專利名稱：電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動裝置的控制的控制裝置，該電機(jī)驅(qū)動裝置具備電壓變換部，其變換來自直流電源的電源電壓并生成希望的系統(tǒng)電壓；和直流交流變換部，將上述系統(tǒng)電壓變換為交流電壓并向交流電機(jī)提供。
背景技術(shù)：
如今電機(jī)驅(qū)動裝置已被普遍使用，該電機(jī)驅(qū)動裝置利用逆變器把來自直流電源的直流電壓變換為交流電壓來驅(qū)動交流電機(jī)。于是，電機(jī)隨著旋轉(zhuǎn)速度變高則其感應(yīng)電壓變高。因此，為了抑制感應(yīng)電壓超過逆變器的最大輸出電壓導(dǎo)致不能向電機(jī)流入需要的電流的情況，有時進(jìn)行減弱電機(jī)的磁場磁通量的弱磁控制。但是，若進(jìn)行了弱磁控制，則由電機(jī)能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩降低。對于這樣的問題，下述的專利文獻(xiàn)1記載了如下的電機(jī)驅(qū)動裝置為了將最大轉(zhuǎn)矩控制區(qū)域擴(kuò)展到更高的旋轉(zhuǎn)速度域而具備將來自直流電源的電源電壓進(jìn)行升壓的升壓變換器。另外，下述的專利文獻(xiàn)1記載了如下的控制裝置的構(gòu)成為了控制這樣的電機(jī)驅(qū)動裝置，根據(jù)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩及旋轉(zhuǎn)速度，計算適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)電壓指令值(逆變器輸入電壓目標(biāo)值)，并控制升壓變換器以使得成為該系統(tǒng)電壓指令值。專利文獻(xiàn)1 國際公開第2003/015254號但是，如上述的控制裝置那樣，在基于電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩及旋轉(zhuǎn)速度，間接地推定針對電機(jī)的供給電壓并決定系統(tǒng)電壓指令值的構(gòu)成中，需要考慮實(shí)際的針對電機(jī)的供給電壓和推定值之間的偏差，來設(shè)定具有一定程度的余量的電壓值作為系統(tǒng)電壓指令值。從而，與該余量相對應(yīng)逆變器的輸入電壓變高，逆變器的開關(guān)損耗也變大，所以相應(yīng)地效率降低了。另外，因為在上述的控制裝置中，基于電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩及旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)行推定針對電機(jī)的供給電壓并決定系統(tǒng)電壓指令值的處理，所以系統(tǒng)電壓指令值針對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度的急劇變化的的跟隨性不高。從而，例如在由于電機(jī)的負(fù)載發(fā)生了劇變使負(fù)載轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生了劇變的情況等，而暫時需要大的輸出(功率)的情況下，系統(tǒng)電壓不能跟隨上，對于向?qū)嶋H的電機(jī)的供給電壓，有時升壓變換器的升壓不足。此外，在根據(jù)電機(jī)的工作狀態(tài)決定系統(tǒng)電壓指令值的構(gòu)成中，適當(dāng)?shù)丶骖櫚凑赵撓到y(tǒng)電壓指令值對電源電壓進(jìn)行升壓的升壓控制和與該升壓控制相反目的的弱磁控制也成為課題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，希望實(shí)現(xiàn)能夠根據(jù)實(shí)際的針對電機(jī)的供給電壓，迅速而適當(dāng)?shù)貨Q定系統(tǒng)電壓指令值，由此能夠提高電機(jī)驅(qū)動裝置的效率并且也能夠提高系統(tǒng)電壓針對電機(jī)的工作狀態(tài)的追隨性的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置。用于實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明是進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動裝置的控制的控制裝置，該電機(jī)驅(qū)動裝置具備電壓變換部，其對來自直流電源的電源電壓進(jìn)行變換來生成希望的系統(tǒng)電壓； 和直流交流變換部，其將上述系統(tǒng)電壓變換為交流電壓并向交流電機(jī)進(jìn)行供給。該控制裝置的特征構(gòu)成點(diǎn)在于，具備交流電壓指令決定部，其基于上述交流電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩及上述
3交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，決定從上述直流交流變換部向上述交流電機(jī)供給的交流電壓的指令值即交流電壓指令值；和系統(tǒng)電壓指令決定部，其基于上述交流電壓指令值和上述系統(tǒng)電壓，決定利用上述電壓變換部生成的上述系統(tǒng)電壓的指令值即系統(tǒng)電壓指令值。根據(jù)該特征構(gòu)成，因為基于直接表示實(shí)際向交流電機(jī)供給的交流電壓的交流電壓指令值和利用電壓變換部對電源電壓進(jìn)行變換所生成的實(shí)際的系統(tǒng)電壓的值，決定系統(tǒng)電壓指令值，所以能夠根據(jù)實(shí)際的針對電機(jī)的供給電壓，迅速且適當(dāng)?shù)貨Q定該系統(tǒng)電壓指令值。由此，與基于電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩及旋轉(zhuǎn)速度間接地推定向電機(jī)供給的電壓來決定系統(tǒng)電壓指令值的構(gòu)成相比，不需要考慮實(shí)際的針對電機(jī)的供給電壓和推定值之間的偏差，所以能夠使系統(tǒng)電壓指令值更接近與實(shí)際向交流電機(jī)供給的交流電壓相對應(yīng)的值。因此，可以抑制直流交流變換部中的損耗，能夠提高電機(jī)驅(qū)動裝置的效率。另外，因為基于直接表示實(shí)際向交流電機(jī)供給的交流電壓的交流電壓指令值，決定系統(tǒng)電壓指令值，所以也能夠提高系統(tǒng)電壓指令值針對交流電機(jī)的工作狀態(tài)的變化的跟隨性。在此，優(yōu)選構(gòu)成為，還具備電壓指標(biāo)導(dǎo)出部，該電壓指標(biāo)導(dǎo)出部導(dǎo)出表示上述交流電壓指令值相對于上述系統(tǒng)電壓的大小的電壓指標(biāo)。上述系統(tǒng)電壓指令決定部，基于對上述電壓指標(biāo)進(jìn)行積分而得到的積分值和上述電源電壓，來決定上述系統(tǒng)電壓指令值。根據(jù)該構(gòu)成，通過使用交流電壓指令值相對于系統(tǒng)電壓的大小的電壓指標(biāo)的積分值，能夠決定與直接表示實(shí)際向交流電機(jī)供給的交流電壓的交流電壓指令值和實(shí)際的系統(tǒng)電壓的值之間的關(guān)系及其經(jīng)時變化相應(yīng)的適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)電壓指令值。從而，能夠抑制直流交流變換部中的損耗，能夠提高電機(jī)驅(qū)動裝置的效率并且也能夠提高系統(tǒng)電壓指令值針對交流電機(jī)的工作狀態(tài)的變化的跟隨性。這時，優(yōu)選為，基于表示為了輸出上述交流電壓指令值而需要的直流電壓的電壓指令換算值和上述系統(tǒng)電壓之間的偏差、表示上述交流電壓指令值與上述系統(tǒng)電壓的比的調(diào)制率和規(guī)定的目標(biāo)調(diào)制率之間的偏差及上述交流電壓指令值和根據(jù)上述系統(tǒng)電壓能夠輸出的最大的上述交流電壓的值之間的偏差的任意一個，導(dǎo)出上述電壓指標(biāo)。根據(jù)這些構(gòu)成，能夠適當(dāng)?shù)貙?dǎo)出表示交流電壓指令值相對于系統(tǒng)電壓的大小的電壓指標(biāo)。另外，優(yōu)選構(gòu)成為，還具備弱磁指令值決定部，其基于上述交流電壓指令值和上述系統(tǒng)電壓，來決定表示進(jìn)行減弱上述交流電機(jī)的磁場磁通量的弱磁控制時的弱磁的程度的弱磁指令值；和處理切換部，其切換利用上述系統(tǒng)電壓指令決定部決定上述系統(tǒng)電壓指令值的系統(tǒng)電壓決定處理和利用上述弱磁指令值決定部決定弱磁指令值的弱磁指令值決定處理的執(zhí)行狀態(tài)。