CN113165525B - 旋转电机的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

旋转电机的驱动装置包括将从蓄电池提供的直流电转换为交流电并提供给旋转电机的功率转换部、以及向功率转换部输出开关信号的控制部。控制部在蓄电池充电时，在从外部输入的蓄电池的温度低于适于充电的设定温度的情况下，将功率转换部的开关信号设定为与旋转电机的通常驱动状态下的开关信号不同。

Description

旋转电机的驱动装置
技术领域
本发明涉及旋转电机的驱动装置，尤其涉及利用从蓄电池提供的功率来进行驱动的旋转电机的驱动装置。
背景技术
电动车等搭载旋转电机的车辆中需要对向旋转电机供电的蓄电池进行充电。此时，在蓄电池的温度低于适于充电的温度的情况下，需要在充电开始之前使蓄电池放电，从而使蓄电池的温度上升到适于充电的温度。
专利文献1中记载了一种发明，在有旋转电机驱动功率的热转换请求的情况下，通过控制输出到DC/AC逆变器电路的开关信号的频率，从而有意地降低DC/AC逆变器电路的功率转换效率。在专利文献1中，如果DC/AC逆变器电路的功率转换效率降低，则蓄电池的放电量增加，其结果是蓄电池的温度上升。
专利文献1：日本专利特开2018-098857号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1中，基于旋转电机的电气角的每单位周期的脉冲数，控制向DC/AC逆变器电路输出的开关信号的频率。在该情况下，在车辆停止时，旋转电机的电气角的单位周期成为无限长。因此，在车辆停止时对蓄电池进行充电的情况下，不能使用专利文献1的技术来使蓄电池的温度上升。
本发明是用于解决上述问题而完成，其目的在于提供一种旋转电机的驱动装置，即使在旋转电机未旋转的状态下也能够使蓄电池的温度上升。
用于解决技术问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明所涉及的旋转电机的驱动装置包括：功率转换部，该功率转换部将从蓄电池提供的直流电转换成交流电并提供给旋转电机；以及控制部，该控制部向所述功率转换部输出开关信号，在蓄电池充电时，在从外部输入的蓄电池的温度低于适于充电的设定温度的情况下，将功率转换部的开关信号设定为与旋转电机的通常驱动状态下的开关信号不同。
发明效果
根据本发明所涉及的旋转电机的驱动装置，即使在旋转电机未旋转的状态下，也能够使蓄电池的温度上升。
附图说明
图1是表示搭载有本发明实施方式1所涉及的旋转电机的驱动装置的车辆及充电设备的结构的框图。
图2是图1的旋转电机的各相的电流相位的一个示例。
图3是提取出各相中的电流量的最大值和最小值的图。
图4是提取出各相中的电流量的最大值与最小值之差的图。
图5是表示相位30度下的旋转电机内的各相的线圈的发热量的图。
图6是表示相位0度下的旋转电机内的各相的线圈的发热量的图。
图7是表示搭载有本发明实施方式6所涉及的旋转电机的驱动装置的车辆及充电设备的结构的框图。
图8是示出了以作为专用硬件的处理电路来实现本发明的实施方式1～6所涉及的控制部的各功能这一情况的结构图。
图9是示出了由具备了处理器和存储器的处理电路来实现本发明实施方式1～6所涉及的控制部的各功能这一情况的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，以本发明所涉及的旋转电机的驱动装置应用于车辆的情况为例，详细说明本申请公开的旋转电机的驱动装置的实施方式。其中，下面所示的实施方式为一个示例，但本发明并不限于这些实施方式。
实施方式1.
