專利名稱：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，尤其涉及即使當(dāng)負(fù)荷發(fā)生急劇變化時(shí)仍能夠穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力車和電動(dòng)車近來(lái)作為環(huán)境友好的車輛引起了很大的注目。混合動(dòng)力車具有驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的DC(直流)電源，逆變器和除了由傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)之外還由逆變器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。更具體地，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以獲得驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，由逆變器將來(lái)自DC電源的DC電壓轉(zhuǎn)換成AC(交流)電壓來(lái)用于使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，由此也獲得驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源。
電動(dòng)車是指具有以DC電源作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源和由逆變器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的車輛。
關(guān)于混合動(dòng)力車或電動(dòng)車，已經(jīng)提出將來(lái)自DC電源的DC電壓用升壓轉(zhuǎn)換器升壓，然后將升壓后的DC電壓供應(yīng)到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的逆變器(例如，日本專利早期公開(kāi)No.2000-050401和08-240171)。
例如，日本專利早期公開(kāi)No.09-240560公開(kāi)了電力輔助車輛的供電裝置，其包括將踏板踩踏力供應(yīng)到驅(qū)動(dòng)輪的人力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和將來(lái)自電動(dòng)機(jī)的輔助力供應(yīng)到驅(qū)動(dòng)輪的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及根據(jù)踩踏力和車速可變控制輔助力的輔助力控制裝置，并且進(jìn)一步包括用于將電池電壓升壓到根據(jù)由輔助力控制裝置所要求的輔助力的電壓的升壓裝置，用于將升壓后的電壓平滑化，然后將平滑化的電壓供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的平滑裝置。
升壓裝置因而用來(lái)將電池電壓升壓到獲得目標(biāo)輔助力所需要的電壓。因而，電池重量以及電池成本能夠得到降低。
由升壓裝置升壓的電壓進(jìn)一步由平滑裝置平滑。因而，從電池的輸出電流值被平均化，因而延長(zhǎng)了電池的壽命。
傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備一般采用DC-DC切換電源作為用于將電池電壓升壓到根據(jù)必要輔助力的電壓的升壓裝置。DC-DC切換電源響應(yīng)于從控制電路輸出的電壓指令信號(hào)執(zhí)行切換操作，以使電壓升壓到所需要的電壓，然后輸出升壓后的電壓。此處，輸出到切換電源的電壓指令信號(hào)由控制電路通過(guò)基于來(lái)自踩踏力傳感器和車速傳感器的檢測(cè)信號(hào)計(jì)算待由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的輔助力，以確定獲得輔助力所需要的目標(biāo)電流值，并且可變控制所請(qǐng)求的電壓，使得流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的電流是目標(biāo)電流值。
因而，所要求的輔助力的急劇增加或減少必須通過(guò)立即切換電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，控制電路被要求具有足夠地適應(yīng)于負(fù)荷急劇變化的高速性能。為了滿足這一要求，控制電路的較高精度和較大的尺寸是必不可少的，這導(dǎo)致關(guān)于裝置尺寸和成本的新的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題。本發(fā)明目的是提供即使當(dāng)發(fā)生負(fù)荷的急劇變化時(shí)能夠以簡(jiǎn)易和穩(wěn)定的方式供應(yīng)電力的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、電壓轉(zhuǎn)換器、電容器元件和控制電路，電壓轉(zhuǎn)換器包括切換元件，并且使用切換元件的切換操作以在電源和驅(qū)動(dòng)電路之間轉(zhuǎn)換DC電壓；電容器元件設(shè)置在電壓轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)電路之間，用于對(duì)轉(zhuǎn)換的DC電壓進(jìn)行平滑化，以將平滑化的DC電壓輸入到驅(qū)動(dòng)電路；控制電路基于電動(dòng)機(jī)的所要求的輸出的大小，控制切換操作。從電源和從電容器元件，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路供應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的所要求的輸出的電力。當(dāng)所要求的輸出的大小在預(yù)定變化寬度之外時(shí)，控制電路控制切換操作使得從電容器元件供應(yīng)的電力大于從電源供應(yīng)的電力。
優(yōu)選地，控制電路作出關(guān)于所要求的輸出的大小是否在預(yù)定變化寬度范圍內(nèi)的判斷，然后根據(jù)判斷結(jié)果確定切換操作的目標(biāo)電壓。
優(yōu)選地，控制電路具有切換操作的目標(biāo)電壓的預(yù)定控制寬度，并且當(dāng)所要求輸出的大小在預(yù)定變化寬度范圍之外時(shí)設(shè)定切換操作的目標(biāo)電壓為預(yù)定控制寬度范圍的較低電壓水平。
優(yōu)選地，切換操作的目標(biāo)電壓的預(yù)定控制寬度具有上限，對(duì)應(yīng)于上限的電壓水平高于對(duì)應(yīng)于所要求輸出的預(yù)定變化寬度的上限的電壓水平。
優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)一步包括檢測(cè)電容器元件的端子間電壓的電壓傳感器。當(dāng)由電壓傳感器檢測(cè)的電容器元件的端子間電壓低于切換操作的目標(biāo)電壓時(shí)，控制電路控制切換操作使得電容器元件的端子間電壓等于切換操作目標(biāo)電壓。
優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，進(jìn)一步包括檢測(cè)從電源輸出或輸入到電源的電力供應(yīng)的電流的第一電流傳感器；檢測(cè)用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的第二電流傳感器；檢測(cè)電容器的端子間電壓的電壓傳感器。當(dāng)所要求輸出的大小在預(yù)定的變化寬度范圍之外時(shí)，控制電路基于分別由第一電流傳感器和第二電流傳感器檢測(cè)的電力供應(yīng)的電流和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流以及由電壓傳感器所檢測(cè)的電容器元件的端子間電壓計(jì)算從電容器元件供應(yīng)的電力，確定從電源供應(yīng)的電力，使得從電源供應(yīng)的電力小于所計(jì)算的從電容器元件供應(yīng)的電力，并且確定切換操作的目標(biāo)電壓為當(dāng)所確定的電力從電源供應(yīng)時(shí)的電容器元件的端子間電壓。
優(yōu)選地，當(dāng)所要求的輸出的大小在所述預(yù)定變化寬度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制單元基于由所述電壓傳感器檢測(cè)的所述電容器元件的所述端子間電壓計(jì)算蓄積在所述電容器元件的所蓄積的電力，并且確定所述切換操作的所述目標(biāo)電壓，使得所計(jì)算的蓄積的電力至少為預(yù)定的閾值。