上述處理切換部，至少基于上述弱磁指令值及上述系統(tǒng)電壓指令值，切換上述系統(tǒng)電壓決定處理和上述弱磁指令值決定處理的執(zhí)行狀態(tài)。根據(jù)該構(gòu)成，可以基于上述交流電壓指令值和上述系統(tǒng)電壓，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行弱磁控制。而且，在進(jìn)行該弱磁控制和生成對電源電壓進(jìn)行變換后的系統(tǒng)電壓并向直流交流變換部進(jìn)行供給的變壓控制的雙方的情況下，能夠基于弱磁指令值及系統(tǒng)電壓指令值，適當(dāng)?shù)厍袚Q決定系統(tǒng)電壓指令值的系統(tǒng)電壓決定處理和決定弱磁指令值的弱磁指令值決定處理的執(zhí)行狀態(tài)。從而，能夠根據(jù)電機(jī)的工作狀態(tài)，適當(dāng)?shù)厍袚Q并執(zhí)行目的相互違背的弱磁控制和變壓控制。另外，對于如下的構(gòu)成在上述弱磁指令值為零的狀態(tài)下使上述直流交流變換部進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制控制，在上述弱磁指令值不是零的狀態(tài)下使上述直流交流變換部進(jìn)行輸出矩形波狀電壓的矩形波控制，優(yōu)選構(gòu)成為，上述處理切換部，在上述交流電壓指令值超過了根據(jù)當(dāng)時的上述系統(tǒng)電壓能夠輸出的最大的上述交流電壓的值的情況下，執(zhí)行上述弱磁指令值決定處理直到上述弱磁指令值達(dá)到規(guī)定的第一閾值為止，當(dāng)上述弱磁指令值達(dá)到了規(guī)定的第一閾值的情況下，中止上述弱磁指令值決定處理并執(zhí)行上述系統(tǒng)電壓決定處理直到上述系統(tǒng)電壓指令值達(dá)到規(guī)定的第二閾值為止，當(dāng)上述系統(tǒng)電壓指令值達(dá)到了規(guī)定的第二閾值的情況下，重新開始上述弱磁指令值決定處理。根據(jù)該構(gòu)成，通過在弱磁指令值為零且不需要進(jìn)行弱磁控制的狀態(tài)下使直流交流變換部進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制控制，由此在抑制轉(zhuǎn)矩變動的同時，適當(dāng)?shù)乜刂平涣麟姍C(jī)，通過在需要進(jìn)行弱磁控制的狀態(tài)下使直流交流變換部進(jìn)行矩形波控制，由此可以將弱磁的程度抑制在較小并且降低直流交流變換部中的開關(guān)損耗而提高電機(jī)驅(qū)動裝置的效率。另外，根據(jù)該構(gòu)成，例如在交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩上升的狀況下，在交流電壓指令值超過了根據(jù)當(dāng)時的系統(tǒng)電壓能夠輸出的最大的交流電壓的值的情況下，首先，執(zhí)行弱磁控制及矩形波控制，之后維持弱磁控制及矩形波控制不變進(jìn)行對電源電壓進(jìn)行變換(在這種情況下，升壓)來生成系統(tǒng)電壓的電壓變換。從而，能夠在寬的工作范圍內(nèi)得到所謂降低矩形波控制的開關(guān)損耗的效果，能夠提高電機(jī)驅(qū)動裝置的效率。這時，優(yōu)選，以伴隨矩形波控制的開關(guān)損耗的降低的效率提高超過由于弱磁的程度變大而引起的效率降低的方式，設(shè)定成為用于開始電壓變換的弱磁指令值的閾值的第一閾值。此外，因為在系統(tǒng)電壓指令值達(dá)到了例如設(shè)定為電壓變換的上限(升壓上限)等的規(guī)定的第二閾值的情況下，重新開始弱磁指令值決定處理，所以在電壓變換變得不能進(jìn)行后，能夠利用通常的弱磁控制使交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度上升，可以擴(kuò)大交流電機(jī)的可工作區(qū)域。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電機(jī)驅(qū)動裝置的構(gòu)成的電路圖。圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的控制裝置的功能方框圖。圖3是表示由本發(fā)明的第一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩所規(guī)定的電機(jī)的可工作區(qū)域的圖。圖4是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的基本d軸電流指令值表的例圖。圖5是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的q軸電流指令值表的例圖。圖6是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的控制裝置的動作流程的流程圖。圖7是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的控制裝置的動作的具體例的時序圖。圖8是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的控制裝置中的系統(tǒng)電壓指令值的變化及與此相伴的電機(jī)的可工作區(qū)域的變化的說明圖。圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的控制裝置的功能方框圖。圖10是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的控制裝置的動作流程的流程圖。圖11是本發(fā)明的其他的實(shí)施方式的控制裝置的功能方框圖。
具體實(shí)施例方式1.第一實(shí)施方式對本發(fā)明的第一實(shí)施方式，基于附圖進(jìn)行說明。如圖1所示那樣，在本實(shí)施方式中，以如下情況為例進(jìn)行說明，電機(jī)驅(qū)動裝置1作為如下的裝置而構(gòu)成，即驅(qū)動作為利用三相交流進(jìn)行工作的交流電機(jī)的嵌入磁鋼構(gòu)造的同步電機(jī)4(IPMSM、以下只叫做“電機(jī)4”。) 的裝置。該電機(jī)4，構(gòu)成為，根據(jù)需要，也作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作。該電機(jī)4，例如作為電動車輛和混合動力車輛等的驅(qū)動力源而被使用。電機(jī)驅(qū)動裝置1，構(gòu)成為，具有變換器5，其對來自直流電源3的電源電壓Vb進(jìn)行變換并生成希望的系統(tǒng)電壓Vdc ；和逆變器6，其將該系統(tǒng)電壓Vdc變換為交流并向電機(jī)4供給。而且，在本實(shí)施方式中，如圖2所示那樣，控制裝置2，通過控制電機(jī)驅(qū)動裝置1，使用矢量控制法來進(jìn)行電機(jī)4的電流反饋控制。這時，控制裝置2具有如下特征點(diǎn)根據(jù)基于電機(jī)4的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM及旋轉(zhuǎn)速度ω所決定的交流電壓指令值Vd、Vq和由變換器5變換后的實(shí)際的系統(tǒng)電壓Vdc，來決定利用變換器5生成的系統(tǒng)電壓Vdc的指令值即系統(tǒng)電壓指令值Vdct。以下，對本實(shí)施方式的電機(jī)驅(qū)動裝置1及其控制裝置2詳細(xì)地進(jìn)行說明。1-1.電機(jī)驅(qū)動裝置的構(gòu)成首先，對本實(shí)施方式的電機(jī)驅(qū)動裝置1的構(gòu)成，基于圖1進(jìn)行說明。該電機(jī)驅(qū)動裝置1具備變換器5和逆變器6。另外，電機(jī)驅(qū)動裝置1具備直流電源3、對來自直流電源3 的電源電壓Vb進(jìn)行平滑化的第一平滑電容Cl和對由變換器5升壓后的系統(tǒng)電壓Vdc進(jìn)行平滑化的第二平滑電容C2。作為直流電源3，例如可使用鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池等的各種蓄電池、電容器或者這些的組合等。作為直流電源3的電壓的電源電壓Vb，由電源電壓傳感器41來檢測并向控制裝置2輸出。變換器5是對來自直流電源3的電源電壓Vb進(jìn)行變換并生成希望值的直流的系統(tǒng)電壓Vdc的DC-DC變換器，與本發(fā)明中的電壓變換部相當(dāng)。在本實(shí)施方式中，該變換器5 作為對電源電壓Vb進(jìn)行升壓并生成希望的系統(tǒng)電壓Vdc的升壓變換器而發(fā)揮功能。