CN102342018B - 电动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种具有转子和定子的电动机的控制装置，该转子具有永磁铁，该定子通过施加电压产生旋转磁场从而使所述转子旋转，所述电动机的控制装置具有：矩形波逆变器，其将矩形波电压施加给电动机的定子从而驱动电动机；电压转换部，其将直流电源的输出电压进行升压或降压后施加给矩形波逆变器；电气角度取得部，其取得电动机的转子的电气角度；以及输出电压指令生成部，其生成用于指示电压转换部输出电气角度同步电压的指令，该电气角度同步电压的振幅与电气角度取得部取得的转子的电气角度的变化同步地脉动。电压转换部根据输出电压指令生成部生成的指令，将直流电源的输出电压升压或降压为该指令所示的电压后施加给矩形波逆变器。因此，能够降低电动机的响应延迟导致的损耗。

Description

电动机的控制装置

技术领域

本发明涉及具有转子和定子的电动机的控制装置，该转子具有永磁铁；该定子通过施加电压产生旋转磁场从而使转子旋转。

背景技术

图18是示出作为本发明的相关技术的电动机的控制装置的框图。图18所示的电动机10的控制装置具有旋变器101；电流传感器103；带通滤波器(BPF)105；3相-dq转换部107；电流指令计算部109；d轴电流控制部111；q轴电流控制部113；rθ转换部115；逆变器(INV)117；角速度计算部119；直流电压指令生成部121；DC-DC转换器123；输出电压检测部125；逆变器控制方式确定部127。经由该控制装置从蓄电器15向图18所示的电动机10提供电力。另外，电动机10例如是具有转子和定子的3相无刷DC电动机，该转子具有永磁铁，该定子通过3相的施加电压产生旋转磁场，从而使转子旋转。

旋变器101检测电动机10的转子的机械角度，输出与检测出的机械角度相应的电气角度θm。从旋变器101输出的电气角度θm被送到3相-dq转换部107和角速度计算部119。电流传感器103检测从逆变器117输出的、提供给电动机10的定子的3相电流的各相电流。

BPF 105去除各电流检测信号的无用成分，该各电流检测信号示出通过电流传感器103检测出的3相交流电流Iu、Iv、1w。3相-dq转换部107根据通过BPF 105去除了无用成分的电流检测信号以及通过旋变器101检测出的转子的电气角度θm进行3相-dq转换，并计算d轴电流的检测值Id_s以及q轴电流的检测值Iq_s。

电流指令计算部109根据从外部输入的转矩指令值T确定流入d轴侧的定子(以下称作“d轴定子”)的电流(以下称作“d轴电流”)的指令值Id^*以及流入q轴侧的定子(以下称作“q轴定子”)的电流(以下称作“q轴电流”)的指令值Iq^*。d轴电流的指令值Id^*被输入到d轴电流控制部111。另外，q轴电流的指令值Iq^*被输入到q轴电流控制部113。此外，d轴为磁场轴，q轴为转矩轴。

d轴电流控制部111确定d轴定子的端子间电压(以下称作“d轴电压”)的指令值Vd^**，使d轴电流的指令值Id^*与检测值Id_s的偏差ΔId减少。q轴电流控制部113确定q轴定子的端子间电压(以下称作“q轴电压”)的指令值Vq^**，使q轴电流的指令值Iq^*与检测值Iq_s的偏差ΔIq减少。d轴电压的指令值Vd^**以及q轴电压指令值Vq^**被输入到rθ转换部115和逆变器控制方式确定部127。

rθ转换部115将d轴电压的指令值Vd^**以及q轴电压指令值Vq^**转换为电压电平V1和角度θ的成分。

逆变器117根据从rθ转换部115输入的电压电平V1和角度θ的成分，将经由DC-DC转换器123来自蓄电器15的直流电压转换成3相(U、V、W)的交流电压。此外，逆变器117为矩形波逆变器，根据从逆变器控制方式确定部127输入的切换标志，进行PWM(脉冲宽度调制)控制以及单脉冲(1PLS)控制之一。此外，关于PWM控制，开关频率越高则越可高精度地控制逆变器117的输出电压。另一方面，1PLS控制由于开关频率较低，因此开关损耗较小。

角速度计算部119通过对从旋变器101输出的电气角度θm进行时间微分，从而计算电动机10的转子的角速度ω。通过角速度计算部119计算出的角速度ω被输入到直流电压指令生成部121。

