电力变换器的制造方法
【专利摘要】一种电力变换器。该电力变换器具有控制器(40)，该控制器(40)包括指令计算器(415、425)，该指令计算器(415、425)例如计算应用于第一绕组(11)的第一电压指令值。向第一绕组施加的电压例如在第一时段中被控制成：使得第一中性点电压(Vn1)偏移至输出的可输出范围的输出中心值(VM)以下并且第二中性点电压(Vn2)偏移至可输出范围的输出中心值(VM)以上。指令计算器计算第一指令值以用于使得能够在经过切换时段(Pc)之后进行第一时段与第二时段之间的切换，该切换时段(Pc)是基于预设物理量而可变地计算的。以此方式，减小了伴随时段间切换出现的转矩纹波或电流纹波。
【专利说明】
电力变换器
技术领域
[0001 ]本公开内容总体上涉及用于变换电力的电力变换器。
【背景技术】
[0002]通常，本领域已知用于对提供给具有两组绕组的电动机的电力进行变换的电力变换器。例如，在专利文献JP 2011-188674A(专利文献I)中，为了便于将热生成分配至绕组中的每个绕组，电力变换器具有与两组绕组对应的两个逆变器，并且与每个逆变器的驱动有关的占空比指令信号的偏移方向以预设间隔进行切换。
[0003]如专利文献I所公开的，当切换占空比指令信号的偏移方向时，这样的切换可能引起转矩纹波以及振动和声音。
【发明内容】
[0004]在本公开内容的一个方面中，本公开内容的电力变换器包括第一逆变器、第二逆变器和控制器，其中，该电力变换器对提供给具有第一绕组和第二绕组的旋转电机的电力进行变换。
[0005]第一逆变器具有对应于第一绕组中的多个相中的每个相的第一开关元件。
[0006]第二逆变器具有对应于第二绕组中的多个相中的每个相的第二开关元件。
[0007]控制器包括指令计算器。指令计算器计算应用于第一绕组的第一电压指令值和应用于第二绕组的第二电压指令值。
[0008]在第一时段和第二时段中以下面的方式来控制向第一绕组施加的电压。即，(i)在第一时段中，使施加于第一绕组的第一中性点电压偏移至逆变器的可输出范围的输出中心值以下，并且使施加于第二绕组的第二中性点电压偏移至逆变器的可输出范围的输出中心值以上。此外，(ii)在第二时段中，使第一中性点电压偏移至可输出范围的输出中心值以上，并且使第二中性点电压偏移至逆变器的可输出范围的输出中心值以下。
[0009]此外，指令计算器计算第一指令值和第二指令值，以用于使得能够在经过切换时段之后(即，以切换时段的间隔)进行第一时段与第二时段之间的切换，该切换时段是基于预设物理量而可变地计算的。
[0010]在本公开内容中，执行两个状态(S卩，(i)第一中性点电压被偏移至输出中心值以下并且第二中性点电压被偏移至输出中心值以上的一种状态；以及(ii)第一中性点电压被偏移至输出中心值以上并且第二中性点电压被偏移至输出中心值以下的另一种状态)之间的切换。由此，减小了开关元件之间的热生成不均匀性。
【附图说明】
[0011]根据参照附图做出的以下详细描述，本公开内容的目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中:
[0012]图1是本公开内容的第一实施方式中的电动转向装置的示意图；
[0013]图2是本公开内容的第一实施方式中的电力变换器的电气构成的电路图；
[0014]图3是本公开内容的第一实施方式中的控制器的框图；
[0015]图4是本公开内容的第一实施方式中的指令计算过程的流程图；
[0016]图5是本公开内容的第一实施方式中的转速和切换时段的关系图；
[0017]图6A/图6B是本公开内容的第二实施方式中的转速和切换时段的关系的时序图；
[0018]图7是本公开内容的第三实施方式中的电流和切换时段的关系图；
[0019]图8是本公开内容的第四实施方式中的电压与切换时段的关系图；
[0020]图9是本公开内容的第五实施方式中的转矩与切换时段的关系图；
[0021]图10是本公开内容的第六实施方式中的逆变器温度和切换时段的关系图；
[0022]图1lA/图1lB是本公开内容的第七实施方式中的谐振频率与切换时段的关系图；以及
[0023]图12是本公开内容的第八实施方式中的转速与切换时段的关系图。
【具体实施方式】
[0024]在下文中，基于附图来描述本公开内容的电力变换器。在下面实施方式中，相同的部分具有相同的附图标记并且不再重复对相同部分的描述。
[0025](第一实施方式)
[0026]基于图1至图5来描述本公开内容的第一实施方式中的电力变换器。
[0027]本实施方式的电力变换器I与电动机10—起设置在未示出的车辆中，并且应用于利用电动机10来辅助驾驶员执行转向操作的电动转向装置5，电动机10也被描述为旋转电机。
[0028]图1示出了设置有电动转向装置5的转向系统90的整体配置。
[0029]转向系统90包括方向盘(S卩，方向盘)91、转向轴92、小齿轮96、齿条轴97、车轮98和电动转向装置5等。
[0030]方向盘91与转向轴92连接。转向轴92上设置有转矩传感器94，转矩传感器94检测由驾驶员对方向盘91的操作而输入至转向轴92的转向转矩。小齿轮96被布置在转向轴9 2的末端，并且小齿轮96与齿条轴97啮合。一对车轮98经由拉杆等与齿条轴97的两端连接。
