CN108352803A - 直流电流传感器、交流电流传感器及有该传感器的逆变器 - Google Patents

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Abstract

提供高精度地进行电流传感器的良好与否判断并且降低尺寸和成本的电流传感器、具有该电流传感器的逆变器。一种直流电流传感器(380)，检测被提供给驱动交流电动机(200)的多个逆变器(300、301)的直流电流，上述交流电动机(200)具有定子的绕组按照每相而独立的绕组并且对每个独立绕组分别施加电压，在该直流电流传感器(380)中，多个逆变器具有连接各个P母线的P连接线(150)、连接各个N母线的N连接线(160)，直流电流传感器(380)具有包围P连接线与N连接线的芯，统一地检测进出P母线与N母线的电流，由此能够采用小容量的电流传感器，改善传感器精度，并能够高精度地进行电流传感器的良好与否的判断。

Description

直流电流传感器、交流电流传感器及有该传感器的逆变器
技术领域
本发明涉及检测被提供给混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)所使用的电动机的电流的直流电流传感器、交流电流传感器以及具有这些传感器的逆变器，特别涉及最适合驱动永磁同步电动机的电动机驱动装置的直流电流传感器、交流电流传感器以及逆变器，该永磁同步电动机为电动机的定子的电枢绕组在各相独立的结构。
背景技术
在混合动力汽车和电动汽车等中，装载的电池量有限。用于驱动电动机的电压有与电池的串联数量、充电状态对应的限制值。进一步使混合动力汽车和电动汽车行驶的电动机主流是永磁同步电动机，使用能够满足低速大转矩且宽范围的转速区域的要求的嵌入式磁铁电动机(IPM)。
永磁同步电动机通过使安装在转子上的永磁铁的磁通与电枢绕组交链而在电枢绕组中产生感应电压。如果高旋转则感应电压变大，因此电动机驱动装置需要抑制该感应电压，并为了产生必要的转矩而需要控制流过电动机的电流，根据电池的直流电压决定工作的极限。
已知一种开放绕组式电动机的驱动装置，在限定了电池的直流电压时，为了更加提高对电动机的AC电压，各相的电动机定子的绕组为相互独立的独立绕组。开放绕组式电动机的驱动装置的输出能够大容量化。
另外，作为判定用于电动机驱动装置的电流传感器是否良好的方法，已知有通过3个AC电流的检测值的总和来进行判定的方法(专利文献1)。该方法基于基尔霍夫法则即进出电路的电流总和为零的法则。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-23501号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据表示现有技术的图1所示的电动机驱动装置的布线图来说明开放绕组式电动机的驱动装置。图1用于说明电动机驱动装置的电流传感器的诊断原理。
电动机驱动装置从三相逆变器300流过电动机200的AC电流进入另外一个三相逆变器301，并且经由连接P母线和N母线的连接线340、360、350、370进行母线电流的交换。因此，仅根据3个AC电流的检测值Iu、Iv、Iw不能够判断电流传感器良好与否。为了取得进出电路的电流的总和，除了3个AC电流以外，也需要检测进出P母线和N母线的电流。
将流过P母线连接线340的电流设为IdL1，将流过母线连接线360的电流设为IdR1，将流过N母线连接线350的电流设为IdL2，将流过N母线连接线370的电流设为IdR2。
据此，下述数学式(1)、(2)成立，因此(Iu+Iv+Iw)基本上不是零。
[数学式1]
Iu+Iv+Iw+IdL1+IdL2＝0……(1)
[数学式2]
Iu+Iv+Iw+IdR1+IdR2＝0……(2)