直流电压指令生成部121参照角速度ω与输出电压指令Vcu^*对应起来而成的表，生成指示给DC-DC转换器123的输出电压指令Vcu^*，以输出与从角速度计算部119输入的角速度ω对应的固定的直流电压。输出电压指令Vcu^*被输入到DC-DC转换器123。DC-DC转换器123以直流的方式对蓄电器15的直流输出电压进行升压或降压。输出电压检测部125检测DC-DC转换器123的输出电压Vdc。

逆变器控制方式确定部127根据DC-DC转换器123的输出电压Vdc、从d轴电流控制部111输出的d轴电压的指令值Vd^**以及从q轴电流控制部113输出的q轴电压的指令值Vq^**确定输入到逆变器117的切换标志。

图19是示出逆变器控制方式确定部127的内部结构以及和与其相关的结构要素之间的关系的框图。如图19所示，逆变器控制方式确定部127具有最大电压圆计算部201；输出电压圆计算部203；切换标志输出部205。最大电压圆计算部201导出DC-DC转换器123的输出电压Vdc除以后的值该值Vp_target为可施加给电动机10的相电压的最大值，即在逆变器117中的占空比为100％的状态下施加给电动机10的相电压值。

输出电压圆计算部203导出的计算结果作为合成向量电压Vp。切换标志输出部205输出与通过最大电压圆计算部201导出的值Vp_target和通过输出电压圆计算部203导出的合成向量电压Vp之间的差分ΔVp(＝Vp_target-Vp)对应的切换标志。切换标志输出部205在差分ΔVp大于0(ΔVp＞0)时输出表示PWM控制的切换标志，在差分ΔVp小于等于0(ΔVp≤0)时输出表示1PLS控制的标志。

现有技术文件

专利文献

专利文件1：日本国特开2005-51894号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述说明的电动机10的控制装置中，控制DC-DC转换器123使其输出与电动机10的转子的角速度ω相对应的固定的直流电压。另外，逆变器117在逆变器控制方式确定部127导出的差分ΔVp(＝Vp_target-Vp)大于0(ΔVp＞0)时进行PWM控制，在差分ΔVp小于等于0(ΔVp≤0)时进行1PLS控制。这样，DC-DC转换器123为了扩大电动机10的输出范围而控制为在电动机10高转速时输出高电压，并通过逆变器117进行PWM控制或者1PLS控制来控制电动机10的转矩。

从逆变器117施加各相电压的电动机10的换流时机在1个电气角周期仅有6次。因此，1PLS控制时的逆变器117在1个电气角周期中仅能够改变输出6次。另外，逆变器117在抑制提供给电动机10的各相电流的过冲发生的同时，有必要保持施加给电动机10的施加电压、电动机10中产生的感应电压以及电动机10的阻抗之间的平衡。因此，在逆变器117进行1PLS控制时，电动机10输出的转矩的响应性较低。其结果是，产生响应延迟所导致的损耗。

本发明的目的在于提供一种能够降低电动机的响应延迟所导致的损耗的电动机控制装置。

解决课题的手段

为了解决上述课题并达成该目的，权利要求1所述的电动机的控制装置是一种具有转子(例如，实施方式中的转子11)和定子(例如，实施方式中的定子13)的电动机(例如，实施方式中的电动机10)的控制装置，该转子具有永磁铁；该定子通过施加电压产生旋转磁场从而使所述转子旋转，其特征在于，所述电动机的控制装置具有：矩形波逆变器(例如，实施方式中的逆变器117)，其将矩形波电压施加给所述电动机的所述定子，从而驱动所述电动机；电压转换部(例如，实施方式中的DC-DC转换器123)，其将直流电源(例如，实施方式中的蓄电器15)的输出电压进行升压或降压后施加给所述矩形波逆变器；电气角度取得部(例如，实施方式中的旋变器101、相位推断部173)，其取得所述电动机的所述转子的电气角度；以及输出电压指令生成部(例如，实施方式中的输出电压指令生成部151、171、181)，其生成用于指示所述电压转换部输出电气角度同步电压的指令，该电气角度同步电压的振幅与所述电气角度取得部取得的所述转子的电气角度的变化同步地脉动，其中，所述电压转换部根据所述输出电压指令生成部生成的所述指令，将所述直流电源的输出电压升压或降压为该指令所示的电压后施加给所述矩形波逆变器。

