CN107155393A - 功率转换装置及其控制方法、电动助力转向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将用于检测动作中的母线电流的控制考虑在内，来抑制母线电流的变动量并减少功耗的功率转换装置。构成为在基于开关信号进行的功率转换部的控制过程中，在交流旋转电机为动力运行状态的情况下，形成在检测母线电流的时刻成为动力模式的电压矢量，并且在交流旋转电机为再生运行状态的情况下，形成在检测母线电流的时刻成为再生模式的电压矢量，由此因减少母线电流的变动产生的功耗。

Description

功率转换装置及其控制方法、电动助力转向控制装置

技术领域

本发明涉及功率转换装置等，尤其涉及动作中的母线电流的检测。

背景技术

在下述专利文献1的车辆用转向装置中，通过使得用于生成各相PWM(脉宽调制)信号的锯齿波的相位相错开，并使得各相PWM信号向低电平下降的时刻错开，从而能够基于电流传感器在V相PWM信号向低电平下降起到经过时间T1为止的期间的输出信号，来获得流过电动机的U相电流的值。并且，基于电流传感器在W相PWM信号向低电平下降起到经过时间T2为止的期间的输出信号，可获得流过电动机的U相电流和V相电流的合计电流值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007－112416号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述专利文献1的车辆用转向装置中，使得用于生成各相PWM信号的锯齿波的相位错开，从而实现了在检测母线电流的时刻得到1相变为导通的电压矢量或2相变为导通的电压矢量。由此，能够基于母线电流检测出各相电流，但由于错开载波来生成PWM信号，因此，上升顺序被固定为预先设定的顺序。例如，根据电动机角度的不同有时会按最小相、中间相、最大相的顺序来上升，尽管电动机处于动力运行状态，但在基于母线电流进行检测的时刻仍会成为电流从电动机流向电源的状态(以下称为再生模式)，从而功耗变大。并且，有时也会按最大相、中间相、最小相的顺序来上升，尽管电动机处于再生运行状态，但在基于母线电流进行检测的时刻仍会成为电流从电源流向电动机的状态(以下称为动力模式)，从而功耗变大。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种将用于检测动作中的母线电流的控制考虑在内，抑制母线电流的变动量并减少功耗的功率转换装置等。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的功率转换装置包括：具有三相以上的多相绕组的交流旋转电机；输出直流电压的直流电源部；基于用于所述交流旋转电机的来自外部的控制指令来运算电压指令的电压指令运算部；输出与对应于所述电压指令的至少两个电压矢量相对应的开关信号的开关信号生成部；基于所述开关信号，将来自所述直流电源部的所述直流电压转换成交流电压并提供给所述交流旋转电机的功率转换部；检测在所述直流电源部与所述功率转换部之间流动的电流即母线电流的电流检测部；以及基于所述母线电流来运算流过所述交流旋转电机的多相绕组的相电流的相电流运算部，所述电流检测部在根据所述开关信号输出所述两个电压矢量的时刻，检测母线电流，所述开关信号生成部在所述交流旋转电机为动力运行状态的情况下利用所述电流检测部检测所述母线电流的时刻，输出与从所述直流电源部向所述交流旋转电机进行通电的电压矢量相对应的开关信号。

发明效果

本发明能够提供一种将用于检测动作中的母线电流的控制考虑在内，抑制母线电流的变动量并减少功耗的功率转换装置等。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的整体结构的图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中开关信号、电压矢量、以及流过三相绕组的电流间的关系的一个示例的图。

图3是表示本发明所涉及的电压矢量和交流旋转电机的三相绕组的相方向的关系的图。

图4是表示图1的交流旋转电机的转子的基本结构的一个示例的图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、以及电压矢量的一个示例的动作说明图。

图6是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、以及电压矢量的另一个示例的动作说明图。

图7是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、以及电压矢量的另一个示例的动作说明图。

图8是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、以及电压矢量的另一个示例的动作说明图。

图9是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、以及电压矢量的另一个示例的动作说明图。

图10是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、以及电压矢量的另一个示例的动作说明图。

图11是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的变形例中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、以及电压矢量的动作说明图。

图12是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、电压矢量、以及母线电流的一个示例的动作说明图。

图13是表示相对于图12的比较例的动作说明图。

图14是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中将dq轴电流作为轴的平面上的电流矢量的图。

图15是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中相位角θβ为0deg时的三相电流的图。

图16是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中相位角θβ为0deg时两个电压矢量的可设定范围的图。

图17是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为0deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的可设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图18是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为0deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的可设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图19是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中相位角θβ为45deg时的三相电流的图。

图20是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中相位角θβ为45deg时两个电压矢量的可设定范围的图。

图21是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为45deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的可设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图22是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为45deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的可设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图23是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，为了在相位角θβ为0～45deg间的所有角度下且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的选择的一个示例的图。