在检测出数学式(1)或数学式(2)所记载的所有电流并求出总和后，当电流的总和在考虑了传感器精度和检测定时偏差的阈值内时，判断所有的电流传感器为良好。当电流的总和超过了阈值时，判断任意的电流传感器为不良。另外，一般通过数学式(3)定义电动机的0轴电流，因此将数学式(1)和数学式(2)合并为数学式(4)。
[数学式3]
[数学式4]
结果为即使是(Iu+Iv+Iw)也得到电动机0轴电流，并且通过检测(IdL1+IdL2)或(IdR1+IdR2)而能够得到电动机的0轴电流。以下使用(IdL1+IdL2)的组进行说明。
本发明的问题为高精度地判定电流传感器的良好与否。IdL1由电动机0轴电流的一部分和来自直流电源的电流组成。IdL2由电动机0轴电流的剩余电流和来自直流电流的电流的相反极性组成。如果明示公式则为数学式(5)、(6)、(7)。
[数学式5]
IdL1＝IdL+A……(5)
[数学式6]
IdL2＝-IdL+B……(6)
[数学式7]
其中，
为了检测这两个电流，需要准备2个比较大容量的电流传感器。用比例指定电流传感器的精度，因此如果检测出大的电流则精度恶化。受此影响，电流传感器的良好与否判定的精度恶化。
另外，本发明的其他问题为尺寸和成本。为了压缩电动机驱动装置的尺寸，电流传感器的数量越少越好，从成本的观点也是电流传感器的数量越少越好。
用于解决问题的手段
本发明的直流电流传感器是检测被提供给驱动交流电动机的多个逆变器的直流电流的直流电流传感器，上述交流电动机具有定子的绕组按照每相而独立的独立绕组并且对每个独立绕组分别施加电压，上述多个逆变器具有连接该多个逆变器的各个P母线的P连接线和连接上述多个逆变器的各个N母线的N连接线，上述直流电流传感器具有包围上述P连接线与上述N连接线的芯。
根据本发明，由一个电流传感器统一检测(IdL1，IdL2)的组，所以能够抵销来自直流电源的电流，只能够得到0轴电流。
作为另外的方法，根据数学式(3)、(4)检测(IdL1，IdL2)和检测(Iu+Iv+Iw)是等价的。因此，构成可以为由1个电流传感器来统一检测3个AC电流。
发明的效果
根据本发明，电流传感器的容量也可以是与0轴电流匹配的容量，能够高精度地检测出驱动交流电动机的直流电流。因此，能够高精度地判定电流传感器的良好与否。另外，能够将电流传感器的数量从2个设为1个，所以能够缩小电动机驱动装置的尺寸，并且能够减少成本。本发明的另外的效果为能够高精度地检测0轴电流，并能够高精度地控制0轴电流。
附图说明
图1是现有电动机驱动装置的布线图。
图2是本发明实施例1的电动机驱动装置的布线图。
图3是本发明实施例2的电动机驱动装置的布线图。
图4是本发明实施例3的电动机驱动装置的布线图。
图5是表示电流传感器的具体例的立体图。
具体实施方式
[实施例1]
(系统结构)
图2是本发明实施例1的电动机驱动装置的布线图，说明使实施例1的基尔霍夫法则成立的电流检测位置。
实施例1的电动机驱动装置是开放绕组式电动机的驱动装置，具有电池100、开放绕组式电动机200和2个三相逆变器300、301。
电池100经由正极侧直流电源线110与P母线连接线130、150连接。同样，电池100经由负极侧直流电源线120与N母线连接线140、160连接。P母线连接线130与N母线连接线140与三相逆变器300的P母线和N母线连接。P母线连接线150和N母线连接线160与三相逆变器301的P母线和N母线连接。通过以上的连接，电池100和三相逆变器300、301交换直流电力。
三相逆变器300与开放绕组式电动机(交流电动机)200连接，交换AC电力。同样，三相逆变器301与开放绕组式电动机200连接，交换AC电力。这样，三相逆变器300、301具备将直流电流转换为交流电流的开关电路部。
开放绕组式电动机200经由未图示的机械输出轴与外部交换机械输出。另外，开放绕组式电动机200具备未图示的旋转角度传感器。三相逆变器300与开放绕组式电动机200之间具备3个AC电流传感器(交流电流传感器)310、320、330，检测各相的AC电流(Iu、Iv、Iw)。
