CN103633920A - 用于旋转电机的控制设备和控制方法、旋转电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋转电机的控制设备和控制方法、旋转电机驱动系统。用于具有旋转元件（20）的旋转电机（12）的控制设备（16）包括磁体温度获取部分（60）、冷却剂温度检测部分（62）和温度控制部分（64），该旋转元件（20）包括永磁体（24）。磁体温度获取部分获取关于永磁体的温度的信息。冷却剂温度检测部分检测至少对旋转元件进行冷却的冷却剂的温度。当永磁体的温度小于或等于第一阈值温度并且冷却剂的温度小于或等于第二阈值温度时，温度控制部分执行永磁体的升温控制。

Description

用于旋转电机的控制设备和控制方法、旋转电机驱动系统

技术领域

本发明涉及用于旋转电机的控制设备、旋转电机驱动系统和用于旋转电机的控制方法。

背景技术

在使用永磁体的旋转电机中，存在永磁体的退磁依赖于温度改变的问题。例如，日本专利申请公布第2009-171640号（JP2009-171640A）公开了一种用于电动机的驱动控制设备，该驱动控制设备根据油温或定子温度而估计附接到旋转元件的永磁体的温度，然后基于所估计的永磁体的温度而改变驱动控制模式的应用范围。在JP2009-171640A中，当磁体温度升高时，应用方波控制模式的电动机操作区域被设置得比应用PWM控制的电动机操作区域更宽。在方波控制模式中，由电动机电流的高频分量引起的磁场波动较小，因此涡流较小。在PWM控制中，以高频执行切换控制。

日本专利申请公布第2003-235286号（JP2003-235286A）指出当用于同步旋转电机的控制设备在用于矢量控制的电路方程中根据电枢磁通量估计永磁体的温度时，该估计受到线圈电阻的温度依赖性和d轴电感的d轴电流依赖性等的影响。JP2003-235286A公开了变得可以通过使用同步旋转电机的基波电流和旋转速度以及谐波电压指令值而估计永磁体的温度，而不受上述因素的影响。

此外，日本专利申请公布第2010-93982号（JP2010-93982A）阐述了关于电动机驱动设备，当温度传感器等检测的永磁体的温度超过阈值时，提高用于对切换元件进行切换的载波频率以减小叠加在电动机电流上的纹波电流。

相反，日本专利申请公布第2009-189181号（JP2009-189181A）阐述了关于电动机驱动控制方法，根据电动机电流的值估计磁体温度，并且当磁体温度低于参考温度时，使得载波频率低于通常的载波频率从而提高了纹波电流因而提高了涡流，使得电动机温度将升高。

旋转电机的温度由于其操作而升高。因此，执行对旋转电机进行冷却以便防止永磁体的退磁。降低用于对机器进行冷却的冷却剂的温度对于防止永磁体的退磁是有效的。另一方面，降低冷却剂的温度使得冷却剂的粘性提高。作为粘性提高的结果，旋转电机的旋转负荷提高，因此能量效率降低。因此，期望防止退磁与能量效率改进之间的良好平衡。

发明内容

本发明提供了一种用于旋转电机的控制设备、旋转电机驱动系统和用于旋转电机的控制方法，其中，可以在防止永磁体的退磁的同时改进能量效率。

根据本发明的第一方面的用于旋转电机的控制设备是用于具有旋转元件的旋转电机的控制设备，该旋转元件包括永磁体。该控制设备包括：磁体温度获取部分，获取关于永磁体的温度的信息；冷却剂温度检测部分，检测至少对旋转元件进行冷却的冷却剂的温度；以及温度控制部分。温度控制部分在永磁体的温度小于或等于第一阈值温度并且冷却剂的温度小于或等于第二阈值温度时，执行永磁体的升温控制。

根据上述构造，通过将第一阈值温度设置为没有发生永磁体的退磁的范围内的温度，可以升高永磁体的温度，因此在永磁体的退磁基本上没有可能性的温度范围内升高冷却剂的温度，以使得冷却剂的粘性相应地减小并且改进能量效率。

