CN104038126B - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机控制装置（1），其控制电动机（2）的动作，该电动机经由能够使其与车轮（4）之间的转矩传递断续的离合器（3）与该车轮（4）连结。电动机控制装置具备输出电动机控制信号（S_m）的微型电子计算机（11）、基于电动机控制信号（S_m）向电动机（2）供给驱动电力的驱动电路（12）、和设于将驱动电路与驱动用电源（15）连接的电源线（Lp）的中途的电容器（C）。微型电子计算机在驱动继电器（16）断开之后，通过以由离合器（3）将电动机（2）与车轮（4）之间的转矩传递切断的状态，对电动机供给基于电容器（C）所积蓄的电荷的电力以使电动机产生转矩且角速度为规定角速度以下，来进行电容器（C）的放电。

Description

电动机控制装置

本申请基于2013年3月8日在日本申请的NO.2013-046928号主张优先权，通过引用其全部内容而将该申请包含到本说明书中。

技术领域

本发明涉及电动机控制装置。

背景技术

一般，在电动汽车、混合动力汽车等将电动机用作车辆行驶用驱动源的车辆中，对该电动机的控制装置而言，在将其驱动电路与外部电源连接的电源线（电力供给路径）的中途设有电源继电器等开闭器。而且，通过该开闭器接通动作而使得电源线导通，能够向电动机供给电力。另外，在这样的电动机控制装置中，在上述电源线的中途设有用于实现电流平滑化等的电容器。

这里，从安全性等观点出发，需要在点火开关为断开状态、开闭器断开之后，对电容器中积蓄的电荷进行放电。在以往的电动机控制装置中，虽然设有用于对电容器的电荷进行放电的放电电路，但由于设置这样的放电电路，难以避免电动机控制装置大型化。

鉴于此，例如在日本特开平11-89264号公报中公开了一种通过在开闭器断开之后使电容器中积蓄的电荷流向电动机，来进行该电容器的放电的电动机控制装置。详细而言，在日本特开平11-89264号公报中公开了将基于电容器的电荷的电力向电动机进行供给以使电动机产生转矩从而来进行放电的方法、和将基于电容器的电荷的电力向电动机进行供给而不使电动机产生转矩从而来进行放电的方法。在前者的方法中，具有能够在抑制电阻发热的同时进行放电这一优点，在后者的方法中，具有能够不使电动机旋转地进行放电这一优点。

然而，在电动机是车辆行驶用的驱动源的情况等、当开闭器断开后不希望电动机旋转的情况下，通过向电动机供给电力而不使电动机产生转矩的上述日本特开平11-89264号公报的后者的方法来进行放电，电阻发热容易成为问题。

另一方面，在电动汽车、混合动力汽车等车辆中，在成为驱动源的电动机与车轮之间设有离合器等使转矩传递断续的断续机构。当如此在电动机与构成负载的被驱动体之间设有断续机构时，通过在进行电容器的放电时预先切断电动机与被驱动体之间的转矩传递，能够利用向电动机供给电力以使电动机产生转矩的上述日本特开平11-89264号公报的前者的方法来抑制电阻发热，同时进行电容器的放电。

但是，如果在作为断续机构的离合器被释放而将电动机与被驱动体之间切断为不能传递转矩的状态下对电动机供给电力，则与在离合器结合而将电动机与被驱动体之间连接成能够传递转矩的状态下向电动机供给电力的情况不同，电动机有可能以过快的角速度（旋转角速度）旋转。结果，有可能对电动机本身、其外围部件例如轴承等施加过大的负担，在该方面尚且存在改善的余地。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种能够在抑制电阻发热并且抑制对电动机等施加过大负担的同时进行电容器的放电的电动机控制装置。