優(yōu)選地，當(dāng)所蓄積的電力小于預(yù)定的閾值時(shí)，控制電路確定切換操作的目標(biāo)電壓為當(dāng)所蓄積的電力等于預(yù)定閾值時(shí)電容器元件的端子間電壓。
優(yōu)選地，當(dāng)所要求輸出的大小在預(yù)定變化范圍之外時(shí)，預(yù)定的閾值具有允許電力從電容器元件供應(yīng)到驅(qū)動(dòng)電路的所蓄積電力的水平。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備要求的所要求的輸出急劇變化時(shí)，電力優(yōu)先地從電容器元件而不是從電源供應(yīng)到逆變器。因而，不需要電壓轉(zhuǎn)換器的高精度和大尺寸的控制電路，任何要求的輸出能夠簡(jiǎn)易和穩(wěn)定地，響應(yīng)性良好地適應(yīng)。
進(jìn)一步，對(duì)于蓄積至少為預(yù)定閾值的靜電能的電容器元件，確定電壓轉(zhuǎn)換器的切換操作的目標(biāo)電壓。因而，電容器元件能夠保持在確保響應(yīng)于任何要求的輸出而供應(yīng)電力的狀態(tài)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示意框圖。
圖2是圖1中的控制裝置的框圖。
圖3是圖2中的逆變器控制電路的框圖。
圖4是圖2中的轉(zhuǎn)換器控制電路的框圖。
圖5是示出在第一實(shí)施例中轉(zhuǎn)換器控制電路的運(yùn)行流程圖。
圖6是安裝在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備上的轉(zhuǎn)換器控制電路的控制操作的原理。
圖7是示出用于控制在圖6中所示的升壓轉(zhuǎn)換器的目標(biāo)電壓的轉(zhuǎn)換器控制電路的構(gòu)造的框圖。
圖8是示出在第二實(shí)施例中轉(zhuǎn)換器控制電路的運(yùn)行的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，相同的元件用相同的參考符號(hào)表示，其描述在此處不在重復(fù)。
第一實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的示意框圖。
參照?qǐng)D1，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100包括DC電源B、電壓傳感器10、13、電流傳感器18、24、電容C2、升壓轉(zhuǎn)換器12、逆變器14和控制裝置30。
AC電動(dòng)機(jī)M1是產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。AC電動(dòng)機(jī)M1還用作由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，并用作用于發(fā)動(dòng)機(jī)以例如啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。
升壓轉(zhuǎn)換器12包括電抗器L1、NPN晶體管Q1、Q2和二極管D1、D2。
電抗器L1的一端連接到DC電源B的電源線，而另一端連接到NPN晶體管Q1和NPN晶體管Q2之間(即NPN晶體管Q1的發(fā)射極和NPN晶體管Q2的集電極之間)的中間點(diǎn)。
NPN晶體管Q1、Q2串聯(lián)連接在電源線和接地線之間。NPN晶體管Q1的集電極連接到電源線，而NPN晶體管Q2的發(fā)射極連接到接地線。在NPN晶體管Q1、Q2的各個(gè)集電極和發(fā)射極之間，二極管D1、D2分別設(shè)置用于允許電流從發(fā)射極流到集電極。
逆變器14包括U相臂15、V相臂16和W相臂17。U相臂15、V相臂16和W相臂17并列設(shè)置在電源線和接地線之間。
U相臂15包括串聯(lián)連接的NPN晶體管Q3、Q4，V相臂16包括串聯(lián)連接的NPN晶體管Q5、Q6，W相臂17包括串聯(lián)連接的NPN晶體管Q7、Q8。在NPN晶體管Q3至Q8的各個(gè)集電極和發(fā)射極之間，分別連接用于允許電流從發(fā)射極流到集電極的二極管D3至D8。
每一個(gè)相臂的中間點(diǎn)連接到AC電動(dòng)機(jī)M1的相線圈的對(duì)應(yīng)一個(gè)相線圈。具體地，AC電動(dòng)機(jī)M1是三相永磁電動(dòng)機(jī)，U相線圈的一端、V相線圈的一端和W相線圈的一端在共同的中心接點(diǎn)處連接，而U相線圈的另一端連接到NPN晶體管Q3、Q4之間的中點(diǎn)，V相線圈的另一端連接到NPN晶體管Q5、Q6之間的中點(diǎn)，W相線圈的另一端連接到NPN晶體管Q7、Q8之間的中點(diǎn)。
DC電源B包括由例如鎳氫或鋰離子制成的二次或可充電電池。電壓傳感器10檢測(cè)從DC電源B輸出的電壓Vb以輸出所檢測(cè)的電壓Vb以控制裝置30。
升壓轉(zhuǎn)換器12將從DC電源B供應(yīng)的DC電壓升壓以將升壓后的電壓提供到電容器C2。更具體地，接收來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWC，升壓轉(zhuǎn)換器12根據(jù)NPN晶體管Q2響應(yīng)于信號(hào)PWC開(kāi)啟的時(shí)間段來(lái)升壓DC電壓，并且將所增加的電壓供應(yīng)到電容器C2。
進(jìn)一步，接收來(lái)自控制裝置30的信號(hào)，升壓轉(zhuǎn)換器12減少經(jīng)由電容器C2從逆變器14供應(yīng)的DC電壓以將所得到的電壓提供給DC電源B。
電容C2對(duì)來(lái)自升壓轉(zhuǎn)換器12的DC電壓進(jìn)行平滑化以將平滑化的DC電壓提供到逆變器14。電容器C2例如包括具有較大電容量的電容器(電雙層電容器)。
電壓傳感器13檢測(cè)電容器C2的端子間的電壓Vm，然后將所檢測(cè)的電壓Vm輸出到控制裝置30。
接收從電容器C2供應(yīng)的DC電壓，逆變器14基于來(lái)自控制裝置30的PWM的信號(hào)將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓以驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)M1。因而，AC電動(dòng)機(jī)M1被驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生由轉(zhuǎn)矩指令值TR指定的轉(zhuǎn)矩。
在安裝上電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100的混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的再生制動(dòng)模式中，逆變器14基于來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWM將由AC電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓以將所得到的DC電壓經(jīng)由電容器C2供應(yīng)到升壓逆變器12。
此處，再生制動(dòng)包括伴隨當(dāng)混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的駕駛者踩踏腳制動(dòng)器時(shí)進(jìn)行的再生發(fā)電的制動(dòng)，以及伴隨當(dāng)駕駛者釋放加速踏板而沒(méi)有操作腳制動(dòng)器時(shí)進(jìn)行的再生發(fā)電的減速(或加速的停止)。
電流傳感器18檢測(cè)流經(jīng)電抗器L1的電抗器電流IL以將所檢測(cè)的電抗器電流IL輸出到控制裝置30。
電流傳感器24檢測(cè)流經(jīng)AC電動(dòng)機(jī)M1的電動(dòng)機(jī)電流MCRT以將所檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)電流MCRT輸出到控制裝置30。
控制裝置30從外部ECU(電子控制單元)接收轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的次數(shù))MRN，接收來(lái)自電壓傳感器13的電壓Vm，接收來(lái)自電流傳感器18的電抗器電流IL，接收來(lái)自電流傳感器24的電動(dòng)機(jī)電流MCRT。進(jìn)一步，控制裝置30基于電壓Vm、轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)電流MCRT根據(jù)后述的方法產(chǎn)生用于當(dāng)逆變器14驅(qū)動(dòng)AC電動(dòng)機(jī)M1時(shí)控制逆變器14的NPN晶體管Q3和Q8切換的PWM信號(hào)，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWM輸出到逆變器14。
