旋转电机驱动装置的制造方法_2

文档序号:9291985阅读:来源:国知局
是L成分和C成分。因此,在 频率为零的情况下,直流侧电压增益的值仅取决于R成分。换句话说,使系统电压除以系统 电流而得的直流侧电压增益的值在频率为零的情况下成为直流电源的内部电阻的值。因 此,开关频率能够基于使用了直流电源的内部电阻的值的直流侧电压增益的频率特性来设 定。直流电源的内部电阻随温度而变动,低温时成为较大的值。频率为零的情况下的直流 侧电压增益的值在低温时较大,与该增益的值对应的频率虽然接近共振频率,但不存在小 于该频率的可能性。因此,优选将该频率作为开关频率的最低限度的基准。即,作为一个方 式,本发明所涉及的旋转电机驱动装置优选在使频率为零时的上述直流侧电压增益的值为 上述直流电源的内部电阻即电源内部电阻的值,上述开关频率基于使用了预先决定的该旋 转电机驱动装置的工作温度范围内的最低温度下的上述电源内部电阻的值的上述直流侧 电压增益的频率特性来设定。
[0015] 直流电源、平滑电容器以及逆变器通过导体连接。因此,从逆变器、平滑电容器观 察的直流电源的阻抗也包含有导体具有的阻抗。一般而言,与成为直流电源的核心的电源 装置的阻抗相比,导体具有的阻抗较小,也可以基于仅考虑了该电源装置的阻抗的直流侧 电压增益的频率特性来设定开关频率。但是,在进一步精度良好地设定开关频率这一方面, 优选也考虑导体的阻抗。作为一个方式,本发明所涉及的旋转电机驱动装置优选上述电源 内部电阻是构成上述直流电源的蓄电池的内部电阻即蓄电池电阻和连接上述蓄电池、上述 平滑电容器以及上述逆变器的布线的电阻即布线电阻的和。
【附图说明】
[0016] 图1是示意地表示旋转电机驱动装置的系统结构的一个例子的框图。
[0017] 图2是表示直流电源部的控制模型的框图。
[0018] 图3是仅考虑了电阻成分的增益(Vdc/Idc)的频率特性。
[0019] 图4是考虑了电阻以及感应成分的增益(Vdc/Idc)的频率特性。
[0020] 图5是仅考虑了电阻成分的增益(Ib/Idc)的频率特性。
[0021] 图6是考虑了电阻以及感应成分的增益(Ib/Idc)的频率特性。
[0022] 图7是表示增益(Vdc/Idc)的频率特性与开关频率的关系的图。
[0023] 图8是表示考虑工作温度地决定开关频率的条件的图。
[0024] 图9是表示增益(Vdc/Idc)的频率特性的由感应成分引起的差异的波形图。
[0025] 图10是比较由控制周期的差异引起的系统电流的脉动的波形图。
[0026] 图11是表示增益(Ib/Idc)的频率特性与开关频率的关系的图。
[0027] 图12是表示增益(Ib/Idc)的频率特性的由感应成分引起的差异的波形图。
【具体实施方式】
[0028] 以下,以控制成为混合动力车辆、电动车辆等的驱动力源的旋转电机MG的旋转电 机驱动装置为例,基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1的框图示意地示出旋转电 机驱动装置1〇〇的结构。作为车辆的驱动力源的旋转电机MG是通过多相的交流(这里为 三相交流)工作的旋转电机,既能够作为电动机发挥作用也能够作为发电机发挥作用。
[0029] 在不能够如铁道那样从架空线接受电力的供给的汽车那样的车辆中,作为用于驱 动旋转电机的电力源,搭载镍氢电池、锂离子电池等二次电池(蓄电池)、双电层电容器等 直流电源。在本实施方式中,作为用于向旋转电机MG供给电力的大电压大容量的直流电 源,例如具备电源电压200~400[V]的蓄电池11 (高压直流电源)。由于旋转电机MG是交 流的旋转电机,所以在蓄电池11与旋转电机MG之间具备在直流与交流之间进行电力转换 的逆变器10。在以下的说明中,将逆变器10的直流侧的正极电源线P(高压直流正极线) 与负极电源线N(高压直流负极线)之间的直流电压适当地称为"系统电压Vdc"。蓄电池 11能够经由逆变器10向旋转电机MG供给电力,并且能够储蓄旋转电机MG发电得到的电 力。在逆变器10与蓄电池11之间具备使直流电压(系统电压Vdc)平滑化的平滑电容器 40 (直流支撑电容器)。平滑电容器40使随着旋转电机MG的消耗电力的变动而变动的直 流电压稳定化。
