CN104935237B - 电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电机控制装置具备：电压生成部，生成施加给电机的电压；温度检测部，检测包含所述电压生成部的电路的温度；旋转速度检测部，检测所述电机的旋转速度；以及电压控制部，以生成基于与切换所述电机的旋转速度的开关的操作对应的速度指令值的占空比的电压的方式对所述电压生成部进行控制，并且以基于所述温度检测部检测到的所述电路的温度、所述旋转速度检测部检测到的所述电机的旋转速度以及所述电路的载荷而算出的构成所述电路的元件的温度在规定阈值以上的情况下，生成比基于所述速度指令值的占空比低的占空比的电压的方式对所述电压生成部进行控制。

Description

电机控制装置
技术领域
本发明涉及电机控制装置。
背景技术
在进行电机的驱动控制的逆变电路中安装有作为开关元件的FET(场效应晶体管)等半导体。这些FET等半导体若变为规定温度以上，则有可能损坏。
通常，在安装了逆变电路的基板上安装电阻值对应于所述基板的温度变化而变化的热敏电阻，根据所述热敏电阻的电阻值的变化来检测基板的温度。在基于热敏电阻的检测结果的温度为规定阈值以上的情况下，使施加于电机的电压的占空比下降，来抑制开关元件的温度的升高。
然而，根据电路的设计，上述热敏电阻不局限于可安装在逆变电路的开关元件的附近。在将热敏电阻安装在离开开关元件的部位的情况下，需要导出根据热敏电阻的检测结果算出的基板的温度和开关元件的温度的相互关系。另外，作为降低开关元件的载荷的判断基准的温度的阈值被设定得低，以便能够可靠地保护开关元件。
然而，若使开关元件的保护的可靠性优先，则温度的阈值设定得低，使对电机施加的电压下降的频度增加，会出现难以使电机以高功率稳定地旋转的问题。
在日本特开2009-278802号公报中公开了基于检测到的电流值和电压值来检测开关元件的温度的电机驱动电路的发明。
然而，虽然日本特开2009-278802号公报所记载的电机驱动电路计算FET等开关元件的温度，但存在不计算扼流圈和电机的定子的绕组等其它元件的温度的问题。
电机的控制所涉及的电路和电机的结构要素大致区分为：像上述逆变电路的FET那样在电源的电压高的情况下过热的元件、以及像扼流圈和电机的定子绕组那样在电源的电流大的情况下过热的元件。在日本特开2009-278802号公报所记载的电机驱动电路中，虽然计算开关元件的温度，但不计算扼流圈等其它元件的温度，因此，存在未进行考虑了扼流圈等其它元件的温度的控制的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题而成，其目的在于提供一种检测构成电路的元件过热的危险，并抑制所述元件过热的电机控制装置。
为了解决上述问题，本发明的第一方式的电机控制装置具备：电压生成部，生成施加给电机的电压；温度检测部，检测包含所述电压生成部的电路的温度；旋转速度检测部，检测所述电机的旋转速度；以及电压控制部，以生成基于与切换所述电机的旋转速度的开关的操作对应的速度指令值的占空比的电压的方式对所述电压生成部进行控制，并且以基于所述温度检测部检测到的所述电路的温度、所述旋转速度检测部检测到的所述电机的旋转速度以及所述电路的载荷而算出的构成所述电路的元件的温度在规定阈值以上的情况下，生成比基于所述速度指令值的占空比低的占空比的电压的方式对所述电压生成部进行控制。
在所述电机控制装置中，执行生成基于速度指令值的占空比的电压的控制的电压控制部基于温度检测部所检测到的电路的温度、旋转速度检测部所检测到的电机的旋转速度以及电路的载荷，来计算构成电路的元件的温度。
另外，所述电机控制装置在元件的温度为规定阈值以上的情况下进行生成比基于速度指令值的占空比低的占空比的电压的控制，因此能够检测构成电路的元件过热的危险，并抑制所述元件过热。
本发明的第二方式的电机控制装置是在第一方式的电机控制装置中，所述电压控制部基于所述元件的温度为比所述阈值低的温度的情况下的占空比来确定所述电路的载荷。
根据所述电机控制装置，能够基于电压生成部所生成的电压的占空比来计算元件的温度，能够根据算出的元件的温度来检测构成电路的元件过热的危险，并抑制所述元件过热。
本发明的第三方式的电机控制装置是在第一方式的电机控制装置中，还具备检测所述电压生成部的电流的电流检测部，所述电压控制部基于所述电流检测部所检测到的电流来确定所述电路的载荷。
根据所述电机控制装置，能够基于电压生成部的电流来计算元件的温度，能够根据算出的元件的温度来检测构成电路的元件过热的危险，并抑制所述元件过热。
本发明第四方式的电机控制装置是在第一～第三方式中任一种方式的电机控制装置中，还具备储存用于根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷来修正所述电路的温度的修正值的存储部，所述电压控制部参照储存于所述存储部的所述修正值并根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷来修正所述电路的温度，据此计算所述元件的温度。
