本發(fā)明涉及具有多個繞線組的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置和控制方法、以及包括交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置的電動助力轉(zhuǎn)向裝置。

背景技術(shù)：

以往，已知在具有多個繞線組的交流旋轉(zhuǎn)電機中，在繞線組間存在互感的情況下，各繞線組的電流分別對其它的繞線組的電流產(chǎn)生影響，因此，電流、電壓及轉(zhuǎn)矩容易呈振蕩性。

因此，已知有一種交流電動機控制裝置，其包括多個逆變器，通過控制各逆變器的平均電流及電流差，來對多個繞線組的互感所產(chǎn)生的干擾進行抑制(無干擾化)(例如，參照專利文獻1)。

具體而言，在該交流電動機控制裝置中，在旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系，基于各逆變器的輸出電流的平均值(平均電流)和平均電流指令的偏差來求出平均電壓指令，基于各逆變器的輸出電流之差(電流差)和電流差指令的偏差來求出電壓差指令，并且，將平均電壓指令及電壓差指令恢復(fù)成各繞線組的電壓指令并輸出，從而降低不平衡電流。

此外，還已知有一種3相旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置，其包括多個逆變器，根據(jù)參考頻率來控制各逆變器的電流和與電流差的控制增益比，從而在某系統(tǒng)產(chǎn)生故障而沒有電流流過的情況下，防止過電流流過正常系統(tǒng)(例如參照專利文獻2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第2614788號公報

專利文獻2：日本專利特開2013-230019號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

然而，在現(xiàn)有技術(shù)中存在如下問題。

專利文獻1所記載的交流電動機控制裝置中，通過控制各逆變器的平均電流及電流差，來實現(xiàn)無干擾化。另外，若多個繞線組的各因素完全相同，則用于輸出相等電流的電壓指令也相等，但實際上，由于制造偏差等，在繞線組間各因素存在差異。

此處，在頻繁發(fā)生電壓飽和的高負載、高旋轉(zhuǎn)的區(qū)域中，用于輸出相等電流的電壓指令差變大。在電壓指令差較大的情況下，通過反饋電流差而得到的電壓差指令矢量變大。與此相對，可輸出的電壓指令存在由電源電壓所引起的限制，因此，電壓指令矢量被限定于飽和電壓內(nèi)可呈現(xiàn)的矢量。即，即使電壓差指令矢量是具有2軸的自由度的矢量，也形成投影到飽和電壓圓上的形態(tài)從而方向改變。

此外，在進行控制使得電流差成為目標(biāo)值的情況下，由于各因素的差異，在一個組中，到飽和電壓為止都無法使用。因此，可使用至飽和電壓為止的地方受到各因素差異的限定，從而輸出轉(zhuǎn)矩下降。

另外，即使為了能降低轉(zhuǎn)矩脈動而對輸出電流設(shè)置相位差，由于一個組飽和，而另一個組不飽和，因此，也無法獲得相位差所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動的抵消效果。例如，在使用于電動助力轉(zhuǎn)向裝置的情況下，可能會導(dǎo)致在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中傳播的噪音增大、經(jīng)由方向盤后的感受變差。

此外，在一般使用的比例積分控制的情況下，若僅利用飽和電壓圓施加限制，則電流差的控制積分項變成所需以上的較大值。此時，在該狀態(tài)繼續(xù)使得控制變得不穩(wěn)定的情況下，產(chǎn)生較大振動、振蕩等現(xiàn)象。例如，在使用于電動助力轉(zhuǎn)向裝置的情況下，電壓飽和時即為用戶要求較大轉(zhuǎn)矩時，若在這種狀態(tài)下產(chǎn)生較大振動、振蕩，則存在無法正常轉(zhuǎn)向的問題。

此外，專利文獻2所記載的3相旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中，根據(jù)參考頻率來控制各逆變器的電流和與電流差之間的控制增益比，從而防止在正常系統(tǒng)中有過電流流過。此處，在專利文獻2的裝置中，對于因各因素差異而減少的正常時的輸出轉(zhuǎn)矩沒有采取任何對策。此外，在使電流差的增益下降的情況下，在各繞線組中電流脈動變大。

另外，在電流指令較大的情況和較小的情況下，電壓飽和的轉(zhuǎn)速不同，因此，若根據(jù)轉(zhuǎn)速來使電流差的增益下降，則在未飽和的情況下，電流差的增益變低，因此，在低輸出且高旋轉(zhuǎn)的區(qū)域，電流脈動變大。例如，在使用于電動助力轉(zhuǎn)向裝置的情況下，可能會導(dǎo)致在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中傳播的噪音增大、經(jīng)由方向盤后的感受變差。

本發(fā)明為了解決上述問題而完成，其目的在于獲得即使在繞線組間存在各因素差異的情況下，也能在各繞線組中使用電壓指令直至飽和電壓為止的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置及控制方法。