本发明的一个方式的电动机控制装置用于对电动机的动作进行控制，该电动机经由能够使其与被驱动体之间的转矩传递断续的断续机构与该被驱动体连结，所述电动机控制装置具有：控制电路，其输出用于对所述电动机的动作进行控制的电动机控制信号；驱动电路，其基于所述电动机控制信号对所述电动机供给驱动电力；和电容器，其设在将所述驱动电路与外部电源连接的电源线的中途。所述控制电路用于在设于所述电源线的中途的开闭器断开之后，通过以由所述断续机构使所述电动机与所述被驱动体之间的转矩传递切断了的状态，将由所述电容器所积蓄的电荷产生的电力向所述电动机供给而使电动机产生转矩，来进行该电容器的放电，所述控制电路在所述电容器放电时控制向所述电动机供给的电力，以使所述电动机的角速度为规定角速度以下。

根据上述构成，由于向电动机供给电力以使电动机产生转矩，所以能够在抑制电阻发热的同时进行电容器的放电。而且，在上述构成中，由于在进行电容器的放电时控制成电动机的角速度为规定角速度以下，所以即使电动机与被驱动体之间的转矩传递被切断的电动机以无负载的状态对电动机供给电流，也能够防止电动机以过快的角速度旋转。由此，能够抑制对电动机本身、其外围部件等施加过大的负担。

附图说明

基于下述附图，可以更加清楚上述特征以及本发明的有益效果。在各附图中，对相同或相似的要素赋予相同的附图标记。

图1是表示电动机控制装置以及其外围构成的概略的框图。

图2是表示微型电子计算机的概略的框图。

图3是表示电流指令值运算部的概略的框图。

具体实施方式

以下，根据附图对电动机控制装置的一个实施方式进行说明。

图1所示的电动机控制装置1用于对作为电动汽车、混合动力汽车等车辆行驶用的驱动源而使用的电动机2的动作进行控制。该电动机2经由作为断续机构的离合器3与作为被驱动体的车轮4连结。通过离合器3成为结合状态，电动机2与车轮4之间连接成能够传递转矩，通过离合器3成为释放状态，电动机2与车轮4之间被切断为不能传递转矩。其中，本实施方式的电动机2采用了无刷电动机。

如该图所示，电动机控制装置1具备：输出电动机控制信号S_m的作为控制电路的微型电子计算机11、和基于由微型电子计算机11输出的电动机控制信号S_m来向电动机2供给驱动电力的驱动电路12。本实施方式的驱动电路12采用了以串联连接的一对开关元件（例如FET等）为基本单位，并将它们与各相的电动机线圈5u、5v、5w对应地并联连接而成的公知的PWM逆变器，微型电子计算机11输出的电动机控制信号S_m用于规定各开关元件的接通断开状态。而且，通过各开关元件响应于电动机控制信号而接通断开，切换向各相的电动机线圈5u、5v、5w的通电模式，由此向电动机2输出三相的驱动电力。

微型电子计算机11经由电源线Ls与控制用电源（电池）13连接。在电源线Ls的中途设有将由机械式继电器构成的控制继电器14a、14b并联连接而成的继电器电路14。由此，电源线Ls通过控制继电器14a、14b的至少一方成为接通状态而导通，通过控制继电器14a、14b双方成为断开状态而被切断成不能通电。而且，微型电子计算机11通过电源线Ls导通而被从控制用电源13供给驱动电力来进行动作。

驱动电路12经由电源线Lp与作为外部电源的驱动用电源（电池）15连接。电源线Lp上连接着为了使被施加到该电源线Lp的电流平滑的电容器C，并且在比电容器C靠驱动用电源15侧设有作为开闭器的由机械式继电器构成的驱动继电器16。由此，电源线Lp通过驱动继电器16成为接通状态而导通，通过驱动继电器16成为断开状态而被切断为不能通电。驱动电路12通过电源线Lp导通，能够将基于驱动用电源15的电压的驱动电力向电动机2供给。

微型电子计算机11被输入表示车辆的加速器踏板（省略图示）的踩踏量的加速器开度ACCP等车辆信号、以及表示车辆的点火开关（IG）的接通断开状态的点火信号S_ig。微型电子计算机11被输入由电流传感器17u、17v、17w检测的电动机2的各相电流值Iu、Iv、Iw、由旋转角传感器18检测的电动机2的旋转角θ、以及由电压传感器19检测的电容器C的电容器电压Vc。

