專利名稱：電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電功率轉(zhuǎn)換器，如三相逆變器等，通過脈寬調(diào)制(PWM)控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖1示出通常已知的在例如JP-A-2002-186171中描述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中標(biāo)號(hào)101表示三相無刷電機(jī)，102表示逆變器部分，103表示直流(DC)電源，104表示驅(qū)動(dòng)部分，105表示控制部分，106表示溫度傳感器，107表示溫度檢測部分。
逆變器部分102有三對開關(guān)元件Us，Xs；Vs，Ys；Ws，Zs。每個(gè)開關(guān)元件都由晶體管等構(gòu)成。根據(jù)從驅(qū)動(dòng)部分104提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，開關(guān)元件Us，Xs；Vs，Ys；Ws，Zs被控制導(dǎo)通/關(guān)斷，使得逆變器部分102可以將從DC電源103提供的DC功率轉(zhuǎn)換為偽三相交流(AC)功率，該AC功率被輸出到電機(jī)101的線圈項(xiàng)Uc、Vc、Wc。
控制部分105由微計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，執(zhí)行PWM信號(hào)發(fā)生處理，以生成PWM信號(hào)，從而根據(jù)轉(zhuǎn)速指令獲得預(yù)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且輸出生成的PWM信號(hào)到驅(qū)動(dòng)部分104；控制部分105還執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋處理，用于根據(jù)從軸位置檢測部分108提供的軸位置數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，并控制當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其等于對應(yīng)于轉(zhuǎn)速命令的預(yù)定電機(jī)轉(zhuǎn)速；控制部分105還執(zhí)行下面將提到的熱保護(hù)處理。
溫度傳感器106檢測逆變器部分102的開關(guān)元件Us-Zs的溫度。溫度檢測部分107執(zhí)行溫度檢測信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳遞到控制部分105。溫度傳感器106包括利用電熱調(diào)節(jié)器等的傳感器，位于能夠檢測到開關(guān)元件溫度的位置，如，在安裝在基板上的開關(guān)元件附近，或在開關(guān)元件封裝的表面上等。
軸位置傳感器108檢測電機(jī)101的轉(zhuǎn)子位置。軸位置檢測部分109對位置檢測信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳遞到控制部分105。軸位置傳感器由分解器、旋轉(zhuǎn)編碼器等構(gòu)成，并將其檢測元件耦合到電機(jī)102的轉(zhuǎn)子。
溫度傳感器106用于逆變器部分102的開關(guān)元件的熱保護(hù)。在上述電機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)溫度傳感器106檢測到的溫度超出預(yù)定可接受溫度范圍的上限時(shí)，執(zhí)行使電機(jī)101停止的控制。
利用上述被設(shè)計(jì)為僅僅根據(jù)由溫度傳感器106檢測到的溫度執(zhí)行熱保護(hù)處理的電機(jī)控制系統(tǒng)，即使在開關(guān)元件Us-Zs能夠?qū)嶋H工作而不會(huì)發(fā)生任何問題的溫度狀態(tài)，電機(jī)101也可能被強(qiáng)制停機(jī)。這樣，開關(guān)元件的潛力本身不能被充分利用，導(dǎo)致電機(jī)的工作范圍被不必要地變窄的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電機(jī)控制系統(tǒng)，其能夠通過在熱極限利用電功率轉(zhuǎn)換器如三相逆變器的開關(guān)元件來擴(kuò)展電機(jī)操作范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種電機(jī)控制系統(tǒng)，用于利用電功率轉(zhuǎn)換器如三相逆變器等通過PWM控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該電機(jī)控制系統(tǒng)包括結(jié)溫度計(jì)算裝置，用于計(jì)算電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的結(jié)溫度；和結(jié)溫度降低裝置，用于比較由結(jié)溫度計(jì)算裝置計(jì)算的結(jié)溫度和預(yù)設(shè)的溫度限制，以便當(dāng)結(jié)溫度超過溫度限制時(shí)，執(zhí)行結(jié)溫度降低處理，使得結(jié)溫度等于或低于該溫度限制。