而且，當(dāng)逆變器14驅(qū)動(dòng)AC得到M1時(shí)，控制裝置30基于電壓Vb、Vm、轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)MRN根據(jù)后述的方法產(chǎn)生用于控制升壓轉(zhuǎn)換器12的NPN晶體管Q1、Q2的切換的信號(hào)PMC，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PMC輸出到升壓轉(zhuǎn)換器12。
而且，在安裝有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100的混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的再生制動(dòng)模式中，控制裝置30基于電壓Vm、轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)電流MCRT產(chǎn)生信號(hào)PWM用于將由AC電動(dòng)機(jī)M1產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWM輸出到逆變器14。在此情況下，逆變器14的NPN晶體管Q3到Q8的切換由信號(hào)PMW控制。因而，逆變器13將由AC電動(dòng)機(jī)M1產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)變成DC電壓，然后將DC電壓輸出到升壓轉(zhuǎn)換器12。
進(jìn)一步，在再生制動(dòng)模式中，控制裝置30基于電壓Vm、轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN產(chǎn)生用于減少?gòu)哪孀兤?4供應(yīng)的DC電壓的信號(hào)PWC，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWC輸出到升壓轉(zhuǎn)換器12。因而，由AC電動(dòng)機(jī)M1產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，然后降壓供應(yīng)到DC電源B。
圖2是圖1的控制裝置30的框圖。
參照?qǐng)D2，控制裝置30包括逆變器控制電路301和轉(zhuǎn)換器控制電路302a。
逆變器控制電路301基于轉(zhuǎn)矩指令值TR、電動(dòng)機(jī)電流MCRT和電壓Vm產(chǎn)生用于當(dāng)AC電動(dòng)機(jī)M1被驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟/關(guān)閉逆變器14的NPN晶體管Q3到Q8的信號(hào)PWM，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWM輸出到逆變器14。
進(jìn)一步，在安裝有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100的混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的再生制動(dòng)模式中，逆變器控制電路301基于轉(zhuǎn)矩指令值TR、電動(dòng)機(jī)電流MCRT和電壓Vm產(chǎn)生用于將由AC電動(dòng)機(jī)M1產(chǎn)生的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓的信號(hào)PWM，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWM輸出到逆變器14。
轉(zhuǎn)換器控制電路302a基于轉(zhuǎn)矩指令值TR、電動(dòng)機(jī)電流MCRT和電壓Vm產(chǎn)生當(dāng)AC電動(dòng)機(jī)M1被驅(qū)動(dòng)時(shí)開(kāi)啟/關(guān)閉NPN晶體管Q3到Q8的信號(hào)PWC，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWC輸出到逆變器14。
進(jìn)一步，在安裝上電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100的混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的再生制動(dòng)模式中，轉(zhuǎn)換器控制電路302a基于轉(zhuǎn)矩命令值TR、電壓Vb、Vm、和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN產(chǎn)生用于減少來(lái)自逆變器14的DC電壓的信號(hào)PWC，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWC輸出到逆變器14。
升壓轉(zhuǎn)換器12還能夠使用用于減少DC電壓的信號(hào)PWC使得減少電壓，因而具有雙向轉(zhuǎn)換器的功能。
圖3是圖2的逆變器控制電路的框圖。
參照?qǐng)D3，逆變器控制電路301包括用于電動(dòng)機(jī)控制的相電壓計(jì)算單元(以下稱為相電壓計(jì)算單元)41和逆變器PWM信號(hào)的轉(zhuǎn)換單元42。
相電壓計(jì)算單元41從電壓傳感器13接收升壓轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓Vm，即，接收要輸入到逆變器14的輸入電壓，從電流傳感器24接收流經(jīng)AC電動(dòng)機(jī)M1的每一相的電動(dòng)機(jī)電流MCRT?；谵D(zhuǎn)矩指令值TR、電動(dòng)機(jī)電流MCRT和電壓Vm，相電壓計(jì)算單元41計(jì)算要施加到AC電動(dòng)機(jī)M1的每一相線圈的電壓，以將所得到的電壓輸出到逆變器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元42。
基于從相電壓計(jì)算單元41提供的計(jì)算結(jié)果，逆變器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生用于實(shí)際開(kāi)啟/關(guān)閉逆變器14的NPN晶體管Q3到Q8中的每一個(gè)的信號(hào)以將所產(chǎn)生的信號(hào)PWM輸出到NPN晶體管Q3到Q8中的每一個(gè)。
因而，逆變器14的NPN晶體管Q3到Q8的切換被控制來(lái)控制要流經(jīng)AC電動(dòng)機(jī)M1的每一相的電流，使得AC電動(dòng)機(jī)M1輸出指定的轉(zhuǎn)矩。以此方式，電動(dòng)機(jī)電流MCRT被控制，變器根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值TR輸出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。
圖4是圖2的轉(zhuǎn)換器控制單元302a的框圖。
參照?qǐng)D4，轉(zhuǎn)換器控制電路302a包括電壓指令計(jì)算單元61a、轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62、逆變器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元和控制單元64a。
控制單元64a從電壓傳感器13接收升壓轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓Vm，即，接收從電流傳感器18接收流經(jīng)電抗器L1的電抗器電流IL，接收來(lái)自外部ECU的轉(zhuǎn)矩指令值TR。
接收轉(zhuǎn)矩指令值TR，控制單元64a根據(jù)所需要轉(zhuǎn)矩的大小產(chǎn)生兩個(gè)不同信號(hào)Uc、Pb中的一個(gè)，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)輸出到電壓指令計(jì)算單元61a。
