CN102771044B - 电机驱动系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

在电机驱动系统中，抑制平滑电容器的峰值。控制电机驱动系统的控制装置，其电机驱动系统配备有：直流电源、三相交流电机、包含有与所述三相交流电机的三相的每一相相对应的开关电路以及相对于该开关电路电并联配置的平滑电容器的第一电力转换器，所述控制装置包括：推定机构，所述推定机构根据所述三相交流电机的动作条件和与所述三相的每一相相对应的开关电路的开关条件中的至少一方，推定在所述平滑电容器的端子间电压VH中产生峰值的峰值产生时刻；以及，控制机构，对于在所述推定的峰值产生时刻之前的时间范围内设定的开始时刻起的规定期间，所述控制机构以在所述峰值产生时刻的所述端子间电压VH（VH峰值）降低的方式控制所述第一电力转换器的驱动条件。

Description

电机驱动系统的控制装置

技术领域

本发明涉及控制用于驱动三相交流电机的电机驱动系统的电机驱动系统的控制装置的技术领域。

背景技术

在这种技术领域中，有涉及转换器的PWM(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)控制的技术(例如，参照专利文献1)。根据专利文献1揭示的装置，通过利用输出交流输出和波形对称的修正信号的修正信号发生器修正PWM信号，正负对称地修正供应给负荷的三相交流输出的波形，可以抑制由高次谐波引起的波形的畸变。

另外，也提出了降低叠加到直流输出电压上的直流脉动的装置(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2000－324842号公报

专利文献2：日本特开2003－289671号公报

发明内容

发明所要解决的课题

转换器通常配备有平滑电压用的平滑电容器。这种平滑电容器伴随着在高频区域转换器的开关状态变化，暴露于被称为所谓开关脉动的电压变动中。

由于这种开关脉动以转换器的载波频率(几百Hz～几十kHz)的数量级发生，所以，利用反馈(下面，适当地简称为“F/B”)的方法应对在实践上近乎是不可能的。

在上述专利文献揭示的装置中，没有考虑对这样的开关脉动的对策。因此，为了保护转换器不受这种开关脉动的影响，不得不依赖于增加平滑电容器的耐电压或容量等方法。

然而，例如，在将这种电机驱动系统应用于追寻近年来成长过程的车辆搭载用电机等的驱动的情况下，由于设置性及搭载性的制约，将这种平滑电容器的容量增大到能够足以缓解这种开关脉动的影响的程度是困难的。另外，受到成本的制约，伴随着成本增加的耐电压的增加也是困难的。

这样，在现有技术中，存在着难以抑制或者缓解伴随着转换器的开关的开关脉动或者由该开关脉动引起的峰值电压的发生的技术问题。

本发明是鉴于相关技术问题而做出的，其课题是提供一种电机驱动系统的控制装置，所述电机驱动系统的控制装置，在驱动三相交流电机的电机驱动系统中，能够抑制在平滑电容器中的峰值电压的产生。

解决课题的方案

为了解决上述课题，根据本发明的电机驱动系统的控制装置，用于控制电机驱动系统，所述电机驱动系统包括：直流电源；三相交流电机；第一电力转换器，所述第一电力转换器设置在所述直流电源与所述三相交流电机之间，并且包含有与所述三相交流电机的三相的每一相相对应的开动电路、以及相对于该开关电路电并联地配置的平滑电容器；其中，所述电机驱动系统的控制装置配备有：推定机构，所述推定机构根据所述三相交流电机的动作条件和与所述三相的每一相相对应的开关电路的开关条件中的至少一个条件，推定在所述平滑电容器的端子间电压VH中产生峰值的峰值产生时刻，其中，所述三相交流电机的动作条件包含与所述三相的每一相相对应的电流及所述三相交流电机的相位中的至少一方；控制机构，对于从在所述推定的峰值产生时刻之前的时间范围内设定的开始时刻起的规定期间，所述控制机构控制所述第一电力转换器的驱动条件，以使得在所述峰值产生时刻的所述端子间电压VH(VH峰值)降低(方案1)。

采用根据本发明的电机驱动系统的控制装置，借助推定机构，推定在第一电力转换器中、由于与三相的各相相对应的开关电路的开关状态的切换引起的开关脉动产生的平滑电容器的端子间电压VH的峰值的产生时刻。

这里，推定机构在推定峰值产生时刻时所参照的“三相交流电机的动作条件”，例如，指的是对应于三相的各个相的电流(例如，与U相、V相及W相各个相相对应的各相电流Iu、Iv及Iw)或电机的旋转相位θ等。另外，“开关电路的开关条件”，包括规定与三相的各个相相对应的开关电路的开关时刻的条件，例如，指的是载波信号电压和与三相的各个相相对应的指令电压的大小关系等。

另一方面，当利用推定机构推定峰值产生时刻时，采取如下宗旨的VH峰值降低措施，即：利用控制机构，以在该推定的峰值发生时刻到来以前的时间范围中设定的时间点作为开始时刻，直接或者间接地控制第一电力转换器的驱动条件。

因此，采用本发明，与不采取这种对策的情况相比，可以降低VH峰值，能够借助不伴随有平滑电容器的容量或者耐电压的增大的控制方法，缓解在第一电力转换器中的开关脉动的影响。

另外，所谓“第一电力转换器的驱动条件”，只要是能够引起VH峰值降低的条件，可以是任何条件，但是，优选地，将其大致区分为对于与三相的每一相相对应的开关电路的开关状态造成影响的条件、和对于平滑电容器的端子间电压VH造成影响的条件。例如，前者包含载波频率、三相的每一相的指令电压等，后者可以包含端子间电压VH的指令值(VH指令值)、并列地配置在第一电力转换器上的其它电力转换器的发电状态等。

