逆变器控制装置及逆变器控制方法与流程

本发明涉及逆变器控制装置及逆变器控制方法，详细而言，涉及使用连接至电源的同一正负的直流电压母线构成且用于驱动对应的多个电动机的多个逆变器控制装置及逆变器控制方法。

背景技术：

例如在混合动力汽车、电动汽车等用途中，驱动电动机时的效率非常重要。因此，作为改善通过脉宽调制(pwm)来驱动电动机时的效率的方法，大多使用二相调制。在二相调制中，由于停止三相中规定的一相的开关，因此，能够减少由开关元件产生的开关损耗。但另一方面，由于二相调制中开关次数较少，因此电流的脉动变大，因而存在直流母线电压的纹波增加的问题。

特别是在使用同一正负的直流电压母线来驱动多个电动机的情况下，该问题变得显著，从而不得不将平滑用电容器设置得大型化，导致成本的增加。

以往，作为对直流电压进行平滑化的控制方法，例如如日本专利特开2002－51566号公报(专利文献1)所公开的那样，提出了在使用pwm对多个电动机进行驱动时，通过使针对所述多个电动机的载波的相位按照电动机的驱动状态适当错开来错开逆变器流出电流的脉冲的方法、或者使逆变器流出电流的脉冲抵消的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002－51566号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在上述的控制方法中，由于对每一个电动机使用单独的载波，因此存在运算负荷变高的问题。并且，在不使用二相调制的上述单元中存在无法减少开关损耗，无法期望实现高效率化的问题。

本发明是鉴于上述问题完成的，其目的在于提供一种逆变器控制装置及逆变器控制方法，在使用同一正负的直流电压母线来驱动多个电动机的情况下，能够以简单的结构减少逆变器的开关损耗，实现高效率化，并且能够减小逆变器流出电流的有效值，减少可充放电的蓄电单元的纹波电流，使所述蓄电单元小型化。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的逆变器控制装置对使用连接至电源的同一正负的直流电压母线构成且用于驱动对应的多个电动机的多个逆变器进行控制，该逆变器控制装置的特征在于，包括：平滑化控制单元，该平滑化控制单元对逆变器流出电流进行控制，以使得所述电源的电压由连接至所述正负的直流电压母线的可充放电的蓄电单元进行平滑化；以及调制波电平调整单元，该调制波电平调整单元对三相调制波的电平进行调整。

此外，本发明的逆变器控制方法中，将电源和可充放电蓄电单元与正负的直流电压母线相连接并且驱动对应的多个电动机的多个逆变器与所述正负的直流电压母线相连接，控制所述多个逆变器，该逆变器控制方法的特征在于，控制逆变器流出电流以使所述电源的电压平滑化，并且调整所述逆变器流出电流的相位。

发明效果

根据本发明的逆变器控制装置和逆变器控制方法，通过调整对应于多个电动机的逆变器流出电流的相位，能够力图实现电源电压的平滑化、即连接至电源的正负的直流电压母线间的电压的平滑化。其结果是，具有减小逆变器流出电流的有效值、减少可充放电的蓄电单元的纹波电流、能够使所述蓄电单元小型化的效果。此外，还具有减少逆变器的开关元件所产生的开关损耗的效果。

附图说明

图1是表示具备本发明的实施方式1的逆变器控制装置的动力输出装置的简要结构图。

图2是示出了使用本发明的实施方式1的逆变器控制装置来执行的各二相调制方式下的调制波的图。

图3是表示使用本发明的实施方式1的逆变器控制装置来执行的平滑化控制例程的一个示例的流程图。

图4是说明决定利用脉宽调制来运行三相交流电动机时的脉宽调制方式的开关状态的方法的说明图。

图5是将驱动一台电动机时的逆变器流出电流模型化并与载波一同示出的说明图。

图6是将以120°上固定二相调制方式驱动一方的驱动器，以120°下固定二相调制方式驱动另一方的驱动器时的逆变器流出电流模型化并与载波一同示出的说明图。

图7是将用相同的二相调制方式驱动两个电动机时的逆变器流出电流模型化并与载波一同示出的说明图。

具体实施方式

以下，关于本发明的逆变器控制装置及逆变器控制方法的优选实施方式，参照附图来详细进行说明。另外，下述说明的电动机除了包含多相交流电动机以外，还包含直流电动机。此外，逆变器在电动机为多相交流电动机的情况下指的是通常含义所使用的逆变器，在电动机为直流电动机的情况下指的是斩波器。关于以下说明的逆变器的含义，只要没有特别说明均相同。

实施方式1.

