用于控制旋转机的装置的制造方法

用于控制旋转机的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及用于控制与具有开关元件的功率转换器电连接的旋转机的装置。
【背景技术】
[0002] 存在用于控制开关元件的接通-断开开关操作W控制谐波电流分量的多种方法， 其中之一被公开在日本专利公开第3852289号中。所公开方法将由所需扭矩值和运样的谐 波电流分量所确定的命令电流值与具有基于正弦命令电压的幅度所预定的幅度的载波信 号相比较。随后，所公开方法基于比较的结果执行脉宽调制（PWM)控制。PWM控制循环地产 生用于驱动每个开关元件的驱动脉冲信号，同时基于比较的结果对每个开关循环调节驱动 脉冲信号的占空比。

【发明内容】

[0003] 已知另一个方法用于控制逆变器的开关元件的接通-断开开关操作。此方法对每 个开关元件使用接通-断开开关模式，即接通-断开脉冲模式。具体地，控制装置包括存储 器，其中多个接通-断开开关模式中的每个对逆变器的输出电压向量的相应幅度值而被预 定；每个接通-断开开关模式与电动机的电旋转角的对应值相关联。
[0004] 具体地，控制装置在一阶旋转坐标系中确定逆变器的输出电压向量的相位，该坐 标系被定义为W与在=相固定坐标系中流入电动机的电流的基础分量的波动角速度相等 的角速度旋转的坐标系。输出电压向量的相位用作操控，用于将电动机的受控变量（比如 扭矩）反馈控制为目标值。控制装置对于每个开关元件，选择与输出电压向量的幅度值相 匹配的接通-断开开关模式之一。接着，控制装置将用于每个开关元件的所选择接通-断 开开关模式相对于电动机的电旋转角的当前值位移输出电压向量的所确定相位。根据位移 的换接通-断开开关模式的响应一个，控制装置替代地接通和断开每个开关元件。
[0005] 不幸地，没有特定的方法用于在使用运样的接通-断开开关模式时消除包括在相 电流内的谐波电流分量。电动机的用户因此期望在使用运样的接通-断开开关模式时消除 包括在相电流内的谐波电流分量的一个或更多的具体方法。
[0006] 考虑到上述情况，本公开的一个方面设法提供装置用于控制旋转机的装置，运些 装置能够满足用于对电动机运样的期望。
[0007] 具体地，本公开的替代方面旨在提供运样的装置，其中每个装置能够在对功率转 换器的开关元件使用接通-断开开关模式时降低流入旋转机的谐波电流分量。
[0008] 根据本公开的示例性方面，提供了一种装置，用于反馈控制旋转机的控制变量W 由此使用由功率转换器获得的功率相对于定子旋转转子。该装置包括配置为在旋转坐标系 下设定功率转换器的输出电压向量的相位的相位设定器。输出电压向量的相位用作用于将 旋转机的受控变量反馈控制到目标值的第一操控变量。相位设定器还被配置为输出包括输 出电压的相位W及转子的电旋转角的相位信息。旋转坐标系随着旋转机的转子旋转而旋 转。该装置包括配置为在旋转坐标系下设定功率转换器的输出电压向量的幅度的幅度设定 器。输出电压向量的幅度用作第二操控变量，用于将旋转机的受控变量反馈控制到目标值。 该装置包括配置为在其中储存功率转换器的开关元件的接通-断开开关模式的存储器。根 据输出电压向量的幅度，对幅度参数相应预定值提供接通-断开开关模式。该装置包括开 关单元，被配置为
[0009] (1)选择对应于幅度参数的特定值的接通-断开开关模式之一
[0010] (2)根据从相位设定器输出的相位信息的变化，从所选择的一个接通-断开开关 模式提取接通或断开指令
[0011] (3)根据提取的接通或断开指令接通或断开开关元件。
[0012] 该装置包括目标谐波电流获取器，被配置为根据流过定子的至少一个相绕组获得 流入旋转机的目标谐波电流分量。目标谐波电流分量与相电流的基础电流分量相关联。该 装置包括感应单元，被配置为在开关单元使用的输出电压向量的幅度和相位中的至少一个 上，叠加谐波信号W在至少一个相绕组中感应抵消谐波电流分量。谐波信号W与目标谐波 电流分量的角速度相同的角速度变化。抵消谐波电流分量抵消目标谐波电流分量。
[0013] 此配置在开关单元使用的输出电压向量的幅度和相位中的至少一个上，叠加谐波 信号；该谐波信号W与目标谐波电流分量的角速度相同的角速度变化。运在至少一个相绕 组中感应了抵消谐波电流分量。在至少一个相绕组中诱导的抵消谐波电流分量抵消目标谐 波电流分量，因此减少了目标谐波电流分量。运减少了由目标谐波电流分量引起的旋转机 的扭矩变化和/或铁耗。