另外，对于控制机构采取这种VH峰值降低措施的期间，只要至少如上所述地规定其开始时刻，没有特别的限制，但是，不言而喻，根据其意图，当然是比由载波频率规定的载波周期足够短的期间。另外，不言而喻，该期间是不会对本来的三相交流电机的驱动产生障碍的程度的期间。

在根据本发明的电机驱动系统的控制装置的一种形式中，所述推定机构根据与所述三相的每一相相对应的电流的极性和与所述三相的每一相相对应的开关电路的开关时刻，推定所述峰值产生时刻(方案2)

本申请的申请人发现，与三相的每一相相对应的电流的极性和与三相的每一相相对应的开关电路的开关时刻的关系，从保护平滑电容器的观点出发，与应当显著地重视的高压侧的峰值(即，波形的波峰)的产生时刻相关。根据这种形式，由于基于这种相关性，能够实际上在峰值产生时刻到来之前的阶段高精度地推定峰值发生时刻，所以，在实践上是极为有益的。

另外，在这种形式中，所述开关时刻是载波电压值与指令电压值相一致的时刻，所述推定机构，也可以在所述三相的每一相中，将如下所述的时刻推定为所述峰值产生时刻，即：(1)所述电流为正极性、并且在所述指令电压值超过所述载波电压值的时候所述载波电压值与所述指令电压值相一致的第一时刻，以及(2)所述电流为负极性、并且在所述指令电压值低于所述载波电压值的时候所述载波电压值与所述指令电压值相一致的第二时刻(方案3)。

根据这种推定方法，可以高精度地推定高压侧的峰值产生时刻。

在根据本发明的电机驱动系统的控制装置的其它形式中，所述推定机构根据所述三相交流电机的相位，推定所述峰值产生时刻(方案4)。

本申请的申请人发现，在三相交流电机的相位与平滑电容器的VH峰值的大小关系之间具有相关性。从而，可以预先根据实验、经验或者从理论上掌握VH峰值变大到规定以上的电机相位。

通过掌握这样的电机相位，能够只对于VH峰值变大到规定以上的情况，或者以这种情况作为优先，采取VH峰值降低措施，能够通过VH峰值的平坦化有效地保护平滑电容器。

在根据本发明的电机驱动系统的控制装置的另外形式中，所述电机驱动系统配备有第二电力转换器，作为控制所述第一电力转换器的驱动条件的一种形式，所述控制机构使所述第二电力转换器的驱动条件变化(方案5)。

在配备有这样的第二电力转换器的情况下，通过使第二电力转换器的驱动条件变化，能够间接地使第一电力转换器的驱动条件变化，能够进一步谋求灵活地保护平滑电容器。

另外，在这种形式中，所述第二电力转换器设置在比所述平滑电容器靠所述直流电源侧，并且包含有升压电路，所述升压电路能够将所述直流电源的直流电压升压，并且，能够将所述端子间电压VH维持在规定的VH指令值，所述控制机构也可以使所述VH指令值降低(方案6)。

特别是，在能够利用这种升压电路在直流电源的供应电压以上的高电压区域驱动电机的结构中，根据电机的用途构筑电机驱动系统变得容易，例如，也可以简便地应用于车载用电机驱动系统。另外，在能够将端子间电压VH维持在VH指令值的结构中，通过使VH指令值暂时降低，比较容易降低VH峰值。

在根据本发明的电机驱动系统的控制装置的另外一种形式中，与所述三相的每一相相对应的开关电路，以开关状态根据载波电压值和指令电压值的大小关系而变化的方式构成，所述控制机构通过使载波信号的频率向高频侧变化，使所述VH峰值降低(方案7)。

当使载波信号的频率(载波频率)相对于通常运用的基准的频率向高频侧变化时，如果与三相的每一相相对应的指令电压是一定的，则当然与三相的每一相相对应的开关电路的开关脉冲幅度变短。从而，平滑电容器的充放电状态也频繁地变换，平滑电容器的端子间电压VH上升期间也被抑制得较短，能够抑制VH峰值。

在根据本发明的电机驱动系统的控制装置的另外一种形式中，与所述三相的每一相相对应的开关电路，以开关状态根据载波电压值和指令电压值的大小关系而变化的方式构成，所述控制机构使规定的高次谐波与所述指令电压值叠加。

当将高次谐波叠加到与三相的每一相相对应的指令电压值上时，由于指令电压的波形因该高次谐波而变化，所以，能够使与三相的每一相相对应的开关电路的开关时刻变化。从而，在能够预测平滑电容器的峰值产生时刻的状况下，通过在相关的峰值产生时刻使高次谐波叠加到指令电压上，能够使VH峰值变化。

这里，特别是，利用这种高次谐波进行的开关时刻的控制，与上述的载波频率的高频化不同，是将峰值产生时刻错开的控制，看起来，并不一定使VH峰值的大小变化。

鉴于这一点，更优选的是，如上所述利用电机相位能够与VH峰值的大小相关这一点，预先以避免在VH峰值相对变大的开关时刻的开关的方式，通过实验、根据经验或者从理论上求出电机相位与高次谐波的振幅的关系。在这种情况下，例如，通过适当地将该关系以控制映象化地保存在存储机构中等，可以更有效地获得通过叠加高次谐波而实现的VH峰值降低效果。

另外，在驱动三相电机的系统中，当选择高次谐波的频率为三相电压指令值Vu、Vv及Vw的基本频率的三倍时，高次谐波不出现在电机线之间的电压中，也不会给予电机电流以不好的影响。即，基本波的三次高次谐波，可以作为这种高次谐波的优选的一个例子。

本发明的作用及其它优点，从下面的说明的实施方式中变得更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明的第一种实施方式的电机驱动系统的系统结构图。

