准,来设定sd最大转速ωsd(ωsd1)的方式,但也可以以允许再生电力的最大额定值(未图示)为基准,来设定sd最大转速ωsd。当然,优选将基于两基准的转速内任一较低的一方的转速设定为sd最大转速ωsd。

鉴于第二点(接触器9为打开状态下的直流链路电压vdc的上升),优选将成为切换转速ωsw的sd最大转速ωsd在接触器9为打开状态的情况下,设定为多相(这里是3相)的线间的反电动势的峰值比在旋转电机驱动装置中允许的最大额定电压小的转速。图8示有在图4的转矩图的部分放大图中,转速ω与马达线间反电动势vbemf的关系。另外,图8单纯地示有转速ω与马达线间反电动势vbemf的关系,与接触器9的开关状态无关。另外,接触器9的开关状态的判定例如也可以基于来自车辆控制单元的通信来实施,也可以基于检测直流链路电压vdc的电压传感器14的检测结果来实施。另外,开关状态的判定也可以基于由电池电流传感器15检测出的高压电池2h的电流(电池电流ib)的急剧的变化来进行。

在图中,电压“vmax”表示在旋转电机驱动装置中所允许的最大额定电压,换句话说,表示直流链路电容器4、逆变器10(开关元件3)的最大额定电压内最小的电压的值。在接触器9为打开状态的情况下,马达线间反电动势vbemf几乎保持原样施加到逆变器10的直流侧。因此,优选在接触器9为打开状态的情况下,转速比与转速成比例地上升的马达线间反电动势vbemf达到最大额定电压vmax的转速(ωsd2)高的区域(t30)禁止关断控制。因此,在接触器9为打开状态的情况下,能够将马达线间反电动势vbemf达到最大额定电压vmax的转速(ωsd2)设定为sd最大转速ωsd。

另一方面,在接触器9为关闭状态的情况下,对逆变器10的直流侧施加高压电池2h的电压,其成为直流链路电压vdc。例如,在关断控制中,若马达线间反电动势vbemf超过直流链路电压vdc,则与开关元件3反向并联的二极管5导通。即,供给对高压电池2h充电的电流。因此,在sd最大转速ωsd的设定时,如作为第一点的考虑点说明的那样,需要考虑电池电流ib、再生电力、再生转矩等。因此,从马达线间反电动势vbemf达到直流链路电压vdc的转速(ωsd3)到马达线间反电动势vbemf达到最大额定电压vmax的转速(ωsd2)的区域(t20)为能够带有条件地进行关断控制的区域。比马达线间反电动势vbemf达到直流链路电压vdc的转速(ωsd3)低转速侧的区域(t10)是能够不特别地带有条件地进行关断控制的区域。

作为优选的方式,对于由逆变器控制装置20进行的故障安全控制的切换而言,在接触器9为打开状态的情况下和为关闭状态的情况下,将不同的转速作为切换转速ωsw来进行。在本实施方式中,与接触器9为关闭状态的情况相比,接触器9为打开状态的情况下,切换转速ωsw为较高的转速。如图9所示,接触器9为打开状态的情况下的切换转速ωsw为第一切换转速ωsw1,接触器9为关闭状态的情况下的切换转速ωsw为第二切换转速ωsw2。另外,接触器9为打开状态的情况下的换档转速ωswr为第一换档转速ωswr1,接触器9为关闭状态的情况下的换档转速ωswr为第二换档转速ωswr2。

如上所述,在本实施方式中,将高压电池2h作为电力源,生成后备电源2b和下段侧栅极驱动电源52。图10例示将高压电池2h作为电力源,使用变压器构成的电源电路50。电源电路50具有控制对一次侧线圈施加的电压的开关元件50a和控制该开关元件50a的电源控制电路50c而构成。这里,作为电源电路50,例示出回扫式的结构。在朝向变压器的一次电压被稳定化的情况下,不用将二次侧的输出电压反馈给一次侧,而是通过变压器的变压比来决定二次侧的输出电压。即,根据变压器的变压比,构成例如具有3.3~5[v]左右的输出电压的后备电源2b和例如具有15~20[v]左右的输出电压的下段侧栅极驱动电源52。