图1是表示搭载有本发明实施方式1所涉及的旋转电机的驱动装置的车辆及充电设备的结构的框图。
(车辆1的结构)
车辆1包括旋转电机2、驱动装置3、蓄电池4和充电器5。另外，在车辆1的外部设置有充电设备6，该充电设备6在对车辆1的蓄电池4进行充电时能够供给交流电。
当车辆1运行时，旋转电机2通过从驱动装置3提供的三相交流电来驱动。另外，在车辆1再生时，旋转电机2将自身发电的三相交流电输出到驱动装置3。
驱动装置3包括功率转换部7和控制部8。驱动装置3控制旋转电机2与蓄电池4之间的功率交换。
功率转换部7包含DC/DC整流器电路7a和DC/AC逆变器电路7b。DC/DC整流器电路7a和DC/AC逆变器电路7b基于从控制部8输入的开关信号而动作。
功率转换部7在车辆1运行时，将从蓄电池4提供的直流电转换为三相交流电，并提供给旋转电机2。另外，功率转换部7在车辆1再生时，将通过旋转电机2发电的三相交流电转换为直流电，并提供给蓄电池4。
控制部8控制功率转换部7的动作。详细而言，控制部8通过输出到功率转换部7的DC/DC整流器电路7a及DC/AC逆变器电路7b的开关信号，控制功率转换部7的动作。
蓄电池4在车辆1运行时，经由驱动装置3的功率转换部7将自身所蓄积的功率提供给旋转电机2。蓄电池4在车辆1再生时，进行由旋转电机2发电并通过驱动装置3的功率转换部7转换后的功率的充电。另外，蓄电池4在车辆1停止时进行来自充电设备6的充电时，进行从充电设备6提供并通过充电器5转换后的功率的充电。
充电器5在从充电设备6向车辆1的蓄电池4进行充电时，将从充电设备6提供的交流电转换为直流电，并提供给蓄电池4。
另外，旋转电机2安装有检测旋转电机2的电气角的角度传感器9。将角度传感器9检测到的旋转电机2的电气角输入到驱动装置3的控制部8。
另外，在旋转电机2上安装有电流传感器10，该电流传感器10检测旋转电机2与功率转换部7之间的三相交流电的电流值。将电流传感器10检测到的电流值输入到驱动装置3的控制部8。
另外，蓄电池4安装有检测蓄电池4的温度的温度传感器11。将温度传感器11检测到的蓄电池4的温度输入到驱动装置3的控制部8。
(车辆1行驶时驱动装置3的动作)
接着，对车辆1的行驶时驱动装置3的动作进行说明。另外，在车辆1行驶时，车辆1与充电设备2未连接。
驱动装置3的控制部8基于角度传感器9所检测的旋转电机2的电气角和电流传感器10所检测的旋转电机2与功率转换部7之间的电流值，来控制旋转电机2的驱动状态。
详细而言，驱动装置3的控制部8对输出到功率转换部7的整流器开关信号以及逆变器开关信号进行控制，从而对旋转电机2的驱动状态进行控制。
更详细而言，驱动装置3的控制部8在车辆1功率运行时，控制旋转电机2的驱动状态，使得成为车辆1所要求的转速和转矩。另外，驱动装置3的控制部8在车辆1再生时，控制旋转电机2的驱动状态，使得输出被蓄电池4充电的功率。
进而，驱动装置3的控制部8控制整流器开关信号及逆变器开关信号，使得减少旋转电机2及功率转换部7中的功率损耗。
具体而言，为了减少功率转换部7中的功率损耗，需要进行控制以使得功率转换部7的转换效率最大限度地提高。一般来说，为了提高功率转换部7的功率转换效率，只要降低整流器开关信号和逆变器开关信号的频率即可。