图2是在图1的电机驱动系统的控制装置中的升压电路控制部的框图。

图3是在图1的电机驱动系统的控制装置中的其它的升压电路控制部的框图。

图4是在图1的电机驱动系统的控制装置中的转换器控制部的框图。

图5是举例表示图1的电机驱动系统的一个动作状态的时间图。

图6示意地表示图5的状态A、B及C中的转换器的动作状态的动作概念图。

图7是说明在图1的电机驱动系统中VH峰值降低控制的概要的时间图。

图8是在图1的电机驱动系统中利用控制装置进行的VH峰值降低控制的流程图。

图9是在图1的电机驱动系统的控制装置中的转换器控制部的其它框图。

图10是根据本发明的第二种实施方式的电机驱动系统的系统结构图。

图11是根据第二种实施方式的VH峰值降低控制的流程图。

图12是举例表示根据本发明的第三种实施方式、端子间电压VH与电机相位的关系的图示。

图13是举例表示用于说明图12的关系的电机驱动系统的一个动作状态的时间图。

图14是示意地表示图13的状态D、E、D’及E’中的转换器的动作状态的图示。

图15是根据第三种实施方式的VH峰值降低控制的流程图。

图16是从视觉上说明图15的VH峰值降低控制的内容的图示。

图17是根据本发明的第四种实施方式的电机驱动系统的系统结构图。

图18是根据第四种实施方式的VH峰值降低控制的流程图。

图19是从视觉上说明图18的VH峰值降低控制的内容的图示。

图20是从视觉上说明图18的VH峰值降低控制的内容的另外的图示。

图21是根据本发明的第五种实施方式的VH峰值降低控制的流程图。

图22是根据第五种实施方式的转换器控制部的框图。

图23是在图21的VH峰值降低控制中的高次谐波的示意图。

图24是图23的高次谐波与指令电压叠加的叠加后指令电压的示意图。

具体实施方式

<发明的实施方式>

下面，参照附图，对于本发明的优选的各种实施方式进行说明。

<第一种实施方式>

<实施方式的结构>

首先，参照图1，对于根据本实施方式的电机驱动系统10的结构进行说明。这里，图1是示意地表示电机驱动系统10的结构的系统结构图。

在图1中，电机驱动系统10包括：控制装置100、升压转换器200、转换器300、平滑电容器C以及直流电源B及三相交流电机M1。

控制装置100是以能够控制电机驱动系统10的动作的方式构成的、根据本发明的“电机驱动系统的控制装置”的一个例子的电子控制单元。

控制装置100，例如，可以采用可以适当地包括一个或者多个CPU(中央处理器)、MPU(微处理器)、各种处理器或者各种控制器、或者进而包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存储器)、缓冲存储器或闪存器等各种存储机构等的单个或者多个ECU(电子控制装置)等各种处理单元、各种控制器或者微型计算机装置等各种计算机系统等的形态。

控制装置100包括图1中未示出的升压转换器控制部110及转换器控制部120，各个控制部的结构将在后面描述。另外，控制装置100根据预先存储在ROM中的控制程序，能够进行后面描述的VH峰值降低控制。

升压转换器200是包括电抗线圈L1、开关元件Q1及Q2、二极管D1及D2的根据本发明的“第二电力转换器”的一个例子的升压电路。

电抗线圈L1的一端连接到与直流电源B的正极连接的正极线(省略附图标记)上，其另一端连接到开关元件Q1和开关元件Q2的中间点，即，连接到开关元件Q1的发射极端子与开关元件Q2的收集极端子的连接点。

开关元件Q1及Q2串联地连接到上述正极线和与直流电源B的负极连接的负极线(省略附图标记)之间，另外，开关元件Q1的收集极端子连接到上述正极线上，开关元件Q2的发射极端子连接到上述负极线上。二极管D1及D2是在各个开关元件中只允许从发射极侧流向收集极侧的电流的整流元件。

开关元件Q1及Q2以及后面描述的转换器300的各个开关元件(Q3至Q8)，例如，作为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)或电力用MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体)晶体管等构成。

转换器300是配备有：包含p侧开关元件Q3及n侧开关元件Q4的U相支路(省略附图标记)、包含p侧开关元件Q5及n侧开关元件Q6的V相支路(省略附图标记)、以及包含p侧开关元件Q7及n侧开关元件Q8的W相支路(省略附图标记)的根据本发明的“第一电力转换器”的一个例子。转换器300的各个支路并联地连接到上述正极线与上述负极线之间。

另外，和开关元件Q1及Q2一样，在开关元件Q3至Q8上，分别连接有将从发射极侧向收集极侧流动的电流整流用的二极管D3至D8。另外，转换器300中的各相支路的p侧开关元件和n侧开关元件的中间点分别连接到三相交流电机M1的各相绕组上。

平滑电容器C是连接在正极线与负极线之间的平滑电压用的电容器。下面，将该平滑电容器C的端子间电压，即，正极线与负极线之间的电压适当地称为“端子间电压VH”。

直流电源B是能够充电的蓄电装置，例如，镍氢电池或锂离子电池等各种二次电池。另外，作为直流电源B，也可以代替这种二次电池、或者在这种二次电池之外再追加采用电偶极层电容器或大容量电容器、飞轮等。

三相交流电机M1是将永久磁铁埋设在转子中的三相交流电动发电机。三相交流电机M1机械地连接到图中未示出的车辆的驱动轮上，能够产生用于驱动车辆的转矩。三相交流电机M1在车辆的制动时能够接受车辆的动能的输入而进行电力再生(发电)。在该车辆是所谓的混合动力车辆的情况下，该三相交流电机M1被机械地连接到图中未示出的发动机上，可以利用发动机的动力进行电力再生，也可以辅助发动机的动力。

