CN112715003B - 交流旋转电机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的交流旋转电机的控制装置包括：温度检测部(50)，其检测保护部(70)的温度；最大电流调整部(51)，其调整交流旋转电机(30)的最大电流，以使得温度检测部(50)检测出的保护部(70)的温度不超过设定温度；允许转矩计算部(52)，其基于由最大电流调整部(51)调整后的最大电流来计算允许转矩；转矩指令调整部(55)，其基于允许转矩来调整针对交流旋转电机(30)的转矩指令值；上限转速计算部(53)，其基于由最大电流调整部(51)调整后的最大电流来计算交流旋转电机(30)的上限转速；以及转速调整部(54)，其基于上限转速来调整交流旋转电机(30)的转速。

Description

交流旋转电机的控制装置
技术领域
本发明涉及交流旋转电机的控制装置。
背景技术
通常，电动车、混合动力汽车等电动车辆搭载有交流旋转电机以作为车辆的驱动源。与该交流旋转电机连接的功率转换装置具有将直流功率转换成交流功率的功率转换功能，以将来自直流电源的直流功率提供给交流旋转电机。因此，功率转换装置设有由MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等开关元件所构成的功率转换电路。
通常，若MOSFET等开关元件达到超过预先确定的结温Tj的温度，则有可能引起结部破坏而导致损坏。另外，交流旋转电机也有可能因超过一定的温度而损坏。因此，为了保护上述元件或设备不受过热的影响，需要抑制温度上升，以使得不超过各自规定的温度。
例如，根据专利文献1所公开的现有的电动机控制装置，提出了一种方法，检测功率用半导体元件的温度并校正转矩指令值，以消除检测出的温度与设定温度之间的偏差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6107936号公报
发明内容
通常，永磁体同步电动机被广泛用作为由逆变器驱动的交流旋转电机。作为永磁体同步电动机的控制方法，已知有最大转矩控制和弱磁通控制这两种控制法。最大转矩控制对转矩进行控制，以使得在加速初始得到最大的转矩。
随着永磁体同步电动机的角速度上升，永磁体同步电动机产生的感应电压也上升。感应电压被施加在连接了永磁体同步电动机的直流电源的两端。若感应电压达到直流电源的两端电压的限制值，则从最大转矩控制转移到弱磁通控制。
弱磁通控制通过使励磁磁通减少来抑制感应电压的上升。此时，由于无法直接使永磁体同步电动机的励磁减弱，因此通过使负的电流流过d轴电枢，从而利用d轴电枢反作用来产生消磁作用。
然而，专利文献1中，并未考虑流过d轴电枢的负的电流，仅对转矩指令值进行校正。因此，在高转速区域中，即使将转矩指令值设为零，一定以上的电流也有可能流过开关元件。其结果是，开关元件的温度有可能成为设定温度以上，开关元件发生损坏。
本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供一种交流旋转电机的控制装置，能防止因开关元件的过热而导致的损坏。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的交流旋转电机的控制装置包括：温度检测部，该温度检测部检测温度与连接至交流旋转电机的功率转换电路的开关元件的温度上升成比例地上升的保护部的温度；最大电流调整部，该最大电流调整部调整所述交流旋转电机的最大电流，以使得所述温度检测部检测出的所述保护部的温度不超过预先设定的设定温度；允许转矩计算部，该允许转矩计算部基于由所述最大电流调整部调整后的所述最大电流，来计算允许转矩；转矩指令调整部，该转矩指令调整部基于所述允许转矩来调整针对所述交流旋转电机的转矩指令值；上限转速计算部，该上限转速计算部基于由所述最大电流调整部调整后的所述最大电流，来计算所述交流旋转电机的上限转速；以及转速调整部，该转速调整部基于所述上限转速，来调整所述交流旋转电机的转速。
发明效果
根据本发明所涉及的交流旋转电机的控制装置，能防止因开关元件的过热而导致的损坏。
附图说明
图1是示出本发明实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置的结构的结构图。
图2是说明本发明实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置的动作的流程图。
图3是示出本发明实施方式1所涉及的最大电流调整部的第1结构例的结构的结构图。
图4是示出本发明实施方式1所涉及的最大电流调整部的第2结构例的结构的结构图。
图5是示出本发明实施方式1所涉及的最大电流调整部的第3结构例的结构的结构图。
图6是示出本发明实施方式1所涉及的最大电流调整部的第4结构例的结构的结构图。
图7是示出本发明实施方式1所涉及的最大电流调整部的第5结构例的结构的结构图。
图8是示出本发明实施方式1所涉及的最大电流调整部的第6结构例的结构的结构图。
图9是对本发明实施方式1所涉及的允许转矩计算部中的允许转矩的上限值的计算方法进行说明的说明图。
图10是对本发明实施方式1所涉及的允许转矩计算部中的允许转矩的下限值的计算方法进行说明的说明图。
图11是对本发明实施方式1所涉及的上限转速计算部中的上限转速的计算方法进行说明的说明图。
图12是示出由现有装置通过调整混合动力车中的转矩指令值来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
图13是示出由现有装置通过调整混合动力车中的转矩指令值来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
图14是示出由现有装置通过调整混合动力车中的转矩指令值来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
图15是示出由现有装置通过调整混合动力车中的转矩指令值来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
图16是示出由本发明实施方式1所涉及的控制装置通过调整混合动力车中的转矩指令值和转速来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
图17是示出由本发明实施方式1所涉及的控制装置通过调整混合动力车中的转矩指令值和转速来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
图18是示出由本发明实施方式1所涉及的控制装置通过调整混合动力车中的转矩指令值和转速来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
图19是示出由本发明实施方式1所涉及的控制装置通过调整混合动力车中的转矩指令值和转速来进行保护部的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明所涉及的交流旋转电机的控制装置的优选实施方式进行说明。
实施方式1.