再者，在权利要求2所述的电动机的控制装置中，其特征在于，所述矩形波逆变器将多相的矩形波电压施加给所述定子，所述输出电压指令生成部生成的所述指令所示的脉动模式是如下所述的波形：所述电气角度同步电压的振幅以所述电气角度的预定变化量为一个周期进行变化，并在所述多相的矩形波电压的绝对值中的任意一个达到最大的电气角度下，所述电气角度同步电压达到最大。

再者，在权利要求3所述的电动机的控制装置中，其特征在于，所述电气角度同步电压的平均值是根据要求输出功率和实际输出功率的差分得到的值，所述要求输出功率是根据对所述电动机要求的转矩以及所述转子的角速度导出的，所述实际输出功率是根据所述电压转换部的输出电压以及输出电流导出的。

再者，在权利要求4所述的电动机的控制装置中，是一种具有转子(例如，实施方式中的转子11)和定子(例如，实施方式中的定子13)的电动机(例如，实施方式中的电动机10)的控制装置，该转子具有永磁铁；该定子通过施加电压产生旋转磁场从而使所述转子旋转，其特征在于，所述电动机的控制装置具有：矩形波逆变器(例如，实施方式中的逆变器117)，其将矩形波电压施加给所述电动机的所述定子从而驱动所述电动机；电压转换部(例如，实施方式中的DC-DC转换器123)，其将直流电源(例如，实施方式中的蓄电器15)的输出电压进行升压或降压后施加给所述矩形波逆变器；输出电压指令生成部(例如，实施方式中的输出电压指令生成部161)，其生成用于指示所述电压转换部输出电气角度同步电压的指令，该电气角度同步电压的振幅与施加到所述定子的所述矩形波电压的变化同步地脉动，其中，所述电压转换部根据所述输出电压指令生成部生成的所述指令，将所述直流电源的输出电压升压或降压为该指令所示的电压后施加给所述矩形波逆变器。

再者，在权利要求5所述的电动机的控制装置中，其特征在于，所述矩形波逆变器将多相的矩形波电压施加给所述定子，所述输出电压指令生成部生成的所述指令所示的脉动模式是如下所述的波形：所述电压角度同步电压的最大值与所述多相的矩形波电压之中的任意两个相电压成为相同值的电气角度对应。

再者，在权利要求6所述的电动机的控制装置中，其特征在于，所述矩形波逆变器将多相的矩形波电压施加给所述定子，所述输出电压指令生成部生成的所述指令所示的脉动模式是如下所述的波形：所述电压角度同步电压的最大值与所述多相的矩形波电压之中的任意一个相电压成为0的电气角度对应。

再者，在权利要求7所述的电动机的控制装置中，其特征在于，所述电动机的控制装置具有角速度取得部(例如，实施方式中的角速度计算部119)，该角速度取得部取得所述电动机的所述转子的角速度，所述电气角度同步电压的平均值是根据要求输出功率和实际输出功率的差分得到的值，所述要求输出功率是根据对所述电动机要求的转矩以及所述转子的角速度导出的，所述实际输出功率是根据所述电压转换部的输出电压以及输出电流导出的。

再者，在权利要求8所述的电动机的控制装置中，其特征在于，所述电压转换部是将所述直流电源的输出电压进行升压后施加给所述矩形波逆变器的升压型电压转换部(例如，实施方式中的DC-DC转换器223)，所述输出电压指令生成部在所述电气角度同步电压的最小值大于所述直流电源的输出电压时，输出用于指示所述电压转换部输出该电气角度同步电压的所述指令，在所述电气角度同步电压的最小值小于等于所述直流电源的输出电压时，输出用于指示所述电压转换部输出固定电压的指令，所述电压转换部根据所述输出电压指令生成部输出的指令，将所述直流电源的输出电压升压为该指令所示的电压后施加给所述矩形波逆变器。

发明效果

根据权利要求1～8所述的发明的电动机的控制装置，即便在矩形波逆变器处于1PLS控制时，也能够减少电动机的响应延迟导致的损耗。即，由于电压转换部输出振幅与电动机转子的电气角度变化同步地脉动的电气角度同步电压，因此，电气角度的变化引起的电动机的转矩脉动减小，由于转矩的响应性低所引起的损耗减少。另外，由于转矩脉动减小，因此减少了电动机10的噪音和振动。

根据权利要求4～7述的发明的电动机的控制装置，由于不具有取得电动机转子的电气角度的电气角度取得部，因此，输出电压指令生成部能够生成不受该电气角度取得部的误差影响的电气角度同步电压指令。