在电机驱动系统10上附设图中未示出的传感器组，适当地检测直流电源B的电压Vb、流过升压转换器200的电抗线圈L1的电流IL、平滑电容器C的端子间电压VH、转换器300中的v相电流Iv及w相电流Iw以及作为三相交流电机M1的转子的旋转角的电机旋转相位θ等。

构成这些传感器组的传感器的每一个，与控制装置100电连接，由控制装置100实时地掌握检测的值。

另外，在电机驱动系统10中，升压转换器200及转换器300与控制装置100电连接，利用控制装置100控制其驱动状态。

这里，特别是，升压转换器200基于由控制装置100提供的信号PWC，能够将正极线与负极线之间的电压、即端子间电压VH升压到直流电源B的输出电压以上。这时，如果端子间电压VH比目标电压低，则开关元件Q2的通态负荷相对地增大，可以使从直流电源B侧向转换器300侧流过正极线的电流增大，可以使端子间电压VH上升。另一方面，如果端子间电压VH比目标电压高，则开关元件Q1的通态负荷相对地增大，可以使从转换器300侧向直流电源B侧流过正极线的电流增加，可以使端子间电压VH降低。

其次，参照图2对于在控制装置100中控制升压转换器200的升压转换器控制部110的结构进行说明。这里，图2是升压转换器控制部110的框图。另外，在该图中，对于与图1重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图2中，升压转换器控制部110配备有：转换器输入运算部111、加减运算器112、电压控制运算部113、载波生成部114及比较器115。

转换器输入运算部111是生成表示作为升压转换器200的输出电压的端子间电压VH的目标值的VH指令值VHtg的电路。例如，转换器输入运算部111根据三相交流电机M1的转矩指令值TR及从电机旋转速度MRN计算出的三相交流电机M1的输出值，生成VH指令值VHtg。

加减运算部112从VH指令值VHtg中减去端子间电压VH的检测值，将减法运算结果向电压控制运算部113输出。当电压控制运算部113由加减运算部112接受从VH指令值VHtg中减去端子间电压VH的检测值的减法运算结果时，运算用于使端子间电压VH与VH指令值VHtg相一致的控制量。这时，例如，采用包含比例项(P项)及积分项(I项)的公知的PI控制运算等。电压控制运算部113将计算出的控制量作为电压指令值输出到比较器115。

另一方面，载波生成部114生成由三角波构成的载波信号，送往比较器115。在比较器115中，对从电压控制运算部113提供的电压指令值和该载波信号进行比较，根据其电压值的大小关系，生成逻辑状态变化的前面描述过的信号PWC。该生成的信号PWC被输出到升压转换器200的开关元件Q1及Q2。

图2所举例表示的结构是实现电压控制的电路结构，但是，升压转换器200的控制形式并不局限于这种电压控制。这里，参照图3对于控制装置100的升压转换器控制部110’的结构进行说明。这里，图3是升压转换器控制部110’的框图。另外，在该图中，对于和图2重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图3中，升压转换器控制部110’在电压控制运算部113和比较器115之间配备加减运算器117及电流控制运算部118。

另一方面，载波生成部114，除了比较器115之外，还向S/H(取样保持)电路116发送。S/H电路116在从载波生成部114接受的载波信号的波峰及波谷的定时对电流IL进行取样。

这里，在升压转换器控制部110’中，在电压控制运算部113生成用于使端子间电压VH与VH指令值VHtg相一致的电流指令值IR，加减运算器117从该电流指令值IR中减去由S/H电路116取样保持的电流IL的检测值。将减法运算的结果发送到电流控制运算部118。

在电流控制运算部118，运算用于使电流IL与电流指令值IR相一致的控制量。这时，例如，采用包含比例项(P项)及积分项(I项)的公知的PI控制运算等。电流控制运算部118将计算出来的控制量作为负荷指令值d输出到比较器115。

由比较器115比较该负荷指令值d与载波信号的大小关系，生成信号PWC并且提供给各个开关元件。即，在升压转换器控制部110’，采用实现电流控制的电路结构。利用这种结构，也可以恰当地控制升压转换器200。

其次，参照图4，对于转换器控制部120的结构进行说明。这里，图4是转换器控制部120的框图。另外，在该图中，对于和已经给出的各个图的重复的部位，赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图4中，转换器控制部120由以下部分构成：电流指令转换部121、电流控制部122、两相/三相转换部123、三相/两相转换部124、载波生成部114(和升压转换器控制部110共用)以PWM转换部125。

电流指令转换部121根据三相交流电机M1的转矩指令值TR生成两相的电流指令值(Idtg、Iqtg)。

另一方面，由转换器300向三相/两相转换部124提供v相电流Iv和w相电流Iw作为反馈信息。在三相/两相转换部124，三相电流值从这些v相电流Iv及w相电流Iw被转换成由d轴电流Id及q轴电流Iq构成的两相电流值。转换之后的两相电流值被输送到电流控制部122。

在电流控制部122，根据在电流指令转换部121生成的两相的电流指令值和从所述三相/两相转换部124接受的两相电流值Id及Iq的差，生成由d轴电压Vd及q轴电压Vq构成的两相的电压指令值。生成的两相的电压指令值Vd及Vq被发送到两相/三相转换部123。

在两相/三相转换部123，两相的电压指令值Vd及Vq被转换成三相电压指令值Vu、Vv及Vw。被转换的三相电压指令值Vu、Vv及Vw被送出到PWM转换部125。

这里，PWM转换部125从载波生成部114接受具有规定的载波频率fcar1的载波Car，比较该载波Car与被转换的三相的电压指令值Vu、Vv及Vw的大小关系，生成逻辑状态根据该比较结果而变化的u相开关信号Gup及Gun、v相开关信号Gvp及Gvn以及w相开关信号Gwp及Gwn，提供给转换器300。