另外,图1所示的逆变器10的下段侧开关元件32的发射极侧全部与负极连接。因此,可以为下段侧开关元件32的负极侧(地线侧)共用,下段侧栅极驱动电源52也共用负极侧(地线侧)的电源。因此,在本实施方式中,如图1以及图10所示,下段侧栅极驱动电源52被形成为通过1组变压器对3相全部的下段侧的栅极驱动电路30供给电力的电源。若由电源电压为200~400[v]的非常高压的高压电池2h生成电源电压为20[v]左右的驱动电路用电源(51、52),则损失较大。但是,由于下段侧栅极驱动电源52无需与各相(各臂)分别对应,而能够共用化,所以能够抑制那样的损失。

图11例示出上段侧栅极驱动电源51的电路结构。例如,上段侧栅极驱动电源51能够构成为将低压电池2l作为电力源,使用变压器构成的电源电路。如图1所示,上段侧栅极驱动电源51的上段侧开关元件31的发射极侧分别与旋转电机80的定子线圈8连接,且分别为不同的电位。因此,上段侧栅极驱动电源51与下段侧栅极驱动电源52不同,不能共用化,而是与各相(各臂)分别对应地构成。即,如图11所示,u相上段侧栅极驱动电源51u、v相上段侧栅极驱动电源51v、w相上段侧栅极驱动电源51w在变压器的二次侧分别独立地构成。

上段侧栅极驱动电源51具有控制对一次侧线圈施加的电压的两个开关元件51a、51b和控制这些开关元件51a、51b的电源控制电路51c而构成。这里,作为上段侧栅极驱动电源51,例示出推挽(push-pull)式的结构。在朝向变压器的一次电压被稳定化的情况下,不用将二次侧的输出电压反馈给一次侧,而是通过变压器的变压比来决定二次侧的输出电压。即,根据变压器的变压比,构成例如具有15~20[v]左右的输出电压的上段侧栅极驱动电源51。在本实施方式中,由于将电源电压为12~24[v]的低压电池2l作为电力源,来构成电源电压为20[v]左右的上段侧栅极驱动电源51,所以能够抑制损失。

〔其他实施方式〕

以下,对旋转电机控制装置的其他实施方式进行说明。另外,以下所说明的各实施方式的结构并不限于分别单独应用,只要不发生矛盾,也能够与其他实施方式的结构组合来应用。

(1)在上述,作为故障安全控制,示出选择性地进行主动短路控制和关断控制的例子。但是,不排除逆变器控制装置20作为故障安全控制,仅进行主动短路控制的可能。即,逆变器控制装置20也可以在使构成逆变器10的开关元件3进行开关动作,并且旋转电机驱动装置产生了过电流、过电压等情况下,进行至少包含主动短路控制的故障安全控制来使逆变器10进行开关动作。同样地,也不排除逆变器控制装置20作为故障安全控制,仅进行关断控制的可能。即,逆变器控制装置20也可以使构成逆变器10的开关元件3进行开关动作,并且进行至少包含关断控制的故障安全控制来使逆变器10进行开关动作。

(2)在关断控制与主动短路控制之间切换故障安全控制时的状态迁移并不限于参照图5所例示出的方式。例如,也可以在图12所例示的条件下进行状态迁移。由于步骤#1、步骤#2a、步骤#2s、步骤#5如参照图5的状态迁移图上述的那样,所以省略说明。另外,在开始故障安全控制时,以切换转速ωsw为基准,高转速侧是高转速区域,低转速侧是低转速区域(步骤#2a、步骤#2s)。

在主动短路控制(asc)中,若转速ω低于比切换转速ωsw低δω的换档转速ωswr(=ωsw-δω),则切换为关断控制(sd)(#3)。此时,以该换档转速ωswr为基准,高转速侧为高转速区域,低转速侧为低转速区域。在关断控制(sd)中,若转速ω高于切换转速ωsw(sd最大转速ωsd),则切换为主动短路控制(asc)(#4)。在该情况下,切换转速ωsw与换档转速ωswr之间的期间为所谓的滞后(hysteresis)区间。