此外， 當(dāng)電機(jī)4作為發(fā)電機(jī)而發(fā)揮功能時，對來自逆變器6的系統(tǒng)電壓Vdc進(jìn)行降壓并向直流電源3供給，對該直流電源3進(jìn)行充電。變換器5具備電抗器Li、電壓變換用開關(guān)元件E1、E2 和二極管D1、D2。在此，變換器5，作為電壓變換用開關(guān)元件，具備串聯(lián)連接的一對的上橋元件El及下橋元件E2。作為這些電壓變換用開關(guān)元件E1、E2，在本例中，使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。上橋元件El的發(fā)射極和下橋元件E2的集電極，借助電抗器Ll而與直流電源3的正極端子連接。另外，上橋元件El的集電極與用于供給由變換器5升壓后的電壓的系統(tǒng)電壓線51連接，下橋元件E2的發(fā)射極與連接了直流電源3的負(fù)極端子的負(fù)極線52連接。另外，自由旋轉(zhuǎn)二極管D1、D2分別與各電壓變換用開關(guān)元件E1、E2并聯(lián)連接。此外，作為電壓變換用開關(guān)元件E1、E2，除了 IGBT以外，還可以使用雙極型、場效應(yīng)型、MOS型等各種構(gòu)造的功率晶體管。電壓變換用開關(guān)元件E1、E2的每一個，按照從控制裝置2輸出的開關(guān)控制信號Si、 S2來進(jìn)行導(dǎo)通截止動作。在本實(shí)施方式中，開關(guān)控制信號Si、S2是驅(qū)動各開關(guān)元件E1、E2 的柵極的柵極驅(qū)動信號。由此，變換器5，在升壓動作時將從直流電源3供給的電源電壓Vb 升壓到希望的系統(tǒng)電壓Vdc并向系統(tǒng)電壓線51及逆變器6供給。另外，變換器5，在降壓動作時將從逆變器6供給的系統(tǒng)電壓Vdc進(jìn)行降壓并向直流電源3供給。由變換器5所生成的系統(tǒng)電壓Vdc被利用系統(tǒng)電壓傳感器42檢測出并向控制裝置2輸出。此外，如后述的那樣，在升壓指令值A(chǔ)Vb(參照圖幻為零而不利用變換器5進(jìn)行升壓的情況下，系統(tǒng)電壓 Vdc與電源電壓Vb相等。
逆變器6是用于將直流的系統(tǒng)電壓Vdc變換為交流電壓并向電機(jī)4供給的裝置， 與本發(fā)明中的直流交流變換部相當(dāng)。逆變器6具備多組的開關(guān)元件E3 E8和二極管D3 D8。在此，逆變器6，關(guān)于電機(jī)4的各相(U相、V相、W相的3相)的每一相，具備一對的開關(guān)元件，具體來說，U相用上橋元件E3及U相用下橋元件E4、V相用上橋元件E5及V相用下橋元件E6以及W相用上橋元件E7及W相用下橋元件E8。作為這些開關(guān)元件E3 E8， 在本例中，使用IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)。各相用的上橋元件E3、E5、E7的發(fā)射極和下橋元件E4、E6、E8的集電極與電機(jī)4的各相的繞組分別連接。另外，各相用的上橋元件E3、 E5、E7的集電極與系統(tǒng)電壓線51連接，各相用的下橋元件E4、E6、E8的發(fā)射極與負(fù)極線52 連接。另外，自由旋轉(zhuǎn)二極管D3 D8分別與各開關(guān)元件E3 E8并聯(lián)連接。此外，作為開關(guān)元件E3 E8，除了 IGBT以外，可以使用雙極型、場效果型、MOS型等各種構(gòu)造的功率晶體管。開關(guān)元件E3 E8的每一個，按照由控制裝置2輸出的開關(guān)控制信號S3 S8，進(jìn)行導(dǎo)通截止動作。由此，逆變器6，將系統(tǒng)電壓Vdc變換為交流電壓并向電機(jī)4供給，使電機(jī) 4輸出與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。這時，各開關(guān)元件E3 E8，按照開關(guān)控制信號S3 S8， 進(jìn)行伴隨后述的PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制或矩形波控制的開關(guān)動作。在本實(shí)施方式中，開關(guān)控制信號S3 S8是驅(qū)動各開關(guān)元件E3 E8的柵極的柵極驅(qū)動信號。另一方面，當(dāng)電機(jī)4作為發(fā)電機(jī)而發(fā)揮功能時，將所發(fā)電的交流電壓變換為直流電壓并向系統(tǒng)電壓線51及變換器5供給。流過逆變器6和電機(jī)4的各相的繞組之間的各相電流，具體來說，U相電流 Iur、V相電流Ivr及W相電流Iwr，利用電流傳感器43被檢測出并向控制裝置2輸出。另外，電機(jī)4的轉(zhuǎn)子在各時間點(diǎn)的磁極位置θ，利用旋轉(zhuǎn)傳感器44被檢測出并向控制裝置2輸出。旋轉(zhuǎn)傳感器44，例如由旋轉(zhuǎn)變壓器等構(gòu)成。在此，磁極位置θ表示電角度上的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。電機(jī)4的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩ΤΜ，作為來自未圖示的車輛控制裝置等其他控制裝置等的要求信號，被輸入到控制裝置2。1-2.控制裝置的構(gòu)成接著，對圖1所示的控制裝置2的功能，使用圖2 圖5詳細(xì)地進(jìn)行說明。以下進(jìn)行說明的控制裝置2的各功能部，將微機(jī)等邏輯電路作為核心部件，由用于對所輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理的硬件或軟件(程序)或者其兩者構(gòu)成。如上述那樣，向控制裝置2輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM及磁極位置θ。因此，控制裝置2，根據(jù)這些目標(biāo)轉(zhuǎn)矩ΤΜ、磁極位置θ及根據(jù)磁極位置θ所導(dǎo)出的電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω，生成用于驅(qū)動電機(jī)4的開關(guān)控制信號S3 S8 并輸出，驅(qū)動逆變器6。這時，控制裝置2對PWM控制及最大轉(zhuǎn)矩控制，和矩形波控制及弱磁控制進(jìn)行切換來驅(qū)動逆變器6。另外，向控制裝置2輸入直流電源3的電源電壓Vb及由變換器5生成的系統(tǒng)電壓Vdc。因此，控制裝置2，根據(jù)基于目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM及旋轉(zhuǎn)速度ω決定的交流電壓指令值Vd、Vq和當(dāng)前的系統(tǒng)電壓Vdc，決定系統(tǒng)電壓Vdc的指令值即系統(tǒng)電壓指令值Vdct。而且，控制裝置2生成并輸出用于生成所決定的系統(tǒng)電壓Vdc的開關(guān)控制信號Si、S2，驅(qū)動變換器5?？刂蒲b置2，在進(jìn)行逆變器6中的直流-交流變換時，切換PWM控制和矩形波控制并執(zhí)行。在本實(shí)施方式中，PWM控制包含正弦波PWM控制和過調(diào)制PWM控制的2種控制方式。在正弦波PWM控制中，基于對正弦波狀的電壓指令值Vu、Vv、Vw和載波之間的比較，控制逆變器6的各開關(guān)元件E3 E8的導(dǎo)通截止。具體來說，控制各脈沖的占空比，以使得U、V、W的各相的逆變器6的輸出電壓波形以由上橋元件E3、E5、E7成為導(dǎo)通狀態(tài)的高電平期間和下橋元件E4、E6、E8成為導(dǎo)通狀態(tài)的低電平期間所構(gòu)成的脈沖的集合所構(gòu)成并且其基波成分在一定期間成為正弦波。若將逆變器6的輸出電壓波形的基波成分的有效值與系統(tǒng)電壓Vdc的比率設(shè)為調(diào)制率m(參照后述的式(7))，則在正弦波PWM控制中，可以使調(diào)制率 m在0 0. 61的范圍內(nèi)變化。正弦波PWM控制是電壓指令值Vu、Vv、Vw的波形的振幅在載波波形的振幅以下的PWM控制。在過調(diào)制PWM控制中，以與正弦波PWM控制相比，將各脈沖的占空比在基波成分的波峰側(cè)增大而在波谷側(cè)減小，由此使逆變器6的輸出電壓波形的基波成分的波形畸變而使振幅與正弦波PWM控制相比變大的方式進(jìn)行控制。在過調(diào)制PWM控制中，能夠使調(diào)制率m 在0. 61 0. 78的范圍內(nèi)變化。過調(diào)制PWM控制是電壓指令值Vu、Vv、Vw的波形的振幅超過載波波形的振幅的PWM控制。在該過調(diào)制PWM控制中將調(diào)制率m提高到最大的0. 78的狀態(tài)成為矩形波控制。