[0031]由此，当驾驶员旋转方向盘91时，连接至方向盘91的转向轴92旋转。转向轴92的旋转运动通过小齿轮96转变成齿条轴97的线性运动，并且车轮98根据齿条轴97的位移量而转向一定的角度。
[0032]电动转向装置5具有电动机10、电力变换器I和减速齿轮9等，其中，电动机10输出用于辅助驾驶员对方向盘91的转向操作的辅助转矩，电力变换器I用于电机的驱动控制，减速齿轮9降低用于向转向轴92或齿条轴97输出旋转的电动机10的转速。
[0033]电动机10通过从作为直流电源的电池30接收电力供给而被驱动(参照图2)并且使减速齿轮9来回(即往复)旋转。
[0034]如图2所示，电动机10是三相无刷电动机，并且具有转子和定子(未示出)。转子是圆柱形部件，并且永磁铁附接在表面上且具有磁极。定子具有缠绕于定子上的绕组11和绕组12。第一绕组11包括Ul线圈111、V1线圈112和Wl线圈113。第二绕组12包括U2线圈121、V2线圈122和W2线圈123。
[0035]电力变换器I包括第一逆变器21、第二逆变器22、第一电流检测器26、第二电流检测器27、旋转角传感器29、第一电力继电器31、第二电力继电器32、第一电容器33、第二电容器34、驱动电路(预驱动器)35和控制器40等。
[0036]第一逆变器21具有六个第一开关元件211至216(“开关元件”在下文中可以被称为“SW元件”)，并且对至第一绕组11的线圈111、112和113的电力供给进行切换。
[0037]设置在高电位侧的高电位侧SW元件211、212和213的漏极分别经由第一高侧母线218与电池30的正电极连接。
[0038]高电位侧SW元件211、212和213的源极分别与设置在低电位侧的低电位侧SW元件214、215和216的漏极连接。
[0039]低电位侧SW元件214、215和216的源极分别经由第一低侧母线219与电池30的负电极连接。
[0040]高电位侧SW元件211、212和213与低电位侧SW元件214、215和216的接合点各自分别与Ul线圈111、V1线圈112和Wl线圈113的一端连接。
[0041 ] 第二逆变器22具有六个第二SW元件221至226，并且对至第二绕组12的线圈121、122和123的电力供给进行切换。
[0042]高电位侧SW元件221、222和223的漏极分别经由第二高侧母线228与电池30的正电极连接。
[0043]高电位侧SW元件221、222和223的源极分别与低电位侧SW元件224、225和226的漏极连接。
[0044]低电位侧SW元件224、225和226的源极分别经由第二低侧母线229与电池30的负电极连接。
[0045]高电位侧SW元件221、222和223与低电位侧SW元件224、225和226的接合点各自分别与U2线圈121、V2线圈122和W2线圈123的一端连接。
[0046]尽管本实施方式的SW元件211至216均为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但绝缘栅双极晶体管(IGBT)、晶闸管等也可以用作SW元件。
[0047]第一电流检测器26包括电流检测元件261、262和263。
[0048]电流检测元件261设置在SW元件214的低电位侧并且检测提供给Ul线圈111的电流。电流检测元件262设置在SW元件215的低电位侧并且检测提供给Vl线圈112的电流。电流检测元件263设置在SW元件216的低电位侧并且检测提供给Wl线圈113的电流。由第一电流检测器26检测的与提供给第一绕组11的各个相的电流有关的电流检测值在下文中被称为第一电流检测值Iul、Ivl和Iwl。
[0049]第二电流检测器27包括电流检测元件271、272和273。
[0050]电流检测元件271设置在SW元件224的低电位侧并且检测提供给U2线圈121的电流。电流检测元件272设置在SW元件225的低电位侧并且检测提供给V2线圈122的电流。电流检测元件273设置在SW元件226的低电位侧并且检测提供给W2线圈123的电流。由第二电流检测器27检测的与提供给第二绕组12的各个相的电流有关的电流检测值在下文中被称为第二电流检测值Iu2、Iv2和Iw2。
[0051]本实施方式的电流检测元件261至263、271至273是分流电阻器。
[0052]旋转角传感器29检测电动机10的旋转角。
[0053]由旋转角传感器29检测的电动机10的旋转角Θ被输出至控制器40。
[0054]第一电力继电器31能够拦截从电池30到第一逆变器21的电力供给。此外，第二电力继电器32能够拦截从电池30到第二逆变器22的电力供给。
[0055]尽管电力继电器31和32是与SW元件211等相同的M0SFET，但电力继电器31和32也可以是IGBT或机械继电器等。
[0056]此外，当电力继电器31和32被实现为MOSFET等时，优选地使用反向连接保护继电器(未示出)，该反向连接保护继电器与电力继电器31和32串联连接以用于在电池30等的意外反向连接情况下保护电力继电器31和32。
