電力變換器的制造方法
【專利摘要】一種電力變換器。該電力變換器具有控制器(40)，該控制器(40)包括指令計算器(415、425)，該指令計算器(415、425)例如計算應(yīng)用于第一繞組(11)的第一電壓指令值。向第一繞組施加的電壓例如在第一時段中被控制成：使得第一中性點電壓(Vn1)偏移至輸出的可輸出范圍的輸出中心值(VM)以下并且第二中性點電壓(Vn2)偏移至可輸出范圍的輸出中心值(VM)以上。指令計算器計算第一指令值以用于使得能夠在經(jīng)過切換時段(Pc)之后進行第一時段與第二時段之間的切換，該切換時段(Pc)是基于預(yù)設(shè)物理量而可變地計算的。以此方式，減小了伴隨時段間切換出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩紋波或電流紋波。
【專利說明】
電力變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本公開內(nèi)容總體上涉及用于變換電力的電力變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，本領(lǐng)域已知用于對提供給具有兩組繞組的電動機的電力進行變換的電力變換器。例如，在專利文獻JP 2011-188674A(專利文獻I)中，為了便于將熱生成分配至繞組中的每個繞組，電力變換器具有與兩組繞組對應(yīng)的兩個逆變器，并且與每個逆變器的驅(qū)動有關(guān)的占空比指令信號的偏移方向以預(yù)設(shè)間隔進行切換。
[0003]如專利文獻I所公開的，當(dāng)切換占空比指令信號的偏移方向時，這樣的切換可能引起轉(zhuǎn)矩紋波以及振動和聲音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在本公開內(nèi)容的一個方面中，本公開內(nèi)容的電力變換器包括第一逆變器、第二逆變器和控制器，其中，該電力變換器對提供給具有第一繞組和第二繞組的旋轉(zhuǎn)電機的電力進行變換。
[0005]第一逆變器具有對應(yīng)于第一繞組中的多個相中的每個相的第一開關(guān)元件。
[0006]第二逆變器具有對應(yīng)于第二繞組中的多個相中的每個相的第二開關(guān)元件。
[0007]控制器包括指令計算器。指令計算器計算應(yīng)用于第一繞組的第一電壓指令值和應(yīng)用于第二繞組的第二電壓指令值。
[0008]在第一時段和第二時段中以下面的方式來控制向第一繞組施加的電壓。即，(i)在第一時段中，使施加于第一繞組的第一中性點電壓偏移至逆變器的可輸出范圍的輸出中心值以下，并且使施加于第二繞組的第二中性點電壓偏移至逆變器的可輸出范圍的輸出中心值以上。此外，(ii)在第二時段中，使第一中性點電壓偏移至可輸出范圍的輸出中心值以上，并且使第二中性點電壓偏移至逆變器的可輸出范圍的輸出中心值以下。
[0009]此外，指令計算器計算第一指令值和第二指令值，以用于使得能夠在經(jīng)過切換時段之后(即，以切換時段的間隔)進行第一時段與第二時段之間的切換，該切換時段是基于預(yù)設(shè)物理量而可變地計算的。
[0010]在本公開內(nèi)容中，執(zhí)行兩個狀態(tài)(S卩，(i)第一中性點電壓被偏移至輸出中心值以下并且第二中性點電壓被偏移至輸出中心值以上的一種狀態(tài)；以及(ii)第一中性點電壓被偏移至輸出中心值以上并且第二中性點電壓被偏移至輸出中心值以下的另一種狀態(tài))之間的切換。由此，減小了開關(guān)元件之間的熱生成不均勻性。
【附圖說明】
[0011]根據(jù)參照附圖做出的以下詳細描述，本公開內(nèi)容的目的、特征和優(yōu)點將變得更加明顯，在附圖中:
[0012]圖1是本公開內(nèi)容的第一實施方式中的電動轉(zhuǎn)向裝置的示意圖；
[0013]圖2是本公開內(nèi)容的第一實施方式中的電力變換器的電氣構(gòu)成的電路圖；
[0014]圖3是本公開內(nèi)容的第一實施方式中的控制器的框圖；
[0015]圖4是本公開內(nèi)容的第一實施方式中的指令計算過程的流程圖；
[0016]圖5是本公開內(nèi)容的第一實施方式中的轉(zhuǎn)速和切換時段的關(guān)系圖；
[0017]圖6A/圖6B是本公開內(nèi)容的第二實施方式中的轉(zhuǎn)速和切換時段的關(guān)系的時序圖；
[0018]圖7是本公開內(nèi)容的第三實施方式中的電流和切換時段的關(guān)系圖；
[0019]圖8是本公開內(nèi)容的第四實施方式中的電壓與切換時段的關(guān)系圖；
[0020]圖9是本公開內(nèi)容的第五實施方式中的轉(zhuǎn)矩與切換時段的關(guān)系圖；
[0021]圖10是本公開內(nèi)容的第六實施方式中的逆變器溫度和切換時段的關(guān)系圖；
[0022]圖1lA/圖1lB是本公開內(nèi)容的第七實施方式中的諧振頻率與切換時段的關(guān)系圖；以及
[0023]圖12是本公開內(nèi)容的第八實施方式中的轉(zhuǎn)速與切換時段的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0024]在下文中，基于附圖來描述本公開內(nèi)容的電力變換器。在下面實施方式中，相同的部分具有相同的附圖標(biāo)記并且不再重復(fù)對相同部分的描述。
[0025](第一實施方式)
[0026]基于圖1至圖5來描述本公開內(nèi)容的第一實施方式中的電力變換器。
[0027]本實施方式的電力變換器I與電動機10—起設(shè)置在未示出的車輛中，并且應(yīng)用于利用電動機10來輔助駕駛員執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作的電動轉(zhuǎn)向裝置5，電動機10也被描述為旋轉(zhuǎn)電機。
[0028]圖1示出了設(shè)置有電動轉(zhuǎn)向裝置5的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)90的整體配置。
