CN105610364B - 逆变器装置和电动机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及逆变器装置和电动机驱动系统。根据实施方式的逆变器装置包括恒功率控制器。恒功率控制器在施加至AC电动机的电压指令的值超过预定阈值时，基于所述电压指令的值和所述预定阈值来计算并输出d轴电流指令修正值。此外，所述恒功率控制器在基于绕组切换信号确定的输出切换定时，利用根据扭矩指令或者速度指令以及所提供的直流电压确定的恒功率模型，来生成所述d轴电流指令修正值，并且输出所述d轴电流指令修正值达预定时间。

Description

逆变器装置和电动机驱动系统

本申请是申请日为2012年07月04日，申请号为201210230243.5，发明名称为“逆变器装置和电动机驱动系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

在此讨论的实施方式涉及一种逆变器装置和电动机驱动系统。

背景技术

已知一种传统的允许通过切换AC(交流)电动机的电枢绕组来进行从低速区域至高速区域的宽范围运转的绕组切换方法。

例如，传统的绕组切换方法，为了减少绕组切换引起的冲击，在AC电动机的转数突然改变的情况下，采取措施禁止绕组切换。然而，例如当从低速向高速执行持续加速时，这种措施存在效率低以及还不能获得足够扭矩的问题。

就此方面，本申请人已提出了一种逆变器装置，该逆变器装置即使在加速期间或减速期间，仍可以减少绕组切换引起的冲击，该逆变器装置公开在日本专利申请特开第2010-22165号公报中。更具体来说，当电压指令超过可以输出至AC电动机的最大电压值时，日本专利申请特开第2010-22165号公报中公开的逆变器装置计算作为d轴电流指令的修正值的d轴电流指令修正值，并且利用所计算的d轴电流指令修正值来执行修正所述d轴电流指令的处理。

这时，日本专利申请特开第2010-22165号公报中公开的逆变器装置在绕组切换之前预先计算d轴电流指令修正值，在绕组切换时利用预先计算出的d轴电流指令修正值来修正d轴电流指令。因此，由于可以去除作为绕组切换引起的冲击的产生原因之一的d轴电流指令修正值的计算延迟，所以即使在加速期间或者减速期间，逆变器装置仍可以执行平滑的绕组切换。

此外，日本专利申请特开第2010-22165号公报中公开的逆变器装置利用扭矩指令、电源电压值和AC电动机的转速作为参数，来初步计算d轴电流指令修正值。

然而，日本专利申请特开第2010-22165号公报中公开的逆变器装置在可以进一步减少绕组切换的影响方面还存在改进余地。

例如，日本专利申请特开第2010-22165号公报中公开的逆变器装置使用AC电动机的转速作为用于确定d轴电流指令修正值的参数。然而，AC电动机的转速受到绕组切换的过渡现象的影响。换言之，存在如下可能性，即，AC电动机的转速的检测值包括绕组切换的过渡现象所导致的噪声分量。当利用受到过渡现象影响的检测值来计算d轴电流指令修正值时，存在延长过渡现象的收敛时间(resolution time)的可能性。

根据实施方式的一个方面，本实施方式的目的是提供一种可以减少绕组切换引起的影响的逆变器装置和电动机驱动系统。

发明内容

根据实施方式的一方面的逆变器装置包括：电压供给单元、绕组切换信号发生器以及恒功率控制器。所述电压供给单元连接至AC电动机的与各相相对应的电枢绕组的一端，并且将用于驱动所述AC电动机的可变电压提供给所述AC电动机。所述绕组切换信号发生器连接至所述电枢绕组的另一端和中间部中的每一个，并且将绕组切换信号输出至改变所述电枢绕组的连接的绕组切换部。所述恒功率控制器在施加至所述AC电动机的电压指令的值超过预定阈值时，基于所述电压指令的值和所述预定阈值来计算并输出d轴电流指令修正值。此外，所述恒功率控制器在基于所述绕组切换信号确定的输出切换定时，利用根据扭矩指令或速度指令以及所提供的直流电压确定的恒功率模型，来生成所述d轴电流指令修正值，并且输出所述d轴电流指令修正值达预定时间。

根据实施方式的一方面的电动机驱动系统包括直流电压源、AC电动机以及逆变器装置。所述逆变器装置连接至所述AC电动机的与各相相对应的电枢绕组的一端。此外，所述逆变器装置包括绕组切换信号发生器和恒功率控制器。所述绕组切换信号发生器连接至所述电枢绕组的另一端和中间部中的每一个，并且将绕组切换信号输出至改变所述电枢绕组的连接的绕组切换部。所述恒功率控制器在施加至所述AC电动机的电压指令的值超过预定阈值时，基于所述电压指令的值和所述预定阈值来计算并输出d轴电流指令修正值。此外，所述恒功率控制器在基于所述绕组切换信号确定的输出切换定时，利用根据扭矩指令或速度指令以及所提供的直流电压确定的恒功率模型，来生成所述d轴电流指令修正值，并且输出所述d轴电流指令修正值达预定时间。