其中，如果整流器开关信号以及逆变器开关信号的频率降低，则功率转换部7的控制性也降低。因此，驱动装置3的控制部8在考虑功率转换部7的功率转换效率与控制性之间的权衡的同时，决定整流器开关信号和逆变器开关信号的频率以及其他参数。
在以后的说明中，如上所述，在考虑到功率转换部7的功率转换效率与控制性的权衡的基础上，将功率转换部7的功率转换效率最大限度提高的状态下的旋转电机2的驱动状态定义为“通常驱动状态”。
(车辆1充电时驱动装置3的动作)
接着，说明从充电设备6向车辆1的蓄电池4充电时驱动装置3的动作。另外，此时车辆1停止，车辆1与充电设备6连接。
如上所述，在从充电设备6向蓄电池4进行充电时，在蓄电池4的温度低于适于充电的设定温度的情况下，需要通过使蓄电池4放电，来使蓄电池4的温度上升到适于充电的设定温度。
为了这个目的，驱动装置3的控制部8通过实施下面所述的控制，从而在旋转电机2以及功率转换部7中消耗蓄电池4的功率，使蓄电池4的温度上升。
(使蓄电池4的温度上升的控制)
驱动装置3的控制部8将输出到功率转换部7的整流器开关信号以及逆变器开关信号的频率设定为与上述车辆1行驶时的旋转电机2的通常驱动状态不同的频率。此时，设整流器开关信号以及逆变器开关信号的频率为不依赖于旋转电机2的电气角的旋转周期的固定周期。
如上所述，在车辆1行驶时的旋转电机2的通常驱动状态下，输出至功率转换部7的整流器开关信号及逆变器开关信号的频率控制成使得旋转电机2以及功率转换部7的功率转换效率维持在最大限度高的状态。
如果将输出到功率转换部7的整流器开关信号以及逆变器开关信号的频率设定为与旋转电机2的通常驱动状态不同的频率，则旋转电机2以及功率转换部7的功率转换效率降低。
旋转电机2以及功率转换部7的功率转换效率降低，从而蓄电池4的放电量增加。由此，能够将蓄电池4的温度提高到适于充电的设定温度。此时，设整流器开关信号以及逆变器开关信号的频率为不依赖于旋转电机2的电气角的旋转周期的固定周期。因此，该控制也可以在车辆1停车时实施。
如上所说明的那样，在本发明实施方式1所涉及的旋转电机的驱动装置中，控制部在蓄电池充电时，在蓄电池的温度低于适于充电的设定温度的情况下，将输出到功率转换部的开关信号设定为与旋转电机的通常驱动状态下的开关信号不同。由此，即使在旋转电机不旋转的状态下，也能够使蓄电池的温度上升。
实施方式2.
接着，对本发明实施方式2所涉及的旋转电机的驱动装置进行说明。另外，在以后的实施方式2～5和实施方式1中，驱动装置的结构相同，仅通过控制部实施的使蓄电池的温度上升的控制内容不同。因此，在以后的实施方式2～5中，仅详细说明作为与实施方式1的不同点即使蓄电池的温度上升的控制内容。
实施方式2所涉及的驱动装置3的控制部8在使蓄电池4的温度上升时，将整流器开关信号和逆变器开关信号的频率设定为预先决定的最高频率。
一般来说，功率转换部7的功率损耗与开关信号的频率成正比。因此，当使开关信号的频率变高时，功率转换部7的功率转换效率降低。功率转换部7的功率转换效率降低，从而蓄电池4的放电量增加。由此，能够将蓄电池4的温度提高到适于充电的设定温度。
其中，当使开关信号的频率变高时，功率转换部7的发热量也增大。因此，预先决定的最高频率是考虑到功率转换部7的耐热特性而在功率转换部7能够承受的温度范围内的最高频率。
实施方式3.