在矩形波控制中，U、V、W的各相的逆變器6的輸出電壓波形，以每個周期上述高電平期間和上述低電平期間交替地出現(xiàn)各1次并且成為這些高電平期間和低電平期間的比為1 1的矩形波的方式進(jìn)行控制。由此，矩形波控制使逆變器6輸出矩形波狀電壓。在矩形波控制中，調(diào)制率m固定為0.78。在矩形波控制中，各開關(guān)元件E3 E8 的導(dǎo)通和截止在電機(jī)4的每1個電角度周期執(zhí)行各1次，對于各相每半個電角度周期輸出 1次脈沖。在正弦波PWM控制、過調(diào)制PWM控制及矩形波控制的任意一種中，各相的輸出電壓波形都以相互偏離120°相位的方式輸出。于是，電機(jī)4，隨著旋轉(zhuǎn)速度ω變高而感應(yīng)電壓變高，為了驅(qū)動電機(jī)4所需要的交流電壓(以下叫做“需要電壓”。)也變高。而且，若該需要電壓超過了對當(dāng)時的系統(tǒng)電壓 Vdc進(jìn)行變換而從逆變器6能夠輸出的最大的交流電壓(以下叫做“最大輸出電壓”。)，則繞組不能流過需要的電流，從而不能適當(dāng)?shù)乜刂齐姍C(jī)4。因此，在本實(shí)施方式中，根據(jù)電機(jī) 4的需要電壓，在使PWM控制(正弦波PWM控制或過調(diào)制PWM控制)中的調(diào)制率m在0 0. 78的范圍內(nèi)變化的同時，在電機(jī)4的需要電壓比該范圍內(nèi)的最大輸出電壓低的狀態(tài)下進(jìn)行PWM控制和最大轉(zhuǎn)矩控制。而且，若電機(jī)4的需要電壓達(dá)到了 PWM控制的最大調(diào)制率(m =0. 78)下的最大輸出電壓，則進(jìn)行矩形波控制和弱磁控制。在此，最大轉(zhuǎn)矩控制是對于同一電流以電機(jī)4的輸出轉(zhuǎn)矩成為最大的方式調(diào)節(jié)電流相位的控制。另外，弱磁控制，是以從繞組產(chǎn)生減弱電機(jī)4的磁場磁通量的方向的磁通的方式調(diào)節(jié)電流相位的(與最大轉(zhuǎn)矩控制相比推進(jìn)電流相位)控制。此外，上述的需要電壓及最大輸出電壓，都可以作為交流電壓的有效值而相互進(jìn)行比較。圖3是表示由旋轉(zhuǎn)速度ω和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM所規(guī)定的電機(jī)4的可工作區(qū)域之中的執(zhí)行PWM控制及最大轉(zhuǎn)矩控制的區(qū)域Al和執(zhí)行矩形波控制及弱磁控制的區(qū)域Α2的圖。此外， 該圖3成為未考慮系統(tǒng)電壓Vdc的升壓的圖。如上述那樣，因為隨著電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω 變高，感應(yīng)電壓變高，所以電機(jī)4的需要電壓也由此變高。從而，當(dāng)由向控制裝置2所輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM和當(dāng)時的電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω決定的工作點(diǎn)位于比較低的旋轉(zhuǎn)的區(qū)域Al 內(nèi)的情況下，執(zhí)行PWM控制及最大轉(zhuǎn)矩控制，當(dāng)該工作點(diǎn)位于比較高的旋轉(zhuǎn)的區(qū)域Α2內(nèi)的情況下，執(zhí)行矩形波控制及弱磁控制。區(qū)域Al和區(qū)域Α2之間的邊界由最大轉(zhuǎn)矩控制過程中的電機(jī)4的需要電壓與PWM控制的最大調(diào)制率(即成為矩形波控制的調(diào)制率m = 0. 78) 下的最大輸出電壓一致的旋轉(zhuǎn)速度ω及轉(zhuǎn)矩來決定。
如圖2所示那樣，向d軸電流指令值導(dǎo)出部21輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM。d軸電流指令值導(dǎo)出部21，基于所輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM，導(dǎo)出基本d軸電流指令值Idb。在此，基本d軸電流指令值Idb與進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制時的d軸電流的指令值相當(dāng)。在本實(shí)施方式中，d軸電流指令值導(dǎo)出部21，使用圖4所示的基本d軸電流指令值表，導(dǎo)出與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM的值相應(yīng)的基本d軸電流指令值Idb。在圖示的例中，作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM輸入“tm3”的值，與此相應(yīng)，d軸電流指令值導(dǎo)出部21導(dǎo)出“Idl”，作為基本d軸電流指令值Idb。向第一減法器23輸入這樣導(dǎo)出的基本d軸電流指令值Idb。還向第一減法器23輸入利用后述的第一積分器31所導(dǎo)出的弱磁電流指令值A(chǔ)id。第一減法器23，如下述的式(1)所示那樣，從基本d軸電流指令值Idb減去弱磁電流指令值Δ Id，導(dǎo)出最終的d軸電流指令值Id。Id = Idb-Δ Id... (1)向q軸電流指令值導(dǎo)出部22輸入目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM及弱磁電流指令值A(chǔ)id。q軸電流指令值導(dǎo)出部22，基于所輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM和弱磁電流指令值A(chǔ)id，導(dǎo)出q軸電流指令值 Iq。在本實(shí)施方式中，q軸電流指令值導(dǎo)出部22，使用圖5所示的q軸電流指令值表，導(dǎo)出與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM及弱磁電流指令值Δ Id的值相應(yīng)的q軸電流指令值Iq。在圖5中，細(xì)的實(shí)線是表示用于輸出tml tm5的各轉(zhuǎn)矩的d軸電流及q軸電流的值的等轉(zhuǎn)矩線61，粗的實(shí)線是表示用于進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制的d軸電流及q軸電流的值的最大轉(zhuǎn)矩控制線62。在圖示的例中，作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM而輸入了 “tm3”的值并且作為弱磁電流指令值Δ Id而輸入了 “ΔΙ(1?！?。與此相應(yīng)，q軸電流指令值導(dǎo)出部22，首先，將目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM = tm3的等轉(zhuǎn)矩線61 和最大轉(zhuǎn)矩控制線62的交點(diǎn)的q軸電流的值即“ Iql ”作為基本q軸電流指令值而導(dǎo)出。在此，基本q軸電流指令值與進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制時的q軸電流的指令值相當(dāng)。因此，在弱磁電流指令值A(chǔ)Id為零的情況下(AId = O)，該基本q軸電流指令值成為最終的q軸電流指令值Iq。在本例中，因為作為弱磁電流指令值A(chǔ)Id而輸入了“Aldl”，所以將沿著目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 TM = tm3的等轉(zhuǎn)矩線61向d軸的負(fù)方向移動了 AIdl的點(diǎn)的q軸電流的值即“Iq2”作為 q軸電流指令值Iq而導(dǎo)出。此外，與利用圖5的q軸電流指令值表所求出的基本q軸電流指令值(Iql)相對應(yīng)的d軸電流的值(Idl)與使用圖4所示的基本d軸電流指令值表所求出的基本d軸電流指令值Idb的值一致，從該d軸電流的值(Idl)中減去弱磁電流指令值 AId(= AIdl)所求出的d軸電流的值(Id2)與利用第一減法器23所導(dǎo)出的最終的d軸電流指令值Id( = Idb-Δ Id) 一致。因此，也能夠利用該圖5所示的表求出d軸電流指令值Id。向電流控制部M輸入如上述那樣導(dǎo)出的d軸電流指令值Id及q軸電流指令值 Iq。還從三相二相變換部27向電流控制部M輸入實(shí)際d軸電流Idr及實(shí)際q軸電流Iqr， 從旋轉(zhuǎn)速度導(dǎo)出部觀輸入電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω?