CN104753433B

CN104753433B - 三相交流电动机的控制装置及方法

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Publication number: CN104753433B
Application number: CN201410152728.6A
Authority: CN
Inventors: 金相敏
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2018-02-27
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Abstract

一种三相交流电动机的操作方法，可包括：将上部控制器的扭矩指令信号转换为电压指令；使用电流传感器根据电压指令产生用于在三相交流电动机中的两相中流动的电流的电流测量值；根据电压指令，使用三相交流电动机的驱动感应信息来产生电流评估值；使用电流测量值和电流评估值来计算电流评估误差；使用计算的电流评估误差来与预设参考值进行比较；以及根据比较结果，执行改变三相交流电动机的驱动控制类型的状态转换。

Description

三相交流电动机的控制装置及方法

相关技术交叉引用

本申请要求递交日为2013年12月31日的韩国专利申请No.10-2013-0168238的优先权的权益，其全部内容能够引用的方式并入本文。

技术领域

本发明的示例性实施方式涉及一种三相电动机的控制，且更特别地，涉及一种当安装在环保车辆的电动机驱动的电动驱动系统中的三相无刷交流（以下简称交流）电动机的电流传感器在故障状态时，能够保证三相无刷交流电动机正常操作的环保车辆的三相无刷交流电动机的控制。

背景技术

通常，为了应对空气污染和石油枯竭的危险，使用电能作为车辆的动力的环保车辆的相关技术得到了积极发展。环保车辆包括混合动力电动车辆、燃料电池电动车辆和电动车辆。

现有技术的车辆使用液压电动驱动系统，而最近推出了包括电动机驱动的电动驱动系统的环保车辆。电动机驱动的电动驱动系统将三相无刷交流电动机（以下简称BLAC电动机）与转向拉杆部连接来直接传送动力。从车辆的燃料效率的进步的方面来看，现有技术的液压电动驱动系统比电动机驱动的电动驱动系统的性能有所降低。由于电动机驱动的电动驱动系统在执行为驾驶员提供辅助转向力的操作时根本不使用发动机的动力，因而与液压电动驱动系统相比，电动机驱动的电动驱动系统可使车辆的燃料效率提高差不多3至5%。

同时，可使用DC电动机或BLAC电动机作为在电动机驱动的电动驱动系统中使用的电动机。BLAC电动机中的对应于现有技术中的DC电动机中的电刷和换向器的部件已经被使用的半导体开关所替代。根据现有技术，为确定BLAC电动机的操作和控制是否正常，使用电流传感器测量A相线和B相线通过变频器和BLAC电动机连接流过的电流值，并对测得的电流值进行比较，来确定BLAC电动机的控制状态。

图1是现有技术中的三相无刷交流电动机的控制装置的示意图。参考图1，现有技术的三相无刷交流电动机的控制装置100包括控制单元110、变频器120和用于控制的电流传感器单元130（130a和130b）、用于监测的电流传感器单元140（140a和140b）以及BLAC电动机150。

变频器120通过依赖于接收到的PWM信号的矢量控制模式来控制BLAC电动机150的驱动。变频器120接收，如反馈信号，由包括在BLAC电动机150中的转子转速传感器（未图示）测量的电动机旋转角的电角速度信号的同时驱动BLAC电动机150，以控制磁通分量和扭矩分量，从而控制BLAC电动机150的驱动。

用于控制的电流传感器单元130（130a和130b）包括第一A相电流传感器130a，其配置为测量BLAC电动机150和变频器120之间的A相线中流动的电流，及第一B相电流传感器130b，其配置为测量BLAC电动机150和变频器120之间的B相线中流动的电流。

第一A相电流传感器130a测量A相中流动的电动机定子的A相电流，以产生表示定子的A相电流值的电流测量信号i_as1，以控制定子的A相。

第一B相电流传感器130b测量B相中流动电动机定子的B相电流，以产生表示定子的B相电流值的电流测量信号i_bs1，以控制定子的B相。

电流传感器单元130（130a和130b）用于控制用于A相定子输出控制的来自第一A相电流传感器130a的电流测量信号i_as1和用于B相定子输出控制的来自第一B相电流传感器130b的电流测量信号i_bs1传输至包括在控制单元110中的第一转子坐标系单元111。

用于监测的电流传感器单元140（140a和140b）包括第二A相电流传感器140a，其配置为测量BLAC电动机150和变频器120之间的A相线中流动的电流，及第二B相电流传感器140b，其配置为测量BLAC电动机150和变频器120之间的B相线中流动的电流。

第二A相电流传感器140a测量A相中流动的电动机定子的A相电流，以产生表示定子的A相电流值的电流测量信号i_as2，以监测定子的A相。

第二B相电流传感器140b测量B相中流动的电动机定子的B相电流，以产生表示定子的B相电流值的电流测量信号i_bs2，以监测定子的B相。

电流传感器单元140（140a和140b）用于监测用于A相定子输出控制的来自第二A相电流传感器140a的电流测量信号i_as2和用于B相定子输出控制的来自第二B相电流传感器140b的电流测量信号i_bs2传输至包括在控制单元110中的第二转子坐标系单元112。