根据实施方式的一方面，可以提供一种可以减少绕组切换引起的影响的逆变器装置和电动机驱动系统。

附图说明

通过结合附图来参照下文的详细描述，可容易获得并更易于理解对本发明的更完整的理解及其带来的众多优点，在附图中：

图1是例示出根据实施方式的驱动系统的构造的框图；

图2是例示出根据本实施方式的逆变器装置的构造的框图；

图3是例示出绕组切换部的构造的电路图；

图4是例示出恒功率控制器的构造的框图；

图5A是例示出用于高速模式的恒功率模型的示例的示图；

图5B是例示出用于低速模式的恒功率模型的示例的示图；

图6是例示出电流控制器的构造的框图；

图7是例示出电流指令计算器的构造的框图；

图8A是例示出用于高速模式的电流模型的示例的示图；以及

图8B是例示出用于低速模式的电流模型的示例的示图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细说明根据本公开的实施方式的逆变器装置和电动机驱动系统(下文中称为“驱动系统”)。在此，相同部件具有相同参考标记并且适当地省略重复的说明。然而，就此而言，下文公开的实施方式并非旨在对本发明进行限制。

参照图1来说明根据本实施方式的驱动系统100的构造。

如图1所例示，根据本实施方式的驱动系统100包括逆变器装置20、AC(交流)电动机40、位置检测器41、绕组切换部60、以及直流电压源80。

逆变器装置20是将从直流电压源80提供的DC电力变换为三相AC电力的电力变换装置。逆变器装置20连接至设置在AC电动机40的与各相相对应的电枢绕组的一端处的连接端子A1至A3。下面参照图2来说明逆变器装置20的构造。

AC电动机40是三相AC电动机，其包括与U相、V相、以及W相这三相相对应的电枢绕组。AC电动机40由从逆变器装置20输出的电压驱动。绕组切换部60连接至AC电动机40的连接端子A4至A6和连接端子B1至B3。连接端子A4至A6设置在与各相相对应的电枢绕组的终端处，并且连接端子B1至B3设置在电枢绕组的中间部(在此为中间点)处。

位置检测器41是连接至AC电动机40并且检测AC电动机40的转子相位θ的检测器。例如，可以使用编码器或者分解器(resolver)作为位置检测器41。

直流电压源80包括AC电源和整流电路，并且将DC电力提供给逆变器装置20。例如，也可以使用诸如电池的不具有整流电路的DC电源作为直流电压源80。

绕组切换部60是切换与各相相对应的电枢绕组的连接的切换部。在此，参照图3来说明绕组切换部60的构造。

绕组切换部的构造示例。

图3是例示出绕组切换部60的构造的电路图。绕组切换部60包括：连接至AC电动机40的连接端子B1至B3的第一切换部61；以及连接至AC电动机40的连接端子A4至A6的第二切换部62。绕组切换部60使用第一切换部61和第二切换部62，使AC电动机40的电枢绕组的终端或者中间点短路，以切换AC电动机40的绕组特性。

绕组切换部60的构造与日本专利第3948009号公报中公开的图1的绕组切换部的构造大致相同。绕组切换部60包括电容器(C1，C2)和电阻器(R1，R2)，以在绕组切换时有效地吸收残余能量。电容器C1和电阻器R1设置在第一切换部61中。电容器C2和电阻器R2设置在第二切换部62中。

在图3中，当根据下述的绕组切换信号，第一切换部61的SW1变为OFF，而第二切换部62的SW2变为ON时，电枢绕组的终端侧(连接端子A4至A6)短路，因此绕组阻抗达到最大状态。此状态称为低速模式。在低速模式下，容易获得大扭矩。然而，随着转数变大，扭矩的产生变得更难。另一方面，当SW1变为ON并且SW2变为OFF时，电枢绕组的中间点(连接端子B1至B3)短路，因此绕组阻抗减小。此状态称为高速模式。在高速模式下，因为通过减小绕组阻抗降低了反电动电压，所以可以容易地获得扭矩。

如上，在低速期间切换绕组以将SW1设置为OFF且将SW2设置为ON(低速模式)，而在高速期间切换绕组以将SW1设置为ON并且将SW2设置为OFF，因此可以满足低速运转期间的高扭矩和高速运转期间的扭矩产生。

逆变器装置的构造

接着，参考图2来说明根据本实施方式的逆变器装置20的构造。如图2中所例示，逆变器装置20包括扭矩指令发生器1、电流指令计算器2、电流控制器3、PWM控制器4、电流检测器5、以及A/D变换器6。此外，逆变器装置20包括电压检测器7、恒功率控制器8、速度计算器9、绕组切换信号发生器10、常数切换器11、以及电压FF(前馈)计算器12、信号变换器13、以及输入端子14a和14b。

扭矩指令发生器1是产生扭矩指令T_ref并且将扭矩指令T_ref输出至电流指令计算器2、恒功率控制器8、以及绕组切换信号发生器10的处理单元。在此情况下，扭矩指令T_ref可从逆变器装置20的外部控制器(未例示)输入。

电流指令计算器2是基于来自扭矩指令发生器1的扭矩指令T_ref、来自常数切换器11的电动机常数和控制参数、以及来自信号变换器13的输出切换信号，来生成d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Iq_ref的处理单元。电流指令计算器2将所生成的d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Iq_ref输出至电流控制器3和电压FF计算器12。下面参考图7来说明电流指令计算器2的构造。