；诶秒娏鱾鞲衅?3(參照圖1)所檢測出的U相電流Iur、V相電流Ivr及W相電流Iwr和利用旋轉(zhuǎn)傳感器44 (參照圖1)所檢測出的磁極位置θ，由三相二相變換部27進(jìn)行三相二相變換而導(dǎo)出實(shí)際d軸電流Idr及實(shí)際q軸電流Iqr。另外，基于利用旋轉(zhuǎn)傳感器44 (圖1參照)所檢測出的磁極位置θ，由旋轉(zhuǎn)速度導(dǎo)出部觀導(dǎo)出電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω。電流控制部M導(dǎo)出作為d軸電流指令值Id和實(shí)際d軸電流Idr之間的偏差的d 軸電流偏差S Id及作為q軸電流指令值Iq和實(shí)際q軸電流Iqr之間的偏差的q軸電流偏差Slq。而且，電流控制部對，基于d軸電流偏差δ Id，進(jìn)行比例積分控制運(yùn)算(PI控制運(yùn)算)而導(dǎo)出電壓降的d軸成分即d軸電壓降Vzd，并且基于q軸電流偏差Slq，進(jìn)行比例積分控制運(yùn)算而導(dǎo)出電壓降的q軸成分即q軸電壓降Vzq。而且，電流控制部對，如下述的式( 所示那樣，通過從d軸電壓降Vzd中減去q 軸電樞反作用Eq而導(dǎo)出d軸電壓指令值Vd。Vd = Vzd-Eq= Vzd-ω · Lq ‘ Iqr...(2)如該式⑵所示的那樣，基于電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω、實(shí)際q軸電流Iqr及q軸電感 Lq，導(dǎo)出q軸電樞反作用Eq。此外，電流控制部對，如下述的式C3)所示那樣，通過把q軸電壓降Vzq加上d軸電樞反作用Ed及基于永久磁鋼的電樞磁鏈的感應(yīng)電壓Em而導(dǎo)出q軸電壓指令值Vq。Vq = Vzq+Ed+Em= Vzq+ω · Ld · Idr+ω · MIf... (3)如該式(3)所示的那樣，基于電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω、實(shí)際d軸電流Idr及d軸電感Ld，導(dǎo)出d軸電樞反作用Ed。另外，基于由永久磁鋼的電樞磁鏈的有效值決定的感應(yīng)電壓常數(shù)MIf及電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω，導(dǎo)出感應(yīng)電壓Em。在本實(shí)施方式中，將d軸電壓指令值Vd及q軸電壓指令值Vq設(shè)為從逆變器6向電機(jī)4供給的交流電壓的指令值即交流電壓指令值。從而，由上述的d軸電流指令值導(dǎo)出部21、q軸電流指令值導(dǎo)出部22及電流控制部24，構(gòu)成了基于電機(jī)4的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM及旋轉(zhuǎn)速度ω決定交流電壓指令值Vd、Vq的交流電壓指令決定部7。向二相三相變換部25輸入d軸電壓指令值Vd及q軸電壓指令值Vq。另外，也向二相三相變換部25輸入由旋轉(zhuǎn)傳感器44(參照圖1)所檢測出的磁極位置θ。二相三相變換部25使用磁極位置θ來進(jìn)行二相三相變換，將d軸電壓指令值Vd及q軸電壓指令值 Vq變換為U相電壓指令值Vu、V相電壓指令值Vv及W相電壓指令值Vw而導(dǎo)出。向PWM脈沖生成部沈輸入U相電壓指令值Vu、V相電壓指令值Vv及W相電壓指令值Vw。PWM脈沖生成部沈，基于正弦波狀的各相的電壓指令值Vu、Vv, Vw和載波之間的比較，生成控制圖1所示的逆變器6的各開關(guān)元件E3 E8的開關(guān)控制信號S3 S8。而且，通過逆變器6的各開關(guān)元件E3 E8按照開關(guān)控制信號S3 S8進(jìn)行導(dǎo)通截止動作，進(jìn)行PWM控制(正弦波PWM控制或過調(diào)制PWM控制)或矩形波控制。在本實(shí)施方式中，將載波的振幅固定為與如下的各相的電壓指令值Vu、Vv, Vw的振幅相同的值，該各相的電壓指令值Vu、Vv、Vw與正弦波PWM控制中的上限的調(diào)制率m( = 0.61)相符合。由此，PWM脈沖生成部沈，在所輸入的各相的電壓指令值Vu、Vv, Vw是與超過正弦波PWM控制中的上限的調(diào)制率m( = 0.61)的調(diào)制率m( = 0.61 0.78)相符合的振幅的情況下，生成用于執(zhí)行過調(diào)制PWM控制的開關(guān)控制信號S3 S8，該過調(diào)制PWM控制是逆變器6的輸出電壓波形基本上成為PWM脈沖并且在電壓指令值Vu、Vv, Vw超過載波的振幅的部分中連續(xù)地成為高電平或低電平的控制。此外，PWM脈沖生成部沈，在所輸入的各相的電壓指令值Vu、Vv、Vw是與過調(diào)制PWM控制中的上限的調(diào)制率m( = 0. 78)相符合的振幅的情況下，生成用于執(zhí)行矩形波控制的開關(guān)控制信號S3 S8，該矩形波控制是逆變器6的輸出電壓波形成為在每1個周期高電平期間和低電平期間交替地各出現(xiàn)1次的矩形波的控制。向電壓指令換算值導(dǎo)出部四輸入d軸電壓指令值Vd及q軸電壓指令值Vq。電壓指令換算值導(dǎo)出部29，基于d軸電壓指令值Vd及q軸電壓指令值Vq，按照下述的式(4)來導(dǎo)出電壓指令換算值Va。
Va =V (V d 2H-V q z) /O. 7 8··· (4)在此，V" (V d 2 +V q 2)與3相的線電壓有效值相當(dāng)。從而，在本實(shí)施方式中， 電壓指令換算值Va，作為將3相的線電壓有效值除以理論上的最大調(diào)制率(m = 0. 78)而得到的值被導(dǎo)出。該電壓指令換算值Va是用于將交流電壓指令值VcUVq能夠與系統(tǒng)電壓Vdc 比較的換算值，表示為了輸出交流電壓指令值Vd、Vq所需要的直流電壓(系統(tǒng)電壓Vdc)。 更詳細(xì)地說，電壓指令換算值Va表示為了輸出與交流電壓指令值VcUVq相符合的交流電壓而需要向逆變器6輸入的系統(tǒng)電壓Vdc。向第二減法器30輸入電壓指令換算值Va及利用系統(tǒng)電壓傳感器42所檢測出的系統(tǒng)電壓Vdc的值。第二減法器30，如下述的式(5)所示那樣，導(dǎo)出從電壓指令換算值Va 減去系統(tǒng)電壓Vdc的值而得到的電壓偏差Δ V。AV = Va-Vdc...(5)在本實(shí)施方式中，該電壓偏差Δ V與表示交流電壓指令值Vd、Vq相對于系統(tǒng)電壓 Vdc的大小的電壓指標(biāo)相當(dāng)。因此在本實(shí)施方式中，由電壓指令換算值導(dǎo)出部四及第二減法器30構(gòu)成了電壓指標(biāo)導(dǎo)出部11。在此，電壓偏差Δ V表示交流電壓指令值VcUVq超過了根據(jù)當(dāng)時的系統(tǒng)電壓Vdc而能夠輸出的最大的交流電壓的值的程度。從而，電壓偏差A(yù)V 作為表示實(shí)際上系統(tǒng)電壓Vdc不足的程度的電壓不足指標(biāo)而發(fā)揮功能。在本實(shí)施方式中，向處理切換部10輸入電壓偏差Δ V、弱磁電流指令值Δ Id及系統(tǒng)電壓指令值Vdct。處理切換部10，基于這些值，對利用系統(tǒng)電壓指令決定部9決定系統(tǒng)電壓指令值Vdct的系統(tǒng)電壓決定處理和利用弱磁指令值決定部8決定弱磁電流指令值Δ Id 的弱磁指令值決定處理的執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行切換。在本實(shí)施方式中，處理切換部10，對執(zhí)行弱磁指令值決定處理的第一狀態(tài)Ml、執(zhí)行系統(tǒng)電壓決定處理的第二狀態(tài)M2及這兩者都不執(zhí)行的第三狀態(tài)M3進(jìn)行切換。而且，處理切換部10，在第一狀態(tài)Ml下向第一積分器31輸入電壓偏差Δ V，在第二狀態(tài)M2下向第二積分器32輸入電壓偏差Δ V，在第三狀態(tài)Μ3下不向第一積分器31及第二積分器32的任意一個輸入電壓偏差Μ。處理切換部10，基于與對電壓偏差Δ V、弱磁電流指令值Δ Id及系統(tǒng)電壓指令值Vdct的每一個所預(yù)先規(guī)定的閾值進(jìn)行了比較的結(jié)果，進(jìn)行3個狀態(tài)Μ1、Μ2、Μ3的切換。此外，對于基于該處理切換部10的切換動作，因為在后面將使用圖6 圖8詳細(xì)地進(jìn)行說明，在此不詳細(xì)地進(jìn)行說明。當(dāng)處理切換部10處于第一狀態(tài)Ml時，向第一積分器31輸入電壓偏差Δ V。第一積分器31，使用規(guī)定的增益對該電壓偏差A(yù)V進(jìn)行積分，將該積分值作為弱磁電流指令值 AId而導(dǎo)出。在此，設(shè)定第一積分器31具備基于自保持電路等的自保持功能。