[0029]轉(zhuǎn)向系統(tǒng)90包括方向盤(S卩，方向盤)91、轉(zhuǎn)向軸92、小齒輪96、齒條軸97、車輪98和電動轉(zhuǎn)向裝置5等。
[0030]方向盤91與轉(zhuǎn)向軸92連接。轉(zhuǎn)向軸92上設(shè)置有轉(zhuǎn)矩傳感器94，轉(zhuǎn)矩傳感器94檢測由駕駛員對方向盤91的操作而輸入至轉(zhuǎn)向軸92的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。小齒輪96被布置在轉(zhuǎn)向軸9 2的末端，并且小齒輪96與齒條軸97嚙合。一對車輪98經(jīng)由拉桿等與齒條軸97的兩端連接。
[0031]由此，當(dāng)駕駛員旋轉(zhuǎn)方向盤91時，連接至方向盤91的轉(zhuǎn)向軸92旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向軸92的旋轉(zhuǎn)運動通過小齒輪96轉(zhuǎn)變成齒條軸97的線性運動，并且車輪98根據(jù)齒條軸97的位移量而轉(zhuǎn)向一定的角度。
[0032]電動轉(zhuǎn)向裝置5具有電動機10、電力變換器I和減速齒輪9等，其中，電動機10輸出用于輔助駕駛員對方向盤91的轉(zhuǎn)向操作的輔助轉(zhuǎn)矩，電力變換器I用于電機的驅(qū)動控制，減速齒輪9降低用于向轉(zhuǎn)向軸92或齒條軸97輸出旋轉(zhuǎn)的電動機10的轉(zhuǎn)速。
[0033]電動機10通過從作為直流電源的電池30接收電力供給而被驅(qū)動(參照圖2)并且使減速齒輪9來回(即往復(fù))旋轉(zhuǎn)。
[0034]如圖2所示，電動機10是三相無刷電動機，并且具有轉(zhuǎn)子和定子(未示出)。轉(zhuǎn)子是圓柱形部件，并且永磁鐵附接在表面上且具有磁極。定子具有纏繞于定子上的繞組11和繞組12。第一繞組11包括Ul線圈111、V1線圈112和Wl線圈113。第二繞組12包括U2線圈121、V2線圈122和W2線圈123。
[0035]電力變換器I包括第一逆變器21、第二逆變器22、第一電流檢測器26、第二電流檢測器27、旋轉(zhuǎn)角傳感器29、第一電力繼電器31、第二電力繼電器32、第一電容器33、第二電容器34、驅(qū)動電路(預(yù)驅(qū)動器)35和控制器40等。
[0036]第一逆變器21具有六個第一開關(guān)元件211至216(“開關(guān)元件”在下文中可以被稱為“SW元件”)，并且對至第一繞組11的線圈111、112和113的電力供給進行切換。
[0037]設(shè)置在高電位側(cè)的高電位側(cè)SW元件211、212和213的漏極分別經(jīng)由第一高側(cè)母線218與電池30的正電極連接。
[0038]高電位側(cè)SW元件211、212和213的源極分別與設(shè)置在低電位側(cè)的低電位側(cè)SW元件214、215和216的漏極連接。
[0039]低電位側(cè)SW元件214、215和216的源極分別經(jīng)由第一低側(cè)母線219與電池30的負電極連接。
[0040]高電位側(cè)SW元件211、212和213與低電位側(cè)SW元件214、215和216的接合點各自分別與Ul線圈111、V1線圈112和Wl線圈113的一端連接。
[0041 ] 第二逆變器22具有六個第二SW元件221至226，并且對至第二繞組12的線圈121、122和123的電力供給進行切換。
[0042]高電位側(cè)SW元件221、222和223的漏極分別經(jīng)由第二高側(cè)母線228與電池30的正電極連接。
[0043]高電位側(cè)SW元件221、222和223的源極分別與低電位側(cè)SW元件224、225和226的漏極連接。
[0044]低電位側(cè)SW元件224、225和226的源極分別經(jīng)由第二低側(cè)母線229與電池30的負電極連接。
[0045]高電位側(cè)SW元件221、222和223與低電位側(cè)SW元件224、225和226的接合點各自分別與U2線圈121、V2線圈122和W2線圈123的一端連接。
[0046]盡管本實施方式的SW元件211至216均為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，但絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、晶閘管等也可以用作SW元件。
[0047]第一電流檢測器26包括電流檢測元件261、262和263。
[0048]電流檢測元件261設(shè)置在SW元件214的低電位側(cè)并且檢測提供給Ul線圈111的電流。電流檢測元件262設(shè)置在SW元件215的低電位側(cè)并且檢測提供給Vl線圈112的電流。電流檢測元件263設(shè)置在SW元件216的低電位側(cè)并且檢測提供給Wl線圈113的電流。由第一電流檢測器26檢測的與提供給第一繞組11的各個相的電流有關(guān)的電流檢測值在下文中被稱為第一電流檢測值Iul、Ivl和Iwl。
[0049]第二電流檢測器27包括電流檢測元件271、272和273。
[0050]電流檢測元件271設(shè)置在SW元件224的低電位側(cè)并且檢測提供給U2線圈121的電流。電流檢測元件272設(shè)置在SW元件225的低電位側(cè)并且檢測提供給V2線圈122的電流。電流檢測元件273設(shè)置在SW元件226的低電位側(cè)并且檢測提供給W2線圈123的電流。由第二電流檢測器27檢測的與提供給第二繞組12的各個相的電流有關(guān)的電流檢測值在下文中被稱為第二電流檢測值Iu2、Iv2和Iw2。
[0051]本實施方式的電流檢測元件261至263、271至273是分流電阻器。
[0052]旋轉(zhuǎn)角傳感器29檢測電動機10的旋轉(zhuǎn)角。
[0053]由旋轉(zhuǎn)角傳感器29檢測的電動機10的旋轉(zhuǎn)角Θ被輸出至控制器40。