根据所述电机控制装置，利用根据电机的旋转速度和电路载荷确定的修正值对温度检测部所检测到的电路的温度进行修正，来计算元件的温度。另外，根据算出的元件的温度，能够检测构成电路的元件过热的危险，并抑制所述元件过热。
本发明的第五方式的电机控制装置是在第四方式的电机控制装置中，所述元件包括在电源的电流大的情况下变为高温的第一元件和在所述电源的电压高的情况下变为高温的第二元件，所述存储部分别储存根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷而分别确定的关于所述第一元件的修正值和关于所述第二元件的修正值，所述电压控制部参照所述存储部所储存的各个修正值并根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷来修正所述电路的温度，据此分别计算所述第一元件的温度和所述第二元件的温度，并且以在所述第一元件的温度为第一元件的温度阈值以上的情况下或在所述第二元件的温度为第二元件的温度阈值以上的情况下，生成比基于所述速度指令值的占空比低的占空比的电压的方式来控制所述电压生成部。
根据所述电机控制装置，根据构成电路的元件的特性来使用预先确定的修正值，据此能够根据元件的特性来检测元件过热的危险，并抑制所述元件过热。
本发明的第六方式的发明在第一～第五方式中任一种方式的电机控制装置中，所述电压控制部件根据所述电源的电压对算出的元件的温度进行修正。
根据所述电机控制装置，通过考虑电源的电压，能够更准确地计算元件的温度，能够检测元件过热的危险，并抑制所述元件过热。
附图说明
图1是示出使用了本发明实施方式的电机控制装置的电机单元的结构的概略图。
图2是示出本发明的实施方式的电机控制装置的基板的一个例子的图。
图3是示出本发明的实施方式的电机控制装置的概略的图。
图4是示出在本发明的实施方式的电机控制装置中的电池的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和转子的旋转速度的、热敏电阻温度的上升温度的一个例子的三维图。
图5是示出在本发明的实施方式的电机控制装置中的电池的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和电机的旋转速度的、热敏电阻温度的分布的一个例子的三维图。
图6是示出在本发明的实施方式的电机控制装置中的电池的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和电机的旋转速度的、元件1的上升温度的一个例子的三维图。
图7是示出在本发明的实施方式的电机控制装置中的电池的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和电机旋转速度的、元件2的上升温度的一个例子的三维图。
图8是将本发明的实施方式的电机控制装置中的元件1的温度、元件2的温度以及热敏电阻温度的一个例子按电源电压不同而示出的表。
图9是示出本发明的实施方式的电机控制装置中的元件1、元件2的温度系数的一个例子的表。
图10是示出本发明的实施方式的电机控制装置的电机控制处理的一个例子的流程图。
具体实施方式
图1是示出使用了本实施方式的电机控制装置20的电机单元10的构成的概略图。作为一个例子，图1的本实施方式的电机单元10是用于车载空调的送风的、所谓的鼓风机电机的单元。
本实施方式的电机单元10是在定子14的外侧设置了转子12的外转子构造的三相电机。定子14是在芯构件上卷绕了导线的电磁铁，并构成U相、V相、W相三相。定子14的U相、V相、W相分别利用后述的电机控制装置20的控制来切换电磁铁所产生的磁场的极性，据此产生所谓的旋转磁场。
在转子12的内侧(未图示)设置有转子磁铁，转子磁铁与定子14所产生的旋转磁场对应，据此使转子12旋转。在转子12上设置有轴16，并与转子12成为一体而旋转。虽然在图1中未示出，但在本实施方式中，在轴16上设置有所谓的西洛克风扇(Sirocco Fan)等多叶片风扇，该多叶片风扇与轴16一起旋转，据此车载空调能够送风。
定子14借助于上壳体18而安装于电机控制装置20。电机控制装置20具备电机控制装置20的基板22、发散由基板22上的元件产生的热的散热器24。在包含转子12、定子14以及电机控制装置20而构成的电机单元10上安装有下壳体60。
以下，使用图2对本实施方式的电机控制装置的基板进行说明。图2是示出本实施方式的电机控制装置20的基板22的一个例子的图。在图2中，在基板22上设置有由车载电池供给电力、且与车载空调相关的控制信号经由ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)等控制装置而输入的外部连接连接器26。
