驱动装置及驱动装置的控制方法与流程

本发明涉及驱动装置及驱动装置的控制方法，详细而言，涉及具备电动机及逆变器的驱动装置及驱动装置的控制方法。

背景技术

作为这种驱动装置，在通过pwm控制而对驱动电动机的逆变器进行控制的结构中，提出了在全周期控制的情况下，将生成pwm信号的控制角度周期设为电压指令向量的相位一周期(2π)除以同步数(三角波数)k而得到的角度(2π/k)，在半周期控制的情况下，将生成pwm信号的控制角度周期设为其1/2的角度(π/k)(例如，参照日本特开2012-95485)。在该驱动装置中，将控制角度周期的起始点的相位设为中断相位，在该中断相位的定时取得电动机的相电流及电角，使用它们来生成电压指令向量。并且，使用从中断相位提前了预定角度(在半周期控制的情况下提前1.5π/k，在全周期控制的情况下提前1.25π/k及1.75π/k)的预测相位和电压指令向量来生成pwm信号。

技术实现要素：

在上述的驱动装置中，在通过对逆变器进行控制的控制部来进行半周期控制的情况下，在三角波的频率(载波频率)大时，控制部的处理负荷超过容许负荷而会产生无法适当地设定pwm信号的情况。相对于此，在通过控制部来进行全周期控制的情况下，与进行半周期控制的情况相比，虽然能够降低控制部的处理负荷，但是控制角度周期的时间间隔变长，因此可认为电动机的控制性容易下降。

本发明的驱动装置及驱动装置的控制方法实现抑制控制部的处理负荷增加和确保电动机的控制性这两者的兼顾。

本发明的驱动装置为了实现上述的主要目的而采用以下的方案。

本发明的第一形态是驱动装置。所述驱动装置包括电动机、构成为通过多个开关元件的开关来驱动所述电动机的逆变器、电子控制单元。所述电子控制单元构成为检测所述电动机的电角作为检测电角。所述电子控制单元构成为通过脉宽调制控制来控制所述逆变器。所述电子控制单元构成为以载波的一周期的间隔来执行第一控制。所述第一控制是基于所述电动机的转矩指令及所述检测电角来设定d轴、q轴的电压指令的控制。所述电子控制单元构成为以所述载波的半周期的间隔来执行第二控制。所述第二控制是包括基于所述检测电角来运算预测电角的控制在内的控制。所述预测电角用于脉宽调制信号的生成。

根据上述结构，所述电子控制单元通过所述脉宽调制控制来控制逆变器。并且，所述电子控制单元基于电动机的转矩指令及由检测部检测的电动机的电角即检测电角，以载波的所述一周期的间隔来执行设定d轴、q轴的电压指令的第一控制。而且，所述电子控制单元以载波的所述半周期的间隔来执行包括基于检测电角来运算pwm信号生成中使用的预测电角的控制在内的第二控制。因此，通过由所述电子控制单元以载波的所述一周期的间隔来执行第一控制，由此能够抑制所述电子控制单元的处理负荷增加。而且，通过所述电子控制单元以载波的所述半周期的间隔来执行第二控制，由此能够确保电动机的控制性。即，能够实现抑制所述电子控制单元的处理负荷增加和确保电动机的控制性这两者的兼顾。

在所述驱动装置中，所述电子控制单元可以构成为，在所述载波的频率为预定频率以上时，以所述载波的所述一周期的间隔来执行所述第一控制。所述电子控制单元可以构成为，在所述载波的频率小于所述预定频率时，以所述载波的所述半周期的间隔来执行所述第一控制。根据上述结构，在载波的频率小于预定频率时，能够使电动机的控制性更良好。而且，在所述驱动装置中，所述电子控制单元可以构成为，在执行所述脉宽调制控制中的同步脉宽调制控制时且所述载波的所述频率为所述预定频率以上时，以所述载波的所述一周期的间隔来执行所述第一控制。所述电子控制单元可以构成为，在执行所述脉宽调制控制中的非同步脉宽调制控制时或者在所述载波的所述频率小于所述预定频率时，以所述载波的所述半周期的间隔来执行所述第一控制。

在所述驱动装置中，所述电子控制单元可以构成为，以使所述电动机的转速大时的所述载波的频率大于所述电动机的转速小时的所述载波的频率的方式设定载波的频率。这种情况下，在电动机的转速较大时，以载波的所述一周期的间隔来执行第一控制并以载波的所述半周期的间隔来执行第二控制产生的效果更显著。