附图说明

图1是示出第一实施方式的电动机控制装置的框图。

图2是示出第一实施方式的电动机控制装置的一部分和DC-DC转换器以及逆变器117的各电路的框图。

图3是作为第一实施方式的电动机控制装置的一部分，示出了输出电压指令生成部151以及逆变器控制方式确定部127的各内部结构以及相关的结构要素之间的关系的框图。

图4是示出第一实施方式的目标直流电压指令生成部301的内部结构的框图。

图5是示出基于电气角度同步电压指令Vcu^***的DC-DC转换器123的输出电压、目标直流电压指令Vcu^**所示的目标直流电压以及施加给电动机10的3相交流电压的图。

图6是示出仅由基本波构成的3相电流和其合计值的图。

图7是示出在基本波之上叠加了20％的6次谐波的3相电流和其合计值的图。

图8是示出在基本波之上叠加了20％的12次谐波的3相电流和其合计值的图。

图9是示出在基本波之上叠加了20％的18次谐波的3相电流和其合计值的图。

图10是示出第二实施方式的电动机控制装置的框图。

图11是作为第二实施方式的电动机控制装置的一部分，示出了输出电压指令生成部161以及逆变器控制方式确定部127的各内部结构以及和与这些相关的结构要素之间的关系的框图。

图12是示出第三实施方式的电动机控制装置的框图。

图13是示出第四实施方式的电动机控制装置的框图。

图14是示出第五实施方式的电动机控制装置的框图。

图15是示出第五实施方式的电动机控制装置的一部分和DC-DC转换器以及逆变器117的各电路的框图。

图16是作为第五实施方式的电动机控制装置的一部分，示出了输出电压指令生成部191以及逆变器控制方式确定部127的各内部结构以及相关的结构要素之间的关系的框图。

图17是示出第五实施方式的目标直流电压指令生成部501的内部结构的框图。

图18是示出作为本发明的相关技术的电动机控制装置的框图。

图19是示出图18所示的逆变器控制方式确定部127的内部结构以及与其相关的结构要素之间的关系的框图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

图1是示出第一实施方式的电动机控制装置的框图。如图1所示，第一实施方式的电动机控制装置与图18所示的电动机控制装置同样，具有：旋变器101；电流传感器103；带通滤波器(BPF)105；3相-dq转换部107；电流指令计算部109；d轴电流控制部111；q轴电流控制部113；rθ转换部115；逆变器(INV)117；角速度计算部119；DC-DC转换器123；输出电压检测部125；逆变器控制方式确定部127，并且代替直流电压指令生成部121而具有输出电压指令生成部151，还具有输出电流检测部153。此外，在图1中，在与图18相同的结构要素上标记了相同的标号。

图2是示出第一实施方式的电动机控制装置的一部分和DC-DC转换器以及逆变器117的各电路的框图。如图2所示，本实施方式中采用的DC-DC转换器123为升降压转换器。

图1和图2所示的输出电流检测部153检测DC-DC转换器123的输出电流Idc。

本实施方式的输出电压指令生成部151生成指令Vcu^***，该指令Vcu^***用于指示DC-DC转换器123输出电平与电动机10的转子的电气角度θm的相位同步地变化的电压。如图1和图2所示，对输出电压指令生成部151输入从外部输入的转矩指令值T、通过角速度计算部119计算出的角速度ω、从旋变器101输出的电气角度θm、输出电压检测部125检测出的DC-DC转换器123的输出电压Vdc、输出电流检测部153检测出的DC-DC转换器123的输出电流Idc。

图3是作为第一实施方式的电动机控制装置的一部分，示出输出电压指令生成部151、逆变器控制方式确定部127的各内部结构以及相关的结构要素之间的关系的框图。此外，在图13中，在与图19相同的结构要素上标记了相同的标号。如图3所示，输出电压指令生成部151具有目标直流电压指令生成部301和电气角度同步电压指令生成部303。图4是示出第一实施方式的目标直流电压指令生成部301的内部结构的框图。

如图4所示，目标直流电压指令生成部301将系数K、转矩指令值T和角速度ω相乘，导出要求输出功率P0。另外，目标直流电压指令生成部301将DC-DC转换器123的输出电流Idc和输出电压Vdc相乘，导出实际输出功率P1。目标直流电压指令生成部301生成目标直流电压指令Vcu^**，作为与要求输出功率P0和实际输出功率P1的差分ΔP(＝P0-P1)对应的PI控制的控制量。目标直流电压指令Vcu^**被输入到电气角度同步电压指令生成部303。