图24是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，为了在相位角θβ为0～45deg间的所有角度下且在动力运行状态下，以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的选择的一个示例的图。

图25是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中相位角θβ为180deg时的三相电流的图。

图26是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中相位角θβ为135deg时的三相电流的图。

图27是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为180deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图28是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为180deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图29是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为135deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图30是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，在相位角θβ为135deg时，为了在电气角的一个周期且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图31是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，为了在相位角θβ为135～180deg间的所有角度下且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的一个示例的图。

图32是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置中，为了在相位角θβ为135～180deg间的所有角度下且在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的另一个示例的图。

图33是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置中，用于输出对于任意的相位角θβ在动力运行状态下均成为动力模式的两个电压矢量的电压矢量的可设定范围的图。

图34是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置中，在以最小电气角实施了对于任意的相位角θβ在动力运行状态下均成为动力模式的两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的示例的图。

图35是表示本发明的实施方式2所涉及的功率转换装置中，在以最大电气角实施了对于任意的相位角θβ在动力运行状态下均成为动力模式的两个电压矢量的组合的切换的情况下，两个电压矢量的设定范围和电压矢量的示例的图。

图36是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的整体结构的图。

图37是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置中，开关信号生成部中的开关信号、电流检测部中母线电流的检测时刻、电压矢量、以及母线电流的一个示例的动作说明图。

图38是表示相对于图37的比较例的动作说明图。

图39是表示设置有本发明的功率转换装置的电动助力转向控制装置的结构的一个示例的图。

具体实施方式

在本发明的功率转换装置等中，将用于检测动作中的母线电流的控制考虑在内，在基于开关信号进行的功率转换部的控制中，当交流旋转电机为动力运行状态时，通过在检测母线电流的时刻构成成为动力模式那样的电压矢量，从而能够减少因母线电流的变动而产生的功耗。并且，在交流旋转电机为再生运行状态的情况下，通过在检测母线电流的时刻构成成为再生模式那样的电压矢量，从而能够减少因母线电流的变动而产生的功耗。

下面，使用附图并按照各实施方式来对本发明的功率转换装置等进行说明。此外，在各实施方式中，用相同标号示出相同或相当的部分，并省略重复说明。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的整体结构的图。交流旋转电机1例如由具有U、V、W三相的三相绕组(通常为多相绕组)C的永磁体同步旋转电机构成。

直流电源2向功率转换部3输出直流电压Vdc。该直流电源2可包含电池、DC-DC转换器、二极管整流器、PWM整流器等(均省略图示)输出直流电压的所有设备。

功率转换部3通过根据开关信号Qup～Qwn，使半导体开关Sup～Swn导通或截止，从而对从直流电源2输入的直流电压Vdc进行功率转换，而后将交流电压施加到交流旋转电机1的三相绕组U、V、W。半导体开关Sup～Swn使用将IGBT、双极型晶体管、MOS功率晶体管等半导体开关与二极管反向并联连接而得到的器件。此处，开关信号Qup、Qun、Qvp、Qvn、Qwp、Qwn是用于在功率转换部3中分别使半导体开关Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn导通或截止的开关信号。

平滑电容器4抑制母线(BU)的电流的变动，实现稳定的直流电流。此处虽然没有详细地进行图示，但除了真正的电容容量Cc以外，还存在有等效串联电阻Rc、引线电感Lc。在充分蓄积了电荷的情况下，由于一般不从直流电源2而从平滑电容器4对交流旋转电机1进行通电，因此，此处将平滑电容器4纳入结构中进行说明。但是，由于直流电源2也存在内阻，因此在没有平滑电容器4的情况下也同样。

另外，直流电源2、或由直流电压2和平滑电容器4构成的部分构成直流电源部。

开关信号生成部5根据从电压指令运算部6输出的电压指令Vu、Vv、Vw，输出实施了脉宽调制(PWM调制)hou的开关信号Qup～Qwn。开关信号Qup～Qwn具有与电压指令Vu、Vv、Vw相对应的脉宽。

此处，本实施方式1中，功率转换部3进行下述动作，即：根据开关信号Qup～Qwn，在动力运行时将来自直流电源1或平滑电容器的直流电压转换成交流电压，并提供给交流旋转电机1。此外，在后述的实施方式3中，功率转换部3进行下述动作，即：根据开关信号Qup～Qwn，在再生运行时将交流旋转电机1的电动势转换成直流电，并提供给直流电源1或平滑电容器。