P母线连接线130与N母线连接线140的一部分相邻配置，通过DC电流传感器(直流电流传感器)380统一检测流过P母线连接线130与N母线连接线140的电流(IdL1，IdL2)。具体地说，如图5所示，以贯穿内置在DC电流传感器380中的芯的方式配置P母线连接线130与N母线连接线150，由此能够得到IdL1与IdL2的和。
(原理)
通过上述4个传感器310、320、330、380能够检测出从三相逆变器300流出的5个电流的总和值。能够根据基尔霍夫法则使用数学式(1)。相对考虑了由于各个电流传感器的误差和检测定时偏差产生的检测误差的阈值，评价Iu+Iv+Iw(IdL1+IdL2)，并在5个电流总和值的绝对值小于阈值时，判断所有的电流传感器为良好。当5个电流总和值的绝对值超过阈值时，判断任意的电流传感器为不良。
图2所示的电动机驱动装置构成为具有三相逆变器300、301和DC电流传感器380，驱动交流电动机200。而且，具有诊断部，其根据DC电流传感器380的输出信息和AC电流传感器310、320、330的输出信号进行DC电流传感器以及/或AC电流传感器的故障诊断。三相逆变器300、301具备将直流电流转换为交流电流的开关电路部，作为控制部发挥功能，该控制部根据DC电流传感器380的输出信息来控制开关电路使得抑制P母线连接线130的0相电流与N母线连接线140的0相电流之间的误差。
这里，是统一检测(IdL1+IdL2)的结构，因此如之前说明的那样来自电池(直流电源)的电流相互抵销，能够为与0轴电流的√3倍匹配的电流容量的电流传感器，不需要使用加上来自电池(直流电源)的电流后的较大的电流传感器。因此，(IdL1+IdL2)的检测误差小于通过2个电流传感器分别检测出2个电流的情况。据此，能够降低上述的阈值，能够提高电流传感器良好与否的判定精度。另外，能够将测量直流电流的电流传感器从2个设为1个，因此能够缩小驱动装置的尺寸，并能够减少成本。
另外，通过将系数与(IdL1+IdL2)相乘能够检测0轴电流。当分别检测3个AC电流Iu、Iv、Iw并根据其总和求出0轴电流时，将由于电流的检测定时偏差造成的误差与3个电流传感器的误差相加，精度恶化。在本发明的结构中0轴电流的误差能够通过1个电流传感器的误差进行管理，能够提高0轴电流的精度。通过将该检测值用于控制，能够高精度地控制0轴电流。
[实施例2]
图3是本发明实施例2的电动机驱动装置的布线图。与实施例1的不同点在于，没有DC电流传感器380，作为代替，P母线连接线150与N母线连接线160的一部分相邻配置，通过DC电流传感器390统一检测流过P母线连接线150与N母线连接线160的电流(IdL1+IdL2)。DC电流传感器390具有包围P母线连接线150和N母线连接线160的芯。
因为开放绕组式电动机200和三相逆变器301作为一个电路处理，检测出流入该电路的5个电流的总和值，所以同样能够使用基尔霍夫法则。上述结构以外的说明与实施例1相同，所以省略其详细的说明。
图3所示的电动机驱动装置构成为具有三相逆变器300、301和DC电流传感器390，用于驱动交流电动机200，根据DC电流传感器390的输出信息和各相的AC电流传感器310、320、330的输出信号，能够诊断DC电流传感器395以及/或AC电流传感器310、320、330的故障。另外，三相逆变器300、301具备将直流电流转换为交流电流的开关电路部，根据DC电流传感器390的输出信息控制开关电路部，使得能够抑制0相电流的误差。
[实施例3]
图4是本发明实施例3的电动机驱动装置的布线图。与实施例1的不同点在于，没有DC电流传感器380，作为代替，通过AC电流传感器395统一检测3个AC电流值。该检测值(IdALL)与(IdL1+IdL2)等价。上述结构以外的说明与实施例1相同，所以省略其详细的说明。AC电流传感器395具有包围流过交流电动机200各相的电流的所有3条交流电线的芯。