更具体地说，在对应于各个相的开关信号中，附加了“p”标识符的信号是用于驱动各个相的开关元件中的p侧开关元件(Q3、Q5及Q7)的驱动信号，附加了“n”标识符的信号是指用于驱动各个相的开关元件中的n侧开关元件(Q4、Q6及Q8)的驱动信号。

这里，特别是，在载波Car与各个相电压指令值的比较中，当各个相电压指令值从比载波Car小的值向载波Car一致时，生成用于使p侧开关元件导通的开关信号。另外，当各个相电压指令值从比载波Car大的值向载波Car一致时，生成用于使n侧开关元件导通的开关信号。即，开关信号是接通断开一体两面的信号，各个相的开关元件在p侧和n侧中总是其中的一个处于接通的状态，另一个处于断开的状态。

当转换器300变化到或者保持在由各个相开关信号规定的各个开关元件的驱动状态时，根据与其变化或者被保持的驱动状态相对应的电路状态，驱动三相交流电机M1。另外，这种转换器300的控制形式是所谓PWM控制的一种形式。

<实施方式的动作>

其次，作为本实施方式的动作，对于由控制装置100进行的VH峰值降低控制进行说明。

<VH峰值降低控制的概要>

首先，参照图5对于VH峰值降低控制的概要进行说明。这里，图5是表示电机驱动系统10的一个动作状态的时间图。另外，在该图中，对于和已经描述过的各个图重复的部分，赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图5中，举例表示了载波Car及各相电压指令值、各相开关信号、各相电流及端子间电压VH的各自随着时间的演变。

在图5中，当观察端子间电压VH随着时间的演变时可以看出，周期性地出现比平均值VHavg突出的VH峰值(这里，为了方便起见，一律表示为VHpk)。VH峰值降低控制是降低相关VH峰值(即，在峰值产生时刻的端子间电压VH)用的控制。

这里，以v相支路为例，对于该VH峰值出现的理由进行说明。这里，如图所示地定义状态A、状态B及状态C。状态A是v相支路的n侧开关元件Q6处于断开状态的状态，状态B是开关元件Q6从断开状态转移到接通状态的状态，状态C是开关元件Q6从接通状态再次转移到断开状态的状态。

下面，参照图6说明在所述各个状态的转换器300的动作状态。这里，图6是转换器300的动作示意图。另外，在该图中，对于和图1重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。另外，在图6中，为了方便起见，只赋予处于接通状态的开关元件的附图标记。

在图6中，图6(a)是在状态A及状态C中的转换器300的动作状态。即，v相支路的n侧开关元件Q6处于断开状态。在这种情况下，v相支路从平滑电容器C提取电力并经由p侧开关元件Q5将电力提供给三相交流电机M1(参照实线)。从而，平滑电容器C的端子电压VH在处于这些状态期间减少。

另一方面，在图6(b)中举例表示了在状态B中的转换器300的动作状态。在状态B，v相支路的n侧开关元件Q6处于接通状态。在这种情况下，不从平滑电容器C提取电力，在这样的期间，通过前面描述过的升压转换器200的作用，平滑电容器C的端子间电压VH上升。

从而，当发生状态A→状态B→状态C的状态迁移时，在从VH上升的状态B向VH减少的状态C迁移时，在端子间电压VH中产生峰值。更具体地说，对于各相支路，在(1)正电流、并且将p侧开关元件导通的第一定时，和(2)负电流、并且将n侧开关元件导通的第二定时，端子间电压VH在高压侧迎来峰值。在VH峰值降低控制中，利用这一点实现VH峰值的降低。

这里，参照图7，对于VH峰值降低控制的实际运用进行说明。这里，图7是举例表示在VH峰值降低控制的实施过程中的电机驱动系统10的一个动作状态的时间图。另外，在该图中，对于和图5重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图7中，各相开关信号中的阴影线部位相当于上述点(1)及(2)的部位。在图7中，u相、v相及w相的各个相中，分别存在一处、两处及三处的峰值时刻。

在VH峰值降低控制中，利用预先判明该峰值点这一点，在这些峰值时刻来临之前，将VH指令值VHtg暂时地向减少侧修正。其结果是，VH峰值降低。

下面，参照图8对于这种VH峰值降低控制的实际的控制流程进行说明。这里，图8是VH峰值降低控制的流程图。另外，图8是关于u相支路的控制流程。在其它相中，也进行同样的处理。

在图8中，控制装置100取得u相电机电流Iu(步骤S101)。接着，取得载波Car及u相电压指令值Vu(步骤S102)。

在取得所述各个值时，控制装置100判定u相电机电流Iu是否是正极性电流，并且载波Car和u相电压指令值Vu的差是否比零大且小于规定值α(即，是否满足上述点(1))，以及，u相电机电流Iu是否是负极性电流，并且载波Car与u相电压指令值Vu的差是否小于零且比规定值α(α<0)大(即，是否满足上述点(2))(步骤S103)。

在不满足条件的情况下(步骤S103：否)，控制装置100将VH指令值VHtg设定成通常值VHnml(步骤S105)，将处理返回到步骤S101。即，这种情况，作为不是端子间电压VH的峰值时刻的情况，保持端子间电压VH。

另一方面，在满足条件的情况下(步骤S103：是)，控制装置100将VH指令值VHtg设定成从通常值VHnml减去规定值的值，降低VH指令值(步骤S104)。当VH指令值被降低时，处理返回步骤S101。按照上述方式进行VH峰值降低控制。