[0057]第一电容器33与电池30和第一逆变器21并联连接。第二电容器34与电池30和第二逆变器22并联连接。
[0058]电容器33和34通过存储电荷来辅助向逆变器21和22供给电力或者控制噪声成分(例如，浪涌电流)。
[0059]在本实施方式中，第一绕组11以及用于控制至第一绕组11的电力供给的第一逆变器21、第一电流检测器26、第一电力继电器31和第一电容器33被统称为“第一系统101” ；第二绕组12以及用于控制至第二绕组12的电力供给的第二逆变器22、第二电流检测器27、第二电力继电器32和第二电容器34被统称为“第二系统102”。在下文中，编号“I”可以用作涉及第一系统101的控制的部件的索引，并且编号“2”可以用作涉及第二系统102的控制的部件的索引。
[0060]控制器40对作为整体的电力变换器I进行控制，并且由执行各种操作和计算的微计算机等构成。控制器40中的每个处理可以是通过由中央处理单元(CPU)执行预先存储的程序而进行的软件处理或者可以是通过专用于这样的处理的电子电路而实现的硬件处理。[0061 ]控制器40基于从转矩传感器94得到的转向转矩、从旋转角传感器29得到的电角度Θ等生成控制信号，该控制信号控制SW元件211至216、221至226的导通(ON)和关断(OFF)切换。所生成的控制信号经由驱动电路(预驱动器)35输出至SW元件211至216、221至226的栅极。
[0062]如图3所示，控制器40具有与第一系统101的控制有关的第一指令计算器41和与第二系统102的控制有关的第二指令计算器42。
[0063]由于第一指令计算器41的分配有编号41x的功能块和第二指令计算器42的分配有编号42x的功能块基本相同(例如，411=421)，下面仅描述功能块41x。
[0064]第一指令计算器41包括3相至2相变换器410、减法器411和412、控制部413、2相至3相变换器414以及占空比计算器415。
[0065]3相至2相变换器410基于电角度Θ对由第一电流检测器26检测且在偏移误差、增益误差等方面经校正的电流检测值Iul、I vl和Iwl执行dq变换，并且计算出d轴电流检测值Idl和q轴电流检测值Iql。
[0066]d轴减法器411计算d轴电流偏差Δ Idl，d轴电流偏差Δ Idl是d轴电流指令值Id * I与d轴电流检测值Idl之间的偏差。
[0067]q轴减法器412计算q轴电流偏差Δ Iql，q轴电流偏差Δ Iql是q轴电流指令值Iq * I与q轴电流检测值Iql之间的偏差。
[0068]控制部413通过PI计算等计算d轴电压指令值Vd女I和q轴电压指令值Vq女I，使得电流偏差Δ Idl和Δ Iql分别收敛至零。
[0069]2相至3相变换器414基于电角度Θ对d轴电压指令值Vd卡I和q轴电压指令值Vq卡I执行逆dq变换，并且计算出电压指令值VuI和Vw女I。
[°07°]占空比计算器415基于电压指令值Vu* l、Vv* I和Vw* I来计算占空比指令值Dul、Dvl 和Dwl ο
[0071 ] 第二指令计算器42的占空比计算器425基于电压指令值Vu * 2、Vv * 2和Vw * 2来计算占空比指令值Du2、Dv2和Dw2。
[0072]在下文中，分别详细地描述第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl的计算和第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2的计算，其中，第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl是与第一逆变器21的控制有关的指令，第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2是与第二逆变器22的控制有关的指令。
[0073]在本实施方式中，基于第一中性点电压Vnl和第二中性点电压Vn2来计算占空比指令值0111、0￥1、0￥1、0112、0￥2、0￥2，使得￥111和￥112中的一个偏移至输出中心值￥]\1以上并且使得Vnl和Vn2中的另一个偏移至该输出中心值VM以下，其中，第一中性点电压Vnl是施加于第一绕组11的电压Vul、Vvl、Vwl的中性点电压，第二中性点电压Vn2是施加于第二绕组21的电压Vu2、Vv2、Vw2的中性点电压，VM是可输出电压范围的中心值。在本实施方式中，第一时段Pl被定义为以下时段:在该时段中，第一中性点电压Vnl被偏移至输出中心值VM以下并且第二中性点电压Vn2被偏移至输出中心值VM以上；第二时段P2被定义为以下时段:在该时段中，第一中性点电压Vnl被偏移至输出中心值VM以上并且第二中性点电压Vn2被偏移至输出中心值VM以下。
[0074]考虑到电流检测器26和27所需的电流检测时间，将占空比指令值Du1、Dv 1、Dw 1、Du2、Dv2和Dw2计算成处于预设值范围内。根据本实施方式，将占空比指令值Dul、Dvl、Dwl、Du2、Dv2和Dw2的下限值DL设置成4[ % ]并且将上限值DH被设置成93[ % ]。此外，将输出中心值VM的占空比变换值设置为输出中心占空比DM。输出中心占空比DM是50[ % ]。
