用于控制旋轉(zhuǎn)機(jī)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開設(shè)及用于控制與具有開關(guān)元件的功率轉(zhuǎn)換器電連接的旋轉(zhuǎn)機(jī)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 存在用于控制開關(guān)元件的接通-斷開開關(guān)操作W控制諧波電流分量的多種方法， 其中之一被公開在日本專利公開第3852289號中。所公開方法將由所需扭矩值和運(yùn)樣的諧 波電流分量所確定的命令電流值與具有基于正弦命令電壓的幅度所預(yù)定的幅度的載波信 號相比較。隨后，所公開方法基于比較的結(jié)果執(zhí)行脈寬調(diào)制（PWM)控制。PWM控制循環(huán)地產(chǎn) 生用于驅(qū)動每個開關(guān)元件的驅(qū)動脈沖信號，同時基于比較的結(jié)果對每個開關(guān)循環(huán)調(diào)節(jié)驅(qū)動 脈沖信號的占空比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 已知另一個方法用于控制逆變器的開關(guān)元件的接通-斷開開關(guān)操作。此方法對每 個開關(guān)元件使用接通-斷開開關(guān)模式，即接通-斷開脈沖模式。具體地，控制裝置包括儲存 器，其中多個接通-斷開開關(guān)模式中的每個對逆變器的輸出電壓向量的相應(yīng)幅度值而被預(yù) 定；每個接通-斷開開關(guān)模式與電動機(jī)的電旋轉(zhuǎn)角的對應(yīng)值相關(guān)聯(lián)。
[0004] 具體地，控制裝置在第一階旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中確定逆變器的輸出電壓向量的相位，該 坐標(biāo)系被定義為W與在=相固定坐標(biāo)系中流入電動機(jī)的電流的基礎(chǔ)分量的波動角速度相 等的角速度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。輸出電壓向量的相位用作操控變量，用于將電動機(jī)的受控變量 (比如扭矩）反饋控制為目標(biāo)值?？刂蒲b置對于每個開關(guān)元件，選擇與輸出電壓向量的幅 度值相匹配的接通-斷開開關(guān)模式之一。接著，控制裝置將用于每個開關(guān)元件的所選擇接 通-斷開開關(guān)模式相對于電動機(jī)的電旋轉(zhuǎn)角的當(dāng)前值位移輸出電壓向量的所確定相位。根 據(jù)其中經(jīng)移位的接通-斷開開關(guān)模式的相應(yīng)一個，控制裝置替代地接通和斷開每個開關(guān)元 件。
[0005] 不幸地，沒有特定的方法用于在使用運(yùn)樣的接通-斷開開關(guān)模式時消除包括在相 電流內(nèi)的諧波電流分量。電動機(jī)的用戶因此期望在使用運(yùn)樣的接通-斷開開關(guān)模式時消除 包括在相電流內(nèi)的諧波電流分量的一個或更多的具體方法。
[0006] 考慮到上述情況，本公開的一個方面設(shè)法提供裝置用于控制旋轉(zhuǎn)機(jī)的裝置，運(yùn)些 裝置能夠滿足用戶對電動機(jī)運(yùn)樣的期望。
[0007] 具體地，本公開的替代方面旨在提供運(yùn)樣的裝置，其中每個裝置能夠在對功率轉(zhuǎn) 換器的開關(guān)元件使用接通-斷開開關(guān)模式時減少流入旋轉(zhuǎn)機(jī)的諧波電流分量。
[0008] 根據(jù)本公開的示例性方面，提供了一種裝置，用于反饋控制旋轉(zhuǎn)機(jī)的控制變量W 由此使用由功率轉(zhuǎn)換器獲得的功率相對于定子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。該裝置包括配置為在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 下設(shè)定功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓向量的相位的相位設(shè)定器。輸出電壓向量的相位用作用于將 旋轉(zhuǎn)機(jī)的受控變量反饋控制為目標(biāo)值的操控變量。相位設(shè)定器被配置為輸出包括輸出電壓 的相位W及轉(zhuǎn)子的電旋轉(zhuǎn)角的相位信息。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。該裝 置包括配置為在其中儲存功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的接通-斷開開關(guān)模式的存儲器。根據(jù)輸 出電壓向量的幅度，對幅度參數(shù)相應(yīng)預(yù)定值提供接通-斷開開關(guān)模式。該裝置包括開關(guān)單 元，被配置為
