旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及一種對(duì)勵(lì)磁繞組型旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行控制的控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，對(duì)于汽車的起動(dòng)器及發(fā)電機(jī)，使用兼具起動(dòng)器的功能和發(fā)電機(jī)的功能的ISG(Integrated Starter Generator:集成化混合動(dòng)力總成)。此外，對(duì)于ISG，使用勵(lì)磁繞組型的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)。對(duì)于這樣的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)，要求改善電力效率。例如，在專利文獻(xiàn)I中，提出有以改善勵(lì)磁繞組型交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的電力效率為目的的技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本專利第4662119號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0004]在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較慢的情況下，通過增大定子電流和勵(lì)磁電流來確保發(fā)電電力。然后，在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，若電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較快，則通過減小定子電流來削減銅損，通過將勵(lì)磁電流維持在較大的狀態(tài)下來確保發(fā)電電力。之后，在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變得更快，則通過降低勵(lì)磁電流來削減銅損，通過增大定子電流來確保發(fā)電電力。
[0005]這里，在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，需要映射數(shù)據(jù)，所述映射數(shù)據(jù)將輸出轉(zhuǎn)矩和發(fā)電電力中的某一個(gè)的值、以及轉(zhuǎn)速的值作為輸入值，將定子電流及勵(lì)磁電流作為輸出值。因此，在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，需要進(jìn)行龐大的測(cè)試，而且，需要用于存儲(chǔ)較多數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量。另外，在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，同時(shí)對(duì)定子電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行控制。因此，在專利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)中，定子電流和勵(lì)磁電流的控制變得復(fù)雜。
[0006]本公開的目的在于，提供一種利用簡(jiǎn)單的控制來對(duì)電力效率進(jìn)行改善的勵(lì)磁繞組型的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的控制技術(shù)。
用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0007]本公開的控制裝置適用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括:轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有勵(lì)磁繞組；以及定子，該定子具有電樞繞組，所述控制裝置對(duì)流過勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流進(jìn)行控制，所述控制裝置對(duì)電樞繞組施加規(guī)定的電壓，并對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行控制以使得勵(lì)磁電流成為第一勵(lì)磁電流，所述第一勵(lì)磁電流使得因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生于電樞繞組的感應(yīng)電壓的振幅與電樞繞組的施加電壓的振幅之間的偏差為規(guī)定值以下。
[0008]不公開者發(fā)現(xiàn)，若感應(yīng)電壓的值與施加電壓的值相接近，則流過定子的電樞繞組的相電流的振幅會(huì)減小。因此，在本公開的控制裝置中，基于該發(fā)現(xiàn)，對(duì)流過勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流進(jìn)行控制，使得勵(lì)磁電壓的值與施加電壓的值之差為規(guī)定值以下。由此，在本公開的控制裝置中，流過定子的電樞繞組的相電流的振幅較小，能減小因電流流過電樞繞組而產(chǎn)生的電力損耗。由此，在本公開的控制裝置中，能利用簡(jiǎn)單的控制來對(duì)勵(lì)磁繞組型的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的電力效率進(jìn)行改善。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實(shí)施方式的電氣結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示dq軸電流的勵(lì)磁電流特性的圖。