图1是表示本发明实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置的结构图。该控制装置对交流旋转电机30进行控制。如图1所示，该控制装置构成为包括直流电源10、电压检测部11、逆变器20、磁极位置检测部31、电气角速度检测部32、电流传感器33a～33c、逆变器控制部40、温度检测部50、最大电流调整部51、允许转矩计算部52、上限转速计算部53、转速调整部54和转矩指令调整部55。
以下，对图1所示的控制装置的各部分进行说明。
直流电源10是能进行充放电的电源。直流电源10经由逆变器20与交流旋转电机30进行功率的交换。直流电源10具有高电压侧节点P和低电压侧节点N。直流电源10和逆变器20经由高电压侧节点P和低电压侧节点N相连接。另外，也可以在直流电源10与逆变器20之间设置升压转换器，并通过DC/DC转换对由直流电源10提供的直流电压进行升压。另外，也可以将对直流电压进行滤波的滤波电容器连接在高电压侧节点P与低电压侧节点N之间。
电压检测部11对直流电源10的直流电压Vdc进行检测。具体而言，电压检测部11测量高电压侧节点P和低电压侧节点N之间的端子间电压，并将其作为直流电压Vdc输出。
逆变器20如图1所示，构成为具备功率转换电路，该功率转换电路具有上臂侧功率半导体元件21a～21c以及下臂侧功率半导体元件22a～22c。逆变器20利用上臂侧功率半导体元件21a～21c以及下臂侧功率半导体元件22a～22c的开关动作，通过DC/AC转换，将来自直流电源10的高压的直流电压转换为交流电压。所得到的交流电压被施加到交流旋转电机30。
逆变器20中，各功率半导体元件21a～21c和22a～22c将半导体开关元件与半导体整流元件彼此反向并联连接而构成。因此，半导体开关元件与半导体整流元件的组成为构成各功率半导体元件的一个单位。作为半导体开关元件与半导体整流元件的连接方法，例如，将半导体整流元件的阴极电极连接到半导体开关元件的集电极，将半导体整流元件的阳极电极连接到半导体开关元件的发射极电极。由此，半导体开关元件与半导体整流元件彼此反向并联连接，成为构成功率半导体元件的一个单位。
交流旋转电机30施加有从逆变器20输出的交流电压，由此来控制车辆的驱动力和制动力。交流旋转电机30例如由永磁体同步电动机构成。本实施方式1中，作为交流旋转电机30，以具有三相电枢绕组的交流旋转电机为例进行说明。然而，交流旋转电机30的相数不限于三相，可以设为任意的总数。也就是说，本实施方式1所涉及的控制装置能适用于具有多相电枢绕组的交流旋转电机。
磁极位置检测部31对交流旋转电机30的磁极位置进行检测。磁极位置检测部31构成为具备霍尔元件或编码器。磁极位置检测部31检测磁极相对于交流旋转电机30的转子的基准旋转位置的旋转角度，并输出表示所检测出的旋转角度的检测值的信号，以作为磁极位置θ。另外，这里，磁极位置θ表示q轴的旋转角度。此外，转子的基准旋转位置被预先适当地设定为任意的位置。
电气角速度检测部32对交流旋转电机30的电气角速度ω进行检测，并输出表示所检测出的电气角速度ω的检测值的信号，以作为电气角速度。电气角速度检测部32与磁极位置检测部31同样地，可以构成为具备霍尔元件或编码器，或者也可以构成为使用从磁极位置检测部31输出的磁极位置并通过运算来求出电气角速度ω。
电流传感器33a～33c分别检测在交流旋转电机30的U相、V相和W相中流过的电流量iU、iV和iW，并输出到电流坐标转换器47。图1中，设置3个电流传感器来检测U相、V相、W相各自的电流量，但并不限于该情况，电流传感器的个数也可以设为2个。该情况下，电流量的检测仅在两相中进行，并根据检测到的两相的电流量，通过运算来求出另一相的电流量。
逆变器控制部40控制包含于逆变器20的上臂侧功率半导体元件21a～21c以及下臂侧功率半导体元件22a～22c内的半导体开关元件的开关动作，调整逆变器20与交流旋转电机30之间的连接节点Uac、Vac、Wac的电位，由此来控制流过交流旋转电机30的电流量。以下，对逆变器控制部40的结构进行说明。
如图1所示，逆变器控制部40构成为包括电流指令运算部41、d轴电流调整器42、q轴电流调整器43、电压坐标转换器44、PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)电路45、栅极驱动器46和电流坐标转换器47。逆变器控制部40利用dq矢量控制来控制逆变器20，由此来进行交流旋转电机30的旋转控制。以下，对构成逆变器控制部40的各部分进行说明。
对交流旋转电机30中产生的转矩进行指令的调整后的转矩指令值Ctrq_adj从转矩指令调整部55被输入至电流指令运算部41。电流指令运算部41基于转矩指令值Ctrq_adj来运算d轴电流指令值Cid和q轴电流指令值Ciq，并输出到d轴电流调整器42和q轴电流调整器43。
电流坐标转换器47将来自电流传感器33a～33c的三相的电流量iU、iV、iW转换成两相的电流量、即d轴电流值id和q轴电流值iq。电流坐标转换器47将d轴电流值id和q轴电流值iq分别输出到d轴电流调整器42和q轴电流调整器43。
d轴电流调整器42运算直流的d轴电压指令值Cvd，并输出到电压坐标转换器44，以使得来自电流指令运算部41的d轴电流指令值Cid和来自电流坐标转换器47的d轴电流值id之间的偏差成为“0”。
q轴电流调整器43运算直流的q轴电压指令值Cvq，并输出到电压坐标转换器44，以使得来自电流指令运算部41的q轴电流指令值Ciq和来自电流坐标转换器47的q轴电流值iq之间的偏差成为“0”。
电压坐标转换器44基于来自磁极位置检测部31的磁极位置θ将二相直流的d轴电压指令值Cvd和q轴电压指令值Cvq转换为三相交流电压指令值Cvu、Cvv和Cvw，并输出到PWM电路45。
PWM电路45生成各控制信号，并输出到栅极驱动器46，上述各控制信号对逆变器20中所包含的上臂侧功率半导体元件21a～21c和下臂侧功率半导体元件22a～22c内的半导体开关元件进行控制。
栅极驱动器46基于来自PWM电路45的各控制信号，对上臂侧功率半导体元件21a～21c和下臂侧功率半导体元件22a～22c内的半导体开关元件的开关动作进行控制，以进行逆变器20中的DC/AC转换。