微型电子计算机11基于被输入的各状态量输出电动机控制信号S_m、继电器控制信号S_rs、S_rp、以及离合器控制信号S_cl，来控制电动机2、离合器3、控制继电器14a以及驱动继电器16的动作。其中，控制继电器14b被直接输入点火信号S_ig。控制继电器14b在点火信号S_ig表示IG接通的情况下按照成为接通状态的方式进行动作（接通动作），在点火信号S_ig表示IG断开的情况下按照成为断开状态的方式进行动作（断开）。

详细而言，如图2所示，微型电子计算机11具备输出电动机控制信号S_m的电动机控制部21、输出继电器控制信号S_rs、S_rp的继电器控制部22、和输出离合器控制信号S_cl的离合器控制部23。

电动机控制部21被输入加速器开度ACCP等车辆信号。电动机控制部21具备：电流指令值运算部31，其运算作为针对电动机2供给的电力的目标值的电流指令值（q轴电流指令值Iq*）；和电动机控制信号输出部32，其基于电流指令值输出电动机控制信号S_m。

如图3所示，电流指令值运算部31中设有第一指令值运算部41，该第一指令值运算部41被输入上述加速器开度ACCP等车辆信号。第一指令值运算部41基于加速器开度ACCP等车辆信号运算与目标转矩对应的第一指令值Iτ*。电流指令值运算部31中设有后述的第二指令值运算部42以及切换控制部43，在点火信号S_ig表示IG接通的情况下，第一指令值Iτ*作为与旋转角θ相伴的二相旋转坐标系（d/q坐标系）中的q轴电流指令值Iq*被输出至电动机控制信号输出部32。其中，d轴电流指令值Id*被固定为零（Id*＝0）。

如图2所示，电动机控制信号输出部32被输入上述电流指令值运算部31运算的q轴电流指令值Iq*、和各相电流值Iu、Iv、Iw以及旋转角θ。电动机控制信号输出部32通过基于这些各状态量执行d/q坐标系中的电流反馈控制，来运算向上述驱动电路12输出的电动机控制信号S_m。

具体而言，对电动机控制信号输出部32输入的各相电流值Iu、Iv、Iw被输入至d/q变换部33。d/q变换部33通过基于旋转角θ将各相电流值Iu、Iv、Iw映射到d/q坐标上，来运算d轴电流值Id以及q轴电流值Iq。接着，q轴电流值Iq与由电流指令值运算部31输入的q轴电流指令值Iq*一同被输入至减法器34q，d轴电流值Id与d轴电流指令值Id*一同被输入至减法器34d。然后，各减法器34d、34q运算d轴电流偏差ΔId以及q轴电流偏差ΔIq。

这些d轴电流偏差ΔId以及q轴电流偏差ΔIq分别被输入至对应的F/B（反馈）控制部35d、35q。这些各F/B控制部35d、35q为了使作为实际电流值的d轴电流值Id以及q轴电流值Iq追踪d轴电流指令值Id*以及q轴电流指令值Iq*，通过对d轴电流偏差ΔId以及q轴电流偏差ΔIq分别乘以规定的增益，来运算d轴电压指令值Vd*以及q轴电压指令值Vq*。

这些d轴电压指令值Vd*以及q轴电压指令值Vq*与旋转角θ一同被输入至d/q逆变换部36。d/q逆变换部36通过基于旋转角θ将d轴电压指令值Vd*以及q轴电压指令值Vq*映射到三相的交流坐标上来运算三相的相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。接着，这些各相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*被输入至PWM变换部37。PWM变换部37运算基于各相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*的DUTY指令值，并且生成具有该各DUTY指令值所表示的接通DUTY比的电动机控制信号S_m，并输出至上述驱动电路12。由此，与电动机控制信号S_m对应的驱动电力被输出至电动机2，与驱动电力对应的电动机转矩经由离合器3传递至车轮4。

继电器控制部22被输入点火信号S_ig以及由电压传感器19（参照图1）检测的电容器电压Vc。继电器控制部22在点火信号S_ig表示IG接通的情况下，输出继电器控制信号S_rs、S_rp以使控制继电器14a以及驱动继电器16进行接通动作。另一方面，在点火信号S_ig表示IG断开的情况下，首先输出继电器控制信号S_rp以使驱动继电器16断开。然后，在电容器电压Vc变为预先设定的规定电容器电压Vcth以下的情况下，输出继电器控制信号S_rs以使控制继电器14a断开。