具體地，控制單元64a具有關(guān)于轉(zhuǎn)矩指令值的預(yù)定的變動(dòng)寬度，并且判定來(lái)自外部ECU的轉(zhuǎn)矩指令值TR是否在變化寬度的范圍內(nèi)。預(yù)定的變化寬度被限定來(lái)包括在正常操作模式中電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100所需要的所需轉(zhuǎn)矩的變化。因而，在正常的操作模式中，控制單元64a確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在該變化寬度的范圍內(nèi)。
相比之下，當(dāng)在正常操作模式中所需的轉(zhuǎn)矩增加或減少到變化寬度之外時(shí)，轉(zhuǎn)矩指令值TR至少是表示變化寬度的上限的閾值或至多表示變化寬度的下限的閾值。在這情況下，控制單元64a確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在變化寬度范圍之外。
下面，描述由控制單元64a根據(jù)關(guān)于轉(zhuǎn)矩指令值TR是否在該預(yù)定變化范圍之內(nèi)或之外的判斷結(jié)果產(chǎn)生的信號(hào)Uc、Pb。
當(dāng)控制單元64a確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定變化寬度內(nèi)時(shí)，控制單元64a確定為在電容器C2中蓄積的電力的靜電能Uc。電容器C2的靜電能Uc由下面表達(dá)式表示Uc＝CVm2/2...(1)其中，C是電容器C2的電容量，且Vm是電容器C2的端子間電壓。
控制單元64a還具有關(guān)于電容器C2的靜電能的預(yù)定的閾值Pcstd，并且控制升壓轉(zhuǎn)換器12，使得預(yù)定的靜電能Uc保持為至少是閾值Pcstd的值。如以下所述，預(yù)定的閾值Pcstd對(duì)應(yīng)于蓄積的電力量，利用該電力量電容器C2在即使當(dāng)負(fù)荷發(fā)生急劇變化時(shí)能夠?qū)㈦娏?yīng)到逆變器14。
隨后，從表達(dá)式(1)可見(jiàn)，靜電能Uc唯一地由電容器C2的端子間電壓Vm確定。因而，電容器C2的端子間電壓Vm被控制使得靜電能Uc具有至少為閾值Pcstd的值。為了這個(gè)目的，鑒于電容器C2的端子間電壓Vm對(duì)應(yīng)于升壓逆變器12的輸出電壓的事實(shí)，可以確定升壓轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓Vm的目標(biāo)電壓Vdc_com以滿足下面的關(guān)系Uc＝C(Vdc_com)2/2≥Pcstd...(2)此處，電容器C2的靜電能Uc由于以下原因具有預(yù)定的閾值Pcstd。
在正常操作下，升壓轉(zhuǎn)換器12升壓從DC電源B供應(yīng)的DC電壓，然后將升壓后的電壓提供到電容器C2。電容器C2對(duì)從升壓轉(zhuǎn)換器12輸出的DC電壓進(jìn)行平滑化，然后將平滑化的DC電壓提供到逆變器14。
此時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器12響應(yīng)于來(lái)自控制裝置30的信號(hào)PWC根據(jù)NPN晶體管Q2開(kāi)啟的時(shí)間段對(duì)DC電壓進(jìn)行升壓。
然而，如果所需的轉(zhuǎn)矩急劇變化，超過(guò)轉(zhuǎn)矩指令值TR的變化寬度，對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器12，快速切換控制是需要的。對(duì)于快速切換控制，高精度的轉(zhuǎn)換器控制電路是需要的。
然后，為了適應(yīng)所需的轉(zhuǎn)矩急劇變化，電力可以從電容器C2而不是DC電源B優(yōu)先地供應(yīng)，使得響應(yīng)于任何負(fù)荷要求容易地和穩(wěn)定地供應(yīng)電力。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，電容器C2B必須提前蓄積所需要的電力，用于適應(yīng)于負(fù)荷的急劇變化。
因而，在本實(shí)施例中，閾值Pcstd限定為即使在負(fù)荷急劇變化時(shí)允許電容器C2供應(yīng)電力的電力水平。然后，為了使電容器C2的靜電能Uc始終至少為閾值Pcstd，確定升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com。
在確定升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com中，控制單元64a比較由表達(dá)式(1)確定的電容器C2的靜電能Uc大于或小于閾值Pcstd。當(dāng)靜電能Uc至少為閾值Pcstd時(shí)，靜電能Uc的所確定的值用作信號(hào)Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61a。接收到信號(hào)Uc，電壓指令計(jì)算單元61a基于轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN計(jì)算目標(biāo)電壓Vdc_com。
相比之下，當(dāng)電容器C2的靜電能Uc小于閾值Pcstd時(shí)，在閾值Pcstd下設(shè)定電能Uc，并且所設(shè)定的值用作信號(hào)Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61a。接收到信號(hào)Uc(＝Pcstd)，電壓指令計(jì)算單元61a計(jì)算滿足下面關(guān)系的目標(biāo)電壓Vdc_com。
Uc＝C(Vdc_com)2/2＝Pcstd...(3)在信號(hào)Uc如上所述產(chǎn)生時(shí)，信號(hào)Pb以下面的方式由控制單元64a產(chǎn)生。
當(dāng)控制單元64a確定轉(zhuǎn)矩指令值TR是在預(yù)定的變化寬度之外時(shí)，即當(dāng)要求超過(guò)變化寬度的任何轉(zhuǎn)矩時(shí)，控制單元64a確定升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com，使得電力優(yōu)先地從電容器C2而不是從DC電源B供應(yīng)到逆變器14。
更具體地，確定升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com使得從電容器C2供應(yīng)到逆變器14的電力Pc大于從DC電源B經(jīng)由升壓轉(zhuǎn)換器12供應(yīng)到逆變器14的電力Pb(＝Pc＞Pb)。
此處，從電容器C2供應(yīng)到逆變器14的電力Pc由下面表達(dá)式表是Pc＝Vm×(MCRT-ib)...(4)此處，ib是等于由電流傳感器18檢測(cè)的電抗器的電流IL的流經(jīng)DC電源的電流。進(jìn)一步，流經(jīng)電容器C2的電流等于通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流MCRT減去流經(jīng)DC電源B的電流ib而確定的差。流經(jīng)電容器C2的電流可以使用由電流傳感器24檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流MCRT和由電流傳感器18檢測(cè)的電抗器電流IL確定。
由表達(dá)式(4)確定的從電容器C2供應(yīng)到逆變器14的所供應(yīng)的電力Pc應(yīng)用到關(guān)系式Pc＞Pb。然后，從DC電源B供應(yīng)到逆變器14的所供應(yīng)的電力Pb由下面關(guān)系式表示Pb＜Vm×(MCRT-ib)...(5)因而，確定了Pb。將所確定的Pb作為信號(hào)Pb提供到電壓指令計(jì)算單元61a。從DC電源B供應(yīng)到逆變器14的所供應(yīng)的電力Pb因而由下面表達(dá)式表是Pb＝ib×Vdc_com...(6)因而，電壓指令計(jì)算單元61a計(jì)算用于供應(yīng)所確定的電力Pb的升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com。
如上所述，根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值TR的大小，控制單元64a產(chǎn)生多個(gè)模式的信號(hào)Uc、Pb。然后，根據(jù)信號(hào)Uc、Pb，電壓計(jì)算單元61a計(jì)算多個(gè)模式的升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com。