通过控制变频器120驱动BLAC电动机150。

包括在电动机驱动的电动驱动系统中的控制单元110是电动控制单元（以下简称ECU），其安装在车辆中，并且控制三相无刷交流电动机的控制装置100的每个部件的操作。

控制单元110包括第一转子坐标系转换单元111、第二转子坐标系转换单元112和电流传感器异常判定单元113。

第一转子坐标系转换单元111对从用于控制的电流传感器单元130（130a和130b）接收的定子的A相控制的电流测量信号i_as1和定子的B相控制的电流测量信号i_bs1执行坐标转换，以产生用于转子坐标系的D轴控制的电流测量信号i^r _ds1和将产生的用于D轴控制的电流测量信号i^r _ds1传送给电流传感器异常判定单元113。

此外，第一转子坐标系转换单元111对从用于控制的电流传感器单元130（130a和130b）接收的定子的A相控制的电流测量信号i_as1和定子的B相控制的电流测量信号i_bs1上执行坐标转换，以产生用于转子坐标系的Q轴控制的电流测量信号i^r _qs1和将产生的用于Q轴控制的电流测量信号i^r _qs1传送给电流传感器异常判定单元113。

第二转子坐标系转换单元112对从用于监测的电流传感器单元140（140a和140b）接收的定子的A相监测的电流测量信号i_as2和定子的B相监测的电流测量信号i_bs2上执行坐标转换，以产生用于转子坐标系的D轴监测的电流测量信号i^r _ds2和将产生的用于D轴控制的电流测量信号i^r _ds2传送给电流传感器异常判定单元113。

此外，第二转子坐标系转换单元112对从用于监测的电流传感器单元140（140a和140b）接收的定子的A相监测的电流测量信号i_as2和定子的B相监测的电流测量信号i_bs2上执行坐标转换，以产生用于转子坐标系的Q轴监测的电流测量信号i^r _qs2和将产生的用于Q轴控制的电流测量信号i^r _qs2传送给电流传感器异常判定单元113。

电流传感器异常判定单元113接收第一转子坐标系转换单元111的D轴和Q轴控制的电流测量信号i^r _ds1和i^r _qs1，并根据所接收的D轴和Q轴控制的电流测量信号i^r _ds1和i^r _qs1产生用于D轴和Q轴控制的电流测量值。

此外，电流传感器异常判定单元113接收第二转子坐标系转换单元112的D轴和Q轴监测的电流测量信号i^r _ds2和i^r _qs2，并根据所接收的D轴和Q轴监测的电流测量信号i^r _ds2和i^r _qs2产生用于D轴和Q轴监测的电流测量值。

接着，通过比较产生的用于D轴和Q轴控制的电流测量值和用于D轴和Q轴监测的电流测量值，当电流测量值超出预定的阀值时，电流传感器异常判定单元113可确定包括用于控制的电流传感器单元130（130a和130b）和用于监测的电流传感器单元140（140a和140b）中的电流传感器中，至少一个处于故障（异常）状态，并产生和输出表示电流传感器中的至少一个处于故障（异常）状态的电流异常信号。

同时，当所包括的电流传感器中的至少一个处于故障（异常）状态时，现有技术中的三相无刷交流电动机的控制装置100可能无法执行BLAC电动机150的正常驱动控制。

此外，现有技术中的三相无刷交流电动机的控制装置100产生和输出的传感器异常信号可能无法确定在所包括的电流传感器中，哪一个传感器处于故障（异常）状态。因此，仅当通过核查每个传感器的输入和输出以发现并更换处于故障（异常）状态的传感器或更换全部的传感器后，才可实现BLAC电动机150的正常驱动控制。

此外，当所包括的电流传感器中的至少一个处于故障（异常）状态、在车辆行驶时，现有技术中的三相无刷交流电动机的控制装置100可能执行BLAC电动机150的正常驱动控制，因此可能无法为驾驶员辅助转向力，因此增加发生事故的危险。

当现有技术中的用于确定在电动机驱动的电动驱动系统中使用的BLAC电动机的操作和控制状态的电流传感器处于故障状况时，BLAC电动机的操作可能无法控制，因此电动机驱动的电动驱动系统也是正常操作的。当电动机驱动的电动驱动系统处于故障状况下，驾驶员驾驶车辆时，辅助转向力的操作可能无法提供，从而将驾驶员置于事故的危险中。因此，存在即使在用于确定在电动机驱动的电动驱动系统中使用的BLAC电动机的操作和控制状态的电流传感器处于故障状态下，也能正常工作的使用的BLAC电动机的电动机驱动的电动驱动系统的技术需求。

发明内容

本发明的实施方式涉及三相交流电动机的控制方法和控制装置，通过控制V/F（电压和频率大小之间的比例）来控制三相无刷交流电动机，即使当用于确定电动机驱动的电能驱动系统的三相无刷交流电动机的操作和控制状态的电流传感器处于故障状况时，其也能够保证电动机驱动的电能驱动系统的正常操作。

本发明的其他目的和优势可通过以下的说明书来理解，而且结合本发明的实施方式将变得显而易见。此外，属于本发明的可通过要求的手段和其组合来实现的本发明的目的和优势对本领域技术人员而言是显而易见的。

为实现上述目的，本发明提供一种三相交流电动机的控制方法，通过控制V/F（电压和频率大小之间的比例）来控制三相无刷交流电动机，即使当用于确定电动机驱动的电能驱动系统的三相无刷交流电动机的操作和控制状态的电流传感器处于故障状况时，该方法也能够保证电动机驱动的电能驱动系统的正常操作。

