旋转电机的控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开涉及一种对励磁绕组型旋转电机进行控制的控制技术。
【背景技术】
[0002]近年来，对于汽车的起动器及发电机，使用兼具起动器的功能和发电机的功能的ISG(Integrated Starter Generator:集成化混合动力总成)。此外，对于ISG，使用励磁绕组型的交流旋转电机。对于这样的车载旋转电机，要求改善电力效率。例如，在专利文献I中，提出有以改善励磁绕组型交流旋转电机中的电力效率为目的的技术。
现有技术文献专利文献
[0003]专利文献1:日本专利第4662119号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0004]在专利文献I所记载的技术中，在电动机的转速较慢的情况下，通过增大定子电流和励磁电流来确保发电电力。然后，在专利文献I所记载的技术中，若电动机的转速较快，则通过减小定子电流来削减铜损，通过将励磁电流维持在较大的状态下来确保发电电力。之后，在专利文献I所记载的技术中，若电动机转速变得更快，则通过降低励磁电流来削减铜损，通过增大定子电流来确保发电电力。
[0005]这里，在专利文献I所记载的技术中，需要映射数据，所述映射数据将输出转矩和发电电力中的某一个的值、以及转速的值作为输入值，将定子电流及励磁电流作为输出值。因此，在专利文献I所记载的技术中，需要进行庞大的测试，而且，需要用于存储较多数据的存储容量。另外，在专利文献I所记载的技术中，同时对定子电流和励磁电流进行控制。因此，在专利文献I所记载的技术中，定子电流和励磁电流的控制变得复杂。
[0006]本公开的目的在于，提供一种利用简单的控制来对电力效率进行改善的励磁绕组型的交流旋转电机中的控制技术。
用于解决技术问题的技术手段
[0007]本公开的控制装置适用于旋转电机，所述旋转电机包括:转子，该转子具有励磁绕组；以及定子，该定子具有电枢绕组，所述控制装置对流过励磁绕组的励磁电流进行控制，所述控制装置对电枢绕组施加规定的电压，并对励磁电流进行控制以使得励磁电流成为第一励磁电流，所述第一励磁电流使得因转子旋转而产生于电枢绕组的感应电压的振幅与电枢绕组的施加电压的振幅之间的偏差为规定值以下。
[0008]不公开者发现，若感应电压的值与施加电压的值相接近，则流过定子的电枢绕组的相电流的振幅会减小。因此，在本公开的控制装置中，基于该发现，对流过励磁绕组的励磁电流进行控制，使得励磁电压的值与施加电压的值之差为规定值以下。由此，在本公开的控制装置中，流过定子的电枢绕组的相电流的振幅较小，能减小因电流流过电枢绕组而产生的电力损耗。由此，在本公开的控制装置中，能利用简单的控制来对励磁绕组型的交流旋转电机中的电力效率进行改善。
【附图说明】
[0009]图1是本实施方式的电气结构图。
图2是表示dq轴电流的励磁电流特性的图。
图3是表示使施加电压变化的情况下的dq轴电流振幅与励磁电流特性之间的关系的图。
图4是表示使励磁电流变化的情况下的dq轴电流振幅与输出特性之间的关系的图。
图5是表示励磁电流与转矩特性之间的关系的图。
图6是表示dq轴坐标系上的施加电压为一定的情况下的矢量轨迹以及转矩为一定的情况下的矢量轨迹的图。
图7是表示控制装置的功能的功能框图。
图8是表示由d轴电流目标值的设定所引起的响应性及电力效率的变化的图。
图9是表示励磁电流目标值的选择处理的流程图。
图10是表示本实施方式的动作的图。
图11是表示变形例中的d轴电流目标值及励磁电流参照值的设定的图。
【具体实施方式】
[0010]以下，参照附图，对将本公开的控制装置运用于包括引擎的车辆的情况下的实施方式I进行说明。
[0011]如图1所示，电动机10是具有多相多重绕组的绕组励磁型的旋转电机，在本实施方式中，电动机10是具有3相2重绕组的绕组励磁型的同步电动机。此外，在本实施方式中，将综合有起动器及交流发电机(发电机)功能的ISG(Integrated Starter Generator:集成化混合动力总成)设想作为电动机10。特别是在本实施方式中，在首次起动引擎20的情况下，电动机10作为起动器而发挥功能。此外，在本实施方式中，在规定的自动停止条件成立的情况下，使引擎20自动停止，之后，在规定的再起动条件成立的情况下，使引擎20自动再起动，即使在执行上述功能(例如“怠速停止功能”等)的情况下，电动机10也作为起动器而发挥功能。
[0012]构成电动机10的转子12包括励磁绕组11。另外，转子12具有能与引擎20的曲柄轴20a进行动力传输的结构。在本实施方式中，转子12经由传送带21而与曲柄轴20a相连结。具体而言，转子12经由传送带21而与曲柄轴20a直接连结。
[0013]电动机10的定子13上卷绕有两个电枢绕组组(以下称为“第一绕组组10a”和“第二绕组组10b” )。具有转子12相对于第一绕组组1a及第二绕组组1b共通的结构。第一绕组组1a及第二绕组组1b各自的绕组组由具有不同中性点的3相绕组构成。此外，在本实施方式中，构成第一绕组组1a的绕组的匝数NI设定得与构成第二绕组组1b的绕组的匝数N2相等。