根據(jù)上述布置，當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定變化寬度內(nèi)時(shí)，電容器C2蓄積至少為閾值Pcstd的靜電能Uc。進(jìn)一步，當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值TR變化到預(yù)定變化范圍之外時(shí)，電容器C2而不是DC電源B優(yōu)先地將電力供應(yīng)到逆變器14。因而，對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器12，即使當(dāng)負(fù)荷急劇變化時(shí)，不需要高精度切換控制。因而，能夠向逆變器14簡(jiǎn)易和穩(wěn)定地供應(yīng)良響應(yīng)性良好的電力。
然后，由電壓指令計(jì)算單元61a計(jì)算的目標(biāo)電壓Vdc_com輸出到轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62。轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62接收來(lái)自電壓傳感器62的電壓Vb、接收來(lái)自電壓傳感器13的電壓Vm(＝逆變器輸入電壓)和接收來(lái)自電壓指令計(jì)算單元61a的目標(biāo)電壓Vdc_com?；陔妷篤b，轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62計(jì)算用于將逆變器輸入電壓Vm設(shè)定為目標(biāo)電壓Vdc_com的占空比DRU或DRD，然后向轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63輸出所計(jì)算的占空比DRU或DRD。
因而，對(duì)電壓Vb進(jìn)行升壓以允許逆變器輸入電壓Vm是目標(biāo)電壓Vdc_com。當(dāng)逆變器輸入電壓Vm低于目標(biāo)電壓Vdc_com時(shí)，轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62計(jì)算用于使DC電流從DC電源B流到逆變器14的占空比DRU，使得逆變器輸入電壓Vm等于目標(biāo)電壓Vdc_com，然后向轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63輸出所計(jì)算的占空比。當(dāng)逆變器輸入電壓Vm高于目標(biāo)電壓Vdc_com，轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62計(jì)算用于使DC電流從逆變器14流到DC電源B的占空比DRD，使得逆變器輸入電壓Vm等于目標(biāo)電壓Vdc_com，然后將所計(jì)算的占空比輸出到轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63。因而，轉(zhuǎn)換器控制單元302a執(zhí)行反饋控制，以允許逆變器輸入電壓Vm等于目標(biāo)電壓Vdc_com。
基于來(lái)自轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62的占空比DRU或DRD，轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63產(chǎn)生用于升壓轉(zhuǎn)換器12的NPN晶體管Q1、Q2的開(kāi)啟/關(guān)閉的信號(hào)PWC，然后將所產(chǎn)生的信號(hào)PWC輸出到升壓轉(zhuǎn)換器12。
圖5是示出在第一實(shí)施例中轉(zhuǎn)換器控制電路302a的操作的流程圖。
參照?qǐng)D5，接收來(lái)自外部ECU的轉(zhuǎn)矩指令值TR，控制單元64a判斷轉(zhuǎn)矩指令值TR的大小(＝|TR|)是否在預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)矩指令值TR(＝|TR閾值|)的變化寬度內(nèi)。
在步驟S01，當(dāng)確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)設(shè)的變化寬度范圍之外時(shí)，控制單元64a計(jì)算要從電容器C2供應(yīng)到逆變器14的所供應(yīng)的電力Pc(步驟S02)。具體地，由電壓傳感器13檢測(cè)的端子間電壓Vm以及由電流傳感器分別分別檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流MCRT和電抗器電流IL(＝ib)代入表達(dá)式(4)來(lái)確定要從電容器C2供應(yīng)到逆變器14的所供應(yīng)的電力Pc。
然后，基于所計(jì)算的從電容器C2供應(yīng)到逆變器14的電力Pc，控制器64a確定要從DC電源B供應(yīng)到逆變器14的所供應(yīng)的電力Pb(步驟S03)。此時(shí)，確定從DC電源B供應(yīng)到逆變器14的所供應(yīng)的電力Pb使得電力Pb小于從電容器C2供應(yīng)到逆變器14的電力Pc。從DC電源B供應(yīng)到逆變器14的所確定的電力Pb作為信號(hào)Pb輸出到電壓指令計(jì)算單元61a(步驟S04)。
接收從DC電源B供應(yīng)到逆變器14的所確定的電力Pb，電壓指令計(jì)算單元61a將所檢測(cè)的電抗器電流IL(＝ib)代入表達(dá)式(6)以計(jì)算目標(biāo)電壓Vdc_com(步驟S05)。
返回到步驟S01，當(dāng)確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)設(shè)的變化寬度范圍之內(nèi)時(shí)，控制單元64a計(jì)算在電容器C2中蓄積的靜電能Uc(步驟S06)。電容器C2通過(guò)將電容C和電容器C2的端子間電壓Vm的代入表達(dá)式(1)確定。
然后，控制單元64a將所確定的電容器C2的靜電能Uc和預(yù)定的閾值Pcstd來(lái)確定哪一個(gè)更大(步驟S07)。
在步驟S07，當(dāng)電容器C2的靜電能Uc至少是閾值Pcstd時(shí)，所確定的靜電能Uc作為信號(hào)Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61a(步驟S08)。
接收到信號(hào)Uc，電壓指令計(jì)算單元61a基于從外部ECU接收的轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN計(jì)算目標(biāo)電壓Vdc_com(步驟S09)。
在步驟S07，當(dāng)電容器C2的靜電能Uc小于閾值Pcstd時(shí)，閾值Pcstd作為信號(hào)Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61a(步驟S10)。
接收到信號(hào)Uc，電壓指令計(jì)算單元61a計(jì)算目標(biāo)電壓Vdc_com使得關(guān)系式Pcstd＝C(Vdc_com)2/2得到滿足(步驟S11)。
進(jìn)一步，當(dāng)在步驟S05、S09、S11每一個(gè)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值TR的大小計(jì)算的目標(biāo)電壓Vdc_com輸出到轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62時(shí)，計(jì)算占空比DRU或DRU使得逆變器輸入電壓Vm等于目標(biāo)電壓Vdc_com(步驟S12)。
當(dāng)所計(jì)算的占空比DRU或DRU輸出到轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63時(shí)，信號(hào)PWC基于占空比產(chǎn)生(步驟S13)。所產(chǎn)生的信號(hào)PWC輸出到升壓轉(zhuǎn)換器12的NPN晶體管Q1、Q2。
進(jìn)一步，在圖5的步驟S01，當(dāng)確認(rèn)表示急劇變化的轉(zhuǎn)矩指令值TR現(xiàn)在在預(yù)定的變化寬度內(nèi)變化時(shí)，至少為閾值Pcstd的靜電能Uc根據(jù)步驟S06到S11的操作再次蓄積在電容器C2中。以此方式，在隨后階段中會(huì)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩指令值TR的任何急劇變化能夠迅速得到適應(yīng)。