图1是表示具备本发明的实施方式1的逆变器控制装置的动力输出装置的简要结构图。

图1中，动力输出装置20如图示那样，包括：由三相交流进行旋转驱动的电动机mg1；可将直流电转换成三相交流电并提供给电动机mg1的逆变器电路inv1；由三相交流进行旋转驱动的电动机mg2；可将直流电转换成三相交流电并提供给电动机mg2的逆变器电路inv2；连接至逆变器电路inv1和逆变器电路inv2的正极母线22和负极母线24的直流电源26；连接至逆变器电路inv1和逆变器电路inv2的正极母线22和负极母线24的可充放电的蓄电单元、例如平滑用电容器28；以及控制逆变器电路inv1和逆变器电路inv2的逆变器控制装置30。

电动机mg1、mg2均构成为例如由外表面粘接有永磁体的转子和卷绕有三相线圈的定子构成的可发电的同步发电电动机。电动机mg1的转轴成为动力输出装置20的输出轴，从该转轴输出动力。电动机mg2的转轴与动力输出装置20的输出轴间接地连接，来自电动机mg2的动力也能够间接地输出至动力输出装置20的输出轴。另外，本实施方式中，电动机mg1、mg2均构成为同步发电电动机，因此，只要向电动机mg1、mg2的转轴输入动力，那么就能够通过电动机mg1、mg2来进行发电。

逆变器电路inv1、inv2均由六个开关元件sw11～sw16、sw21～sw26构成。各六个开关元件sw11～sw16、sw21～sw26以相对于正极母线22和负极母线24成为源极侧和漏极侧的方式分别按对各配置两个，在其连接点连接电动机mg1、mg2的三相线圈(uvw)的各个相。因此，若对成对的开关元件sw11～sw16、sw21～sw26的导通时间的比例进行控制，则能够利用电动机mg1、mg2的三相线圈形成旋转磁场，对电动机mg1、mg2进行旋转驱动。逆变器电路inv1的开关元件sw11～sw16的开关控制和逆变器电路inv2的开关元件sw21～sw26的开关控制可独立地进行，因此，能够分别独立地对电动机mg1、mg2进行驱动控制。

逆变器控制装置30包括作为以cpu42为中心的微处理器构成的电子控制单元40。电子控制单元40除cpu42之外还包括存储处理程序的rom44、暂时存储数据的ram46、以及输入输出端口(未图示)，向该输入端口输入来自安装于电动机mg1、mg2的三相线圈的u相、v相的电流传感器52、54、62、64的电流iu、iv；来自安装于电动机mg1、mg2的各个转轴的旋转角传感器58、68的电动机mg1、mg2的转子的旋转角等，从输出端口向逆变器电路inv1和逆变器电路inv2输出对开关元件sw11～sw16、sw21～sw26进行控制的开关控制信号。

接着，对具备按上述方式构成的逆变器控制装置30的动力输出装置20的动作，尤其是逆变器控制装置30的控制方法进行说明。

图2是对逆变器控制装置30执行的pwm控制中的二相调制进行说明的图。二相调制是对针对三相线圈的u相、v相、w相的调制波，每隔调制波的相位60°或120°，将u相、v相、w相中规定的1相固定为由正极母线22和负极母线24间的电压决定的逆变器所能输出的最大电压或最小电压中的任一个，并且使其他二相进行开关的调制方式。rom44中存储有进行下述运算的二相调制运算单元，即：每隔60°将各相交替地固定为所述最大值和最小值的方式(60°二相调制)，每隔120°将各相固定为所述最大值的方式(120°上固定二相调制)，每隔120°将各相固定为所述最小值的方式(120°下固定二相调制)这三种二相调制方式的运算。

图3是表示逆变器控制装置30执行的平滑化控制例程的一个示例的流程图。平滑化控制例程由所述二相调制运算单元中所存储的平滑化控制单元每隔规定时间反复执行。以下，对平滑化控制例程进行说明。另外，所述平滑化控制单元和所述二相调制运算单元可以分别独立地存储于rom44，也可以使所述二相调制运算单元包含在所述平滑控制单元中。

若执行平滑化控制例程，则电子控制单元40的cpu42首先获取调制波的相位和正极母线22与负极母线24之间的电压(步骤s201)。

接着，执行对电动机mg1、mg2的驱动状态进行判定的处理(步骤s202)。这里，电动机mg1、mg2的驱动状态中存在从电动机mg1、mg2输出功率的驱动、以及由电动机mg1、mg2输出制动力的制动。该电动机mg1、mg2的驱动状态可通过各电动机mg1、mg2的各相电流的方向、即针对各电动机mg1、mg2的逆变器流出电流的方向来进行判定，或者通过对各电动机mg1、mg2的指令来进行判定。