[0054]第一電力繼電器31能夠攔截從電池30到第一逆變器21的電力供給。此外，第二電力繼電器32能夠攔截從電池30到第二逆變器22的電力供給。
[0055]盡管電力繼電器31和32是與SW元件211等相同的M0SFET，但電力繼電器31和32也可以是IGBT或機械繼電器等。
[0056]此外，當(dāng)電力繼電器31和32被實現(xiàn)為MOSFET等時，優(yōu)選地使用反向連接保護繼電器(未示出)，該反向連接保護繼電器與電力繼電器31和32串聯(lián)連接以用于在電池30等的意外反向連接情況下保護電力繼電器31和32。
[0057]第一電容器33與電池30和第一逆變器21并聯(lián)連接。第二電容器34與電池30和第二逆變器22并聯(lián)連接。
[0058]電容器33和34通過存儲電荷來輔助向逆變器21和22供給電力或者控制噪聲成分(例如，浪涌電流)。
[0059]在本實施方式中，第一繞組11以及用于控制至第一繞組11的電力供給的第一逆變器21、第一電流檢測器26、第一電力繼電器31和第一電容器33被統(tǒng)稱為“第一系統(tǒng)101” ；第二繞組12以及用于控制至第二繞組12的電力供給的第二逆變器22、第二電流檢測器27、第二電力繼電器32和第二電容器34被統(tǒng)稱為“第二系統(tǒng)102”。在下文中，編號“I”可以用作涉及第一系統(tǒng)101的控制的部件的索引，并且編號“2”可以用作涉及第二系統(tǒng)102的控制的部件的索引。
[0060]控制器40對作為整體的電力變換器I進行控制，并且由執(zhí)行各種操作和計算的微計算機等構(gòu)成。控制器40中的每個處理可以是通過由中央處理單元(CPU)執(zhí)行預(yù)先存儲的程序而進行的軟件處理或者可以是通過專用于這樣的處理的電子電路而實現(xiàn)的硬件處理。[0061 ]控制器40基于從轉(zhuǎn)矩傳感器94得到的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩、從旋轉(zhuǎn)角傳感器29得到的電角度Θ等生成控制信號，該控制信號控制SW元件211至216、221至226的導(dǎo)通(ON)和關(guān)斷(OFF)切換。所生成的控制信號經(jīng)由驅(qū)動電路(預(yù)驅(qū)動器)35輸出至SW元件211至216、221至226的柵極。
[0062]如圖3所示，控制器40具有與第一系統(tǒng)101的控制有關(guān)的第一指令計算器41和與第二系統(tǒng)102的控制有關(guān)的第二指令計算器42。
[0063]由于第一指令計算器41的分配有編號41x的功能塊和第二指令計算器42的分配有編號42x的功能塊基本相同(例如，411=421)，下面僅描述功能塊41x。
[0064]第一指令計算器41包括3相至2相變換器410、減法器411和412、控制部413、2相至3相變換器414以及占空比計算器415。
[0065]3相至2相變換器410基于電角度Θ對由第一電流檢測器26檢測且在偏移誤差、增益誤差等方面經(jīng)校正的電流檢測值Iul、I vl和Iwl執(zhí)行dq變換，并且計算出d軸電流檢測值Idl和q軸電流檢測值Iql。
[0066]d軸減法器411計算d軸電流偏差Δ Idl，d軸電流偏差Δ Idl是d軸電流指令值Id * I與d軸電流檢測值Idl之間的偏差。
[0067]q軸減法器412計算q軸電流偏差Δ Iql，q軸電流偏差Δ Iql是q軸電流指令值Iq * I與q軸電流檢測值Iql之間的偏差。
[0068]控制部413通過PI計算等計算d軸電壓指令值Vd女I和q軸電壓指令值Vq女I，使得電流偏差Δ Idl和Δ Iql分別收斂至零。
[0069]2相至3相變換器414基于電角度Θ對d軸電壓指令值Vd卡I和q軸電壓指令值Vq卡I執(zhí)行逆dq變換，并且計算出電壓指令值VuI和Vw女I。
[°07°]占空比計算器415基于電壓指令值Vu* l、Vv* I和Vw* I來計算占空比指令值Dul、Dvl 和Dwl ο
[0071 ] 第二指令計算器42的占空比計算器425基于電壓指令值Vu * 2、Vv * 2和Vw * 2來計算占空比指令值Du2、Dv2和Dw2。
[0072]在下文中，分別詳細地描述第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl的計算和第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2的計算，其中，第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl是與第一逆變器21的控制有關(guān)的指令，第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2是與第二逆變器22的控制有關(guān)的指令。
[0073]在本實施方式中，基于第一中性點電壓Vnl和第二中性點電壓Vn2來計算占空比指令值0111、0￥1、0￥1、0112、0￥2、0￥2，使得￥111和￥112中的一個偏移至輸出中心值￥]\1以上并且使得Vnl和Vn2中的另一個偏移至該輸出中心值VM以下，其中，第一中性點電壓Vnl是施加于第一繞組11的電壓Vul、Vvl、Vwl的中性點電壓，第二中性點電壓Vn2是施加于第二繞組21的電壓Vu2、Vv2、Vw2的中性點電壓，VM是可輸出電壓范圍的中心值。在本實施方式中，第一時段Pl被定義為以下時段:在該時段中，第一中性點電壓Vnl被偏移至輸出中心值VM以下并且第二中性點電壓Vn2被偏移至輸出中心值VM以上；第二時段P2被定義為以下時段:在該時段中，第一中性點電壓Vnl被偏移至輸出中心值VM以上并且第二中性點電壓Vn2被偏移至輸出中心值VM以下。
[0074]考慮到電流檢測器26和27所需的電流檢測時間，將占空比指令值Du1、Dv 1、Dw 1、Du2、Dv2和Dw2計算成處于預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)。根據(jù)本實施方式，將占空比指令值Dul、Dvl、Dwl、Du2、Dv2和Dw2的下限值DL設(shè)置成4[ % ]并且將上限值DH被設(shè)置成93[ % ]。此外，將輸出中心值VM的占空比變換值設(shè)置為輸出中心占空比DM。輸出中心占空比DM是50[ % ]。