[0075]通过将第一中性点电压VnI和第二中性点电压Vn2中的一个偏移至输出中心值VM以上并且将另一个偏移至值VM以下，第一逆变器21的矢量生成时刻(S卩，在第一逆变器21中生成零电压矢量和有效电压矢量时)和第二逆变器22的矢量生成时刻(S卩，在第二逆变器22中生成零电压矢量和有效电压矢量时)分别变成不同的时刻。以此方式，减少了电容器33和34的纹波电流。
[0076]当第一中性点电压Vnl被偏移至输出中心值VM以下时，在第一逆变器21中，低电位侧SW元件214至216的ON时段比高电位侧SW元件211至213的ON时段更长。
[0077]类似地，当第二中性点电压Vn2被偏移至输出中心值VM以下时，在第二逆变器22中，低电位侧SW元件224至226的ON时段比高电位侧SW元件221至223的ON时段更长。
[0078]当第一中性点电压Vnl被偏移至输出中心值VM以上时，在第一逆变器21中，高电位侧SW元件211至213的ON时段比低电位侧SW元件214至216的ON时段更长。
[0079]类似地，当第二中性点电压Vn2被偏移至输出中心值VM以上时，在第二逆变器22中，高电位侧SW元件221至223的ON时段比低电位侧SW元件224至226的ON时段更长。
[0080]因此，在本实施方式中，为了防止SW元件211至216、221至226中的一部分过热，对两个状态(即，其中第一中性点电压Vnl向下偏移并且第二中性点电压Vn2向上偏移的第一状态，以及其中第一中性点电压Vnl向上偏移并且第二中性点电压Vn2向下偏移的第二状态)进行切换。由此，在两个系统101和102间分配来自开关元件211至216、221至226的热生成。
[0081]在这样的情况下，当电动机10的转速较低时，SW元件211至216、221至226之间可能容易具有不均匀的ON时间和OFF时间，从而它们之间具有较大的温度差。另一方面，当电动机1的转速较高时，0N/0FF时间的这种不均匀性可能难以出现。因此，根据本实施方式，基于电动机10的转速来可变地限定切换时段Pc。在该情况下，电动机10的转速可以是以“rpm”等为单位的转数或者可以是旋转角速度等。
[0082]基于图4所示的流程图来描述本实施方式的指令计算过程。图4的过程由占空比计算器415以预定间隔来执行。第一占空比指令值Dul、Dvl和Dwl的计算与第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2的计算是相同过程，因此省略对第二占空比指令值Du2至Dw2的计算的描述。
[0083]在第一步骤SlOl中，将预偏移占空比指令值Dul_b、Dvl_b、Dwl_b中的最大值称为“Dl_max”并且将其中的最小值称为“Dl_min”，其中，预偏移占空比指令值Dul_b、Dvl_b、Dwl_b是电压指令值Vu * 1、Vv * I和Vw * I的占空比变换值。
[0084]在S102中，基于电动机10的转速来计算切换时段Pc。如图5所示，当电动机10的转速较低时，将切换时段Pc计算为较长时段，当转速较高时，将切换时段Pc计算为较短时段。
[0085]在S103中，确定对从偏移方向切换起经过的时间进行计数的计数器的计数值Cnt是否大于计数确定值Cth，计数确定值Cth是根据切换时段Pc的预定计数值。
[0086]当确定计数值Cnt等于或小于计数确定值Cth时(S卩，当在偏移方向切换之后尚未经过切换时段Pc时)(S103:否)，则过程进行至S106。此时偏移标志保持为先前值。
[0087]当确定计数值Cnt大于计数确定值Cth时(S卩，当在偏移方向切换之后已经过切换时段Pc时)(S103:是)，则过程进行至S104。
[0088]在S104中，改变偏移标志。更具体地，当偏移标志的先前值是“向上偏移”时，将偏移标志改变成“向下偏移”。当偏移标志的先前值是“向下偏移”时，将偏移标志改变成“向上偏移”。
[0089]在S105中，初始化计数值Cnt。
[0090]在S106中，递增计数值Cnt。
[0091]在S107中，确定偏移标志是否指示向下偏移。当确定偏移标志不指示向下偏移时(即，当偏移标志是向上偏移时)(S107:否)，过程进行至S111。当确定偏移标志指示向下偏移时(S017:是)，过程进行至S108。
[0092]在S108中，计算偏移量Sft。偏移量Sft是当前幅度下的中性点电压Vnl的输出中心占空比DM与占空比变换值Dnl之差，并且用式(I)表示。在下文中，“式”可以指示等式或不等式。
[0093]Sft = |Dnl-DM 式(I)
[0094]在S109中限制偏移量Sft。
[0095]将偏移量Sft的上限设置成O。偏移量Sft的下限由式(2)表不。
[0096]Dl_min-Sft>DL
[0097]Sft<Dljnin-DL
[0098]Sft < Dl_min-4 式(2)