[0009] (1)選擇對應(yīng)于幅度參數(shù)的特定值的接通-斷開開關(guān)模式之一
[0010] (2)根據(jù)從相位設(shè)定器輸出的相位信息的變化，從所選擇的一個接通-斷開開關(guān) 模式提取接通或斷開指令
[0011] (3)根據(jù)提取的接通或斷開指令接通或斷開開關(guān)元件。
[0012] 該裝置包括目標(biāo)諧波電流獲取器，被配置為根據(jù)流過定子的至少一個相繞組獲得 旋轉(zhuǎn)機(jī)的目標(biāo)諧波電流分量。目標(biāo)諧波電流分量被包括在相電流的基礎(chǔ)電流分量中。該裝 置包括感應(yīng)單元，被配置為在相位信息上疊加W與目標(biāo)諧波電流分量的角速度相同的角速 度變化的波動信號，W在至少一個相繞組中感應(yīng)抵消諧波電流分量。抵消諧波電流分量抵 消了目標(biāo)諧波電流分量。
[0013] 此配置在開關(guān)單元使用的相位信息上疊加W與目標(biāo)諧波電流分量的角速度相同 的角速度變化的波動信號。運(yùn)在至少一個相繞組中感應(yīng)了抵消諧波電流分量。在至少一 個相繞組中感應(yīng)的抵消諧波電流分量抵消目標(biāo)諧波電流分量，因此減少了目標(biāo)諧波電流分 量。運(yùn)減少了由目標(biāo)諧波電流分量引起的旋轉(zhuǎn)機(jī)的扭矩變化和/或鐵耗。
[0014] 考慮到W下描述結(jié)合附圖，將進(jìn)一步領(lǐng)會到本公開的各種方面的W上和/或其他 特性、和/或優(yōu)點(diǎn)。在適用情況下，本公開的各種方面能包括和/或排除不同的特性和/或 優(yōu)點(diǎn)。在適用情況下，本公開的各種方面能組合另一個實(shí)施例的一個或更多特性。特定實(shí) 施例的特性和/或優(yōu)點(diǎn)的描述不應(yīng)該被解釋為限制其他實(shí)施例或者權(quán)利要求。
【附圖說明】
[0015] 本公開的其他方面將從參考附圖的實(shí)施例的W下描述中變得明了，其中：
[0016] 圖1是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例的用于控制電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的控制裝置的電路 圖；
[0017] 圖2是示意性示出圖1所示的控制裝置的特定結(jié)構(gòu)的示例的框圖；
[001引圖3是示意性示出依賴于電壓相位的無限小變化的電流向量變化W及由于輸出 電壓向量幅度的無限小變化導(dǎo)致的電流向量變化的示圖；
[0019] 圖4是圖3所示的依賴于電壓相位的無限小變化的電流向量變化的放大視圖的示 圖；
[0020] 圖5是根據(jù)第一實(shí)施例示意性示出相對于電流向量的變化方向垂直延伸的入軸 的示圖；
[0021] 圖6是根據(jù)第一實(shí)施例示意性示出在d-q-坐標(biāo)系下A軸命令電流的示圖；
[0022] 圖7是示意性示出圖2所示的諧波信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示例的框圖；W及
[0023] 圖8是根據(jù)本公開的第二實(shí)施例示意性示出控制裝置的諧波信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu) 示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 參考附圖，W下描述了本公開的實(shí)施例。在實(shí)施例中，實(shí)施例之間的相似部分（分 配了相似附圖標(biāo)記）被省略或被簡化W避免重復(fù)的描述。
[00巧]第一實(shí)施例
[0026] 參見圖1，本公開的第一實(shí)施例在圖1中示出S相電動機(jī)-發(fā)電機(jī)，被簡單地示為 安裝在目標(biāo)車輛內(nèi)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)的示例的"電動機(jī)-發(fā)電機(jī)"10。每個實(shí)施例使用具有凸極 結(jié)構(gòu)（salient-pole)的電動機(jī)作為電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10。例如，每個實(shí)施例使用內(nèi)置式永磁 同步電機(jī)（IPMSM)作為電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10。