根據(jù)該電機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算的結(jié)溫度與預(yù)設(shè)的溫度限制相比較，當(dāng)結(jié)溫度超過溫度限制時(shí)，執(zhí)行結(jié)溫度降低處理，以使結(jié)溫度等于或小于溫度限制。因此，開關(guān)元件可以有效地在其最大溫度限制使用，而與檢測到的溫度無關(guān)，從而可以擴(kuò)展電機(jī)操作范圍。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的電機(jī)控制系統(tǒng)是利用電功率轉(zhuǎn)換器如三相逆變器等通過PWM控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一種電機(jī)控制系統(tǒng)，其主要包括損耗計(jì)算裝置，用于計(jì)算電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的損耗；和損耗減小裝置，用于比較由損耗計(jì)算裝置計(jì)算的損耗和預(yù)設(shè)的損耗限制，并且當(dāng)損耗超出所述損耗限制時(shí)，執(zhí)行損耗減小處理，使損耗等于或小于損耗限制。
根據(jù)該電機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算的損耗與預(yù)設(shè)的損耗限制相互比較，當(dāng)損耗超出損耗限制時(shí)，執(zhí)行損耗減小處理，使損耗等于或小于損耗限制。因此，開關(guān)元件可以有效地在其最大溫度限制使用，而與檢測到的溫度無關(guān)，從而可以擴(kuò)展電機(jī)操作范圍。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的電機(jī)控制系統(tǒng)是利用電功率轉(zhuǎn)換器如三相逆變器等通過PWM控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一種電機(jī)控制系統(tǒng)，其主要包括溫度檢測裝置，用于檢測電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的溫度；結(jié)溫度計(jì)算裝置，用于當(dāng)由溫度檢測裝置檢測到的溫度在開關(guān)元件的最大溫度限制與低于最大溫度限制的預(yù)定溫度之間時(shí)，計(jì)算電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的結(jié)溫度；結(jié)溫度降低裝置，用于當(dāng)由溫度檢測裝置檢測到的溫度在開關(guān)元件的最大溫度限制與低于最大溫度限制的預(yù)定溫度之間時(shí)，比較由結(jié)溫度計(jì)算裝置計(jì)算的結(jié)溫度和預(yù)設(shè)的溫度限制，并且當(dāng)結(jié)溫度超出溫度限制時(shí)，執(zhí)行結(jié)溫度降低處理；損耗計(jì)算裝置，用于當(dāng)由溫度檢測裝置檢測到的溫度等于或低于預(yù)定溫度時(shí)，計(jì)算電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的損耗；以及損耗減小裝置，用于當(dāng)由溫度檢測裝置檢測到的溫度等于或低于預(yù)定溫度時(shí)，比較由損耗計(jì)算裝置計(jì)算的損耗和預(yù)設(shè)損耗限制，并且當(dāng)損耗超出損耗限制時(shí)，執(zhí)行損耗減小處理，使損耗等于或低于損耗限制。