解決技術(shù)問題的技術(shù)方案

本發(fā)明所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置控制具有第1繞線組和第2繞線組的交流旋轉(zhuǎn)電機，其包括：電流檢測部，該電流檢測部分別檢測在第1繞線組中流過的電流及在第2繞線組中流過的電流；電壓和運算部，該電壓和運算部基于第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之和即電流和、及交流旋轉(zhuǎn)電機的電流指令，計算旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的電壓和；電壓差運算部，該電壓差運算部基于第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之差即電流差，計算旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的電壓差；第1電壓運算部，該第1電壓運算部基于電壓和與電壓差之和，計算第1繞線組的電壓指令；第2電壓運算部，該第2電壓運算部基于電壓和與電壓差之差，計算第2繞線組的電壓指令；以及電壓飽和判定部，該電壓飽和判定部基于第1繞線組及第2繞線組的電壓及電流中的至少一方，判定第1繞線組或第2繞線組中電壓是否飽和，并且在判定為第1繞線組或第2繞線組中電壓飽和的情況下，生成電壓飽和判定信號以用于降低旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的至少一方的軸方向分量的增益。

本發(fā)明所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制方法控制具有第1繞線組和第2繞線組的交流旋轉(zhuǎn)電機，其具有：電流檢測步驟，該電流檢測步驟中，分別檢測在第1繞線組中流過的電流及在第2繞線組中流過的電流；電壓和運算步驟，該電壓和運算步驟中，基于第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之和即電流和、及交流旋轉(zhuǎn)電機的電流指令，計算旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的電壓和；電壓差運算步驟，該電壓差運算步驟中，基于第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之差即電流差，計算旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的電壓差；第1電壓運算步驟，該第1電壓運算步驟中，基于電壓和與電壓差之和，計算第1繞線組的電壓指令；第2電壓運算步驟，該第2電壓運算步驟中，基于電壓和與電壓差之差，計算第2繞線組的電壓指令；以及電壓飽和判定步驟，該電壓飽和判定步驟中，基于第1繞線組及第2繞線組的電壓及電流中的至少一方，判定第1繞線組或第2繞線組中電壓是否飽和，并且在判定為第1繞線組或第2繞線組中電壓飽和的情況下，生成電壓飽和判定信號以用于降低旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的至少一方的軸方向分量的增益。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置及控制方法，電壓飽和判定部基于第1繞線組及第2繞線組的電壓及電流中的至少一方，判定第1繞線組或第2繞線組中電壓是否飽和，并且在判定為第1繞線組或第2繞線組中電壓飽和的情況下，生成電壓飽和判定信號以用于降低旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的至少一方的軸方向分量的增益。

因此，所獲得的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置及控制方法即使在繞線組間存在各因素差的情況下，也能在各繞線組中使用電壓指令直至飽和電壓為止的。

附圖說明

圖1是將本發(fā)明的實施方式1所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置與交流旋轉(zhuǎn)電機一起示出的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是表示以往的交流電動機控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。

圖3是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的電壓飽和判定部的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的電壓飽和判定部的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是表示本發(fā)明的實施方式4所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的電壓飽和判定部的結(jié)構(gòu)圖。

圖7是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中第1繞線組的電壓矢量所能取的范圍的說明圖。

圖8是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中第1繞線組的電壓矢量所能取的范圍的其它說明圖。

圖9(a)、(b)是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中相位彼此不同的2個繞線組的電壓矢量的說明圖。

圖10是舉例示出本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中將第1繞線組和第2繞線組的相位差設(shè)為30°時的電流及轉(zhuǎn)矩的說明圖。

圖11是舉例示出本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中將第1繞線組和第2繞線組的相位差設(shè)為22.5°時的電流及轉(zhuǎn)矩的說明圖。

圖12是表示本發(fā)明的實施方式6所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。

圖13是表示本發(fā)明的實施方式7所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。

具體實施方式

下面，利用附圖，對本發(fā)明所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置和控制方法、以及電動助力轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)選實施方式進行說明，但對于各圖中的相同或相應(yīng)的部分附加相同標(biāo)號來進行說明。

實施方式1

圖1是將本發(fā)明的實施方式1所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置與交流旋轉(zhuǎn)電機一起示出的結(jié)構(gòu)圖。

另外，在本實施方式中，作為交流旋轉(zhuǎn)電機1，舉出具有2個繞線組的永磁體型同步旋轉(zhuǎn)電機為例進行說明，但并不限于此，即使是具有2個以上的繞線組的永磁體型同步旋轉(zhuǎn)電機、勵磁繞組型同步旋轉(zhuǎn)電機，也可適用本發(fā)明。

此外，圖1中，該交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置包括位置檢測部2、第1電流檢測部3、第2電流檢測部4、電壓飽和判定部5、第1電壓運算部6、第2電壓運算部7、第1電壓施加部8及第2電壓施加部9。

位置檢測部2利用霍爾元件、旋轉(zhuǎn)變壓器、編碼器等位置檢測器，檢測交流旋轉(zhuǎn)電機1的旋轉(zhuǎn)位置θ。另外，也可以不設(shè)置位置檢測部2，而基于由第1電流檢測部3及第2電流檢測部4分別檢測出的第1繞線組的電流及第2繞線組的電流等，來推定交流旋轉(zhuǎn)電機1的旋轉(zhuǎn)位置θ。