根据本发明实施方式的三相交流电动机的控制方法，包括：将上部控制器的扭矩指令信号转换为电压指令；使用电流传感器根据电压指令产生在三相交流电动机中的两相中流动的电流的电流测量值；根据电压指令，使用三相交流电动机的驱动感应信息来产生电流评估值；使用电流测量值和电流评估值来计算电流评估误差；使用计算的电流评估误差来与预设参考值进行比较；以及根据比较结果，执行改变三相交流电动机的驱动控制类型的状态转换。

当计算的电流评估误差超过预设值时，状态转换可从矢量控制模式转换为电压/频率(V/F)控制模式，以及当计算的电流评估误差没有超过参考值时，状态转换可从电压/频率控制模式转换为矢量控制模式。

矢量控制模式可仅通过使用电流传感器来执行。

电压/频率控制模式可通过使用电压方程、转子速度和扭矩指令信号来执行。

电压方程可使用扭矩指令信号来计算电流指令值以及使用计算的电流指令值来计算电压指令值。

驱动感应信息可包括使用定子线圈温度传感器测量的定子线圈温度和使用转子位置速度传感器测量的转子速度。

扭矩指令信号的扭矩指令限制值可被限制到1/2，以及扭矩指令限制值可通过最大磁通量值乘以电动机速度比获得。

两相可为A相和B相。

电流传感器被配置为包括测量A相电流的第一定子电流传感器和测量B相电流的第二定子电流传感器。

三相交流电动机可为三相无刷交流电动机。

电流测量值可被转换为DQ轴旋转坐标。

一种三相无刷交流电动机的控制装置，包括：电流传感器，配置为通过上部控制器的扭矩指令信号，根据电压指令产生用于在三相交流电动机中的两相中流动的电流测量值；电流评估单元，配置为根据电压指令，使用三相交流电动机的驱动感应信息来产生电流评估值，以及使用电流测量值和电流评估值来计算电流评估误差；电流传感器异常判定单元，配置为通过使用计算的电流评估误差来与预设参考值进行比较；以及电流传感器异常判定单元，配置为通过使用计算的电流评估误差来与预设参考值进行比较。

驱动感应信息可包括定子线圈温度和转子速度，以及测量的定子线圈温度的定子线圈温度传感器和测量的转子速度的转子位置速度传感器。

三相无刷交流电动机的控制装置，还包括：转子坐标系转换单元，配置为将电流测量值转换为DQ轴旋转坐标。

附图说明

图1是现有技术的三相无刷交流电动机的控制装置的示意图。

图2是本发明的实施方式的环保车辆的三相无刷交流电动机的控制装置的示意图。

图3是本发明的实施方式的V/F控制单元的框图。

图4是本发明的实施方式的V/F控制单元的DQ电流指令计算单元的框图。

图5是本发明的实施方式的V/F控制单元的DQ电压指令计算单元的框图。

图6是本发明的实施方式的三相交流电动机的控制方法的操作的流程图。

图7是本发明的实施方式的三相交流电动机的控制方法的操作的状态转换的流程图。

具体实施方式

以下，结合附图将对本发明的示例性实施方式进行详细的描述。但是，本发明并不受以下的实施方式所限制或约束。在每幅图中指出的类似的附图标记表示类似的部件。

说明书中使用的术语，‘第一’、‘第二’等等可被用于描述不同的部件，但是这些部件不被解释为限制为这些术语。也就是，术语用于将一个组件与另一个组件进行区分。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，‘第一’组件可被称为‘第二’组件，以及‘第二’组件也可被类似地称为‘第一’组件。本说明书中使用的术语仅为了描述特殊的示例性实施方式，而不是限制发明。除非本文中有明确地指出，否则单数形式意欲包括复数形式。

此外，基于本发明的功能和配置的考虑，本发明中使用的术语选为目前广泛地使用的通用术语，这些术语可根据现有技术的技术人员的意向、新技术的先例、外形等等而不同。此外，在特殊的情况下，存在申请人选择的任一术语。在这种情况下，术语的详细含义将在本发明的描述中进行描述。因此，本发明使用的术语基于本发明中的描述的术语和内容的含义进行定义，而不是基于术语的名称进行简单的定义。

在整个本说明书中，除非明确地描述为相反，“包括”任何部件将被理解为表明包括其他部件，而不是排除任何其他元件。说明书中描述的术语“单元”、“模块”等意味着处理至少一个功能或操作，且可通过硬件或软件或硬件和软件结合来实施的单元。

以下，结合附图对本发明的实施方式的环保车辆的三相无刷交流电动机的控制装置进行描述。

图2是本发明的实施方式的环保车辆的三相无刷交流电动机的控制装置的示意图。参考图2，环保车辆的三相无刷交流电动机的控制装置200可包括微控制单元（MCU）201、变频器220、A相电流传感器230a、B相电流传感器230b和三相交流电动机250。

MCU201可控制相交流电动机250和/或变频器220的操作。

变频器220接收从包括在MCU201中的脉冲宽度调制(PWM)产生单元215输出的PWM信号和可根据所接收的PWM信号来控制三相交流电动机250的驱动。

三相交流电动机250可为三相无刷交流电动机。

A相电流传感器230a可测量电动机定子的A相电流，该A相电流为在A相线中流动的电流。A相电流传感器230a可产生表示定子的A相电流值的定子的A相电流测量信号i_as和将所产生的定子的A相电流测量信号i_as传送给MCU201的转子坐标系转换单元216。