电流控制器3是根据来自电流指令计算器2的d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Iq_ref来控制电流流入AC电动机40并且生成电压指令Vd_ref和Vq_ref的处理单元。电流控制器3还执行将所生成的电压指令Vd_ref和Vq_ref变换为与三相相对应的电压指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_ref的处理。随后，电流控制器3将电压指令Vd_ref和Vq_ref输出至恒功率控制器8，而将电压指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_ref输出至PWM控制器4。下面参考图6来说明电流控制器3的构造。

PWM控制器4是根据未例示的载波信号和从电流控制器3输出的电压指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_ref来执行PWM控制，并且将具有可变频率的可变电压提供给AC电动机40的处理单元。PWM控制器4进一步包括未例示的开关元件。开关元件对从直流电压源80提供的DC电力执行电力变换，并且将结果提供给AC电动机40。如上所述，PWM控制器4相当于电压供给单元的示例，其连接至AC电动机40的与各相相对应的电枢绕组的一端，并且将用于驱动AC电动机40的可变电压提供给AC电动机40。

电流检测器5是检测流入AC电动机40的绕组的电流的检测器。电流检测器5检测到的电流输出至A/D变换器6。

A/D变换器6是将电流检测器5检测到的电流变换为数字信号的变换器。A/D变换器6变换为数字信号的电流的检测值输出至电流控制器3。

电压检测器7是检测直流电压源80的电势，更具体地说，是检测连接到直流电压源80的逆变器装置20的输入端子14a与14b之间的电势的检测器。电压检测器7将检测到的值输出至恒功率控制器8作为直流电压。

当来自电流控制器3的电压指令(Vd_ref和Vq_ref)达到基于来自电压检测器7的直流电压可以输出的最大电压时，恒功率控制器8是基于电压指令和最大电压来计算d轴电流指令修正值Id_refc的处理单元。计算出的d轴电流指令修正值Id_refc用于场减弱控制。下面参考图4来说明恒功率控制器8的构造。

速度计算器9是基于来自位置检测器41的转子相位θ来计算AC电动机40的转速ω的计算器。将计算出的转速ω输出至绕组切换信号发生器10和电压FF计算器12。

绕组切换信号发生器10是将绕组切换信号输出至绕组切换部60，使得绕组切换部60执行绕组切换的处理单元。更具体来说，绕组切换信号发生器10根据来自速度计算器9的转速ω和来自扭矩指令发生器1的扭矩指令T_ref等来确定绕组切换定时，并且在所确定的绕组切换定时将绕组切换信号输出至绕组切换部60、常数切换器11、以及信号变换器13。

例如，当使用转速ω作为标准来执行绕组切换时，绕组切换信号发生器10将来自速度计算器9的转速ω与所设置的基础转速(下文中称为“绕组切换速度”)进行比较。然后，当转速ω超过绕组切换速度时，它是高速模式的绕组切换定时，而当转速ω低于绕组切换速度时，它是低速模式的绕组切换定时。

在示例中，如果转速ω低于绕组切换速度，则绕组切换信号是用于将第一切换部61的SW1设置为OFF并且将第二切换部62的SW2设置为ON的信号(低速模式)，而如果转速ω超过绕组切换速度，则绕组切换信号是用于将第一切换部61的SW1设置为ON并且将第二切换部62的SW2设置为OFF的信号(高速模式)。

常数切换器11存储用于低速模式(绕组1)的和用于高速模式(绕组2)的电动机常数以及控制参数。常数切换器11将基于来自绕组切换信号发生器10的绕组切换信号而选择的数据输出至电流指令计算器2、电流控制器3、以及电压FF计算器12，并且将当前数据切换为与AC电动机40的绕组状态相对应的电动机常数和控制参数。例如，常数切换器11存储扭矩电流换算因子(K)、电流相位(β)、电枢绕组电感(Ld，Lq)、电枢链接磁通(Φ)、以及电枢绕组电阻(R)，作为电动机常数和控制参数。

电压FF计算器12是使用来自电流指令计算器2的d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Iq_ref、来自速度计算器9的转速ω、以及来自常数切换器11的电动机常数和控制参数，来计算d轴电压前馈值Vd_ff和q轴电压前馈值Vq_ff的处理单元。

更具体来说，电压FF计算器12使用等式(1-1)来计算d轴电压前馈值Vd_ff，而使用等式(1-2)来计算q轴电压前馈值Vq_ff。

Vd_ff＝-ω·Lq·Iq_ref …(1-1)

Vq_ff＝ω·Ld·Id_ref …(1-2)

将电压FF计算器12计算出的d轴电压前馈值Vd_ff和q轴电压前馈值Vq_ff加至电流控制器3计算出的电压指令。通过执行处理可以改善电流指令响应。

信号变换器13是将来自绕组切换信号发生器10的绕组切换信号变换为用于切换电流指令计算器2、电流控制器3、以及恒功率控制器8中设置的转换器的输出切换信号的处理单元。