本发明的第二形态是驱动装置的控制方法。所述驱动装置包括电动机、构成为通过多个开关元件的开关来驱动所述电动机的逆变器、电子控制单元。所述控制方法包括：通过所述电子控制单元来检测所述电动机的电角作为检测电角；由所述电子控制单元通过脉宽调制控制来控制所述逆变器；通过所述电子控制单元以载波的一周期的间隔来执行第一控制，该第一控制是基于所述电动机的转矩指令及所述检测电角来设定d轴、q轴的电压指令的控制；及通过所述电子控制单元以所述载波的半周期的间隔来执行第二控制，该第二控制包括基于所述检测电角来运算预测电角的控制，所述预测电角用于脉宽调制信号的生成。

根据上述结构，通过所述电子控制单元以载波的所述一周期的间隔来执行第一控制，由此能够抑制所述电子控制单元的处理负荷增加。而且，通过所述电子控制单元以载波的所述半周期的间隔来执行第二控制，由此能够确保电动机的控制性。即，能够实现抑制所述电子控制单元的处理负荷增加和确保电动机的控制性这两者的兼顾。

前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的附图标记表示相同的部件。

附图说明

图1是表示搭载有作为本发明的一实施例的驱动装置的电动机动车20的结构的概略的结构图。

图2是表示电动机32的转速nm与载波频率fc及同步pwm控制标志f的关系的一例的说明图。

图3是表示通过电子控制单元50的微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理及第二运算处理时的生成pwm信号的情形的说明图。

图4是表示通过电子控制单元50的微型计算机51执行的执行间隔设定例程的一例的流程图。

图5是表示通过电子控制单元50的微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行取得运算处理及第二运算处理时的生成pwm信号的情况的说明图。

图6是示意性地表示由电子控制单元50的微型计算机51执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理的执行定时的情况的说明图。

具体实施方式

接下来，使用实施例来说明用于实施本发明的方式。

图1是表示搭载有作为本发明的一实施例的驱动装置的电动机动车20的结构的概略的结构图。如图所示，实施例的电动机动车20具备电动机32、逆变器34、作为蓄电装置的蓄电池36、电子控制单元50。

电动机32作为同步发电电动机而构成，具备嵌入有永久磁铁的转子和卷绕有三相线圈的定子。该电动机32的转子连接于经由差速齿轮24而与驱动轮22a、22b连结的驱动轴26。

逆变器34用于电动机32的驱动。该逆变器34经由电力线38而连接于蓄电池36，具有6个作为开关元件的晶体管t11～t16和与6个晶体管t11～t16分别并联连接的6个二极管d11～d16。晶体管t11～t16分别以相对于电力线38的正极侧线和负极侧线而成为源极侧和漏极侧的方式各成对配置有2个。而且，在成为晶体管t11～t16对的晶体管彼此的连接点分别连接有电动机32的三相线圈(u相、v相、w相的线圈)。因此，在电压作用于逆变器34时，通过电子控制单元50来调节成对的晶体管t11～t16的接通时间的比例，由此在三相线圈形成旋转磁场，来驱动电动机32旋转。以下，有时将晶体管t11～t13称为“上桥臂”，将晶体管t14～t16称为“下桥臂”。

蓄电池36作为例如锂离子二次电池或镍氢二次电池而构成，如上所述，经由电力线38而连接于逆变器34。在电力线38的正极侧线和负极侧线上安装有电容器39。

电子控制单元50具备微型计算机51，该微型计算机51具有cpu52、rom54、ram56、输入输出端口。来自各种传感器的信号经由输入端口向电子控制单元50输入。作为向电子控制单元50输入的信号，可列举例如来自对电动机32的转子的旋转位置进行检测的旋转位置检测传感器(例如旋转变压器)32a的旋转位置θm、来自对电动机32的各相的相电流进行检测的电流传感器32u、32v的相电流iu、iv。而且，也可列举来自安装于蓄电池36的端子间的未图示的电压传感器的蓄电池36的电压vb、来自安装于蓄电池36的输出端子的未图示的电流传感器的蓄电池36的电流ib、来自安装于电容器39的端子间的电压传感器39a的电容器39(电力线38)的电压vh。此外，还可列举来自点火开关60的点火信号、来自对换挡杆61的操作位置进行检测的挡位传感器62的挡位sp、来自对加速踏板63的踏入量进行检测的加速踏板位置传感器64的加速器开度acc、来自对制动踏板65的踏入量进行加成呢的制动踏板位置传感器66的制动踏板位置bp、来自车速传感器68的车速v。从电子控制单元50经由输出端口输出输向逆变器34的晶体管t11～t16的开关控制信号等。