而且，图4所示的电动机驱动装置构成为具有三相逆变器300、301和AC电流传感器395，用于驱动交流电动机200，根据来自AC电流传感器395的输出信息和来自各相的AC电流传感器310、320、330的输出信号，能够诊断上述AC电流传感器395以及/或AC电流传感器310、320、330的故障。另外，三相逆变器300、301具备将直流电流转换为交流电流的开关电路部，根据AC电流传感器395的输出信息控制开关电路部，使得能够抑制0相电流的误差。
以上，详细说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，而能够在不脱离专利请求书所记载的本发明的主旨的范围内进行各种设计变更。例如，为了容易理解地说明本发明而详细说明上述实施方式，不限于必须具备所说明的所有结构。另外，能够将某个实施方式结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够在某个实施方式的结构上加上其他实施方式的结构。进一步，关于各个实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加/删除/置换。
附图标记的说明
100：电池(直流电源)、110：正极侧直流电源线、120：负极侧直流电源线、130、150：P母线连接线(P连接线)、140、160：N母线连接线(N连接线)、200：开放绕组式电动机(交流电动机)、300、301：三相逆变器、310、320、330：U相V相W相用AC电流传感器、340、360：检测出入P母线的电流的电流传感器、350、370：检测出入N母线的电流的电流传感器、380、390：统一检测出入P母线与N母线的电流的电流传感器、395：统一检测AC电流的电流传感器。

Claims (7)

1.一种直流电流传感器，检测被提供给驱动交流电动机的多个逆变器的直流电流，上述交流电动机具有定子的绕组按照每相而独立的独立绕组并且对每个独立绕组分别施加电压，该直流电流传感器的特征在于，
上述多个逆变器具有连接该多个逆变器的各个P母线的P连接线、连接上述多个逆变器的各个N母线的N连接线，
上述直流电流传感器具有包围上述P连接线与上述N连接线的芯。
2.根据权利要求1所述的直流电流传感器，其特征在于，
该直流电流传感器输出包括上述P连接线的0相电流与上述N连接线的0相电流的信息。
3.一种逆变器，具有权利要求1或2所述的直流电流传感器，其特征在于，
该逆变器具备：
交流电流传感器，其检测流过各个绕组的交流电流；以及
诊断部，其根据上述直流电流传感器的输出信息和上述交流电流传感器的输出信号进行该直流电流传感器以及/或该交流电流传感器的故障诊断。
4.一种逆变器，具有权利要求2所述的直流电流传感器，其特征在于，
该逆变器具备：
开关电路部，其将上述直流电流转换为上述交流电流；以及
控制部，其根据上述直流电流传感器的输出信息来控制上述开关电路部，以抑制上述0相电流。
5.一种交流电流传感器，检测流过交流电动机的各相的交流电流，上述交流电动机具有定子的绕组按照每相而独立的绕组并且对每个独立绕组分别施加电压，该交流电流传感器的特征在于，
上述交流电流传感器具有包围流过上述交流电动机的上述各相的电流的所有各个交流电线的芯。
6.一种逆变器，具有权利要求5所述的交流电流传感器，其特征在于，
该逆变器具备：
多个各相交流电流传感器，其分别包围上述各个交流电线；以及
诊断部，其根据上述交流电流传感器的输出信息和上述各相交流电流传感器的输出信号进行该交流电流传感器以及/或该各相交流电流传感器的故障诊断。
7.一种逆变器，具有权利要求5所述的交流电流传感器，其特征在于，
该逆变器具备：
开关电路部，其将上述直流电流转换为上述交流电流；以及
控制部，其根据上述交流电流传感器的输出信息来控制上述开关电路部以抑制上述0相电流。
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