并且，在本发明中如后述那样，功率转换部3还包含进行上述动力运行时的动作和再生运行时的动作这两者的情况。

本发明中，开关信号Qup～Qwn被输出到功率转换部3，并且还输出到用于电流检测的电流检测部7和相电流运算部8，电流检测部7和相电流运算部8分别根据开关信号Qup～Qwn进行检测、运算。另外，无需向电流检测部7和相电流运算部8输出Qup～Qwn所有的开关信号，即使使用例如Qup、Qvp、Qwp那样的上侧的开关信号、或者能够体现出开关信号Qup～Qwn的状态的其他的状态变量等，也能获得相同的效果。

电压指令运算部6运算用于驱动交流旋转电机1的电压指令Vu、Vv、Vw，并向开关信号生成部5输出。作为电压指令Vu、Vv、Vw的运算方法，例如有V/F控制，即、在设定交流旋转电机1的速度(频率)指令f作为图1中的控制指令的基础上，决定电压指令的振幅。此外，还使用下述电流反馈控制等，即：设定交流旋转电机1的电流指令作为控制指令，基于所设定的控制指令(＝电流指令)和后述的从相电流运算部8输出的流过三相绕组的电流(相电流)Iu、Iv、Iw的偏差，并利用比例积分控制来运算出使该偏差为零的电压指令Vu、Vv、Vw。

其中，V/F控制是前馈控制，不需要三相电流Iu、Iv、Iw。因此，该情况下，无需向电压指令运算部6输入三相电流Iu、Iv、Iw。

电流检测部7检测在直流电源2与功率转换部3之间流动的电流即母线电流Idc，并向相电流运算部8输出。电流检测部7由分流电阻7a、以及通过对流过分流电阻7a的电流进行采样保持来检测母线电流Idc的采样保持器7b构成。可以使用计量器用变流器(CT)来代替分流电阻7a，在该情况下，通过利用采样保持器7b对计量器用变流器的输出电压进行采样保持来检测出母线电流Idc。

接着，对基于开关信号Qup～Qwn的电压矢量、以及母线电流Idc与流过三相绕组的电流Iu、Iv、Iw的关系进行说明。图2示出了开关信号Qup～Qwn、电压矢量、以及流过三相绕组的电流Iu、Iv、Iw之间的关系。图2中，当Qup～Qwn的值为1时，表示对应于Qup～Qwn的半导体开关Sup～Swn导通，当Qup～Qwn的值为0时，表示对应于Qup～Qwn的半导体开关Sup～Swn截止。

接着，若对电压矢量进行图示，则如图3所示那样，V1～V6是彼此具有60度相位差的矢量，V1与三相绕组的U相方向一致，V3与三相绕组的V相方向一致，V5与三相绕组的W相方向一致，V0、V7是大小为零的电压矢量。

相电流运算部8基于母线电流Idc和开关信号Qup～Qwn，根据图2所示的关系，输出Iu、Iv、Iw。由于V0和V7时无法利用母线电流检测三相电流，因此，例如输出电压矢量V1来检测Iu，输出电压矢量V2来检测-Iw。从而可以构成为根据获得的两相的检测电流值，利用三相三线式旋转电机中流过三相的电流之和为零，来运算并输出剩余一相。即，只要是选择适当的电压矢量从而检测出至少两相以上的电流的结构即可。

位置检测器100将交流旋转电机1的相位θ输出到开关信号生成部5。

接着，对交流旋转电机1进行详细描述。图4是交流旋转电机1的转子的基本结构，示出了在铁芯内部埋入永磁体41～44的构造。在永磁体41～44的两端设有磁通壁垒(Fluxbarrier).图4中，将永磁体产生的场磁极的方向设为d轴，将相对于d轴电气角前进90度的方向设为q轴。图4中示出四极电机的情况，相对于d轴机械角前进45度的方向是q轴。具有这种转子结构的旋转电机1被称为埋入磁体型同步旋转电机，具有凸极性，其d轴电感Ld、q轴电感Lq具有Ld＜Lq的关系。

在至此为止的说明中，对Ld≠Lq的埋入磁体型同步旋转电机进行了说明，但本发明中也可以是Ld＝Lq，将所有的交流旋转电机作为对象。例如，也能够适用于表面磁体型同步旋转电机、插入型永磁体同步旋转电机、同步磁阻电动机、开关磁阻电动机等其他交流旋转电机。此外，图4中对极数为4的转子进行了叙述，但关于极数，只要是偶数的自然数(不包含0)，那么就能够适用于任意极数的交流旋转电机。

接着，对开关信号生成部5进行详细说明。图5是关于本实施方式1的开关信号生成部5中开关信号Qup～Qwn的产生方法、电流检测部7中母线电流Idc的检测时刻在开关信号的周期Ts间的动作说明图。另外，由于如图2所示那样，Qun、Qvn、Qwn分别具有与Qup、Qvp、Qwp相反(若是1则为0，若为0则为1，但死区时间期间除外)的关系，因此省略图示。