第1電流檢測部3利用分流電阻、霍爾元件等電流檢測器，檢測在交流旋轉(zhuǎn)電機1的第1繞線組U1、V1、W1中流過的電流i1u、i1v、i1w。第2電流檢測部4利用分流電阻、霍爾元件等電流檢測器，檢測在交流旋轉(zhuǎn)電機1的第2繞線組U2、V2、W2中流過的電流i2u、i2v、i2w。電壓飽和判定部5利用電壓或電流，生成表示第1繞線組或第2繞線組中電壓是否飽和的電壓飽和判定信號vsat＿flg。

第1電壓運算部6基于電流指令id＊、iq＊、電流差指令Δid＊、Δiq＊、由第1電流檢測部3檢測出的第1繞線組的電流i1u、i1v、i1w、由第2電流檢測部4檢測出的第2繞線組的電流i2u、i2v、i2w以及由電壓飽和判定部5生成的電壓飽和判定信號vsat＿flg，計算第1繞線組的電壓指令v1u＊、v1v＊、v1w＊。

第2電壓運算部7基于電流指令id＊、iq＊、電流差指令Δid＊、Δiq＊、由第1電流檢測部3檢測出的第1繞線組的電流i1u、i1v、i1w、由第2電流檢測部4檢測出的第2繞線組的電流i2u、i2v、i2w以及由電壓飽和判定部5生成的電壓飽和判定信號vsat＿flg，計算第2繞線組的電壓指令v2u＊、v2v＊、v2w＊。

第1電力施加部8利用逆變器、矩陣轉(zhuǎn)換器等功率轉(zhuǎn)換器，通過PWM、PAM等已有技術(shù)對第1繞線組的電壓指令v1u＊、v1v＊、v1w＊進行調(diào)制處理，從而對交流旋轉(zhuǎn)電機1的第1繞線組U1、V1、W1施加電壓。

第2電力施加部9利用逆變器、矩陣轉(zhuǎn)換器等功率轉(zhuǎn)換器，通過PWM、PAM等已有技術(shù)對第2繞線組的電壓指令v2u＊、v2v＊、v2w＊進行調(diào)制處理，從而對交流旋轉(zhuǎn)電機1的第2繞線組U2、V2、W2施加電壓。

接著，對第1電壓運算部6及第2電壓運算部7的詳細結(jié)構(gòu)及功能進行說明。第1電壓運算部6具有第1dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器10、第2dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器11、第1三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器20、電流差運算器211、由減法器212及電流差控制器213構(gòu)成的電壓差運算部214、電流和運算器311、由減法器312及電流和控制器313構(gòu)成的電壓和運算部314、以及加法器401。第2電壓運算部7具有第1dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器10、第2dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器11、第2三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器21、電流差運算器211、由減法器212及電流差控制器213構(gòu)成的電壓差運算部214、電流和運算器311、由減法器312及電流和控制器313構(gòu)成的電壓和運算部314、以及減法器402。

第1dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器10基于由第1電流檢測部3檢測出的第1繞線組的電流i1u、i1v、i1w和由位置檢測部2檢測出的旋轉(zhuǎn)位置θ，計算旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的電流i1d、i1q。

第2dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器11基于由第2電流檢測部4檢測出的第2繞線組的電流i2u、i2v、i2w和由位置檢測部2檢測出的旋轉(zhuǎn)位置θ，計算旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的電流i2d、i2q。

電流差運算器211計算第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之差即電流差。具體而言，電流差運算器211從由第1dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器10計算出的第1繞線組的電流i1d、i1q分別減去由第2dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器11計算出的第2繞線組的電流i2d、i2q，計算第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之差即電流差id＿dif、iq＿dif。

減法器212從電流差指令Δid＊、Δiq＊分別減去由電流差運算器211計算出的電流差id＿dif、iq＿dif，從而計算出偏差did＿dif、diq＿dif。另外，在本實施方式中，說明將電流差指令Δid＊、Δiq＊設(shè)定為0的情況，但也可設(shè)為0以外的設(shè)定值。

電流控制器213為了使得由減法器212計算出的偏差did＿dif、diq＿dif均與0一致，以由電壓飽和判定信號vsat＿flg決定的控制增益進行比例積分控制或比例控制，計算旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的電壓差vd＿dif＊、vq＿dif＊。

即，電壓差運算部214基于第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之差即電流差id＿dif、iq＿dif、電流差指令Δid＊、Δiq＊及電壓飽和判定信號vsat＿flg，計算旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的電壓差vd＿dif＊、vq＿dif＊。

電流和運算器311計算第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之和即電流和。具體而言，電流和運算器311將由第1dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器10計算出的第1繞線組的電流i1d、i1q和由第2dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器11計算出的第2繞線組的電流i2d、i2q分別相加，計算第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之和即電流和id＿sum、iq＿sum。

減法器312從電流指令id＊、iq＊的K2倍值分別減去由電流和運算器311所計算出的電流和id＿sum、iq＿sum，以計算偏差did＿sum、diq＿sum。這里，此處將K2設(shè)定為2(常數(shù))。

電流控制器313為了使得由減法器312計算出的偏差did＿sum、diq＿sum均與0一致，以由電壓飽和判定信號vsat＿flg決定的控制增益進行比例積分控制或比例控制，計算旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的電壓和vd＿sum＊、vq＿sum＊。