[0027] 圖1還示出控制系統(tǒng)50。控制系統(tǒng)50配備有用作功率逆變器的逆變器20、用作 DC電源的高電壓電池22、平滑電容器24、控制系統(tǒng)26W及控制裝置30。
[0028] 電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10和高電壓電池12能通過逆變器20在其間建立電連接。
[0029]例如，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10被提供有具有轉(zhuǎn)子鐵忍并且被可旋轉(zhuǎn)地配置在電動 機(jī)-發(fā)電機(jī)10中的環(huán)形轉(zhuǎn)子10a。例如轉(zhuǎn)子鐵忍被直接地或間接地禪合至安裝在目標(biāo)車輛 內(nèi)的發(fā)動機(jī)的機(jī)軸W便與機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)。
[0030] 轉(zhuǎn)子IOa具有凸極結(jié)構(gòu)。
[0031] 轉(zhuǎn)子IOa的轉(zhuǎn)子忍在它的圓周部分被特別地提供有至少一對永磁體。至少一對的 永磁體被如此嵌入轉(zhuǎn)子忍的外部邊緣W至于在轉(zhuǎn)子忍的圓周方向上W-定間隔關(guān)于轉(zhuǎn)子 忍的中屯、軸對稱地安排。
[0032] 至少一對永磁體中的一個具有從轉(zhuǎn)子忍的中屯、徑向地向外指向的北極（N極）。另 一個永磁體具有從轉(zhuǎn)子忍的中屯、徑向地向外指向南極（S極）。
[003引轉(zhuǎn)子IOa具有與由N極創(chuàng)建的磁通量的方向一致（換而言之，與N-極中屯、線一 致）的直軸（d軸）。在轉(zhuǎn)子IOa的旋轉(zhuǎn)期間，轉(zhuǎn)子IOa還具有正交軸（q軸），相對于相應(yīng) 的d軸領(lǐng)先JT/2弧度電角度的相位。換而言之，q軸電磁地垂直于d軸。
[0034] d和q軸構(gòu)成d-q坐標(biāo)系，即一階旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，相對于電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子 IOa被限定。一階旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系被定義為在S相固定坐標(biāo)系中W與流入電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10的 相電流的基礎(chǔ)分量的角速度相同的角速度旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。
[0035] 在d軸的電感Ld低于在q軸的電感Lq,因?yàn)橛来朋w具有比鐵更低的磁導(dǎo)率常數(shù)。 具有凸極結(jié)構(gòu)的電動機(jī)意味著每個電動機(jī)具有轉(zhuǎn)子IOa的此電感特征。
[0036] 電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10還被提供有定子。定子包括定子忍，例如，在它的橫截面有環(huán) 形形狀。定子忍被配置在轉(zhuǎn)子忍的外部邊緣周圍使得定子忍的內(nèi)部邊緣W預(yù)定的空氣間隙 與轉(zhuǎn)子忍的外部邊緣相對。
[0037] 例如，定子忍還具有多個槽。槽被形成穿過定子忍并且W給定的間隔圓周地排列。 定子還包括一組=相繞組，即電樞繞組，纏繞在定子的多個槽中。
[0038]S相繞組，即U、V-和W-相繞組，纏繞在多個槽中使得U、V-和W-相繞組在相位上 互相移位，即偏移，例如2JT/3弧度的電角度。
[0039] 例如，S相電樞繞組，即U、V-和W-相繞組，各自具有連接至共同結(jié)點(diǎn)（即中性點(diǎn)） 的一端，W及連接至例如星形配置中獨(dú)立端子的另一端。
[0040] 在每個=相繞組處，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10用于接收=相電流之一W由此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 通量；基于旋轉(zhuǎn)磁通量與轉(zhuǎn)子IOa的磁通量之間的磁引力，此允許轉(zhuǎn)子IOa轉(zhuǎn)動。
[0041] 高壓電池22能夠輸出等于或高于IOOV的電壓。平滑電容器24被配置在高電壓 電池22與逆變器20之間。平滑電容器24用于平滑來自高電壓電池22的輸出電壓，并且 將經(jīng)平滑的輸出電壓提供至逆變器20作為輸入電壓。