(3)在上述的说明中,例示出第一切换转速ωsw1和第二切换转速ωsw2根据接触器9的开关状态分开使用的方式。但是,例如,也可以只有任意一方,优选更低的一方(在本实施方式中为第二切换转速ωsw2)是切换转速ωsw。另外,在上述的说明中,例示出作为切换转速ωsw也具有换档转速ωswr,并根据动作中的故障安全动作的种类分开使用的方式。但是,也可以不像这样分开使用,而是仅以切换转速ωsw为基准来切换故障安全控制。

(4)在上述,例示出第一直流电源(高压电池2h)和第二直流电源(低压电池2l)是相互绝缘且独立的电源装置的方式。但是,例如,第二直流电源(低压电池2l)也可以构成为从第一直流电源(高压电池2h)经由转换器等降压后的电源装置。换句话说,不排除例如二次电池、双电层电容器等能够蓄电的电源装置只是第一直流电源,而第二直流电源由变压器、调节电路等未考虑蓄电的电源装置构成的可能。另外,在上述,例示出第一直流电源和第二直流电源是具有很大不同的电源电压的电源装置的方式。但是,不排除第一直流电源和第二直流电源构成为额定的电源电压相同的电源装置的可能。当然,在结构上,第二直流电源的电源电压也可以比第一直流电源的电源电压高。

〔实施方式的概要〕

以下,对在上述说明的旋转电机控制装置(1)的概要进行简单说明。

作为一个方式,对与车辆的车轮(w)驱动连结的交流的旋转电机(80)进行驱动控制的旋转电机控制装置(1)的特征性结构在于如下的点,具备:

逆变器控制装置(20),其将具备逆变器(10)的旋转电机驱动装置作为控制对象,且利用由与上述第一直流电源(2h)不同的第二直流电源(2l)供给的电力动作,上述逆变器(10)与第一直流电源(2h)连接并且与上述旋转电机(80)连接而在上述第一直流电源(2h)的直流与上述旋转电机(80)的多相交流之间转换电力;以及

直流链路电容器(4),其使上述逆变器(10)的直流侧的电压亦即直流链路电压(vdc)平滑化,

上述逆变器(10)以及上述直流链路电容器(4)经由在打开状态下切断电力的供给的接触器(9)与上述第一直流电源(2h)连接,

上述逆变器(10)利用上段侧开关元件(31)和下段侧开关元件(32)的串联电路构成相当于交流1相的臂,并且具备将从下段侧朝向上段侧的方向作为正向以并联的方式与各开关元件(3)连接的续流二极管(5),

上述逆变器控制装置(20)是使构成上述逆变器(10)的开关元件(3)进行开关动作的装置,

上述旋转电机控制装置(1)还具备:

后备电源(2b),其将上述第一直流电源(2h)作为电力源构成;以及

切换控制电路(71),其将向上述逆变器控制装置(20)供给电力的供给源切换为上述后备电源(2b),

在从上述第二直流电源(2l)向上述逆变器控制装置(20)供给的电力为预先规定的第一基准值以下,并且,从上述后备电源(2b)输出的电力为预先规定的第二基准值以上的情况下,上述切换控制电路(71)切换向上述逆变器控制装置(20)供给电力的供给源,上述逆变器控制装置(20)利用由上述后备电源(2b)供给的电力,使上述逆变器(10)进行开关动作来进行故障安全控制。

由于后备电源(2b)将与第二直流电源(2l)不同的电源亦即第一直流电源(2h)作为电力源构成,所以例如即使在第二直流电源(2l)、第二直流电源(2l)的周围的布线发生了断线等的情况下,也能够不取决于这些状态地向逆变器控制装置(20)供给电力。因此,即使从第二直流电源(2l)朝向逆变器控制装置(20)的电源供给中断,逆变器控制装置(20)也能够进行故障安全控制,来使逆变器(10)进行故障安全动作(开关动作)。若是在来自第二直流电源(2l)的电源供给中断的情况下,逆变器控制装置(20)不能进行故障安全控制的结构,则存在为了代替逆变器控制装置(20)使逆变器(10)进行故障安全动作(开关动作),而需要另外设置例如故障安全电路的可能性。但是,根据本结构,不用像那样设置故障安全电路,通过逆变器控制装置(20),就能够使逆变器(10)进行故障安全动作(开关动作)。即,根据该结构,即使从电源朝向逆变器控制装置(20)的电力供给被切断,也能够使具备逆变器(10)的旋转电机驱动装置进行故障安全控制来使逆变器(10)进行开关动作。