在时刻t1(n)，将Qup设为1，且Qvp、Qwp设为0，从时刻t1(n)开始到经过Δt1后的时刻t2(n)为止，保持这样的开关模式。根据图2，在时刻t1(n)～t2(n)，电压矢量为V1。在时刻t1(n)～t2(n)的时刻(期间)，在时刻ts1－1(n)检测出第1母线电流Idc。Δt1设定为比功率转换部3的死区时间和电流检测部7检测出母线电流Idc所需时间(例如，检测波形所包含的振铃收敛所需的时间、采样保持所需的时间)的和要长的时间。根据图2，在时刻t1(n)～t2(n)中，电压矢量是V1，在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc与流过U相的电流Iu相等。

接着，在时刻t2(n)，将Qvp设为1，保持该开关模式直到时刻t3(n)。根据图2，在时刻t2(n)～t3(n)，电压矢量为V2。在该时刻中的时刻ts1－2(n)，再次检测出母线电流Idc。采用与Δt1的情况相同的方法决定Δt2。通常，设定为Δt1＝Δt2。根据图2，在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流的标号反相值－Iw。接着，在时刻t3(n)，将Qwp设为1。由于Qup～Qwp的脉宽(保持1的值的时间)由电压指令Vu、Vv、Vw决定，因此，根据该脉宽来确定Qup～Qwp变为0的时刻。

由此，在图5的示例中，通过按Qup、Qvp、Qwp的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V1、V2，在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc。这里，通过更换将开关信号Qup～Qwp设为1的顺序，从而可考虑图5的示例以外的下述五种情况。

第一种情况下，如图6所示，通过按Qvp、Qup、Qwp的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V3、V2，在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc。根据图2，在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过V相的电流Iv，在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流的标号反相值－Iw。

第二种情况下，如图7所示，通过按Qvp、Qwp、Qup的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V3、V4，在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc。根据图2，在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过V相的电流Iv，在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流的标号反相值－Iu。

第三种情况下，如图8所示，通过按Qwp、Qvp、Qup的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V5、V4，在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc。根据图2，在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流Iw，在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流的标号反相值－Iu。

第四种情况下，如图9所示，通过按Qwp、Qup、Qvp的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V5、V6，在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc。根据图2，在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流Iw，在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过V相的电流的标号反相值－Iv。

第五种情况下，如图10所示，通过按Qup、Qwp、Qvp的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V1、V6，在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc。根据图2，在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流Iu，在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过V相的电流的标号反相值－Iv。

实施方式1中，根据交流旋转电机1的旋转位置θ切换图5～图10所示的六种模式的母线电流检测时的两个电压矢量的组合([V1、V2]、[V3、V2]、[V3、V4]、[V5、V4]、[V5、V6]、[V1、V6])并进行输出。

另外，在本实施方式1中，说明了在图5～图10所示的六种模式下通过错开PWM脉冲上升的时刻来产生所希望的电压矢量从而检测出母线电流Idc的方式，但也可以如图11所示那样错开PWM脉冲下降的时刻来产生所希望的电压矢量从而检测出母线电流Idc。如图11所示，通过按Qup、Qvp、Qwp的顺序将它们设为0，从而产生两个电压矢量V4、V5，在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc。根据图2，在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流的标号反相值－Iu，在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流Iw。

与图6～图10同样地，通过更换将开关信号Qup～Qwp设为0的顺序，从而可考虑图11的示例以外的下述五种情况。该情况下也存在总计六种模式的母线电流检测时的两个电压矢量的组合([V1、V2]、[V3、V2]、[V3、V4]、[V5、V4]、[V5、V6]、[V1、V6])，可获得与图5～图10的情况相同的效果。

接着，使用交流旋转电机1为动力运行的状态下Iu＞Iv＞0且Iw＜0的情况来说明两个电压矢量的组合所引起的母线电流的差异。

图12示出通过按Qup、Qvp、Qwp的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V1、V2，并在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc的情况下的动作。另外，由于三相电流的和为0，因此，在三相电流中的任一个是不同值的情况下，最低一相的电流变为负值。

在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流Iu，母线电流Idc为正值，成为母线电流Idc从直流电源2或平滑电容器4流向交流旋转电机1的动力模式。

在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流的标号反相值－Iw，母线电流Idc为正值，成为母线电流Idc从直流电源2或平滑电容器4流向交流旋转电机1的动力模式。

图13示出通过按Qwp、Qvp、Qup的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V5、V4，并在这些电压矢量产生过程中检测出母线电流Idc的情况。

在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流Iw，母线电流Idc变为负值，成为母线电流Idc从交流旋转电机1流向直流电源2或平滑电容器4的再生模式。

在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流的标号反相值－Iu，母线电流Idc变为负值，成为母线电流Idc从交流旋转电机1流向直流电源2或平滑电容器4的再生模式。