[0099]在SllO中，计算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl。第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl用式(3-1)至式(3-3)表示。
[0100]Du = Dul_b_Sft 式(3-1)
[0101]Dv = Dvl_b-Sft 式(3-2)
[0102]Dw = Dwl_b_Sft 式(3-3)
[0103]在当偏移标志是向上偏移时(S107:否)执行的S111中，如S108那样通过式(I)来计算偏移量Sft。
[0104]在SI 12中限制偏移量Sft。将偏移量的下限设置成O。偏移量Sft的上限由式(4)表不O
[0105]Dl_max+Sft < DH
[0106]Sft<DH-Dljnax
[0107]Sft < 93-Dl_max 式(4)
[0108]在S113中，计算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl。第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl由式(5-1)至式(5-3)表示。
[0109]Du = Dul_b+Sft 式(5-1)
[0110]Dv = Dvl_b+Sft 式(5-2)
[0111]Dw = Dwl_b+Sft 式(5-3)
[0112]根据本实施方式，当电动机10的转速较低时，缩短切换周期或切换时段。由此，减小了元件之间的热生成不均匀性。
[0113]例如，如果将电流积分值用作与向上偏移与向下偏移之间的切换有关的参数，则在电动机1的转速较低时，电流积分值的上升较慢。此处，切换花费更多的时间来达到阈值，这使多个SW元件之间具有不均匀的热生成成为可能。
[0114]考虑到以上情况，如以上所提及的，在本实施方式中，当电动机1的转速较低时，切换周期被配置成较短。因此，适当地减小了 SW元件之间的热生成不均匀性。
[0115]此外，当电动机10的转速较高时，切换周期被扩展成较长时段，这是因为在这种情况下难以引起SW元件之间的热生成不均匀性。由此，减少了伴随向上偏移和向下偏移的切换而出现的转矩纹波。
[0116]根据本实施方式，基于电动机10的转速来可变地设置切换周期。电动机10的转速可以被认为是“与电动机的驱动有关的物理量的瞬时值”，其与需要更多存储器和其他计算资源以用于存储和用于计算电流等的积分值的电流积分值相比能够更容易计算。也就是说，基于电动机转速来控制切换时段使能够减少诸如存储区域等的系统资源。
[0117]如以上详细描述的，本实施方式的电力变换器I对具有第一绕组11和第二绕组12的电动机10的电力进行变换，并且变换器I设置有第一逆变器21、第二逆变器22和控制器40 ο
[0118]第一逆变器21包括以对应于第一绕组11的多个相中的每个相的方式设置的第一SW元件211至216。
[0119]第二逆变器22包括以对应于第二绕组12的多个相中的每个相的方式设置的第二SW元件221至226。
[0120]控制器40具有占空比计算器415和425，占空比计算器415和425计算(i)与施加于第一绕组11的电压有关的第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl以及(ii)第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2。
[0121]此外，在第一时段Pl中，施加于第一绕组11的第一中性点电压Vnl向下偏移至逆变器(21)的可输出范围的输出中心值VM以下，并且施加于第二绕组12的第二中性点电压Vn2偏移至逆变器(22)的可输出范围的输出中心值VM以上。
[0122]此外，在第二时段P2中，第一中性点电压Vnl偏移至输出中心值VM以上并且第二中性点电压Vn2偏移至输出中心值VM以下。
[0123]当经过了基于预设物理量而可变地计算的切换时段Pc时，占空比计算器415和425计算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl和第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2，使得第一时段Pl和第二时段P2切换。
[0124]根据本实施方式，以切换时段Pc的间隔对两个状态(S卩，第一中性点电压Vnl被偏移至输出中心值VM以上并且第二中性点电压Vn2被偏移至中性输出值VM以下的一个状态；以及第一中性点电压Vnl被偏移至输出中心值VM以下并且第二中性点电压Vn2被偏移至输出中心值VM以上的另一状态)进行切换(即交替)。以此方式，减小了 SW元件211至216以及221至226之间的不均匀热生成。
[0125]此外，基于预设物理量来可变地确定切换时段Pc。由此，减小了伴随第一时段Pl与第二时段P2之间的切换而出现的振动和声音。
[0126]根据本实施方式，预设物理量是电动机10的转速。更具体地，电动机10的转速越低，则使切换周期越短，这依赖于如何计算切换时段Pc。
[0127]因此，在电动机10的转速较低时SW元件之间的热生成不均匀性减小。此外，伴随电动机10的转速较高时的切换而出现的转矩纹波减小。
