专利名称：旋转电机控制器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种旋转电机控制器。具体地，涉及通过操作电压施加电路将旋转电机的扭矩反馈控制到要求的扭矩的控制器，其中电压施加电路向配备有永磁体的旋转电机施加电压。
背景技术：
例如，如在日本专利申请特开平公布第2009-232531号中所公开的，提出了如下控制器该控制器使用限定要求的扭矩和配备有永磁体的三相电动机的旋转速度之间的关系的映射来设置逆变器的输出电压矢量的模，以及电压施加电路(逆变器)的输出电压矢量的模。这里，逆变器的输出电压的相位由扭矩反馈控制的受控变量限定。顺便提及，当出现异常时，该异常是电动机中配备的永磁体的磁通量的减小或者被称作退磁，发生诸如相对于要求的扭矩实际扭矩的减小的麻烦。为此，例如在日本专利第4223880号中公开了一种确定永磁体中磁通量的减小或者所谓的退磁的存在的技术。具体地，当使用命令电压作为受控变量用于执行电流反馈控制以使得命令电流变为三相电动机的要求的扭矩时，基于命令电压和标准值的差确定退磁的存在。但是，在上述第2009-232531号公布所公开的根据要求的扭矩单值地限定输出电压矢量的模的技术中，难以基于输出电压矢量的模确定退磁的存在。
发明内容
鉴于上述问题提出了本发明，本发明具有如下目标提供一种旋转电机控制器，该控制器当操作向旋转电机施加电压的电压施加电路时可以确定永磁体的磁通量的异常的存在，该控制器将配备有永磁体的旋转电机的扭矩反馈控制到要求的扭矩。在根据第一方面的旋转电机中，该旋转电机包括模设置装置，设置电压施加电路的输出电压的矢量模；相位控制装置，控制电压施加电路的输出电压的相位以使得旋转电机的扭矩被反馈控制到要求的扭矩；以及异常确定装置，基于由相位控制装置控制的相位确定永磁体的磁通量是否发生异常。当永磁体的磁通量在设置模的情况下变化时，扭矩由于流经旋转电机的电流变化而变化。为此，由于执行由相位控制装置进行的源于永磁体的磁通量的变化的相位的控制，因此认为输出电压矢量的相位反映了永磁体的磁通量的异常的存在。根据该观点，磁通量的变化的存在是基于上述发明中的相位确定的。在根据第二方面的旋转电机中，该旋转电机还包括区域设置装置，该装置使用输出电压的矢量模、旋转电机的旋转速度和要求的扭矩中的至少两个参数作为输入来设置由相位控制装置控制的相位的正常区域。
基于相位控制装置控制的相位相对于正常区域的偏离，异常确定装置确定永磁体的磁通量已经发生了异常。在上述发明中，通过包括区域设置装置可以适当地从相位中提取关于永磁体的磁通量的异常的存在的信息。在根据第三方面的旋转电机中，旋转电机控制器具有限制装置，该装置使用相位控制装置将相位限制为在可允许范围内。如果相位控制装置设置的相位在可允许范围的适当值内，则异常确定装置确定永磁体的磁通量已经发生了异常。要求电动机的操作区域在相位和扭矩之间具有I对I的关系。因此，期望具有限制装置以在采用相位控制装置时来限制操作区域和相位的可允许范围。另外，当在该情况中磁通量发生异常时，认为还发生了相位保持在可允许范围的适当值内的现象。在本发明的第三方面中，根据该观点，当相位保持在可允许范围的适当值内时确定是异常的。在根据第四方面的旋转电机中，如果模设置装置设置的模基本上为常数，则异常确定装置确定磁通量已经发生了异常。认为在瞬态时间段处模不是常数，不像规则时间的模是常数，由于各种影响相位是波动的。在该情况中，难以根据相位检测磁通量的异常。因此，在本发明的第四方面中根据该观点建立了这样的状况。在根据第五方面的旋转电机中，电压施加电路是设置有开关元件的交流(AC)-直流(DC)双向转换器，所述开关元件将旋转电机的端子交替连接至直流电源的正极和负极。
