电动机的控制装置及具备该电动机的控制装置的电动车辆、以及电动机的控制方法

电动机的控制装置及具备该电动机的控制装置的电动车辆、以及电动机的控制方法
【专利摘要】矩形波电压控制部（200）的PI运算部（230）通过针对相对于转矩指令值（Trqcom）的转矩偏差（ΔTrq）进行PI运算而算出控制偏差，输出根据该控制偏差的矩形波电压的电压相位。变化率限制器（235）限制电压相位的变化率。在此，变化率限制器（235）在电动机（M1）的转速的变化率比表示电动机（M1）的转速骤变的规定值大时，缓和电压相位的变化率的限制。
【专利说明】电动机的控制装置及具备该电动机的控制装置的电动车辆、以及电动机的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电动机的控制装置及具备该电动机的控制装置的电动车辆、以及电动机的控制方法，特别涉及通过向电动机施加根据转矩指令进行相位控制的矩形波电压而控制电动机的矩形波电压控制的技术。
【背景技术】
[0002]作为环保车辆，电动汽车及混合动力汽车等电动车辆近年来备受关注。电动汽车搭载蓄电装置、逆变器、及由逆变器驱动的电动机作为行驶用的动力源。混合动力汽车除了搭载内燃机外，还搭载蓄电装置、逆变器、及电动机作为行驶用的动力源。
[0003]在这种电动车辆中，日本特开2005-51850号公报(专利文献I)公开了在检测到由电动机驱动的驱动轮的滑移时，以限制向驱动轴输出的转矩的方式控制电动机(参照专利文献I)。
[0004]但是，关于电动机的控制，公知有向电动机施加脉宽调制(PWM)后的电压的PWM控制。另外，作为比PWM控制能够提高电压利用率的控制，公知有向电动机施加根据转矩指令(转矩目标值)进行相位控制的矩形波电压的矩形波电压控制。
[0005]日本特开2000-50689号公报(专利文献2)中，针对电动机的矩形波电压控制，公开了根据电动机的转矩检测值与转矩指令值的偏差来控制矩形波电压的电压相位(参照专利文献2)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2005-51850号公报
[0009]专利文献2:日本特开2000-50689号公报
[0010]专利文献3:日本特开2008-167557号公报

【发明内容】

[0011]发明所要解决的课题
[0012]关于电动机的控制，控制的稳定性，并且相对于转矩指令的实际输出转矩的追踪性(转矩响应性)很重要。上述的日本特开2005-51850号公报公开的技术为在滑移发生时通过限制转矩来保护电动机的技术，但没有针对电动机的控制性(稳定性及响应性)进行特别研究。另外，日本特开2000-50689号公报公开的技术为针对矩形波电压控制使转矩偏差变小的技术，但没有针对相对于滑移时或滑移后的抓地时产生的转速及转矩的急剧变动的电动机的控制性进行特别研究。
[0013]因此，本发明的目的是针对电动机的矩形波电压控制，提供一种能兼顾控制稳定性及转矩响应性的电动机的控制装置及具备该电动机的控制装置的电动车辆。
[0014]另外，本发明的另一个目的是针对电动机的矩形波电压控制，提供一种能兼顾控制稳定性及转矩响应性的电动机的控制方法。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]根据本发明，电动机的控制装置具备电压指令生成部和变化率限制部。电压指令生成部生成根据转矩指令进行了相位控制以使电动机动作的矩形波电压指令。变化率限制部限制矩形波电压指令的变化率。而且，变化率限制部在电动机的转速的变化率比表示电动机的转速骤变的规定值大时，缓和矩形波电压指令的变化率的限制。
[0017]优选的是，变化率限制部在电动机的转速的变化为加速方向时，仅缓和使矩形波电压指令的相位提前的一侧的限制，在电动机的转速的变化为减速方向时，仅缓和使矩形波电压指令的相位延迟的一侧的限制。
[0018]优选的是，变化率限制部还在转矩指令的变化率比表示转矩指令骤变的另一个规定值大时，缓和矩形波电压指令的变化率的限制。
[0019]另外，根据本发明，电动车辆具备上述任一种电动机的控制装置、由控制装置控制的电动机、及由电动机驱动的驱动轮。
[0020]优选的是，在检测到驱动轮的滑移或滑移后的驱动轮的抓地时，控制装置的变化率限制部缓和矩形波电压指令的变化率的限制。
[0021]更优选的是，在检测到滑移时，变化率限制部仅缓和使矩形波电压指令的相位提前的一侧的限制，在检测到抓地时，变化率限制部仅缓和使矩形波电压指令的相位延迟的一侧的限制。