在本发明的第一方面，可在升温控制中提高连接到旋转电机的驱动电路的系统电压。另外，可在升温控制中将旋转电机的驱动控制模式从方波控制模式改变为正弦波控制模式。

根据上述构造，在正弦波控制模式时，与方波控制模式时相比，驱动信号的高频分量较大并且固定元件的磁场波动较频繁。因此，永磁体的涡流损耗提高，使得永磁体的温度提高，因此对永磁体进行冷却的冷却剂的温度升高。由于此，可以改进能量效率。

在本发明的第一方面，可在升温控制中在旋转电机的各相的驱动电流值之间设置偏移偏差。

根据上述构造，例如三相驱动类型的旋转电机被控制为使得三相的驱动电流的值之和变为零。然而，如果在三相的驱动电流的值之间设置偏移偏差，则三相的驱动电流的值之和不会变为零并且直流（DC）分量电流流动。结果，旋转的永磁体经历了与DC分量电流的发生相当量的磁场波动。因此，在永磁体中发生涡流，永磁体的温度升高并且对永磁体进行冷却的冷却剂的温度升高。因此，可以改进能量效率。

在本发明的第一方面，可在升温控制中将连接到旋转电机的驱动电路使用的载波频率改变为更低载波频率。

根据上述构造，由于载波频率被改变为更低频率，因此叠加在驱动电流上的纹波电流变得较大。纹波电流的提高使得发生在永磁体中的涡流提高，使得永磁体的温度升高，因此对永磁体进行冷却的冷却剂的温度升高。由于此，可以改进能量效率。

在本发明的第一方面，温度控制部分在维持旋转电机的操作点的同时，执行升温控制。

根据上述构造，可以快速地提高永磁体和冷却剂的温度，而不会改变旋转电机的操作状态。

根据本发明的第二方面的旋转电机驱动系统包括：旋转电机，具有包括永磁体的旋转元件；冷却剂温度传感器，检测在旋转电机中流动的冷却剂的温度；控制电路，连接到旋转电机；以及控制设备，对控制电路进行控制。控制设备包括：获取关于永磁体的温度的信息的磁体温度获取部分、检测冷却剂的温度的冷却剂温度检测部分、以及温度控制部分。温度控制部分在永磁体的温度小于或等于第一阈值温度并且冷却剂的温度小于或等于第二阈值温度时，执行永磁体的升温控制。

根据本发明的第三方面的控制方法是用于具有旋转元件的旋转电机的控制方法，该旋转元件包括永磁体。该控制方法包括：获取关于永磁体的温度的信息；检测对旋转元件进行冷却的冷却剂的温度；以及在永磁体的温度小于或等于第一阈值温度并且冷却剂的温度小于或等于第二阈值温度时，执行永磁体的升温控制。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件，并且其中：

图1是示出包括根据本发明的实施例的用于旋转电机的控制设备的、用于旋转电机的驱动系统的图；

图2是示出本发明的实施例中的旋转电机的驱动控制过程的流程图；

图3A至3C是示出本发明的实施例中的没有使用温度传感器来估计永磁体的温度的图；

图4A和4B是示出本发明的实施例中的通过改变系统电压而在旋转电机的控制模式之间切换的图；

图5A至5C是示出本发明的实施例中的在旋转电机的不同相的驱动电流的值之间设置偏移偏差的图；以及

图6A和6B是示出本发明的实施例中的由于逆变器的载波频率的改变而导致的纹波电流幅值改变的图。

具体实施方式

在下文中将参照附图描述本发明的实施例。尽管要安装在车辆中的电动机-发电机以下将被描述为旋转电机，但是本发明中的旋转电机可以是不是安装在车辆中的旋转电机。此外，尽管以下钕磁体将被描述为用在旋转电机中的永磁体，但是永磁体也可以是其它稀土磁体，例如，钐钴系磁体、钐铁氮系磁体等。此外，除了稀土磁体之外，永磁体也可以是铁氧体磁体或阿尔尼科合金磁体。尽管在以下描述中用于对包括永磁体的转子进行冷却的冷却剂是自动变速箱油（ATF），但是冷却剂也可以是除AFT之外的油冷却剂，并且也可以是水冷却剂或气体冷却剂。

尽管将假设在方波控制模式与正弦波控制模式之间切换控制模式进行旋转电机的以下描述，但是可在包括过调制控制模式以及上述两种模式的三种模式之间切换控制模式。在该情况下，如果在逆变器的输出的基波分量固定的情况下系统电压提高，则根据系统电压的提高方向而将控制模式从方波控制模式切换为过调制控制模式，然后从过调制控制模式切换为正弦波控制模式。此外，旋转元件的永磁体的涡流损耗随着控制模式从方波控制模式转变为正弦波控制模式而提高。