电气角度同步电压指令生成部303生成指示DC-DC转换器123输出电气角度同步电压的电气角度同步电压指令Vcu^***，该电气角度同步电压的振幅与电动机10的转子的电气角度θm的变化同步地脉动，该电气角度同步电压的平均值为从电气角度同步电压指令生成部303输入的目标直流电压指令Vcu^**。电气角度同步电压指令Vcu^***被输入到DC-DC转换器123。

与电气角度θm同步的脉动模式以表或者计算式的方式存储在未图示的存储器中。图5是示出基于电气角度同步电压指令Vcu^***的DC-DC转换器123的输出电压、目标直流电压指令Vcu^**所示的目标直流电压以及施加给电动机10的3相交流电压的图。图5所示的脉动模式的一个周期为电气角度60度，是将正弦波全波整流后的波形。因此，该脉动模式通过|k×sin(3θm)|(其中，k是系数)的计算式来表示。

在以上所说明的本实施方式的电动机10的控制装置中，DC-DC转换器123根据电气角度同步电压指令Vcu^***输出与电动机10的转子的电气角度θm同步地进行脉动的电压。在逆变器117进行1PLS控制时，电动机10输出的转矩的响应性较低，因此，逆变器117无法应对由于电动机10的转子的电气角度θm的变化所引起的转矩脉动。但是，在本实施方式中，DC-DC转换器123的输出电压按图5所示的脉动模式与电气角度θm同步地进行脉动。其结果是，由于电气角度θm的变化所引起的电动机10的转矩脉动减小，且由于转矩的响应性低而引起的损耗减少。再者，由于电动机10的转矩脉动减小，因此，电动机10的噪音和振动减少。

如果从逆变器117输出的相电流仅由基本波构成，则如图6所示，3相电流的合计值为0而与电气角度θm无关。因此，即便电气角度θm变化，电动机10的转矩也不变化。但是，从作为矩形波逆变器的逆变器117输出的相电流中包含谐波。例如，逆变器117输出除基本波之外6次谐波占整体的20％的3相电流。但是，如图7所示，叠加有6次谐波的该3相电流的合计值不固定。

但是，在本实施方式中，如本实施方式所示，从DC-DC转换器123输入到逆变器117的电压与电气角度θm同步地进行脉动。因此，如果叠加了6次谐波的3相电流的合计值的变化被DC-DC转换器123的输出电流的脉动抵消，则从逆变器117输出的3相电流的合计值固定。其结果是，相电流的谐波被抑制，即便在逆变器117处于1PLS控制时，其运转效率也会提高。

另一方面，如图8和图9所示，在通过DC-DC转换器123的输出电流的脉动提高叠加有6次谐波的3相电流的合计值的变化的次数，由此主动地加载相电流谐波的情况下，电动机10的转矩脉动减小。其结果是，减少了电动机10的噪音和振动。

如此，从DC-DC转换器123输入到逆变器117的电压与电气角度θm同步地脉动时，1PLS控制时的逆变器117即便不切换到PWM控制，也能够输出平均振幅与电气角度θm相应地变化的各相电压。另外，无需从1PLS控制切换到PWM控制并提高开关频率，因此，能够降低逆变器117中的开关损耗。

(第二实施方式)

图10是示出第二实施方式的电动机控制装置的框图。如图10所示，第二实施方式的电动机控制装置除了图1所示的第一实施方式的电动机控制装置所具有的结构要素之外，还具有相电压检测部163和相电压交叉点检测部165。此外，在图10中，在与图1相同的结构要素上标记了相同的标号。

相电压检测部163检测施加给电动机10的定子13的3相交流电压Vu、Vv、Vw。由相电压检测部163检测出的3相交流电压Vu、Vv、Vw被输入到相电压交叉点检测部165。相电压交叉点检测部165检测3相交流电压Vu、Vv、Vw之中的任意两个相电压变成相同值的时刻。在相电压交叉点检测部165检测出该时刻时，相电压交叉点检测部165将信号Scr1输入到输出电压指令生成部161。这样，在本实施方式的输出电压指令生成部161中输入来自相电压交叉点检测部165的信号Scr1，代替转子11的电气角度θm。