B相电流传感器230b可测量电动机定子的B相电流，该B相电流为在B相线中流动的电流。B相电流传感器230b可产生表示定子的B相电流值的定子的B相电流测量信号i_ab和将所产生的定子的B相电流测量信号i_ab传送给MCU201的转子坐标系转换单元216。

三相交流电动机250可通过控制变频器220驱动。

MCU201可包括指令限制单元211、矢量控制单元212、V/F控制单元213、开关214、PWM产生单元214、转子坐标系转换单元216、电流评估单元217和电流传感器异常判定单元218。

指令限制单元211可从环保车辆的三相无刷交流电动机的控制装置200的MCU201的上部控制器接收扭矩指令信号。扭矩指令信号可为从包括在环保车辆中的另一个ECU输出的信号。例如，扭矩指令信号可为从主动几何悬架控制(AGCS)的电动控制单元(ECU)输出的信号。

接下来，指令限制单元211可将所接收的扭矩指令信号限制在1/2。例如，所接收的扭矩指令信号为包括根据环保车辆的速度来确定的值的信号。因此，指令限制单元211可根据接收的扭矩指令信号从预存的扭矩指令表提取对应的扭矩指令值，并将提取的扭矩指令值的1/2的值作为扭矩指令限制值。提取的扭矩指令值可包括在环保车辆的目前速度中的安全考虑中的可允许的扭矩值。指令限制单元211可基于下述公式1来计算所接收的扭矩指令信号的扭矩指令限制值。

[公式1]

在上述公式中，T_{e_lim_half}可定义为扭矩指令限制值，T_{e_lim}(ω_r)可定义为从可允许的扭矩值中提取的扭矩值，该扭矩值基于环保车辆的速度从扭矩指令表提取，以及ω_r可定义为三相交流电动机250的转子251的电角速度且单位为弧度/秒。ω_r可从由包括在三相交流电动机250中的转子速度传感器254测量和输出的转子速度传感器测量信号获得。

接着，指令限制单元211可将表示计算的扭矩指令限制值的扭矩指令限制值传送给V/F控制单元213。

矢量控制单元212可接收环保车辆的三相无刷交流电动机的控制装置200的MCU201的上部控制器的扭矩指令值和根据三相交流电动机250的驱动类型将所接收的扭矩指令信号转换为矢量控制信号。矢量控制单元212反映扭矩指令信号和从包括在三相交流电动机250中的转子速度传感器254反馈的转子速度传感器测量信号，以在驱动三相交流电动机250的同时，使得能够产生可控制磁通分量和扭矩分量的矢量控制信号。当矢量控制单元212通过开关214与PWM产生单元215接通时，矢量控制单元212可将产生的矢量控制信号传送给PWM产生单元215。

V/F控制单元213可接收指令限制单元211的扭矩指令限制值信号和计算三相交流电动机250的磁通量指令信号。基于V/F控制模式，V/F控制单元213可计算用于扭矩指令限制值信号的V/F控制信号和磁通量指令信号。当V/F控制单元213通过开关214与PWM产生单元215接通时，矢量控制单元212可将计算的矢量控制信号传送给PWM产生单元215。V/F控制单元可包括表示D轴电流指令值i^r _{ds_ref}的D轴电流指令信号、表示Q轴电流指令值i^r _{qs_ref}的Q轴电流指令信号、表示D轴电压指令值V^r _{ds_ref}的D轴电压指令信号和表示Q轴电压指令值V^r _{qs_ref}的Q轴电压指令信号。

此处，矢量控制单元212、V/F控制单元213和开关214可主要概括为执行状态转变的状态转变单元210。

图3是本发明的实施方式的V/F控制单元的框图，图4是本发明的实施方式的V/F控制单元的DQ电流指令计算单元的框图，以及图5是本发明的实施方式的V/F控制单元的DQ电压指令计算单元的框图。参考图3，V/F控制单元213可包括DQ电流指令计算单元213-1和DQ电压指令计算单元213-2。

根据V/F控制模式，V/F控制单元213可为从指令限制单元211接收的扭矩指令限制值信号计算V/F控制信号和从三相交流电动机250获得的磁通量指令信号。

参考图4，根据下述公式2，DQ电流指令计算单元213-1可计算从包括在三相交流电动机250中的转子速度传感器254获得的电角速度的磁通量指令值λ_ref、基本速度和三相交流电动机250的最大磁通量值。

[公式2]

在上述公式2中，λ_ref可定义为磁通量指令值，ω_r可定义为三相交流电动机250的转子251的电角速度且单位为弧度/秒，ω_base可定义为最大扭矩段与三相交流电动机250的最大输出截面之间的边界点速度且单位为弧度/秒，以及λ_max可定以为最大磁通量值。图4中所示出的T_{e_lim_half}表示扭矩指令限制值。

接着，DQ电流指令计算单元213-1可提取计算的磁通量指令值λ_ref以及对应从预存的磁通量表的指令限制单元211接收的扭矩指令限制值T_{e_lim_half}的D轴电流指令值i^r _{ds_ref}和Q轴电流指令值i^r _{qs_ref}。

接着，DQ电流指令计算单元213-1可产生表示提取的D轴电流指令值i^r _{ds_ref}的D轴电流指令信号和表示Q轴电流指令值i^r _{qs_ref}的Q轴电流指令信号，以及可将产生的D轴电流指令信号和Q轴电流指令信号传送给DQ电压指令计算单元213-2。