即，電壓和運算部314基于第1繞線組的電流與第2繞線組的電流之和即電流和id＿sum、iq＿sum、電流指令id＊、iq＊及電壓飽和判定信號vsat＿flg，計算旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的電壓和vd＿sum＊、vq＿sum＊。

加法器401將由電流控制器313計算出的電壓和vd＿sum＊和由電流控制器213計算出的電壓差vd＿dif＊相加后乘以K倍，由此計算第1繞線組的d軸電壓指令v1d’＊，來作為旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的d軸分量，并且，將由電流控制器313計算出的電壓和vq＿sum＊和由電流控制器213計算出的電壓差vq＿dif＊相加后乘以K倍，由此計算第1繞線組的q軸電壓指令v1q’＊，來作為q軸分量。另外，此處將K設(shè)定為0.5(常數(shù))。

減法器402從由電流控制器313計算出的電壓和vd＿sum＊減去由電流控制器213計算出的電壓差vd＿dif＊后乘以K倍，由此計算第2繞線組的d軸電壓指令v2d’＊，來作為旋轉(zhuǎn)2軸(d-q軸)上的d軸分量，并且，從由電流控制器313計算出的電壓和vq＿sum＊減去由電流控制器213計算出的電壓差vq＿dif＊后乘以K倍，由此計算第2繞線組的q軸電壓指令v2q’＊，來作為q軸分量。

另外，此處，說明了將K2設(shè)定為2、將K設(shè)定為0.5的情況，但也可在計算過程中乘以系數(shù)，得到平均電壓，而非電壓和。

第1三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器20基于由加法器401計算出的旋轉(zhuǎn)2軸上的電壓指令v1d’＊、v1q’＊，計算第1繞線組的電壓指令v1u＊、v1v＊、v1w＊。第2三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器21基于由減法器402計算出的旋轉(zhuǎn)2軸上的電壓指令v2d’＊、v2q’＊，計算第2繞線組的電壓指令v2u＊、v2v＊、v2w＊。

以下，對上述結(jié)構(gòu)的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的電壓矢量進行說明。首先，在將第1繞線組的d軸電壓設(shè)為v1d，q軸電壓設(shè)為v1q，第2繞線組的d軸電壓設(shè)為v2d，q軸電壓設(shè)為v2q時，交流旋轉(zhuǎn)電機1中的電壓與電流的關(guān)系式由下式(1)表示。

[數(shù)學(xué)式1]

式(1)中，s表示拉普拉斯變換的微分算子，R為電阻，ω為電氣角速度，φ為磁通，Ld為d軸自感，Lq為q軸自感，Md為d軸互感，Mq為q軸互感。

此外，通過對式(1)進行變形，得到下式(2)及下式(3)。

[數(shù)學(xué)式2]

[數(shù)學(xué)式3]

此外，1重3相時的電壓方程式由下式(4)表示。

[數(shù)學(xué)式4]

此處，若將式(2)和式(4)進行比較，則通過將式(4)的Ld置換成Ld+Md，將Lq置換成Lq+Mq，將感應(yīng)電壓項設(shè)為2倍，從而與式(2)等效。同樣，若將式(3)和式(4)進行比較，則通過將式(4)的Ld置換成Ld-Md，將Lq置換成Lq-Mq，將感應(yīng)電壓項設(shè)為0，從而與式(3)等效。另外，在專利文獻1中，通過利用式(2)的電壓和及式(3)的電壓差來進行控制，從而將式(1)無干擾化。

此外，如下式(5)那樣，根據(jù)飽和電壓Vmax1及Vmax2來限制d軸電壓及q軸電壓。

[數(shù)學(xué)式5]

即，第1繞線組中，由加法器401計算出的旋轉(zhuǎn)2軸上的電壓指令v1d’＊、v1q’＊在實際的輸出電壓下，如式(5)所示，由飽和電壓Vmax1所限制。此外，第2繞線組中，由減法器402計算出的旋轉(zhuǎn)2軸上的電壓指令v2d’＊、v2q’＊在實際的輸出電壓下，如式(5)所示，由飽和電壓Vmax2所限制。

另外，在式(1)中，第1繞線組及第2繞線組的R、φ、Ld、Lq、Md、Mq設(shè)為相等的值，但實際上，上述各因素因制造偏差等原因而在第1繞線組和第2繞線組中不同。以下，說明第1繞線組和第2繞線組中僅R不同、而提供給第1繞線組及第2繞線組的電壓相等的情況。

此外，為了簡化說明，設(shè)Vmax1＝Vmax2來進行說明，但在Vmax1≠Vmax2的情況下也同樣。此外，此處說明僅R不同的情況，但在磁通、電感在第1繞線組和第2繞線組中不同的情況下也同樣。

在設(shè)第1繞線組的電阻為R1，第2繞線組的電阻為R2的情況下，若考慮正常時，則式(1)中，忽略微分項，由下式(6)來表示。

[數(shù)學(xué)式6]

此處，電流差指令Δid＊、Δiq＊為0，第1繞線組及第2繞線組均可正?？刂频那闆r下，可將式(6)變形為下式(7)那樣。

[數(shù)學(xué)式7]

此時，電壓和及電壓差由下式(8)來表示。

[數(shù)學(xué)式8]