温度检测部50对保护部70的温度进行检测。保护部70是温度与逆变器20的各功率半导体元件21a～21c和22a～22c内所包含的开关元件的温度上升、以及交流旋转电机中所包含的线圈和磁体的温度上升成比例地上升的构件。设置保护部70，以防止这些开关元件、线圈和磁体因过热而损坏。以下，对保护部70进行说明。在防止开关元件的过热的情况下，保护部70例如设置在设有开关元件的同一基板上。保护部70处于与开关元件相同的环境下，因此温度与这些开关元件的温度上升成比例地上升。因此，若保护部70的温度能控制为不超过预先设定的设定温度，则对于开关元件，也能防止因过热而导致的损坏。由此，保护部70可以设置在与想要防止过热的构件相同的环境下，但并不限于此。温度检测部50构成为具备温度传感器等，直接检测保护部70的温度。或者，温度检测部50使用预先设定的运算，来求出保护部70的温度的推定值。该情况下，例如，温度检测部50使用遵循推定结温的推定算法的运算，来计算保护部70的温度的推定值。关于推定结温的推定算法，由于是公知的技术，因此这里省略其说明。此外，可以使用其它推定算法来推定保护部70的温度。
最大电流调整部51基于温度检测部50检测出的保护部70的温度，来调整最大电流Imax，并输出调整后的最大电流Imax_adj。最大电流调整部51基于该保护部70的温度来调整最大电流Imax的值，以使得温度检测部50检测出的保护部70的温度不超过预先设定的设定温度。由此，逆变器20的开关元件的温度的上升得到抑制，能防止因开关元件的过热而导致的损坏。关于最大电流调整部51的具体结构和动作，使用图3～图8在后文中阐述。
允许转矩计算部52基于从最大电流调整部51输出的调整后的最大电流Imax_adj来计算允许转矩Ctrq_alw。关于允许转矩计算部52中的允许转矩Ctrq_alw的计算方法，在后文中阐述。
这里，对最大电流调整部51输出的最大电流Imax_adj进行说明。最大电流量Imax_adj表示相对于下式(1)所示的相电流绝对值在当前时刻所允许的最大值。
[数学式1]
例如，当从最大电流调整部51输出的调整后的最大电流Imax_adj为500A时，允许转矩计算部52在相电流绝对值为500A以下的条件下，计算相电流绝对值为最大的转矩。因此，在输入有允许转矩内的转矩指令值的情况下，从电流指令运算部41输出的d轴电流指令值Cid和q轴电流指令值Ciq基本上满足下式(2)的条件。
[数学式2]
由于针对指令值对dq轴电流进行反馈控制，因此，将dq轴电流的指令值的绝对值设为最大电流Imax_adj以下，由此，同样地，能将相电流绝对值设为最大电流以下。
上限转速计算部53基于从最大电流调整部51输出的调整后的最大电流Imax_adj，来计算上限转速Crot_lim。上限转速计算部53的上限转速Crot_lim的计算方法在后文中阐述。
转速调整部54基于从上限转速计算部53输出的上限转速Crot_lim，来调整交流旋转电机30的转速Rot。转速调整部54在交流旋转电机30的转速Rot达到上限转速Crot_lim的情况下，输出用于抑制转速Rot的控制指令值。关于该控制指令值，在后文中阐述。
转矩指令调整部55对交流旋转电机30的转矩指令值Ctrq进行调整，以使其在从允许转矩计算部52输出的允许转矩Ctrq_alw的范围内。转矩指令调整部55将调整后的转矩指令值Ctrq_adj输出到电流指令运算部41。此外，在转矩指令调整部55从转速调整部54接收到用于将转矩指令值设为“0”的转矩控制指令值Ctrq_lim时，将调整后的转矩指令值Ctrq_adj设定为“0”，并输出至电流指令运算部41。
接着，使用图2的流程图来说明图1所示的控制装置中的最大电流调整部51、允许转矩计算部52、上限转速计算部53、转速调整部54和转矩指令调整部55的动作。
首先，在步骤S100中，开始图1所示的控制装置的控制。
接着，步骤S101中，利用温度检测部50获取保护部70的温度。同时，在步骤S102和步骤S103中，获取转矩指令值Ctrq和交流旋转电机30的转速Rot。
接着，步骤S104中，利用减法器计算步骤S101中获取到的检测温度与预先设定的设定温度之间的温度偏差ΔT，并转移到步骤S105。
步骤S105中，通过最大电流调整部51，基于温度偏差ΔT来调整最大电流Imax。最大电流调整部51基于温度偏差ΔT进行最大电流Imax的调制，以使得保护部70的温度不超过设定温度。最大电流调整部51构成为包括比例调整器60与积分调整器61。最大电流调整部51例如由以下图3～图5所示的3个结构例中的任一个构成。
图3中示出了最大电流调整部51的第1结构例。在图3的第1结构例中，最大电流调整部51包括比例调整器60、积分调整器61和上下限限制部62。最大电流调整部51输入有预先设定的设定温度与温度检测部50所检测出的保护部70的检测温度之间的偏差。该偏差是从设定温度中减去检测温度后而得的值。因此，在检测温度超过了设定温度的情况下，该偏差的值成为负值。因此，在这种情况下，检测温度变得越高，则该偏差的值变得越小。
图3的第1结构例中，设为比例调整器60的比例增益Kp是正值。比例调整器60输出将比例增益Kp与所输入的偏差相乘而得的值。
在图3的第1结构例中，将积分调整器61的初始值作为“最大电流Imax的上限值”，对比例调整器60的输出进行积分。另外，这里，“最大电流Imax的上限值”表示不限制时的值。“最大电流Imax的上限值”是上述式(1)所示的“相电流绝对值”的设计上的上限值。“最大电流Imax的上限值”是主要由开关元件所产生的损耗和冷却性能所决定的值，基本上是恒定值。即使在任何条件下，都不会有意地使大于“最大电流Imax的上限值”的“相电流绝对值”的电流流过。另一方面，“最大电流”如上述那样，是变化的量。“最大电流”的调整范围在零与“最大电流Imax的上限值”之间。
另外，这里，将积分调整器61的初始值设定为“最大电流Imax的上限值”的理由为使得能在逆变器20启动后立即可靠地输出转矩。图3的第1结构例中，利用反馈控制调整最大电流，因此在启动后到最大电流成为恰当的值为止，需要一定程度的时间。因此，例如，在将积分调整器61的初始值设定为零的情况下，即使在保护部70的温度较低、不需要保护的情况下，刚启动后最大电流也为较小的值，因此无法充分输出转矩。这在例如使用交流旋转电机来使发动机启动的情况下将成为问题。另一方面，在将积分调整器61的初始值设定为“最大电流Imax的上限值”的情况下，即使逆变器20在保护部70的温度超过设定值的状态下启动时，也能可靠地进行保护。