盡管本實(shí)施例已經(jīng)結(jié)合根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值TR的大小控制用于將電力供應(yīng)到負(fù)荷的裝置進(jìn)行了描述，用于供應(yīng)電力的裝置可以根據(jù)所要求的輸出(電力)加以控制。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在發(fā)生電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100的所要求的轉(zhuǎn)矩的急劇變化時(shí)，電力優(yōu)先從電容器元件而不是電源供應(yīng)。因而，不需要高精度和大尺寸的控制電路，因而，任何所要求的轉(zhuǎn)矩能夠簡(jiǎn)易和穩(wěn)定地響應(yīng)性良好地適應(yīng)。
進(jìn)一步，為了使至少為預(yù)定閾值的靜電能蓄積在電容器元件中，確定用于電壓轉(zhuǎn)換器的切換操作的目標(biāo)電壓。因而，能夠響應(yīng)于急劇變化的所要求的轉(zhuǎn)矩確定地從電容器元件供應(yīng)電力。
第二實(shí)施例在第一實(shí)施例中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的上述結(jié)構(gòu)用來(lái)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值TR的大小控制升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com，然后響應(yīng)于負(fù)荷任何急劇變化優(yōu)先從電容器C2供應(yīng)電力，由此簡(jiǎn)易和穩(wěn)定地供應(yīng)電力。在這情況下，升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com在預(yù)定的關(guān)系式得到滿足的情況下以可變的方式加以控制。在本實(shí)施例中，進(jìn)一步描述控制升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com的方式。注意，本實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)基本上與圖1中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備相同，整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)描述在這里不再重復(fù)。
圖6示出安裝上根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的升壓轉(zhuǎn)換器12的控制操作原理。
具體地，圖6示出升壓轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓Vm和轉(zhuǎn)矩指令值TR之間的關(guān)系。如由圖6中的點(diǎn)線表示，轉(zhuǎn)矩指令值TR由根據(jù)車況變化的波形表示。在圖6中，設(shè)定該轉(zhuǎn)矩指令值TR的預(yù)定的變化寬度。如在第一實(shí)施例中那樣設(shè)定預(yù)定的變化寬度，使得負(fù)荷的急劇變化能夠識(shí)別。
升壓轉(zhuǎn)換器12對(duì)來(lái)自DC電源B的DC電壓進(jìn)行升壓，然后將升壓后的電壓輸出到電容器C2。此處，對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作，通過(guò)后述的控制裝置30內(nèi)的轉(zhuǎn)換器控制電路302b設(shè)定指定應(yīng)該獲得的升壓水平的目標(biāo)電壓Vdc_com。
在本實(shí)施例中，目標(biāo)電壓Vdc_com如在圖6中所示具有預(yù)定的控制寬度，目標(biāo)電壓Vdc_com在該范圍內(nèi)是可變值。尤其是，目標(biāo)電壓Vdc_com的控制寬度的上限設(shè)定成高于轉(zhuǎn)矩指令值TR的閾值的上限。這是由于下面的原因。鑒于升壓轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓Vm是電容器C2的端子間的電壓，目標(biāo)電壓Vdc_com設(shè)定成相對(duì)較高用于允許靜電能Uc蓄積在電容器C2中，以適應(yīng)負(fù)荷的任何急劇變化。此處，考慮到通過(guò)再生制動(dòng)操作的充電，目標(biāo)電壓Vdc_com設(shè)定成具有相對(duì)于C2的絕緣擊穿電壓的一些余量。
下面，描述升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com的控制。
當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定的變化寬度內(nèi)時(shí)，如在第一實(shí)施例中的那樣設(shè)定目標(biāo)電壓Vdc_com使得電容器C2的靜電能Uc保持在至少為預(yù)定閾值Pcstd的值。具體地，為了允許電容器C2的靜電能保持在預(yù)定閾值Pcstd或更高，確定電容器C2的端子間的電壓Vm，在該電壓Vm設(shè)定升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com。
此時(shí)，如在圖6所示，目標(biāo)電壓Vdc_com因而設(shè)定成高于轉(zhuǎn)矩指令值TR的變化寬度以允許從升壓轉(zhuǎn)換器12輸出的DC電壓供應(yīng)到逆變器14，并且用來(lái)對(duì)電容器C2進(jìn)行充電。
當(dāng)如圖6所示轉(zhuǎn)矩指令值TR急劇變化超過(guò)為轉(zhuǎn)矩指令值TR的變化寬度的上限的閾值時(shí)，目標(biāo)電壓Vdc_com設(shè)定在控制寬度的范圍內(nèi)較低的電壓水平。在圖6中，目標(biāo)電壓Vdc_com降壓到控制寬度的下限的水平。
當(dāng)目標(biāo)電壓Vdc_com降壓時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器12使其電壓升壓操作抑制或停止。另一方面，蓄積在電容器C2中的靜電能Uc供應(yīng)到逆變器14，使得產(chǎn)生所要求的轉(zhuǎn)矩。由于目標(biāo)電壓Vdc_com降壓，升壓轉(zhuǎn)換器12的切換操作得到抑制或停止。然后，由圖6中的實(shí)線表示的升壓轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓(實(shí)際電壓)減少了。
如在圖6中示出，當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值TR再次在預(yù)定的變化寬度內(nèi)時(shí)，目標(biāo)電壓Vdc_com從下限水平增加到上限水平。當(dāng)目標(biāo)電壓Vdc_com變成高于實(shí)際電壓時(shí)，升壓轉(zhuǎn)換器12的切換操作開(kāi)始繼續(xù)電壓升壓操作。
圖7是用于控制圖6中的升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com的轉(zhuǎn)換器控制電路構(gòu)造的框圖。
參照?qǐng)D7，轉(zhuǎn)換器控制電路302b包括電壓指令計(jì)算單元61b、轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62、轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63和控制單元64b。
控制單元64b接收來(lái)自外部ECU(未示出)的轉(zhuǎn)矩指令值TR。接收到轉(zhuǎn)矩指令值TR，控制單元64b根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值的大小產(chǎn)生兩個(gè)不同信號(hào)OP、Uc中的一個(gè)。OP、Uc中的所產(chǎn)生的一個(gè)輸出到電壓指令計(jì)算單元61b。
具體地，控制單元64b具有關(guān)于轉(zhuǎn)矩指令值TR的預(yù)定的變化寬度，并且判斷來(lái)自外部ECU的轉(zhuǎn)矩指令值TR是否在變化寬度的范圍內(nèi)。預(yù)定的變化寬度限定成覆蓋在正常的操作中電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備100所要求的所要求轉(zhuǎn)矩的變化。因而，在正常操作中，控制單元64b確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在變化寬度的范圍內(nèi)。
相比之下，當(dāng)在正常的操作中所要求轉(zhuǎn)矩增加或減少超過(guò)變化的范圍時(shí)，轉(zhuǎn)矩指令值TR應(yīng)該是至少為表示變化寬度上限的閾值或者至少為表示變化寬度上限的閾值的值。在此情況下，控制單元64b確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在變化寬度范圍之外。