根據(jù)該電機(jī)控制系統(tǒng)，當(dāng)由溫度檢測裝置檢測到的溫度在開關(guān)元件的最大溫度限制與低于該最大溫度限制的預(yù)定溫度之間時(shí)，預(yù)設(shè)的溫度限制與計(jì)算的結(jié)溫度相比較，當(dāng)結(jié)溫度高于溫度限制時(shí)，執(zhí)行結(jié)溫度降低處理，使結(jié)溫度等于或低于溫度限制。另一方面，當(dāng)由溫度檢測裝置檢測到的溫度等于或低于預(yù)定溫度時(shí)，預(yù)設(shè)損耗限制與計(jì)算的損耗相比較，當(dāng)損耗超過損耗限制時(shí)，執(zhí)行損耗減小處理，使損耗等于或低于損耗限制。因此，開關(guān)元件能夠有效地在其最高溫度限制下使用，而不管檢測到的溫度，從而可以擴(kuò)展電機(jī)操作范圍。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的電機(jī)控制系統(tǒng)是利用電功率轉(zhuǎn)換器如三相逆變器等通過PWM控制方式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一種電機(jī)控制系統(tǒng)，其主要包括損耗計(jì)算裝置，用于計(jì)算電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的損耗；結(jié)溫度計(jì)算裝置，用于計(jì)算電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的結(jié)溫度；損耗減小裝置，用于比較由損耗計(jì)算裝置計(jì)算的損耗與預(yù)設(shè)損耗限制，并且當(dāng)損耗超過損耗限制時(shí)，執(zhí)行損耗減小處理，使損耗等于或小于損耗限制；以及結(jié)溫度降低裝置，用于當(dāng)由比較判斷出損耗等于或小于損耗限制時(shí)，或者當(dāng)通過損耗減小處理使損耗變得等于或小于損耗限制時(shí)，比較由結(jié)溫度計(jì)算裝置計(jì)算的溫度和預(yù)設(shè)溫度限制，并且當(dāng)結(jié)溫度超出溫度限制時(shí)，執(zhí)行結(jié)溫度降低處理，使結(jié)溫度等于或低于溫度限制。
根據(jù)該電機(jī)控制系統(tǒng)，由損耗計(jì)算裝置計(jì)算的損耗與預(yù)設(shè)損耗限制相比較，當(dāng)損耗超過損耗限制時(shí)，執(zhí)行損耗減小處理，使得損耗等于或低于損耗限制。當(dāng)比較判斷出損耗等于或小于損耗限制時(shí)，或通過損耗減小處理使得損耗變得等于或小于損耗限制時(shí)，由結(jié)溫度計(jì)算裝置計(jì)算的結(jié)溫度與預(yù)設(shè)溫度限制相比較，并且當(dāng)結(jié)溫度超過溫度限制時(shí)，執(zhí)行結(jié)溫度降低處理，使得結(jié)溫度等于或低于溫度限制。因此，開關(guān)元件可以有效地在其最大溫度限制使用，而與檢測到的溫度無關(guān)，從而可以擴(kuò)展電機(jī)工作范圍。
本發(fā)明的上述和其它目的、結(jié)構(gòu)特征、功能、以及優(yōu)點(diǎn)在以下的說明和附圖中會(huì)更加清楚。


圖1示出傳統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)的框圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)控制系統(tǒng)的框圖；圖3示出圖2所示電機(jī)控制系統(tǒng)的第一工作范圍限制方法流程圖；圖4示出根據(jù)第一工作范圍限制方法的開關(guān)元件工作范圍圖；圖5A和5B是解釋根據(jù)第一工作范圍限制方法用于減小開關(guān)次數(shù)的方法的圖；圖6是在圖2所示電機(jī)控制系統(tǒng)中執(zhí)行的第二工作范圍限制方法流程圖；圖7示出根據(jù)第二工作范圍限制方法的開關(guān)元件工作范圍圖；圖8是在圖2所示電機(jī)控制系統(tǒng)中執(zhí)行的第三工作范圍限制方法流程圖；圖9示出根據(jù)第三工作范圍限制方法的開關(guān)元件工作范圍圖；圖10是在圖2所示電機(jī)控制系統(tǒng)中執(zhí)行的第四工作范圍限制方法流程圖；圖11示出根據(jù)第四工作范圍限制方法的開關(guān)元件工作范圍圖；具體實(shí)施方式
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其中，標(biāo)號(hào)1表示三相無刷電機(jī)，2表示逆變器部分，3表示直流電源部分，4表示驅(qū)動(dòng)部分，5表示控制部分，6表示溫度傳感器，7表示溫度檢測部分，8表示電流傳感器，9表示電流檢測部分，10表示電壓傳感器，11表示電壓檢測部分，12表示軸位置傳感器，13表示軸位置檢測部分。
逆變器部分2具有3對開關(guān)元件Us，Xs；Vs，Ys；Ws，Zs，每個(gè)開關(guān)元件都由晶體管等構(gòu)成。這些開關(guān)元件Us-Zs根據(jù)從驅(qū)動(dòng)部分4提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被控制來導(dǎo)通和關(guān)斷，逆變器部分2將直流功率轉(zhuǎn)換為偽三相交流功率，該交流功率被輸出到電機(jī)1的線圈相Uc、Vc和Wc上。