在附图中图I示出了第一实施例的系统配置图；图2是示出了第一实施例的操作相位容限水平的图；图3是示出了第一实施例的检测退磁的存在的确定处理的过程的流程图；图4示出了用于说明第一实施例的正常相位区域的设置的图；以及图5是示出了第二实施例的检测退磁的存在的确定处理的过程的流程图。
具体实施例方式<第一实施例>参照附图，下文中将描述应用于为车用原动机的旋转电机的控制器的本发明的第
一实施例。在图I中示出了关于本实施例的电动发电机的控制系统的整体配置。作为车用原动机的电动发电机10是三相永磁体同步电动机。而且，电动发电机10是具有凸极的旋转电机(凸极电机)。
更具体地，电动发电机10是内埋式永磁同步电动机(IPMSM)。电动发电机10经由作为电压施加电路的逆变器IV连接到高电压电池12。逆变器IV设置有三组串联连接的开关元件体S*p和S*n(* = u，v，w)，并且各个串联连接的体的连接点连接至电动发电机10的相应的U、V和W相。在本实施例中，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)用作开关元件S * * = u, V, w ;# =η, ρ)。而且，二极管D * #以反向并联连接连接至开关元件。在本实施例中，以下设置为检测电动发电机10和逆变器IV的状态的检测装置。首先，设置了检测电动发电机10的旋转角度(电角度Θ )的旋转角度传感器14。而且，设置了检测流经电动发电机10的V相和W相的电流iv和iw的电流传感器 16。另外，设置了检测逆变器IV的输入电压(电源电压VDC)的电压传感器18。上述各个传感器的检测值经由接口(未示出)输入到构成低电压系统的控制器20中。在控制器20中基于传感器的检测值生成并输出对控制逆变器IV的信号进行控制的操作信号。这里，操作逆变器IV的开关元件S * #的信号是操作信号g * #。控制器20操作逆变器IV以使得电动发电机10的扭矩被控制为要求的扭矩Tr。下文中，将说明上述操作。两相转换部22将电流传感器16检测的电流iv和iw转换为d轴的实际电流id 和q轴的实际电流iq，它们是旋转轴系统的电流。另一方面，速度计算部分24基于旋转角度传感器14检测的电角度Θ计算电角速度ω。作为扭矩检测装置的扭矩估计器26通过将实际电流id和iq作为输入计算电动发电机10的估计的扭矩Te。该处理可以通过使用存储实际电流id、iq和扭矩之间的关系的映射来计算，并且可以使用模型公式来计算。作为相位控制装置的相位设置部28基于要求的扭矩Tr和估计的扭矩Te之间的差来设置相位S作为受控变量，用于将估计的扭矩Te反馈控制到要求的扭矩Tr。详细地，相位δ被计算为比例控制器的输出和积分控制器的输出的和，其中该比例控制器将要求的扭矩Tr和估计的扭矩Te之间的差作为输入。更具体地，向输出值(相位δ )和相位设置部28中的积分控制器应用限制相位的防护处理。这是因为虽然通过将相位δ限制在用虚线规定的区域中而在逆变器IV的输出电压矢量的相位δ和电动发电机10的扭矩之间存在I对I的对应关系，如图2中所示，但是该关系在该区域之外被打破。S卩，将存在可以产生相同扭矩的多个相位δ。为此，通过对相位δ执行防护处理并将相位δ限制到图I中所示的相位设置部 28中的相位可操作范围，来将相位δ限制为适当的值以用于控制扭矩。4/9页另一方面，作为模设置装置的模设置部30通过将要求的扭矩Tr和电角速度ω作为输入来设置逆变器IV的输出电压矢量的模Vn。详细地，通过在模设置部30中提供限定模Vn和要求的扭矩Tr以及电角速度ω 之间的关系的映射来设置模Vn。在本实施例中，该模Vn被设置为可以实现最小电流最大扭矩控制的值。另外，在操作信号生成部38中，基于在相位设置部28中设置的相位δ、在模设置部30中设置的模Vn、电源电压VDC和电角度Θ生成和输出操作信号g ~k #。