圖3是表示使施加電壓變化的情況下的dq軸電流振幅與勵(lì)磁電流特性之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示使勵(lì)磁電流變化的情況下的dq軸電流振幅與輸出特性之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩特性之間的關(guān)系的圖。
圖6是表示dq軸坐標(biāo)系上的施加電壓為一定的情況下的矢量軌跡以及轉(zhuǎn)矩為一定的情況下的矢量軌跡的圖。
圖7是表示控制裝置的功能的功能框圖。
圖8是表示由d軸電流目標(biāo)值的設(shè)定所引起的響應(yīng)性及電力效率的變化的圖。
圖9是表示勵(lì)磁電流目標(biāo)值的選擇處理的流程圖。
圖10是表示本實(shí)施方式的動(dòng)作的圖。
圖11是表示變形例中的d軸電流目標(biāo)值及勵(lì)磁電流參照值的設(shè)定的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下，參照附圖，對(duì)將本公開的控制裝置運(yùn)用于包括引擎的車輛的情況下的實(shí)施方式I進(jìn)行說明。
[0011]如圖1所示，電動(dòng)機(jī)10是具有多相多重繞組的繞組勵(lì)磁型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在本實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)10是具有3相2重繞組的繞組勵(lì)磁型的同步電動(dòng)機(jī)。此外，在本實(shí)施方式中，將綜合有起動(dòng)器及交流發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī))功能的ISG(Integrated Starter Generator:集成化混合動(dòng)力總成)設(shè)想作為電動(dòng)機(jī)10。特別是在本實(shí)施方式中，在首次起動(dòng)引擎20的情況下，電動(dòng)機(jī)10作為起動(dòng)器而發(fā)揮功能。此外，在本實(shí)施方式中，在規(guī)定的自動(dòng)停止條件成立的情況下，使引擎20自動(dòng)停止，之后，在規(guī)定的再起動(dòng)條件成立的情況下，使引擎20自動(dòng)再起動(dòng)，即使在執(zhí)行上述功能(例如“怠速停止功能”等)的情況下，電動(dòng)機(jī)10也作為起動(dòng)器而發(fā)揮功能。
[0012]構(gòu)成電動(dòng)機(jī)10的轉(zhuǎn)子12包括勵(lì)磁繞組11。另外，轉(zhuǎn)子12具有能與引擎20的曲柄軸20a進(jìn)行動(dòng)力傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子12經(jīng)由傳送帶21而與曲柄軸20a相連結(jié)。具體而言，轉(zhuǎn)子12經(jīng)由傳送帶21而與曲柄軸20a直接連結(jié)。
[0013]電動(dòng)機(jī)10的定子13上卷繞有兩個(gè)電樞繞組組(以下稱為“第一繞組組10a”和“第二繞組組10b” )。具有轉(zhuǎn)子12相對(duì)于第一繞組組1a及第二繞組組1b共通的結(jié)構(gòu)。第一繞組組1a及第二繞組組1b各自的繞組組由具有不同中性點(diǎn)的3相繞組構(gòu)成。此外，在本實(shí)施方式中，構(gòu)成第一繞組組1a的繞組的匝數(shù)NI設(shè)定得與構(gòu)成第二繞組組1b的繞組的匝數(shù)N2相等。
[0014]電動(dòng)機(jī)10與第一繞組組1a及第二繞組組1b各自的繞組組所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)逆變器(以下稱為“第一逆變器INV1”和“第二逆變器INV2”)進(jìn)行電連接。具體而言，第一繞組組1a與第一逆變器INVl相連接，第二繞組組1b與第二逆變器INV2相連接。第一逆變器INVl及第二逆變器INV2各自的逆變器與共通的直流電源即高壓電池22并聯(lián)連接。高壓電池22具有能施加經(jīng)升壓型D⑶C轉(zhuǎn)換器23升壓后的低壓電池24的輸出電壓的結(jié)構(gòu)。低壓電池24(例如“鉛蓄電池”等)的輸出電壓設(shè)定得比高壓電池22(例如“鋰蓄電池”等)的輸出電壓要低。
[0015]第一逆變器INVl包括第一 U相高電位側(cè)開關(guān)SUpl、第一 V相高電位側(cè)開關(guān)SVpl、第一 W相高電位側(cè)開關(guān)SWpl、第一 U相低電位側(cè)開關(guān)SUnl、第一 V相低電位側(cè)開關(guān)SVnl以及第一 W相低電位側(cè)開關(guān)SWnl。另外，第一逆變器INVl包括U、V、W相的每一相都由高電位側(cè)開關(guān)和低電位側(cè)開關(guān)串聯(lián)連接而成的3組串聯(lián)連接體。U、V、W相的上述串聯(lián)連接體的連接點(diǎn)與第一繞組組1a的U、V、W相的端子相連接。在本實(shí)施方式中，使用N溝道MOSFET來作為各高電位側(cè)開關(guān)SUpl?SWpl及各低電位側(cè)開關(guān)SUnl?SWnl。而且，在各高電位側(cè)開關(guān)SUpl?SWpl及各低電位側(cè)開關(guān)SUnl?SWnl上，對(duì)于各個(gè)開關(guān)分別反向并聯(lián)連接有二極管 DUpl、DVpU DffpU DUnU DVnUDffnlo 此外，各二極管 DUpl ?DWpl 及 DUnl ?DWnl也可以是各高電位側(cè)開關(guān)SUpl?SWpl及各低電位側(cè)開關(guān)SUnl?SWnl的體二極管。另夕卜，作為各開關(guān)高電位側(cè)SUpl?SWpl及各低電位側(cè)開關(guān)SUnl?SWnl，并不局限于N溝道M0SFET，例如也可以是IGBT。