更具体来说，信号变换器13基于来自绕组切换信号发生器10的绕组切换信号，将输出切换信号输出至电流指令计算器2、电流控制器3、以及恒功率控制器8达预定时间，其中，在从低速模式向高速模式的切换定时，输出切换信号的值为“1”，而在从高速模式向低速模式的切换定时，输出切换信号的值为“2”。另一方面，输出切换信号的值在除了所述定时以外的其它定时为“0”。

逆变器装置20如上所述地被构造为基于扭矩指令T_ref来驱动AC电动机40。

因为在切换电动机40的电枢绕组的影响下出现电流反馈值(Id_fb和Iq_fb)，所以振动分量交叠在电流反馈值(Id_fb和Iq_fb)反馈控制的电压指令(Vd_ref和Vq_ref)上。此外，振动分量交叠在由包括振动分量的电压指令(Vd_ref和Vq_ref)所计算出的d轴电流指令修正值Id_refc上。因此，当利用电流反馈值(Id_fb和Iq_fb)、电压指令(Vd_ref和Vq_ref)、以及由这些信号所计算出的d轴电流指令修正值Id_refc来控制电动机40时，进一步延长了绕组切换的过渡现象的收敛时间。

就此而言，根据本实施方式的恒功率控制器8输出使用下文将描述的恒功率模型所生成的d轴电流指令修正值Id_refc达预定时间，代替可能包括绕组切换时的振动分量的d轴电流指令修正值Id_refc。

应该注意，根据本实施方式的电流控制器3在绕组切换定时没有使用电流指令(Id_ref和Iq_ref)和电流反馈值(Id_fb和Iq_fb)，也就是说，没有执行电流反馈控制。

此外，在本实施方式中，为了使未执行电流反馈控制所带来的影响最小，向电流指令计算器2的构造施加新的扭曲(twist)。

下文中，参照图4、图6、以及图7说明恒功率控制器8、电流控制器3、以及电流指令计算器2的具体构造。

恒功率控制器的构造

参照图4来说明恒功率控制器8的构造。图4是例示出恒功率控制器8的构造的框图。如图4中例示，恒功率控制器8包括振幅计算器81、减法器82、PI控制器83、Id指令限制器84、滤波器85、d轴电流指令修正值生成单元86、以及转换器87。

首先，说明当输出切换信号为“0”时恒功率控制器8的输出。

振幅计算器81根据从电流控制器3输出的d轴电压指令Vd_ref和q轴电压指令Vq_ref，计算用于AC电动机40的电压指令的振幅值(电压振幅值)。更具体来说，振幅计算器81使用等式(2)来计算电压振幅值并且将计算出的振幅值作为电压反馈值Vfb输出至减法器82。

减法器82从箝位电压指令减去电压反馈值Vfb并且将减法结果输出至PI控制器83。在此，箝位电压指令是如上所述的、基于所供给的直流电压可以输出的最大电压。箝位电压指令根据来自电压检测器7的直流电压的值来确定，通过把直流电压的值乘以系数(未示出)来获得值，诸如此类。

PI控制器83对减法器82获得的减法结果执行包括P控制或者I控制的控制，以进行操作，使得电压反馈值Vfb不超过箝位电压指令。为了达到此目的，Id指令限制器84将PI控制器83的正输出限制为“0”，而将负输出限制为预定值，并且将限制后的值输出至滤波器85。Id指令限制器84的输出值经由滤波器85输出至转换器87，作为d轴电流指令修正值Id_refc。

接着，说明当输出切换信号为“1”或者“2”时，恒功率控制器8的输出。

d轴电流指令修正值生成单元86使用根据来自扭矩指令发生器1的扭矩指令T_ref和来自电压检测器7的直流电压所确定的恒功率模型，来生成d轴电流指令修正值Id_refc。此外，d轴电流指令修正值生成单元86把在从低速模式到高速模式的切换定时使用的恒功率模型和在从高速模式到低速模式的切换定时使用的恒功率模型分别存储，并且从恒功率模型中选择接近切换定时的运转条件的恒功率模型。随后，d轴电流指令修正值生成单元86使用所选择的恒功率模型来生成d轴电流指令修正值Id_refc，并且将所生成的d轴电流指令修正值Id_refc输出至转换器87。

尽管未例示出，但是当恒功率控制器8具有将输出切换信号的值输入到d轴电流指令修正值生成单元86的构造时，仅需要d轴电流指令修正值生成单元86生成与低速模式和高速模式二者之一相对应的d轴电流指令修正值Id_refc。

这样，将所生成的d轴电流指令修正值Id_refc输出至转换器87。转换器87根据来自信号变换器13的输出切换信号来选择d轴电流指令修正值Id_refc。更具体来说，如果输出切换信号为“0”则转换器87选择滤波器85的输出作为d轴电流指令修正值Id_refc，如果输出切换信号为“1”则转换器87选择用于高速模式的恒功率模型的输出作为d轴电流指令修正值Id_refc，而如果输出切换信号为“2”则转换器87选择用于低速模式的恒功率模型的输出作为d轴电流指令修正值Id_refc。随后，将所选择的d轴电流指令修正值Id_refc输出至电流指令计算器2。