在这样构成的实施例的电动机动车20中，电子控制单元50基于加速器开度acc和车速v来设定驱动轴26的要求转矩td*，并将要求转矩td*设定为电动机32的转矩指令tm*。然后，使用电动机32的转矩指令tm*，通过脉宽调制控制(pwm控制)来控制逆变器34的晶体管t11～t16。在此，pwm控制是通过电动机32的各相的电压指令与载波(三角波)的比较来调节晶体管t11～t16的接通时间的比例的控制。

在此，说明电子控制单元50对逆变器34的控制。在控制逆变器34时，通过电子控制单元50的微型计算机51，执行以下的(a1)～(a3)的取得运算处理、(b1)～(b3)的第一运算处理、(c1)～(c3)的第二运算处理来生成晶体管t11～t16的pwm信号。并且，通过电子控制单元50的未图示的硬件(例如驱动器电路)，将来自微型计算机51的pwm信号向逆变器34输出。

(a1)从旋转位置检测传感器32a取得电动机32的转子的旋转位置θm，并从电流传感器32u、32v取得电动机32的各相的相电流iu、iv的处理

(a2)基于电动机32的转子的旋转位置θm来运算电动机32的电角θe或转速nm的处理

(a3)基于电动机32的转速nm来设定载波的频率(以下，称为“载波频率”)fc，并设定同步pwm控制标志f(选择是否执行同步pwm控制及非同步pwm控制中的同步pwm控制的标志)的处理

(b1)使用通过(a2)运算出的电动机32的电角θe将电动机32的各相的相电流iu、iv转换成d轴、q轴的电流id、iq(三相-二相转换)的处理

(b2)基于电动机32的转矩指令tm*来设定d轴、q轴的电流指令id*、iq*的处理

(b3)基于d轴、q轴的电流id、iq及电流指令id*、iq*来设定d轴、q轴的电压指令vd*、vq*的处理

(c1)将通过(a2)运算出的电动机32的电角θe与预定电角δθe相加来运算预测电角θees的处理

(c2)使用预测电角θees，将d轴、q轴的电压指令vd*、vq*转换成各相的电压指令vu*、vv*、vw*(二相-三相转换)的处理

(c3)使用各相的电压指令vu*、vv*、vw*和载波来生成晶体管t11～t16的pwm信号的处理

首先，说明(a3)的处理。关于该处理，在实施例中，将电动机32的转速nm应用于电动机32的转速nm与载波频率fc及同步pwm控制标志f的预先确定的关系中来设定载波频率fc及同步pwm控制标志f。图2是表示该关系的一例的说明图。在图2中，在电动机32的转速nm小于预定转速nm1的区域中，对载波频率fc设定预定频率fc1，并对同步pwm控制标志f设定值0(选择非同步pwm控制)。此外，在电动机32的转速nm为预定转速nm1以上的区域中，以如下方式方式设定载波频率fc，该方式为，电动机32的转速nm越大，则以能够将同步数ns保持为预定值ns1(例如值6)的斜度而从距预定频率fc1越增大的方式，并且对同步pwm控制标志f设定值1(选择同步pwm控制的执行)。作为预定转速nm1，可以使用例如9500rpm或10000rpm、10500rpm等。作为预定频率fc1，可以使用例如4.7khz或5khz、5.3khz等。作为预定值ns1，使用能够确保向电动机32供给的三相电压的对称性的各值(值6、值9、值12、…)中的作为最小值的值6。这样设定载波频率fc及同步pwm控制标志f是出于以下的理由。在电动机32的转速nm不那么大的区域中，如果将同步数ns保持为预定值ns1而进行同步pwm控制，则载波频率fc降低而电动机32的控制性可能会下降，相对于此，如果将载波频率fc保持为预定频率fc1而进行非同步pwm控制，则能够使电动机32的控制性良好。此外，在电动机32的转速nm大的区域中，如果将载波频率fc保持为预定频率fc1而进行非同步pwm控制，则电动机32的电角θe下的每1周期(各相的电压指令vu*、vv*、vw*的1周期)的载波数减少而电动机32的控制性可能会下降，相对于此，如果将同步数ns保持为预定值ns1而进行同步pwm控制，则能够使电动机32的控制性良好。