[0014] 考虑到W下描述结合附图，将进一步领会到本公开的各种方面的W上和/或其他 特性、和/或优点。在适用情况下，本公开的各种方面能包括和/或排除不同的特性和/或 优点。在适用情况下，本公开的各种方面能组合另一个实施例的一个或更多特性。特定实 施例的特性和/或优点的描述不应该被解释为限制其他实施例或者权利要求。
【附图说明】
[0015] 本公开的其他方面将从参考附图的实施例的W下描述中变得明了，其中：
[0016] 图1是根据本公开的第一实施例的用于控制发动机-发电机的控制装置的电路 图；
[0017] 图2是示意性示出图1所示的控制装置的特定结构的示例的框图；
[001引图3是示意性示出取决于电压相位的无限小变化的电流向量变化W及由于输出 电压向量幅度的无限小变化导致的电流向量变化的示图；
[0019] 图4是图3所示的依赖于电压相位的无限小变化的电流向量变化的放大视图的示 图；
[0020] 图5是根据第一实施例示意性示出相对于电流向量的变化方向垂直延伸的入轴 的示图；
[0021] 图6是根据第一实施例示意性示出在d-q-坐标系下A轴命令电流的示图；
[0022] 图7是根据第一实施例示意性示出基础电流向量与第k谐波电流向量的合成向量 的幅度和相位的示例的示图。
[0023] 图8是示意性示出图2所示的第一谐波处理器和第二谐波处理器中每一个的结构 示例的框图；W及
[0024] 图9是根据本公开的第二实施例示意性示出第一谐波处理器和第二谐波处理器 中每一个的结构示例的框图。
【具体实施方式】
[00巧]参考附图，W下描述了本公开的实施例。在实施例中，实施例之间的相似部分（分 配了相似附图标记）被省略或被简化W避免重复的描述。
[0026] 第一实施例
[0027] 参见图1，本公开的第一实施例在图1中示出S相电动机-发电机，被简单地示为 安装在目标车辆内作为旋转机的示例的"电动机-发电机"10。每个实施例使用具有凸极 结构（salient-pole)的电动机作为电动机-发电机10。例如，每个实施例使用内置式永磁 同步电机（IPMSM)作为电动机-发电机10。
[002引图1还示出控制系统50。控制系统50配备有用作功率逆变器的逆变器20、用作DC电源的高电压电池22、平滑电容器24、控制系统26W及控制装置30。
[0029] 电动机-发电机10和高电压电池12能通过逆变器20在其间建立电连接。
[0030] 例如，电动机-发电机10被提供有具有转子铁忍并且被可旋转地配置在电动 机-发电机10中的环形转子10a。例如转子铁忍被直接地或间接地禪合至安装在目标车辆 内的发动机的机轴W便与机轴一起旋转。
[0031] 转子IOa具有凸极结构。
[0032] 转子IOa的转子忍在它的圆周部分被特别地提供有至少一对永磁体。至少一对的 永磁体被如此嵌入转子忍的外部边缘W至于在转子忍的圆周方向上W-定间隔关于转子 忍的中屯、轴对称地安排。
[0033] 至少一对的永磁体具有从转子忍的中屯、径向地向外指向的北极（N极）。另一个永 磁体具有从转子忍的中屯、径向地向外指向的南极（S极）。
[0034] 转子IOa具有与由N极创建的磁通量的方向一致（换而言么与N极中屯、线一致） 的直轴（d轴）。在转子IOa的旋转期间，转子IOa还具有正交轴（q轴），相对于相应的d 轴领先n/2弧度电角度的相位。换而言之，q轴电磁地垂直于d轴。
[0035] d和q轴构成d-q坐标系，即第一阶旋转坐标系，相对于电动机-发电机10的转子 IOa被限定。一阶旋转坐标系被定义为在S相固定坐标系中W与流入电动机-发电机10的 相电流的基础分量的角速度相同的角速度旋转的坐标系。
[0036] 在d轴的电感Ld低于在q轴的电感Lq,因为永磁体具有比铁更低的磁导率常数。 具有凸极结构的电动机意味着每个电动机具有转子IOa的此电感特征。
[0037] 电动机-发电机10还被提供有定子。定子包括定子忍，例如，在它的横截面有环 形形状。定子忍被配置在转子忍的外部边缘周围使得定子忍的内部边缘W预定的空气间隙 与转子忍的外部边缘相对。
[0038] 例如，定子忍还具有多个槽。槽被形成穿过定子忍并且W给定的间隔圆周地排列。 定子还包括一组=相绕组，即电枢绕组，缠绕在定子的多个槽中。