这样，根据与第一种实施方式相关的VH峰值降低控制，事前预测在平滑电容器C的端子间电压VH中生成峰值的时刻，通过在该峰值时刻来临之前降低VH指令值VHtg，可以抑制VH峰值的上升。从而，无需采取增大平滑电容器的耐电压或增大容量等从成本及装载性能方面来说不希望的方法，就可以谋求对平滑电容器C的保护。

在实施VH峰值降低控制时，升压转换器控制部110借助作为该控制装置100的一个功能单元的VH峰值降低部130进行适当的控制。这里，参照图9对于VH峰值降低部130的结构进行说明。这里，图9是VH峰值降低部130及与之关联的部分的框图。另外，在该图中，对于和图2重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图9中，VH峰值降低部130由VH峰值预测部131、选择开关132、存储器133及134构成。

VH峰值预测部131，如上所述，是通过各相电机电流与载波信号的比较预测端子间电压VH的峰值产生时刻的装置。选择开关132借助该VH峰值预测部131将开关状态选择性地切换到存储器133侧或者存储器134侧。在存储器133中，作为固定值存储“0”，在存储器134中，作为固定值存储“规定值”。

VH峰值降低部130将利用选择开关132选择的一个控制值作为输出值，送出到升压转换器控制部110中的加减运算部112，在借助存储器133选择控制值“0”的情况下，VH指令值VHtg不变化。另一方面，在选择存储器134，并且选择控制值“规定值”的情况下，VHtg实质上被减去该规定值并且被提供给在电压控制运算部113中的运算处理。其结果是，在上述状态B中的电压上升被抑制，在向状态C迁移的定时(即，p侧开关元件的导通定时)处的峰值产生量受到抑制。

<第二种实施方式>

在第一种实施方式中，作为根据本发明的“第二电力转换器”，使用升压转换器200，但是，第二电力转换器的结构例并不局限于升压转换器200。这里，对于这样的第二种实施方式进行说明。

首先，参照图10，对于根据第二种实施方式的电机驱动系统20进行说明。这里，图10是电机驱动系统20的系统结构图。另外，在该图中，对于与图1重复的部分赋予相同的附图标记并适当地省略其说明。

在图10中，电机驱动系统20配备有具有和转换器300同样的结构的转换器400、和由转换器400驱动的三相交流电机M2。转换器400与转换器300电并联地设置。

转换器400，作为开关元件，对于u相、v相及w相的各个相分别配备有p侧开关元件Q13、Q15及Q17，并且配备有n侧开关元件Q14、Q16及Q18。对于整流用的二极管，也是同样的。

其次，参照图11对于这种结构中的VH峰值降低控制进行说明。这里，图11是根据第二种实施方式的VH峰值降低控制的流程图。另外，在该图中，对于和图8重复的部分，赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图11中，控制装置100，当关于在平滑电容器C的端子间电压VH中产生峰值的峰值产生时刻的判定处理(步骤S103)向“是”侧分支时，即，做出峰值产生时刻在不久的将来到达的判定时，将第二电力转换器(转换器400)的发电量Pg2的目标值Pg2tg设定成从通常值Pg2nml减去规定值得到的值(步骤S201)。另一方面，在步骤S103分支到“否”侧的情况下，控制装置100将第二电力转换器的发电量保持在基准值Pg2nml(步骤S202)。以这样的方式实施根据第二种实施方式的VH峰值降低控制。

根据与第二种实施方式相关的VH峰值降低控制，代替利用升压转换器200减去VH指令值VHtg，使作为第二电力转换器的转换器400的发电量变化。这样，也可以使平滑电容器C的端子间电压VH减少，可以降低VH峰值。

<第三种实施方式>

在第一种及第二种实施方式中，在平滑电容器C的端子间电压VH中产生峰值的峰值产生时刻，一律地采取与VH峰值降低相关的措施。第三种实施方式揭示了与这些控制不同的控制形式。另外，与本实施方式相关的电机驱动系统的结构与根据第一种实施方式的电机驱动系统10没有不同。

首先，参照图12对于VH峰值与电机相位θ的关系进行说明。这里，图12是举例表示端子间电压VH与电机相位θ的关系的图示。

如图12所示，在电机驱动系统10中实际上发生的VH峰值的大小并不是都一样的。在概念上，如图所示，在某些特定的电机相位(参照图中所示的θ1至θ6)，VH峰值变得极大，连接VH峰值的包络线成正弦波状。

这里，利用图13对这种现象进行说明。这里，图13是表示电机驱动系统10的另外的动作状态的时间图。另外，在该图中，对于和图7重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图13中，考虑v相电机电流Iv为正电流并且开关信号Gvn成为接通状态的CASE1、CASE2及CASE3三种类型的状态。另外，作为对应于这三种类型的峰值状态的转换器300的动作状态，适当地定义状态D、状态E、状态D’及状态E’。这时，转换器300的视觉上的动作状态变成如图14的样子。这里，图14是示意地表示在状态D、E、D’及E’中的转换器的动作状态的图示。另外，在该图中，对于和图6重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图14中，图14(a)、图14(b)、图14(c)及图14(d)分别对应于图13的状态D、状态E、状态D’及状态E’，均表示v相电机电流Iv为正并且开关信号Gvn变成接通状态的情况下的转换器300的动作状态。另外，在所述各个图中，用粗的虚线表示从三相交流电机M1输出的电流的流动，用粗的实线表示向三相交流电机M1的电流的流动。在这些各个图所示的各个状态，利用开关定时及该时间点的电机电流决定VH峰值。

这里，适当地回到图13进行说明，在比较CASE1与CASE2的情况下，由于CASE2采取开关信号Gvn接通状态的时间长，所以，端子间电压VH的上升时间长。除此之外，由于采取端子间电压VH的上升程度大的状态E，所以，VH峰值相对地变大。