参考图5，DQ电压指令计算单元213-2可从DQ电流指令计算单元213-1接收D轴电流指令信号和Q轴电流指令信号，以及根据下述公式3可计算：用于三相交流电动机250的转子251的电角速度的转子坐标系的D轴磁计算值λ^r _{ds_ref}，其从包括在三相交流电动机250中的转子速度传感器254处获得；从包括在三相交流电动机250中的定子线圈温度传感器253处获得的反映线圈温度的定子阻抗值；三相交流电动机250的无负载反电动势；三相交流电动机250的D轴电感；三相交流电动机250的Q轴电感；转子坐标系的D轴电流指令值和转子坐标系的Q轴电流指令值。

[公式3]

λ^r _{ds_ref}＝λ_PM+L_dsi^r _{ds_ref}

在上述公式3中，λ^r _{ds_ref}可定义为转子坐标系的D轴磁通量计算值（或者，表输出值使用D轴电流作为输入），λ_PM可定义为从磁铁（无负载的反电动势分量、emf=λPM_ω），L_ds可定义为电动机D轴电感（或者，表使用电流作为输入），以及i^r _{ds_ref}可定义为转子坐标系的D轴电流测量值。

此外，根据上述公式4，DQ电压指令计算单元213-2可计算转子坐标系的Q轴磁通量计算值。

[公式4]

λ^r _{qs_ref}＝L_qsi^r _{qs_ref}

在上述公式4中，λ^r _{qs_ref}可定义为转子坐标系的Q轴磁通量计算值（或者，表输出值使用D轴电流作为输入），L_qs可定义为电动机Q轴电感（或者，表使用电流作为输入），以及i^r _{qs_ref}可定义为转子坐标系的Q轴电流测量值。

此外，根据上述公式5，DQ电压指令计算单元213-2可计算转子坐标系的D轴电压指令值V^r _{ds_ref}。

[公式5]

V^r _{df_ref}＝R_si^r _{ds_ref}-λ^r _{qs_ref}ω_r

在上述公式5中，V^r _{ds_ref}可定义为转子坐标系的D轴电压指令，R_s(T_coil)可定义为反映线圈温度的定子阻抗值，i^r _{ds_ref}可定义为转子坐标系的的D轴电流测量值，λ^r _{qs_ref}可定义为转子坐标系的Q轴磁通量计算值（或者，表输出值使用Q轴电流作为输入），以及ω_r可定义从转子位置/速度传感器处获得的转子速度测量值。

此外，根据上述公式6，DQ电压指令计算单元213-2可计算转子坐标系的Q轴电压指令值V^r _{qs_ref}。

[公式6]

V^r _{qs_ref}＝R_si^r _{qs_ref}-λ^r _{ds_ref}ω_r

在上述公式6中，V^r _{qs_ref}可定义为转子坐标系的Q轴电压指令，R_s(T_coil)可定义为反映线圈温度的定子阻抗值，i^r _{qs_ref}可定义为转子坐标系的的Q轴电流测量值，λ^r _{ds_ref}可定义为转子坐标系的D轴磁通量计算值（或者，表输出值使用D轴电流作为输入），以及ω_r可定义为从转子位置/速度传感器254(图2)处获得的转子速度测量值。

接着，DQ电压指令计算单元213-2可产生表示计算的D轴电压指令值V^r _{ds_ref}的D轴电压指令信号和表示计算的Q轴电压指令值V^r _{qs_ref}的Q轴电压指令信号，以及可将计算的D轴电压指令信号和Q轴电压指令信号传送给V/F控制单元213。因此，当V/F控制单元213通过开关214与PWM产生单元215接通时，V/F控制单元212可将计算的V/F控制信号传送给PWM产生单元215。V/F控制信号可包括由DQ电流指令计算单元213-1产生的D轴电流指令信号和Q轴电流指令信号，并且可包括由DQ电压指令计算单元213-2产生的D轴电压指令信号和Q轴电压指令信号。

开关214可根据电流传感器异常判定单元218使MCU201和PWM产生单元215接通，或使V/F控制单元213和PWM产生单元215接通。开关214可包括单刀双掷(SPDT)和螺线管中的至少一个。

当PWM产生单元215通过开关201与MCU214接通时，PWM产生单元215可从MCU201处接收矢量控制信号，以产生PWM信号和将产生的PWM信号传送给变频器220。

此外，当PWM产生单元215通过开关214与V/F控制单元213接通时，PWM产生单元215可从V/F控制单元213处接收V/F控制信号，以产生PWM信号和将产生的PWM信号传送给变频器220。

转子坐标系转换单元216可从A相电流传感器230a接收包括定子的A相电流测量值的定子的A相电流测量信号i_as和从B相电流传感器230b接收包括定子的B相电流测量值的定子的B相电流测量信号i_ab，以产生包括通过在接收的定子的A相电流测量信号i_as和定子的B相电流测量信号i_ab上执行坐标转换而产生的转子坐标系的D轴电流测量值的转子坐标系的D轴电流测量信号，以及将产生的转子坐标系的D轴电流测量信号传送给电流评估单元217。