控制部分5由微計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，執(zhí)行脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)發(fā)生處理，用于生成一個(gè)PWM信號(hào)，以根據(jù)轉(zhuǎn)速命令而達(dá)到預(yù)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，并用于輸出生成的PWM信號(hào)到驅(qū)動(dòng)部分4；還執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋處理，用于根據(jù)從軸位置檢測部分13提供的軸位置數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，并控制當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其等于對應(yīng)于轉(zhuǎn)速命令的預(yù)定電機(jī)轉(zhuǎn)速；還執(zhí)行下面將提到的工作范圍限制處理。
溫度傳感器6檢測逆變器部分2的開關(guān)元件Us-Zs的溫度。溫度檢測部分7執(zhí)行溫度檢測信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳遞到控制部分5。溫度傳感器6包括利用電熱調(diào)節(jié)器等的傳感器，位于能夠檢測到開關(guān)元件溫度的位置，如，在安裝在基板上的開關(guān)元件附近，或在開關(guān)元件封裝的表面上等。
電流傳感器8檢測從直流電源3流向逆變器部分2的電流。電流檢測部分9對電流檢測信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳遞到控制部分5。電流傳感器8由公知的傳感器利用旁路電阻等構(gòu)成，并在從直流電源3到逆變器部分2之間的功率路徑中提供。
電壓傳感器10檢測從直流電源3流向逆變器部分2的電壓。電壓檢測部分11對電壓檢測信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳遞到控制部分5。電壓傳感器由公知的傳感器利用電壓驅(qū)動(dòng)電阻等構(gòu)成，并在從直流電源3到逆變器部分2之間的功率路徑中提供。
軸位置傳感器12檢測電機(jī)1的轉(zhuǎn)子位置。軸位置檢測部分13對檢測到的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)傳遞到控制部分5。軸位置傳感器12由分解器、旋轉(zhuǎn)編碼器等構(gòu)成，并將其檢測元件耦合到電機(jī)1的轉(zhuǎn)子。同時(shí)，在電機(jī)1為不具備軸位置傳感器12的無傳感器類型電機(jī)的情況下，軸位置傳感器12可以省略，其中，提供一個(gè)傳感器用于檢測從逆變器部分2輸出到電機(jī)1的線圈相的相電流，或用于檢測相電流和相電壓，且其中根據(jù)從該傳感器提供的信號(hào)，控制部分5執(zhí)行計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速的處理。
下面將說明由該電機(jī)控制系統(tǒng)執(zhí)行的工作范圍限制處理。
圖3和圖4示出第一工作范圍限制方法，其中圖3是工作范圍限制處理的流程圖，圖4示出開關(guān)元件的工作范圍。
在圖4中，Td表示由溫度傳感器6檢測到的溫度；Ts-Tj表示預(yù)定溫度限制Ts減去計(jì)算的開關(guān)元件結(jié)溫度Tj所得的差；X1表示結(jié)溫度限制線；OR1表示在結(jié)溫度限制線X1下形成的開關(guān)元件工作范圍(圖4中的陰影部分)。結(jié)溫度限制線按照左-上方向梯度從最大溫度限制Max，如150℃，向較低溫度區(qū)延伸。
第一工作范圍限制方法的特征在于計(jì)算開關(guān)元件Us-Zs的結(jié)溫度，并進(jìn)行控制，使計(jì)算的結(jié)溫度Tj在圖4所示工作范圍OR1內(nèi)。
具體地，如圖3中的流程圖所示，當(dāng)前開關(guān)元件Us-Zs的結(jié)溫度Tj按照以下公式計(jì)算(步驟S1)Tj＝Td+(Rh×Lo)，...公式1其中，Td表示由溫度傳感器6檢測到的溫度；Rh表示溫度傳感器6與開關(guān)元件Us-Zs之間的熱阻(攝制度每瓦)；Lo表示開關(guān)元件Us-Zs中的損耗。