离合器控制部23被输入点火信号S_ig。离合器控制部23在点火信号S_ig表示IG接通的情况下，输出离合器控制信号S_cl以使离合器3成为结合状态。另一方面，在点火信号S_ig表示IG断开的情况下，输出离合器控制信号S_cl以使离合器3成为释放状态。

这里，在点火开关被驾驶员断开而停止向电动机2供给驱动电力时，微型电子计算机11通过将由电容器C所积蓄的电荷产生的电力向电动机2供给以使电动机产生转矩（不使q轴电流指令值Iq*为零），来进行该电容器C的放电。此时，本实施方式的微型电子计算机11对向电动机2供给的电力进行控制，以使电动机2的角速度ω成为规定角速度ωth以下。其中，规定角速度ωth被设定为在离合器3的结合状态下电动机2能够旋转的最大角速度以下，且被设定为比在离合器3的释放状态、即不对电动机2作用负载的状态下能够旋转的最大角速度足够小的角速度。

详细而言，如图3所示，电流指令值运算部31中除了上述第一指令值运算部41之外，还设有第二指令值运算部42以及切换控制部43，第二指令值运算部42中设有运算作为电动机2的目标角速度的角速度指令值ω*的角速度指令值运算部45。第二指令值运算部42为了使电动机2的角速度ω追踪由角速度指令值运算部45运算出的角速度指令值ω*，通过执行速度反馈控制，来运算在电容器C放电时针对电动机2供给的电力的目标值即第二指令值Iω*。

具体而言，角速度指令值运算部45将上述规定角速度ωth以下的值作为角速度指令值ω*输出给减法器46。该减法器46被输入角速度指令值ω*和对由旋转角传感器18（参照图1）检测的旋转角θ进行微分而得到的电动机2的角速度（旋转角速度）ω。在本实施方式中，由微型电子计算机11以及旋转角传感器18构成了角速度检测器。减法器46运算角速度指令值ω*与角速度ω的差量的角速度偏差Δω，并输出给F/B控制部47。F/B控制部47为了使角速度ω追踪角速度指令值ω*，通过对角速度偏差Δω乘以规定的增益，来运算第二指令值Iω*，并输出给切换控制部43。

切换控制部43被输入点火信号S_ig、继电器控制信号S_rp以及离合器控制信号S_cl。切换控制部43在点火信号S_ig表示IG接通的情况下，输出第一指令值Iτ*作为q轴电流指令值Iq*。另一方面，在点火信号S_ig表示IG断开，并且继电器控制信号S_rp是使驱动继电器16断开且离合器控制信号S_cl是使离合器3成为释放状态的信号的情况下，输出第二指令值Iω*作为q轴电流指令值Iq*。由此，在进行电容器C的放电时，电动机2的角速度ω为规定角速度ωth以下那样的q轴电流指令值Iq*被输出给上述电动机控制信号输出部32。

对本实施方式的作用进行说明。

如果点火开关被驾驶员断开，则控制继电器14b以及驱动继电器16断开并且离合器3成为释放状态。另外，从微型电子计算机11对驱动电路12输出基于使电动机2的角速度ω为规定角速度ωth以下那样的q轴电流指令值Iq*（第二指令值Iω*）的电动机控制信号S_m。由此，由电容器C所积蓄的电荷产生的电力使电动机2产生转矩且角速度ω为规定角速度ωth以下来进行控制和供给，从而使电容器C放电。如果电容器电压Vc变为规定电容器电压Vcth以下，则控制继电器14a断开，停止向微型电子计算机11供给电力而使得电动机控制装置1停机。

对本实施方式的有益效果进行说明。

由于将由电容器C所积蓄的电荷产生的电力向电动机2供给以使电动机产生转矩，所以能够在抑制电阻发热的同时进行电容器C的放电。在本实施方式中，由于当进行电容器C的放电时，控制成电动机2的角速度ω为规定角速度ωth以下，所以即使在将电动机2与车轮4之间的转矩传递切断的状态下向电动机2供给电力，也能够防止电动机2以过快的角速度ω旋转。由此，能够抑制对电动机2本身、其外围部件例如轴承等施加过大的负担。