下面，給出由控制單元64b根據(jù)關(guān)于轉(zhuǎn)矩指令值TR是否在預(yù)定變化寬度之內(nèi)或之外的判斷結(jié)果而產(chǎn)生的信號(hào)OP、Pc的描述。
當(dāng)控制單元64b確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定變化寬度內(nèi)時(shí)，控制單元64b根據(jù)上述表達(dá)式(1)確定為蓄積在電容器C2中的電力的靜電能Uc。
如在第一實(shí)施例中，控制單元64b具有關(guān)于電容器C2的靜電能Uc的預(yù)定的閾值Pcstd，并且控制靜電能使得靜電能Uc保持在至少為閾值Pcstd的值。具體地，控制電容器C2的端子間的電壓Vm使得靜電能Uc等于或高于閾值Pcstd。換言之，由于電容器C2的端子間電壓Vm對(duì)應(yīng)于升壓轉(zhuǎn)換器12的輸出電壓，確定升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com使得關(guān)系式Uc≥Pcstd得到滿足。
然后，當(dāng)電容器C2的靜電能Uc至少為閾值Pcstd時(shí)，控制單元64b將作為信號(hào)Uc的所確定的靜電能Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61b。相比之下，當(dāng)電容器C2的靜電能Uc小于閾值Pcstd時(shí)，閾值Pcstd作為信號(hào)Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61b。
當(dāng)控制單元64b確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定的變化寬度之外時(shí)，表示判斷結(jié)果的信號(hào)OP輸出到電壓指令計(jì)算單元61b。
接收到信號(hào)Uc或OP，電壓指令單元61b計(jì)算對(duì)應(yīng)于該信號(hào)的目標(biāo)電壓Vdc_com。更具體地，接收到表示電容器C2的靜電能Uc大于閾值Pcstd的信號(hào)Uc，電壓指令計(jì)算單元61b基于轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN計(jì)算目標(biāo)電壓Vdc_com。
接收到表示電容器C2的靜電能Uc等于預(yù)定閾值Pcstd的信號(hào)Uc，電壓指令計(jì)算單元61b計(jì)算滿足表達(dá)式(3)的目標(biāo)電壓Vdc_com。
相比之下，接收到表示負(fù)荷急劇變化的信號(hào)OP，電壓指令計(jì)算單元61b設(shè)定升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com為控制寬度的下限水平，使得電力優(yōu)先從電容器C2而不是從DC電源供應(yīng)到逆變器14。
如上所述，根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值TR的大小，控制單元64b產(chǎn)生多個(gè)模式的信號(hào)Uc、OP。根據(jù)信號(hào)Uc、OP，電壓指令計(jì)算單元61b計(jì)算多個(gè)模式的升壓轉(zhuǎn)換器12的目標(biāo)電壓Vdc_com。因而，當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定的變化寬度內(nèi)時(shí)，至少為閾值Pcstd的靜電能蓄積在電容器C2中。當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值TR變化超過(guò)預(yù)定的變化寬度時(shí)，電能優(yōu)先從電容器C2供應(yīng)到逆變器14。因而，即使當(dāng)發(fā)生負(fù)荷的急劇變化時(shí)，電能能夠簡(jiǎn)易和穩(wěn)定地供應(yīng)到逆變器14。由電壓指令計(jì)算單元61b計(jì)算的目標(biāo)電壓Vdc_com輸出到轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62。
轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62接收來(lái)自電壓傳感器10的電壓Vb，接收來(lái)自電壓傳感器13的電壓Vm(＝逆變器輸入電壓)和接收來(lái)自電壓指令計(jì)算單元61b的目標(biāo)電壓Vdc_com?；陔妷篤b，轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62計(jì)算用于設(shè)定逆變器輸入電壓Vm為目標(biāo)電壓Vdc_com的占空比DRU或DRD，然后將所計(jì)算的占空比DRU或DRU輸出到轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63。
對(duì)電壓Vb進(jìn)行升壓以允許逆變器輸入電壓Vm為目標(biāo)電壓Vdc_com。當(dāng)逆變器輸入電壓Vm低于目標(biāo)電壓Vdc_com時(shí)，轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62計(jì)算用于使DC電流從DC電源B流到逆變器14使得逆變器輸入電壓Vm等于目標(biāo)電壓Vdc_com的占空比DRU，然后將所計(jì)算的占空比輸入到轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63。因而，轉(zhuǎn)換器控制電路302b執(zhí)行反饋控制以允許逆變器輸入電壓Vm等于目標(biāo)電壓Vdc_com。
基于來(lái)自轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62的占空比DRU或DRU，轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63產(chǎn)生用于開(kāi)啟/關(guān)閉升壓轉(zhuǎn)換器12的NPN晶體管Q1、Q2的信號(hào)PWC，然后向升壓轉(zhuǎn)換器12輸出所產(chǎn)生的信號(hào)PWCJH圖8是示出在第二實(shí)施例中轉(zhuǎn)換器控制電路操作的流程圖。
參照?qǐng)D8，接收到來(lái)自外部ECU的轉(zhuǎn)矩指令值TR，控制單元64b判斷轉(zhuǎn)矩指令值TR(＝|TR|)是否在預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)矩指令值TR(＝|TR閾值|)的變化寬度內(nèi)。
在步驟S20，當(dāng)確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定的變化寬度范圍之外時(shí)，表示判斷結(jié)果的信號(hào)OP輸出到電壓指令計(jì)算單元61b。根據(jù)信號(hào)OP，電壓指令計(jì)算單元61b設(shè)定目標(biāo)電壓Vdc_com為目標(biāo)電壓Vdc_com的控制寬度的下限水平(步驟S21)。
在步驟S20，當(dāng)確定轉(zhuǎn)矩指令值TR在預(yù)定的變化寬度內(nèi)時(shí)，控制單元64b計(jì)算電容器C2的靜電能Uc(步驟S22)。電容器C2的靜電能Uc使用表達(dá)式(1)從電容C和電容器C2的端子間的電壓Vm確定。
然后，控制單元64b將所確定的電容器C2的靜電能Uc與預(yù)定的閾值Pcstd進(jìn)行比較以確定哪一個(gè)更大(步驟S23)。
在步驟S23，當(dāng)電容器C2的靜電能Uc至少是閾值Pcstd時(shí)，所確定的靜電能Uc作為信號(hào)Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61b(步驟S24)。
接收到信號(hào)Uc，電壓指令計(jì)算單元61b基于從外部ECU接收的轉(zhuǎn)矩指令值TR和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)MRN計(jì)算目標(biāo)電壓Vdc_com(步驟S25)。
在步驟S23，當(dāng)電容器C2的靜電能Uc小于閾值Pcstd時(shí)，閾值Pcstd作為信號(hào)Uc輸出到電壓指令計(jì)算單元61b(步驟S26)。
接收到信號(hào)Uc，電壓指令計(jì)算單元61b計(jì)算目標(biāo)電壓Vdc_com使得關(guān)系式Pcstd＝C(Vdc_com)2/2得到滿足(步驟S27)。