[0075]通過將第一中性點電壓VnI和第二中性點電壓Vn2中的一個偏移至輸出中心值VM以上并且將另一個偏移至值VM以下，第一逆變器21的矢量生成時刻(S卩，在第一逆變器21中生成零電壓矢量和有效電壓矢量時)和第二逆變器22的矢量生成時刻(S卩，在第二逆變器22中生成零電壓矢量和有效電壓矢量時)分別變成不同的時刻。以此方式，減少了電容器33和34的紋波電流。
[0076]當(dāng)?shù)谝恢行渣c電壓Vnl被偏移至輸出中心值VM以下時，在第一逆變器21中，低電位側(cè)SW元件214至216的ON時段比高電位側(cè)SW元件211至213的ON時段更長。
[0077]類似地，當(dāng)?shù)诙行渣c電壓Vn2被偏移至輸出中心值VM以下時，在第二逆變器22中，低電位側(cè)SW元件224至226的ON時段比高電位側(cè)SW元件221至223的ON時段更長。
[0078]當(dāng)?shù)谝恢行渣c電壓Vnl被偏移至輸出中心值VM以上時，在第一逆變器21中，高電位側(cè)SW元件211至213的ON時段比低電位側(cè)SW元件214至216的ON時段更長。
[0079]類似地，當(dāng)?shù)诙行渣c電壓Vn2被偏移至輸出中心值VM以上時，在第二逆變器22中，高電位側(cè)SW元件221至223的ON時段比低電位側(cè)SW元件224至226的ON時段更長。
[0080]因此，在本實施方式中，為了防止SW元件211至216、221至226中的一部分過熱，對兩個狀態(tài)(即，其中第一中性點電壓Vnl向下偏移并且第二中性點電壓Vn2向上偏移的第一狀態(tài)，以及其中第一中性點電壓Vnl向上偏移并且第二中性點電壓Vn2向下偏移的第二狀態(tài))進行切換。由此，在兩個系統(tǒng)101和102間分配來自開關(guān)元件211至216、221至226的熱生成。
[0081]在這樣的情況下，當(dāng)電動機10的轉(zhuǎn)速較低時，SW元件211至216、221至226之間可能容易具有不均勻的ON時間和OFF時間，從而它們之間具有較大的溫度差。另一方面，當(dāng)電動機1的轉(zhuǎn)速較高時，0N/0FF時間的這種不均勻性可能難以出現(xiàn)。因此，根據(jù)本實施方式，基于電動機10的轉(zhuǎn)速來可變地限定切換時段Pc。在該情況下，電動機10的轉(zhuǎn)速可以是以“rpm”等為單位的轉(zhuǎn)數(shù)或者可以是旋轉(zhuǎn)角速度等。
[0082]基于圖4所示的流程圖來描述本實施方式的指令計算過程。圖4的過程由占空比計算器415以預(yù)定間隔來執(zhí)行。第一占空比指令值Dul、Dvl和Dwl的計算與第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2的計算是相同過程，因此省略對第二占空比指令值Du2至Dw2的計算的描述。
[0083]在第一步驟SlOl中，將預(yù)偏移占空比指令值Dul_b、Dvl_b、Dwl_b中的最大值稱為“Dl_max”并且將其中的最小值稱為“Dl_min”，其中，預(yù)偏移占空比指令值Dul_b、Dvl_b、Dwl_b是電壓指令值Vu * 1、Vv * I和Vw * I的占空比變換值。
[0084]在S102中，基于電動機10的轉(zhuǎn)速來計算切換時段Pc。如圖5所示，當(dāng)電動機10的轉(zhuǎn)速較低時，將切換時段Pc計算為較長時段，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，將切換時段Pc計算為較短時段。
[0085]在S103中，確定對從偏移方向切換起經(jīng)過的時間進行計數(shù)的計數(shù)器的計數(shù)值Cnt是否大于計數(shù)確定值Cth，計數(shù)確定值Cth是根據(jù)切換時段Pc的預(yù)定計數(shù)值。
[0086]當(dāng)確定計數(shù)值Cnt等于或小于計數(shù)確定值Cth時(S卩，當(dāng)在偏移方向切換之后尚未經(jīng)過切換時段Pc時)(S103:否)，則過程進行至S106。此時偏移標(biāo)志保持為先前值。
[0087]當(dāng)確定計數(shù)值Cnt大于計數(shù)確定值Cth時(S卩，當(dāng)在偏移方向切換之后已經(jīng)過切換時段Pc時)(S103:是)，則過程進行至S104。
[0088]在S104中，改變偏移標(biāo)志。更具體地，當(dāng)偏移標(biāo)志的先前值是“向上偏移”時，將偏移標(biāo)志改變成“向下偏移”。當(dāng)偏移標(biāo)志的先前值是“向下偏移”時，將偏移標(biāo)志改變成“向上偏移”。
[0089]在S105中，初始化計數(shù)值Cnt。
[0090]在S106中，遞增計數(shù)值Cnt。
[0091]在S107中，確定偏移標(biāo)志是否指示向下偏移。當(dāng)確定偏移標(biāo)志不指示向下偏移時(即，當(dāng)偏移標(biāo)志是向上偏移時)(S107:否)，過程進行至S111。當(dāng)確定偏移標(biāo)志指示向下偏移時(S017:是)，過程進行至S108。
[0092]在S108中，計算偏移量Sft。偏移量Sft是當(dāng)前幅度下的中性點電壓Vnl的輸出中心占空比DM與占空比變換值Dnl之差，并且用式(I)表示。在下文中，“式”可以指示等式或不等式。
[0093]Sft = |Dnl-DM 式(I)
[0094]在S109中限制偏移量Sft。
[0095]將偏移量Sft的上限設(shè)置成O。偏移量Sft的下限由式(2)表不。
[0096]Dl_min-Sft>DL
[0097]Sft<Dljnin-DL
[0098]Sft < Dl_min-4 式(2)