图11是作为第二实施方式的电动机控制装置的一部分，示出了输出电压指令生成部161以及逆变器控制方式确定部127的各内部结构以及相关的结构要素之间的关系的框图。此外，在图11中，在与图3相同的结构要素上标记了相同的标号。

本实施方式的输出电压指令生成部161具有的电气角度同步电压指令生成部403生成指示DC-DC转换器123输出电气角度同步电压的电气角度同步电压指令Vcu^***，该电气角度同步电压的振幅与来自相电压交叉点检测部165的信号Scr1同步地脉动，该电气角度同步电压的平均值为从电气角度同步电压指令生成部403输入的目标直流电压指令Vcu^**。在与信号Scr1同步的脉动模式中，电气角度同步电压的最大值与从相电压交叉点检测部165输入信号Scr1的时刻对应。

此外，作为另一实施方式，可具有相电压零点检测部代替相电压交叉点检测部165，该相电压零点检测部检测3相交流电压Vu、Vv、Vw之中的任意一个相电压变成0的时刻。相电压零点检测部检测出该时刻时，相电压零点检测部将信号Scr2输入到输出电压指令生成部161。

输出电压指令生成部161具有的电气角度同步电压指令生成部403生成指示DC-DC转换器123输出电气角度同步电压的电气角度同步电压指令Vcu^***，该电气角度同步电压的振幅与来自相电压零点检测部的信号Scr2同步地脉动，该电气角度同步电压的平均值为从电气角度同步电压指令生成部403输入的目标直流电压指令Vcu^**。在与信号Scr2同步的脉动模式中，电气角度同步电压的最小值与从相电压零点检测部输入信号Scr2的时刻对应。

在以上说明的本实施方式的电动机10的控制装置中，生成与来自相电压交叉点检测部165的信号Scr1或者来自相电压零点检测部的信号Scr2对应的电气角度同步电压指令Vcu^***，代替旋变器101检测出的转子11的电气角度θm。因此，本实施方式的电气角度同步电压指令生成部403能够生成不受旋变器101的检测误差影响的电气角度同步电压指令Vcu^***。

(第三实施方式)

图12是示出第三实施方式的电动机控制装置的框图。如图12所示，第三实施方式的电动机控制装置具有相位推断部173，代替图1所示的第一实施方式的电动机控制装置具有的旋变器101。此外，在图12中，在与图1相同的结构要素上标记了相同的标号。

相位推断部173根据由电流传感器103检测出的3相交流电流Iu、Iv、1w推断电动机10的转子的电气角度。由相位推断部173推断出的电气角度θs被发送到3相-dq转换部107、角速度计算部119以及输出电压指令生成部171。这样，在本实施方式的输出电压指令生成部171中输入由相位推断部173推断出的电气角度θs，代替由旋变器101检测出的转子11的电气角度θm。本实施方式的输出电压指令生成部171对电气角度θs进行与第一实施方式的电气角度θm相同的处理。

(第四实施方式)

图13是示出第四实施方式的电动机控制装置的框图。如图13所示，第四实施方式的电动机控制装置中，输入rθ转换部115输出的角度θ作为输入到输出电压指令生成部181的电动机10的转子的电气角度。此外，在图13中，在与图1相同的结构要素上标记了相同的标号。本实施方式的输出电压指令生成部181对角度θ进行与第一实施方式的电气角度θm相同的处理。

(第五实施方式)

图14是示出第五实施方式的电动机控制装置的框图。另外，图15是示出第五实施方式的电动机控制装置的一部分和DC-DC转换器以及逆变器117的各电路的框图。如图14所示，第五实施方式的电动机控制装置除了图1所示的第一实施方式的电动机控制装置所具有的结构要素之外，还具有检测蓄电器15的输出电压(以下称作“电池电压”)Vb的电池电压检测部193。另外，由电池电压检测部193检测出的电池电压Vb被输入到输出电压指令生成部191。此外，如图15所示，本实施方式中所使用的DC-DC转换器223为升压转换器。即，DC-DC转换器223仅以直流的方式对蓄电器15的直流输出电压进行升压。

此外，如图15所示，本实施方式的输出电压指令生成部191的内部结构与第一实施方式的输出电压指令生成部151不同。再者，在本实施方式中，从逆变器控制方式确定部127向输出电压指令生成部191输入在第一实施方式中说明的合成向量电压Vp以及由最大电压圆计算部201导出的值Vp_target与合成向量电压Vp的差分ΔVp。在图14和图15中，在与图1和图2相同的结构要素上标记了相同的标号。