[0022]优选的是，变化率限制部还在转矩指令的变化率比表示转矩指令骤变的另一个规定值大时，缓和矩形波电压指令的变化率的限制。
[0023]另外，根据本发明，电动机的控制方法包括:生成根据转矩指令进行了相位控制以使电动机动作的矩形波电压指令的步骤；限制矩形波电压指令的变化率的步骤；以及在电动机的转速的变化率比表示电动机的转速骤变的规定值大时，缓和矩形波电压指令的变化率的限制的步骤。
[0024]优选的是，缓和变化率的限制的步骤包括:在电动机的转速的变化为加速方向时，仅缓和使矩形波电压指令的相位提前的一侧的限制的步骤；以及在电动机的转速的变化为减速方向时，仅缓和使矩形波电压指令的相位延迟的一侧的限制的步骤。
[0025]优选的是，缓和变化率的限制的步骤包括:在转矩指令的变化率比表示转矩指令骤变的另一个规定值大时，缓和矩形波电压指令的变化率的限制的步骤。
[0026]发明效果
[0027]在本发明中，限制矩形波电压指令的变化率。由此，在矩形波电压控制下，抑制了在电动机的转速变化时伴随于电压指令的相位变化而产生的电机电流的偏移，电动机控制的稳定性提高。另一方面，在电动机的转速的变化率比表示电动机的转速骤变的规定值大时，缓和矩形波电压指令的变化率的限制。由此，针对电动机的转速骤变时，优先转矩追踪，提高电动机控制的响应性。
[0028]因此，根据本发明，针对电动机的矩形波电压控制，能够兼顾控制稳定性及转矩响应性。
【专利附图】

【附图说明】[0029]图1是应用了本发明的实施方式I的电动机的控制装置的电动车辆的整体结构图。
[0030]图2是说明图1所示的电动机的控制模式的图；
[0031]图3是说明交流电动机的动作状态与图2所示的控制模式的对应关系的图；
[0032]图4是功能性地说明图1所示的控制装置的结构的功能框图；
[0033]图5是功能性地说明图4所示的矩形波电压控制部的详细结构的功能框图；
[0034]图6是功能性地说明图4所示的PWM控制部的详细结构的功能框图；
[0035]图7是关于由图1所示的控制装置执行的电压相位的变化率限制处理的流程图；
[0036]图8是功能性地说明变形例中的矩形波电压控制部的结构的功能框图；
[0037]图9是关于由变形例中的控制装置执行的电压相位的变化率限制处理的流程图；
[0038]图10是关于由实施方式2中的控制装置执行的电压相位的变化率限制处理的流程图；
[0039]图11是关于由实施方式3中的控制装置执行的电压相位的变化率限制处理的流程图。
【具体实施方式】
[0040]以下，针对本发明的实施方式，参照附图进行详细说明。另外，对于图中同一或相当部分标注同一标号而不重复其说明。
[0041][实施方式I]
[0042]图1是应用了本发明的实施方式I的电动机的控制装置的电动车辆的整体结构图。参照图1，电动车辆100具备直流电压发生部10#、平滑电容器CO、逆变器14、电动机Ml、驱动轮DW、控制装置30。
[0043]直流电压发生部10#包含蓄电装置B、系统继电器SR1、SR2、平滑电容器Cl、转换器12。蓄电装置B代表性而言由镍氢或锂离子等二次电池、双电层电容器等构成。蓄电装置B的电压Vb及相对于蓄电装置B输入输出的电流Ib分别由电压传感器10及电流传感器11检测。系统继电器SRl连接于蓄电装置B的正极端子和电力线6之间，系统继电器SR2连接于蓄电装置B的负极端子和电力线5之间。系统继电器SR1、SR2由来自控制装置30的信号SE控制接通/断开。
[0044]转换器12包含电抗器L1、电力用半导体开关元件Ql、Q2、二极管Dl、D2。电力用半导体开关元件Q1、Q2串联连接于电力线7和电力线5之间。电力用半导体开关元件Q1、Q2的接通/断开由来自控制装置30的控制信号S1、S2控制。
[0045]另外，作为电力用半导体开关元件(以下，简称为“开关元件”。)，可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅极型功率管)或电力用 MOS (Metal OxideSemiconductor:绝缘栅型场效应管))晶体管、电力用双极晶体管等。二极管D1、D2分别反并联连接于开关元件Ql、Q2。电抗器LI连接于开关元件Ql、Q2的连接节点和电力线6之间。平滑电容器CO连接于电力线7和电力线5之间。