此外，如式(8)那樣，若控制成使得第1繞線組和第2繞線組中成為相同電流值，則在沒有各因素差異的理想狀態(tài)下，下式(9)成立。

[數(shù)學(xué)式9]

然而，由于兩繞線組間的各因素差異(R1≠R2)，在第1繞線組和第2繞線組中，得到不同的電壓矢量。因此，例如，即使在第1繞線組中使用至飽和電壓為止的情況下，在第2繞線組中，也會由于各因素差的影響而僅能使用至低于飽和電壓的電壓。

此處，如專利文獻1那樣，在控制成使得第1繞線組與第2繞線組的電流指令之差成為電流差指令的情況下，各繞線組的電壓矢量如圖2那樣。圖2是表示以往的交流電動機控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。

圖2中，矢量600a表示對通過比例積分控制等得到的電壓和矢量取1/2倍后的平均電壓矢量，矢量601a表示對通過比例積分控制等得到的電壓差矢量取1/2倍后的電壓矢量，矢量602a表示第1繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量，矢量603a表示第2繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量。

此時，實際上，由于利用電壓飽和圓620來限制電壓，因此，第1繞線組中，成為將電壓矢量602a縮短后的電壓矢量612a，第2繞線組中，成為將電壓矢量603a縮短后的電壓矢量613a。在此情況下，設(shè)定成電壓矢量612a可最大限度地使用電壓飽和圓620，但電壓矢量613a到電壓飽和圓620為止還有余量。

因此，在由于第1繞線組及第2繞線組的各因素差的影響，一方的繞線組中電壓飽和的情況下，另一方的繞線組中無法使用至飽和電壓，輸出轉(zhuǎn)矩下降。另外，此處，簡單起見，將兩繞線組的電壓飽和圓設(shè)為同一圓來進行說明，但即使在兩繞線組的電壓飽和圓的大小不同的情況下也同樣。

此外，如專利文獻2那樣，在根據(jù)轉(zhuǎn)速使電流差的增益下降的情況下，在例如低輸出且高旋轉(zhuǎn)等電壓未飽和的區(qū)域，電流脈動變大，在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中傳播的噪音增大。

與此相對，在本實施方式中，在電壓未飽和的區(qū)域，不降低電流差的增益，在追求更大的輸出轉(zhuǎn)矩的電壓飽和區(qū)域，通過降低電流差在旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的d軸分量的增益，來使輸出轉(zhuǎn)矩最大化。

圖3是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。圖3中，矢量600b表示對通過比例積分控制等得到的電壓和矢量取1/2倍后的平均電壓矢量，矢量601b表示對通過比例積分控制等得到的電壓差矢量取1/2倍后的電壓矢量，矢量602b表示第1繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量，矢量603b表示第2繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量。

此時，實際上，由于利用電壓飽和圓620來限制電壓，因此，第1繞線組中，成為將電壓矢量602b縮短后的電壓矢量612b，第2繞線組中，成為將電壓矢量603b縮短后的電壓矢量613b。

此處，與使得電壓差的d軸分量具有自由度對應(yīng)，電壓矢量612b及電壓矢量613b均可最大限度地使用電壓飽和圓620。因此，即使在由于第1繞線組及第2繞線組的各因素差的影響，一方的繞線組中電壓飽和的情況下，在兩繞線組中也仍然能夠使用至飽和電壓，因此可提高輸出轉(zhuǎn)矩。

如以上那樣，根據(jù)實施方式1，電壓飽和判定部基于第1繞線組及第2繞線組的電壓及電流中的至少一方，判定第1繞線組或第2繞線組中電壓是否飽和，并且在判定為第1繞線組或第2繞線組中電壓飽和的情況下，生成電壓飽和判定信號，以用于降低旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系的至少一方的軸方向分量的增益。

因此，可獲得即使在繞線組間存在各因素差的情況下，也能在各繞線組中將電壓指令使用至飽和電壓為止的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置及控制方法。

實施方式2

上述實施方式1中，說明了電壓飽和判定部5僅利用電壓或電流，生成表示第1繞線組或第2繞線組中電壓是否飽和的電壓飽和判定信號vsat＿flg。

在本發(fā)明的實施方式2中，說明利用圖4所示的電壓飽和判定部5a來判定電壓飽和的情況。圖4是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的電壓飽和判定部5a的結(jié)構(gòu)圖。

首先，考慮到第1繞線組及第2繞線組的電壓差相對于各自的電壓而言足夠小，從而通過對上述式(5)進行變形，可得到下式(10)。

[數(shù)學(xué)式10]

此時，在式(10)中，若考慮可如電壓指令那樣輸出，則式(10)可改寫為下式(11)那樣。

[數(shù)學(xué)式11]

此處，電壓飽和判定部5a在例如式(11)的右邊為左邊以上的情況下，將電壓飽和判定信號vsat＿flg接通，在其它情況下，將電壓飽和判定信號vsat＿flg關(guān)斷。也可在接通判定閾值與關(guān)斷判定閾值之間設(shè)置滯后，使得電壓飽和判定信號vsat＿flg不會振蕩(hunting)。