图16是作为第五实施方式的电动机控制装置的一部分，示出了输出电压指令生成部191、逆变器控制方式确定部127的各内部结构以及相关的结构要素之间的关系。另外，在图16中，在与图3相同的结构要素上标记了相同的标号。如图16所示，本实施方式的输出电压指令生成部191具有目标直流电压指令生成部501、电气角度同步电压指令生成部303以及判断部505。图17是示出第五实施方式的目标直流电压指令生成部501的内部结构的框图。

如图17所示，目标直流电压指令生成部501与第一实施方式同样，生成目标直流电压指令Vcu^**1，作为与要求输出功率P0和实际输出功率P1的差分ΔP(＝P0-P1)对应的PI控制的控制量。此外，目标直流电压指令生成部501将从逆变器控制方式确定部127输入的合成向量电压Vp与电压利用率相乘，生成目标直流电压指令Vcu^**2。另外，目标直流电压指令生成部501输出与从逆变器控制方式确定部127输入的差分ΔP对应的目标直流电压指令Vcu^**。即，目标直流电压指令生成部501在ΔVp＞0时输出目标直流电压指令Vcu^**1，在ΔVp≤0时输出目标直流电压指令Vcu^**2。

从目标直流电压指令生成部501输出的目标直流电压指令Vcu^**被输入到电气角度同步电压指令生成部303和判断部505。此外，电气角度同步电压指令生成部303生成的电气角度同步电压指令Vcu^***被输入到判断部505。判断部505根据振幅与电动机10的转子的电气角度θm的变化同步地脉动的电气角度同步电压指令Vcu^***的最小值(Vcu^***min)与蓄电器15的电池电压Vb之间的比较结果，输出目标直流电压指令Vcu^**或者电气角度同步电压指令Vcu^***。即，判断部505在Vcu^***min≤Vb时，输出目标直流电压指令Vcu^**，在Vcu^***min＞Vb时输出电气角度同步电压指令Vcu^***。从判断部505输出的目标直流电压指令Vcu^**或者电气角度同步电压指令Vcu^***被输入到DC-DC转换器223。

在以上说明的本实施方式的电动机10的控制装置中，升压型的DC-DC转换器223与目标直流电压指令Vcu^**或者电气角度同步电压指令Vcu^***对应地进行动作。在Vcu^***min大于Vb(Vcu^***min＞Vb)时，DC-DC转换器223可仅进行升压，因此，能够与电气角度同步电压指令Vcu^***对应。另一方面，在Vcu^***min小于等于Vb(Vcu^***min≤Vb)时，DC-DC转换器223无法与电气角度同步电压指令Vcu^***对应。因此，在Vcu^***min小于等于Vb时，DC-DC转换器223与目标直流电压指令Vcu^**对应地动作，输出电池电压Vb以上的振幅不脉动的电压。

因此，即便为升压型的DC-DC转换器223，在Vcu^***min大于Vb时，也能够实现与第一实施方式相同的效果。另外，第二～第四实施方式也可用于本实施方式的电动机10的控制装置中。

在将上述实施方式的电动机控制装置搭载在车辆上，并将电动机10设置成用于该车辆的驱动的情况下，如果通过减小电动机10的转矩脉动来降低电动机10的噪音和振动，则驾驶性能提高。

参照特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但是本领域技术人员也可在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种变更和修改，这是显而易见的。

本申请基于2009年3月4日提出申请的日本专利申请(特开2009-050255)，在此作为参考而引入其内容。

标号说明

10：电动机；11：转子；13：定子；15：蓄电器；101：旋变器；103：电流传感器；105：带通滤波器(BPF)；107：3相-dq转换部；109：电流指令计算部；111：d轴电流控制部；113：q轴电流控制部；115：rθ转换部；117：逆变器(INV)；119：角速度计算部；123、223：DC-DC转换器；125：输出电压检测部；127：逆变器控制方式确定部；151、161、171、181、191：输出电压指令生成部；153：输出电流检测部；201：最大电压圆计算部；203：输出电压圆计算部；205：切换标志输出部；301、501：目标直流电压指令生成部；303、403：电气角度同步电压指令生成部；163：相电压检测部；165：相电压交叉点检测部；173：相位推断部；193：电池电压检测部；505：判断部。

Claims (7)