[0030] 蓄电池11由多个蓄电池单元构成,在蓄电池11存在包括内部电阻(电阻成分)、 内部电感(感应成分)的内部阻抗。在本实施方式中,将它们称为蓄电池电阻Rb、蓄电池电 感Lb。另外,蓄电池11与逆变器10例如使用被称为母线的金属布线部件等连接,但在这样 的母线也存在包括导体电阻(电阻成分)、导体电感(感应成分)的导体阻抗。换句话说, 在连接蓄电池11、平滑电容器40以及逆变器10的布线存在包括布线电阻、布线电感的布线 阻抗。在本实施方式中,将它们称为布线电阻Rw、布线电感Lw。
[0031] 从逆变器10观察蓄电池11侧时的、包括母线等布线部件的直流电源部的内部电 阻(电源内部电阻RpS)是蓄电池电阻Rb和布线电阻Rw的和。另外,直流电源部的内部电 感(电源内部电感Lps)是蓄电池电感Lb和布线电感Lw的和。但在多数情况下,蓄电池电 阻Rb远大于布线电阻Rw,蓄电池电感Lb远大于布线电感Lw,所以在以下的说明中,作为电 源内部电阻Rps使用蓄电池电阻Rb,作为电源内部电感Lps使用蓄电池电感Lb。应予说明, 图2的框图是表示作为直流电源部的蓄电池11的端子间电压(蓄电池电压Vb)与系统电 压Vdc的关系的控制模型。
[0032] 逆变器10将具有系统电压Vdc的直流电力转换为多相(将n设为自然数,n相 在这里为三相)的交流电力并供给至旋转电机MG,并且,将旋转电机MG发电得到的交流电 力转换为直流电力并供给至直流电源。逆变器10通过具有多个开关元件而构成。优选对 开关元件应用IGBT(insulatedgatebipolartransistor:绝缘栅双极型晶体管)、功率 MOSFET(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor:金属氧化物半导体场效 应晶体管)等功率半导体元件。另外,也优选代替这些Si(硅)器件,而将SiC-M0SFET、 SiC-SIT(staticinductiontransistor:静电感应晶体管)等SiC(碳化娃)器件、GaN- M0SET(GalliumNitride:氮化镓)等能够进行高频下的工作的复合化合物功率器件应用 于开关元件。如图1所示,在本实施方式中,作为一个例子,对开关元件使用IGBT3。
[0033] 如所熟知的那样,在直流与多相的交流(这里为三相交流)之间进行电力转换的 逆变器10由具有与多相(这里为三相)的每一相对应的数目的臂的桥接电路构成。换句 话说,如图1所示,在逆变器10的直流正极侧(直流电源的正极侧的正极电源线P)与直流 负极侧(直流电源的负极侧的负极电源线N)之间以串联的方式连接两个IGBT3而构成一 个臂10A。这里,将与正极电源线P连接的IGBT3称为上桥IGBT(上桥开关元件或者高压侧 开关(highsideswitch)),将与负极电源线N连接的IGBT3称为下桥IGBT(负极侧开关元 件或者低压侧开关(lowsideswitch))。
[0034] 在多相的交流为三相交流的情况下,以三条线路(3相:10U、10V、10W)并联地连接 每相的串联电路(一个臂10A)。换句话说,构成对与旋转电机MG的U相、V相、W相对应的 定子线圈的每一个对应一组串联电路(臂10A)的桥接电路。各相的上桥IGBT的集电极 端子与正极电源线P连接,发射极端子与各相的下桥IGBT的集电极端子连接。另外,各相 的下桥IGBT的发射极端子与负极电源线N连接。由成对的各相的IGBT3构成的串联电路 (臂10A)的中间点,换句话说,上桥IGBT与下桥IGBT的连接点分别与旋转电机MG的定子 线圈连接。另外,对IGBT3分别以并联的方式连接续流二极管39 (再生二极管)。续流二极 管39以阴极端子与IGBT3的集电极端子连接且阳极端子与IGBT3的发射极端子连接的方 式与各IGBT3以并联的方式连接。
[0035] 如图1所示,逆变器10通过控制装置8控制。控制装置8通过具有以微型计算机 等逻辑电路为核心部件而构建的E⑶(electroniccontrolunit:电子控制单源)而构成。 在本实施方式中,ECU基于作为来自未图示的车辆ECU等其他的控制装置等的请求信号被 提供至控制装置8的旋转电机MG的目标转矩TM来进行使用了向量控制法的电流反馈控 制,并经由逆变器10来控制旋转电机MG。控制装置8的ECU构成为为了电流反馈控制而具 有各种功能部,各功能部通过微型计算机等的硬件和软件
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