接下来，参照图5A和图5B说明d轴电流指令修正值生成单元86中包括的恒功率模型。图5A是用于高速模式的恒功率模型的示例，其中水平轴表示扭矩指令T_ref，垂直轴表示d轴电流指令修正值Id_refc。图5B是用于低速模式的恒功率模型的示例，其中水平轴表示扭矩指令T_ref，垂直轴表示d轴电流指令修正值Id_refc。

因为AC电动机40的低速模式和高速模式伴随有不同的电动机常数和控制参数，所以即使负载条件相同，电压指令(Vd_ref和Vq_ref)的大小也不同，因此这种不同对扭矩指令T_ref的大小具有影响。此外，从上述场削弱控制的角度而言，要修正的d轴电流指令修正值Id_refc依赖于直流电压的大小。

因此，如图5A和图5B中例示，根据直流电压的大小，即使扭矩指令T_ref为相同值，d轴电流指令修正值Id_refc仍具有不同值。为此，d轴电流指令修正值生成单元86被构造为具有用于高速模式和低速模式各个的多个模型。

在图5A和5B中，恒功率模型不是转速ω的函数。这是因为绕组切换是基于AC电动机40的转速ω来执行的，并且在切换定时，速度变化微小。在此，如果逆变器装置具有如下构造，即绕组切换速度可以是可变的，或者基于扭矩指令T_ref来执行绕组切换，则为恒功率模型准备使用速度作为参数的函数，并且将函数存储在d轴电流指令修正值生成单元86中。此外，这类似于速度变化在切换定时不小的情况。

在图5A和5B中，已经说明了通过使用扭矩指令T_ref和直流电压作为参数的函数来表示恒功率模型的情况。然而，d轴电流指令修正值生成单元86内可以保存作为数值表或者其它格式的恒功率模型，或者可以通过简化内部模型并执行插值近似来生成d轴电流指令修正值Id_refc。

这样，即使在绕组切换的定时，恒功率控制器8也可以向电流指令计算器2输出不包括绕组切换所伴有的振动分量的d轴电流指令修正值Id_refc。因此，可以防止绕组切换引起的过渡现象的收敛时间的增加。

电流控制器的构造

接着，参考图6来说明电流控制器3的构造。图6是例示出电流控制器3的构造的框图。如图6中例示，电流控制器3包括坐标变换单元30、减法器31和32、q轴电流控制器33、d轴电流控制器34、转换器35和36、加法器37和38、以及坐标变换器39。

坐标变换单元30使用转子的相位θ对从A/D变换器6输出的电流检测器5的检测值Iu_fb和Iv_fb执行坐标变换，并且生成电流反馈值(Id_fb和Iq_fb)。

减法器31是使从电流指令计算器2输出的q轴电流指令Iq_ref减去q轴电流反馈值Iq_fb，并且将减法结果输出至q轴电流控制器33的处理单元。减法器32是使从电流指令计算器2输出的d轴电流指令Id_ref减去d轴电流反馈值Id_fb，并且将减法结果输出至d轴电流控制器34的处理单元。

q轴电流控制器33和d轴电流控制器34是以使得减法器31和减法器32的减法结果变成零的方式分别执行控制的控制器。

转换器35和36是根据来自信号变换器13的输出切换信号，分别地选择是使用q轴电流控制器33的输出还是使用d轴电流控制器34的输出的处理单元。更具体来说，如果输出切换信号是“0”，则转换器35和36将q轴电流控制器33和d轴电流控制器34的输出分别输出至加法器37和38，如果输出切换信号为“1”或者“2”，则替代q轴电流控制器33和d轴电流控制器34的输出，将“0”输出至加法器37和38。

加法器37将转换器35的输出加至来自电压FF计算器12的q轴电压前馈值Vq_ff。加法器38将转换器36的输出加至来自电压FF计算器12的d轴电压前馈值Vd_ff。将加法结果输出至坐标变换器39和恒功率控制器8，作为电压指令(Vd_ref和Vq_ref)。

坐标变换器39是基于转子的相位θ将电压指令(Vd_ref和Vq_ref)变换为U相电压指令Vu_ref、V相电压指令Vv_ref、以及W相电压指令Vw_ref的处理单元。坐标变换器39将变换后的电压指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_ref输出至PWM控制器4。

如上所述，当执行绕组切换时，电流控制器3使用来自电压FF计算器12的电压前馈值(Vd_ff，Vq_ff)作为电压指令(Vd_ref和Vq_ref)，而不使用利用电流反馈值(Id_fb和Iq_fb)执行的d轴电流控制器34和q轴电流控制器33的输出。

换言之，因为电流控制器3不使用存在交叠有绕组切换所伴有的振动分量的可能性的反馈控制的输出，来生成电压指令(Vd_ref和Vq_ref)，所以可以更确保防止绕组切换引起的过渡现象的收敛时间的增加。

当输出切换信号为“1”或者“2”时，电流控制器3也执行用于初始化q轴电流控制器33和d轴电流控制器34中所包括的积分元素(integral elements)的处理。因此，当输出切换信号再次切换为“0”时，保留在q轴电流控制器33和d轴电流控制器34中的积分元素可以防止生成不合适的电压指令(Vd_ref和Vq_ref)。