以下描述的温度、电压等仅是示例，并且可根据旋转电机控制设备的规范而适当地改变。

在以下描述中，相似的元件在附图中以相似的附图标记来表示，并且将省略冗余描述。此外，在描述中，将根据需要使用之前提及的附图标记。

图1是示出用于车辆的旋转电机驱动系统10的构造的图。旋转电机驱动系统10包括：旋转电机12，安装在车辆中；控制电路14，连接到旋转电机12；以及控制设备16，对控制电路14进行控制。在这里应指出，控制电路14和控制设备16执行控制旋转电机12的操作的功能，并且与用于旋转电机的驱动控制设备相对应。

旋转电机12是安装在车辆中的电动机-发电机，并且是三相同步旋转电机。具体地，旋转电机12在车辆动力运行时用作电动机，并且在车辆制动时用作发电机。

旋转电机12包括圆环固定元件18和旋转元件20。圆环固定元件18具有产生旋转磁场的三相绕组线。旋转元件20被布置成使得由圆环固定元件18包围。顺便提及，旋转元件20也被称为转子。在图1中，旋转电机12的旋转元件20的一部分被分离开并且以截面图示出。顺便提及，以下描述的图5A示出了旋转电机12的示意图中的固定元件18与旋转元件20之间的关系。

在旋转元件20中，永磁体24埋在通过堆叠电磁钢板而形成的转子芯22中，并且旋转轴26沿着转子芯22的中心轴而附接。

在该示例中使用的永磁体24是作为稀土烧结磁体的钕磁体。钕磁体具有磁性随着温度提高而减小的温度特性。该温度特性在温度不是非常高的情况下是可逆的退磁特性。然而，当温度变高时，钕磁体的可逆退磁根据磁体受到的退磁场的强度而发生。随着永磁体24的退磁继续，旋转电机12的输出扭矩减小。永磁体中发生可逆退磁的温度将称为退磁阈值温度。永磁体24的退磁阈值温度是例如140℃。优选地，在等于或低于退磁阈值温度处使用永磁体24。

旋转轴26由设置在电动机壳体（未示出）上的支承物以自由旋转方式支撑。当固定元件的三相的绕组线被提供有预定驱动信号时，固定元件产生旋转磁场，以使得由于旋转磁场与永磁体24的配合相互作用而使得旋转元件20旋转并且将扭矩输出到旋转轴26。

旋转角速度检测部分28是检测旋转轴26的旋转角速度ω的装置，并且检测结果通过适当的信号线被传递到控制设备16。

延伸通过旋转轴26的冷却剂通道30是用于冷却旋转元件20的冷却剂流过的流动路径。冷却剂通道31是从冷却剂通道30分支并且在布置永磁体24的方向上在转子芯22中延伸的流动路径。在冷却剂通道30和31中流动的冷却剂是称为ATF的流体。ATF是被循环到变速箱（图1中未示出）以用于润滑和冷却目的的油流体。ATF具有粘性随着温度减小而提高的温度特性。由于ATF用于旋转电机12和变速箱的润滑，因此ATF的粘性的提高导致旋转电机12和变速箱的负荷提高，因此导致车辆的运行能量效率降低。如果不存在上述能量效率的显著降低效果的温度被设置为能量效率阈值温度，则能量效率阈值温度是例如50℃。优选地，在等于或高于能量效率阈值温度处使用ATF。

冷却剂温度传感器32是检测ATF的温度θc的装置，并且检测结果通过适当的信号线被传递到控制设备16。

控制电路14包括电源电路36、连接到电源电路36的逆变器38、给出扭矩指令值T^＊的扭矩指令部分40、正弦波控制电路42、方波控制电路44和模式切换电路46。

电源电路36是将具有系统电压V_H的直流电力提供到逆变器38的高压直流电源。电源电路36包括诸如装配锂电池、装配镍氢电池、大容量电容器等的电源和适当的电压阶梯升高/阶梯下降电路。这里所使用的系统电压V_H是大约500V至600V。