[0014]电动机10与第一绕组组1a及第二绕组组1b各自的绕组组所对应的两个逆变器(以下称为“第一逆变器INV1”和“第二逆变器INV2”)进行电连接。具体而言，第一绕组组1a与第一逆变器INVl相连接，第二绕组组1b与第二逆变器INV2相连接。第一逆变器INVl及第二逆变器INV2各自的逆变器与共通的直流电源即高压电池22并联连接。高压电池22具有能施加经升压型D⑶C转换器23升压后的低压电池24的输出电压的结构。低压电池24(例如“铅蓄电池”等)的输出电压设定得比高压电池22(例如“锂蓄电池”等)的输出电压要低。
[0015]第一逆变器INVl包括第一 U相高电位侧开关SUpl、第一 V相高电位侧开关SVpl、第一 W相高电位侧开关SWpl、第一 U相低电位侧开关SUnl、第一 V相低电位侧开关SVnl以及第一 W相低电位侧开关SWnl。另外，第一逆变器INVl包括U、V、W相的每一相都由高电位侧开关和低电位侧开关串联连接而成的3组串联连接体。U、V、W相的上述串联连接体的连接点与第一绕组组1a的U、V、W相的端子相连接。在本实施方式中，使用N沟道MOSFET来作为各高电位侧开关SUpl?SWpl及各低电位侧开关SUnl?SWnl。而且，在各高电位侧开关SUpl?SWpl及各低电位侧开关SUnl?SWnl上，对于各个开关分别反向并联连接有二极管 DUpl、DVpU DffpU DUnU DVnUDffnlo 此外，各二极管 DUpl ?DWpl 及 DUnl ?DWnl也可以是各高电位侧开关SUpl?SWpl及各低电位侧开关SUnl?SWnl的体二极管。另夕卜，作为各开关高电位侧SUpl?SWpl及各低电位侧开关SUnl?SWnl，并不局限于N沟道M0SFET，例如也可以是IGBT。
[0016]第二逆变器INV2与第一逆变器INVl相同，包括第二 U相高电位侧开关SUp2、第二V相高电位侧开关SVp2、第二 W相高电位侧开关SWp2、第二 U相低电位侧开关SUn2、第二 V相低电位侧开关SVn2以及第二 W相低电位侧开关SWn2。另外，第二逆变器INV2包括U、V、W相的每一相都由高电位侧开关和低电位侧开关串联连接而成的3组串联连接体。U、V、W相的上述串联连接体的连接点与第二绕组组1b的U、V、W相的端子相连接。在本实施方式中，使用N沟道MOSFET来作为各高电位侧开关SUp2?SWp2及各低电位侧开关Sun2?SWn2。而且，在各开关高电位侧SUp2?SWp2及各低电位侧开关Sun2?SWn2上，对于各个开关分别反向并联连接有二极管Dup2、DVp2、DWp2、DUn2、DVn2、Dffn2。此外，各二极管DUp2?DWp I及DUnl?DWn2也可以是各高电位侧开关SUp2?SWp2及各低电位侧开关SUn2?SWn2的体二极管。另外，作为各高电位侧开关SUp2?SWp2及各低电位侧开关SUn2?SWn2，并不局限于N沟道M0SFET，例如也可以是IGBT。
[0017]在第一逆变器INVl及第二逆变器INV2各自的高电位侧的端子(各高电位侧开关SUpl?SWp2的漏极侧的端子)上，连接有高压电池22的正极端子。另一方面，在低电位侧的端子(各低电位侧开关SUnl?SWn2的源极侧的端子)上，连接有高压电池22的负极端子。
[0018]采用能由励磁电路36向励磁绕组11施加直流电压的结构。励磁电路36对施加于励磁绕组11的直流电压进行调整，从而对流过励磁绕组11的励磁电流If进行控制。
[0019]此外，本实施方式的控制系统包括旋转角传感器30、电压传感器31、励磁电流传感器32以及相电流检测部33等各种传感器。旋转角传感器30是对电动机10的旋转角(电气角Θ )进行检测的旋转角检测单元。电压传感器31对第一逆变器INVl及第二逆变器INV2各自的电源电压VIN进行检测。励磁电流传感器32对流过励磁绕组11的励磁电路If进行检测。相电流检测部33对第一绕组组1a的各相电流(流过固定坐标系中的第一绕组组1a的电流)、以及第二绕组组1b的各相电流(流过固定坐标系中的第二绕组组1b的电流)进行检测。此外，作为旋转角传感器30，例如能使用旋转变压器。另外，作为励磁电流传感器32及相电流检测部33，例如能使用包括电流互感器、电阻器的结构。
[0020]将上述各种传感器的检测值输入控制装置40。控制装置40包括中央处理装置(CPU)、存储器等，是由CPU来执行存储于存储器的程序的软件处理单元，通过执行程序来实现规定的控制功能。控制装置40进行控制，使得电动机10的控制量接近发出电动机10的控制指令的指令值。因此，控制装置40基于各种传感器的检测值，来生成并输出对第一逆变器INVl及第二逆变器INV2进行操作的操作信号。这里，运行中的电动机10的控制量是输出(传输)至曲柄轴20a的输出转矩T，其指令值是指令转矩T*。另外，再生时的电动机10的控制量是因发电而从电动机10输出的输出电力P(再生时的发电电力)，其指令值是指令电力P*。此外，运行时的电动机10的控制量也可以作为输入到电动机10的输入电力P(运行时的消耗电力)。另外，再生时的电动机10的控制量也可以作为从曲柄轴20输入的输入转矩T (伴随发电的损耗转矩)。
[0021]控制装置40通过调整流过励磁绕组11的励磁电路If、以及流过第一绕组组1a和第二绕组组1b的相电流进行调整，来进行使电动机10的输出电力P (控制量)接近指令电力P*(指令值)的控制。这里，转