具体地，操作信号生成部38存储针对电角度的单个旋转周期的操作信号波形作为针对每个调制因子的映射数据。在操作信号生成部38中，基于电源电压VDC和模Vn计算调制因子，并且根据所计算的调制因子选择可应用操作信号波形。这里，将调制因子的上限设置为I. 27，这是在方波控制时的调制因子。为此，当调制因子变为最大值I. 27时，选择如下波形(单个脉冲波形)作为操作信号波形，其中，在电角度的单个旋转周期时将高电势侧的开关元件S * ρ接通至开(ON) 状态的时间段和将低电势侧的开关元件S * m接通至开(ON)状态的时间段针对相应的时间段变为一次，这是在矩形波控制时的波形。当以这种方式选择操作信号波形时，通过基于相位设置部28设置的相位δ设立波形的输出时序在操作信号生成部38中生成操作信号。通过使用上述操作信号g * #，可以通过最小电流最大扭矩控制将电动发电机10 的扭矩控制为要求的扭矩Tr。但是，当减小永磁体的磁通量时或者当出现退磁时，发生诸如电动发电机10的效率降低的各种问题。因此，本实施例考虑到在出现退磁和不发生退磁的情形下相位设置部28设置的相位S不同，检测电动发电机10的永磁体的磁通量减小的异常，并且在确定存在异常时， 向外通知(异常确定装置)。接着，使用表达IPMSM的电压等式的以下等式(Cl)和(c2)说明由于退磁的存在相位S不同的原因。在下列等式中，使用了 d轴电感Ld、q轴电感Lq、电阻R、电枢互连磁通量常数.φ和微分算子P。vd= (R+pLd) id-ω Lqiq—(cl)
vq=o)Ldid+(R+pLq)iq+o)(p~(c2)在上述公式(Cl)和(c2)中，在电动发电机10正在旋转的情况下，如果假定了稳定状态，则微分算子P的项可以设置为零，并且如果忽略电阻R的项，则获得以下公式(C3) 和(c4)οvd = -co Lqiq--(c3)
Vq=QLdid +ωφ~(c4)这里，根据要求的扭矩Tr和电角速度ω单值地设置逆变器IV的输出电压矢量的模。另外，当出现退磁时，可以释放的电流变大，这是因为即使模相同电枢互连磁通量常数.φ也变小。具体地,根据公式(c4),当出现退磁时，d轴的电流id增大。另外，在该情况下，在扭矩估计器26中确定扭矩小于要求的扭矩Tr。S卩，通过下列公式(c5)表达电流和扭矩之间的关系。
T=P{tpiq+(Ld-Lq)idiq} — ( c5 )这里，由于在IPMSM中[Ld-Lq]为负，因此当d轴电流为负且绝对值减小时或者它正好从负变成正时，估计的扭矩Te将变小。为此,为了将估计的扭矩Te控制到要求的扭矩Tr,在电力运转(power running) 时执行相位δ的提前角操作，在再生时执行相位δ的滞后角操作。另外，电枢互连磁通量常数φ在这里是不管是否存在退磁都不变化的常数值。在图3中示出了关于本实施例的确定退磁的存在的处理的过程。例如，该处理由控制器20对于预定周期重复执行。在一系列处理中，首先在步骤SlO中获取要求的扭矩Tr和电角速度ω。在步骤S12(区域设置装置)中，关于相位设置部28设置的相位δ计算当在电动发电机10的永磁体还未出现退磁时可以采用的范围(正常相位区域)。在本实施例中，使用限定要求的扭矩Tr和电角速度ω以及正常相位区域之间的关系的映射执行正常相位区域的映射计算。这里，说明使用要求的扭矩Tr和电角速度ω作为正常相位区域的原因。根据上述公式(c3)和(c4)，假定电压矢量(vd，vq)的模Vn的平方为常数值，则d 轴的电流id和q轴的电流iq变为在图4中用实线示出的椭圆上的值。椭圆的长轴和短轴的大小分别变为[Vn/ ω Ld]和[Vn/ ω Lq]，并且不仅取决于模 Vn而且取决于电角速度ω而变化。而且，在公式(c5)中扭矩T不设置为常数的情形中，扭矩曲线变为向上的曲线，如图4中所示的虚线。