逆变器38是连接到旋转电机12的固定元件的三相绕组线的电路并且包括多个切换元件、反接二极管等，并且在直流电力与交流电力之间执行电力转换功能。即，当使得旋转电机12用作电动机时，逆变器38执行DC到AC转换功能。当执行DC到AC转换功能时，来自电源电路36侧的直流电力被转换为三相驱动电力并且作为交流驱动电力被提供到旋转电机12。此外，当使得旋转电机12用作发电机时，逆变器38执行AC到DC转换功能。当执行AC到DC转换功能时，来自旋转电机12的三相再生电力被转换为直流电力并且作为充电电力被提供到电源电路36侧。

扭矩指令部分40检测由作为车辆用户的驾驶者执行的加速操作，并且将检测结果作为用户要求的扭矩指令值T^＊给予正弦波控制电路42和方波控制电路44。

正弦波控制电路42是在旋转电机12的控制模式是正弦波控制模式时生成PWM驱动信号并且将该PWM驱动信号提供到逆变器38的电路。正弦波控制电路42是执行电流反馈控制以将电流的实际值反馈回到电流的指令值的电路。正弦波控制电路42包括电流指令生成部分48、电流控制部分50和PWM电路52。

电流指令生成部分48接收扭矩指令值T^＊以及用于矢量控制的d轴电流指令值I_d ^＊和q轴电流指令值I_q ^＊。电流控制部分50通过转换旋转电机12的三相驱动电流的实际值I_U、I_V和I_W，获得d轴实际电流值I_d和q轴实际电流值I_q。此外，电流控制部分50执行比例积分（PI）控制，以使得根据d轴实际电流值I_d和q轴实际电流值I_q获得的d轴电流偏差ΔI_d=（I_d ^＊-I_d）和q轴电流偏差ΔI_q=（I_q ^＊-I_q）分别被设置为零，并且输出d轴电压指令值V_d ^＊和q轴电压指令值V_q ^＊。PWM电路52执行d轴电压指令值V_d ^＊和q轴电压指令值V_q ^＊的脉冲转换，并且输出所获得的三相驱动电压指令值V_U、V_V和V_W。

方波控制电路44是当旋转电机12的控制模式是方波控制模式时，生成方波驱动信号并且将该信号提供到逆变器38的电路。方波控制电路44是执行扭矩反馈控制以将实际扭矩值T反馈回到扭矩指令值T^＊的电路。方波控制电路44包括减法器54、电压相位控制部分56和方波生成部分58。

减法器54根据驱动电流的实际值、驱动电压的实际值和旋转电机12的实际旋转速度获得旋转电机12的实际扭矩值T，并且输出扭矩偏差ΔT=（T^＊-T）。电压相位控制部分56输出指令电压矢量的绝对值|V^＊|和指令电压相位Ψ，以使得扭矩偏差被设置为零。在这里应指出，指令电压矢量的绝对值是如在|V^＊|=(V_d ^＊2+V_q ^＊2)^1/2中算出的值。方波生成部分58输出具有指令电压矢量的绝对值|V^＊|和指令电压相位Ψ的方波驱动信号。

模式切换电路46是如下切换电路：根据预定切换参考确定旋转电机12的控制模式，并且根据所确定的控制模式将逆变器38连接到PWM电路52和方波生成部分58之一。预定切换参考可以是调制因数=|V^＊|/V_H。例如，当调制因数小于或等于0.61时，可进入正弦波控制模式，并且当调制因数大于或等于0.78时，可进入方波控制模式。

当调制因数在0.61至0.78的范围内时，旋转电机12的控制模式可被设置为过调制控制模式。在采用过调制控制模式的情况下，提供过调制驱动信号的过调制控制电路设置在控制电路14中。过调制控制电路具有与正弦波控制电路42基本上相同的构造，除了在PWM电路52中应用的调制因数在0.61至0.78的范围内之外，因此省略了其详细描述。

控制设备16是整体对控制电路14的行为进行控制的设备。在实施例中，控制设备16通过调整永磁体24的温度与冷却剂的温度之间的平衡，执行用于改进车辆的能量效率的控制，同时抑制永磁体24的退磁。