图3的第1结构例中，若温度检测部50检测出的保护部70的检测温度比设定温度要高，则比例调整器60的输出成为负值，积分调整器61的输出随之减小。具体而言，在检测温度比设定温度要高的情况下，偏差成为负值。比例调整器60输出将比例增益Kp与偏差相乘而得的值。因此，当偏差为负值时，比例调整器60的输出成为负值。此外，由于积分调整器61对负值进行积分，所以积分调整器61的输出从初始值逐渐减小。另一方面，在保护部70的检测温度在设定温度以下的情况下，比例调整器60的输出成为正值，积分调整器61的输出随之增加。图3的结构例中，通过加法器将比例调整器60的输出与积分调整器61的输出相加。该加法器的输出成为比例/积分补偿的输出值。由此，利用比例调整器60和积分调整器61来进行针对上述偏差的比例/积分补偿。
在图3的第1结构例中，接着，在上下限限制部62中对比例/积分补偿的输出值进行上限限制和下限限制。上下限限制部62中，将上限值设为最大电流Imax的上限值，并将下限值设为“0”。上下限限制部62使用该上限值和下限值，对比例/积分补偿的输出值进行上限限制和下限限制，由此来计算调整后的最大电流Imax_adj。具体而言，由加法器将比例调整器60的输出和积分调整器61的输出相加而得的相加结果被输入到上下限限制部62。当该相加结果为上限值以下且为下限值以上时，上下限限制部62直接输出相加结果，以作为调整后的最大电流Imax_adj。另一方面，当相加结果大于上限值时，输出上限值，以作为调整后的最大电流Imax_adj。此外，当相加结果小于下限值时，输出下限值，以作为调整后的最大电流Imax_adj。
图3的第1结构例中，由于上限值设定为最大电流Imax的上限值，因此调整后的最大电流Imax_adj不超过最大电流Imax的上限值。此外，由于下限值设定为0，因此能防止调整后的最大电流Imax_adj成为负值。
图4中示出了最大电流调整部51的第2结构例的结构。在图4的第2结构例中，最大电流调整部51包括比例调整器60、积分调整器61和上下限限制部62。最大电流调整部51输入有预先设定的设定温度与温度检测部50所检测出的保护部70的检测温度之间的偏差。以下，以与图3的第1结构例不同的动作为主来进行说明。
图4的第2结构例中，将积分调整器61的初始值设为1，并用比例调整器60和积分调整器61来进行比例/积分补偿。并且，在上下限限制部62中，将上限值设为“1”、将下限值设为“0”，来进行上下限限制。此外，利用乘法器计算上下限限制部62的输出与最大电流Imax的上限值之积，并将计算结果作为调整后的最大电流Imax_adj输出。具体而言，在由加法器将比例调整器60的输出与积分调整器61的输出相加而得的加法结果在上限值以下、且在下限值以上的情况下，计算加法结果与最大电流Imax的上限值之积。另一方面，在加法结果比上限值要大的情况下，计算上限值与最大电流Imax的上限值之积。此外，在加法结果比下限值要小的情况下，计算下限值与最大电流Imax的上限值之积。
图4的第2结构例中，由于上限值设定为1，因此调整后的最大电流Imax_adj不超过最大电流Imax的上限值。此外，由于下限值设定为0，因此能防止调整后的最大电流Imax_adj成为负值。
图5中示出最大电流调整部51的第3结构例的结构。在图5的第3结构例中，最大电流调整部51包括比例调整器60、积分调整器61和上下限限制部62。最大电流调整部51输入有预先设定的设定温度与温度检测部50所检测出的保护部70的检测温度之间的偏差。以下，以与图3的第1结构例不同的动作为主来进行说明。
图5的第3结构例中，将积分调整器61的初始值设为“0”，来进行比例/积分补偿。并且，在上下限限制部62中，将上限值设为“0”，并将下限值设为对最大电流Imax的上限值乘以“-1”后而得的值。此外，利用加法器计算上下限限制部62的输出与最大电流Imax的上限值之和，并将计算结果作为调整后的最大电流Imax_adj输出。具体而言，在由加法器将比例调整器60的输出与积分调整器61的输出相加而得的加法结果在上限值以下、且在下限值以上的情况下，计算加法结果与最大电流Imax的上限值之和。另一方面，在加法结果比上限值要大的情况下，计算上限值与最大电流Imax的上限值之和。此外，在加法结果比下限值要小的情况下，计算下限值与最大电流Imax的上限值之和。
图5的第3结构例中，由于上限值设定为0，因此调整后的最大电流Imax_adj不超过最大电流Imax的上限值。此外，下限值设定为对最大电流Imax的上限值乘以“-1”后而得的值，因此能防止调整后的最大电流Imax_adj成为负值。
此外，在保护部70与温度检测部50分别有多个的情况下，从温度检测部50所检测的检测温度中选择最需要保护的检测温度。另外，对于“最需要保护的检测温度”，举出图6～图8的示例并在后文中阐述。最大电流调整部51基于选择出的检测温度来调整最大电流Imax。图6～图8中，示出保护部70与温度检测部50分别具有多个的情况下的3个结构例。以下，将图6～图8的结构例分别称为第4结构例、第5结构例和第6结构例。在图6～图8中，最大电流调整部51的基本结构用图3所示的第1结构例的结构来说明，但并不限于该情况，也可以设为图4的第2结构例或图5的第3结构例的结构。
图6中，示出保护部70与温度检测部50分别具有多个的情况下的结构例，以作为第4结构例。在图6的第4结构例中，最大电流调整部51构成为包括比例调整器60、积分调整器61、上下限限制部62和最小值计算部63。最大电流调整部51输入有对各保护部70预先设定的设定温度与温度检测部50所检测出的各保护部70的检测温度之间的偏差。
图6所示的第4结构例中，对于所输入的各偏差，由比例调整器60和积分调整器61进行比例/积分补偿。此外，最小值计算部63从比例/积分补偿的输出值中选择最小的输出值来输出。即，该情况下的“最需要保护的检测温度”是输入最小值计算部63的输入值(I1,I2,...,IN)中的最小值。即，作为“最需要保护的检测温度”由最小值计算部63选择出的值是min(I1,I2,...,IN)。此外，上下限限制部62通过对来自最小值计算部63的输出值进行上下限限制，由此来调整最大电流Imax，并输出调整后的最大电流Imax_adj。
图6的第4结构例中，由于上限值设定为最大电流Imax的上限值，因此调整后的最大电流Imax_adj不超过最大电流Imax的上限值。此外，由于下限值设定为0，因此能防止调整后的最大电流Imax_adj成为负值。