这里，由于认为相位设置部28设置的相位δ变为模Vn限定的椭圆和等值的扭矩曲线的交叉点，因此相位δ变为根据模Vn、电角速度ω和扭矩而限定。因此，可以通过指定模Vn、电角速度ω和扭矩来限定正常相位区域。但是，在本实施例中，由于在模设置部30中根据要求的扭矩Tr和电角速度ω单值地设置模Vn，因此根据电角速度ω和要求的扭矩Tr设置正常相位区域。当完成图3中所示的步骤S12的处理时，处理进行到步骤S14。在步骤S14中，确定相位δ是否在正常相位区域之外。如果在步骤S14中确定为是，则在步骤S16中执行计数器C的时间计数，其中计数器C对相位δ离开正常相位区域的时间进行计数。然后，在步骤S18中，确定计数器C的值是否大于阈值Cth。该处理用于判断在电动发电机10的永磁体是否出现退磁。S卩，当相位δ离开正常相位区域的时间多于阈值Cth时，可以确定相位δ离开正常相位区域的现象不是由于瞬态操作引起的，并且可以确定它取决于永磁体的退磁。换言之，在模设置部30设置的模Vn被设置为常数的情况下，认为当在模Vn中将估计的扭矩Te设置为要求的扭矩Tr时是通过适当的相位δ操作的。另外，阈值Cth被设置为比由于瞬态操作引起的相位δ在正常相位区域之外时较大的值，因此能够继续。如果在步骤S18中确定为否，则处理返回步骤S14 ;而如果在步骤S18中确定为是，则在步骤S20中确定永磁体出现退磁并且将该结果通知用户。另一方面，如果在步骤S14中确定为否，则在步骤S22中初始化计数器C。另外，当完成上述步骤S20和S22的处理时，完成该一系列处理。根据全面详细说明的本实施例，可以获得以下效果。(I)基于相位设置部28控制的相位δ在正常相位区域以外确定永磁体出现退磁。由此，可以适当地确定永磁体的退磁的存在。〈第二实施例〉下文中，参照
本发明的第二实施例，集中于与第一实施例的不同。如上所述，通过在相位控制部28中对相位δ应用防护处理将相位δ限制到可操作范围。这里，当保持电动发电机10的可控性时，期望将其设计为使得通过将正常相位区域的边界限定在可操作范围的边界内相位S在提前角侧和滞后角侧的操作变得可能。由此，相位δ可以是根据估计的扭矩Te是大于要求的扭矩Tr还是小于要求的扭矩Tr操作的滞后角或者操作的提前角。但是，即使这样设计相位δ，也存在如下可能性当出现退磁时，相位δ将离开正常相位区域并且可以被设置为在可操作范围的边界值处的常数。通过在本实施例中考虑这一点，基于如下事实来确定是否出现退磁相位δ是可操作范围的边界值的情况不是瞬态现象导致的。在图5中示出了关于本实施例的确定退磁的存在的处理的过程。例如，该处理由控制器20针对预定周期重复执行。在一系列处理中，首先在步骤S30中确定相位δ是否是可操作范围的边界值。如果在步骤S30中确定为是，则在步骤S32中执行计数器C的时间计数，其中计数器C对相位δ是可操作范围的边界值的时间进行计数。然后，在下面的步骤S34中，确定计数器C的值是否大于阈值Cth。该处理用于判断相位δ为可操作范围的边界值的情况是否是由瞬态操作导致的。如果在步骤S34中确定为否，则处理返回步骤S32 ;而如果在步骤S34中确定为是，则在步骤S36中确定永磁体出现退磁，并且将结果通知用户。另一方面，如果在步骤S30中确定为否，则在步骤S38中初始化计数器C。另外，当完成上述步骤S36和S38的处理时，立即结束该一系列处理。根据全面详细说明的本实施例，可以获得以下效果。(2)如果相位设置部28设置的相位δ保持在可允许范围的边界值上则确定永磁体出现退磁。