这里,优选上述故障安全控制至少是多相全部的上述臂的上述上段侧开关元件(31)成为导通状态或者多相全部的上述臂的上述下段侧开关元件(32)成为导通状态的主动短路控制。主动短路控制不使由利用惯性旋转的旋转电机(80)发电产生的电力再生至第一直流电源(2h)而使得在逆变器(10)与旋转电机(80)之间环流。因此,能够抑制在第一直流电源(2h)中流动的电流过大、直流链路电容器(4)的端子间电压(直流链路电压(vdc))过大,而实现适当的故障安全控制。

这里,优选上述故障安全控制还包含全部的上述开关元件(3)成为截止状态的关断控制,至少根据上述旋转电机(80)的转速(ω),在高转速区域进行上述主动短路控制,在比上述高转速区域低转速侧的低转速区域进行上述关断控制。

旋转电机(80)的反电动势根据旋转电机(80)的转速(ω)而增大。因此,若进行关断控制,则有根据转速(ω),为了充电而流入第二直流电源(2h)的电流(ib)、逆变器(10)的直流侧的电压亦即直流链路电压(vdc)增加的趋势。在主动短路控制中,由于基于旋转电机(80)的定子线圈(8)所具有的能量的电流在定子线圈(8)与逆变器(10)之间环流,所以用于对第二直流电源(2h)充电的电流(ib)不流动,直流链路电压(vdc)也不上升。其中,在以较低的转速(ω)进行主动短路控制的情况下,有使旋转电机(80)产生较大的负转矩的情况。另外,在主动短路控制持续长时间的情况下,旋转电机(80)的发热量增大。

根据本结构,由于在旋转电机(80)的转速(ω)相对较高的高转速区域,进行主动短路控制,所以可抑制流入第一直流电源(2h)的电流(ib)的增加、直流链路电压(vdc)的上升。另一方面,由于在旋转电机(80)的转速(ω)相对较低的低转速区域,进行关断控制,所以能够抑制旋转电机(80)产生较大的负转矩,并且主动短路控制的持续时间也能够缩短。与高转速区域相比,在低转速区域,可抑制基于关断控制的直流链路电压(vdc)的增量、流入第一直流电源(2h)的电流(ib)的增量。即,根据本结构,在旋转电机驱动装置产生了过电流、过电压等情况下,能够抑制流入第一直流电源(2h)的电流(ib)、直流链路电压(vdc)的增加,并且适当地进行故障安全控制。而且,由于具备后备电源(2b),即使从第一直流电源(2h)朝向逆变器控制装置(20)的电力供给被切断,并且具备逆变器(10)的旋转电机驱动装置产生过电流、过电压等,也能够像这样进行适当的故障安全控制。

另外,优选作为一个方式,旋转电机控制装置(1)在上述后备电源(2b)将上述第一直流电源(2h)以及上述直流链路电容器(4)作为电力源的情况下,上述逆变器控制装置(20)在上述接触器(9)为打开状态的情况下和为关闭状态的情况下,将不同的转速作为上述切换转速(ωsw),来进行上述故障安全控制。

再生电力在接触器(9)为关闭状态的情况下,流入第一直流电源(2h)。因此,作为用于允许关断控制的一个基准,优选考虑流入第一直流电源(2h)的电流来决定。另一方面,在接触器(9)为打开状态时,由于与第一直流电源(2h)的连接被切断,所以再生电力不流向第一直流电源(2h)而是对直流链路电容器(4)充电,使直流链路电压(vdc)上升。因此,用于允许关断控制的一个基准优选考虑使直流链路电压(vdc)上升的反电动势(多相交流的线间反电动势)来决定。考虑了流入第一直流电源(2h)的电流的情况下的旋转电机(80)的转速(ω)和考虑了线间反电动势(vbemf)的情况下的旋转电机(80)的转速(ω),在多数情况下为不同的转速(ω)。因此,在进行适当的故障安全控制时,优选在接触器(9)为打开状态的情况下和为关闭状态的情况下,将不同的转速作为上述切换转速(ωsw)。