而且，第一積分器31，構(gòu)成為，當(dāng)處理切換部10成為第二狀態(tài)Μ2時，保持處理切換部10處于第一狀態(tài)Ml時的最終的弱磁電流指令值A(chǔ)id，并連續(xù)輸出該值。另外，第一積分器31，構(gòu)成為，當(dāng)處理切換部10成為第三狀態(tài)M3時，解除自保持功能。在本實(shí)施方式中，該弱磁電流指令值 Δ Id與表示進(jìn)行減弱電機(jī)4的磁場磁通量的弱磁控制時的弱磁的程度的弱磁指令值相當(dāng)。 另外，利用電壓指令換算值導(dǎo)出部四、第二減法器30及第一積分器31，基于交流電壓指令值VcUVq和系統(tǒng)電壓Vdc，決定弱磁電流指令值Δ Id。因此，在本實(shí)施方式中，由電壓指令換算值導(dǎo)出部四、第二減法器30及第一積分器31構(gòu)成了弱磁指令值決定部8。如上述那樣， 在本實(shí)施方式中，與矩形波控制一同進(jìn)行弱磁控制，與PWM控制一同進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制。從而，控制裝置2，構(gòu)成為，在弱磁電流指令值△ Id為零的狀態(tài)下使逆變器6進(jìn)行PWM控制，在弱磁電流指令值△ Id為零以外的狀態(tài)下使逆變器6進(jìn)行矩形波控制。此外，弱磁控制是以與最大轉(zhuǎn)矩控制相比減弱電機(jī)4的磁場磁通量的方式進(jìn)行針對基本d軸電流指令值Idb的調(diào)整的勵磁控制。即弱磁控制是以從電樞繞組產(chǎn)生減弱電機(jī)4的磁場磁通量的方向的磁通的方式來調(diào)節(jié)電流相位的控制。在此，在弱磁控制中，以與通常勵磁控制相比推進(jìn)電流相位的方式來設(shè)定d軸電流調(diào)整指令值A(chǔ)id。具體來說，在弱磁控制中，以使基本d軸電流指令值Idb向負(fù)方向變化(減少)的方式來設(shè)定d軸電流調(diào)整指令值Δ Id。當(dāng)處理切換部10處于第二狀態(tài)M2時，向第二積分器32輸入電壓偏差Δ V。第二積分器32，使用規(guī)定的增益對該電壓偏差△ V進(jìn)行積分，并將該積分值作為升壓指令值A(chǔ)Vb 而導(dǎo)出。在此，設(shè)為，第二積分器32具備基于自保持電路等的自保持功能。而且，第二積分器32，構(gòu)成為，當(dāng)處理切換部10成為第一狀態(tài)Ml時，保持處理切換部10處于第二狀態(tài)Μ2 時的最終的升壓指令值A(chǔ)Vb，并連續(xù)輸出該值。另外，第二積分器32，構(gòu)成為，當(dāng)處理切換部10成為第三狀態(tài)M3時，解除自保持功能。將為了輸出與由電流控制部M所導(dǎo)出的交流電壓指令值Vd、Vq相符的交流電壓而需要向逆變器6輸入的電壓設(shè)為系統(tǒng)電壓Vdc，該升壓指令值A(chǔ)Vb與為了得到該系統(tǒng)電壓Vdc而需要對電源電壓Vb進(jìn)行升壓的電壓值相當(dāng)。向加法器33輸入由電源電壓傳感器41所檢測出的電源電壓Vb及升壓指令值 AVb。加法器33，如下述的式(6)所示那樣，導(dǎo)出對電源電壓Vb加上升壓指令值A(chǔ)Vb而得到的系統(tǒng)電壓指令值Vdct0Vdct = Vb+Δ Vb- (6)該系統(tǒng)電壓指令值Vdct成為由變換器5生成的系統(tǒng)電壓Vdc的指令值。如上述那樣，利用電壓指令換算值導(dǎo)出部四、第二減法器30、第二積分器32及加法器33，基于交流電壓指令值Vd、Vq和系統(tǒng)電壓Vdc，來決定系統(tǒng)電壓指令值Vdct。因此，在本實(shí)施方式中， 由電壓指令換算值導(dǎo)出部四、第二減法器30、第二積分器32及加法器33構(gòu)成了系統(tǒng)電壓指令決定部9。如上述那樣，該系統(tǒng)電壓指令決定部9，基于作為電壓指標(biāo)而利用電壓指令換算值導(dǎo)出部四及第二減法器30所導(dǎo)出的電壓偏差Δν，更具體來說，基于利用第二積分器32對該電壓偏差△ V進(jìn)行積分所導(dǎo)出的積分值即升壓指令值A(chǔ)Vb和電源電壓Vb，決定了系統(tǒng)電壓指令值Vdct。向升壓控制部34輸入系統(tǒng)電壓指令值Vdct。升壓控制部34，根據(jù)系統(tǒng)電壓指令值 Vdct，生成控制變換器5的電壓變換用開關(guān)元件E1、E2的開關(guān)控制信號S1、S2。而且，通過變換器5的電壓變換用開關(guān)元件El、E2按照開關(guān)控制信號Si、S2進(jìn)行導(dǎo)通截止動作，電源電壓Vb被升壓。具體來說，變換器5，對來自控制裝置2的開關(guān)控制信號S1、S2進(jìn)行響應(yīng)， 進(jìn)行交替地重復(fù)只有下橋元件E2在規(guī)定期間導(dǎo)通的狀態(tài)和上橋元件El及下橋元件E2的雙方在規(guī)定期間截止的狀態(tài)的動作，將電源電壓Vb升壓。這時的升壓比與下橋元件E2的導(dǎo)通期間的占空比相應(yīng)。即，隨著下橋元件E2的導(dǎo)通占空比的增大，電抗器Ll中的電力積蓄變大，所以能夠提高從變換器5輸出的系統(tǒng)電壓Vdc。1-3.處理切換部的動作
接著，對處理切換部10的切換動作及與此相伴的控制裝置2的各部的動作，使用圖6 圖8來詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖6是表示伴隨基于處理切換部10的切換動作的控制裝置2的各部的動作流程的流程圖。如圖6所示那樣，控制裝置2，首先，利用電壓指令換算值導(dǎo)出部四導(dǎo)出電壓指令換算值Va(步驟#01)。接著，利用第二減法器30導(dǎo)出從電壓指令換算值Va中減去系統(tǒng)電壓Vdc的值而得到的電壓偏差Δν( = Va-Vdc)(步驟#02)。而且，利用處理切換部10，判定在步驟#02中所導(dǎo)出的電壓偏差Δ V是否比零大(AV > 0)(步驟#03)。在電壓偏差Δ V 比零大的情況下(步驟#03 是)，系統(tǒng)電壓Vdc相對于交流電壓指令值Vd、Vq變成不足。 因此，處理切換部10，接著，判定當(dāng)時的弱磁電流指令值Δ Id是否在規(guī)定的第一閾值Δ Ids 以上(Δ Id彡Δ Ids)(步驟#04)。在弱磁電流指令值Δ Id小于第一閾值Δ Ids的情況下 (步驟#04 否)，處理切換部10成為將電壓偏差Δ V向第一積分器31進(jìn)行輸入的第一狀態(tài)Μ1，并將弱磁指令值決定處理設(shè)為執(zhí)行狀態(tài)。由此，第一積分器31對電壓偏差A(yù)V進(jìn)行積分并導(dǎo)出弱磁電流指令值△ Id (步驟#冊)。在這種情況下，控制裝置2，使逆變器6進(jìn)行弱磁控制及矩形波控制，不使變換器5進(jìn)行升壓控制而使電源電壓Vb照原樣作為系統(tǒng)電壓 Vdc輸出。當(dāng)弱磁電流指令值Δ Id在第一閾值A(chǔ)ids以上的情況下(步驟#04:是)，接著， 利用處理切換部10判定系統(tǒng)電壓指令值Vdct是否小于第二閾值Vdcmax (Vdct < Vdcmax) (步驟#06)。在系統(tǒng)電壓指令值Vdct小于第二閾值Vdcmax的情況下(步驟#06 是)，利用第一積分器31保持當(dāng)時的弱磁電流指令值Δ Id(步驟#07)。而且，處理切換部10成為將電壓偏差ΔΥ向第二積分器32進(jìn)行輸入的第二狀態(tài)Μ2，并將系統(tǒng)電壓決定處理設(shè)為執(zhí)行狀態(tài)。由此，第二積分器32對電壓偏差Δ V進(jìn)行積分并導(dǎo)出系統(tǒng)電壓指令值Vdct (步驟 #08)。在這種情況下，控制裝置2，按照在步驟#07中所保持的一定的弱磁電流指令值A(chǔ)Id 使逆變器6進(jìn)行弱磁控制并且進(jìn)行矩形波控制，使變換器5進(jìn)行升壓控制并輸出對電源電壓Vb升壓后的系統(tǒng)電壓Vdc。當(dāng)系統(tǒng)電壓指令值Vdct在第二閾值Vdcmax以上的情況下(步驟#06 否)，利用第二積分器32保持當(dāng)時的升壓指令值Δ Vb，由此保持當(dāng)時的系統(tǒng)電壓指令值Vdct (步驟 #09)。而且，處理切換部10，成為將電壓偏差Δ V向第一積分器31進(jìn)行輸入的第一狀態(tài)M1， 第一積分器31對電壓偏差Δ V進(jìn)行積分并導(dǎo)出弱磁電流指令值八1(1(步驟#冊)。在這種情況下，控制裝置2，按照在步驟#09所保持的一定的系統(tǒng)電壓指令值Vdct使變換器5進(jìn)行升壓控制并輸出對電源電壓Vb升壓后的系統(tǒng)電壓，并且在調(diào)整弱磁電流指令值△ Id的同時，使逆變器6進(jìn)行弱磁控制及矩形波控制。另一方面，當(dāng)電壓偏差Δ V在零以下的情況下(步驟#03 否)，處理切換部10成為不向第一積分器31及第二積分器32中的任意一個輸入電壓偏差A(yù)V的第三狀態(tài)Μ3。