[0128]根据本实施方式，占空比计算器415和425对应于“指令计算器”。第一占空比指令值Du 1、Dv 1、DwI对应于“第一电压指令值”，第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2对应于“第二电压指令值”。电动机10的转速对应于“预设物理量”。
[0129](第二实施方式)
[0130]基于图6A/图6B来描述本公开内容的第二实施方式。
[0131 ]根据本实施方式，第一指令计算器41的占空比计算器415执行对电压指令值Vu女
1、Vv * 1、Vw * I的调制处理并且计算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl，第二指令计算器42的占空比计算器425执行对电压指令值Vu* 2、Vv* 2、Vw* 2的调制处理并且计算第二占空比指令值0112、0￥2、0界2。
[0132]此处，对调制处理进行描述。
[0133]根据本实施方式，“低端设置调制处理”被定义为将第一占空比指令值Dul、Dvl和Dwl中的最小一个设置成预设值的调制处理。类似地，“低端设置调制处理”被定义为将第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2中的最小一个设置成预设值的调制处理。通过执行低端设置调制处理，中性点电压Vnl和Vn2被偏移至输出中心值VM以下。
[0134]此外，“高端设置调制处理”被定义成将第一占空比指令值Dul、Dvl和Dwl中的最高一个设置成预设值的调制处理。类似地，“高端设置调制处理”被定义成将第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2中的最高一个设置成预设值的调制处理。通过执行高端设置调制处理，中性点电压Vnl和Vn2被偏移至输出中心值以上。也就是说，根据本实施方式，通过执行高端设置调制处理，中性点电压Vnl和Vn2被偏移至输出中心值VM以上。
[0135]通过执行调制处理，提高了电压使用效率。
[0136]根据本实施方式，第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl和第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2中的一个经受低端设置调制处理，而另一个经受高端设置调制处理。由此，第一中性点电压Vnl和第二中性点电压Vn2中的一个被偏移至输出中心值VM以下，而另一个被偏移至输出中心值VM以上。
[0137]根据本实施方式，如以上提及的实施方式那样，基于电动机10的转速来可变地确定切换时段Pc。切换时段Pc的计算方法与以上提及的实施方式的切换时段Pc的计算方法相同。
[0138]在本实施方式中，如图6A/图6B所示，电动机1的转速较低时的切换时段PcI比转速较高时的切换时段Pc2短。也就是说，Pcl〈Pc2。以此方式，实现了与以上提及的实施方式相同的效果。
[0139](第三实施方式)
[0140]基于图7来描述本公开内容的第三实施方式。
[0141]第三实施方式至第六实施方式中的切换时段Pc的计算方法与以上实施方式中的切换时段Pc的计算方法不同。与以上实施方式相同的其他方面(S卩，调制处理)可以如第一实施方式那样执行或者可以如第二实施方式那样不执行。
[0142]根据本实施方式，基于由电流检测器26和27检测的电流检测值1111、1￥1、1?1、1112、Iv2和Iw2来计算切换时段Pc。
[0143]当电流检测值Iul、Ivl、Iwl、Iu2、Iv2和Iw2较大时，提供给开关元件211至216、221至226的电流较大。因此，例如，如图7所示，随着电流检测值1111、1￥1、1?1、1112、1￥2和1?2的幅度变大，缩短切换时段Pc。
[0144]此外，对于与流向绕组11和12的电流有关的值，替代使用电流检测值Iul、Ivl、Iwl、Iu2、Iv2和Iw2，可以通过使用电流检测值或电流检测估计值来计算切换时段Pc。
[0145]用于这样的计算的电流检测值和/或电流指令值可以从三个相中的每个相得出，或者可以从d/q轴中的每个得出。
[0146]此外，可以基于与在第一绕组11和第二绕组12中的仅一个中流动的电流有关的值来计算切换时段Pc。
[0147]在本实施方式中，预设物理量是在第一绕组11和第二绕组12中的仅一个中流动的电流中的至少一个。由此，可以适当地减小SW元件211至216、221至226之间的热生成不均匀性。
[0148](第四实施方式)
[0149]基于图8来描述本公开内容的第四实施方式。
[0150]根据本实施方式，检测施加于第一绕组11和第二绕组12的电压，并且基于电压检测值来计算切换时段Pc。电压检测值例如可以是端子电压检测值。
[0151]施加于第一绕组11和第二绕组12的电压越大，则开关元件211至216、221至226的高热生成概率变得越高。因此，例如，如图8所示，电压检测值的幅度越大，则使切换时段Pc越短。