电流指令计算器的构造

接下来，参考图7来说明电流指令计算器2的构造。图7是例示出电流指令计算器2的构造的框图。如图7中例示，电流指令计算器2包括q轴电流指令计算器21、最大效率控制器22、加法器23、q轴电流指令生成单元24、d轴电流指令生成单元25、以及转换器26和27。

q轴电流指令计算器21是使用等式(3)计算q轴电流指令Iq_ref的处理单元。

这里，Φ是电枢链接磁通，Ld是d轴的电枢绕组电感，并且Lq是q轴的电枢绕组电感。在此，使用加法器23的输出作为等式(3)中的Id_ref。q轴电流指令计算器21计算出的q轴电流指令Iq_ref输出至q轴电流指令生成单元24和转换器26。

最大效率控制器22是使用等式(4)来计算d轴电流指令Id_ref的处理单元。

Id_ref＝T_ref·k·(-sinβ) …(4)

这里，K是扭矩电流换算因子并且β是使用q轴方向作为标准的电流相位，q轴方向是垂直于主磁通量(d轴)方向的方向矢量。最大效率控制器22计算出的d轴电流指令Id_ref输出至加法器23。等式(3)和(4)中的系数K、β、Φ、Ld、以及Lq是电动机常数或者控制参数，并且这些系数是从常数切换器11输入的。

加法器23是将来自最大效率控制器22的d轴电流指令Id_ref加至d轴电流指令修正值Id_refc的处理单元。在此，d轴电流指令修正值Id_refc是恒功率控制器8计算出的值，并且是以电压指令(Vd_ref和Vq_ref)的大小不超过直流电压的方式，根据d轴电流指令Id_ref进行修正的值。加法器23计算出的d轴电流指令Id_ref输出至q轴电流指令计算器21、d轴电流指令生成单元25、以及转换器27。

q轴电流指令生成单元24和d轴电流指令生成单元25被构造为内部分别包括q轴电流模型和d轴电流模型。q轴电流指令生成单元24使用用于高速模式的q轴电流模型来生成用于高速模式的q轴电流指令Iq_ref，而使用用于低速模式的q轴电流模型来生成用于低速模式的q轴电流指令Iq_ref。所生成的两个q轴电流指令Iq_ref输出至转换器26。

类似的是，d轴电流指令生成单元25使用用于高速模式的d轴电流模型来生成用于高速模式的d轴电流指令Id_ref，而使用用于低速模式的d轴电流模型来生成用于低速模式的d轴电流指令Id_ref。所生成的两个d轴电流指令Id_ref被输出至转换器27。

这样，所生成的q轴电流指令Iq_ref输出至转换器26，而所生成的d轴电流指令Id_ref输出至转换器27。转换器26和27根据来自信号变换器13的输出切换信号，分别选择q轴电流指令Iq_ref和d轴电流指令Id_ref。更具体来说，如果输出切换信号为“0”，则转换器26和27分别选择q轴电流指令计算器21的输出和加法器23的输出；如果输出切换信号为“1”，则转换器26和27分别选择通过利用用于高速模式的q轴电流模型和d轴电流模型所生成的指令；而如果输出切换信号为“2”，则转换器26和27分别选择通过利用用于低速模式的q轴电流模型和d轴电流模型所生成的指令。将所选择的指令作为q轴电流指令Iq_ref和d轴电流指令Id_ref，再次输出至电流控制器3和电压FF计算器12。

尽管未例示出，但如果电流指令计算器2具有将输出切换信号的值输入q轴电流指令生成单元24和d轴电流指令生成单元25的构造，则仅需要q轴电流指令生成单元24和d轴电流指令生成单元25分别生成与低速模式和高速模式二者之一相对应的q轴电流指令Iq_ref和d轴电流指令Id_ref。

接下来，参考图8A和图8B来说明q轴电流指令生成单元24和d轴电流指令生成单元25中包括的电流模型。图8A是用于高速模式的电流模型(q轴电流模型和d轴电流模型)的示例。图8B是用于低速模式的电流模型(q轴电流模型和d轴电流模型)的示例。在此，水平轴表示时间“t”，而垂直轴表示电流指令的变化量(ΔIq和ΔId)。

在此，假定扭矩指令T_ref是恒定的，通过对在低速模式下和在高速模式下伴随电动机常数和控制参数的不同而引起的q轴电流和d轴电流的变化进行建模，来获得q轴电流模型和d轴电流模型。

换言之，即使在负载条件为恒定的情况下，也通过对绕组切换所引起的电流指令(Iq_ref，Id_ref)的值的变化进行建模，以也包括电流控制器3的响应，来获得q轴电流模型和d轴电流模型。换言之，通过对绕组切换之后的q轴电流反馈值Iq_fb和d轴电流反馈值Id_fb进行建模，来获得q轴电流模型和d轴电流模型。更具体来说，构造为电流模型内具有绕组切换前的电流指令与绕组切换后的电流指令之间的差异(即，电流指令的变化量)，并且q轴电流指令生成单元24和d轴电流指令生成单元25将电流指令的变化量加至绕组切换前的电流指令，并且输出结果。