平滑电容器4处的功耗通过母线电流Idc的平方与等效串联电阻Rc的积来得到。在如图12所示那样选择了电压矢量的情况下，在电压矢量为V0和V7的区域以外的动力模式的部分产生功耗。在如图13所示那样选择了电压矢量的情况下，由于动力模式的时间相应再生模式而得以延长，且即使在再生模式下也会产生功耗，因此，若在动力运行状态下选择成为再生模式的电压矢量，则功耗变大。

因此，为了减少功耗，在本实施方式1中，利用开关信号生成部5输出与在动力运行状态下进行电流检测时成为动力模式的两个电压矢量相对应的开关信号。

接着，对选出动力运行状态下成为动力模式的两个电压矢量的方法进行说明。

在将dq轴电流作为轴的平面中，若如图14所示那样确定电流矢量的相位角θβ，并将电流有效值设为Irms，则三相电流可表示为下述式(1)所示那样。

(1)

并且，交流旋转电机1中可得到的转矩由下述式(2)给出。在没有磁阻转矩的情况下，不考虑d轴电流id，而根据q轴电流iq的大小来决定输出转矩，而在存在磁阻转矩的情况下，输出转矩根据id和iq的分配的不同而发生变动，因此，在最小电流下可获得最大转矩的电流矢量的相位角θβ为0～45deg或135～180deg的范围的值。

T＝Pm·{φ+(Ld－Lq)id}iq (2)

这里，

T：转矩

Pm：极对数

φ：磁通

Ld：d轴电感、

Lq：q轴电感

id：d轴电流

iq：q轴电流

图15示出相位角θβ为0deg的情况下的三相电流。U相电流Iu为0以上是180deg～360deg的范围，V相电流Iv为0以上是0deg～120deg及300deg～360deg的范围，W相电流Iw为0以上是60deg～240deg的范围。

即，为了在第一个电压矢量下进行电流检测时成为动力模式，

若是电压矢量V1，则需要选择180deg～360deg，

若为电压矢量V3，则需要选择0deg～120deg或300deg～360deg，

若为电压矢量V5，则需要选择60deg～240deg。

另一方面，U相电流Iu为0以下是0deg～180deg的范围，V相电流Iv为0以下是120deg～300deg，W相电流Iw为0以下是0～60deg及240～360deg的范围。

即，为了在第二个电压矢量下进行电流检测时成为动力模式，

若是电压矢量V4，则需要选择0deg～180deg，

若是电压矢量V6，则需要选择120deg～300deg，

若为电压矢量V2，则需要选择0～60deg或240～360deg。

图16示出两个电压矢量的可设定范围。例如，若是电气角为90deg的情况，则按Qvp、Qwp、Qup(V3、V4)的顺序或按Qwp、Qvp、Qup(V5、V4)的顺序的任一顺序将它们设为1即可。即，在60～120deg、180～240deg及300～360deg下，第一个电压矢量的选项存在有两个。并且，在0～60deg、120～180deg及240～300deg下，第二个电压矢量的选项存在有两个。

图17和图18示出在电气角的一个周期在动力运行状态下用于以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式的示例。

图17是在分别存在180deg的可设定范围中以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况。

图18是在分别存在180deg的可设定范围中以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况。

不限于这两种情况，只要选择图16的可设定范围中包含的两个电压矢量，就能够获得相同的效果。

图19示出相位角θβ为45deg的情况下的三相电流。U相电流Iu为0以上是135deg～315deg的范围，V相电流Iv为0以上是0deg～75deg及255deg～360deg的范围，W相电流Iw为0以上是15deg～195deg的范围。

即，为了在第一个电压矢量下进行电流检测时成为动力模式，

若是电压矢量V1，则需要选择135deg～315deg，

若为电压矢量V3，则需要选择0deg～75deg或255deg～360deg，

若为电压矢量V5，则需要选择15deg～195deg。

另一方面，U相电流Iu为0以下是0deg～135deg及315deg～360deg的范围，V相电流Iv为0以下是75deg～255deg的范围，W相电流Iw为0以下是0～15deg及195～360deg的范围。

即，为了在第二个电压矢量下进行电流检测时成为动力模式，

若为电压矢量V4，则需要选择0deg～135deg或315deg～360deg，

若是电压矢量V6，则需要选择75deg～255deg，

若为电压矢量V2，则需要选择0～15deg或195～360deg。

图20示出两个电压矢量的可设定范围。为了便于与图16进行对比，仅移动电气角的轴来进行表示。例如，若是电气角为45deg的情况，则按Qvp、Qwp、Qup的顺序或Qwp、Qvp、Qup的顺序中的任一顺序设为1即可。

与相位角θβ为0deg的情况相同，图21和图22示出在电气角的一个周期在动力运行状态下用于以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式的示例。