图7中，示出保护部70与温度检测部50具有多个的情况下的结构例，以作为第5结构例。在图7的第5结构例中，最大电流调整部51构成为包括比例调整器60、积分调整器61、上下限限制部62和最小值计算部65。最大电流调整部51输入有对各保护部70预先设定的设定温度与温度检测部50所检测出的各保护部70的检测温度之间的偏差。
图7的第5结构例中，最小值计算部65在各比例调整器60的输出值中选择最小的输出值并输出。即，该情况下的“最需要保护的检测温度”是输入最小值计算部65的输入值(Ip1,Ip2,...,IpN)和输入值(ΔIi1,ΔIi2,...,ΔIiN)中的最小值。即，作为“最需要保护的检测温度”由最小值计算部65选择出的值是min(Ip1,Ip2,...,IpN)和min(ΔIi1,ΔIi2,...,ΔIiN)。积分调整器61使用从最小值计算部65输出的输出值min(ΔIi1,ΔIi2,...,ΔIiN)来进行积分。之后，利用加法器将从最小值计算部65输出的输出值min(Ip1,Ip2,...,IpN)和来自积分调整器61的输出值相加，并作为比例/积分补偿的输出值来输出。上下限限制部62将上限值设为最大电流Imax的上限值，并将下限值设为“0”。上下限限制部62使用上限值和下限值，对比例/积分补偿的输出值进行上限限制和下限限制，由此来调整最大电流Imax，并输出调整后的最大电流Imax_adj。
图7的第5结构例中，由于上限值设定为最大电流Imax的上限值，因此调整后的最大电流Imax_adj不超过最大电流Imax的上限值。此外，由于下限值设定为0，因此能防止调整后的最大电流Imax_adj成为负值。
图8中，示出保护部70与温度检测部50具有多个的情况下的结构例，以作为第6结构例。在图8的第6结构例中，最大电流调整部51构成为包括比例调整器60、积分调整器61、上下限限制部62和最小值计算部66。最大电流调整部51输入有对各保护部70预先设定的设定温度与温度检测部50所检测出的各保护部70的检测温度之间的温度偏差ΔT。
图8的第6结构例中，最小值计算部66在输入至最大电流调整部51的各温度偏差ΔT中选择最小的输入值来输出。即，该情况下的“最需要保护的检测温度”是输入最小值计算部66的输入值(D1,D2,...,DN)中的最小值，即、从设定温度中减去检测温度而得的值为最小的值。因此，作为“最需要保护的检测温度”由最小值计算部66所选择的值是min(D1,D2,...,DN)。比例调整器60输出将比例增益Kp与最小值计算部66的输出值相乘而得的值。此外，积分调整器61对最小值计算部66的输出进行积分。然后，利用加法器将比例调整器60的输出值与积分调整器61的输出值相加。上下限限制部62将上限值设为最大电流Imax的上限值，并将下限值设为“0”。上下限限制部62使用上限值和下限值，对比例/积分补偿的输出值进行上限限制和下限限制，由此来调整最大电流Imax，并输出调整后的最大电流Imax_adj。
图8的第6结构例中，由于上限值设定为最大电流Imax的上限值，因此调整后的最大电流Imax_adj不超过最大电流Imax的上限值。此外，由于下限值设定为0，因此能防止调整后的最大电流Imax_adj成为负值。
返回图2，步骤S105中，最大电流调整部51在图3～图8所示的上述任一个结构例中调整最大电流Imax，并输出调整后的最大电流Imax_adj，之后转移至步骤S106。
步骤S106中，允许转矩计算部52计算允许转矩Ctrq_alw，且上限转速计算部53计算上限转速Crot_lim。以下，对各自的计算方法进行说明。
允许转矩计算部52首先使用从电压检测部11检测出的直流电压Vdc、及预先设定的最大调制率MFmax，并基于运算式Vmax＝sqrt(3/2)×Vdc×(1/2)×MFmax，来运算最大电压值Vmax。接着，允许转矩计算部52使用最大电压值Vmax、及来自电气角速度检测部32的电气角速度ω，并基于运算式FLmax＝Vmax÷ω，来对最大交链磁通FLmax进行运算。并且，允许转矩计算部52基于最大交链磁通FLmax和来自最大电流调整部51的调整后的最大电流Imax_adj，来求出允许转矩Ctrq_alw的上限值Ctrq_alw_upper和下限值Ctrq_alw_lower。图9和图10示出了表的一个示例，以作为求出允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper和下限值Ctrq_alw_lower的一个示例。图9是用于求出允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper的表，图10是用于求出允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower的表。在图9和图10中，横轴表示最大交链磁通FLmax，纵轴表示调整后的最大电流Imax_adj。允许转矩计算部52使用例如图9和图10中的表，来分别求出允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper和下限值Ctrq_alw_lower。
与允许转矩计算部52同样地，上限转速计算部53首先使用从电压检测部11检测出的直流电压Vdc、及预先设定的最大调制率MFmax，并基于运算式Vmax＝sqrt(3/2)×Vdc×(1/2)×MFmax，来运算最大电压值Vmax。接着，上限转速计算部53基于最大电压Vmax和来自最大电流调整部51的调整后的最大电流Imax_adj，来求出上限转速Crot_lim。作为求出上限转速Crot_lim的一个示例，在图11中示出表的一个示例。在图11中，横轴表示调整后的最大电流Imax_adj，纵轴表示最大电压Vmax。上限转速计算部53例如使用图11的表来求出上限转速Crot_lim。
由此，在允许转矩计算部52和上限转速计算部53计算出允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper和下限值Ctrq_alw_lower、以及上限转速Crot_lim之后，转移到步骤S107。
步骤S107中，转速调整部54将步骤S106中计算出的上限转速Crot_lim与步骤S103中获取到的转速Rot进行比较。若Crot_lim＞Rot，则转速调整部54判定为转速Rot小于上限转速Crot_lim，转移到步骤S108。另一方面，若并非Crot_lim＞Rot，则转速调整部54判定为转速Rot在上限转速Crot_lim以上，转移到步骤S112。