由此，可以适当地确定永磁体的退磁的存在。〈其他实施例〉应当理解，上述每个实施例可以如下修改和执行。〈关于模设置装置〉对于模设置装置，模Vn不限于根据要求的扭矩Tr和电角速度ω单值限定的那些。例如，可以根据要求的扭矩Tr、电角速度ω和电动发电机10的温度单值地限定模 Vn0对于模设置装置，模Vn不限于被设置为所要求的扭矩Tr的开环操作的量的那些。例如，最终的模可以是如下模该模通过用于将d轴的实际电流id反馈控制到命令电流idr的受控变量的开环控制修改。即使在这样的情况中，由于当执行方波控制时模设置为常数并且可能发生执行相位S的可变操作以用于控制到要求的扭矩Tr的情形，因此此时也可以基于相位δ确定退磁的存在。另外，例如，如果开环控制应用于通过最小电流最大扭矩控制实现要求的扭矩Tr， 则命令电流idr变成可以通过最小电流最大扭矩控制实现要求的扭矩Tr的电流。关于模设置装置不限于以上内容，参照以下部分〈关于相位控制装置>。〈关于相位控制装置〉对于相位控制装置，相位δ不限于被用作直接操作参数。例如，扭矩反馈控制的直接操作参数可以是q轴的命令电流，像日本专利申请特开平公布第2010-11600号中所公开的过调制控制器一样。即使在这样的情况下，由于设置为用于将q轴的命令电流反馈控制到实际电流的受控变量的d轴的命令电压以及预先确定为d轴的命令电压的模是单值限定的，因此相位 δ也通过扭矩反馈控制来控制。在上述构成中，由于当永磁体的磁通量减小时作为用于扭矩反馈控制的受控变量的q轴的命令电流减小，认为用于将q轴的电流反馈控制为等于命令电流的d轴的命令电压不同于在正常时间处的d轴的命令电压，因此相位δ不同于正常相位区域中的相位δ。〈关于区域设置装置〉输入参数不限于为要求的扭矩Tr和电角速度ω。例如，输入参数可以是输出电压矢量的模Vn和电角速度ω ο即使在这种情况下，由于模Vn是由模设置装置30根据要求的扭矩Tr和电角速度 ω单值设置的，因此认为也可以高精度地设置正常区域。而且，例如，在日本专利申请特开平公布第2010-11600号中所公开的当在过调制控制时基于命令电压的相位确定异常的存在时，期望将输入参数设置为要求的扭矩Tr、输出电压矢量的模Vn和电角速度ω。另外，在如以上〈关于模设置装置〉部分中所公开的根据要求的扭矩Tr、电角速度 ω和电动发电机10的温度单值地设置模Vn时，要求的扭矩Tr和电角速度ω与模Vn之间的单值关系被打破。为此，虽然期望将输入参数设置为要求的扭矩Tr、输出电压矢量的模Vn和电角速度ω，或者设置为要求的扭矩Tr、电角速度ω和温度，但是也可以将输入参数大致设置为要求的扭矩Tr和电角速度ω。<关于异常确定装置>例如，在上述第一实施例中，可以提供如下处理根据是电力运转还是再生，确定使用从正常区域的提前角侧还是滞后角侧。然后，当在电力运转时为从正常相位区域的提前角侧以及在再生时为从正常相位区域的滞后角侧时，确定的结果可以用作用于确定出现退磁的条件。类似地，在第二实施例中，可以提供如下处理根据是电力运转还是再生，确定使用到提前角侧可操作范围的边界还是它变为到滞后角侧可操作范围的边界。然后，当在电力运转时为从提前角侧的边界或者在再生时为滞后角侧的边界时， 确定的结果可以用作用于确定出现退磁的条件。但是，当使用其中[Ld > Lq]作为旋转电机时，通过执行相位的滞后角操作扭矩可以变大。在这样的情形中，例如，当在电力运转时处于相位对于正常相位区域的滞后角侧并且在再生时处于从正常相位区域的提前角侧时，确定的结果可以用作用于确定出现退磁的条件。另外，这样的旋转电机例如在日本专利申请特开平公布第2006-81338号中公开。<关于异常确定条件>对于异常确定条件，不限于如下条件状态离开正常相位区域或者将常数设置为可允许范围的边界持续大于阈值时间(计数器C变得大于阈值Cth的条件)。例如，虽然积分控制器的输出的变化量在要求的值以下，但是将相位在正常区域以外的量作为条件也是能够接受的。另外，模Vn设置为常数的情况不限于如上所述的电动发电机平稳工作的情况，而是直接确定模Vn的变化量在要求的值以下作为条件也是能够接受的。