[0046]逆变器14包含并联设于电力线7和电力线5之间的、U相上下桥臂15、V相上下桥臂16、W相上下桥臂17。各相上下桥臂由串联连接于电力线7和电力线5之间的开关元件构成。例如，U相上下桥臂15由开关元件Q3、Q4构成，V相上下桥臂16由开关元件Q5、Q6构成，W相上下桥臂17由开关元件Q7、Q8构成。开关元件Q3?Q8上分别反并联连接有二极管D3?D8。而且，开关元件Q3?Q8的接通/断开由来自控制装置30的控制信号S3?S8控制。
[0047]电动机Ml代表性而言为永磁型三相交流同步电动机，U、V、W相的三个线圈的一端与中性点共同连接构成。各相线圈的另一端连接于各相上下桥臂15?17的开关元件的中间点。而且，电动机Ml由逆变器14驱动，产生用于驱动驱动轮DW的转矩。另外，电动机Ml也可以构成为兼具在车辆的制动等时由驱动轮DW驱动的发电机的功能。
[0048]基本上，转换器12在各开关周期内控制开关元件Ql、Q2互补且交互地接通/断开。转换器12在升压动作时，使由蓄电装置B供给的电压Vb向电压VH(以下，也将与向逆变器14的输入电压相当的该直流电压称为“系统电压”)升压。该升压动作通过将在开关元件Q2的接通期间蓄积于电抗器LI的电磁能经由开关元件Ql及二极管Dl供给至电力线7进行。
[0049]另外，转换器12在降压动作时，使电压VH向电压Vb降压。该降压动作通过将在开关元件Ql的接通期间蓄积于电抗器LI的电磁能经由开关元件Q2及二极管D2供给至电力线6进行。这些升压动作或降压动作中的电压转换比(VH及Vb的比)由相对于上述开关周期的开关元件Q1、Q2的接通期间比(占空比)控制。另外，若使开关元件Q1、Q2分别固定为接通、断开，则可以使VH=Vb (电压转换比=1.0)。
[0050]平滑电容器CO使来自转换器12的直流电压平滑化，并将该平滑化后的直流电压向逆变器14供给。电压传感器13检测平滑电容器CO两端的电压即系统电压VH，并将该检测值向控制装置30输出。
[0051]逆变器14在电动机Ml的转矩指令值(转矩目标值)TrqCom为正的情况下，通过响应于来自控制装置30的控制信号S3?S8的开关元件Q3?Q8的开关动作将直流电压转换成交流电压，以输出正转矩的方式驱动电动机Ml。另外，逆变器14在电动机Ml的转矩指令值Trqcom为零的情况下,通过响应于控制信号S3?S8的开关动作将直流电压转换成交流电压，以使转矩为零的方式驱动电动机Ml。由此，电动机Ml以产生由转矩指令值Trqcom指定的零或正转矩的方式被驱动。
[0052]另外，在车辆制动时，将电动机Ml的转矩指令值Trqcom设定为负。在该情况下，逆变器14通过响应于控制信号S3?S8的开关动作,将电动机Ml发电的交流电压转换成直流电压，并将该转换后的直流电压向转换器12供给。另外，在此所说的再生制动包含伴有存在驾驶车辆的驾驶员的脚制动操作时的再生发电的制动、及虽然不进行脚制动操作，但在行驶中通过断开油门踏板进行再生发电的同时使车辆减速(或加速中止)。
[0053]电流传感器24检测流经电动机Ml的电机电流，并将该检测值向控制装置30输出。另外，三相电流iu、iv、iw的瞬时值的和为零，因此，电流传感器24只要以检测2相的电机电流(例如V相电流iv及W相电流iw)的方式配置即可。
[0054]转角传感器(解析器)25检测电动机Ml的转子的转角Θ，并将该检测值向控制装置30输出。控制装置30可以根据转角Θ算出电动机Ml的转速(转数)及角速度《(rad/S)。另外，针对转角传感器25，由于可通过控制装置30从电机电压及电流直接运算转角Θ，因此也可以省略其配置。
[0055]控制装置30由电子控制单元(EQJ (Electronic Control Unit))构成,通过基于由没有图示的CPU执行预存的程序的软件处理及/或基于专用的电子电路的硬件处理，控制电动车辆100的动作。
[0056]作为代表性的功能，控制装置30根据转矩指令值Trqcom、及由电压传感器10检测的电压Vb、由电流传感器11检测的电流Ib、由电压传感器13检测的系统电压VH、来自电流传感器24的电机电流iv、iw、来自转角传感器25的转角Θ等,通过后述的控制方式控制转换器12及逆变器14的动作，以使电动机Ml输出根据转矩指令值Trqcom的转矩。S卩，控制装置30生成用于控制转换器12及逆变器14的控制信号SI?S8并向转换器12及逆变器14输出。
[0057]以下，针对控制装置30对电动机Ml的控制进行更详细说明。
[0058](控制模式的说明)
[0059]图2是说明图1所示的电动机Ml的控制模式的图。参照图2，在该电动车辆100中，针对电动机Ml的控制，即逆变器14中的电力转换，切换使用PWM控制模式和矩形波电压控制模式。