步骤S112中，转速Rot达到上限转速Crot_lim，因此转速调整部54输出用于抑制转速Rot的控制指令值。以下以4个控制指令值为例进行说明。
作为第1个控制指令值，将用于向转矩指令调整部55将转矩指令设为“0”的转矩控制指令值Ctrq_lim输出到转矩指令调整部55。在从转速调整部54接收到转矩控制指令值Ctrq_lim的情况下，转矩指令调整部55将调整后的转矩指令值Ctrq_adj输出到电流指令运算部41，以设为Ctrq_adj＝0。作为第2个控制指令值，将用于变更齿轮比的变速控制指令Csft输出到车辆的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)内的变速控制部。作为第3个控制指令值，将制动控制指令Cbrk输出到ECU内的制动控制部。此外，在车辆为混合动力车的情况下，作为第4个控制指令值，将用于使燃料喷射停止的燃料喷射控制指令Cstp输出到ECU内的燃料喷射控制部。输出上述4个控制指令值中的至少1个以上的控制指令值，由此来抑制交流旋转电机30的转速Rot。
步骤S108中，转矩指令调整部55将步骤S106中计算出的允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper与步骤S102中获取到的转矩指令值Ctrq进行比较。若转矩指令值Ctrq＞允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper，则转矩指令调整部55判定为转矩指令值Ctrq比允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper要大，并转移到步骤S109。若并非转矩指令值Ctrq＞允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper，则转矩指令调整部55判定为转矩指令值Ctrq在允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper以下，并转移到步骤S110。
步骤S110中，转矩指令值Ctrq未超过允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper，因此转矩指令调整部55对步骤S106中计算出的允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower与步骤S102中获取到的转矩指令值Ctrq进行比较。若转矩指令值Ctrq＜允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower，则转矩指令调整部55判定为转矩指令值Ctrq小于允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower，并转移到步骤S109。若并非转矩指令值Ctrq＜允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower，则转矩指令调整部55判定为转矩指令值Ctrq在允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower以上，并转移到步骤S111。
步骤S111中，转矩指令值Ctrq并未超过允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper，且并未低于允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower，因此将转矩指令值Ctrq的值直接作为调整后的转矩指令值Ctrq_adj来输出。
步骤S109中，在步骤S108中判定为转矩指令值Ctrq超过了允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper的情况下，转矩指令调整部55调整转矩指令值Ctrq，以设为Ctrq_adj＝Ctrq_alw_upper。即，转矩指令调整部55将允许转矩的上限值Ctrq_alw_upper作为调整后的转矩指令值Ctrq_adj来输出。另一方面，在步骤S110中判定为转矩指令值Ctrq低于允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower的情况下，转矩指令调整部55调整转矩指令值Ctrq，以设为Ctrq_adj＝Ctrq_alw_lower。即，转矩指令调整部55将允许转矩的下限值Ctrq_alw_lower作为调整后的转矩指令值Ctrq_adj来输出。
即，若对图2的流程图的内容进行总结，则如以下那样。在本实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置中，首先，在最大电流调整部51中，基于温度检测部50检测出的保护部70的温度来调整最大电流Imax，以使得保护部70的温度不超过设定温度，并输出调整后的最大电流Imax_adj。
允许转矩计算部52基于调整后的最大电流Imax_adj，并使用图9和图10的表，来计算允许转矩的上限值和下限值。
上限转速计算部53基于调整后的最大电流Imax_adj，并使用图11的表，来计算上限转速Crot_lim。
此时，若交流旋转电机30的转速Rot超过了上限转速Crot_lim，则为了抑制转速Rot，由转速调整部54将转矩控制指令值Ctrq_lim输出到转矩指令调整部55。转矩指令调整部55接受转矩控制指令值Ctrq_lim，将调整后的转矩指令值Ctrq_adj设定为0，并输出到电流指令运算部41。
另一方面，在交流旋转电机30的转速Rot在上限转速Crot_lim以下的情况下，如以下(1)～(3)所示，转矩指令调整部55设定调整后的转矩指令值Ctrq_adj的值。
(1)在转矩指令值＞允许转矩的上限值的情况下：
→Ctrq_adj＝Ctrq_alw_upper
(2)在允许转矩的上限值≥转矩指令值≥允许转矩的下限值的情况下：
→Ctrq_adj＝Ctrq
(3)在转矩指令值＜允许转矩的下限值的情况下：