控制设备16包括：磁体温度获取部分60，获取关于永磁体24的温度的信息；冷却剂温度检测部分62，检测冷却剂的温度；以及温度控制部分64。温度控制部分64根据永磁体24的温度和冷却剂的温度执行用以提高永磁体24的温度控制，即，用于抑制永磁体24的温度提高的控制。该控制可以通过执行软件程序来实现，并且具体地，可以通过执行旋转电机驱动控制程序来实现。替选地，可通过硬件来实现控制的一部分。

将参照图2至图6B详细描述上述构造的操作。图2是示出用于改进车辆的能量效率同时抑制永磁体24的退磁的旋转电机驱动控制的过程的流程图。图2所示的各个步骤对应于旋转电机驱动控制程序的处理步骤。

在该过程中，控制设备16通过例如使用矢量控制中的电压方程的计算来获取旋转电机12的q轴电压指令值V_q ^＊、q轴实际电压值V_q和旋转角速度ω，以便估计磁体温度（S10）。q轴电压指令值V_q ^＊可以根据电流控制部分50的输出或电压相位控制部分56的输出获取。q轴实际电压值V_q可以通过转换逆变器38的三相电压输出V_U、V_V和V_W来获得。旋转角速度ω可以根据由旋转角速度检测部分28检测的值获取。

接下来，通过基于根据所获取的值V_q ^＊、V_q和ω的计算进行估计来获取永磁体24的温度（温度值）θ_M（S12）。该处理步骤由控制设备16的温度获取部分60来执行。顺便提及，温度传感器没有用于获取永磁体24的温度θ_M，这是由于永磁体24所埋入的旋转元件20旋转因此难以从温度传感器引出信号线。图3A至图3C是如下图：该图示出基于预先获得的反电动势力和温度的关系表达式、根据q轴电压指令值V_q ^＊、q轴实际电压值V_q和旋转角速度ω计算反电动势力并且估计永磁体24的温度θ_M。

图3A是示出永磁体24的温度θ_M与反电动势力之间的关系的图。可通过实验、仿真等预先获得示出该关系的数据。示出该关系的数据可以以图、查找表、关系表达式等的形式来提供。关系数据存储在控制设备16的适当存储器中，并且在需要时被读出。

图3B是示出在参考温度θ₀处矢量控制中的各个分量的图，并且图3C是示出在任意温度θ₁处矢量控制中的各个分量的图。参考温度θ₀可以是施加q轴电压指令值V_q ^＊的温度，例如，常温。

在图3B和图3C中，使用矢量控制中的电压方程V_q=ωφ+ωL_dI_d。在该方程中，φ是磁通量，并且L_d是旋转电机12的d轴电感。在图3B中，φ被示出为温度θ₀处的磁通量。在图3C中，φ’被示出为温度θ₁处的磁通量。在永磁体24的温度θ_M从温度θ₀升高到温度θ₁时发生的退磁的因数是{1-(φ’/φ)}。顺便提及，反电动势力以ωφ表示。

在图3B所示的温度θ₀的图中，磁通量以φ来表示，并且q轴电压值以Vq=Vq^＊表示。因此，由于电压方程如上所述是V_q=ωφ+ωL_dI_d，因此图3B示出了关系ωφ=V_q-ωL_dI_d。在图3C所示的温度θ₁处的图中，磁通量是φ’，并且q轴电压是V_q=V_q’。在该情况下，由于电压方程是V_q’=ωφ’+ωL_dI_d，因此图3C示出了关系ωφ’=V_q’-ωL_dI_d。

根据图3B与图3C之间的比较，可以理解，由于ωL_dI_d是常数而与从θ₀到θ₁的温度改变无关，因此可以根据（V_q-V_q’）获得ω(φ-φ’)。注意，反电动势力的改变以ω(φ-φ’)来表示。可以通过测量q轴电压值的改变来获得由于温度改变而导致的反电动势力的改变。如果获得了反电动势力的改变，则可以通过使用图3A所示的关系而获得与反电动势力的改变对应的温度改变。因此，可以通过基于计算的估计来获取永磁体24的温度θ_M，而无需使用温度传感器。顺便提及，可通过除计算之外的方法（例如，参考图等）来得到永磁体24的温度θ_M。

返回参照图2，在通过计算获取到所估计的永磁体24的温度θ_M之后，检测冷却剂温度θ_C（S14）。由控制设备16的冷却剂温度检测部分62来执行该处理步骤。可以通过接收由冷却剂温度传感器32提供的检测数据来获取冷却剂温度（冷却剂温度值）θ_C。顺便提及，可在步骤S10和S12之前执行步骤S14。