[0152]在这样的情况下，替代使用电压检测值，可以基于电压指令值来计算切换时段Pc。
[0153]此外，电压指令值可以是占空比变换值。
[0154]此外，用于这种计算的电流检测值和/或电流指令值可以从三个相中的每个相得出，或者可以从d/q轴中的每个得出。
[0155]此外，可以基于与施加于第一绕组11的电压和施加于第二绕组12的电压中的仅一个有关的值来计算切换时段Pc。
[0156]在本实施方式中，预设物理量是施加于第一绕组11的电压和施加于第二绕组12的电压中的至少一个。由此，适当地减小了SW元件211至216、221至226之间的热生成不均匀性。
[0157](第五实施方式)
[0158]基于图9来描述本公开内容的第五实施方式。
[0159]根据本实施方式，基于电动机10的转矩来计算切换时段Pc。例如，基于电流检测值或电流指令值，电动机10的转矩是可计算的。电动机10的转矩越大，则开关元件211至216、221至226的高热生成概率越高。因此，例如，如图9所示，随着电动机10的转矩增加，缩短切换时段Pc。
[0160]此外，替代使用电动机1的转矩，可以基于由转矩传感器94检测的转向转矩来计算切换时段Pc。
[0161]在本实施方式中，预设物理量是电动机10的转矩。由此，适当地减小了SW元件211至216、221至226之间的热生成不均匀性。
[0162](第六实施方式)
[0163]基于图10来描述本公开内容的第六实施方式。
[0164]根据本实施方式，基于逆变器温度计算切换时段Pc，逆变器温度是逆变器21和22的温度。也就是说，可以在逆变器21和22上设置未示出的温度传感器，并且可以基于有关温度传感器的检测值计算切换时段Pc。
[0165]也可以基于根据电流检测值或电流指令值估计的温度来计算切换时段Pc。也就是说，如图10所示，随着逆变器21和22的温度增加，可以缩短切换时段Pc。
[0166]也可以基于第一逆变器21或第二逆变器22之一的温度来计算切换时段Pc。
[0167]在本实施方式中，预设物理量是第一逆变器21和第二逆变器22中至少之一的温度。由此，基于第一逆变器21和第二逆变器22的温度，更适当地减小了SW元件211至216、221至226之间的热生成不均匀性。
[0168](第七实施方式)
[0169]基于图1IA/图1IB来描述本公开内容的第七实施方式。
[0170]根据本实施方式，电力变换器I设置在车辆内。也就是说，在本实施方式中，车辆对应于“安装有旋转电机的系统”。如图1IB所示，在车辆中，增益的大小根据频率而改变。在本实施方式中，当增益在某些频率下达到峰值时，这样的频率被定义为谐振频率X、Y和Z。
[0171]此外，在电力变换器I中，与以其他周期进行切换相比，当以与谐振频率Χ、Υ和Z相同的周期执行向上偏移和向下偏移的切换时，振动和/或声音可能会变大。
[0172]因此，根据本实施方式，切换时段Pc被计算成使得切换时段Pc不落入谐振区域Rx、Ry或Rz内，谐振区域Rx、Ry或Rz分别被定义为包括分别作为谐振频率X、Y或Z的时间变换值而得出的时间Tx、时间Ty或时间Tz的某频域。
[0173]尽管图1lA/图1lB示出了基于电动机10的转速来计算切换时段Pc的示例，当基于电流、电压、转矩或者逆变器21和22的温度来计算切换时段Pc时，也可用相同的方案。这同样适用于后面的第八实施方式。
[0174]尽管图1lA/图1lB分别示出了具有三个谐振区域Rx、Ry、Rz的示例，但谐振区域的数目可以根据车辆的谐振频率而任意确定。此外，谐振区域的宽度可以依区域不同而不同。谐振范围Rx、Ry、Rz可以分别具有不同的区域宽度。
[0175]根据本实施方式，通过避开谐振区域Rx、Ry、Rz来计算切换时段Pc，谐振区域Rx、Ry、Rz分别被计算为包括谐振频率X、Y、Z的时间变换值Tx、Ty、Tz的区域。由此，防止了由于谐振而引起的振动和噪声的增加。
[0176](第八实施方式)
[0177]基于图12来描述本公开内容的第八实施方式。
[0178]根据本实施方式，通过将切换时段Pc设置成人类可听范围之外的频率范围来防止产生人类可听噪声。更具体地，当人类可听范围的下限频率是Hmin(例如20Hz)时，可以将切换时段Pc设置成等于或高于下限Tmin(例如50ms)，Tmin是Hmin的时间变换值。
[0179]也就是说，当转速小于阈值Sth时，将切换时段Pc设置成下限Tmin，而随着转速增加(即超过阈值Sth)，也可以增大切换时段Pc。以此方式，切换时段Pc被控制成等于或大于下限Tmin，防止了伴随向上偏移和向下偏移之间的切换而出现的噪声生成。
[0180]在使用电流、电压、转矩或逆变器温度而不是使用转速的情况下，如果上述参数等于或大于阈值，则可以将切换时段Pc设置成下限Tmin。由此，所计算的切换时段Pc变得等于或大于下限Tmin。
[0181 ]根据本实施方式，切换时段Pc被计算成不落入人类可听频率范围内。以此方式，防止了伴随第一时段Pl和第二时段P2之间的切换的噪声。
[0182](其他实施方式)
[0183](a)指令计算器
[0184]根据以上提及的实施方式，由占空比计算器计算的第一占空比指令值对应于“第一电压指令值”，并且由占空比计算器计算的第二占空比指令值对应于“第二电压指令值”。