→Ctrq_adj＝Ctrq_alw_lower
由此，在本实施方式1中，并不直接校正转矩指令值，而是对最大电流进行调整。由此，能基于调整后的最大电流的值，来调整允许转矩和上限转速。此外，不仅调整允许转矩，还调整允许转矩和上限转速双方，因此，能可靠地进行开关元件的保护。
上述专利文献1中，对转矩指令值进行了校正。因此，在高旋转区域中，即使将转矩指令值设为0，也需要使d轴电流流过，因此，一定以上的电流流过开关元件。由于该电流，开关元件的温度有可能成为设定温度以上，开关元件有可能发生损坏。本实施方式1中，根据上述结构，能解决该问题，能可靠地防止因开关元件的过热而导致的损坏。
图16～图19中，示出由本实施方式1所涉及的交流旋转电机的控制装置在混合动力车中通过调整转矩指令值Ctrq和转速Rot来进行保护部70的温度控制时的保护部温度等的仿真结果。在图16～图19中，横轴表示时间。此外，图16的纵轴表示交流旋转电机30的转速。图17的纵轴表示交流旋转电机30的转矩与发动机转矩。图18的纵轴表示保护部70的检测温度。图19的纵轴表示电流指令值和最大电流。
另外，在说明图16～图19的仿真结果之前，作为比较例，使用图12～图15对现有的控制装置中的仿真结果进行说明。
图12～图15是示出混合动力车中由现有的控制装置通过调整转矩指令值来进行保护部70的温度控制时的保护部温度等的仿真结果的图。
在图12～图15中，横轴表示时间。此外，图12的纵轴表示交流旋转电机的转速。图13的纵轴表示交流旋转电机的转矩与发动机转矩。图14的纵轴表示保护部70的检测温度。图15的纵轴表示电流指令值和最大电流。
图12～图15所示的现有控制装置所得出的仿真结果中，如图13所示，刚开始后，利用最大转矩控制，交流旋转电机转矩成为最大，之后利用弱磁通控制抑制转矩指令值。此外，如图14所示，通过消除保护部70的检测温度与设定温度之间的偏差，从而成为转矩指令值＝0，如图13所示，交流旋转电机转矩也成为“0”。然而，由于发动机转矩并未被抑制，因此如图12所示，交流旋转电机30的转速持续上升。其结果是，如图14所示，因基于弱磁通控制的负的d轴电流，保护部70的检测温度超过设定温度。
与此相对，图16～图19所示的本实施方式1的控制装置所得出的仿真结果中，如图17所示，刚开始后，利用最大转矩控制，交流旋转电机转矩成为最大，之后利用弱磁通控制抑制转矩指令值。此外，通过消除保护部70的检测温度与设定温度之间的偏差，从而成为转矩指令值＝0，交流旋转电机转矩也成为“0”。
此时，在本实施方式1中，如图16所示，若交流旋转电机30的转速Rot达到上限转速Crot_lim，则向燃料喷射控制输出用于使燃料喷射停止的燃料喷射控制指令Cstp，由此，如图17所示，发动机转矩也成为“0”，并如图16所示，交流旋转电机30的转速Rot被抑制。由此，在本实施方式1中，能抑制因弱磁通控制而产生的负的d轴电流。其结果是，如图18所示，保护部70的检测温度不超过设定温度。
如以上说明所明确的那样，在本实施方式1所涉及的控制装置中，可得到以下列举出的效果。
在本实施方式1所涉及的控制装置中，根据温度检测部50检测出的温度来调整最大电流，由此来计算允许转矩和上限转速。此外，基于计算出的允许转矩和上限转速来调整转矩指令值和转速，由此能控制保护部70的温度。其结果是，能防止因过热而导致的开关元件的损坏。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，最大电流调整部51调整最大电流，以使得温度检测部50所得到的温度不超过预先设定的设定温度，由此能控制保护部70的温度。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，允许转矩计算部52基于最大电流调整部51中调整后的最大电流、由电压检测部11检测出的直流电压、预先设定的最大调制率、由电气角速度检测部32检测出的电气角速度，来计算允许转矩，由此能控制保护部70的温度。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，上限转速计算部53基于最大电流调整部51中调整后的最大电流、由电压检测部11检测出的直流电压、预先设定的最大调制率来计算上限转速，由此能控制保护部70的温度。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，转速调整部54输出变速指令值来调整交流旋转电机的转速，由此能控制保护部70的温度。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，转速调整部54输出制动指令值来调整交流旋转电机的转速，由此能控制保护部70的温度。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，转速调整部54输出燃料喷射停止指令值来调整交流旋转电机的转速，由此能控制保护部70的温度。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，转速调整部54输出转矩控制指令值来调整交流旋转电机的转速，由此能控制保护部70的温度。
此外，在本实施方式1所涉及的控制装置中，当设有至少2个以上的保护部70时，最大电流调整部51基于最需要保护的保护部70的检测温度来调整最大电流，由此能控制所有保护部70的温度。
另外，上述实施方式1所涉及的控制装置中的各功能通过处理电路来实现。实现各功能的处理电路可以是专用硬件，也可以是执行存储器中所存储的程序的处理器。
在处理电路为专用的硬件的情况下，处理电路例如相当于单一电路、复合电路、程序化处理器、并联程序化处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或它们的组合。逆变器控制部40、最大电流调整部51、允许转矩计算部52、上限转速计算部53、转速调整部54和转矩指令调整部55的各部分的功能可以分别用单独的处理电路来实现，也可以汇总各部分的功能并用处理电路来实现。
另一方面，在处理电路为处理器的情况下，逆变器控制部40、最大电流调整部51、允许转矩计算部52、上限转速计算部53、转速调整部54和转矩指令调整部55的各部分的功能可以通过软件、固件、或软件和固件的组合来实现。软件和固件被表述为程序，并存储于存储器。处理器读取储存于存储器的程序并执行，从而实现各部分的功能。即，控制装置包括存储器，该存储器用于存储当由处理电路执行时最终执行逆变器控制步骤、最大电流调整步骤、允许转矩计算步骤、上限转速计算步骤、转速调整步骤和转矩指令调整步骤的程序。