1.一种电动机的控制装置，该电动机具有转子和定子，该转子具有永磁铁；该定子通过施加电压产生旋转磁场，从而使所述转子旋转，

其特征在于，所述电动机的控制装置具有：

矩形波逆变器，其将矩形波电压施加给所述电动机的所述定子，从而驱动所述电动机；

电压转换部，其将直流电源的输出电压进行升压或降压后施加给所述矩形波逆变器；

电气角度取得部，其取得所述电动机的所述转子的电气角度；以及

输出电压指令生成部，其生成用于指示所述电压转换部输出电气角度同步电压的指令，该电气角度同步电压的振幅与所述电气角度取得部取得的所述转子的电气角度的变化同步地脉动，

其中，所述电压转换部根据由所述输出电压指令生成部生成的所述指令，将所述直流电源的输出电压升压或降压为该指令所示的电压后，施加给所述矩形波逆变器，

所述电气角度同步电压的平均值是根据要求输出功率与实际输出功率的差分得到的值，所述要求输出功率是根据对所述电动机要求的转矩以及所述转子的角速度导出的，所述实际输出功率是根据所述电压转换部的输出电压以及输出电流导出的。

2.根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述矩形波逆变器将多相的矩形波电压施加给所述定子，

所述输出电压指令生成部生成的所述指令所示的脉动模式是如下的波形：所述电气角度同步电压的振幅以所述转子的电气角度的预定变化量为一个周期进行变化，并在所述多相的矩形波电压的绝对值中的任意一个达到最大时的所述转子的电气角度下，所述电气角度同步电压达到最大。

3.根据权利要求1或2所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述电压转换部是将所述直流电源的输出电压进行升压后施加给所述矩形波逆变器的升压型电压转换部，

所述输出电压指令生成部在所述电气角度同步电压的最小值大于所述直流电源的输出电压时，输出用于指示所述电压转换部输出该电气角度同步电压的所述指令，在所述电气角度同步电压的最小值小于等于所述直流电源的输出电压时，输出用于指示所述电压转换部输出固定电压的指令，

所述电压转换部根据由所述输出电压指令生成部输出的指令，将所述直流电源的输出电压升压为该指令所示的电压后施加给所述矩形波逆变器。

4.一种电动机的控制装置，该电动机具有转子和定子，该转子具有永磁铁；该定子通过施加电压产生旋转磁场，从而使所述转子旋转，

其特征在于，所述电动机的控制装置具有：

矩形波逆变器，其将矩形波电压施加给所述电动机的所述定子，从而驱动所述电动机；

电压转换部，其将直流电源的输出电压进行升压或降压后施加给所述矩形波逆变器；

输出电压指令生成部，其生成用于指示所述电压转换部输出电气角度同步电压的指令，该电气角度同步电压的振幅与施加给所述定子的所述矩形波电压的变化同步地脉动；以及

角速度取得部，该角速度取得部取得所述电动机的所述转子的角速度，

其中，所述电压转换部根据由所述输出电压指令生成部生成的所述指令，将所述直流电源的输出电压升压或降压为该指令所示的电压后施加给所述矩形波逆变器，

所述电气角度同步电压的平均值是根据要求输出功率与实际输出功率的差分得到的值，所述要求输出功率是根据对所述电动机要求的转矩以及所述转子的角速度导出的，所述实际输出功率是根据所述电压转换部的输出电压以及输出电流导出的。

5.根据权利要求4所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述矩形波逆变器将多相的矩形波电压施加给所述定子，

所述输出电压指令生成部生成的所述指令所示的脉动模式是如下的波形：所述电气角度同步电压的最大值与所述多相的矩形波电压之中的任意两个相电压成为相同值的电气角度对应。

6.根据权利要求4所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述矩形波逆变器将多相的矩形波电压施加给所述定子，

所述输出电压指令生成部生成的所述指令所示的脉动模式是如下的波形：所述电气角度同步电压的最大值与所述多相的矩形波电压之中的任意一个相电压为0的电气角度对应。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述电压转换部是将所述直流电源的输出电压进行升压后施加给所述矩形波逆变器的升压型电压转换部，

所述输出电压指令生成部在所述电气角度同步电压的最小值大于所述直流电源的输出电压时，输出用于指示所述电压转换部输出该电气角度同步电压的所述指令，在所述电气角度同步电压的最小值小于等于所述直流电源的输出电压时，输出用于指示所述电压转换部输出固定电压的指令，

所述电压转换部根据由所述输出电压指令生成部输出的指令，将所述直流电源的输出电压升压为该指令所示的电压后施加给所述矩形波逆变器。