另外,即使接触器(9)为打开状态,也能够将直流链路电容器(4)所积蓄的电荷作为后备电源(2b)的电力源。由于在旋转电机(80)旋转期间,对直流链路电容器(4)充电,所以能够通过来自后备电源(2b)的电力供给持续故障安全控制,直到旋转电机(80)的旋转停止,直流链路电容器(4)放电。

在接触器(9)为关闭状态的情况下,由于第一直流电源(2h)的端子间电压与直流链路电压(vdc)几乎相同,所以若线间反电动势(vbemf)超过直流链路电压(vdc),则电流朝向第一直流电源(2h)流动。另一方面,为了逆变器(10)的直流侧的电路元件的耐压也具有应对线间反电动势(vbemf)瞬间上升的耐性,而第一直流电源(2h)的端子间电压比最大额定值高的情况较多。因此,与逆变器(10)的直流侧的电路元件的耐压对应的线间反电动势(vbemf)比产生流入第一直流电源(2h)的电流的最大允许值的线间反电动势(vbemf)高的情况较多。由于线间反电动势(vbemf)随着旋转电机(80)的转速(ω)而升高,所以在电流不流入第一直流电源(2h),而使直流链路电压(vdc)上升的情况下,换句话说,允许接触器(9)为打开状态的情况的旋转电机(80)的转速(ω)升高。因此,作为一个方式,优选与上述接触器(9)为关闭状态的情况相比,上述接触器(9)为打开状态的情况下,上述切换转速(ωsw)是较高的转速。

优选切换转速(ωsw)是在上述第一直流电源(2h)是能够充电的电源装置,且上述接触器(9)为关闭状态的情况下,与上述旋转电机(80)的转速相应的再生电力以及在上述第一直流电源(2h)中流动的充电电流(ib)比根据上述第一直流电源(2h)的电压所允许的最大额定值小的转速(ωsw2)。另外,优选上述切换转速(ωsw)是在上述接触器(9)为打开状态的情况下,多相交流的线间的反电动势(vbemf)的峰值比在上述旋转电机驱动装置中所允许的最大额定电压小的转速(ωsw1)。由于在接触器(9)为关闭状态的情况下,经由接触器(9)对第一直流电源(2h)充电的电流流动,所以优选如上述那样根据充电电流(ib)的最大额定值来决定切换转速(ωsw)。另外,由于在接触器(9)为打开状态的情况下,线间反电动势(vbemf)使逆变器(10)的直流链路电压(vdc)上升,所以优选根据在旋转电机驱动装置中所允许的最大额定电压来决定切换转速(ωsw)。

然而,在故障安全控制中旋转电机(80)的转速(ω)发生了变化的情况下,优选根据转速(ω)来切换故障安全控制的种类。在包含重力等外力,不对车轮(w)提供新的驱动力的情况下,在故障安全控制中旋转电机(80)的转速降低。因此,即使在开始故障安全控制时,旋转电机(80)的转速(ω)是高转速区域,之后,在故障安全控制的持续中也成为低转速区域。在高转速区域进行主动短路控制,但此时,由于使电流在定子线圈(8)与逆变器(20)之间环流,所以其能量多数在两者中作为热被消耗。对于详细的现象省略,但从性能的维持、寿命的观点来考虑,不希望旋转电机(80)、逆变器(20)的过热。因此,优选主动短路控制随着旋转电机(80)的转速(ω)的降低在适当的时期结束。另一方面,例如,在如车辆下坡的情况下,与车轮(w)驱动连结的旋转电机(80)的转速(ω)上升,而存在从低转速区域移至高转速区域的可能性。此时,若进行关断控制,则存在流入第一直流电源(2h)的电流(ib)、直流链路电压(vdc)上升到超过适当的范围内的可能性。因此,在这样的情况下,优选将故障安全控制的方式从关断控制变更为主动短路控制。