如图8A和图8B中所示，构造为：q轴电流模型和d轴电流模型由具有如下函数的多个模型构成，该函数使用q轴电流控制器33和d轴电流控制器34中的增益设置值作为参数。电流模型可以与恒功率模型类似地将所例示的特性存储为函数，或者可以将它们存储为数值表或其它格式。

当简单地构造q轴电流指令生成单元24和d轴电流指令生成单元25中的电流模型时，可通过使用多个电流模型的插值近似来生成q轴电流指令和d轴电流指令。

在此，已经说明了选择与电流指令的变化量(ΔIq，ΔId)相对应的电流模型的情况。然而，本实施方式并不限于此。例如，可以构造为：存储使用绕组切换前的电流指令的大小和绕组切换后的电流指令的大小作为参数的电流模型。

以此方式，从实际绕组切换定时开始直到经过预定时间为止，输出生成的与q轴电流反馈值Iq_fb相等的q轴电流指令Iq_ref和生成的与d轴电流反馈值Id_fb相等的d轴电流指令Id_ref。

因此，输出至电流控制器3的减法器31和32的电流指令(Iq_ref，Id_ref)和电流反馈值(Iq_fb，Id_fb)彼此大致相等。因此，因为来自减法器31和32的输出值极小，所以即使在绕组切换定时未使用来自q轴电流控制器33和d轴电流控制器34的输出，也可以使影响最小。换言之，即使在绕组切换定时未使用来自q轴电流控制器33和d轴电流控制器34的输出，也可以如同电流控制器3操作那样来驱动AC电动机40。

如上所述，因为电压FF计算器12使用不包括绕组切换期间的振动分量的电流指令(Iq_ref，Id_ref)来计算电压前馈值(Vd_ff，Vq_ff)，所以可以减少绕组切换所伴随的影响。

各个转换器的动作定时

接下来，将说明用于说明的各个转换器的动作定时。图4中例示的恒功率控制器8的转换器87、图6中例示的电流控制器3的转换器35和36、以及图7中例示的电流指令计算器2的转换器26和27同步动作。换言之，输出切换信号在相同定时输入到转换器26、27、35、36以及87，并且转换器26、27、35、36以及87根据输出切换信号在相同定时动作。

可以将信号变换器13保持输出切换信号为“1”或“2”的预定时间生成为针对恒功率控制器8、电流控制器3以及电流指令计算器2而不同的时间。

例如，可将给电流指令计算器2的输出切换信号所保持的预定时间设置得比给电流控制器3的输出切换信号所保持的时间长。此原因在于：仅在电流控制器3未使用q轴电流控制器33和d轴电流控制器34的输出的时间，可以输出与电流反馈值(Iq_fb，Id_fb)相等的电流指令(Iq_ref，Id_ref)。

可以使用稳定绕组切换引起的d轴电流变化的时间作为标准，来确定给恒功率控制器8的输出切换信号所保持的预定时间。在此情况下，该确定的时间趋于比给电流指令计算器2或电流控制器3的输出切换信号所保持的预定时间长。

因为如上所述地构造根据本实施方式的逆变器装置20和驱动系统100，所以它们具有以下效果。

在本实施方式中，因为恒功率控制器8在基于来自信号变换器13的输出切换信号所确定的输出切换定时，使用根据扭矩指令和直流电压而确定的恒功率模型，生成d轴电流指令修正值并输出该d轴电流指令修正值达预定时间，所以可以减少绕组切换所引起的影响。

此外，在本实施方式中，因为电流控制器3在基于来自信号变换器13的输出切换信号确定的输出切换定时，将d轴电压前馈值设置为d轴电压指令而将q轴电压前馈值设置为q轴电压指令，所以可以更确保防止绕组切换引起的过渡现象的收敛时间增加。

此外，在本实施方式中，因为电流指令计算器2在基于来自信号变换器13的输出切换信号确定的输出切换定时，使用对绕组切换所伴有的q轴电流变化进行建模而获得的电流模型和对绕组切换所伴有的d轴电流变化进行建模而获得的电流模型，来生成q轴电流指令和d轴电流指令，并且输出该q轴电流指令和d轴电流指令达预定时间，所以可以使绕组切换期间未执行电流反馈控制的影响最小。

在本实施方式中，已经说明了基于扭矩指令来控制AC电动机40的情况。然而，本实施方式并不限于此。逆变器装置20可以基于表示AC电动机40的转速的速度指令来控制AC电动机40。

在此情况下，逆变器装置20基于速度指令来生成电流指令(Id_ref和Iq_ref)和电压指令(Vu_ref、Vv_ref、Vw_ref)等。在此，速度指令可以从外部输入。另选的是，逆变器装置20可包括生成速度指令的速度指令发生器。

此外，在本实施方式中，已经说明了通过多元化设计恒功率控制器8、电流控制器3、以及电流指令计算器2的构造，可更确保减小绕组切换所伴随的影响。然而，可以通过仅多元化设计恒功率控制器8的构造来构造逆变器装置。换言之，例如，逆变器装置可被构造为包括：例如不包括转换器35和36的电流控制器，以及不包括d轴电流指令修正值生成单元86和转换器87的电流指令计算器。