[0016]第二逆變器INV2與第一逆變器INVl相同，包括第二 U相高電位側(cè)開關(guān)SUp2、第二V相高電位側(cè)開關(guān)SVp2、第二 W相高電位側(cè)開關(guān)SWp2、第二 U相低電位側(cè)開關(guān)SUn2、第二 V相低電位側(cè)開關(guān)SVn2以及第二 W相低電位側(cè)開關(guān)SWn2。另外，第二逆變器INV2包括U、V、W相的每一相都由高電位側(cè)開關(guān)和低電位側(cè)開關(guān)串聯(lián)連接而成的3組串聯(lián)連接體。U、V、W相的上述串聯(lián)連接體的連接點(diǎn)與第二繞組組1b的U、V、W相的端子相連接。在本實(shí)施方式中，使用N溝道MOSFET來作為各高電位側(cè)開關(guān)SUp2?SWp2及各低電位側(cè)開關(guān)Sun2?SWn2。而且，在各開關(guān)高電位側(cè)SUp2?SWp2及各低電位側(cè)開關(guān)Sun2?SWn2上，對(duì)于各個(gè)開關(guān)分別反向并聯(lián)連接有二極管Dup2、DVp2、DWp2、DUn2、DVn2、Dffn2。此外，各二極管DUp2?DWp I及DUnl?DWn2也可以是各高電位側(cè)開關(guān)SUp2?SWp2及各低電位側(cè)開關(guān)SUn2?SWn2的體二極管。另外，作為各高電位側(cè)開關(guān)SUp2?SWp2及各低電位側(cè)開關(guān)SUn2?SWn2，并不局限于N溝道M0SFET，例如也可以是IGBT。
[0017]在第一逆變器INVl及第二逆變器INV2各自的高電位側(cè)的端子(各高電位側(cè)開關(guān)SUpl?SWp2的漏極側(cè)的端子)上，連接有高壓電池22的正極端子。另一方面，在低電位側(cè)的端子(各低電位側(cè)開關(guān)SUnl?SWn2的源極側(cè)的端子)上，連接有高壓電池22的負(fù)極端子。
[0018]采用能由勵(lì)磁電路36向勵(lì)磁繞組11施加直流電壓的結(jié)構(gòu)。勵(lì)磁電路36對(duì)施加于勵(lì)磁繞組11的直流電壓進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)流過勵(lì)磁繞組11的勵(lì)磁電流If進(jìn)行控制。
[0019]此外，本實(shí)施方式的控制系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)角傳感器30、電壓傳感器31、勵(lì)磁電流傳感器32以及相電流檢測(cè)部33等各種傳感器。旋轉(zhuǎn)角傳感器30是對(duì)電動(dòng)機(jī)10的旋轉(zhuǎn)角(電氣角Θ )進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)單元。電壓傳感器31對(duì)第一逆變器INVl及第二逆變器INV2各自的電源電壓VIN進(jìn)行檢測(cè)。勵(lì)磁電流傳感器32對(duì)流過勵(lì)磁繞組11的勵(lì)磁電路If進(jìn)行檢測(cè)。相電流檢測(cè)部33對(duì)第一繞組組1a的各相電流(流過固定坐標(biāo)系中的第一繞組組1a的電流)、以及第二繞組組1b的各相電流(流過固定坐標(biāo)系中的第二繞組組1b的電流)進(jìn)行檢測(cè)。此外，作為旋轉(zhuǎn)角傳感器30，例如能使用旋轉(zhuǎn)變壓器。另外，作為勵(lì)磁電流傳感器32及相電流檢測(cè)部33，例如能使用包括電流互感器、電阻器的結(jié)構(gòu)。
[0020]將上述各種傳感器的檢測(cè)值輸入控制裝置40。控制裝置40包括中央處理裝置(CPU)、存儲(chǔ)器等，是由CPU來執(zhí)行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器的程序的軟件處理單元，通過執(zhí)行程序來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的控制功能?？刂蒲b置40進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)10的控制量接近發(fā)出電動(dòng)機(jī)10的控制指令的指令值。因此，控制裝置40基于各種傳感器的檢測(cè)值，來生成并輸出對(duì)第一逆變器INVl及第二逆變器INV2進(jìn)行操作的操作信號(hào)。這里，運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)10的控制量是輸出(傳輸)至曲柄軸20a的輸出轉(zhuǎn)矩T，其指令值是指令轉(zhuǎn)矩T*。另外，再生時(shí)的電動(dòng)機(jī)10的控制量是因發(fā)電而從電動(dòng)機(jī)10輸出的輸出電力P(再生時(shí)的發(fā)電電力)，其指令值是指令電力P*。此外，運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)機(jī)10的控制量也可以作為輸入到電動(dòng)機(jī)10的輸入電力P(運(yùn)行時(shí)的消耗電力)。另外，再生時(shí)的電動(dòng)機(jī)10的控制量也可以作為從曲柄軸20輸入的輸入轉(zhuǎn)矩T (伴隨發(fā)電的損耗轉(zhuǎn)矩)。
[0021]控制裝置40通過調(diào)整流過勵(lì)磁繞組11的勵(lì)磁電路If、以及流過第一繞組組1a和第二繞組組1b的相電流進(jìn)行調(diào)整，來進(jìn)行使電動(dòng)機(jī)10的輸出電力P (控制量)接近指令電力P*(指令值)的控制。這里，轉(zhuǎn)