[0099]在SllO中，計算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl。第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl用式(3-1)至式(3-3)表示。
[0100]Du = Dul_b_Sft 式(3-1)
[0101]Dv = Dvl_b-Sft 式(3-2)
[0102]Dw = Dwl_b_Sft 式(3-3)
[0103]在當(dāng)偏移標(biāo)志是向上偏移時(S107:否)執(zhí)行的S111中，如S108那樣通過式(I)來計算偏移量Sft。
[0104]在SI 12中限制偏移量Sft。將偏移量的下限設(shè)置成O。偏移量Sft的上限由式(4)表不O
[0105]Dl_max+Sft < DH
[0106]Sft<DH-Dljnax
[0107]Sft < 93-Dl_max 式(4)
[0108]在S113中，計算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl。第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl由式(5-1)至式(5-3)表示。
[0109]Du = Dul_b+Sft 式(5-1)
[0110]Dv = Dvl_b+Sft 式(5-2)
[0111]Dw = Dwl_b+Sft 式(5-3)
[0112]根據(jù)本實施方式，當(dāng)電動機10的轉(zhuǎn)速較低時，縮短切換周期或切換時段。由此，減小了元件之間的熱生成不均勻性。
[0113]例如，如果將電流積分值用作與向上偏移與向下偏移之間的切換有關(guān)的參數(shù)，則在電動機1的轉(zhuǎn)速較低時，電流積分值的上升較慢。此處，切換花費更多的時間來達到閾值，這使多個SW元件之間具有不均勻的熱生成成為可能。
[0114]考慮到以上情況，如以上所提及的，在本實施方式中，當(dāng)電動機1的轉(zhuǎn)速較低時，切換周期被配置成較短。因此，適當(dāng)?shù)販p小了 SW元件之間的熱生成不均勻性。
[0115]此外，當(dāng)電動機10的轉(zhuǎn)速較高時，切換周期被擴展成較長時段，這是因為在這種情況下難以引起SW元件之間的熱生成不均勻性。由此，減少了伴隨向上偏移和向下偏移的切換而出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩紋波。
[0116]根據(jù)本實施方式，基于電動機10的轉(zhuǎn)速來可變地設(shè)置切換周期。電動機10的轉(zhuǎn)速可以被認為是“與電動機的驅(qū)動有關(guān)的物理量的瞬時值”，其與需要更多存儲器和其他計算資源以用于存儲和用于計算電流等的積分值的電流積分值相比能夠更容易計算。也就是說，基于電動機轉(zhuǎn)速來控制切換時段使能夠減少諸如存儲區(qū)域等的系統(tǒng)資源。
[0117]如以上詳細描述的，本實施方式的電力變換器I對具有第一繞組11和第二繞組12的電動機10的電力進行變換，并且變換器I設(shè)置有第一逆變器21、第二逆變器22和控制器40 ο
[0118]第一逆變器21包括以對應(yīng)于第一繞組11的多個相中的每個相的方式設(shè)置的第一SW元件211至216。
[0119]第二逆變器22包括以對應(yīng)于第二繞組12的多個相中的每個相的方式設(shè)置的第二SW元件221至226。
[0120]控制器40具有占空比計算器415和425，占空比計算器415和425計算(i)與施加于第一繞組11的電壓有關(guān)的第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl以及(ii)第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2。
[0121]此外，在第一時段Pl中，施加于第一繞組11的第一中性點電壓Vnl向下偏移至逆變器(21)的可輸出范圍的輸出中心值VM以下，并且施加于第二繞組12的第二中性點電壓Vn2偏移至逆變器(22)的可輸出范圍的輸出中心值VM以上。
[0122]此外，在第二時段P2中，第一中性點電壓Vnl偏移至輸出中心值VM以上并且第二中性點電壓Vn2偏移至輸出中心值VM以下。
[0123]當(dāng)經(jīng)過了基于預(yù)設(shè)物理量而可變地計算的切換時段Pc時，占空比計算器415和425計算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl和第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2，使得第一時段Pl和第二時段P2切換。
[0124]根據(jù)本實施方式，以切換時段Pc的間隔對兩個狀態(tài)(S卩，第一中性點電壓Vnl被偏移至輸出中心值VM以上并且第二中性點電壓Vn2被偏移至中性輸出值VM以下的一個狀態(tài)；以及第一中性點電壓Vnl被偏移至輸出中心值VM以下并且第二中性點電壓Vn2被偏移至輸出中心值VM以上的另一狀態(tài))進行切換(即交替)。以此方式，減小了 SW元件211至216以及221至226之間的不均勻熱生成。
[0125]此外，基于預(yù)設(shè)物理量來可變地確定切換時段Pc。由此，減小了伴隨第一時段Pl與第二時段P2之間的切換而出現(xiàn)的振動和聲音。
[0126]根據(jù)本實施方式，預(yù)設(shè)物理量是電動機10的轉(zhuǎn)速。更具體地，電動機10的轉(zhuǎn)速越低，則使切換周期越短，這依賴于如何計算切換時段Pc。
[0127]因此，在電動機10的轉(zhuǎn)速較低時SW元件之間的熱生成不均勻性減小。此外，伴隨電動機10的轉(zhuǎn)速較高時的切換而出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩紋波減小。