在基板22上安装有用于对向定子14的U相、V相、W相供给的电力进行控制的逆变电路40。本实施方式的电机控制装置20的逆变电路40是在直流侧的电路上并联连接大容量的电容器42A、42B、42C、42D来作为电压源工作的电压型逆变器。
逆变电路40具备逆变器FET 44A、44B、44C、44D、44E、44F作为开关元件。逆变器FET44A、44D控制向U相供给的电力的通断，逆变器FET 44B、44E控制向V相供给的电力的通断，逆变器FET 44C、44F控制向W相供给的电力的通断。由逆变器FET 44A～44F的开关所控制的电力经由电力供给端子28A、28B、28C而供给至定子14。
在基板22上的逆变电路40的直流侧设置有噪声除去用的扼流圈46，还设置有防逆接FET 48和大容量的电容器42E。另外，在基板22上安装有用于控制逆变电路40的微型计算机32。防逆接FET 48是用于在以相反的极性连接车辆的电池的情况下保护逆变电路40的FET。
在图2所示基板22上，逆变器FET 44A～44F、扼流圈46以及防逆接FET 48在工作时的发热显著。在本实施方式中，在安装了工作时发热显著的元件的部位的背侧，利用固定螺栓30安装有散热器24。
在基板22上，在逆变器FET 44B的附近设置有热敏电阻54A，上述热敏电阻54A是感测所安装的电路的发热的温度的温度传感器。在本实施方式中，在存在基于热敏电阻54A的温度而算出的元件的温度为规定阈值以上的危险的情况下，减小从逆变电路40输出的脉冲的占空比，来防止因热导致的元件的损坏。另外，热敏电阻54A只要能够检测安装在基板22上的电路的发热的温度即可，也可以设置在逆变器FET 44B的附近之外的部位。另外，也可以使用红外线温度传感器来代替热敏电阻。红外线温度传感器只要在能够接收来自基板22的红外线的部位即可，也可以设置在基板22上以外的部位。
图3是示出本实施方式的电机控制装置20的概略的图。逆变电路40控制向电机52的定子14的绕组供给的电力的通断。例如，逆变器FET 44A、44D控制向U相的绕组14U供给的电力的通断，逆变器FET 44B、44E控制向V相的绕组14V供给的电力的通断，逆变器FET 44C、44F控制向W相的绕组14W供给的电力的通断。
逆变器FET 44A、44B、44C的各自的漏极经由噪音除去用扼流圈46与车载电池80的正极连接。另外，逆变器FET 44D、44E、44F的各自的源极经由防逆接FET 48与电池80的负极连接。
在本实施方式中，霍尔元件12B检测与轴16同轴地设置的转子磁铁12A或传感器磁铁的磁场。微型计算机32基于由霍尔元件12B所检测的磁场来检测转子12的旋转速度和位置(旋转位置)，并根据转子12的旋转速度和旋转位置来进行逆变电路40的开关的控制。
向微型计算机32输入与空调的开关操作相应地控制空调的、包含来自空调ECU 82的与转子12的旋转速度相关的速度指令值的控制信号。另外，微型计算机32连接有由热敏电阻54A和电阻54B构成的分压电路54、以及设置在逆变电路40与电池80的负极之间的电流传感器56。
关于构成分压电路54的热敏电阻54A，由于电阻值对应于电路的基板22的温度而变化，因此分压电路54输出的信号的电压对应于基板22的温度而变化。微型计算机32基于从分压电路54输出的信号的电压的变化来计算基板22的温度。在本实施方式中，为方便起见，将从分压电路54输出的信号作为基于热敏电阻54A的检测结果的信号。另外，在本实施方式中，将基于热敏电阻54A的检测结果算出的电路的基板22的温度作为热敏电阻54A检测到的电路的基板22的温度。
电流传感器56例如具有分流电阻56A、以及放大分流电阻56A的两端的电位差的放大器56B。微型计算机32基于放大器56B输出的信号来计算逆变电路40的电流。
在本实施方式中，来自热敏电阻54A的信号、电流传感器56所输出的信号以及霍尔元件12B所输出的信号输入于微型计算机32内的温度保护控制部62。温度保护控制部62基于各个输入的信号来计算基板22的元件的温度、逆变电路40的电流以及转子12的旋转速度等。另外，温度保护控制部62与作为电源的电池80连接，温度保护控制部62将电池80的电压作为电源电压进行检测。
来自空调ECU 82的控制信号输入于微型计算机32内的速度控制部64。霍尔元件12B所输出的信号也输入到速度控制部64。速度控制部64根据基于来自空调ECU82的控制信号以及来自霍尔元件12B的信号的转子12的旋转速度和旋转位置，来计算关于逆变电路40的开关的控制的PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制的占空比。