公式1中的熱阻Rh可以從溫度傳感器6和開關(guān)元件Us-Zs的說明書中得到。公式1中的損耗Lo是當(dāng)開關(guān)元件Us-Zs被導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的損耗Lo1與流過開關(guān)元件的電流產(chǎn)生的損耗Lo2之和(Lo＝Lo1+Lo2)。損耗Lo1可以根據(jù)以下公式計(jì)算Lo1＝Ns×f(電壓，電流)...公式2其中，Ns表示每單位時(shí)間的開關(guān)次數(shù)(或切換次數(shù))，f(電壓，電流)表示電壓和電流的函數(shù)，可以表示為f＝α(常數(shù))×電壓×函數(shù)。開關(guān)次數(shù)Ns可以根據(jù)從控制部分5提供到驅(qū)動(dòng)部分4，用于產(chǎn)生PWM信號(hào)的控制信號(hào)來確定，電流可以根據(jù)從電流檢測部分9提供給控制部分5的電流數(shù)據(jù)確定，電壓可以根據(jù)從電壓檢測部分11提供給控制部分5的電壓數(shù)據(jù)確定。
確定Lo2的方法隨開關(guān)元件是FET，還是晶體管，還是IGBT而不同。當(dāng)開關(guān)元件是FET時(shí)，Lo2可以用以下公式計(jì)算Lo2＝Rs×Is2，...公式3而當(dāng)開關(guān)元件是晶體管或IGBT時(shí)，Lo2可以用以下公式計(jì)算Lo2＝Vcesat×Is，...公式4
公式3中的符號(hào)Rs和Is分別表示開關(guān)元件Us-Zs的阻抗和流過開關(guān)元件Us-Zs的電流。電阻Rs可以根據(jù)開關(guān)元件Us-Zs的說明書事先確定，電流Is根據(jù)從電流檢測部分9提供給控制部分5的電流數(shù)據(jù)確定。在公式4中，Vcesat可以根據(jù)從電壓檢測部分11提供給控制部分5的電壓數(shù)據(jù)確定，電流Is根據(jù)從電流檢測部分9提供給控制部分5的電流數(shù)據(jù)確定。
然后，比較由圖4中的結(jié)溫度限制線X1所表示的溫度限制Ts和計(jì)算的結(jié)溫度Tj(步驟S2)。如果Tj≤Ts，則流程返回步驟S1。如果Tj＞Ts，則執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理(步驟S3)。溫度限制Ts事先根據(jù)開關(guān)元件Us-Zs的說明書確定，例如為150℃。
降低結(jié)溫度Tj的處理是通過降低公式1中的損耗Lo實(shí)現(xiàn)的，更具體地，通過減少公式2中的開關(guān)次數(shù)Ns或降低公式3和4中的電流Is實(shí)現(xiàn)，或結(jié)合這兩種方法實(shí)現(xiàn)。
開關(guān)次數(shù)Ns可以通過降低用于產(chǎn)生PWM信號(hào)的基本載波的頻率來降低，根據(jù)該P(yáng)WM信號(hào)可以獲得預(yù)定電機(jī)轉(zhuǎn)速。在如圖5A所示通過在基本載波(三角波)CW上疊加一個(gè)輸出設(shè)定信號(hào)CS來產(chǎn)生PWM信號(hào)MS的PWM方法中，開關(guān)次數(shù)Ns可以通過如圖5B所示降低基本調(diào)制波CW的頻率來降低。在該情況下，盡管基本調(diào)制波的頻率降低，但輸出信號(hào)MS的有效電壓值不變，所以可以保持電機(jī)轉(zhuǎn)速不變。
電流Is可以通過減小所產(chǎn)生的PWM信號(hào)的占空比來減小。在PWM信號(hào)如圖5A所示生成的情況下，電流Is可以通過使所產(chǎn)生的PWM信號(hào)MS的高電平部分的時(shí)間寬度變窄來降低。在該情況下，輸出信號(hào)MS的有效電壓值減小，從而電機(jī)轉(zhuǎn)速降低。
當(dāng)通過執(zhí)行結(jié)溫度Tj降低處理(步驟S4)使得滿足Tj≤Ts時(shí)，流程返回步驟S1。然后重復(fù)類似的步驟。
根據(jù)第一工作范圍限制方法，預(yù)設(shè)溫度限制Ts與計(jì)算的結(jié)溫度Tj比較，如果Tj＞Ts，則執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理，使得滿足Tj≤Ts。因此，電機(jī)1的工作范圍可以通過在開關(guān)元件Us-Zs的最大溫度限制有效地加以利用而擴(kuò)展，而不管檢測到的溫度Td為多少。
圖6和7示出第二工作范圍限制方法，其中圖6是工作范圍限制處理流程圖，圖7是開關(guān)元件的工作范圍示意圖。
在圖7中，Td表示由溫度傳感器6檢測到的溫度，Lo表示通過計(jì)算得到的開關(guān)元件損耗；X2表示損耗限制線；OR2表示在損耗限制線X2之下形成的開關(guān)元件的工作范圍(圖7中的陰影部分)。結(jié)溫度限制線X2在從最大溫度限制Max，例如150℃到較低溫度區(qū)域的范圍內(nèi)具有常值。
第二工作范圍限制方法的特征在于，計(jì)算開關(guān)元件Us-Zs的損耗Lo，并進(jìn)行控制，使得計(jì)算的損Lo在圖7所示工作范圍OR2內(nèi)。
具體而言，如圖6的流程圖所示，計(jì)算當(dāng)前開關(guān)元件Us-Zs的損耗Lo(步驟S11)。損耗Lo是當(dāng)開關(guān)元件Us-Zs被導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的損耗Lo1與流過開關(guān)元件的電流產(chǎn)生的損耗Lo2之和(Lo＝Lo1+Lo2)。Lo1可以從公式1確定，Lo2可以從公式3和4確定。