[0128]根據(jù)本實施方式，占空比計算器415和425對應(yīng)于“指令計算器”。第一占空比指令值Du 1、Dv 1、DwI對應(yīng)于“第一電壓指令值”，第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2對應(yīng)于“第二電壓指令值”。電動機10的轉(zhuǎn)速對應(yīng)于“預(yù)設(shè)物理量”。
[0129](第二實施方式)
[0130]基于圖6A/圖6B來描述本公開內(nèi)容的第二實施方式。
[0131 ]根據(jù)本實施方式，第一指令計算器41的占空比計算器415執(zhí)行對電壓指令值Vu女
1、Vv * 1、Vw * I的調(diào)制處理并且計算第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl，第二指令計算器42的占空比計算器425執(zhí)行對電壓指令值Vu* 2、Vv* 2、Vw* 2的調(diào)制處理并且計算第二占空比指令值0112、0￥2、0界2。
[0132]此處，對調(diào)制處理進行描述。
[0133]根據(jù)本實施方式，“低端設(shè)置調(diào)制處理”被定義為將第一占空比指令值Dul、Dvl和Dwl中的最小一個設(shè)置成預(yù)設(shè)值的調(diào)制處理。類似地，“低端設(shè)置調(diào)制處理”被定義為將第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2中的最小一個設(shè)置成預(yù)設(shè)值的調(diào)制處理。通過執(zhí)行低端設(shè)置調(diào)制處理，中性點電壓Vnl和Vn2被偏移至輸出中心值VM以下。
[0134]此外，“高端設(shè)置調(diào)制處理”被定義成將第一占空比指令值Dul、Dvl和Dwl中的最高一個設(shè)置成預(yù)設(shè)值的調(diào)制處理。類似地，“高端設(shè)置調(diào)制處理”被定義成將第二占空比指令值Du2、Dv2和Dw2中的最高一個設(shè)置成預(yù)設(shè)值的調(diào)制處理。通過執(zhí)行高端設(shè)置調(diào)制處理，中性點電壓Vnl和Vn2被偏移至輸出中心值以上。也就是說，根據(jù)本實施方式，通過執(zhí)行高端設(shè)置調(diào)制處理，中性點電壓Vnl和Vn2被偏移至輸出中心值VM以上。
[0135]通過執(zhí)行調(diào)制處理，提高了電壓使用效率。
[0136]根據(jù)本實施方式，第一占空比指令值Dul、Dvl、Dwl和第二占空比指令值Du2、Dv2、Dw2中的一個經(jīng)受低端設(shè)置調(diào)制處理，而另一個經(jīng)受高端設(shè)置調(diào)制處理。由此，第一中性點電壓Vnl和第二中性點電壓Vn2中的一個被偏移至輸出中心值VM以下，而另一個被偏移至輸出中心值VM以上。
[0137]根據(jù)本實施方式，如以上提及的實施方式那樣，基于電動機10的轉(zhuǎn)速來可變地確定切換時段Pc。切換時段Pc的計算方法與以上提及的實施方式的切換時段Pc的計算方法相同。
[0138]在本實施方式中，如圖6A/圖6B所示，電動機1的轉(zhuǎn)速較低時的切換時段PcI比轉(zhuǎn)速較高時的切換時段Pc2短。也就是說，Pcl〈Pc2。以此方式，實現(xiàn)了與以上提及的實施方式相同的效果。
[0139](第三實施方式)
[0140]基于圖7來描述本公開內(nèi)容的第三實施方式。
[0141]第三實施方式至第六實施方式中的切換時段Pc的計算方法與以上實施方式中的切換時段Pc的計算方法不同。與以上實施方式相同的其他方面(S卩，調(diào)制處理)可以如第一實施方式那樣執(zhí)行或者可以如第二實施方式那樣不執(zhí)行。
[0142]根據(jù)本實施方式，基于由電流檢測器26和27檢測的電流檢測值1111、1￥1、1?1、1112、Iv2和Iw2來計算切換時段Pc。
[0143]當(dāng)電流檢測值Iul、Ivl、Iwl、Iu2、Iv2和Iw2較大時，提供給開關(guān)元件211至216、221至226的電流較大。因此，例如，如圖7所示，隨著電流檢測值1111、1￥1、1?1、1112、1￥2和1?2的幅度變大，縮短切換時段Pc。
[0144]此外，對于與流向繞組11和12的電流有關(guān)的值，替代使用電流檢測值Iul、Ivl、Iwl、Iu2、Iv2和Iw2，可以通過使用電流檢測值或電流檢測估計值來計算切換時段Pc。
[0145]用于這樣的計算的電流檢測值和/或電流指令值可以從三個相中的每個相得出，或者可以從d/q軸中的每個得出。
[0146]此外，可以基于與在第一繞組11和第二繞組12中的僅一個中流動的電流有關(guān)的值來計算切換時段Pc。
[0147]在本實施方式中，預(yù)設(shè)物理量是在第一繞組11和第二繞組12中的僅一個中流動的電流中的至少一個。由此，可以適當(dāng)?shù)販p小SW元件211至216、221至226之間的熱生成不均勻性。
[0148](第四實施方式)
[0149]基于圖8來描述本公開內(nèi)容的第四實施方式。
[0150]根據(jù)本實施方式，檢測施加于第一繞組11和第二繞組12的電壓，并且基于電壓檢測值來計算切換時段Pc。電壓檢測值例如可以是端子電壓檢測值。
[0151]施加于第一繞組11和第二繞組12的電壓越大，則開關(guān)元件211至216、221至226的高熱生成概率變得越高。因此，例如，如圖8所示，電壓檢測值的幅度越大，則使切換時段Pc越短。
[0152]在這樣的情況下，替代使用電壓檢測值，可以基于電壓指令值來計算切換時段Pc。
[0153]此外，電壓指令值可以是占空比變換值。
[0154]此外，用于這種計算的電流檢測值和/或電流指令值可以從三個相中的每個相得出，或者可以從d/q軸中的每個得出。
[0155]此外，可以基于與施加于第一繞組11的電壓和施加于第二繞組12的電壓中的僅一個有關(guān)的值來計算切換時段Pc。
[0156]在本實施方式中，預(yù)設(shè)物理量是施加于第一繞組11的電壓和施加于第二繞組12的電壓中的至少一個。由此，適當(dāng)?shù)販p小了SW元件211至216、221至226之間的熱生成不均勻性。