進(jìn)一步，當(dāng)在步驟S21、S25、S27每一個(gè)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令值TR的大小計(jì)算的目標(biāo)電壓Vdc_com輸出到轉(zhuǎn)換器占空比計(jì)算單元62時(shí)，計(jì)算占空比DRU或DRU使得逆變器輸入電壓Vm等于目標(biāo)電壓Vdc_com(步驟S28)。
當(dāng)所計(jì)算的占空比DRU或DRU輸出到轉(zhuǎn)換器PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換單元63時(shí)，信號(hào)PWC基于占空比產(chǎn)生(步驟S29)。所產(chǎn)生的信號(hào)PWC輸出到升壓轉(zhuǎn)換器12的NPN晶體管Q1、Q2。
如以上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)即使當(dāng)發(fā)生急劇負(fù)荷變化時(shí)能夠簡(jiǎn)易和穩(wěn)定地供應(yīng)電力而沒(méi)有復(fù)雜電路構(gòu)造的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
產(chǎn)業(yè)可利用性本發(fā)明可應(yīng)用于安裝在機(jī)動(dòng)車上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(M1)的驅(qū)動(dòng)電路(14)；電壓轉(zhuǎn)換器(12)，所述電壓轉(zhuǎn)換器(12)包括切換元件，并且利用所述切換元件的切換操作以在電源(B)與所述驅(qū)動(dòng)電路(14)之間轉(zhuǎn)換DC電壓；設(shè)置在所述電壓轉(zhuǎn)換器(12)與所述驅(qū)動(dòng)電路(14)之間的電容器元件(C2)，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)換的DC電壓進(jìn)行平滑化，以將所述平滑化的DC電壓輸入到所述驅(qū)動(dòng)電路(14)；及控制電路(30)，基于所述電動(dòng)機(jī)(M1)的所要求的輸出的量，所述控制電路(30)控制所述切換操作，其中根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)(M1)的所述所要求的輸出，從所述電源(B)并從所述電容器元件(C2)對(duì)所述驅(qū)動(dòng)電路(14)供應(yīng)電能，當(dāng)所述所要求的輸出的所述量在預(yù)定變化寬度之外時(shí)，所述控制電路(30)控制所述切換操作使得從所述電容器元件(C2)供應(yīng)的所述電能大于從所述電源(B)供應(yīng)的所述電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述控制電路(30)做出關(guān)于所述所要求的輸出的所述量是否在所述預(yù)定變化寬度范圍內(nèi)的判定，然后根據(jù)所述判定的結(jié)果確定所述切換操作的目標(biāo)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，所述控制電路(30)具有所述切換操作的所述目標(biāo)電壓的預(yù)定控制寬度，并且當(dāng)所述所要求的輸出的所述量在所述預(yù)定變化寬度范圍之外時(shí)設(shè)定所述切換操作的所述目標(biāo)電壓為所述預(yù)定控制寬度范圍的較低電壓水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中所述切換操作的所述目標(biāo)電壓的所述預(yù)定控制寬度具有上限，且對(duì)應(yīng)于所述上限的電壓水平高于對(duì)應(yīng)于所述所要求的輸出的所述量的所述預(yù)定變化寬度的上限的電壓水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，進(jìn)一步包括檢測(cè)所述電容器元件(C2)的端子間電壓的電壓傳感器(13)，其中，當(dāng)由所述電壓傳感器(13)檢測(cè)的所述電容器元件(C2)的所述端子間電壓低于所述切換操作的所述目標(biāo)電壓時(shí)，所述控制電路(30)控制所述切換操作使得所述電容器元件(C2)的所述端子間電壓等于所述切換操作所述目標(biāo)電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，進(jìn)一步包括第一電流傳感器(18)，其檢測(cè)從所述電源(B)輸出的供電電流或者輸入到所述電源(B)的供電電流；第二電流傳感器(24)，其檢測(cè)用于驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)(M1)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流；及電壓傳感器(13)，其檢測(cè)所述電容器元件(C2)的端子間電壓，其中，當(dāng)所述所要求的輸出的所述量在所述預(yù)定的變化寬度范圍之外時(shí)，所述控制電路(30)基于分別由所述第一電流傳感器(18)和所述第二電流傳感器(24)檢測(cè)的所述供電電流和所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流以及由所述電壓傳感器(13)所檢測(cè)的所述電容器元件(C2)的所述端子間電壓計(jì)算從所述電容器元件(C2)供應(yīng)的所述電能，確定從所述電源(B)供應(yīng)的所述電能，使得從所述電源(B)供應(yīng)的所述電能小于計(jì)算的從所述電容器元件(C2)供應(yīng)的所述電能，并且確定所述切換操作的所述目標(biāo)電壓為當(dāng)所確定的所述電力從所述電源供應(yīng)時(shí)所述電容器元件(C2)的所述端子間電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，當(dāng)所述所要求的輸出的所述量在所述預(yù)定變化寬度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制單元(30)基于由所述電壓傳感器(13)檢測(cè)的所述電容器元件(C2)的所述端子間電壓計(jì)算蓄積在所述電容器元件(C2)中的蓄積電能，并且確定所述切換操作的所述目標(biāo)電壓，使得計(jì)算的所述蓄積電能至少為預(yù)定的閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，當(dāng)所述蓄積電能小于所述預(yù)定的閾值時(shí)，所述控制電路(30)確定所述切換操作的所述目標(biāo)電壓為當(dāng)所述蓄積電能等于所述預(yù)定閾值時(shí)所述電容器元件(C2)的所述端子間電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其中，當(dāng)所述所要求輸出的所述量在所述預(yù)定變化寬度之外時(shí)，所述預(yù)定的閾值具有允許電能從所述電容器元件(C2)供應(yīng)到所述驅(qū)動(dòng)電路(14)的所述蓄積電能的水平。
全文摘要
當(dāng)來(lái)自外部ECU的轉(zhuǎn)矩指令值(TR)在預(yù)定的變化寬度內(nèi)時(shí)，控制單元(64a)產(chǎn)生信號(hào)(Uc)，然后將該信號(hào)輸出到電壓指令計(jì)算單元(61a)，使得蓄積在電容器中的靜電能保持在預(yù)定的閾值或更大?；谠撔盘?hào)(Uc)，電壓指令計(jì)算單元(61a)確定對(duì)應(yīng)于電容器的端子間電壓的升壓轉(zhuǎn)換器(12)的目標(biāo)電壓(Vdc_com)。相比之下，當(dāng)轉(zhuǎn)矩指令值(TR)在預(yù)定的變化寬度之外時(shí)，控制單元(64a)確定從DC電源供應(yīng)到逆變器的電力，用于允許電力優(yōu)先從電容器而不是從DC電源供應(yīng)，然后輸出信號(hào)(Pb)?；谠撔盘?hào)(Pb)，電壓指令計(jì)算單元(61a)確定目標(biāo)電壓(Vdc_com)。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101027203SQ20058001698
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者石川哲浩, 峰澤幸弘 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 愛(ài)信艾達(dá)株式會(huì)社