接下来，说明(c1)～(c3)的处理。关于(c1)的处理，在实施例中，使用相当于第二运算处理的执行间隔的1.5倍的角度作为预定电角δθe。图3是表示通过电子控制单元50的微型计算机51以载波的半周期的间隔(具体而言，载波的波峰及波谷的各定时)来执行取得运算处理及第二运算处理时的生成pwm信号的情况的说明图。在图3中，电动机32的预测电角θees的[]内的数字是指基于电动机32的电角θe的[]的同一数字来运算的意思。例如，电动机32的预测电角θees[1]是指基于电动机32的电角θe[1]来运算的意思。此外，在图3的情况下，预测电角θees成为比电角θe提前了载波的3/4周期的值。以下，参照图3，说明(c1)～(c3)的处理。微型计算机51在载波的波峰及波谷的各定时，若作为(a1)的处理而取得电动机32的电角θe(值θe[i])，则以作为(c1)的处理而基于电动机32的电角θe来运算预测电角θees(值θees[i])。接下来，作为(c2)的处理而使用电动机32的预测电角θees将d轴、q轴的电压指令vd*、vq*转换成各相的电压指令vu*、vv*、vw*。因此，各相的电压指令vu*、vv*、vw*成为预测电角θees为值θees[i]时的值。然后，作为(c3)的处理，将各相的电压指令vu*、vv*、vw*设定为预测电角θees(值θees[i])所属的对象区间(电角θe[i+1]～θe[i+2]的区间)的平均电压vuav、vvav、vwav，并使用平均电压vuav、vvav、vwav和载波来生成对象区间的晶体管t11～t16的pwm信号。此时，可以通过平均电压vuav、vvav、vwav与载波的比较来生成对象区间的pwm信号，也可以基于平均电压vuav、vvav、vwav和载波的波峰及波谷的各电压来设定对象区间的占空比，并基于该占空比来生成对象区间的pwm。

接下来，说明这样构成的实施例的搭载于电动机动车20的驱动装置的动作，特别是设定由微型计算机51执行的上述的取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理的执行间隔时的动作。图4是表示通过电子控制单元50的微型计算机51执行的执行间隔设定例程的一例的流程图。该例程被反复执行。

当执行间隔设定例程被执行时，电子控制单元50的微型计算机51输入在上述的(a3)的处理中设定的载波频率fc或同步pwm控制标志f等数据(步骤s100)。然后，查验同步pwm控制标志f的值(步骤s110)，并将载波频率fc与阈值fcref进行比较(步骤s120)。在此，阈值fcref作为比上述的预定频率fc1稍大的值，可以使用例如5.5khz或5.6khz、5.7khz等。

在步骤s110中同步pwm控制标志f为值0时，或在步骤s110中虽然同步pwm控制标志为值1但是在步骤s120中载波频率fc小于阈值fcref时，设定为以载波的半周期的间隔(具体而言，载波的波峰及波谷的各定时)来执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理(步骤s130)，结束本例程。这种情况下，在载波的波峰及波谷的各定时执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理。因此，能够使电动机32的控制性良好。

在步骤s110中同步pwm控制标志f为值1且在步骤s120中载波频率fc为阈值fcref以上时，设定为以载波的一周期的间隔(具体而言，载波的波谷的各定时)来执行第一运算处理并以载波的半周期的间隔(具体而言，载波的波峰及波谷的各定时)来执行取得运算处理及第二运算处理(步骤s140)，结束本例程。这种情况下，在载波的波谷的各定时执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理，并在载波的波峰的各定时执行取得运算处理及第二运算处理。

载波频率fc越大，则载波的一周期的间隔或半周期的间隔的时间越短，因此微型计算机51的处理负荷越容易变大。因此，当通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理时，微型计算机51的处理负荷超过容许负荷，可能无法适当地设定pwm信号。相对于此，当通过微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理时，由于取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理的执行间隔变长，因此可认为电动机32的控制性容易下降。图5是表示通过电子控制单元50的微型计算机51以载波的一周期的间隔(具体而言，载波的波峰及波谷的各定时)来执行取得运算处理及第二运算处理时的生成pwm信号的情况的说明图。在图5中，与图3同样，电动机32的预测电角θees的[]内的数字是指基于电动机32的电角θe的[]的该数字来运算的情况。而且，在图5的情况下，预测电角θees成为比电角θe提前了载波的1.5周期的值。而且，晶体管t11的pwm信号的单点划线表示通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理及第二运算处理时的情况(参照图3)。从图5可知，晶体管t11～t16的pwm信号在通过微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行取得运算处理及第二运算处理时(参照实线)与通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理及第二运算处理时(单点划线)不同。因此，当通过微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行取得运算处理及第二运算处理时，与通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理及第二运算处理的情况相比，可认为电动机32的控制性容易下降。