接着，在电动机mg1、mg2的驱动状态均为驱动或制动时，对电动机mg1或电动机mg2一方的调制波进行上固定二相调制，对另一方的调制波进行下固定二相调制(步骤s203)。

此外，在电动机mg1、mg2的驱动状态为一方驱动而另一方制动时，对电动机mg1、mg2两者的调制波进行上固定二相调制或下固定二相调制(步骤s204)。

以下说明进行上述平滑化控制的意义。图4是说明决定通过pwm来运行三相交流电动机时的pwm方式的开关状态的方法的说明图。

u相、v相、w相的各调制波分别具有120度的相位，并且是具有由对电动机的指令值决定的振幅、以及根据电动机的转子的转速决定的周期的正弦波。载波是为了决定逆变器的开关元件的导通截止的时刻而使用的频率比各相调制波要高的三角波。逆变器的各相的开关元件的开关是下述动作：当载波比调制波小时，将正极母线侧的开关元件设为导通，并且将负极母线侧的开关元件设为截止，当载波比调制波大时，将正极母线侧的开关元件设为截止，并且将负极母线侧的开关元件设为导通。

在该动作中，当所有的调制波均比载波大时，逆变器的各相的正极母线侧的开关元件均变为导通，电动机成为短路状态，因此，电动机等效地处于与电源、平滑用电容器断开的状态，两者之间没有电流流过。当所有的调制波均比载波小时，逆变器的各相的负极母线侧的开关元件均变为导通，电动机成为短路状态，因此，在该情况下，电动机也等效地处于与电源、平滑用电容器断开的状态，两者之间没有电流流过。由此，在基于pwm控制的电动机驱动中，由于会产生所有的调制波均比载波大的状态、以及相反地均比载波小的状态，因此，逆变器流出电流in是间歇的脉冲电流。

平滑用电容器28配置为与逆变器电路inv1、inv2紧密接触，并且高频阻抗较低。另一方面，直流电源26配置在远离逆变器电路inv1、inv2的位置，低频阻抗较低，但高频阻抗较高。因此，逆变器流出电流in的交流分量流过平滑用电容器28，直流分量流过直流电源26。因此，平滑用电容器28需要耐受这样的交流电流，为了减小平滑用电容器28的容量，就需要减小逆变器流出电流in的有效值。

图5是将驱动一台电动机时的逆变器流出电流in模型化并与载波一同示出的说明图。如图示那样，在载波比调制波的最小值要大且比最大值要小时产生逆变器流出电流in。此时，若考虑驱动两台电动机的情况，则只要调整两台电动机的调制波，以使得图5所示的逆变器流出电流in的脉冲不重合即可。

图6将以120°上固定二相调制方式驱动一方的驱动器，以120°下固定二相调制方式驱动另一方的驱动器时的逆变器流出电流in1、in2模型化并与载波一同示出。如图示那样，逆变器流出电流in1的脉冲以载波的波峰为中心出现，逆变器流出电流in2以载波的波谷为中心出现。若考虑均进行相同的二相调制的情况，则逆变器流出电流in1的脉冲和逆变器流出电流in2的脉冲同时出现，因此，逆变器流出电流in(in＝in1+in2)成为逆变器流出电流in1与逆变器流出电流in2重叠后得到的电流，其有效值变大。

另一方面，如图6所例示的那样，若以120°上固定二相调制方式驱动一方的电动机，以120°下固定二相调制方式驱动另一方的电动机，则逆变器流出电流in1的脉冲和逆变器流出电流in2的脉冲交替均等地出现，因此，逆变器流出电流in成为交替出现的所有脉冲的波形而没有重叠，其有效值与将载波设为同相时相比变小。

在图3的平滑化控制例程的步骤s202中判定为电动机mg1、mg2均为驱动或制动时，在步骤s203中以120°上固定二相调制方式来驱动一方的电动机，以120°下固定二相调制方式来驱动另一方的电动机，这是为了如图6所示那样，使逆变器流出电流in1的脉冲和逆变器流出电流in2的脉冲交替均等地出现，从而减小逆变器流出电流in的有效值。

在上述内容中，使用图6考虑了电动机mg1、mg2均为驱动或制动的驱动状态的情况，但还要考虑一方为驱动而一方为制动的情况。此时，由于逆变器流出电流in1和逆变器流出电流in2的电流的方向不同，因此，以逆变器流出电流in1的脉冲和逆变器流出电流in2的脉冲相抵消的状态、即均以相同的二相调制方式进行驱动即可。