[0060]PWM控制模式包含正弦波PWM控制和过调制PWM控制。在正弦波PWM控制下，根据正弦波状的电压指令和载波(代表性的是三角波)的电压比较，控制各相上下桥臂元件的接通/断开。其结果是，针对与上桥臂元件的接通期间对应的高电平期间和与下桥臂元件的接通期间对应的低电平期间的集合，以在一定期间内使其基波分量变为正弦波的方式控制占空比。另外，在将正弦波状的电压指令的振幅限制于载波振幅以下范围的该正弦波PWM控制下，只能将向电动机Ml的施加电压(以下，简称“电机施加电压”。)的基波分量提高至输入电压的约0.61倍程度。在以下中，将电机施加电压(线间电压)的基波分量(实效值)相对于逆变器14的输入电压(即系统电压VH)的比称为“调制度”。
[0061]过调制PWM控制是在电压指令(正弦波分量)的振幅比载波振幅大的范围内进行与上述正弦波PWM控制同样的PWM控制。特别是，通过使电压指令偏离本来的正弦波波形(振幅校正)能够提高基波分量，能够将调制度提高为从正弦波PWM控制下的最高调制度至0.78的范围。另外，在过调制PWM控制下，由于电压指令(正弦波分量)的振幅比载波振幅大，因此，施加于电动机Ml的线间电压不是正弦波而是偏离后的电压。
[0062]另一方面，在矩形波电压控制下，在上述一定期间内，向交流电动机施加I脉冲的高电平期间及低电平期间的比为1:1的矩形波。由此，在矩形波电压控制中，调制度提高至0.78。
[0063]在电动机Ml中，转数、输出转矩增加时感应电压变高，因此，必要的驱动电压(电机必要电压)变高。基于转换器12的升压电压即系统电压VH需要设定得比该电机必要电压高。另一方面，系统电压VH中存在界限值(VH最大电压)。因此，根据电动机Ml的动作状态，选择性应用基于正弦波PWM控制或过调制PWM控制的PWM控制模式和矩形波电压控制模式。另外，在矩形波电压控制下，由于电机施加电压的振幅固定，因此，通过基于相对于转矩指令的转矩偏差(转矩实绩值(估计值)和转矩指令值的差)的矩形波电压脉冲的相位控制来执行转矩控制。
[0064]图3是说明交流电动机的动作状态和图2所示的控制模式的对应关系的图。参照图3，概略性地，在低转数域Rl中为了使转矩变动变小而使用正弦波PWM控制，在中转数域R2中应用过调制PWM控制，在高转数域R3中应用矩形波电压控制。特别地，通过应用过调制PWM控制及矩形波电压控制，实现交流电动机Ml的输出提高。这样，关于使用图2所示的控制模式的哪一个，基本上，在可实现的调制度的范围内决定。
[0065](控制装置的结构)
[0066]图4是功能性地说明图1所示的控制装置30的结构的功能框图。参照图4，控制装置30包含矩形波电压控制部200、PWM控制部400、控制模式切换部490。
[0067]矩形波电压控制部200接受转矩指令值Trqcom、电机电流iv、iw、转角Θ。而且，矩形波电压控制部200根据这些信号，通过转矩反馈控制设定向逆变器14施加的电压的相位，并根据该设定的电压相位，生成用于驱动逆变器14的控制信号S3?S8并向控制模式切换部490输出。
[0068]PWM控制部400接受转矩指令值Trqcom、由电流传感器24检测的电机电流iv、iw、由转角传感器25检测的转角Θ。而且，PWM控制部400根据这些信号，通过电流反馈控制生成向逆变器14施加的电压指令值Vd#、Vq#，并根据生成的电压指令值Vd#、Vq#，生成用于驱动逆变器14的控制信号S3?S8并向控制模式切换部490输出。另外，过调制PWM控制时，校正电压振幅，提高电压指令值的基波分量。
[0069]控制模式切换部490从PWM控制部400接受电压指令值Vd#、Vq#,从电压传感器13 (图1)接受系统电压VH。而且，控制模式切换部490根据由系统电压VH和电压指令值Vd#、Vq#算出的调制度，进行从PWM控制模式向矩形波电压控制模式的切换。详细而言，控制模式切换部490在调制度达到0.78时从PWM控制模式向矩形波电压控制模式切换。
[0070]另一方面，矩形波电压控制模式中调制度恒定为0.78，因此，从矩形波电压控制模式向PWM控制模式的切换根据电流相位进行。控制模式切换部490接受电机电流iv、iw及转角Θ。而且，控制模式切换部490使用这些信号并根据电流相位进行从矩形波电压控制模式向PWM控制模式的切换。
[0071](控制模式的结构)
[0072]图5是功能性地说明图4所示的矩形波电压控制部200的详细结构的功能框图。参照图5，矩形波电压控制部200包含电力运算部210、转矩运算部220、PI运算部230、变化率限制器235、矩形波发生器240、信号发生部250。