这些程序也可以是使计算机执行上述各部分的步骤或方法的程序。这里，存储器例如相当于RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable ROM：可擦可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically EPROM：电可擦可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器。另外，磁盘、软盘、光盘、压缩磁盘、小型磁盘、DVD等也相当于存储器。
另外，对于上述各部分的功能，可以用专用硬件来实现一部分，并用软件或固件来实现一部分。
由此，处理电路可以利用硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述各部分的功能。
工业上的实用性
本发明可以在制造交流旋转电机的控制装置的所有工业中利用。
标号说明
10 直流电源
11 电压检测部
20 逆变器
21a、21b、21c 上臂侧功率半导体元件
22a、22b、22c 下臂侧功率半导体元件
30 交流旋转电机
31 磁极位置检测部
32 电气角速度检测部
33a、33b、33c 电流传感器
40 逆变器控制部
41 电流指令运算部
42 d轴电流调整器
43 q轴电流调整器
44 电压坐标转换器
45 PWM电路
46 栅极驱动器
47 电流坐标转换器
50 温度检测部
51 最大电流调整部
52 允许转矩计算部
53 上限转速计算部
54 转速调整部
55 转矩指令调整部
60 比例调整器
61 积分调整器
70 保护部。

Claims (9)

1.一种交流旋转电机的控制装置，其特征在于，包括：
直流电源；
温度检测部，该温度检测部检测温度与连接至交流旋转电机的功率转换电路的开关元件的温度上升成比例地上升的保护部的温度；
最大电流调整部，该最大电流调整部调整所述交流旋转电机的最大电流，以使得所述温度检测部检测出的所述保护部的温度不超过预先设定的设定温度；
允许转矩计算部，该允许转矩计算部基于所述直流电源的直流电压、预先设定的最大调制率、所述交流旋转电机的电气角速度、以及由所述最大电流调整部调整后的所述最大电流，来计算允许转矩；
转矩指令调整部，该转矩指令调整部基于所述允许转矩来调整针对所述交流旋转电机的转矩指令值；
上限转速计算部，该上限转速计算部基于所述直流电源的所述直流电压、预先设定的所述最大调制率以及由所述最大电流调整部调整后的所述最大电流，来计算所述交流旋转电机的上限转速；以及
转速调整部，该转速调整部基于所述上限转速，来调整所述交流旋转电机的转速。
2.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，还包括：
电压检测部，该电压检测部检测所述直流电源的所述直流电压；以及
电气角速度检测部，该电气角速度检测部检测所述交流旋转电机的所述电气角速度，
所述允许转矩计算部基于所述直流电源的所述直流电压与预先设定的所述最大调制率来计算最大电压，
基于所述最大电压与所述电气角速度来计算最大交链磁通，
基于所述最大交链磁通与经所述最大电流调整部调整后的所述最大电流来计算所述允许转矩。
3.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，还包括：
电压检测部，该电压检测部检测所述直流电源的所述直流电压，
所述上限转速计算部基于所述直流电源的所述直流电压与预先设定的所述最大调制率来计算最大电压，
基于所述最大电压与经所述最大电流调整部调整后的所述最大电流来计算所述上限转速。
4.如权利要求1至3中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述转速调整部将所述转速与所述上限转速进行比较，在所述转速在所述上限转速以上的情况下，通过输出用于变更为变速控制的变速控制指令来调整所述交流旋转电机的所述转速。
5.如权利要求1至3中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述转速调整部将所述转速与所述上限转速进行比较，在所述转速在所述上限转速以上的情况下，通过输出用于进行制动控制的制动控制指令来调整所述交流旋转电机的所述转速。
6.如权利要求1至3中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述转速调整部将所述转速与所述上限转速进行比较，在所述转速在所述上限转速以上的情况下，通过输出用于使燃料喷射停止的燃料喷射控制指令来调整所述交流旋转电机的所述转速。
7.如权利要求1至3中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述转速调整部将所述转速与所述上限转速进行比较，在所述转速在所述上限转速以上的情况下，将用于使所述转矩指令值为0的转矩控制指令值输出到所述转矩指令调整部。
8.如权利要求1至3中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述转矩指令调整部在所述转速小于所述上限转速、且所述转矩指令值比所述允许转矩的上限值要大的情况下，将所述转矩指令值设定为所述允许转矩的上限值，
在所述转速小于所述上限转速、且所述转矩指令值小于所述允许转矩的下限值的情况下，将所述转矩指令值设定为所述允许转矩的下限值，
在所述转速小于所述上限转速、且所述转矩指令值在所述允许转矩的上限值以下、在所述允许转矩的下限值以上的情况下，保持所述转矩指令值不变，
由此来调整所述转矩指令值。
9.如权利要求1至3中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
在设有2个以上的所述保护部的情况下，
所述最大电流调整部选择所述保护部的检测温度与所述设定温度之间的温度偏差的绝对值为最大的保护部，并调整所述交流旋转电机的所述最大电流，以使得选择出的所述保护部的温度不超过预先设定的设定温度。
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