[0185]根据其他实施方式，预占空比变换电压指令值可以经受偏移处理，并且偏移处理后的偏移后电压指令值可以变换成占空比。
[0186]这同样可以适用于调制处理。也就是说，占空比变换前的电压指令值例如可以被认为是第一电压指令值和第二电压指令值，并且可以在第一实施方式的控制器413和423与占空比计算器415和425之间的位置处设置诸如调制处理器和偏移处理器的功能块。在这样的情况下，调制处理器和偏移处理器对应于“指令计算器”。
[0187]在以上提及的实施方式中，对目标偏移量执行滤波的低通滤波器的时间常数是预设时间常数。
[0188]根据其他实施方式，考虑到电机的响应性根据电流的大小而改变这一点，时间常数可以是根据电流大小的可变值。此处，“电流大小”可以指示基于电流检测值或基于电流指令值的值。
[0189]根据以上提及的实施方式，对目标偏移量进行滤波。
[0190]根据其他实施方式，通过使用除目标偏移量以外的滤波后的其他参数，第一电压指令值和第二电压指令值的计算可以被配置成将第一中性点电压和第二中性点电压的改变的时间常数控制成大于预设时间常数。
[0191](b)电流检测器
[0192]根据以上提及的实施方式，电流检测器是分流电阻器，并且被设置在低电位侧SW元件的低电位侧的位置处。
[0193]根据其他实施方式，电流检测器可以不必是分流电阻器，而是例如霍尔IC等。
[0194]此外，根据其他实施方式，电流检测器可以设置在除低电位侧SW元件的低电位侧以外的位置处，例如在高电位侧SW元件的高电位侧的位置或者绕组与逆变器之间的位置等。
[0195](c)旋转电机
[0196]在以上提及的实施方式中，旋转电机是具有三个相的无刷电动机。
[0197]在其他实施方式中，也可以使用除具有三个相以外(例如具有四个相或更多相)的多相旋转电机。
[0198]此外，除无刷电动机以外，也可以使用任何电动机。
[0199]此外，旋转电机不仅可以是电动机，还可以是发电机，并且可以是具有电动机和发电机功能的电动发电机。
[0200]根据以上提及的实施方式，旋转电机可以应用于电动转向装置。
[0201]根据其他实施方式，旋转电机可以应用于除电动转向装置外的装置。
[0202]尽管已经参照附图结合本公开内容的优选实施方式描述了本公开内容，但要指出的是，对于本领域技术人员而言，各种改变和修改将变得明显，并且这样的改变、修改和概述方案被理解为处于由所附权利要求书限定的本公开内容的范围内。
【主权项】
1.一种电力变换器，用于变换提供给具有第一绕组和第二绕组的旋转电机的电力，所述电力变换器包括: 第一逆变器(21)，其具有与所述第一绕组中的多个相中的每个相对应的第一开关元件(211至216); 第二逆变器(22)，其具有与所述第二绕组中的多个相中的每个相对应的第二开关元件(221至226);以及 控制器(40)，其包括指令计算器(415、425)，所述指令计算器(415、425)计算应用于所述第一绕组的第一电压指令值和应用于所述第二绕组的第二电压指令值，其中， 对所述第一绕组的施加电压(i)在第一时段中被控制成使得第一中性点电压(Vnl)偏移至输出的可输出范围的输出中心值(VM)以下并且第二中性点电压(Vn2)偏移至所述可输出范围的所述输出中心值(VM)以上；以及(ii)在第二时段中被控制成使得所述第一中性点电压(Vnl)偏移至所述可输出范围的所述输出中心值(VM)以上并且所述第二中性点电压(Vn2)偏移至所述可输出范围的所述输出中心值(VM)以下，并且 所述指令计算器计算所述第一电压指令值和所述第二电压指令值，以用于使得能够在经过切换时段(Pc)之后在所述第一时段与所述第二时段之间切换，所述切换时段(Pc)是基于预设物理量可变地计算的。2.根据权利要求1所述的电力变换器，其中， 所述预设物理量包括所述旋转电机的转速。3.根据权利要求1所述的电力变换器，其中， 所述预设物理量包括在所述第一绕组和所述第二绕组的至少之一中流动的电流。4.根据权利要求1所述的电力变换器，其中， 所述预设物理量包括施加于所述第一绕组和所述第二绕组的至少之一的电压。5.根据权利要求1所述的电力变换器，其中， 所述预设物理量包括所述旋转电机的转矩。6.根据权利要求1所述的电力变换器，其中， 所述预设物理量包括所述第一逆变器和所述第二逆变器的至少之一的温度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电力变换器，其中， 所述切换时段是通过避开谐振范围来计算的，所述谐振范围包括与安装有所述旋转电机的系统有关的系统谐振频率的时间变换值。8.根据权利要求1至6中任一项所述的电力变换器，其中， 所述切换时段是通过避开人类可听范围来计算的，所述人类可听范围对应于人类能够听到的频率范围。
【文档编号】H02P21/05GK105915126SQ201610090200
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月17日
【发明人】加纳辽, 铃木崇志
【申请人】株式会社电装