但是，在計算電壓和vd＿sum＊、vq＿sum＊時，需要使用電壓飽和判定信號vsat＿flg，因此，也可以使用電壓和vd＿sum＊、vq＿sum＊的上次值來生成電壓飽和判定信號vsat＿flg。

如此，電壓飽和判定部5a基于電壓和來生成電壓飽和判定信號vsat＿flg，從而可在不確認各繞線組的電壓飽和狀況的情況下執(zhí)行簡易的電壓飽和判定。

實施方式3

上述實施方式2中，電壓飽和判定部5a基于電壓和來簡單執(zhí)行電壓飽和判定，但在本發(fā)明的實施方式3中，說明利用圖5所示的電壓飽和判定部5b來判定電壓飽和的情況。圖5是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的電壓飽和判定部5b的結(jié)構(gòu)圖。

電壓飽和判定部5b基于第1繞線組的電壓指令v1d’＊、v1q’＊，生成電壓飽和判定信號vsat＿flg。另外，在本實施方式中，僅基于第1繞線組的電壓指令來判定電壓飽和，但也可僅基于第2繞線組的電壓指令v2d’＊、v2q’＊來判定電壓飽和，還可既基于第1繞線組的電壓指令又基于第2繞線組的電壓指令來判定電壓飽和。

首先，根據(jù)上述式(5)，可得到下式(12)。

[數(shù)學(xué)式12]

此處，電壓飽和判定部5b在例如式(12)的左邊為右邊以上的情況下，將電壓飽和判定信號vsat＿flg接通，在其它情況下，將電壓飽和判定信號vsat＿flg關(guān)斷。

但是，在計算第1繞線組的電壓指令v1d’＊、v1q’＊時，需要使用電壓飽和判定信號vsat＿flg，因此，可以使用第1繞線組的電壓指令v1d’＊、v1q’＊的上次值來生成電壓飽和判定信號vsat＿flg。也可在接通判定閾值與關(guān)斷判定閾值之間設(shè)置滯后，使得電壓飽和判定信號vsat＿flg不會振蕩。

如此，電壓飽和判定部5b基于第1繞線組的電壓指令及第2繞線組的電壓指令中的至少一方來生成電壓飽和判定信號vsat＿flg，從而可確認各繞線組的電壓飽和狀況，執(zhí)行正確的電壓飽和判定。

實施方式4

上述實施方式2及實施方式3中，基于電壓和及第1繞線組的電壓指令等電壓指令執(zhí)行了電壓飽和判定，但在本發(fā)明的實施方式4中，說明利用圖6所示的電壓飽和判定部5c來判定電壓飽和的情況。圖6是表示本發(fā)明的實施方式4所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的電壓飽和判定部5c的結(jié)構(gòu)圖。

電壓飽和判定部5c基于電流和id＿sum、iq＿sum及電流指令id＊、iq＊，生成電壓飽和判定信號vsat＿flg。此處，在電壓飽和的情況下，無法追蹤電流指令，因此，設(shè)為例如式(13)所示的控制式即可。

[數(shù)學(xué)式13]

此處，電壓飽和判定部5c在例如式(13)的左邊為右邊以上的情況下，將電壓飽和判定信號vsat＿flg接通，在其它情況下，將電壓飽和判定信號vsat＿flg關(guān)斷。也可在接通判定閾值與關(guān)斷判定閾值之間設(shè)置滯后，使得電壓飽和判定信號vsat＿flg不會振蕩。

如此，電壓飽和判定部5c基于電流和及電流指令來生成電壓飽和判定信號vsat＿flg，從而可根據(jù)非上次指令的最新的實測值來執(zhí)行電壓飽和判定。此外，通過根據(jù)檢測電流與電流指令的偏離來判定電壓飽和，從而可減少利用電壓指令的運算。

實施方式5

本發(fā)明的實施方式5中，與上述實施方式1的不同點在于，在第1繞線組與第2繞線組之間具有抵消電氣角速度6階分量的轉(zhuǎn)矩脈動的相位差。以下，對該情況進行說明。

圖7是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中第1繞線組的電壓矢量所能取得的范圍的說明圖。圖7中，各相的電壓指令的范圍由電源電壓所限制，因此，可設(shè)定的電壓矢量限定在正六邊形700的內(nèi)部。

此外，若是收斂在與正六邊形700內(nèi)切的圓701a內(nèi)部的電壓矢量702a，則無論在哪個旋轉(zhuǎn)位置，都可輸出同一電壓矢量。將該狀態(tài)設(shè)為調(diào)制率100％，已知通過空間矢量調(diào)制等各種調(diào)制方法，可提高電壓利用率。

圖8是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中第1繞線組的電壓矢量所能取得的范圍的其它說明圖。在圖8所示的部分角度中，若為根據(jù)超過正六邊形700的圓701b來決定的電壓矢量702b，則超過正六邊形700的角度被限制在正六邊形700的內(nèi)部。

因此，在未施加限制的角度和施加了限制的角度中，電壓矢量的大小彼此不同，因此，產(chǎn)生在電氣角1個周期的期間內(nèi)出現(xiàn)6次的電氣角速度的6階分量的轉(zhuǎn)矩脈動。