表示速度控制部64所算出的占空比的信号输入于PWM输出部66和温度保护控制部62。温度保护控制部62基于基板22的元件的温度、转子12的旋转速度和电机控制装置20的电路的载荷，对速度控制部64所算出的占空比进行修正，并反馈到速度控制部64。电路的载荷例如有逆变电路40的电流、电源电压或逆变电路40所生成的电压的占空比。在本实施方式中，逆变电路40所生成的电压的占空比与PWM输出部66使逆变电路40生成的电压的占空比相同。如图3所示，表示PWM输出部66使逆变电路40生成的电压的占空比的信号也输入到温度保护控制部62。
另外，作为存储装置的存储器68与温度保护控制部62连接。存储器68储存用于与转子12的旋转速度和电机控制装置20的电路的载荷相应地对热敏电阻54所检测到的电路的温度进行修正的修正值即三维图。如后文所述，温度保护控制部62参照存储于存储器68的三维图来计算电路的元件的温度。
速度控制部64将温度保护控制部62的修正反馈给例如利用PI控制(ProportionalIntegral Controller：比例积分控制器)等而由自身算出的占空比，将表示进行了该反馈的占空比的信号输出至PWM输出部66。PWM输出部66控制逆变电路40的通断以便生成输入的信号所表示的占空比的电压。
接着，对本实施方式的电机控制装置20的作用和效果进行说明。图4是示出在本实施方式的电机控制装置20中的电池80的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和电机12的旋转速度，热敏电阻温度的上升温度的一个例子的三维图。如图4所示，占空比越大且转子12的旋转速度越高，则热敏电阻54A所检测到的基板22的温度即热敏电阻温度越升高。
图5是示出在本实施方式的电机控制装置20中的电池80的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和电机12的旋转速度的、热敏电阻温度th的分布的一个例子的三维图。如图5所示，在初始温度Ta为65℃的情况下，占空比越大且转子12的旋转速度越高，热敏电阻温度th越升高。
图4和图5所示的三维图利用基于建模(modeling)的模拟而可以大致算出，但也可以基于利用实机的实验而获得的数据来确定。
在本实施方式中，将构成电机控制装置20和电机52的元件分类为元件1和元件2。元件1是在从电池80流出的电流大的情况下发热显著的元件，具体而言，是扼流圈46和定子14的绕组。元件2是在电池80的电压高的情况下发热显著的元件，具体而言是逆变器FET44A～44F。
图6是示出在本实施方式的电机控制装置20中的电池80的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和电机12的旋转速度的、元件1的上升温度的一个例子的三维图。另外，图7是示出在本实施方式的电机控制装置20中的电池80的电压恒定(12V)的情况下，相对于占空比和电机12的旋转速度的、元件2的上升温度的一个例子的三维图。
图6和图7所示的三维图是用于与转子12的旋转速度和电路的载荷相应地对热敏电阻54A所检测到的电路的温度进行修正的修正值。虽然图6和图7所示的三维图可利用基于建模的模拟而大致算出，但也可以基于利用实机的实验而获得的数据来确定，并储存在存储器68内。
在本实施方式中，通过在图5所示的热敏电阻温度th上加上与图6或图7中的占空比和转子12的旋转速度对应的上升温度的值，来计算电压恒定时的元件1或元件2的温度。具体而言，如果是元件1则使用图6，如果是元件2则使用图7，提取与占空比和转子12的旋转速度对应的上升温度，并将其与热敏电阻54A所检测到的热敏电阻温度th相加，据此计算元件1或元件2的温度。
例如，在占空比为50％且旋转速度为4000rpm的情况下，在图6中，元件1的上升温度是13℃。另外，如果热敏电阻温度th是75℃，则在电池的电压为12V时的元件1的温度为88℃。
根据上述的三维图和热敏电阻54A所实测的热敏电阻温度th来计算元件1的温度是在电压恒定(12V)的情况下进行的。在本实施方式中，根据作为电池80的电压的电源电压，对根据图6、图7的三维图以及热敏电阻54A所实测的热敏电阻温度th算出的元件1、元件2的温度进行修正。
图6和图7所示的三维图将逆变电路40所生成的电压的占空比作为电路的载荷，但也可以将电流传感器56所检测到的逆变电路40的电流值作为电路的载荷。在三维图中，在将逆变电路40的电流值作为电路的载荷的情况下，也可以基于实机的实验所获得的数据，来确定与电流值和旋转速度对应的上升温度，并储存在存储器68内。
图8是将本实施方式的电机控制装置20中的元件1的温度、元件2的温度以及热敏电阻温度th的一个例子按电源电压不同而示出的表。由于图8所示的各个数值受电机控制装置20的结构左右，因此通过使用实机的实验来确定。