另一方面，当比较CASE2和CASE3时，CASE3的开关信号Gvn变成接通状态的时间长。然而，v相电机电流Iv的方向与CASE2情况下的方向相反，不采取状态E，而是采取状态E’。因此，尽管端子间电压VH的上升时间长，但是其斜率变小，CASE2情况下的VH峰值变大。

在根据本实施方式的三相交流电机M1的驱动控制中，在电机电流变成零的附近，出现端子间电压VH的峰值，其出现的次数在电机的一个电周期中为6次。这种特别是VH峰值变大的电机相位θ(下面，适当地称之为“降低对象相位”)对于三相的每一相可以预先通过实验、根据经验或者从理论上求出。在根据第三种实施方式的VH峰值降低控制中，利用这种降低对象相位的信息，能够有效地降低VH峰值。

这里，参照图15说明根据第三种实施方式的VH峰值降低控制的详细情况。这里，图15是VH峰值降低控制的流程图。另外，在该图中，对于和图8重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图15中，控制装置100取得电机相位θ(步骤S301)，判定所取得的电机相位θ是不是在包含上述降低对象相位的规定范围内的值(步骤S302)。

在所取得的电机相位θ是规定范围内的值的情况下(步骤S302：是)，控制装置100降低VH指令值VHtg(步骤S104)。另外，在所取得的电机相位θ不是规定范围内的值的情况下(步骤S302：否)，控制装置100不降低VH指令值VHtg，而保持该VH指令值VHtg(步骤S105)。

当从视觉上说明根据这种第三种实施方式的VH峰值降低控制时，变成图16所示的情况。这里，图16是从视觉上表示根据第三种实施方式的VH峰值降低控制的内容的图示。另外，在该图中，对于和图12重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图16中，VH峰值与电机相位θ的关系，如图所示，呈正弦波状。这里，图中所示的电机相位θ1、θ2、θ3、θ4、θ5及θ6相当于该正弦波的波峰，变成相当于上述降低对象相位的、产生相对大的VH峰值的电机相位。因此，在本实施方式中，在与包含这些相位的图中所示的阴影线区域相当的电机相位范围内，通过升压转换器200的控制，降低VH指令值VHtg。

其结果是，VH峰值被平坦化，如第一及第二种实施方式那样不管VH峰值的大小如何、在产生峰值的时刻都降低VH指令值的情况相比，在抑制VH指令值的降低频度的同时，可以有效地抑制VH峰值。

另外，电机驱动系统在作为第二种实施方式具有如图10举例表示的结构的情况下，也可以代替根据步骤S104的VH指令值降低处理，而采取根据图11的步骤S201的发电量降低措施。

<第四种实施方式>

其次，对于本发明的第四种实施方式进行说明。

首先，参照图17，对于根据第四种实施方式的电机驱动系统30的结构进行说明。这里，图17是根据第四种实施方式的电机驱动系统30的系统结构图。另外，在该图中，对于和图1重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图17中，电机驱动系统30在没有升压转换器200这一点上与根据第一种实施方式的电机驱动系统10不同。

其次，参照图18对于这种结构的VH峰值降低控制的详细情况进行说明。这里，图18是根据第四种实施方式的VH峰值降低控制的流程图。另外，在该图中，对于和图15重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图18中，控制装置100在所取得的电机相位θ是包含降低对象相位的规定范围内的值的情况下(步骤S302：是)，将作为由载波生成部114生成的载波Car的频率的载波频率fcar设定为fcar2(fcar2>fcar1)。即，将载波频率修正到高频侧。另一方面，在电机相位θ不是包含降低对象相位的规定范围内的值的情况下(步骤S302：否)，控制装置100将载波频率fcar原样保持在作为通常值的fcar1(步骤S402)。根据第四种实施方式的VH峰值降低控制按照上述方式实施。

这里，参照图19，从视觉上说明这种VH峰值降低控制的内容。这里，图19是从视觉上表示根据第四种实施方式的VH峰值降低控制的内容的图示。另外，在该图中，对于和图16重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图19中，在纵轴及横轴上分别表示载波频率fcar及电机相位θ。这时，和图16一样，表示出降低对象相位θ1至θ6。包含降低对象相位的规定范围和图16一样由图中所示的阴影线区域表示。

在根据本实施方式的VH峰值降低控制中，在该图示阴影线区域中，使载波频率fcar为fcar2，在其它相位区域将载波频率fcar保持在fcar1。

其次，参照图20说明本实施方式的效果。这里，图20是在视觉上表示VH峰值降低控制的内容的另外的图示。另外，在该图中，对于和图13重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图20中，图中所示的虚线框表示进行了载波频率fcar的高频化的区域。

这里，如已经说明过的那样，转换器300的各个开关元件的开关状态，由各相电压指令值与载波Car的大小关系决定。从而，当同样地比较各相电压指令值时，载波频率fcar高的一方，开关脉冲幅度变短。如果开关脉冲幅度变短，则平滑电容器C的端子间电压VH上升的时间也变短，结果，能够将VH峰值抑制得较低。

另外，根据本实施方式，由于不管第二电力转换器(升压转换器200或转换器400)的作用如何，都可以抑制VH峰值，所以，可以简化系统结构，提高效率。

<第五种实施方式>

其次，对于本发明的第五种实施方式进行说明。

首先，参照图21，对于根据第五种实施方式的VH峰值降低控制进行说明。这里，图21是根据本发明的第五种实施方式的VH峰值降低控制的流程图。另外，在该图中，对于和图15重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图21中，当控制装置100取得电机相位θ时(步骤S301)，将适当的高次谐波Har叠加到各相电压指令值Vu、Vv及Vw上(步骤S501)。根据第五种实施方式的VH峰值降低控制按上述方式实施。