此外，转子坐标系转换单元216可从A相电流传感器230a接收包括定子的A相电流测量值的定子的A相电流测量信号i_as和从B相电流传感器230b接收包括定子的B相电流测量值的定子的B相电流测量信号i_ab，以产生包括通过在接收的定子的A相电流测量信号i_as和定子的B相电流测量信号i_ab上执行坐标转换而产生的转子坐标系的Q轴电流测量值的转子坐标系的Q轴电流测量信号，以及将产生的转子坐标系的Q轴电流测量信号传送给电流评估单元217。

此外，转子坐标系转换单元216可将产生的D轴电流测量信号i^r _ds和Q轴电流测量信号i^r _qs传送给电流传感器异常判定单元218。

电流评估单元217从转子坐标转换单元216处接收D轴电流测量信号i^r _ds和Q轴电流测量信号i^r _qs以及基于下述公式7可计算：用于三相交流电动机250的转子251的电角速度的转子坐标系的D轴磁计算值λ^r _ds，其从包括在三相交流电动机250中的转子速度传感器254处获得；反映线圈温度的定子阻抗值，其从包括在三相交流电动机250中的定子线圈温度传感器253处获得；三相交流电动机250的无负载反电动势分量；三相交流电动机250的D轴电感；三相交流电动机250的Q轴电感；转子坐标系的D轴电流指令值；以及转子坐标系的Q轴电流指令值。

[公式7]

λ^r _ds＝μ_PM+L_dsi^r _ds

此外，电流评估单元217可从预存的D轴磁通量计算值表处提取转子坐标系的D轴磁通量计算值λ^r _ds，以使得D轴磁通量计算值λ^r _ds与施加到三相交流电动机250的D轴的电流值相对应。

此外，电流评估单元217可根据下述公式8计算转子坐标系的Q轴磁通量计算值λ^r _qs。

[公式8]

λ^r _qs＝L_qsi^r _qs

此外，电流评估单元217可从预存的D轴磁通量计算值表处提取转子坐标系的Q轴磁通量计算值λ^r _qs，以使得Q轴磁通量计算值λ^r _qs与施加到三相交流电动机250的Q轴的电流值相对应。

此外，电流评估单元217可根据下述公式9计算转子坐标系的D轴电流评估值

[公式9]

在上述公式9中，1/L_ds、V^r _{ds_re}f和R_s(T_coil)可与λ^r _qs和ω_r一样定义。

此外，电流评估单元217可从预存的D轴电流评估值表处提取D轴电流评估值以使得D轴电流评估值与施加到三相交流电动机250的D轴的电流值相对应。

此外，电流评估单元217可根据下述公式10计算转子坐标系的Q轴电流评估值

[公式10]

在上述公式10中，可定义为转子坐标系的D轴电流评估值，1/L_qs可定义为倒数（或者，将表值输入D轴电流），V^r _{qs_ref}可定义为转子坐标系的Q轴电压指令，R_s(T_coil)可定义为反映线圈温度的定子阻抗值，以及λ^r _ds和ω_r相应可定义为转子坐标系的D轴磁通量计算值和从转子位置/速度传感器获得转子速度测量值（即，电动机转子的电角速度（单位是弧度/秒））。

此外，电流评估单元217可从预存的Q轴电流评估值表处提取Q轴电流评估值以使得Q轴电流评估值与施加到三相交流电动机250的Q轴的电流值相对应。

接着，电流评估单元217可将计算的转子坐标系的D轴电流评估值和计算的转子坐标系的Q轴电流评估值传送给电流传感器异常判定单元218。

根据下述公式11，电流传感器异常判定单元218可计算从电流评估单元217接收的转子坐标系的D轴电流评估值和从转子坐标系转换单元216接收的D轴电流测量值i^r _ds的转子坐标系的D轴电流评估误差值e_id。

[公式11]

在上述公式11中，e_id可定义为转子坐标系的Q轴电流评估误差，i^r _ds可定义为D轴电流测量值，以及可定义为转子坐标系的D轴电流评估值。电流传感器异常判定单元218可计算i^r _ds减去后获得的值的绝对值，例如e_id。

此外，根据下述公式12，电流传感器异常判定单元218可计算从电流评估单元217接收的转子坐标系的Q轴电流评估值和从转子坐标系转换单元216接收的Q轴电流测量值的转子坐标系的Q轴电流评估误差值eiq。

[公式12]

在上述公式12中，e_iq可定义为转子坐标系的Q轴电流评估误差，i^r _qs可定义为D轴电流测量值，以及可定义为转子坐标系的D轴电流评估值。电流传感器异常判定单元218可计算i^r _qs减去后获得的值的绝对值，例如e_iq。

此外，电流传感器异常判定单元218可产生定子的A相电流测量信号i_as和定子的B相电流测量信号i_bs，该定子的A相电流测量信号i_as包括A相电流传感器230a的定子的A相电流测量值，该定子的B相电流测量信号i_bs包括B相电流传感器230b的定子的B相电流测量值i_bs。定子的A相电流测量值和定子的B相电流测量值为每个等于或小于5%以及计算的转子坐标系的D轴电流评估误差值e_id和计算的转子坐标系的Q轴电流评估误差值e_iq的每个误差为5%。因此，当由转子坐标系转换单元216转换的D轴电流测量值i^r _ds和计算的定子的A相电流测量值的D轴电流评估误差值e_id之间的偏差超过10%时，电流传感器异常判定单元218可确定A相电流传感器230a的状态为故障（异常）状态。