因此，在本實(shí)施方式中，該零是對于作為電壓指標(biāo)的電壓偏差△ V所預(yù)先規(guī)定的閾值，該閾值作為用于決定是否進(jìn)行弱磁指令值決定處理及系統(tǒng)電壓決定處理的至少一方的處理的處理執(zhí)行閾值而發(fā)揮功能。而且，在進(jìn)行了基于步驟#07的弱磁電流指令值A(chǔ)Id的保持或基于步驟#09的系統(tǒng)電壓指令值Vdct的保持的情況下，解除該保持(步驟#10)。在這時進(jìn)行了弱磁控制的情況下，第一積分器31逐漸減少弱磁電流指令值A(chǔ)id，并最終結(jié)束弱磁控制。另外，在這時進(jìn)行了升壓控制的情況下，使第二積分器32逐漸減少升壓指令值A(chǔ)Vb，并最終結(jié)束升壓控制。另一方面，在這時未進(jìn)行弱磁控制及升壓控制的雙方的情況下，即在使逆變器6進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制及PWM控制，并不使變換器5進(jìn)行升壓控制而使電源電壓Vb照原樣作為系統(tǒng)電壓Vdc來輸出的情況下，控制裝置2維持該狀態(tài)。如上述那樣，第一閾值Δ Ids是用于開始基于變換器5的升壓的弱磁電流指令值 Δ Id的閾值。在此，若伴隨弱磁控制而進(jìn)行了矩形波控制，則與進(jìn)行PWM控制的情況相比逆變器6的各開關(guān)元件Ε3 Ε8的開關(guān)次數(shù)大幅度地減少，所以能夠降低開關(guān)損耗。另一方面，因為若使用于進(jìn)行弱磁控制的弱磁電流增大了，則相對于向電機(jī)4輸入的電流所得到的轉(zhuǎn)矩減少，所以效率降低。因此，優(yōu)選為，將第一閾值Mds設(shè)定在如下的范圍內(nèi)，即與由于伴隨弱磁控制而進(jìn)行矩形波控制引起的開關(guān)損耗的降低相伴的效率提高超過由于弱磁電流的增大(弱磁程度的增大)引起的效率降低的范圍內(nèi)。通過這樣，能夠提高電機(jī)驅(qū)動裝置1的效率。另一方面，優(yōu)選為，將第二閾值Vdcmax設(shè)定為利用變換器5能夠升壓的系統(tǒng)電壓指令值Vdct的上限。由此，不用使弱磁電流增大而使系統(tǒng)電壓Vdc上升，從而能夠擴(kuò)大電機(jī)4的可工作區(qū)域(參照圖8)。而且，在系統(tǒng)電壓指令值Vdct達(dá)到升壓上限的第二閾值Vdcmax后，效率降低，但是，通過使弱磁電流指令值Δ Id增大，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大電機(jī)4 的可工作區(qū)域。接著，使用圖7及圖8對按照圖6所示的流程圖進(jìn)行了基于處理切換部10的切換動作時的控制裝置2的動作的具體例進(jìn)行說明。在圖7中(a)表示目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM根據(jù)時間進(jìn)行變化的一例，(b)表示當(dāng)時的弱磁電流指令值A(chǔ)Id的變化，(c)表示當(dāng)時的系統(tǒng)電壓指令值Vdct的變化。如圖7(a)所示那樣，在本例中，目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM，首先，在上升到由電機(jī)4能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩TMmax后，基本上沿著根據(jù)在各時間點(diǎn)的電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行推移。此外，在本例中，設(shè)為，電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω以一定的加速度隨著時間的經(jīng)過而逐漸增加。另外，在圖8中，(b)表示與圖7(c)相對應(yīng)的隨著時間經(jīng)過而旋轉(zhuǎn)速度ω上升了時的系統(tǒng)電壓指令值Vdct的變化，(a)表示與這樣的系統(tǒng)電壓指令值Vdct 的變化相應(yīng)的電機(jī)4的可工作區(qū)域的變化。在圖8(a)中，用實(shí)線表示的區(qū)域是不使電源電壓Vb上升而照原樣作為系統(tǒng)電壓Vdc來使用時的可工作區(qū)域，用雙點(diǎn)劃線表示的區(qū)域表示將電源電壓Vb逐漸升壓時進(jìn)行變化的可工作區(qū)域。另外，圖8(a)中的多個黑點(diǎn)表示在與圖7 (a)相對應(yīng)的各時間點(diǎn)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM的推移。如圖8(a)所示那樣，在本例中，直到時刻tl為止，由目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM及旋轉(zhuǎn)速度ω 所規(guī)定的電機(jī)4的工作點(diǎn)處于為了輸出在該工作點(diǎn)所需要的交流電壓指令值Vd、Vq而不需要將電源電壓Vb進(jìn)行升壓而能夠執(zhí)行最大轉(zhuǎn)矩控制及PWM控制的區(qū)域Al。在這種情況下，電壓偏差A(yù)V成為零以下(步驟#03:否)。從而，如圖7(b)及(c)所示那樣，直到時刻 tl為止，弱磁電流指令值A(chǔ)Id成為零，系統(tǒng)電壓指令值Vdct成為與電源電壓Vb相同的值 (升壓指令值八孫為零)。之后，在時刻tl t2，如圖8(a)所示那樣，電機(jī)4的工作點(diǎn)進(jìn)入需要進(jìn)行弱磁控制及矩形波控制的區(qū)域A2。在這種情況下，電壓偏差A(yù)V變得比零大(步驟#03:是)。 因此，如圖7(b)所示那樣，由處理切換部10將弱磁指令值決定處理設(shè)為執(zhí)行狀態(tài)(步驟 #05)，控制裝置2執(zhí)行弱磁控制及矩形波控制。由此，弱磁電流指令值Δ Id，隨著時刻tl t2的旋轉(zhuǎn)速度ω的上升而從零逐漸增加到第一閾值A(chǔ)ids。這時，在弱磁電流指令值A(chǔ)id 小于第一閾值A(chǔ)ids的狀態(tài)下(步驟#04:否)，控制裝置2不進(jìn)行升壓控制，系統(tǒng)電壓指令值Vdct照原樣成為與電源電壓Vb相同的值。從而，電機(jī)4能夠輸出的轉(zhuǎn)矩隨著旋轉(zhuǎn)速度 ω的上升而逐漸降低。在本例中，在時刻t2，弱磁電流指令值A(chǔ)id達(dá)到第一閾值A(chǔ)ids(步驟#04 是)。因此，時刻12 13，如圖7((3)及圖8(b)所示那樣，利用處理切換部10將系統(tǒng)電壓決定處理設(shè)為執(zhí)行狀態(tài)(步驟#08)，控制裝置2執(zhí)行升壓控制。由此，系統(tǒng)電壓指令值 Vdct,隨著時刻t2 t3的旋轉(zhuǎn)速度ω的上升而從與電源電壓Vb相同的值逐漸增加到被設(shè)定為系統(tǒng)電壓指令值Vdct的上限的第二閾值Vdcmax。這樣由于系統(tǒng)電壓Vdc上升，如圖8(a)所示那樣，電機(jī)4的可工作區(qū)域向高旋轉(zhuǎn)側(cè)逐漸擴(kuò)大。在本例中，伴隨電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω的上升而將系統(tǒng)電壓指令值Vdct升壓，由此，在旋轉(zhuǎn)速度ω的上升過程中電機(jī) 4能夠輸出的轉(zhuǎn)矩也維持在一定。此外，升壓控制過程中的電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω和能夠輸出的轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，根據(jù)升壓速度和電機(jī)4的轉(zhuǎn)子的加速度之間的關(guān)系而進(jìn)行變化。而且，如圖7(b)所示那樣，在這樣的升壓控制中，由處理切換部10中止了弱磁指令值決定處理并保持開始了升壓控制時的弱磁電流指令值△〗(!(=△ Ids)(步驟#07)。從而，控制裝置2在這樣的升壓控制中也執(zhí)行弱磁控制及矩形波控制。在本例中，在時刻t3，系統(tǒng)電壓指令值Vdct達(dá)到第二閾值Vdcmax (步驟#06 否)。因此，在時刻t3以后，如圖7(c)所示那樣，利用處理切換部10中止系統(tǒng)電壓決定處理并將系統(tǒng)電壓指令值Vdct保持為上限的第二閾值Vdcmax (步驟#09)。另外，如圖7 (b) 所示那樣，利用處理切換部10重新開始弱磁指令值決定處理(步驟#05)。由此，弱磁電流指令值Δ Id，隨著時刻t3以后的旋轉(zhuǎn)速度ω的上升而從第一閾值Δ Ids逐漸增加。從而， 電機(jī)4能夠輸出的轉(zhuǎn)矩隨著旋轉(zhuǎn)速度ω的上升而逐漸降低。