在获取到永磁体24的估计温度θ_M和冷却剂温度θ_C之后，根据温度θ_M和θ_C执行升温控制（S18）、保护控制（S22）和普通控制（S24）之一。这些控制由控制设备16的温度控制部分64来执行。

确定温度θ_M是否小于或等于第一阈值温度以及冷却剂温度θ_C是否小于或等于第二阈值温度（S16）。如果在S16中做出肯定确定，则执行S18中的升温控制。升温控制是当温度θ_M足够低以使得温度的升高不可能导致退磁以及冷却剂温度θ_C过度低以使得冷却剂的粘性较高从而能量效率较低时执行的温度控制。

因此，适当的是，关于永磁体24的估计温度θ_M的第一阈值温度充分低于退磁阈值温度。如果退磁阈值温度是140℃，则适当的是，第一阈值温度为大约旋转电机12的服务温度。如果旋转电机12的服务温度是75℃，则第一阈值温度可被设置为75℃。当然，如果关于估计温度θ_M的第一阈值温度充分低于140℃，则第一阈值温度可高于75℃，或者可相反地低于75℃。适当的是，第一阈值温度的下限大于或等于永磁体24的较低保证温度。在钕磁体的情况下较低保证温度是例如-40℃。

适当的是，关于冷却剂温度θ_C的第二阈值温度是能量效率阈值温度。如果能量效率阈值温度是50℃，则第二阈值温度被设置为50℃。当然，由于满足关于冷却剂温度θ_C的第二阈值温度大于或等于能量效率阈值温度，因此第二阈值温度也可大于或等于50℃。

升温控制可包括：通过提高系统电压V_H将旋转电机12的驱动控制模式从方波控制模式改变为正弦波控制模式；提供旋转电机12的三相驱动电流值之间的偏移偏差；以及将用在作为旋转电机12的驱动电路的逆变器38中的载波频率改变为更低频率。稍后将参照图4A至图6B描述这些控制内容。

如果在S16中做出了否定确定，则确定温度θ_M是否大于退磁阈值温度（S20）。在上述示例中，退磁阈值温度是140℃。如果在S20中做出肯定确定，则表示存在永磁体24的退磁可能性，因此执行保护控制（S22）。在保护控制中，减小系统电压V_H。在上述示例中，系统电压V_H的范围从大约500V到大约600V。因此，即使系统电压V_H减小，系统电压V_H在保护控制中也不小于500V。这抑制了由旋转电机12的操作引起的发热，并且降低了永磁体24的温度。

如果在S20中做出了否定确定，则执行普通旋转电机驱动控制（S24）。如果在S16中做出了否定确定并且在S20中也做出了否定确定，则表示温度θ_M大于或等于第一阈值温度并且小于或等于退磁阈值温度。在上述示例中，温度θ_M大于或等于75℃并且小于或等于140℃。如果温度θ_M和冷却剂温度θ_C没有相当大的差，则冷却剂温度θ_C大于或等于能量效率阈值温度。因此，不存在升高永磁体24的温度θ_M以升高冷却剂的温度θ_C的特别需要。即，由于没有发生退磁并且能量效率没有降低，因此可继续普通旋转电机驱动控制。

通过如上所述根据温度θ_M和冷却剂温度θ_C的状态以适当方式选择性地使用升温控制（S18）、保护控制（S22）和普通控制（S24），可以改进能量效率同时抑制永磁体24的退磁，从而保护永磁体24。此外，可以优化冷却剂的温度调整和永磁体24的保护。

接下来，参照图4A至图6B，将描述升温控制的内容。图4A和图4B是示出通过提高系统电压V_H并将旋转电机12的驱动控制模式从方波控制模式改变为正弦波控制模式来升高永磁体24的温度的图。

图4A示出了系统电压V_H已较高并且已进入PWM控制模式的情况，并且图4B示出了系统电压V_H已较低并且已进入方波控制模式的情况。在这些图中，水平轴表示时间，并且在图4A和图4B的左侧部分中示出了逆变器38的输出中的基波分量的波形70以及载波信号的波形72和76。此外，图4A和图4B的右侧部分示出了基波分量的波形70与载波信号的波形72和76之间的比较和波形70、72和76到脉冲形式或方波形式的转换（即，脉冲转换或方形转换）的结果。