图21是在分别存在180deg的可设定范围中以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况。

图22是在分别存在180deg的可设定范围中以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况。

不限于这两种情况，只要选择图20的可设定范围中包含的两个电压矢量，就能够获得相同的效果。

根据图17、图18、图21及图22，在相位角θβ为0～45deg间的所有角度下，为了在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，只要例如如图23或图24所示那样选择两个电压矢量即可。

此外，不限于这两种情况，只要选择满足图16及图20的可设定范围那样的两个电压矢量，就能够获得相同的效果。

图25示出相位角θβ为180deg的情况下的三相电流，图26示出相位角θβ为135deg的情况下的三相电流。

图27和图28示出在相位角θβ为180deg的情况下，在电气角的一个周期在动力运行状态下用于以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式的示例。图27是以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况，图28是以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况。不限于这两种情况，此处虽然省略了图示，但只要选择可设定范围中包含的两个电压矢量，就能够获得相同的效果。

图29和图30示出在相位角θβ为135deg的情况下，在电气角的一个周期在动力运行状态下用于以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式的示例。图29是以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况，图30是以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况。不限于这两种情况，此处虽然省略了图示，但只要选择可设定范围中包含的两个电压矢量，就能够获得相同的效果。

根据图27～图30，在相位角θβ为135～180deg间的所有角度下，为了在动力运行状态下以两个电压矢量进行电流检测时成为动力模式，只要例如如图31或图32所示那样选择两个电压矢量即可。

此外，不限于这两种情况，在各相位角θβ下只要选择满足可设定范围那样的两个电压矢量，就能够获得相同的效果。

例如，在电流矢量的q轴分量为正的情况下，如图23所示那样选择两个电压矢量，在电流矢量的q轴分量为负的情况下，如图31所示那样选择两个电压矢量，由此能够在动力运行状态下输出成为动力模式的两个电压矢量并进行电流检测，从而减少功耗。

这里的电流矢量是基于检测电流得到的或在控制指令中存在电流指令的情况下基于电流指令得到的，但对于基于电压指令的电压矢量也能获得相同的效果。即，开关信号生成部5基于控制指令包含电流指令的情况下的电流指令在2轴坐标系中的一个轴向分量的朝向、或者所述电压指令在2轴坐标系中的一个轴向分量的朝向、或者由所述相电流运算部8得到的检测电流(相电流)在2轴坐标系中的一个轴向分量的朝向中的至少一个来选择所述电压矢量，由此能够获得减少功耗这一以往不具备的效果。

若电压矢量保持通常那样不变，则动力和再生会切换，但通过利用q轴电流的正负来进行切换，从而能够在动力模式下进行检测。

在本实施方式中将考虑的相位角θβ设为0～45deg或135～180deg的范围，但即使要考虑的相位角θβ的范围不同，若仍采用相同的方法来选择两个电压矢量，则也能够输出在动力运行状态下成为动力模式的两个电压矢量，并进行电流检测，从而减少功耗。

此外，也可以在电压矢量Vu、Vv、Vw的振幅Vmap超过预先设定的阈值的情况下，根据电压指令的大小顺序来选择检测母线电流时的两个电压矢量。另外，根据电压指令的大小顺序来选择两个电压矢量等效于选择与电压指令矢量相邻的两个电压矢量。因此，在电压矢量与电压指令矢量相邻的时刻检测出母线电流。

由此，通过在能够自由选择电压矢量的低调制比区域中选择使得功耗最小的电压矢量，在可选择的电压矢量的组合被限制的高调制比区域中选择需要的电压矢量，从而能够抑制高调制比下的功耗。

并且，可将本发明的功率转换装置设置于电动助力转向装置，以使交流旋转电机1产生对转向系统的转向转矩进行辅助的转矩。由此，可获得能构成功耗较小的转向系统。并且，能够抑制对振动较为敏感的电动助力转向装置中的转矩波动。

图39简要示出该情况下的基于本发明的电动助力转向控制装置的结构的一个示例。交流旋转电机1安装于转向轴以提供辅助转矩，功率转换单元PT由图1的交流旋转电机1以外的部分等构成。

实施方式2.