考虑到这些情况，在实施例中，通过微型计算机51，以载波的一周期的间隔来执行第一运算处理，并以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理或第二运算处理。因此，通过微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行第一运算处理，由此能够抑制微型计算机51的处理负荷增加，通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理或第二运算处理，由此能够确保电动机32的控制性。即，能够实现抑制微型计算机51的处理负荷增加和确保电动机32的控制性这两者的兼顾。

需要说明的是，通常，在微型计算机51中，第二运算处理的处理负荷比第一运算处理的处理负荷小。因此，可认为通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行第二运算处理时相对于通过微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行第二运算处理时微型计算机51的处理负荷载的增加不那么大。图6是示意性地表示由电子控制单元50执行的微型计算机51的取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理的执行定时的情况的说明图。在图6中，除了实施例之外，也示出了比较例1、2。作为比较例1，可认为是通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理的情况，作为比较例2，可认为是通过微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行取得运算处理、第一运算处理、第二运算处理的情况。从图6可知，在实施例的情况下，与比较例1相比能够降低微型计算机51的处理负荷，与比较例2相比能够使电动机32的控制性良好。

在以上说明的实施例的搭载于电动机动车20的驱动装置中，电子控制单元50的微型计算机51在同步pwm控制标志f为值1且载波频率fc为阈值fcref以上时，以载波的一周期的间隔来执行第一运算处理并以载波的半周期的间隔来执行第二运算处理。因此，通过微型计算机51以载波的一周期的间隔来执行第一运算处理，由此能够抑制微型计算机51的处理负荷增加，并且通过微型计算机51以载波的半周期的间隔来执行取得运算处理或第二运算处理，由此能够确保电动机32的控制性。即，能够实现抑制微型计算机51的处理负荷增加和确保电动机32的控制性这两者的兼顾。

在实施例的搭载于电动机动车20的驱动装置中，电子控制单元50的微型计算机51在同步pwm控制标志f为值0时或者虽然同步pwm控制标志为值1但是载波频率fc小于阈值fcref时，以载波的半周期的间隔来执行第一运算处理及第二运算处理，在同步pwm控制标志f为值1且载波频率fc为阈值fcref以上时，以载波的一周期的间隔来执行第一运算处理并以载波的半周期的间隔来执行第二运算处理。然而，微型计算机51也可以无论同步pwm控制标志f如何，在载波频率fc小于阈值fcref时，以载波的半周期的间隔来执行第一运算处理及第二运算处理，在载波频率fc为阈值fcref以上时，以载波的一周期的间隔来执行第一运算处理并以载波的半周期的间隔来执行第二运算处理。而且，微型计算机51也可以无论同步pwm标志f及载波频率fc如何，均以载波的一周期的间隔来执行第一运算处理并以载波的半周期的间隔来执行第二运算处理。

在实施例的搭载于电动机动车20的驱动装置中，在电子控制单元50中，通过微型计算机51，执行上述的(c1)～(c3)的处理以作为第二运算处理。然而，只要通过微型计算机51至少执行(c1)的处理以作为第二运算处理即可。例如，可以通过微型计算机51，仅执行(c1)的处理以作为第二运算处理，关于(c2)、(c3)的处理，接受来自微型计算机51的输出而通过未图示的硬件来执行。

在实施例中，设为在具备电动机32的电动机动车20上搭载的驱动装置的方式。然而，可以设为在除了电动机32之外还具备发动机的混合动力机动车上搭载的驱动装置的方式，可以设为在机动车以外的车辆或船舶、航空机等移动体上搭载的驱动装置的方式，也可以设为在建筑设备等不移动的设备上搭载的驱动装置的方式。

说明实施例的主要要素与用于解决课题的方案一栏记载的发明的主要要素的对应关系。在实施例中，电动机32是“电动机”的一例，逆变器34是“逆变器”的一例。

需要说明的是，实施例的主要要素与发明内容记载的发明的主要要素的对应关系是实施例用于实施发明内容所记载的发明的方式的具体说明用的一例，因此不是对发明内容记载的发明的要素进行限定。即，关于发明内容记载的发明的解释应基于该栏的记载进行，实施例只不过是发明内容记载的发明的具体的一例。

以上，使用实施例说明了用于实施本发明的方式，但是本发明不受这样的实施例的任何限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然能以各种方式实施。

本发明能够利用于驱动装置的制造产业等。