[0073]电力运算部210通过从由电流传感器24检测的V相电流iv及W相电流iw求出的各相电流，和各相(U相、V相、W相)电压指令值Vu、Vv、Vw，按照下述(I)式算出向电动机Ml的供给电力(电机电力)Pmt。这时，一并执行用于从所检测的电机电流(iv、iw)除去偏离分量的滤波处理。
[0074]Pmt=iu.Vu+iv.Vv+iw.Vw......(I)
[0075]转矩运算部220使用由电力运算部210算出的电机电力Pmt，和从由转角传感器25检测的电动机Ml的转角Θ算出的角速度ω，按照下述(2)式算出表示实际转矩的转矩估计值Trq。
[0076]Trq=Pmt/ω......(2)
[0077]PI运算部230通过针对相对于转矩指令值Trqcom的转矩偏差Λ Trq(Δ Trq=Trqcom-Trq)进行PI (比例积分)运算而算出控制偏差，根据该控制偏差设定矩形波电压的相位Φν (以下，简称为“电压相位φν”)。具体而言，PI运算部230在正转矩(Trqcom)O)的情况下，在转矩不足时提前电压相位ψν在转矩过剩时延迟电压相位φν。另一方面，在负转矩(TrqconKO)的情况下，PI运算部230在转矩不足时延迟电压相位φν，在转矩过剩时提前电压相位φν。
[0078]变化率限制器235限制电压相位φν的变化率。即，在矩形波电压控制下，若因滑移等干扰而电动机mi的转速发生变化，则为了维持转矩而使电压相位φν变化。详细而言，若转速上升，则为了维持转矩而提前电压相位《V若转速降低，则延迟电压相位φν。但是，伴随于该电压相位Φν的相位变化，三相电机电流产生偏移，电压相位iPv的变化率越大偏移量越大。若该电流偏移量变大则矩形波电压控制的稳定性受到损害，因此，设有用于限制电压相位φν的变化率的变化率限制器235。
[0079]另一方面，若限制电压相位φν的变化率，则控制的响应性受到阻碍。在驱动轮DW滑移时或滑移后的抓地时电动机Ml的转速骤变的情况下，优选为使控制的响应性(转矩响应性)优先。特别地，在滑移后的抓地时，若转矩响应性低，则产生实际的输出转矩相对于转矩指令过大的转矩偏差，因此，要求转矩响应性。因此，该实施方式I中，在电动机Ml的转速骤变的情况下，缓和变化率限制器235的变化率限制。
[0080]矩形波发生器240按照电压相位φν生成各相电压指令值(矩形波脉冲)Vu、Vv、Vw。信号发生部250根据各相电压指令值Vu、Vv、Vw生成控制信号S3?S8。而且，通过逆变器14进行按照控制信号S3?S8的开关动作，施加按照电压相位φν的矩形波脉冲作为电机的各相电压。
[0081]另外，也可以取代电力运算部210及转矩运算部220而配置转矩传感器，从而根据该转矩传感器的检测值求出转矩偏差ATrq。
[0082]图6是功能性地说明图4所示的PWM控制部400的详细结构的功能框图。参照图6，PWM控制部400包含电流指令生成部410、坐标转换部420、450、电压指令生成部440、PWM调制部460。
[0083]电流指令生成部410根据预先制作的映射等，生成与电动机Ml的转矩指令值Trqcom对应的d轴电流指令值Idcom及q轴电流指令值Iqcom。坐标转换部420通过使用了电动机Ml的转角Θ的坐标转换(uvw3相一dq2相),将由电流传感器24检测的V相电流iv及W相电流iw转换成d轴电流Id及q轴电流Iq0
[0084]电压指令生成部440通过分别针对d轴电流偏差AId ( Λ Id=Idcom-1d)及q轴电流偏差Δ Iq ( Δ Iq=Iqcom-1q)进行PI运算而算出控制偏差，生成根据该控制偏差的d轴电压指令值Vd#及q轴电压指令值Vq#。
[0085]坐标转换部450通过使用了电动机Ml的转角Θ的坐标转换(dq2相一uvw3相)，将d轴电压指令值Vd#及q轴电压指令值Vq#转换成U相、V相、W相的各相电压指令值Vu、Vv, Vw。PWM调制部460根据各相电压指令值Vu、Vv, Vw和载波的比较，生成用于驱动逆变器14的控制信号S3?S8。另外，载波由规定频率的三角波、锯齿波构成。
[0086]图7是关于由图1所示的控制装置30执行的电压相位φν的变化率限制处理的流程图。另外，该流程图的处理，每隔一定时间或每当规定的条件成立时从主程序调出而执行。
[0087]参照图7，控制装置30判定控制模式是否为矩形波电压控制模式(步骤S10)。若判定出控制模式为矩形波电压控制模式(步骤SlO中为是)，则控制装置30通过针对相对于转矩指令值Trqcom的转矩偏差ATrq进行PI运算，算出矩形波电压的电压相位φν (步骤S20)。