实施方式1中，在相位角θβ的设想范围内的使用中，输出在动力运行状态下成为动力模式的两个电压转矩，从而获得减少功耗这一以往不具备的效果，但在本实施方式中说明对任意的相位角θβ获得相同的效果的方式。本实施方式的功率转换装置的结构基本与图1所示的相同。

图33示出针对相位角θβ，用于在动力运行状态下输出成为动力模式的两个电压矢量的电压矢量的可设定范围。在相位角θβ为0deg的情况下，通过将两个电压矢量的组合的切换角度错开与相位角相应的量，从而可获得相同的效果。

例如，在任意的相位角θβ下，如图34和图35所示那样选择两个电压矢量即可。图34是以最小电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况，图35是以最大电气角实施了两个电压矢量的组合的切换的情况。不限于这两种情况，只要选择可设定范围所包含的两个电压矢量，就能够输出在动力运行状态下成为动力模式的两个电压矢量，从而获得减少功耗这一以往不具备的效果。

本实施方式中说明了将相位角θβ设为电流矢量的相位角的情况，但即使设为相电流运算部8得到的检测电流(相电流)在2轴坐标系中的相位角、控制指令中存在电流指令的情况下的电流指令在2轴坐标系中的相位角、电压指令在2轴坐标系中的相位角，也能获得相同的效果。

例如，在流过较多d轴电流(相位角较大)的状态下，若电压矢量保持通常那样不变，则会出现从动力切换到再生的区域，但通过将电流指令的相位角考虑在内来进行切换，从而能够在动力模式下进行检测。

实施方式3.

图36是表示本发明的实施方式3所涉及的功率转换装置的整体结构的图。本发明的实施方式3的功率转换装置的整体结构与图1大致相同，但其不同点在于，由开关信号生成部5a输出与在再生运行状态下进行电流检测时成为再生模式的两个电压矢量相对应的开关信号。

使用交流旋转电机1进行再生运行的状态下Iu＜Iv＜0且Iw＞0的情况来说明两个电压矢量的组合所引起的母线电流的差异。

本实施方式中，如图37所示，通过按Qup、Qvp、Qwp的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V1、V2，在这些电压矢量产生过程中检测母线电流Idc。另外，由于三相电流的和为0，因此，在三相电流中的任一个是不同值的情况下，最低一相的电流变为正值。

在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流Iu，母线电流Idc变为负值，成为母线电流Idc从交流旋转电机1流向直流电源2或平滑电容器4的再生模式。

在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流的标号反相值－Iw，母线电流Idc变为负值，成为母线电流Idc从交流旋转电机1流向直流电源2或平滑电容器4的再生模式。

图38示出通过按Qwp、Qvp、Qup的顺序将它们设为1，从而产生两个电压矢量V5、V4，并在这些电压矢量产生过程中检测母线电流Idc的比较例。

在时刻ts1－1(n)检测出的母线电流Idc等于流过W相的电流Iw，母线电流Idc为正值，成为母线电流Idc从直流电源2或平滑电容器4流向交流旋转电机1的动力模式。

在时刻ts1－2(n)检测出的母线电流Idc等于流过U相的电流的标号反相值－Iu，母线电流Idc为正值，成为母线电流Idc从直流电源2或平滑电容器4流向交流旋转电机1的动力模式。

平滑电容器4处的功耗通过母线电流Idc的平方和等效串联电阻Rc的积来得到。在如图37所示那样选择了电压矢量的情况下，在电压矢量为V0和V7的区域以外的再生模式的部分产生功耗。在如图38所示那样选择了电压矢量的情况下，由于再生模式的时间相应动力模式得以延长，且即使在动力模式下也会产生功耗，因此，若选择在再生运行状态下成为动力模式的电压矢量，则功耗变大。

因此，本实施方式3中，通过利用开关信号生成部5a输出与在再生运行状态下进行电流检测时成为再生模式的两个电压矢量相对应的开关信号，从而可获得减少功耗这一以往不具备的效果。

另外，作为输出与在再生运行状态下进行电流检测时成为再生模式的两个电压矢量相对应的开关信号的方法，可与所述实施方式1和实施方式2同样地进行实施。

即，本发明不限于上述各实施方式，也包含它们所有可能的组合。例如，可以设为在各个运行状态下切换进行上述实施方式1的动力运行状态下的控制和上述实施方式3的再生运行状态下的控制。并且，也可以在动力、再生的各个运行状态下应用实施方式2的控制。于是，可以构成包括具备上述各功能的功率转换装置的电动助力转向控制装置。

此外，在上述各实施方式中，列举设置有三相交流旋转电机的装置为例进行了说明，但并不限于三相，也可以适用于设置有具有四相以上的多相绕组的交流旋转电机的装置。

工业上的实用性

本发明的功率转换装置等可适用于各种技术领域的功率转换装置等。

标号说明

1交流旋转电机，2直流电源，3功率转换部，4平滑电容器，5、5a开关信号生成部，6电压指令运算部，7电流检测部、7a分流电阻，7b采样保持器，8相电流运算部，41-44永磁体，100位置检测器，PT功率转换单元。