根据步骤S501的高次谐波Har的叠加，在控制装置100中的转换器控制部140中进行。转换器控制部140是对转换器控制部120增加高次谐波生成部141和加减运算器142的控制部。

这里，参照图22，对于转换器控制部140进行说明。这里，图22是转换器控制部140的框图，另外，在该图中，对于和图4重复的部分赋予相同的附图标记，适当地省略其说明。

在图22中，高次谐波生成部141由各相电压指令值的波形生成高次谐波Har(例如。三次高次谐波)，提供给加减运算器142。这里，参照图23，对于在高次谐波生成部140中生成的高次谐波Har进行说明。这里，图23是表示高次谐波与电机相位θ的关系的图示。

在图23中，高次谐波Har是各相电压指令值的三次高次谐波。这样的高次谐波Har被叠加到作为基本波的各相指令电压波形上。

返回图22，加减运算器142对于三相的每一相设置在两相/三相转换部123与PWM控制部125之间，将所生成的高次谐波分别叠加到与从两相/三相转换部123输出的三相的每一相相对应的电压指令Vu、Vv及Vw上。

在图24中，表示高次谐波叠加之后的各相电压指令值的情况。这里，图24是高次谐波叠加后的电压指令值的概念图。

在图24中，与用虚线表示的基本波(叠加之前的电压指令值)相对，用实线表示高次谐波叠加之后的电压指令值。如图所示，当相对于基本波叠加高次谐波时，波形畸变。其结果是，与载波Car的大小关系变化，各相开关元件的开关定时变化。

这里，特别是，高次谐波生成部141以只在VH峰值变大的部分中的开关脉冲幅度变窄的方式生成要叠加到各相的电压指令值上的高次谐波，通过开关脉冲幅度的变窄，作为抑制端子间电压VH的上升的结果，抑制VH峰值。

另外，为了实现这种利用高次谐波产生的VH峰值的有效抑制，电机相位θ与高次谐波Har的振幅的相关性变得重要。预先通过实验、根据经验或者从理论上求出该相关性，并将其控制映象化并存储在ROM中，以便预先避免在VH峰值变大的定时开关元件进行开关。

本发明并不局限于上述实施方式，在不违反权利要求的范围及从整个说明书中读取的发明的主旨或构思的范围内，能够适当地进行变更，伴随着这种变更的电机驱动系统的控制装置也包含在本发明的技术范围内。

工业上的利用可能性

本发明可以适用于交流电机的驱动控制。

附图标记说明

10···电机驱动系统，100···控制装置，110···升压转换器控制部，120···转换器控制部，200···升压转换器，300···转换器，C···平滑电容器，B···直流电源，M1···三相交流电机。

Claims (6)

1.一种电机驱动系统的控制装置，用于控制电机驱动系统，所述电机驱动系统包括：

直流电源，

三相交流电机，

第一电力转换器，所述第一电力转换器设置在所述直流电源与所述三相交流电机之间，并且包含有与所述三相交流电机的三相的每一相相对应的开关电路、以及相对于该开关电路电并联地配置的平滑电容器，

其中，所述电机驱动系统的控制装置配备有：

推定机构，所述推定机构根据所述三相交流电机的动作条件和与所述三相的每一相相对应的开关电路的开关条件中的至少一个条件，推定在所述平滑电容器的端子间电压VH中产生峰值的峰值产生时刻，其中，所述三相交流电机的动作条件包含与所述三相的每一相相对应的电流及所述三相交流电机的相位中的至少一方，

控制机构，对于从在所述推定的峰值产生时刻之前的时间范围内设定的开始时刻起的规定期间，所述控制机构控制所述第一电力转换器的驱动条件，以使得作为VH峰值的在所述峰值产生时刻的所述端子间电压VH降低，

所述推定机构根据与所述三相的每一相相对应的电流的极性和与所述三相的每一相相对应的开关电路的开关时刻，推定所述峰值产生时刻。

2.如权利要求1所述的电机驱动系统的控制装置，其特征在于，

所述开关时刻是载波电压值与指令电压值相一致的时刻，

所述推定机构，在所述三相的每一相中，将如下所述的时刻推定为所述峰值产生时刻，即：(1)所述电流为正极性、并且在所述指令电压值超过所述载波电压值的时候所述载波电压值与所述指令电压值相一致的第一时刻，以及(2)所述电流为负极性、并且在所述指令电压值低于所述载波电压值的时候所述载波电压值与所述指令电压值相一致的第二时刻。

3.如权利要求1所述的电机驱动系统的控制装置，其特征在于，

所述电机驱动系统配备有第二电力转换器，

作为控制所述第一电力转换器的驱动条件的一种形式，所述控制机构使所述第二电力转换器的驱动条件变化。

4.如权利要求3所述的电机驱动系统的控制装置，其特征在于，

所述第二电力转换器设置在比所述平滑电容器靠所述直流电源侧，并且包含有升压电路，所述升压电路能够将所述直流电源的直流电压升压，并且，能够将所述端子间电压VH维持在规定的VH指令值，

所述控制机构使所述VH指令值降低。

5.如权利要求1所述的电机驱动系统的控制装置，其特征在于，

与所述三相的每一相相对应的开关电路，以开关状态根据载波电压值和指令电压值的大小关系而变化的方式构成，

所述控制机构通过使载波信号的频率向高频侧变化，使所述VH峰值降低。

6.如权利要求1所述的电机驱动系统的控制装置，其特征在于，

与所述三相的每一相相对应的开关电路，以开关状态根据载波电压值和指令电压值的大小关系而变化的方式构成，

所述控制机构使规定的高次谐波与所述指令电压值叠加。