然后，比較由圖7中的結(jié)溫度限制線X2所表示的損耗限制Ls和計(jì)算的損耗Lo(步驟S12)。如果Lo≤Ls，則流程返回步驟S11。如果Lo＞Ls，則執(zhí)行降低損耗Lo的處理(步驟S13)。損耗限制Ls事先根據(jù)開關(guān)元件Us-Zs的說明書確定。
降低損耗Lo的處理是通過減少公式2中的開關(guān)次數(shù)Ns或降低公式3和4中的電流Is實(shí)現(xiàn)，或結(jié)合這兩種方法實(shí)現(xiàn)。至于降低開關(guān)次數(shù)Ns和電流Is的方法，與上述方法相同，在此省略對其解釋。
當(dāng)通過執(zhí)行損耗Lo降低處理使得滿足Lo≤Ls時(shí)，流程返回S11。隨后，重復(fù)類似的處理。
根據(jù)該第二工作范圍限制方法，預(yù)設(shè)的損耗限制與計(jì)算的損耗Lo相比較，如果Lo＞Ls，則執(zhí)行Lo降低處理，使得滿足Lo≤Ls。因此，電機(jī)1的工作范圍可以通過在開關(guān)元件Us-Zs的最大溫度限制有效地加以利用而擴(kuò)展，而不管檢測到的溫度Td為多少。
圖8和圖9示出第三工作范圍限制方法，其中，圖8是工作范圍限制處理流程圖，圖9是開關(guān)元件的工作范圍示意圖。
圖9中，Td表示由溫度傳感器6檢測到的溫度；Ts-Tj表示預(yù)定溫度限制Ts減去計(jì)算的開關(guān)元件結(jié)溫度Tj所得的差；Lo表示通過計(jì)算得到的開關(guān)元件損耗；X1表示結(jié)溫度限制線；X2表示損耗限制線；OR3表示在結(jié)溫度限制線X1和損耗限制線X2之下形成的開關(guān)元件的工作范圍(圖9中的陰影部分)。結(jié)溫度限制線X1按照左-上方向梯度從最大溫度限制Max，如150℃，向較低溫度區(qū)延伸。損耗限制線X2在最大溫度限制Max，例如150℃，到較低溫度區(qū)域內(nèi)，是一個(gè)常值。
第三工作范圍限制方法的特征在于，當(dāng)溫度傳感器6檢測到的溫度Td在最大溫度限制Max與預(yù)定溫度T1之間時(shí)，計(jì)算開關(guān)元件Us-Zs的結(jié)溫度Tj，并進(jìn)行控制，使得計(jì)算的溫度Tj在圖9所示工作范圍OR3中T1的右側(cè)。當(dāng)溫度傳感器6檢測到的溫度Td等于或低于預(yù)定溫度T1時(shí)，計(jì)算開關(guān)元件Us-Zs的損耗Lo，并將計(jì)算的損耗Lo控制在圖9所示工作范圍OR3中T1的左側(cè)。
具體而言，如圖8中的流程圖所示，溫度傳感器6檢測到的溫度Td與預(yù)定溫度T1比較(步驟S21)。當(dāng)Td＞T1時(shí)，流程前進(jìn)到步驟S22。當(dāng)Td≤T1時(shí)，流程前進(jìn)到步驟S26。
如果Td＞T1，則根據(jù)公式1計(jì)算當(dāng)前開關(guān)元件Us-Zs的結(jié)溫度(步驟S22)。公式1中的損耗Lo為當(dāng)開關(guān)元件Us-Zs被導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的損耗Lo1與流過開關(guān)元件的電流產(chǎn)生的損耗Lo2之和(Lo＝Lo1+Lo2)。Lo1可以從公式1確定，Lo2可以從公式3和4確定。
然后，比較由圖9中的結(jié)溫度限制線X1描述的溫度限制Ts和通過計(jì)算獲得的結(jié)溫度Tj。如果Tj≤Ts，則流程返回到步驟S21。如果Tj＞Ts，則執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理(步驟S24)。溫度限制Ts根據(jù)開關(guān)元件Us-Zs的說明書事先確定，例如，是150℃。
降低結(jié)溫度Tj的處理是通過降低公式1中的損耗Lo實(shí)現(xiàn)的，更具體地，通過減少公式2中的開關(guān)次數(shù)Ns或降低公式3和4中的電流Is實(shí)現(xiàn)，或結(jié)合這兩種方法實(shí)現(xiàn)。至于降低開關(guān)次數(shù)Ns和電流Is的方法，與上述方法相同，在此省略對其解釋。
當(dāng)通過執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理使得Tj≤Ts時(shí)(步驟S25)，流程返回步驟S21。然后重復(fù)類似的處理。
另一方面，如果在步驟S21判斷出Td≤T1，則計(jì)算當(dāng)前開關(guān)元件Us-Zs的損耗Lo(步驟S26)。損耗Lo為當(dāng)開關(guān)元件Us-Zs被導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的損耗Lo1與流過開關(guān)元件的電流產(chǎn)生的損耗Lo2之和(Lo＝Lo1+Lo2)。Lo1可以從公式1確定，Lo2可以從公式3和4確定。