圖9(a)、(b)是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中相位彼此不同的2個繞線組的電壓矢量的說明圖。此處，說明第1繞線組的U1、V1、W1相對于第2繞線組的U2、V2、W2而言相位提前30°的情況。

在圖9(a)、(b)中，若設(shè)與U1相所成的角度為φ，則第1繞線組的電壓矢量703c受到正六邊形700的限制。此時，在φ＝(30+60×n)°時，輸出最小，在φ＝(60×n)°時，可輸出目標(biāo)電壓矢量。

另一方面，第2繞線組的電壓矢量713c受到正六邊形710的限制。此時，在φ＝(60×n)°時，輸出最小，在φ＝(30+60×n)°時，可輸出目標(biāo)電壓矢量。其結(jié)果是，第1繞線組和第2繞線組的電壓矢量之和使輸出的變動彼此抵消。

圖10是舉例示出本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中將第1繞線組和第2繞線組的相位差設(shè)為30°時的電流及轉(zhuǎn)矩的說明圖。在該計算例中，由于在大于100％的調(diào)制率下，電氣角頻率設(shè)為120Hz，因此，在d軸電流、q軸電流及轉(zhuǎn)矩的任意輸出中出現(xiàn)的720Hz的脈動成為電氣角速度6階分量。

另外，在第1繞線組及第2繞線組中分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，但第1繞線組的轉(zhuǎn)矩脈動和第2繞線組的轉(zhuǎn)矩脈動為相反相位，第1繞線組的輸出轉(zhuǎn)矩和第2繞線組的輸出轉(zhuǎn)矩之和中包含的電氣角速度6階分量的轉(zhuǎn)矩脈動因抵消效果而變小。此外，在本實施方式中，說明了相位差設(shè)為30°的情況，但第1繞線組與第2繞線組的相位差并非限定于30°。

例如，圖11是舉例示出本發(fā)明的實施方式5所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中將第1繞線組和第2繞線組的相位差設(shè)為22.5°時的電流及轉(zhuǎn)矩的說明圖。在該計算例中，若在大于100％的調(diào)制率下，將電氣角頻率設(shè)為120Hz，則與上述相位差設(shè)為30°的示例同樣，在d軸電流、q軸電流及轉(zhuǎn)矩的任意輸出中均產(chǎn)生作為電氣角速度6階分量的720Hz的轉(zhuǎn)矩脈動。

此處，第1繞線組的轉(zhuǎn)矩脈動和第2繞線組的轉(zhuǎn)矩脈動基本為相反相位，雖沒有達到相位差為30°的情況那樣的程度，但也可獲得抵消效果，因此，第1繞線組的輸出轉(zhuǎn)矩和第2繞線組的輸出轉(zhuǎn)矩之和中包含的電氣角速度6階分量的轉(zhuǎn)矩脈動變小。

此外，在電壓矢量在圖9的圓701c及圓711c的圓周上運動的情況下，電氣角速度6階分量的轉(zhuǎn)矩脈動基本為相等的大小。如圖3所示，在由于第1繞線組及第2繞線組的各因素差的影響，一方的繞線組中電壓飽和的情況下，通過在兩繞線組中使用至飽和電壓為止，從而第1繞線組的轉(zhuǎn)矩脈動的電氣角速度6階分量和第2繞線組的轉(zhuǎn)矩脈動的電氣角速度6階分量大小相同，相位彼此反轉(zhuǎn)，第1繞線組的輸出轉(zhuǎn)矩和第2繞線組的輸出轉(zhuǎn)矩之和中包含的電氣角速度6階分量的轉(zhuǎn)矩脈動可因抵消效果而變小。

實施方式6

在上述實施方式1中，在電壓飽和區(qū)域，使電流差的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的d軸分量的增益下降，但對于控制響應(yīng)頻率附近的目標(biāo)值變動，d軸電流差時而追蹤目標(biāo)時而未追蹤目標(biāo)，因此，在圖2所示的狀態(tài)和圖3所示的狀態(tài)間轉(zhuǎn)移，成為產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的主要原因。

此外，對于頻率低于控制響應(yīng)頻率的目標(biāo)值變動，成為圖2所示的狀態(tài)，因此，無法獲得輸出轉(zhuǎn)矩的提高效果。因此，在本發(fā)明的實施方式6中，說明在電壓飽和區(qū)域，電流差的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的d軸分量的增益設(shè)為0的情況。

圖12是表示本發(fā)明的實施方式6所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。圖12中，矢量600c表示對通過比例積分控制等得到的電壓和矢量取1/2倍后的平均電壓矢量，矢量601c表示對通過比例積分控制等得到的電壓差矢量取1/2倍后的電壓矢量，矢量602c表示第1繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量，矢量603c表示第2繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量。

此時，實際上，由于利用電壓飽和圓620來限制電壓，因此，第1繞線組中，成為將電壓矢量602c縮短后的電壓矢量612c，第2繞線組中，成為將電壓矢量603c縮短后的電壓矢量613c。

此處，在本實施方式中，僅以q軸分量考慮電壓差，因此，d軸電流差的影響未體現(xiàn)在電壓矢量612c、電壓矢量613c中。因此，即使對于低頻率的目標(biāo)值變動，兩繞線組也均可最大限度地使用電壓飽和圓620。