[0157](第五實施方式)
[0158]基于圖9來描述本公開內(nèi)容的第五實施方式。
[0159]根據(jù)本實施方式，基于電動機10的轉(zhuǎn)矩來計算切換時段Pc。例如，基于電流檢測值或電流指令值，電動機10的轉(zhuǎn)矩是可計算的。電動機10的轉(zhuǎn)矩越大，則開關(guān)元件211至216、221至226的高熱生成概率越高。因此，例如，如圖9所示，隨著電動機10的轉(zhuǎn)矩增加，縮短切換時段Pc。
[0160]此外，替代使用電動機1的轉(zhuǎn)矩，可以基于由轉(zhuǎn)矩傳感器94檢測的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩來計算切換時段Pc。
[0161]在本實施方式中，預(yù)設(shè)物理量是電動機10的轉(zhuǎn)矩。由此，適當(dāng)?shù)販p小了SW元件211至216、221至226之間的熱生成不均勻性。
[0162](第六實施方式)
[0163]基于圖10來描述本公開內(nèi)容的第六實施方式。
[0164]根據(jù)本實施方式，基于逆變器溫度計算切換時段Pc，逆變器溫度是逆變器21和22的溫度。也就是說，可以在逆變器21和22上設(shè)置未示出的溫度傳感器，并且可以基于有關(guān)溫度傳感器的檢測值計算切換時段Pc。
[0165]也可以基于根據(jù)電流檢測值或電流指令值估計的溫度來計算切換時段Pc。也就是說，如圖10所示，隨著逆變器21和22的溫度增加，可以縮短切換時段Pc。
[0166]也可以基于第一逆變器21或第二逆變器22之一的溫度來計算切換時段Pc。
[0167]在本實施方式中，預(yù)設(shè)物理量是第一逆變器21和第二逆變器22中至少之一的溫度。由此，基于第一逆變器21和第二逆變器22的溫度，更適當(dāng)?shù)販p小了SW元件211至216、221至226之間的熱生成不均勻性。
[0168](第七實施方式)
[0169]基于圖1IA/圖1IB來描述本公開內(nèi)容的第七實施方式。
[0170]根據(jù)本實施方式，電力變換器I設(shè)置在車輛內(nèi)。也就是說，在本實施方式中，車輛對應(yīng)于“安裝有旋轉(zhuǎn)電機的系統(tǒng)”。如圖1IB所示，在車輛中，增益的大小根據(jù)頻率而改變。在本實施方式中，當(dāng)增益在某些頻率下達到峰值時，這樣的頻率被定義為諧振頻率X、Y和Z。
[0171]此外，在電力變換器I中，與以其他周期進行切換相比，當(dāng)以與諧振頻率Χ、Υ和Z相同的周期執(zhí)行向上偏移和向下偏移的切換時，振動和/或聲音可能會變大。
[0172]因此，根據(jù)本實施方式，切換時段Pc被計算成使得切換時段Pc不落入諧振區(qū)域Rx、Ry或Rz內(nèi)，諧振區(qū)域Rx、Ry或Rz分別被定義為包括分別作為諧振頻率X、Y或Z的時間變換值而得出的時間Tx、時間Ty或時間Tz的某頻域。
[0173]盡管圖1lA/圖1lB示出了基于電動機10的轉(zhuǎn)速來計算切換時段Pc的示例，當(dāng)基于電流、電壓、轉(zhuǎn)矩或者逆變器21和22的溫度來計算切換時段Pc時，也可用相同的方案。這同樣適用于后面的第八實施方式。
[0174]盡管圖1lA/圖1lB分別示出了具有三個諧振區(qū)域Rx、Ry、Rz的示例，但諧振區(qū)域的數(shù)目可以根據(jù)車輛的諧振頻率而任意確定。此外，諧振區(qū)域的寬度可以依區(qū)域不同而不同。諧振范圍Rx、Ry、Rz可以分別具有不同的區(qū)域?qū)挾取?br>[0175]根據(jù)本實施方式，通過避開諧振區(qū)域Rx、Ry、Rz來計算切換時段Pc，諧振區(qū)域Rx、Ry、Rz分別被計算為包括諧振頻率X、Y、Z的時間變換值Tx、Ty、Tz的區(qū)域。由此，防止了由于諧振而引起的振動和噪聲的增加。
[0176](第八實施方式)
[0177]基于圖12來描述本公開內(nèi)容的第八實施方式。
[0178]根據(jù)本實施方式，通過將切換時段Pc設(shè)置成人類可聽范圍之外的頻率范圍來防止產(chǎn)生人類可聽噪聲。更具體地，當(dāng)人類可聽范圍的下限頻率是Hmin(例如20Hz)時，可以將切換時段Pc設(shè)置成等于或高于下限Tmin(例如50ms)，Tmin是Hmin的時間變換值。
[0179]也就是說，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于閾值Sth時，將切換時段Pc設(shè)置成下限Tmin，而隨著轉(zhuǎn)速增加(即超過閾值Sth)，也可以增大切換時段Pc。以此方式，切換時段Pc被控制成等于或大于下限Tmin，防止了伴隨向上偏移和向下偏移之間的切換而出現(xiàn)的噪聲生成。
[0180]在使用電流、電壓、轉(zhuǎn)矩或逆變器溫度而不是使用轉(zhuǎn)速的情況下，如果上述參數(shù)等于或大于閾值，則可以將切換時段Pc設(shè)置成下限Tmin。由此，所計算的切換時段Pc變得等于或大于下限Tmin。
[0181 ]根據(jù)本實施方式，切換時段Pc被計算成不落入人類可聽頻率范圍內(nèi)。以此方式，防止了伴隨第一時段Pl和第二時段P2之間的切換的噪聲。
[0182](其他實施方式)
[0183](a)指令計算器
[0184]根據(jù)以上提及的實施方式，由占空比計算器計算的第一占空比指令值對應(yīng)于“第一電壓指令值”，并且由占空比計算器計算的第二占空比指令值對應(yīng)于“第二電壓指令值”。
[0185]根據(jù)其他實施方式，預(yù)占空比變換電壓指令值可以經(jīng)受偏移處理，并且偏移處理后的偏移后電壓指令值可以變換成占空比。
[0186]這同樣可以適用于調(diào)制處理。也就是說，占空比變換前的電壓指令值例如可以被認為是第一電壓指令值和第二電壓指令值，并且可以在第一實施方式的控制器413和423與占空比計算器415和425之間的位置處設(shè)置諸如調(diào)制處理器和偏移處理器的功能塊。在這樣的情況下，調(diào)制處理器和偏移處理器對應(yīng)于“指令計算器”。