此外，在本实施方式中，已经说明了绕组切换部60具有图3中例示的构造的情况。然而，绕组切换部60的构造不限于图3中例示出的构造。例如，绕组切换部60可具有日本专利第3948009号公报的图2至图5例示的构造，或者可具有日本专利第2742800号公报或日本专利第3037471号公报中公开的构造。另选的是，绕组切换部60可具有其它构造。

此外，在本实施方式中，已经说明了驱动系统100具有分开的绕组切换部60和逆变器装置20的构造作为示例。然而，驱动系统100可以包括内置有绕组切换部60的逆变器装置。此外，驱动系统100可具有AC电动机40内置有绕组切换部60的构造。当采用此种构造时，可以减少安装面积和布线图。

Claims (8)

1.一种逆变器装置，该逆变器装置包括：

电压供给单元，其连接至AC电动机的与各相相对应的电枢绕组，并且将用于驱动所述AC电动机的可变电压提供给所述AC电动机；

绕组切换信号发生器，其将绕组切换信号输出至改变所述电枢绕组的连接的绕组切换部；以及

恒功率控制器，其在给所述AC电动机的电压指令的值超过预定阈值时，基于所述电压指令的值和所述预定阈值来计算并输出d轴电流指令修正值，其中，

所述恒功率控制器在基于所述绕组切换信号确定的输出切换定时，利用根据扭矩指令或者速度指令以及所提供的直流电压所确定的恒功率模型，来生成所述d轴电流指令修正值，并且输出所述d轴电流指令修正值达预定时间。

2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其中，所述恒功率控制器从与所述扭矩指令或所述速度指令以及所述直流电压的组合相对应的多个恒功率模型中，选择与所述输出切换定时处的运转条件接近的恒功率模型，并且使用所选择的恒功率模型生成所述d轴电流指令修正值。

3.根据权利要求1所述的逆变器装置，该逆变器装置还包括：

电压前馈计算器，其基于所述d轴电流指令、q轴电流指令、以及所述AC电动机的转速，来计算d轴电压前馈值和q轴电压前馈值；以及

电流控制器，其基于所述d轴电压前馈值和利用所述d轴电流指令和d轴电流反馈值的反馈控制的结果，来生成d轴电压指令，并基于所述q轴电压前馈值和利用所述q轴电流指令和q轴电流反馈值的反馈控制的结果，来生成q轴电压指令，其中，

所述电流控制器在基于所述绕组切换信号确定的所述输出切换定时，输出所述d轴电压前馈值作为所述d轴电压指令，并输出所述q轴电压前馈值作为所述q轴电压指令。

4.根据权利要求2所述的逆变器装置，该逆变器装置还包括：

电压前馈计算器，其基于所述d轴电流指令、q轴电流指令、以及所述AC电动机的转速，来计算d轴电压前馈值和q轴电压前馈值；以及

电流控制器，其基于所述d轴电压前馈值和利用所述d轴电流指令和d轴电流反馈值的反馈控制的结果，来生成d轴电压指令，并基于所述q轴电压前馈值和利用所述q轴电流指令和q轴电流反馈值的反馈控制的结果，来生成q轴电压指令，其中，

所述电流控制器在基于所述绕组切换信号确定的所述输出切换定时，输出所述d轴电压前馈值作为所述d轴电压指令，并输出所述q轴电压前馈值作为所述q轴电压指令。

5.根据权利要求3所述的逆变器装置，其中，所述电流控制器在基于所述绕组切换信号确定的所述输出切换定时，初始化所述反馈控制中包括的积分元素。

6.根据权利要求4所述的逆变器装置，其中，所述电流控制器在基于所述绕组切换信号确定的所述输出切换定时，初始化所述反馈控制中包括的积分元素。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的逆变器装置，该逆变器装置进一步包括电流指令计算器，该电流指令计算器基于所述扭矩指令或所述速度指令以及所述d轴电流指令修正值，来生成d轴电流指令和q轴电流指令，其中，

所述电流指令计算器在基于所述绕组切换信号确定的所述输出切换定时，通过使用对绕组切换导致的q轴电流变化进行建模而获得的q轴电流模型来生成所述q轴电流指令，并输出所述q轴电流指令达预定时间，并且通过使用对绕组切换导致的d轴电流变化进行建模而获得的d轴电流模型来生成所述d轴电流指令，并输出所述d轴电流指令达预定时间。

8.一种电动机驱动系统，该电动机驱动系统包括：

直流电压源；

AC电动机；以及

逆变器装置，其连接至所述AC电动机的与各相相对应的电枢绕组，

所述逆变器装置包括：

绕组切换信号发生器，其将绕组切换信号输出至改变所述电枢绕组的连接的绕组切换部；以及

恒功率控制器，其在给所述AC电动机的电压指令的值超过预定阈值时，基于所述电压指令的值和所述预定阈值来计算并输出d轴电流指令修正值，其中，

所述恒功率控制器在基于所述绕组切换信号确定的输出切换定时，利用根据扭矩指令或者速度指令和所提供的直流电压所确定的恒功率模型，来生成所述d轴电流指令修正值，并且输出所述d轴电流指令修正值达预定时间。