然后，比較由圖9中的損耗限制線X2所指示的損耗限制Ls與通過計(jì)算獲得的損耗Lo(步驟S27)。如果Lo≤Ls，則流程返回步驟S21。如果Lo＞Ls，則執(zhí)行降低損耗Lo的處理(步驟S28)。損耗限制事先根據(jù)開關(guān)元件Us-Zs的說明書確定。
降低損耗Lo的處理是通過減少公式2中的開關(guān)次數(shù)Ns或降低公式3和4中的電流Is實(shí)現(xiàn)，或結(jié)合這兩種方法實(shí)現(xiàn)。至于降低開關(guān)次數(shù)Ns和電流Is的方法，與上述方法相同，在此省略對其解釋。
當(dāng)通過執(zhí)行損耗使得滿足Lo≤Ls時(shí)(步驟S29)，流程返回到步驟S21。隨后重復(fù)類似的程序。
根據(jù)該第三工作范圍限制方法，當(dāng)溫度傳感器6檢測到的溫度Td高于預(yù)定溫度T1，且等于或低于開關(guān)元件Us-Zs的最大溫度限制Max時(shí)，預(yù)設(shè)的溫度限制Ts與計(jì)算的溫度Tj相互比較，如果Tj＞Ts，則執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理，使得滿足Tj≤Ts。另一方面，當(dāng)溫度傳感器6檢測到的溫度Td等于或低于預(yù)定溫度T1時(shí)，預(yù)設(shè)的損耗限制Ls與計(jì)算的損耗Lo相互比較，如果Lo＞Ls，則執(zhí)行降低損耗Lo的處理，使得滿足Lo≤Ls。因此，電機(jī)1的工作范圍可以通過在開關(guān)元件Us-Zs的最大溫度限制有效地加以利用而擴(kuò)展，而不管檢測到的溫度Td為多少。
圖10和11示出第四工作范圍限制方法，其中，圖10是工作范圍限制處理流程圖，圖11是開關(guān)元件的工作范圍示意圖。
在圖11中，Td表示溫度傳感器6檢測到的溫度；Ts-Tj表示預(yù)定溫度限制Ts減去計(jì)算的開關(guān)元件結(jié)溫度Tj所得的差；Lo表示通過計(jì)算得到的開關(guān)元件損耗；X1表示結(jié)溫度限制線；X2表示損耗限制線；OR4表示在結(jié)溫度限制線X1和損耗限制線X2之下形成的開關(guān)元件的工作范圍(圖11中的陰影部分)。結(jié)溫度限制線X1按照左-上方向梯度從最大溫度限制Max，如150℃，向較低溫度區(qū)延伸。損耗限制線X2在最大溫度限制Max，例如150℃，到較低溫度區(qū)域內(nèi)，是一個(gè)常值。這些限制線X1和X2在低于最大溫度限制Max的預(yù)定溫度例如25℃相交。
第四工作范圍限制方法的特征在于，計(jì)算開關(guān)元件Us-Zs的損耗Lo，如果Lo＞Ls，則執(zhí)行控制，使得計(jì)算的損耗Lo在圖11所示的工作范圍OR4內(nèi)。如果Lo≤Ls，則計(jì)算開關(guān)元件Us-Zs的結(jié)溫度Tj，并執(zhí)行控制，使得結(jié)溫度Tj在圖11所示的工作范圍OR4內(nèi)。
更具體地，如圖10的流程圖所示，計(jì)算當(dāng)前開關(guān)元件Us-Zs的損耗Lo(步驟S31)。損耗Lo是當(dāng)開關(guān)元件Us-Zs被導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的損耗Lo1與流過開關(guān)元件的電流產(chǎn)生的損耗Lo2之和(Lo＝Lo1+Lo2)。Lo1可以從公式1確定，Lo2可以從公式3和4確定。
然后，比較由圖11中的損耗限制線X2所表示的損耗限制Ls和計(jì)算的損耗Lo(步驟S32)。如果Lo≤Ls，則流程返回步驟S31。如果Lo＞Ls，則執(zhí)行降低損耗Lo的處理(步驟S33)。損耗限制Ls事先根據(jù)開關(guān)元件Us-Zs的說明書確定。
降低損耗Lo的處理是通過減少公式2中的開關(guān)次數(shù)Ns或降低公式3或4中的電流Is實(shí)現(xiàn)，或結(jié)合這兩種方法實(shí)現(xiàn)。至于降低開關(guān)次數(shù)Ns和電流Is的方法，與上述方法相同，在此省略對其解釋。
當(dāng)通過執(zhí)行損耗Lo降低處理使得滿足Lo≤Ls時(shí)(步驟S34)，或當(dāng)在步驟S32判斷出Lo≤Ls時(shí)，根據(jù)公式1計(jì)算當(dāng)前開關(guān)元件Us-Zs的損耗Lo(步驟S35)。損耗Lo是當(dāng)開關(guān)元件Us-Zs被導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的損耗Lo1與流過開關(guān)元件的電流產(chǎn)生的損耗Lo2之和(Lo＝Lo1+Lo2)。Lo1可以從公式1確定，Lo2可以從公式3和4確定。