逆变器38的输出中的基波分量的波形70是当无视彼此相位相差120度的三相驱动信号之间的相位差时获得的信号波形，并且是在执行PWM电路52中的脉冲转换或方波生成电路58中的方形转换之前的模拟信号波形。其循环周期是旋转电机12的旋转周期。在这里应指出，如果系统电压V_H改变，则基波分量的波形70不改变。即，系统电压V_H改变，而维持旋转电机12的操作点。具体地，如果在图2的S16中做出了肯定确定，则简单地将系统电压V_H从V_H1改变为V_H2。

当基波分量的波形70不存在改变时，电压指令值的绝对值|V^＊|=(V_d ^＊2+V_q ^＊2)^1/2不存在改变。应指出，如果系统电压V_H改变，则调制因数=|V^＊|/V_H改变。如果系统电压V_H从小的值V_H1改变为大的值V_H2，则调制因数减小。因此，旋转电机12的控制模式从方波控制模式改变为正弦波控制模式。在图4A和图4B所示的示例中，控制模式在系统电压为V_H1时是方波控制模式，并且控制模式在系统电压V_H改变为大的值V_H2时改变为正弦波控制模式。例如，在系统电压V_H1=500V时，调制因数是0.78，并且控制模式是方波控制模式。如果由于改变为系统电压V_H2=600V而调制因数变得小于或等于0.61，则模式切换电路46将控制模式自动改变为正弦波控制模式。

由于逆变器38是输出被提供到产生固定元件的旋转磁场的各个绕组线的驱动信号的电路，因此在图4A和图4B的右侧部分所示的在脉冲转换之后获得的波形74和方形转换之后获得的波形78示出了固定元件的旋转磁场频繁地波动。如图4A和图4B所示，在正弦波控制模式中的脉冲转换之后的信号波动比在方波控制模式中的方形转换之后的信号波动更频繁。因此，在正弦波控制模式时，驱动信号的波动在高频波侧更多，并且固定元件的磁场的波动比方波控制模式时更频繁。

一般地，涡流损耗与频率f、磁通密度B和电磁钢板厚度t的乘积的平方（即，(fBt)²）成比例。如果固定元件的磁场的波动发生频率以f来表示，则与方波控制模式期间相比，在正弦波控制模式期间发生频率f较大，从而使得永磁体24的涡流损耗提高。因此，永磁体24的温度θ_M提高，并且对永磁体24进行冷却的冷却剂的冷却剂温度θ_M升高。以此方式，可以减小冷却剂的粘性，并且可以改进车辆的能量效率。

图5A至图5C是示出通过提供旋转电机12的相驱动电流的值之间的偏移偏差来升高永磁体24的温度的图。图5A是旋转电机12的示意图，其示出了环形固定元件18和由固定元件18包围的旋转元件20。三相驱动电流I_U、I_V和I_W被提供到固定元件18的三相绕组线。图5B是水平轴表示时间的图，其示出了在普通控制期间三相驱动电流I_U、I_V和I_W之间的关系。如图5B所示，三相驱动电流在相位上彼此移位120度，但是具有相同的信号波形。因此，执行控制以使得三相驱动电流值之和（I_U+I_V+I_W）为零。

图5C是示出相对于其它两个电流I_U和I_V为电流I_W设置偏移偏差I_OFFSET的示例的图。如果以此方式在三相驱动电流值之间设置偏移偏差，则三相驱动电流值之和不是零，以使得流动DC分量电流。在该情况下，旋转电机12的操作点没有改变而是被维持。可以通过改变驱动电流的偏置值的设置来设置偏移偏差。替代地，也可利用为用于检测每相的驱动电流的电流传感器原始提供的传感器偏移。在普通控制期间，使得传感器偏移为零，以便保证良好的电流检测精度。如果不执行使得传感器偏移为零的控制，则自然产生偏移偏差。

由偏移偏差产生的DC分量电流因此引起旋转永磁体24的磁场的波动，使得在永磁体24中发生涡流。结果，永磁体24的温度升高，并且用于对永磁体24进行冷却的冷却剂的温度也升高。以此方式，可以减小冷却剂的粘性以改进车辆的能量效率。