[0039] S相绕组，即U相、V相和W相绕组，缠绕在多个槽中使得U相、V相和W相绕组在 相位上互相被移位，即偏移，例如2JT/3弧度的电角度。
[0040] 例如，S相电枢绕组，即U相、V相和W相绕组，各自具有连接至共同结点（即中性 点）的一端，W及连接至例如星形配置中独立端子的另一端。
[0041] 在每个=相绕组处，电动机-发电机10用于接收=相电流之一W由此产生旋转磁 通量；基于旋转磁通量与转子IOa的磁通量之间的磁引力，此允许转子IOa转动。
[0042] 高压电池22能够输出等于或高于IOOV的电压。平滑电容器24被配置在高电压 电池22与逆变器20之间。平滑电容器24用于平滑来自高电压电池22的输出电压，并且 将经平滑的输出电压提供至逆变器20作为输入电压。
[0043] 逆变器20被设计为=相逆变器。逆变器20被提供有第一对串联上臂和下臂（高 位和低位）U相开关元件S化和卻n，第二对串联上臂和下臂V相开关元件S化和S化，W及 第=对串联上臂和下臂W相开关元件洲P和SWn。逆变器20还被提供有与各个开关元件 SUp、SUn、S化、S化、SWp和SWn反并联电连接的续流二极管DUp、DUn、D化、D化、面P和面n。
[0044] 在第一实施例中，作为开关元件S&#化=U，V与W，W及# =P与n)，多个IGBT分 别地被使用。
[0045] 当多个功率MOS阳T被用作开关元件S&#时，功率MOS阳T的本征二极管能被用作 续流二极管，因此消除了对外部续流二极管的需求。
[0046] 第一对到第=对开关元件W桥式配置相互并联连接。
[0047] 第一对的开关元件S化和卻n互相串联连接所通过的连接点被连接至从U相绕组 的独立端子延伸的输出引线。相似地，第二对的开关元件S化和S化互相串联连接所通过 的连接点被连接至从V相绕组的独立端子延伸的输出引线。此外，第=对的开关元件SWp 和SWn互相串联连接所通过的连接点被连接至从W相绕组的独立端子延伸的输出引线。
[0048] 第一、第二与第=对中每对的串联开关元件的一端经由逆变器20的正极端子被 连接至高电压电池22的正极端子第一、第二与第=对中每对的串联开关元件的另一端经 由逆变器20的负极端子被连接至高电压电池22的负极端子。
[0049] 控制系统50还包括例如用作相电流测量装置的电流传感器42V和42W、例如用作 电压测量装置的电压传感器44、W及例如用作旋转角测量装置的旋转角传感器46。
[0050] 电流传感器42V被安排为允许实际流过定子的V相绕组的瞬时V相交流电流IV 的测量。相似地，电流传感器42W被安排为允许实际流过定子的W相绕组的瞬时W相交流 电流IW的测量。
[0051] 电流传感器42V和42W与控制装置30是可通信的。
[0052] 每个电流传感器42V和42W用于向控制装置30发送V相和W相交流电流中相应 一个的瞬时值。
[0053] 电压传感器44被安排为允许输入电压的测量，该输入电压被称为输入电压VINV， 从高电压电源22经由平滑电容器24被提供到逆变器20。电压传感器42与控制转置30相 通信并且用于向控制装置30发送输入电压VINV。
[0054] 旋转角传感器46例如包括分解器。旋转角传感器46例如被配置为之后描述的控 审鴨置30的每个控制循环，测量（即监测）电动机-发电机10的转子IOa的旋转角（即 电旋转角）0e;电动机-发电机10的转子IOa的旋转角0e表示转子IOa的d-轴的旋转 角。旋转角传感器46与控制装置30可通信并且用于在每个控制循环向控制装置30发送 转子IOa的所监测旋转角0e。
[0055] 控制装置30例如被设计为主要包括例如CPU30CPW及例如用作根据本公开的存 储器的内存器30ME的计算机电路。
[0056] 控制装置30被连接至控制系统26,用于向控制装置30输入电动机-发电机10的 目标扭矩（即要求扭矩）Trq*。例如，如果在分级关系上安排控制装置，在分级上高于控制 装置30的控制装置可用作控制系统26。
[0057] 控制装置30被设计为接收从传感器42V、42W、44和46输出的测量值W及接收目 标扭矩Trq*为接收的数据片。随后，控制装置30被设计为基于上述接收的数据片产生驱 动信号（即脉宽调制（PWM)信号）g&