Claims (8)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

具有三相以上的多相绕组的交流旋转电机；

输出直流电压的直流电源部；

基于用于所述交流旋转电机的来自外部的控制指令来运算电压指令的电压指令运算部；

输出与对应于所述电压指令的至少两个电压矢量相对应的开关信号的开关信号生成部；

基于所述开关信号，将来自所述直流电源部的所述直流电压转换成交流电压并提供给所述交流旋转电机的功率转换部；

检测在所述直流电源部与所述功率转换部之间流动的电流即母线电流的电流检测部；以及

基于所述母线电流来运算流过所述交流旋转电机的多相绕组的相电流的相电流运算部，

所述电流检测部在根据所述开关信号输出所述两个电压矢量的时刻检测母线电流，

所述开关信号生成部在所述交流旋转电机为动力运行状态的情况下利用所述电流检测部检测所述母线电流的时刻，输出与从所述直流电源部向所述交流旋转电机进行通电的电压矢量相对应的开关信号。

2.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

具有三相以上的多相绕组的交流旋转电机；

输出直流电压的直流电源部；

基于用于所述交流旋转电机的来自外部的控制指令来运算电压指令的电压指令运算部；

输出与对应于所述电压指令的至少两个电压矢量相对应的开关信号的开关信号生成部；

基于所述开关信号，将所述交流旋转电机的电动势转换成直流电并提供给所述直流电源部的功率转换部；

检测在所述直流电源部与所述功率转换部之间流动的电流即母线电流的电流检测部；以及

基于所述母线电流来运算流过所述交流旋转电机的多相绕组的相电流的相电流运算部，

所述电流检测部在根据所述开关信号输出所述两个电压矢量的时刻检测母线电流，

所述开关信号生成部在所述交流旋转电机为再生运行状态的情况下利用所述电流检测部检测所述母线电流的时刻，输出与从所述交流旋转电机向所述直流电源部进行通电的电压矢量相对应的开关信号。

3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述功率转换部基于所述开关信号，在动力运行状态的情况下将来自所述直流电源部的所述直流电压转换成交流电压并提供给所述交流旋转电机，在再生运行状态的情况下将所述交流旋转电机的电动势转换成直流电并提供给所述直流电源部，

所述开关信号生成部在所述交流旋转电机为再生运行状态的情况下利用所述电流检测部检测所述母线电流的时刻，输出与从所述交流旋转电机向所述直流电源部进行通电的电压矢量相对应的开关信号，在所述交流旋转电机为动力运行状态的情况下利用所述电流检测部检测所述母线电流的时刻，输出与从所述直流电源部向所述交流旋转电机进行通电的电压矢量相对应的开关信号。

4.如权利要求1至3的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述开关信号生成部基于下述相位角中的至少一个来选择所述电压矢量，即：

所述控制指令包含电流指令的情况下的所述电流指令在2轴坐标系中的相位角；

所述电压指令在2轴坐标系中的相位角；以及

由所述相电流运算部得到的相电流在2轴坐标系中的相位角。

5.如权利要求1至3的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述开关信号生成部基于下述朝向中的至少一个来选择所述电压矢量，即：

所述控制指令包含电流指令的情况下的所述电流指令在2轴坐标系中的一个轴向分量的朝向；

所述电压指令在2轴坐标系中的一个轴向分量的朝向；以及

由所述相电流运算部得到的相电流在2轴坐标系中的一个轴向分量的朝向。

6.如权利要求1至5的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述电流检测部在所述电压指令的振幅超过阈值的情况下，在所述电压矢量与电压指令矢量相邻的时刻检测所述母线电流。

7.一种电动助力转向控制装置，其特征在于，

设置有如权利要求1至6的任一项所述的功率转换装置，以使所述交流旋转电机产生对转向系统的转向转矩进行辅助的转矩。

8.一种功率转换装置的控制方法，其特征在于，

基于用于具有三相以上的多相绕组的交流旋转电机的来自外部的控制指令，利用电压指令运算部运算电压指令，

利用开关信号生成部，输出与对应于所述电压指令的至少两个电压矢量相对应的开关信号，

利用功率转换部，基于所述开关信号，将来自直流电源部的直流电压转换成交流电压并提供给所述交流旋转电机，并且，将所述交流旋转电机的电动势转换成直流电并提供给所述直流电源部，

利用电流检测部，检测在所述直流电源部与所述功率转换部之间流动的电流即母线电流，

利用相电流运算部，基于所述母线电流运算流过所述交流旋转电机的多相绕组的相电流，

利用所述电流检测部，在根据所述开关信号输出所述两个电压矢量的时刻检测母线电流，

利用所述开关信号生成部，进行下述任意一方的开关信号的输出，即：

在所述交流旋转电机为动力运行状态的情况下，在利用所述电流检测部检测所述母线电流的时刻输出与从所述直流电源部向所述交流旋转电机进行通电的电压矢量相对应的开关信号，

在所述交流旋转电机为再生运行状态的情况下，在利用所述电流检测部检测所述母线电流的时刻输出与从所述交流旋转电机向所述直流电源部进行通电的电压矢量相对应的开关信号。