图6A和图6B是示出通过减小用于逆变器38的载波频率来升高永磁体24的温度的图，其中逆变器38是旋转电机12的驱动电路。用在逆变器38中的载波频率是以上参照图4A和图4B描述的载波信号的波形72和76的频率。

图6A和图6B中的每个是其水平轴表示时间的图，其示出了叠加在驱动电流上的纹波电流。图6A示出了载波频率高的情况，并且图6B示出了载波频率低的情况。如图6A和图6B所示，如果载波频率减小，则叠加在驱动电流上的纹波电流提高。顺便提及，与载波频率的改变无关，旋转电机12的操作点不会改变。

如果纹波电流提高，则发生在永磁体24中的涡流提高，以使得永磁体的温度升高，因此对永磁体进行冷却的冷却剂的温度升高。以此方式，可以减小冷却剂的粘性以改进车辆的能量效率。

如上所述，系统电压的改变、偏移电流偏差的设置以及载波频率的改变是允许维持旋转电机的操作点的优选示例。

Claims (13)

1.一种用于具有旋转元件（20）的旋转电机（12）的控制设备（16），所述旋转元件（20）包括永磁体（24），所述控制设备的特征在于包括：

磁体温度获取部分（60），获取关于所述永磁体的温度的信息；

冷却剂温度检测部分（62），检测至少对所述旋转元件进行冷却的冷却剂的温度；以及

温度控制部分（64），当所述永磁体的温度小于或等于第一阈值温度并且所述冷却剂的温度小于或等于第二阈值温度时，执行所述永磁体的升温控制。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，

在所述升温控制中，提高连接到所述旋转电机的驱动电路（38）的系统电压，以及

在所述升温控制中，将所述旋转电机的驱动控制模式从方波控制模式改变为正弦波控制模式。

3.根据权利要求1所述的控制设备，其中，

在所述升温控制中，在所述旋转电机的各相的驱动电流值之间设置偏移偏差。

4.根据权利要求1所述的控制设备，其中，

在所述升温控制中，将连接到所述旋转电机的驱动电路使用的载波频率改变为更低载波频率。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制设备，其中，

所述温度控制部分在维持所述旋转电机的操作点的同时，执行所述升温控制。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的控制设备，其中，

所述第一阈值温度低于在所述永磁体中发生不可逆退磁的退磁阈值温度。

7.一种旋转电机驱动系统（10），其特征在于包括：

旋转电机（12），具有旋转元件（20），所述旋转元件（20）包括永磁体（24）；

冷却剂温度传感器（32），检测在所述旋转电机中流动的冷却剂的温度；

控制电路（14），连接到所述旋转电机；以及

控制设备（16），对所述控制电路进行控制，

其中，所述控制设备包括获取关于所述永磁体的温度的信息的磁体温度获取部分（60）、检测所述冷却剂的温度的冷却剂温度检测部分（62）和温度控制部分（64），以及

其中，当所述永磁体的温度小于或等于第一阈值温度并且所述冷却剂的温度小于或等于第二阈值温度时，所述温度控制部分执行所述永磁体的升温控制。

8.一种用于具有旋转元件（20）的旋转电机（12）的控制方法，所述旋转元件（20）包括永磁体（24），所述控制方法的特征在于包括：

获取关于所述永磁体的温度的信息；

检测对所述旋转元件进行冷却的冷却剂的温度；以及

当所述永磁体的温度小于或等于第一阈值温度并且所述冷却剂的温度小于或等于第二阈值温度时，执行所述永磁体的升温控制。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，

在所述升温控制中，提高连接到所述旋转电机的驱动电路（38）的系统电压，以及

在所述升温控制中，将所述旋转电机的驱动控制模式从方波控制模式改变为正弦波控制模式。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其中，

在所述升温控制中，在所述旋转电机的各相的驱动电流值之间设置偏移偏差。

11.根据权利要求8所述的控制方法，其中，

在所述升温控制中，将连接到所述旋转电机的驱动电路使用的载波频率改变为更低载波频率。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的控制方法，其中，

在维持所述旋转电机的操作点的同时，执行所述升温控制。

13.根据权利要求8至11中任一项所述的控制方法，其中，

所述第一阈值温度低于在所述永磁体中发生不可逆退磁的退磁阈值温度。

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