當(dāng)然，控制裝置2這期間也執(zhí)行弱磁控制及矩形波控制。以上，根據(jù)本實(shí)施方式的構(gòu)成，在電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM上升的狀況下，在交流電壓指令值VcUVq超過了根據(jù)電源電壓Vb能夠輸出的最大的交流電壓值的情況下，首先，在進(jìn)行升壓控制前開始進(jìn)行弱磁控制及矩形波控制(時刻tl U)。之后，若旋轉(zhuǎn)速度ω和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TM進(jìn)一步上升了，則照原樣維持弱磁控制及矩形波控制不變而對系統(tǒng)電壓Vdc進(jìn)行升壓。從而，能夠在寬的工作范圍內(nèi)得到基于矩形波控制的開關(guān)損耗降低的效果，能夠提高電機(jī)驅(qū)動裝置1的效率。另外，在系統(tǒng)電壓指令值Vdct達(dá)到了上限的第二閾值Vdcmax后，通過使弱磁電流指令值A(chǔ)Id增力卩，可以使電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度ω進(jìn)一步上升。2.第二實(shí)施方式接著，使用圖9及圖10對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖9是與上述第一實(shí)施方式的圖2相對應(yīng)的控制裝置2的功能方框圖，但只表示與本實(shí)施方式中的與上述第一實(shí)施方式不同的點(diǎn)有關(guān)的部分。如該圖所示那樣，本實(shí)施方式的控制裝置2，在如下構(gòu)成的點(diǎn)上與上述第一實(shí)施方式不同通過變更電壓指令換算值導(dǎo)出部四而具備調(diào)制率導(dǎo)出部 35，基于在該調(diào)制率導(dǎo)出部35中導(dǎo)出的調(diào)制率m，決定弱磁電流指令值A(chǔ)Id及升壓指令值 AVb0以下，對本實(shí)施方式的控制裝置2，以與上述第一實(shí)施方式不同的點(diǎn)為中心進(jìn)行說明。 此外，特別地，關(guān)于不說明的點(diǎn)，與上述第一實(shí)施方式相同。向調(diào)制率導(dǎo)出部35輸入由電流控制部M所導(dǎo)出的d軸電壓指令值Vd及q軸電壓指令值Vq。另外，向調(diào)制率導(dǎo)出部35輸入由系統(tǒng)電壓傳感器42所檢測出的系統(tǒng)電壓Vdc的值。調(diào)制率導(dǎo)出部35，基于這些值，按照下述的式(7)，導(dǎo)出調(diào)制率m。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置，是進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動裝置的控制的控制裝置，該電機(jī)驅(qū)動裝置具備電壓變換部，其對來自直流電源的電源電壓進(jìn)行變換來生成希望的系統(tǒng)電壓； 和直流交流變換部，其將上述系統(tǒng)電壓變換為交流電壓并向交流電機(jī)進(jìn)行供給，該控制裝置具備交流電壓指令決定部，其基于上述交流電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩及上述交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度， 決定從上述直流交流變換部向上述交流電機(jī)供給的交流電壓的指令值即交流電壓指令值； 和系統(tǒng)電壓指令決定部，其基于上述交流電壓指令值和上述系統(tǒng)電壓，決定利用上述電壓變換部生成的上述系統(tǒng)電壓的指令值即系統(tǒng)電壓指令值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置，其中，還具備電壓指標(biāo)導(dǎo)出部，該電壓指標(biāo)導(dǎo)出部導(dǎo)出表示上述交流電壓指令值相對于上述系統(tǒng)電壓的大小的電壓指標(biāo)，上述系統(tǒng)電壓指令決定部，基于對上述電壓指標(biāo)進(jìn)行積分而得到的積分值和上述電源電壓，來決定上述系統(tǒng)電壓指令值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置，其中，基于表示為了輸出上述交流電壓指令值而需要的直流電壓的電壓指令換算值和上述系統(tǒng)電壓之間的偏差，來導(dǎo)出上述電壓指標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置，其中，基于表示上述交流電壓指令值與上述系統(tǒng)電壓的比的調(diào)制率和規(guī)定的目標(biāo)調(diào)制率之間的偏差，來導(dǎo)出上述電壓指標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置，其中，基于上述交流電壓指令值和根據(jù)上述系統(tǒng)電壓能夠輸出的最大的上述交流電壓的值之間的偏差，來導(dǎo)出上述電壓指標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5的任意一項所述的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置，還具備弱磁指令值決定部，其基于上述交流電壓指令值和上述系統(tǒng)電壓，來決定表示進(jìn)行減弱上述交流電機(jī)的磁場磁通量的弱磁控制時的弱磁的程度的弱磁指令值；和處理切換部，其切換利用上述系統(tǒng)電壓指令決定部決定上述系統(tǒng)電壓指令值的系統(tǒng)電壓決定處理和利用上述弱磁指令值決定部決定弱磁指令值的弱磁指令值決定處理的執(zhí)行狀態(tài)，上述處理切換部，至少基于上述弱磁指令值及上述系統(tǒng)電壓指令值，切換上述系統(tǒng)電壓決定處理和上述弱磁指令值決定處理的執(zhí)行狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置，構(gòu)成為，在上述弱磁指令值為零的狀態(tài)下使上述直流交流變換部進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制控制，在上述弱磁指令值不是零的狀態(tài)下使上述直流交流變換部進(jìn)行輸出矩形波狀電壓的矩形波控制，上述處理切換部，在上述交流電壓指令值超過了根據(jù)當(dāng)時的上述系統(tǒng)電壓能夠輸出的最大的上述交流電壓的值的情況下，執(zhí)行上述弱磁指令值決定處理直到上述弱磁指令值達(dá)到規(guī)定的第一閾值為止，當(dāng)上述弱磁指令值達(dá)到了規(guī)定的第一閾值的情況下，中止上述弱磁指令值決定處理并執(zhí)行上述系統(tǒng)電壓決定處理直到上述系統(tǒng)電壓指令值達(dá)到規(guī)定的第二閾值為止， 當(dāng)上述系統(tǒng)電壓指令值達(dá)到了規(guī)定的第二閾值的情況下，重新開始上述弱磁指令值決定處理。
全文摘要
提供如下的電機(jī)驅(qū)動裝置的控制裝置能夠根據(jù)實(shí)際的針對電機(jī)的供給電壓迅速而適當(dāng)?shù)貨Q定系統(tǒng)電壓指令值，由此能夠提高電機(jī)驅(qū)動裝置的效率并且也能夠提高系統(tǒng)電壓針對電機(jī)的工作狀態(tài)的跟隨性。是進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動裝置的控制的控制裝置(2)，該電機(jī)驅(qū)動裝置具備電壓變換部，其對來自直流電源的電源電壓進(jìn)行變換來生成希望的系統(tǒng)電壓(Vdc)；和直流交流變換部，其將系統(tǒng)電壓(Vdc)變換為交流電壓并向交流電機(jī)進(jìn)行供給，該控制裝置具備交流電壓指令決定部(7)，其基于電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩(TM)及旋轉(zhuǎn)速度(ω)，決定從直流交流變換部向電機(jī)供給的交流電壓的指令值(Vd、Vq)；和系統(tǒng)電壓指令決定部(9)，其基于交流電壓指令值(Vd、Vq)和系統(tǒng)電壓(Vdc)，決定利用電壓變換部生成的系統(tǒng)電壓(Vdc)的指令值(Vdct)。
文檔編號H02P6/08GK102301580SQ201080005888
公開日2011年12月28日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月28日
發(fā)明者賀鵬, 陳志謙 申請人:愛信艾達(dá)株式會社