[0088]接着，控制装置30判定电动机Ml的转速是否骤变(步骤S30)。作为一个例子，预先设定表示电动机Ml的转速骤变的阈值，若转速的变化率超过该阈值则判定为转速骤变。
[0089]而且，若判定为电动机Ml的转速骤变(步骤S30中为是)，则控制装置30缓和电压相位φν的变化率限制(步骤S40)。具体而言，控制装置30将比通常时大的扩大值设定为变化率限制器235 (图5)的限制值。另外，预先设定变化率限制器235的通常时的限制值及上述扩大值。另一方面，在步骤S30中判定为转速未骤变时(步骤S30中为否)，不执行步骤S40而处理向步骤S50转移。
[0090]接着，控制装置30通过变化率限制器235执行电压相位φν的变化率限制处理(步骤S50)。而且，电压相位φν的变化率限制处理执行后，控制装置30按照电压相位φν生成各相电压指令值(矩形波脉冲)Vu, Vv, Vw (步骤S60)。
[0091]另外，在步骤SlO中判定出控制模式不为矩形波电压控制模式的情况下(步骤SlO中为否)，控制装置30执行上述的PWM控制(步骤S70)。
[0092]如以上所述，在该实施方式I中，在矩形波电压控制下，由变化率限制器235限制矩形波电压的电压相位φν的变化率。由此，抑制在电动机mi的转速变化时伴随于矩形波电压的相位变化而产生的电机电流的偏移，电动机控制的稳定性提高。另一方面，在转速的变化率比表示电动机mi的转速骤变的规定值大时，缓和电压相位φν的变化率的限制。由此，针对电动机Ml的转速骤变时，优先转矩追踪，提高电动机控制的响应性。因此，根据该实施方式1，针对电动机Ml的矩形波电压控制，能够兼顾控制稳定性及转矩响应性。
[0093][变形例]
[0094]上述的实施方式I中，作为用于限制电压相位φν的变化率的变化率限制部，使用了变化率限制器235，但也可以使用滤波器作为变化率限制部，通过改变滤波器的时间常数也能够变更(缓和)电压相位cPv的变化率。
[0095]图8是功能性地说明该变形例中的矩形波电压控制部的结构的功能框图。参照图8，矩形波电压控制部200Α在图5所示的实施方式I中的矩形波电压控制部200的结构的基础上，取代变化率限制器235而包含滤波器236。
[0096]滤波器236为了限制电压相位Φν的变化率而设置，例如，由时间常数可变的低通滤波器构成。而且，在电动机Ml的转速骤变的情况下，通过使滤波器236的时间常数变小而缓和滤波器236的滤波功能，从而缓和电压相位φν的变化率的限制。
[0097]另外，矩形波电压控制部200Α的其它结构与图5所示的矩形波电压控制部200相同。
[0098]图9是关于由该变形例中的控制装置30执行的电压相位CF的变化率限制处理的流程图。另外，该流程图的处理也是每隔一定时间或每当规定的条件成立时从主程序调出执行。
[0099]参照图9，该流程图在图7所示的流程图的基础上，取代步骤S40、S50而包含步骤S42、S52。S卩，若在步骤S30中判定为电动机Ml的转速骤变(步骤S30中为是)，则控制装置30使滤波器236 (图8)的时间常数比通常时小(步骤S42)。另外，预先设定滤波器236的通常时的时间常数及上述变更值。另一方面，在步骤S30中判定为转速未骤变时(步骤S30中为否)，不执行步骤S42而处理向步骤S52转移。
[0100]接着，控制装置30通过滤波器236执行电压相位φν的滤波处理(步骤S52)。由此，限制电压相位φν的变化率。而且，电压相位φν的滤波处理执行后，处理向步骤seo转移，按照电压相位φν生成各相电压指令值(矩形波脉冲)Vu、Vv, Vw。
[0101]如以上所述，通过该变形例，也能得到与实施方式I同样的效果。
[0102][实施方式2]
[0103]在驱动轮DW的滑移或滑移后的抓地等时电动机Ml的转速因干扰而骤变的情况下，在转速的变化为加速方向时，为了维持转矩而需要通过转矩反馈控制提前电压相位
相反，在转速的变化为减速方向时，为了维持转矩而需要通过转矩反馈控制延迟电压相位φν。
[0104]因此，该实施方式2中，在判定为电动机Ml的转速骤变的情况下，在转速的变化为加速方向时，仅在使电压相位Φν提前的一侧，缓和电压相位φν的变化率的限制，在转速的变化为减速方向时，仅在使电压相位φν延迟的一侧，缓和电压相位—的变化率的限制。由此，消除了不必要的变化率限制的缓和，确保控制的稳定性。