另外，不限于将模Vn设置为用于确定模Vn的变化量变得低于要求的值的装置的直接输入参数，设置为用于设立模Vn的参数(要求的扭矩Tr和电角速度ω)的输入参数也是能够接受的。S卩，如果变化量在预先设置的值以下，则认为模Vn的变化量在要求的值以下。<关于用于异常确定的方法>可能发生在每个上述实施例中退磁仅暂时发生的情形。可以通过累积的退磁的暂时确定判定真正出现退磁的确定。在这种情况下，当相位δ确定为正常(步骤S14、S30 :否)而作出暂时确定的次数小于要求的值时，必须要做的仅是将暂时异常的日志进行复位。另外，虽然当作出暂时异常确定时可以将其通知用户，但是可替选地，可以仅在明确判定异常确定的情况下通知用户。<关于电压施加电路>该电路不限于AC-DC双向转换器(逆变器IV)作为电压施加电路。例如，它可以是连接至旋转电机的每个端子的转换器，如日本专利申请第 2008-30825中所公开的。
〈关于旋转电机的扭矩检测装置〉旋转电机的扭矩检测装置不限于检测流经旋转电机的电流作为输入的扭矩检测
>J-U ρ α装直。例如，它可以是接触电动发电机10的旋转轴的装置以及直接检测扭矩的装置。〈关于旋转电机〉它不限于被用作作为旋转电机的车用原动机。例如，它可以是布置在助力转向系统中的旋转电机等。〈其他〉不限于作为直流电源的高电压电池12连接到逆变器IV的输入端子。例如，对高电压电池12的电压进行升压的转换器CV可以设置在高电压电池12和逆变器IV之间，并且可以用作直流电源。
权利要求
1.一种旋转电机控制器，所述旋转电机控制器通过操作向配备有永磁体的所述旋转电机施加电压的电压施加电路将所述旋转电机的扭矩反馈控制到要求的扭矩，包括模设置装置，所述模设置装置设置所述电压施加电路的输出电压的矢量模；相位控制装置，所述相位控制装置控制所述电压施加电路的所述输出电压的相位以使得所述旋转电机的扭矩被反馈控制到所述要求的扭矩，以及异常确定装置，所述异常确定装置基于所述相位控制装置控制的所述相位确定所述永磁体的磁通量是否发生异常。
2.根据权利要求I所述的旋转电机控制器，还包括区域设置装置，所述区域设置装置使用所述输出电压的矢量模、所述旋转电机的旋转速度以及所述要求的扭矩中的至少两个参数作为输入设置所述相位控制装置控制的所述相位的正常区域，其中，基于所述相位控制装置控制的所述相位相对于所述正常区域的偏离，所述异常确定装置确定所述永磁体的磁通量发生异常。
3.根据权利要求I所述的旋转电机控制器，所述旋转电机控制器具有限制装置，所述限制装置使用所述相位控制装置将所述相位限制在可允许范围内，其中，如果所述相位控制装置控制的所述相位保持在所述可允许范围的边界值上，则所述异常确定装置确定所述永磁体的磁通量已经发生异常。
4.根据权利要求1、2或3所述的旋转电机控制器，其中，如果所述模设置装置设置的所述模基本上为常数，则所述异常确定装置确定所述磁通量已经发生异常。
5.根据权利要求I至4中的任意一项所述的旋转电机控制器，其中，所述电压施加电路为布置有开关元件的交流-直流双向转换器，所述开关元件将所述旋转电机的端子交替连接至直流电源的正极和负极。
全文摘要
本发明公开了一种旋转电机控制器。在模设置部30中，基于要求的扭矩Tr和电角速度ω设置逆变器IV的输出电压矢量的模。在相位设置部28中，相位δ被设置为受控变量，以用于执行将估计的扭矩Te反馈控制到要求的扭矩Tr。在操作信号生成部38中，基于模设置部30设置的模Vn和相位设置部28设置的相位δ生成操作信号，并且将信号输出至逆变器IV。基于相位δ的值，确定电动发电机10的永磁体的异常的存在。
文档编号H02P21/12GK102594248SQ20121000365
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月6日 优先权日2011年1月7日
发明者辻浩也 申请人:株式会社电装