[0042] 逆變器20被設(shè)計為=相逆變器。逆變器20被提供有第一對串聯(lián)上臂和下臂（高 位和低位）U相開關(guān)元件S化和卻n，第二對串聯(lián)上臂和下臂V相開關(guān)元件S化和S化，W及 第=對串聯(lián)上臂和下臂W相開關(guān)元件洲P和SWn。逆變器20還被提供有與各個開關(guān)元件 SUp、SUn、S化、S化、S%和SWn反并聯(lián)電連接的續(xù)流二極管DUp、DUn、D化、D化、面P和面n。
[0043] 在第一實(shí)施例中，作為開關(guān)元件S&#化=U，V與W，W及# =P與n)，多個IGBT分 別地被使用。
[0044] 當(dāng)多個功率MOSFET被用作開關(guān)元件S&#時，功率MOSFET的本征二極管能被用作 續(xù)流二極管，因此消除了對外部續(xù)流二極管的需求。
[0045] 第一對到第=對開關(guān)元件W橋式配置相互并聯(lián)地連接。
[0046] 第一對的開關(guān)元件S化和卻n互相串聯(lián)連接所通過的連接點(diǎn)被連接至從U相繞組 的獨(dú)立端子延伸的輸出引線。相似地，第二對的開關(guān)元件S化和S化互相串聯(lián)連接所通過 的連接點(diǎn)被連接至從V相繞組的獨(dú)立端子延伸的輸出引線。此外，第=對的開關(guān)元件SWp 和SWn互相串聯(lián)連接所通過的連接點(diǎn)被連接至從W相繞組的獨(dú)立端子延伸的輸出引線。
[0047] 第一、第二與第=對中每對的串聯(lián)開關(guān)元件的一端經(jīng)由逆變器20的正極端子被 連接至高電壓電池22的正極端子。第一、第二與第=對中每對的串聯(lián)開關(guān)元件的另一端經(jīng) 由逆變器20的負(fù)極端子被連接至高電壓電池22的負(fù)極端子。
[004引控制系統(tǒng)50還包括例如用作相電流測量裝置的電流傳感器42V和42W、例如用作 電壓測量裝置的電壓傳感器44、W及例如用作旋轉(zhuǎn)角測量裝置的旋轉(zhuǎn)角傳感器46。
[0049] 電流傳感器42V被安排為允許實(shí)際流過定子的V-相繞組的瞬時V相交流電流IV 的測量。相似地，電流傳感器42W被安排為允許實(shí)際流過定子的W相繞組的瞬時W相交流 電流IW的測量。
[0050] 電流傳感器42V和42W與控制裝置30是可通信的。
[0051] 每個電流傳感器42V和42W用于向控制裝置30發(fā)送V相和W相交流電流中相應(yīng) 一個的瞬時值。
[0052] 電壓傳感器44被安排為允許輸入電壓的測量，該輸入電壓被稱為輸入電壓VINV， 從高電壓電源22經(jīng)由平滑電容器24被提供到逆變器20。電壓傳感器42與控制轉(zhuǎn)置30相 通信并且用于向控制裝置30發(fā)送輸入電壓VINV。
[0053] 旋轉(zhuǎn)角傳感器46例如包括分解器。旋轉(zhuǎn)角傳感器46例如被配置為在之后描述的 控制裝置30的每個控制循環(huán)，測量（即監(jiān)測）電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子IOa的旋轉(zhuǎn)角（即 電旋轉(zhuǎn)角）0e;電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子IOa的旋轉(zhuǎn)角0e表示轉(zhuǎn)子IOa的d軸的旋轉(zhuǎn) 角。旋轉(zhuǎn)角傳感器46與控制裝置30可通信并且用于在每個控制循環(huán)向控制裝置30發(fā)送 轉(zhuǎn)子IOa的所監(jiān)測旋轉(zhuǎn)角0 6。
[0054] 控制裝置30例如被設(shè)計為主要包括例如CPU30CPW及例如用作根據(jù)本公開的存 儲器的存儲器30ME的計算機(jī)電路。
[0055] 控制裝置30被連接至控制系統(tǒng)26,用于向控制裝置30輸入電動機(jī)-發(fā)電機(jī)10的 目標(biāo)扭矩（即要求扭矩）Trq*。例如，如果在分級關(guān)系上安排控制裝置，在分級上高于控制 裝置30的控制裝置可用作控制系統(tǒng)26。
[0056] 控制裝置30被設(shè)計為接收從傳感器42V、42W、44和46輸出的測量值W及接收目 標(biāo)扭矩Trq*為接收的數(shù)據(jù)片。隨后，控制裝置30被設(shè)計為基于上述接收的數(shù)據(jù)片產(chǎn)生驅(qū) 動信號（即脈寬調(diào)制（PWM)信號）g&#用于單獨(dú)地驅(qū)動逆變器20的各個開關(guān)元件S&#。
[0057] 控制裝置30被設(shè)計為向逆變器20的各個開關(guān)元件S&#的控制端子提供驅(qū)動信號 泌#。
[0058] 運(yùn)