[0105]该实施方式2中的电动车辆100及控制装置30的整体结构与实施方式I相同。
[0106]图10是关于由实施方式2中的控制装置30执行的电压相位φν的变化率限制处理的流程图。另外，该流程图的处理也是每隔一定时间或每当规定的条件成立时从主程序调出执行。
[0107]参照图10,该流程图在图7所示的流程图的基础上，取代步骤S40而包含步骤S44、S46、S48。S卩，在步骤S30中若判定为电动机Ml的转速骤变(步骤S30中为是)，则控制装置30判定转速的变化是否为加速方向(步骤S44)。若判定出转速的变化为加速方向(步骤S44中为是)，则控制装置30仅在使电压相位φν提前的一侧缓和电压相位φν的变化率限制(步骤S46)。即，对于使电压相位φν延迟的一侧，不缓和电压相位φν的变化率限制。
[0108]另一方面，在步骤S44中若判定出转速的变化为减速方向(步骤S44中为否)，则控制装置30仅在使电压相位φν延迟的一侧缓和电压相位φν的变化率限制(步骤S48)。SP，对于使电压相位φν提前的一侧，不缓和电压相位φν的变化率限制。
[0109]而且，步骤S46或步骤S48的处理执行后，处理向步骤S50转移，执行电压相位φν的变化率限制处理。
[0110]另外，在上述中，以实施方式I为基础针对由变化率限制器235限制电压相位φν的变化率的情况进行了说明，但由滤波器236限制电压相位Φν的变化率的情况(实施方式I的变形例)也能同样适用。即，可以在使电压相位φν提前的一侧和延迟的一侧分别设定滤波器236的时间常数，可以在转速的变化为加速方向的情况下，仅使使电压相位φν提前的一侧的时间常数比通常值小，在转速的变化为减速方向的情况下，仅使使电压相位tPv延迟的一侧的时间常数变小。[0111]如以上所述，在该实施方式2中，在转速的变化为加速方向时，仅在使电压相位Φν提前的一侧，缓和电压相位φν的变化率的限制，另一方面，在转速的变化为减速方向时，仅在使电压相位φν延迟的一侧，缓和电压相位Φν的变化率的限制，因此，将变化率限制的缓和抑制在最小限度。因此，根据该实施方式2，比实施方式I更能提高矩形波电压控制的稳定性。
[0112][实施方式3]
[0113]在上述的各实施方式中，在电动机Ml的转速骤变的情况下缓和电压相位ψν的变化率的限制，但该实施方式3中，在电动机Ml的转矩指令骤变的情况下缓和电压相位φν的变化率的限制。由此，提高转矩指令骤变时的转矩响应性。
[0114]该实施方式3中的电动车辆100及控制装置30的整体结构与实施方式I相同。
[0115]图11是关于由实施方式3中的控制装置30执行的电压相位φν的变化率限制处理的流程图。另外，该流程图的处理也是每隔一定时间或每当规定的条件成立时从主程序调出执行。
[0116]参照图11，该流程图在图7所示的流程图的基础上，取代步骤S30而包含步骤S32。S卩，在步骤S20中算出矩形波电压的电压相位φν后，控制装置30判定电动机Ml的转矩指令是否骤变(步骤S32)。作为一个例子，预先设定表示电动机Ml的转矩指令值Trqcom骤变的阈值，若转矩指令值Trqcom的变化率超过该阈值则判定为转矩指令骤变。
[0117]而且，若判定为电动机Ml的转矩指令骤变(步骤S32中为是)，则处理向步骤S40转移，缓和电压相位Φν的变化率限制。另一方面，在步骤S32中判定为转矩指令未骤变时(步骤S32中为否)，不执行步骤S40而处理向步骤S50转移。
[0118]另外，在上述中，以实施方式I为基础针对由变化率限制器235限制电压相位Φν的变化率的情况进行了说明，但由滤波器236限制电压相位Φν的变化率的情况(实施方式I的变形例)也能同样适用。即，可以在转矩指令骤变的情况下，使滤波器236的时间常数比通常时小。
[0119]另外，与实施方式2—样，在电动机Ml的转矩指令骤变的情况下，可以在转矩指令的变化为增大方向时，仅在使电压相位cPv提前的一侧，缓和电压相位φν的变化率的限制，在转矩指令的变化为减小方向时，仅在使电压相位φν延迟的一侧，缓和电压相位Φν的变化率的限制。
[0120]另外，还可以通过在上述实施方式1、2 (包含变形例)中合并该实施方式3，在电动机mi的转速或转矩指令骤变的情况下缓和电压相位φν的变化率的限制。
[0121]如以上所述，通过该实施方式3，针对电动机Ml的矩形波电压控制，也能够兼顾控制稳定性及转矩响应性。
[0122]另外，在上述的各实施方式中，也可以根据驱动轮DW的转速(转数)及电动机Ml的转角Θ的检测值来检测驱动轮DW的滑移及抓地，根据是否发生驱动轮DW的滑移或滑移后的抓地来判定电动机Ml的转速是否骤变。另外，在上述的实施方式2中，也可以根据是否发生驱动轮DW的滑移来判定在电动机Ml的转速骤变的情况下转速的变化是否向加速方向变化。