根据下述公式13，电流传感器异常判定单元218可确定A相电流传感器230a的状态为故障（异常）状态。

[公式13]

在上述公式13中，i^r _ds可定义为转子坐标系的D轴电流测量值和ΔIs_th可定义为电流传感器故障确定的预设参考值。当通过i^r _ds减去后获得的值的绝对值超过ΔIs_th时，电流传感器异常判定单元218可确定A相电流传感器230a的状态为故障（异常）状态。

此外，当由转子坐标系转换单元216转换的Q轴电流测量值i^r _qs和计算的定子的B相电流测量值的Q轴电流评估误差值e_iq之间的偏差超过10%时，电流传感器异常判定单元218可确定B相电流传感器230b的状态为故障（异常）状态。当电流传感器异常判定单元218确定A相电流传感器230a的状态为故障（异常）状态时，电流传感器异常判定单元218可将表示A相电流传感器230a的故障状态的传感器异常信号传送给状态转换单元210。

此外，电流传感器异常判定单元218可通过显示单元（未图示）如安装在环保车辆中的灯、显示设备和扬声器，以及通过灯照明、短消息和语音消息中的至少一个方法来输出A相电流传感器230a的故障状态，以便驾驶员识别A相电流传感器230a的故障状态。

根据下述公式14，电流传感器异常判定单元218可确定B相电流传感器230b的状态为故障（异常）状态。

[公式14]

在上述公式14中，i^r _qs可定义为转子坐标系的Q轴电流测量值和ΔIs_th可定义为电流传感器故障确定的预设参考值。当通过i^r _qs减去获得的值的绝对值超过ΔIs_th时，电流传感器异常判定单元218可确定B相电流传感器230b的状态为故障（异常）状态。当电流传感器异常判定单元218确定B相电流传感器230b的状态为故障（异常）状态时，电流传感器异常判定单元218可产生表示B相电流传感器230b的故障状态的传感器异常信号以及将产生的传感器异常信号传送给状态转换单元210。

此外，电流传感器异常判定单元218可通过显示单元（未图示）如安装在环保车辆中的灯、显示设备和扬声器，以及通过灯照明、短消息和语音消息中的至少一个方法来输出B相电流传感器230b的故障状态，以便驾驶员识别B相电流传感器230b的故障状态。

根据所接收的传感器异常信号，电流传感器异常判定单元218可将三相交流电动机250的驱动控制方法的状态转换为矢量控制模式或者V/F控制模式。

图7是本发明的实施方式的三相交流电动机的控制方法的操作的状态转换的流程图。参考图7，当产生传感器异常信号时，电流传感器异常判定单元218可产生控制开关214操作的状态转换信号，以将三相交流电动机250的驱动操作从现有的矢量控制模式转换为V/F控制模式。电流传感器异常判定单元218可将产生的状态转换信号传送给开关214。根据从电流传感器异常判定单元218处接收的状态转换信号，开关214可在矢量MCU201和PWM产生单元215之间短路或者在V/F控制单元213和PWM产生单元215之间接通。

此外，通过更换或维修传感器，当处于故障状态的A相电流传感器230a或者B相电流传感器230b为正常状态时，电流传感器异常判定单元218可产生控制开关214操作的状态转换信号，以将三相交流电动机250的驱动操作从V/F控制模式转换为现有的矢量控制模式。根据从电流传感器异常判定单元218处接收的状态转换信号，开关214可在V/F控制单元213和PWM产生单元215之间短路或者在矢量MCU201和PWM产生单元215之间接通。

同时，在不同附图中所示出的环保车辆的三相交流电动机的控制装置200的每个部件为了说明它们可能在功能上和逻辑上是分离的，以及不表示它们不一定在物理上实现为单独的部件或实现为单独的代码。

此外，在本发明的说明书中，每个功能单元可表示实现本发明的技术理念的硬件，以及在硬件上运行的功能和结构的软件。例如，每个函数单元可表示预先确定的代码和运行预先确定的代码的硬件资源的逻辑单元或者事实上每个函数单元不一定表示物理上连接的代码和可容易地被现有技术的技术人员推断的本发明适合的一种软件。

以下参考附图对本发明实施方式的三相交流电动机的控制方法进行介绍。

图6是本发明的实施方式的三相交流电动机的控制方法的操作的流程图。参考图6，上部控制器（未图示）的扭矩指令信号被转换为电压指令和通过使用电流传感器230a和230b（图2）产生的根据电压指令在三相交流电动机的两相中流动的电流的电流测量值。同时，根据电压指令，通过使用三相交流电动机的驱动传感信息产生电流评估值（步骤S610）。换句话说，电流评估值表示使用DQ轴电压指令V_{ds_ref}和V_{qs_ref}、定子线圈温度T_coil、转子速度测量值ω_r、离线测量的磁通量λ^r _dsandλ^r _qs等计算的DQ轴电流评估值。

当计算电流测量值和电流评估值时，电流评估误差作为绝对值计算，该绝对值是通过从电流测量值中减去电流评估值所获得的值（步骤S620）。

将计算的电流评估误差e_id和e_dq与预设参考值ΔI_th进行比较(步骤S630)。

作为比较结果，当电流评估误差值大于参考值时，执行从矢量控制模式到电压/频率（V/F）控制模式的状态转换(步骤S640)。换句话说，当电流评估误差e_id和e_dq大于预设参考值ΔI_th时，确定电流传感器230a和230b的状态（图2）为故障状态以及将为电流操作控制模式的矢量控制模式转换为V/F控制模式，以及执行使得三相交流电动机250的操作（图2）为正常的操作的控制。换句话说，即使电流传感器处于故障状态，仍可正常地执行三相交流电动机的操作。

