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

【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I所記載的技術(shù)中，在電動機的轉(zhuǎn)速較慢的情況下，通過增大定子電流和勵磁電流來確保發(fā)電電力。然后，在專利文獻I所記載的技術(shù)中，若電動機的轉(zhuǎn)速較快，則通過減小定子電流來削減銅損，通過將勵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I所記載的技術(shù)中，若電動機轉(zhuǎn)速變得更快，則通過降低勵磁電流來削減銅損，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)電電力中的某一個的值、以及轉(zhuǎn)速的值作為輸入值，將定子電流及勵磁電流作為輸出值。因此，在專利文獻I所記載的技術(shù)中，需要進行龐大的測試，而且，需要用于存儲較多數(shù)據(jù)的存儲容量。另外，在專利文獻I所記載的技術(shù)中，同時對定子電流和勵磁電流進行控制。因此，在專利文獻I所記載的技術(shù)中，定子電流和勵磁電流的控制變得復(fù)雜。
[0006]本公開的目的在于，提供一種利用簡單的控制來對電力效率進行改善的勵磁繞組型的交流旋轉(zhuǎn)電機中的控制技術(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，所述旋轉(zhuǎn)電機包括:轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有勵磁繞組；以及定子，該定子具有電樞繞組，所述控制裝置對流過勵磁繞組的勵磁電流進行控制，所述控制裝置對電樞繞組施加規(guī)定的電壓，并對勵磁電流進行控制以使得勵磁電流成為第一勵磁電流，所述第一勵磁電流使得因轉(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減小。因此，在本公開的控制裝置中，基于該發(fā)現(xiàn)，對流過勵磁繞組的勵磁電流進行控制，使得勵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，能利用簡單的控制來對勵磁繞組型的交流旋轉(zhuǎn)電機中的電力效率進行改善。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實施方式的電氣結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示dq軸電流的勵磁電流特性的圖。
圖3是表示使施加電壓變化的情況下的dq軸電流振幅與勵磁電流特性之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示使勵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是表示勵磁電流目標值的選擇處理的流程圖。
圖10是表示本實施方式的動作的圖。
圖11是表示變形例中的d軸電流目標值及勵磁電流參照值的設(shè)定的圖。
【具體實施方式】
[0010]以下，參照附圖，對將本公開的控制裝置運用于包括引擎的車輛的情況下的實施方式I進行說明。
[0011]如圖1所示，電動機10是具有多相多重繞組的繞組勵磁型的旋轉(zhuǎn)電機，在本實施方式中，電動機10是具有3相2重繞組的繞組勵磁型的同步電動機。此外，在本實施方式中，將綜合有起動器及交流發(fā)電機(發(fā)電機)功能的ISG(Integrated Starter Generator:集成化混合動力總成)設(shè)想作為電動機10。特別是在本實施方式中，在首次起動引擎20的情況下，電動機10作為起動器而發(fā)揮功能。此外，在本實施方式中，在規(guī)定的自動停止條件成立的情況下，使引擎20自動停止，之后，在規(guī)定的再起動條件成立的情況下，使引擎20自動再起動，即使在執(zhí)行上述功能(例如“怠速停止功能”等)的情況下，電動機10也作為起動器而發(fā)揮功能。
[0012]構(gòu)成電動機10的轉(zhuǎn)子12包括勵磁繞組11。另外，轉(zhuǎn)子12具有能與引擎20的曲柄軸20a進行動力傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。在本實施方式中，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]電動機10的定子13上卷繞有兩個電樞繞組組(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的3相繞組構(gòu)成。此外，在本實施方式中，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]電動機10與第一繞組組1a及第二繞組組1b各自的繞組組所對應(yīng)的兩個逆變器(以下稱為“第一逆變器INV1”和“第二逆變器INV2”)進行電連接。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)連接體的連接點與第一繞組組1a的U、V、W相的端子相連接。在本實施方式中，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，對于各個開關(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)連接體的連接點與第二繞組組1b的U、V、W相的端子相連接。在本實施方式中，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，對于各個開關(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的負極端子。
[0018]采用能由勵磁電路36向勵磁繞組11施加直流電壓的結(jié)構(gòu)。勵磁電路36對施加于勵磁繞組11的直流電壓進行調(diào)整，從而對流過勵磁繞組11的勵磁電流If進行控制。
[0019]此外，本實施方式的控制系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)角傳感器30、電壓傳感器31、勵磁電流傳感器32以及相電流檢測部33等各種傳感器。旋轉(zhuǎn)角傳感器30是對電動機10的旋轉(zhuǎn)角(電氣角Θ )進行檢測的旋轉(zhuǎn)角檢測單元。電壓傳感器31對第一逆變器INVl及第二逆變器INV2各自的電源電壓VIN進行檢測。勵磁電流傳感器32對流過勵磁繞組11的勵磁電路If進行檢測。相電流檢測部33對第一繞組組1a的各相電流(流過固定坐標系中的第一繞組組1a的電流)、以及第二繞組組1b的各相電流(流過固定坐標系中的第二繞組組1b的電流)進行檢測。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，作為勵磁電流傳感器32及相電流檢測部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值輸入控制裝置40。控制裝置40包括中央處理裝置(CPU)、存儲器等，是由CPU來執(zhí)行存儲于存儲器的程序的軟件處理單元，通過執(zhí)行程序來實現(xiàn)規(guī)定的控制功能。控制裝置40進行控制，使得電動機10的控制量接近發(fā)出電動機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值，來生成并輸出對第一逆變器INVl及第二逆變器INV2進行操作的操作信號。這里，運行中的電動機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，再生時的電動機10的控制量是因發(fā)電而從電動機10輸出的輸出電力P(再生時的發(fā)電電力)，其指令值是指令電力P*。此外，運行時的電動機10的控制量也可以作為輸入到電動機10的輸入電力P(運行時的消耗電力)。另外，再生時的電動機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)整流過勵磁繞組11的勵磁電路If、以及流過第一繞組組1a和第二繞組組1b的相電流進行調(diào)整，來進行使電動機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)