然后，比較由圖11中的結(jié)溫度限制線X1描述的溫度限制Ts和通過計(jì)算獲得的結(jié)溫度Tj(步驟S36)。如果Tj≤Ts，則流程返回到步驟S31。如果Tj＞Ts，則執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理(步驟S37)。溫度限制Ts根據(jù)開關(guān)元件Us-Zs的說明書事先確定，例如，是150℃。
降低結(jié)溫度Tj的處理是通過降低公式1中的損耗Lo實(shí)現(xiàn)的，更具體地，通過減少公式2中的開關(guān)次數(shù)Ns或降低公式3和4中的電流Is實(shí)現(xiàn)，或結(jié)合這兩種方法實(shí)現(xiàn)。至于降低開關(guān)次數(shù)Ns和電流Is的方法，與上述方法相同，在此省略對其解釋。
當(dāng)通過執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理使得Tj≤Ts時(shí)(步驟S38)，流程返回步驟S31。然后重復(fù)類似的處理。
根據(jù)該第四工作范圍限制方法，對計(jì)算的損耗Lo和預(yù)設(shè)損耗限制Ls進(jìn)行比較，當(dāng)Lo＞Ls，則執(zhí)行降低損耗Lo的處理，使得滿足Lo≤Ls。如果通過比較判斷出Lo≤Ls或通過執(zhí)行降低損耗Lo的處理，使得Lo≤Ls，則將預(yù)設(shè)的溫度限制Ts與計(jì)算的溫度Tj相互比較，如果Tj＞Ts，則執(zhí)行降低結(jié)溫度Tj的處理，使得滿足Tj≤Ts。因此，電機(jī)1的工作范圍可以通過在開關(guān)元件Us-Zs的最大溫度限制有效地加以利用而擴(kuò)展，而不管檢測到的溫度Td為多少。
在上述說明中，通過舉例的方式描述了通過逆變器部分2驅(qū)動(dòng)三項(xiàng)無刷電機(jī)1的情況。除了無刷電機(jī)外，上述工作范圍限制方法還可以應(yīng)用于包括用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的逆變器的電機(jī)控制系統(tǒng)，如磁阻電機(jī)或感應(yīng)電機(jī)，并能獲得類似于以上所述的功能和優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)控制系統(tǒng)，用于利用電功率轉(zhuǎn)換器如三項(xiàng)逆變器等通過脈寬調(diào)制控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，包括損耗計(jì)算裝置，用于計(jì)算所述電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的損耗；和損耗減小裝置，用于比較由損耗計(jì)算裝置計(jì)算得到的損耗和預(yù)設(shè)的損耗限制，并且當(dāng)損耗超過所述損耗限制時(shí)，執(zhí)行損耗減小處理，使得損耗等于或小于所述損耗限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述損耗減小裝置通過減少單位時(shí)間內(nèi)所述開關(guān)的開關(guān)次數(shù)的方法和降低流過所述開關(guān)元件的電流的方法中的至少一種方法執(zhí)行損耗減小處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)是通過降低用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)的基本載波頻率來減少的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述電流是通過減小脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來降低的。
全文摘要
一種電機(jī)控制系統(tǒng)包括一個(gè)控制部分，該控制部分執(zhí)行操作范圍限制處理，其中計(jì)算電功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的結(jié)溫度，并將該結(jié)溫度與預(yù)設(shè)溫度限制相比較，當(dāng)結(jié)溫度超過溫度限制時(shí)，執(zhí)行結(jié)溫度降低處理，使得結(jié)溫度等于或低于所述溫度限制，從而開關(guān)元件實(shí)際上可以在其最大溫度限制使用，而與溫度傳感器檢測到的溫度無關(guān)，從而擴(kuò)大電機(jī)的工作范圍。
文檔編號(hào)H02H7/122GK1741365SQ20051009249
公開日2006年3月1日 申請日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者廣野大輔 申請人:三電有限公司