即,作为一个方式,优选上述逆变器控制装置(20)在上述关断控制中,上述旋转电机(80)的转速(ω)上升到上述高转速区域的情况下,将上述故障安全控制切换为上述主动短路控制,在上述主动短路控制中,上述旋转电机(80)的转速(ω)降低到上述低转速区域的情况下,将上述故障安全控制切换为上述关断控制。

如上所述,即使在从第二直流电源(2l)向逆变器控制装置(20)供给的电力为预先规定的基准值以下的情况下(成为第二电源降低状态的情况下),也能够从后备电源向逆变器控制装置(20)供给电力。因此,逆变器控制装置(20)能够进行适当的故障安全控制。但是,在多数情况下,从逆变器控制装置(20)向逆变器(10)的各开关元件(3),经由增强电驱动能力的控制信号驱动电路来给予开关控制信号。因此,若向针对各开关元件(3)的控制信号驱动电路的电力的供给停滞,则即使逆变器控制装置(20)发挥功能,也有不能通过故障安全控制来使逆变器(10)进行故障安全动作的可能性。特别是,在主动短路控制中,由于上段侧开关元件(31)或者下段侧开关元件(32)成为导通状态,所以也需要向控制信号驱动电路供给电力。

在有源电路控制中成为导通状态的是全部的上段侧开关元件(31)或者全部的下段侧开关元件(32)。因此,至少在第二电源降低状态下也能够确保向针对全部的上段侧开关元件(31)的控制信号驱动电路的电源供给、或者向针对全部的下段侧开关元件(32)的控制信号驱动电路的电源供给即可。换句话说,因此,作为一个方式,优选在具备对由上述逆变器控制装置(20)生成,并对各开关元件(3)进行控制的开关控制信号进行增强并中继的多个控制信号驱动电路(30)的情况下,对向上述上段侧开关元件(31)中继上述开关控制信号的上段侧的上述控制信号驱动电路(30)以及向上述下段侧开关元件(32)中继上述开关控制信号的下段侧的上述控制信号驱动电路(30)的至少一方,供给来自将上述第一直流电源(2h)作为电力源而构成的电源(52)的电力。

另外,一般地,逆变器(10)的下段侧开关元件(32)的发射极侧(源极侧)全部与负极连接。因此,下段侧开关元件(32)共用负极侧(地线侧),下段侧的控制信号驱动电路(30)也共用负极侧(地线侧)。因此,对下段侧的控制信号驱动电路(30)供给电力的电源(52)能够为共用的电源。对于上段侧的开关元件(31)而言,一般地,发射极侧(源极侧)分别与旋转电机(80)的定子线圈(8)连接,负极侧(地线侧)分别为不同的电位。因此,对上段侧的控制信号驱动电路(30)供给电力的电源(51)不能共用化,而从各个分立的电源(51u、51v、51w)共享电力。因此,更为优选,也可以对向下段侧开关元件(32)中继开关控制信号的下段侧的控制信号驱动电路(30)供给来自将第一直流电源(2h)作为电力源而构成的电源(52)的电力。

附图标记说明

1…旋转电机控制装置;2b…后备电源;2h…高压电池(第一直流电源);2l…低压电池(第二直流电源);3…开关元件;4…直流链路电容器;6…控制装置驱动电源;9…接触器;10…逆变器;20…逆变器控制装置;30…栅极驱动电路;31…上段侧开关元件;32…下段侧开关元件;50…电源电路;50a…开关元件;50c…电源控制电路;51…上段侧栅极驱动电源(上段侧驱动电路用电源);51u…u相上段侧栅极驱动电源(上段侧驱动电路用电源);51v…v相上段侧栅极驱动电源(上段侧驱动电路用电源);51w…w相上段侧栅极驱动电源(上段侧驱动电路用电源);52…下段侧栅极驱动电源(下段侧驱动电路用电源);80…旋转电机;ib…电池电流(在第一直流电源中流动的电流);vbemf…马达线间反电动势(多相交流的线间的反电动势);vdc…直流链路电压;vmax…最大额定电压;w…车轮;ω…转速;ωsd…sd最大转速;ωsw…切换转速;ωsw1…第一切换转速;ωsw2…第二切换转速;ωswr…换档转速;ωswr1…第一换档转速;ωswr2…第二换档转速。

再多了解一些
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