图9是表示本实施方式的电机控制装置20中的元件1、元件2的温度系数的一个例子的表。图9基于图8所示的基于电压的、各个元件的温度变化，在电源电压为12V的情况下的温度系数是1.000。在本实施方式中，从图9提取与电源电压对应的温度系数，并将提取出的温度系数与根据图6、图7的三维图和热敏电阻54A所实测的热敏电阻温度th算出的元件1、元件2的温度相乘，据此计算与占空比、旋转速度以及电源电压对应的元件1、元件2的温度。
例如关于电源电压为12V、如上述那样算出的占空比为50％且旋转速度为4000rpm的情况下的元件1的温度(88℃)，在实际的电源电压例如为10V的情况下，根据图9，温度系数是1.077，可如下述那样计算。
88×1.077＝94.78(℃) …(1)
在本实施方式中，在如上述的式(1)那样算出的元件1、元件2的温度为规定阈值以上的情况下，使占空比减少而使电机52和电机控制装置20的载荷降低，据此使元件1、元件2的温度降低。
图10是示出本实施方式的电机控制装置20的电机控制处理的一个例子的流程图。在步骤900，基于热敏电阻温度th，如上述那样算出元件1、元件2的温度。
在步骤902，判断元件1的温度是否在规定的阈值以上。规定的阈值取决于所安装的元件的耐热性，在本实施方式中，作为一个例子为140℃。在步骤902为肯定判断的情况下，在步骤904使占空比降低并使处理返回。
在步骤902为否定判断的情况下，在步骤906判断元件2的温度是否为规定的阈值以上。规定的阈值取决于所安装的元件的耐热性，在本实施方式中，作为一个例子为145℃。在步骤906为肯定判断的情况下，在步骤908使占空比降低并使处理返回。在步骤906为否定判断的情况下，不使占空比降低，并使处理返回。
另外，在步骤904、步骤908中使占空比降低的比例取决于电机52和电机控制装置20的规格，在本实施方式中为20％。
如上所述，在本实施方式中，根据元件1、元件2的特性和电源电压对热敏电阻温度th进行修正，据此可以算出各个元件的温度。可以基于所算出的各元件的温度来检测元件的过热的危险，并可以抑制有关元件的过热。

Claims (5)

1.一种电机控制装置，具备：
电压生成部，生成施加给电机的电压；
温度检测部，检测包含所述电压生成部的电路的温度；
旋转速度检测部，检测所述电机的旋转速度；
电压控制部，以生成基于与切换所述电机的旋转速度的开关的操作对应的速度指令值的占空比的电压的方式对所述电压生成部进行控制，并且以基于所述温度检测部检测到的所述电路的温度、所述旋转速度检测部检测到的所述电机的旋转速度以及所述电路的载荷而算出的构成所述电路的元件的温度在规定阈值以上的情况下，生成比基于所述速度指令值的占空比低的占空比的电压的方式对所述电压生成部进行控制；以及
存储部，储存用于根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷来修正所述电路的温度的修正值，
所述电压控制部参照储存于所述存储部的所述修正值并根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷来修正所述电路的温度，据此计算所述元件的温度。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，所述电压控制部基于所述元件的温度为比所述阈值低的温度的情况下的占空比来确定所述电路的载荷。
3.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
具备检测所述电压生成部的电流的电流检测部，
所述电压控制部基于所述电流检测部所检测到的电流来确定所述电路的载荷。
4.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
所述元件包括在电源的电流大的情况下变为高温的第一元件和在所述电源的电压高的情况下变为高温的第二元件，
所述存储部分别储存根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷而分别确定的关于所述第一元件的第一修正值和关于所述第二元件的第二修正值，
所述电压控制部参照所述存储部所储存的各个修正值并根据所述电机的旋转速度和所述电路的载荷来修正所述电路的温度，据此分别计算所述第一元件的温度和所述第二元件的温度，并且以在所述第一元件的温度为第一温度阈值以上的情况下或在所述第二元件的温度为第二温度阈值以上的情况下，生成比基于所述速度指令值的占空比低的占空比的电压的方式来控制所述电压生成部。
5.根据权利要求4所述的电机控制装置，其中，所述电压控制部根据所述电源的电压对算出的元件的温度进行修正。
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