[0187]在以上提及的實施方式中，對目標(biāo)偏移量執(zhí)行濾波的低通濾波器的時間常數(shù)是預(yù)設(shè)時間常數(shù)。
[0188]根據(jù)其他實施方式，考慮到電機的響應(yīng)性根據(jù)電流的大小而改變這一點，時間常數(shù)可以是根據(jù)電流大小的可變值。此處，“電流大小”可以指示基于電流檢測值或基于電流指令值的值。
[0189]根據(jù)以上提及的實施方式，對目標(biāo)偏移量進行濾波。
[0190]根據(jù)其他實施方式，通過使用除目標(biāo)偏移量以外的濾波后的其他參數(shù)，第一電壓指令值和第二電壓指令值的計算可以被配置成將第一中性點電壓和第二中性點電壓的改變的時間常數(shù)控制成大于預(yù)設(shè)時間常數(shù)。
[0191](b)電流檢測器
[0192]根據(jù)以上提及的實施方式，電流檢測器是分流電阻器，并且被設(shè)置在低電位側(cè)SW元件的低電位側(cè)的位置處。
[0193]根據(jù)其他實施方式，電流檢測器可以不必是分流電阻器，而是例如霍爾IC等。
[0194]此外，根據(jù)其他實施方式，電流檢測器可以設(shè)置在除低電位側(cè)SW元件的低電位側(cè)以外的位置處，例如在高電位側(cè)SW元件的高電位側(cè)的位置或者繞組與逆變器之間的位置等。
[0195](c)旋轉(zhuǎn)電機
[0196]在以上提及的實施方式中，旋轉(zhuǎn)電機是具有三個相的無刷電動機。
[0197]在其他實施方式中，也可以使用除具有三個相以外(例如具有四個相或更多相)的多相旋轉(zhuǎn)電機。
[0198]此外，除無刷電動機以外，也可以使用任何電動機。
[0199]此外，旋轉(zhuǎn)電機不僅可以是電動機，還可以是發(fā)電機，并且可以是具有電動機和發(fā)電機功能的電動發(fā)電機。
[0200]根據(jù)以上提及的實施方式，旋轉(zhuǎn)電機可以應(yīng)用于電動轉(zhuǎn)向裝置。
[0201]根據(jù)其他實施方式，旋轉(zhuǎn)電機可以應(yīng)用于除電動轉(zhuǎn)向裝置外的裝置。
[0202]盡管已經(jīng)參照附圖結(jié)合本公開內(nèi)容的優(yōu)選實施方式描述了本公開內(nèi)容，但要指出的是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，各種改變和修改將變得明顯，并且這樣的改變、修改和概述方案被理解為處于由所附權(quán)利要求書限定的本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種電力變換器，用于變換提供給具有第一繞組和第二繞組的旋轉(zhuǎn)電機的電力，所述電力變換器包括: 第一逆變器(21)，其具有與所述第一繞組中的多個相中的每個相對應(yīng)的第一開關(guān)元件(211至216); 第二逆變器(22)，其具有與所述第二繞組中的多個相中的每個相對應(yīng)的第二開關(guān)元件(221至226);以及 控制器(40)，其包括指令計算器(415、425)，所述指令計算器(415、425)計算應(yīng)用于所述第一繞組的第一電壓指令值和應(yīng)用于所述第二繞組的第二電壓指令值，其中， 對所述第一繞組的施加電壓(i)在第一時段中被控制成使得第一中性點電壓(Vnl)偏移至輸出的可輸出范圍的輸出中心值(VM)以下并且第二中性點電壓(Vn2)偏移至所述可輸出范圍的所述輸出中心值(VM)以上；以及(ii)在第二時段中被控制成使得所述第一中性點電壓(Vnl)偏移至所述可輸出范圍的所述輸出中心值(VM)以上并且所述第二中性點電壓(Vn2)偏移至所述可輸出范圍的所述輸出中心值(VM)以下，并且 所述指令計算器計算所述第一電壓指令值和所述第二電壓指令值，以用于使得能夠在經(jīng)過切換時段(Pc)之后在所述第一時段與所述第二時段之間切換，所述切換時段(Pc)是基于預(yù)設(shè)物理量可變地計算的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換器，其中， 所述預(yù)設(shè)物理量包括所述旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)速。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換器，其中， 所述預(yù)設(shè)物理量包括在所述第一繞組和所述第二繞組的至少之一中流動的電流。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換器，其中， 所述預(yù)設(shè)物理量包括施加于所述第一繞組和所述第二繞組的至少之一的電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換器，其中， 所述預(yù)設(shè)物理量包括所述旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換器，其中， 所述預(yù)設(shè)物理量包括所述第一逆變器和所述第二逆變器的至少之一的溫度。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的電力變換器，其中， 所述切換時段是通過避開諧振范圍來計算的，所述諧振范圍包括與安裝有所述旋轉(zhuǎn)電機的系統(tǒng)有關(guān)的系統(tǒng)諧振頻率的時間變換值。8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的電力變換器，其中， 所述切換時段是通過避開人類可聽范圍來計算的，所述人類可聽范圍對應(yīng)于人類能夠聽到的頻率范圍。
【文檔編號】H02P21/05GK105915126SQ201610090200
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月17日
【發(fā)明人】加納遼, 鈴木崇志
【申請人】株式會社電裝