[0123]另外，本发明可适用于具有图1所示的电动车辆100的基本结构的各种车辆。例如，本发明也可适用于在图1所示的结构中还搭载有发动机的混合动力汽车、除蓄电装置B外还搭载燃料电池作为直流电源的燃料电池汽车等。
[0124]另外，在上述中，PI运算部230与本发明中的“电压指令生成部”的一实施例对应，变化率限制器235及滤波器236分别与本发明中的“变化率限制部”的一实施例对应。
[0125]对于本次公开的实施方式，理应理解为在所有方面的举例，而不是限制性的内容。本发明的范围由权利要求书表示，而不是上述的实施方式的说明，旨在包括在与权利要求书等同的含义及范围内的所有的变更。
[0126]标号说明
[0127]5?7电力线、10、13电压传感器、10#直流电压发生部、11、24电流传感器、12转换器、14逆变器、15U相上下桥臂、16V相上下桥臂、17W相上下桥臂、25转角传感器、30控制装置、100电动车辆、200、200A矩形波电压控制部、210电力运算部、220转矩运算部、230PI运算部、235变化率限制器、236滤波器、240矩形波发生器、250信号发生部、400PWM控制部、410电流指令生成部、420、450坐标转换部、440电压指令生成部、460PWM调制部、490控制模式切换部、B蓄电装置、SRl、SR2系统继电器、CO、Cl平滑电容器、Ql?Q8开关元件、Dl?D8 二极管、LI电抗器、Ml电动机、DW驱动轮。
【权利要求】
1.一种电动机的控制装置，具备: 电压指令生成部(430)，用于生成根据转矩指令进行了相位控制以使电动机(Ml)动作的矩形波电压指令；以及 变化率限制部(235、236)，用于限制所述矩形波电压指令的变化率， 所述变化率限制部在所述电动机的转速的变化率比表示所述电动机的转速骤变的规定值大时，缓和所述矩形波电压指令的变化率的限制。
2.如权利要求1所述的电动机的控制装置，其中， 所述变化率限制部在所述电动机的转速的变化为加速方向时，仅缓和使所述矩形波电压指令的相位提前的一侧的所述限制，在所述电动机的转速的变化为减速方向时，仅缓和使所述矩形波电压指令的相位延迟的一侧的所述限制。
3.如权利要求1所述的电动机的控制装置，其中， 所述变化率限制部还在所述转矩指令的变化率比表示所述转矩指令骤变的另一个规定值大时，缓和所述限制。
4.一种电动车辆,具备: 如权利要求1?3中任一项所述的电动机的控制装置(30)； 由所述控制装置控制的电动机(Ml);以及 由所述电动机驱动的驱动轮(DW)。
5.如权利要求4所述的电动车辆，其中， 在检测到所述驱动轮的滑移或所述滑移后的所述驱动轮的抓地时，所述控制装置的变化率限制部(235、236)缓和所述矩形波电压指令的变化率的限制。
6.如权利要求5所述的电动车辆，其中， 在检测到所述滑移时，所述变化率限制部仅缓和使所述矩形波电压指令的相位提前的一侧的所述限制，在检测到所述抓地时，所述变化率限制部仅缓和使所述矩形波电压指令的相位延迟的一侧的所述限制。
7.如权利要求4所述的电动车辆，其中， 所述变化率限制部还在所述转矩指令的变化率比表示所述转矩指令骤变的另一个规定值大时，缓和所述限制。
8.—种电动机(Ml)的控制方法,包括: 生成根据转矩指令进行了相位控制以使电动机动作的矩形波电压指令的步骤； 限制所述矩形波电压指令的变化率的步骤；以及 在所述电动机的转速的变化率比表示所述电动机的转速骤变的规定值大时，缓和所述矩形波电压指令的变化率的限制的步骤。
9.如权利要求8所述的电动机的控制方法，其中， 缓和所述变化率的限制的步骤包括: 在所述电动机的转速的变化为加速方向时，仅缓和使所述矩形波电压指令的相位提前的一侧的所述限制的步骤；以及 在所述电动机的转速的变化为减速方向时，仅缓和使所述矩形波电压指令的相位延迟的一侧的所述限制的步骤。
10.如权利要求8所述的电动机的控制方法，其中，缓和所述变化率的限制的步骤包括:在所述转矩指令的变化率比表示所述转矩指令骤变的另一个规定值大 时，缓和所述限制的步骤。
【文档编号】H02P27/06GK103444074SQ201180069868
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年4月5日 优先权日:2011年4月5日
【发明者】山田坚滋 申请人:丰田自动车株式会社