图7中将以相同的二相调制方式将电动机mg1控制为制动、电动机mg2控制为驱动这样的驱动状态时的逆变器流出电流in1、in2模型化并与载波一同示出。如图示那样，由于逆变器流出电流in2的脉冲与逆变器流出电流in1的脉冲反向，因此它们的和即逆变器流出电流in成为抵消后的值，其有效值与逆变器流出电流in1的脉冲和逆变器流出电流in2的脉冲分别出现的情况相比较小。

在图3的平滑化控制例程的步骤s202中判定为电动机mg1、mg2中一方为驱动而另一方为制动时，在步骤s204中均以相同的二相调制方式来驱动，这是为了如图7所示那样，使得逆变器流出电流in1的脉冲和逆变器流出电流in2的脉冲相抵销地出现，从而减小逆变器流出电流in的有效值。

另外，图7中对利用60°二相调制或120°上固定二相调制向上固定的情况进行了说明，但对于利用二相调制或120°下固定二相调制向下固定的情况也相同。

此外，在图2、图5、图7的标记中，占空比为100％的情况对应于上固定状态，占空比为0％的情况对应于下固定状态。

如上述那样，根据实施方式1的逆变器控制装置30和逆变器控制方法，通过基于电动机mg1、mg2的驱动状态选择适当的二相调制方式，能够减小逆变器流出电流in的有效值。其结果是，能够减小平滑用电容28的容量，能够将动力输出装置20的制造成本抑制得较低。

此外，所述平滑化控制单元通过控制逆变器流出电流以使电源的电压平滑化，从而能够对连接至直流电源26的正极母线22与负极母线24之间的电压进行平滑化。其结果是，能够减小连接至正极母线22和负极母线24的平滑用电容器28的容量。

此外，所述平滑化控制单元通过调整对应于多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流的相位，来对正极母线22与负极母线24间的电压进行平滑化。即，由于正极母线22和负极母线24间的电压的脉动基于对应于多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流，通过对它们的相位进行调整，从而能够对正极母线22和负极母线24间的电压进行平滑化。

此外，在所述平滑化控制单元调整逆变器流出电流的相位的形态中，所述平滑控制单元也可设为是基于对应于多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流的方向来调整对应于该多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流的相位的单元。

在所述平滑化控制单元基于逆变器流出电流的方向来调整相位的形态中，所述平滑化控制单元也可设为是下述单元，即：当对应于多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流为同方向时，对对应于多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流的相位进行调整，以使得所述逆变器流出电流平均化。

此外，在所述平滑化控制单元基于逆变器流出电流的方向来调整相位的形态中，所述平滑化控制单元也可设为是下述单元，即：当对应于多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流为不同方向时，对对应于该多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流的相位进行调整，以使得对应于该多个电动机mg1、mg2的逆变器流出电流相抵消。

另外，在本实施方式的动力输出装置20中，采用将电动机mg1、mg2的转轴间接地连接的结构，但也可以构成为将电动机mg1、mg2的转轴直接地连接。

此外，在本实施方式的动力输出装置20中，将电动机mg1、mg2作为同步电动发电机来构成，但并不限于同步电动发电机，也可以是利用逆变器的pwm控制来驱动的任何类型的电动机。此外，在本实施方式的动力输出装置20中，将电动机mg1、mg2作为三相交流电动机来构成，但并不限于三相交流电动机，也可以构成为二相或四相以上的所有的多相交流电动机。

此外，在本实施方式的动力输出装置20中，在将电动机mg1、mg2作为三相交流电动机来构成的同时，还使用了将直流电转换为三相交流电并提供给电动机mg1、mg2的逆变器电路inv1、inv2，但也可以将电动机mg1、mg2构成为直流电动机，并且使用以基于脉冲宽度的占空比将直流电提供给电动机mg1、mg2的两个斩波电路。

此外，在本实施方式的动力输出装置20中，对利用两个逆变器电路inv1、inv2驱动控制两台电动机mg1、mg2的装置中的各电动机mg1、mg2的pwm控制进行了说明，但也可适用于利用三个以上的逆变器电路驱动控制三台以上的电动机的装置中的三台以上的电动机的pwm控制。

另外，在本实施方式中，对逆变器控制装置30执行的pwm控制中的二相调制进行了说明，但调整逆变器流出电流的相位无需采用二相调制，只要使用能够调整三相调制波的电平的调制波电平调整单元，就能够获得相同的效果。

在上述说明中，对本发明的实施方式1的逆变器控制装置和逆变器控制方法进行了说明，但本发明可在其发明的范围内对实施方式进行适当的变形、省略。

标号说明

20动力输出装置、22正极母线、24负极母线、26直流电源、28平滑用电容器、30逆变器控制装置、40电子控制单元、42cpu、44rom、46ram、52、62、64电流传感器、58、68旋转角传感器、inv1、inv2逆变器电路、sw11～sw16、sw21～sw26开关元件。