因此，即使在由于第1繞線組及第2繞線組的各因素差的影響，一方的繞線組中電壓飽和的情況下，在兩繞線組中也仍可使用至飽和電壓，因此可提高輸出轉(zhuǎn)矩。此外，在通過比例積分控制來獲得電壓差的情況下，如圖12所示那樣生成電壓矢量，從而可使電壓矢量601c電壓和矢量611c的Vq分量的大小關(guān)系一致，因此，通過正確計算積分項，可抑制積分飽和(reset windup)。

實施方式7

在上述實施方式6中，在電壓飽和區(qū)域，電流差的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的d軸分量的增益設(shè)為0，但在電壓差矢量的d軸分量的絕對值顯著大于q軸分量的絕對值的情況、即圖12中與Vq軸所成的角度較小的情況下，電壓差指令矢量變大，在與Vq軸重疊的情況下，成為無限大的大小。

另外，實際上，由于在旋轉(zhuǎn)中存在感應(yīng)電壓分量，因此，在電壓飽和區(qū)域不會與Vq軸重疊，但存在難以設(shè)計電壓矢量的大小的設(shè)定范圍的問題。此外，在不反饋d軸電流差的情況下，在一方的繞線組中，可能會因流過較多的d軸電流而導(dǎo)致退磁。因此，在本發(fā)明的實施方式7中，說明在電壓飽和區(qū)域，電流差的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的q軸分量的增益設(shè)為0的情況。

此外，在本實施方式中，說明電流差的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的q軸分量的增益設(shè)為0的情況，但對于頻率高于控制響應(yīng)頻率的目標(biāo)值變動，通過降低增益，也可獲得同樣的效果。

圖13是表示本發(fā)明的實施方式7所涉及的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置中的各繞線組的電壓矢量的說明圖。圖13中，矢量600d表示對通過比例積分控制等得到的電壓和矢量取1/2倍后的平均電壓矢量，矢量601d表示對通過比例積分控制等得到的電壓差矢量取1/2倍后的電壓矢量，矢量602d表示第1繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量，矢量603d表示第2繞線組的未考慮電壓飽和的電壓矢量。

此時，實際上，由于利用電壓飽和圓620來限制電壓，因此，第1繞線組中，成為將電壓矢量602d縮短后的電壓矢量612d，第2繞線組中，成為將電壓矢量603d縮短后的電壓矢量613d。

此處，在本實施方式中，僅以d軸分量考慮電壓差，因此，q軸電流差的影響未體現(xiàn)在電壓矢量612d、電壓矢量613d中。因此，即使對于低頻率的目標(biāo)值變動，兩繞線組也均可最大限度地使用電壓飽和圓620。

因此，即使在由于第1繞線組及第2繞線組的各因素差的影響，一方的繞線組中電壓飽和的情況下，在兩繞線組中可使用至飽和電壓，因此可提高輸出轉(zhuǎn)矩。此外，在通過比例積分控制獲得電壓差的情況下，如圖12所示那樣生成電壓矢量，從而可使電壓矢量601d電壓和矢量611d的Vd分量的大小關(guān)系一致，因此，通過正確計算積分項，可抑制積分飽和。

實施方式8

在上述實施方式6及實施方式7中，在電壓飽和區(qū)域，使電流差的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的至少一方的軸分量的增益下降或設(shè)為0，但在電流、角度存在檢測誤差的情況下，呈現(xiàn)為電壓和的變動。

此外，在電壓飽和時，對于因各因素差而產(chǎn)生的電氣角速度6階分量的轉(zhuǎn)矩脈動，雖然能夠通過使電流差的增益下降，來利用抵消效果使其降低，但無法完全去除，并且，在存在磁阻轉(zhuǎn)矩的情況下，電氣角速度12階分量的轉(zhuǎn)矩脈動無法抵消而殘留。

因此，在本發(fā)明的實施方式8中，說明在電壓飽和區(qū)域，使電流和的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的一方的軸分量的增益下降的情況。

首先，交流旋轉(zhuǎn)電機1所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩由下式(14)表示。另外，式(14)中，T表示產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

[數(shù)學(xué)式14]

T＝P_mi_1q{φ+i_1d(L_1d-L_1q)}+P_mi_2q{φ+i_2d(L_2d-L_2q)}…(14)

此處，第1繞線組和第2繞線組的電流之差相比于第1繞線組和第2繞線組的電流的平均值而言較小，因此，式(14)可近似為下式(15)。

[數(shù)學(xué)式15]

這樣，通過降低在電壓和運算時所使用的增益，可抑制電流檢測誤差、角度檢測誤差所導(dǎo)致的電壓和的變動，降低電流和脈動。因此，通過在電壓飽和區(qū)域，降低電流和的旋轉(zhuǎn)2軸坐標(biāo)系中的一方的軸分量的增益，可抑制由式(15)得到的輸出轉(zhuǎn)矩中包含的振動分量。

另外，通過將上述實施方式1～8所示的交流旋轉(zhuǎn)電機的控制裝置應(yīng)用于電動助力轉(zhuǎn)向裝置，可在振動敏感的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，抑制轉(zhuǎn)矩脈動。