此外，上述实施方式也能够通过对其适当变更后的以下方式来实施。

·在上述实施方式中，通过执行速度反馈控制，来在进行电容器C的放电时对该电动机2供给电力，以使电动机2的角速度ω为规定角速度ωth以下。但并不局限于此，也可以鉴于电动机2的角速度ω与对该电动机2的施加电压成比例，通过在进行电容器C的放电时，例如将各相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*固定为规定电压（电动机2的角速度ω成为规定角速度ωth以下那样的电压）以下来对电动机2供给电力，由此使电动机2的角速度ω成为规定角速度ωth以下。此外，该情况下，也可以不检测电动机2的旋转角θ（角速度ω）。

·在上述实施方式中，也可以设置对驱动继电器16的接通断开状态进行检测的继电器传感器，并将基于来自该继电器传感器的信号判定为驱动继电器16是断开状态追加为切换控制部43输出第二指令值Iω*作为q轴电流指令值Iq*的条件。另外，还可以设置对离合器3的状态进行检测的离合器传感器，并将基于来自该离合器传感器的信号判定为离合器3是释放状态追加为切换控制部43输出第二指令值Iω*作为q轴电流指令值Iq*的条件。

·在上述实施方式中，成为微型电子计算机11具备继电器控制部22的构成，但并不局限于此，也可以采用与电动机控制装置1独立地设置对控制继电器14a以及驱动继电器16的动作进行控制的控制装置，使得微型电子计算机11不具备继电器控制部22的构成。同样，也可以采用与电动机控制装置1独立地设置对离合器3的动作进行控制的控制装置，使得微型电子计算机11不具备离合器控制部23的构成。其中，在这些情况下，将基于来自继电器传感器的信号判定为驱动继电器16是断开状态、或者基于来自离合器传感器的信号判定为离合器3是释放状态追加为切换控制部43输出第二指令值Iω*作为q轴电流指令值Iq*的条件。

·在上述实施方式中，作为开闭器的驱动继电器16采用了机械式的继电器，但并不局限于此，例如也可以使用FET（场效应晶体管）等开关元件。同样，控制继电器14a、14b也可以使用FET等开关元件。

·在上述实施方式中，电动机2使用了无刷电动机，但并不局限于此，例如也可以使用带电刷的直流电动机。

·在上述实施方式中，利用电动机控制装置1对与车轮4连结的电动机2的动作进行了控制，但并不局限于此，也可以控制其他用途所使用的电动机的动作。

接下来，对能够从上述各实施方式以及变形例来掌握的技术思想进行记录。

所述控制电路为了使由角速度检测器检测的所述电动机的角速度追踪目标角速度，通过执行速度反馈控制，来向所述电动机供给电力，以使所述电动机的角速度为规定角速度以下。

所述控制电路通过使对所述电动机施加的电压为规定电压以下，来向所述电动机供给电力，以使所述电动机的角速度为规定角速度以下。

Claims (1)

1.一种电动机控制装置，用于对电动机的动作进行控制，该电动机经由能够使该电动机与被驱动体之间的转矩传递断续的断续机构与该被驱动体连结，所述电动机控制装置具有：

控制电路，其输出用于对所述电动机的动作进行控制的电动机控制信号；

驱动电路，其基于所述电动机控制信号对所述电动机供给驱动电力；和

电容器，其设在将所述驱动电路与外部电源连接的电源线的中途，

所述电动机控制装置的特征在于，

所述控制电路在设于所述电源线的中途的开闭器断开之后，通过以由所述断续机构使所述电动机与所述被驱动体之间的转矩传递切断了的状态，将由所述电容器所积蓄的电荷产生的电力向所述电动机供给而使电动机产生转矩，来进行该电容器的放电，

所述控制电路在所述电容器放电时控制向所述电动机供给的电力，以使所述电动机的角速度成为规定角速度以下。