与此不同，当在步骤S630中计算的电流评估误差e_id和e_dq小于预设参考值ΔI_th时，执行矢量控制。

图7是本发明的实施方式的三相交流电动机的控制方法的操作的状态转换的流程图。参考图7，当电流传感器处于故障状态时（即，当电流评估误差值大于预设参考值时），执行从矢量控制模式到V/F控制模式的转换。

与此不同，当消除电流传感器的故障时（即，当电流评估误差值小于预设参考值时），执行从V/F控制模式到矢量控制模式的转换。

在矢量控制模式仅使用电流传感器执行矢量控制的状态中，通过将电流评估值与电流测量值进行比较，感测电流传感器的异常。

与此不同，V/F控制模式使用电压方程、电动机速度、扭矩指令值等来执行执行V/F控制。

根据本发明的实施方式，能通过判断用于确定环保车辆的三相无刷交流电动机的操作和控制状态的电流传感器是否处于故障状况以及作为判断结果来控制三相无刷交流电动机，判断电流传感器处于故障状况，控制V/F（电压和频率大小之间的比例）。

此外，根据本发明的实施方式，能减少一半的用于确定环保车辆的三相无刷交流电动机的操作和控制状态的现有技术的电流传感器的数量。

此外，根据本发明的实施方式，能通过减少用于确定环保车辆的三相无刷交流电动机的操作和控制状态的现有技术的电流传感器的数量来节约制造成本以及通过控制V/F，即使当传电流传感器处于故障状况时，也能保证三相无刷交流电动机的正常操作。

如上所述，为了有助于对本发明的大致理解，参考了具体问题如详细的部件和限制的示例性实施方式对本发明进行了描述。因此，本发明并不限于上述示例性实施方式，并且可被现有技术的技术人员从说明书中作出本发明适合的各种改变和修改。

因此，本发明的精神不应限于上述示例性实施方案，并且以下的权利要求以及所有改变过的同样或等效的权利要求都将落入本发明的范围和精神内。

Claims

1.一种三相交流电动机的操作方法，包括：

将操作三相交流电动机的扭矩指令信号转换为电压指令；

使用电流传感器，产生根据所述电压指令在所述三相交流电动机两相中流动的电流的电流测量值；

根据所述电压指令通过使用所述三相交流电动机的驱动传感信息产生电流评估值；

使用所述电流测量值和所述电流评估值计算电流评估误差；

将计算的所述电流评估误差与预设参考值比较；以及

基于比较结果，将所述三相交流电动机的驱动控制模式改变为另一种驱动控制模式，

其中，当计算的所述电流评估误差超过所述参考值时，所述驱动控制模式从矢量控制模式转换为电压/频率控制模式，以及当计算的所述电流评估误差没有超过所述参考值时，所述驱动控制模式从所述电压/频率控制模式转换为所述矢量控制模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述矢量控制模式仅通过使用所述电流传感器来执行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电压/频率控制模式通过使用电压方程、转子速度和扭矩指令信号来执行。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电压方程使用所述扭矩指令信号和磁通量指令计算电流指令值，以及使用计算的所述电流指令值计算电压指令值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作信息包括使用定子线圈温度传感器测量的定子线圈温度和使用转子位置速度传感器测量的转子速度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述扭矩指令信号的扭矩指令限制值被限制到提取的扭矩指令值的1/2，以及所述扭矩指令限制值通过最大磁通量值乘以电动机速度比获得。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两相包括A相和B相。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电流传感器包括测量A相电流的第一定子电流传感器和测量B相电流的第二定子电流传感器。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三相电动机为三相无刷交流电动机。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流测量值被转换为DQ轴旋转坐标。

11.一种三相交流电动机的控制装置，包括：

电流传感器，配置为产生用于在三相交流电动机中的两相中流动的电流的电流测量值，所述三相交流电动机配置为通过上部控制器的扭矩指令信号来响应电压指令操作；

电流评估单元，配置为使用所述三相交流电动机的操作信息来产生电流评估值，以及使用所述电流测量值和所述电流评估值来计算电流评估误差；

电流传感器异常判定单元，配置为将计算的所述电流评估误差与预设参考值进行比较；以及

状态转换单元，配置为基于比较结果改变所述三相交流电动机的驱动控制模式，

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述矢量控制模式仅通过使用所述电流传感器来执行。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述电压/频率控制模式通过使用电压方程、转子速度和扭矩指令信号来执行。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述电压方程使用所述扭矩指令信号和磁通量指令计算电流指令值，以及使用计算的所述电流指令值计算电压指令值。

15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述操作信息包括定子线圈温度和转子速度，以及测量定子线圈温度的定子线圈温度传感器，以及测量转子速度的转子位置速度传感器。

16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述两相为A相和B相。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述电流传感器配置为包括测量A相电流的第一定子电流传感器和测量B相的电流的第二定子电流传感器。

18.根据权利要求11所述的装置，还包括：

转子坐标系转换单元，配置为将所述电流测量值转换为DQ轴旋转坐标。