实施方式3所涉及的驱动装置3的控制部8设定整流器开关信号的占空比，使得功率转换部7中包含的DC/DC整流器电路7a的升压电压成为旋转电机2与功率转换部7的功率损耗之和为最大的升压电压。
通常，旋转电机2的功率损耗与DC/DC整流器电路7a的升压电压成反比。其中，如果DC/DC整流器电路7a的升压电压成为固定值以上，则旋转电机2的功率损耗不会进一步降低。
另外，通常，DC/AC逆变器电路7b的功率损耗与DC/DC整流器电路7a的升压电压成正比。另外，DC/DC整流器电路7a自身的功率损耗依赖于电路结构，对升压电压的倾向是不同的。
考虑上述事项，实施方式3所涉及的驱动装置3的控制部8设定整流器开关信号的占空比，使得DC/DC整流器电路7a的升压电压成为旋转电机2、DC/DC整流器电路7a以及DC/AC逆变器电路7b的各功率损耗之和为最大的升压电压。
旋转电机2以及功率转换部7的功率损耗增大，因此蓄电池4的放电量增加。由此，能够将蓄电池4的温度提高到适于充电的设定温度。
实施方式4.
实施方式4所涉及的驱动装置3的控制部8设定逆变器开关信号，使得旋转电机2内的相邻线圈彼此的发热量不同时增大。
为了这个目的，驱动装置3的控制部8设定逆变器开关信号，使得通过角度传感器9检测的旋转电机2的电气角与旋转电机2的各相的电流量的最大值和最小值之差为最小的相位一致。
此外，在以后的说明中，电流具有正值或负值。另外，电流量是指电流的大小，即电流的绝对值。
图2是旋转电机2的各相的电流相位的一个示例。另外，图3是从图2提取出各相中的电流量的最大值和最小值的图。另外，图4是从图3提取出各相中的电流量的最大值与最小值之差的图。
如从图4中看到的那样，当相位为0度、60度、120度、180度、240度、300度时，各相的电流量的最大值与最小值之差成为最小。另外，在相位为30度、90度、150度、210度、270度、330度时，各相的电流量的最大值与最小值之差成为最大。
图5示出了相位30度下的旋转电机2内的各相的线圈的发热量。在图5中，W相的线圈2a的发热量大，U相的线圈2b的发热量也大，V相的线圈2b的发热量为零。如从该图看到的那样，在相位30度时，旋转电机2内的相邻的线圈彼此的发热量同时增大。
图6示出了相位0度下的旋转电机2的各相的线圈的发热量。在图6中，W相的线圈2a的发热量为中等程度，U相的线圈2b的发热量大，V相的线圈2c的发热量为中等程度。如从该图看到的那样，在相位0度时，旋转电机2内的相邻的线圈彼此的发热量同时增大。
实施方式4中，驱动装置3的控制部8设定逆变器开关信号，使得通过角度传感器9检测的旋转电机2的电气角与旋转电机2的各相的电流量的最大值和最小值之差为最小的相位一致。由此，由于旋转电机2内的相邻的线圈彼此的发热量不会同时增大，因此也能够应对旋转电机2的耐热特性低的情况。
实施方式5.
实施方式5所涉及的驱动装置3的控制部8基于通过角度传感器9检测的旋转电机2的电气角，从预先决定的一个或多个设定角度中选择一个。驱动装置3的控制部8基于所选择出的一个设定角度来设定逆变器开关信号。
例如，多个设定角度是图2所示的0度、60度、120度、180度、240度、300度。驱动装置3的控制部8从这6个设定角度中选择与通过角度传感器9检测的旋转电机2的电气角最接近的设定角度。
一般来说，尽管旋转电机2实际上并没有旋转，但通过角度传感器9检测的电气角的值有时会因噪声等的影响而摇晃。如果基于该摇晃的电气角设定了逆变器开关信号，则旋转电机2产生转矩，会导致旋转电机2振动。在实施方式5中，能够防止基于摇晃的电气角来设定逆变器开关信号的情况。
实施方式6.
接着，对本发明实施方式6所涉及的旋转电机的驱动装置进行说明。
图7是表示搭载有本发明实施方式6所涉及的旋转电机2的驱动装置603的车辆601及充电设备6的结构的框图。另外，省略对与实施方式1相同或类似的结构的说明，仅对实施方式6特有的结构进行详细说明。
驱动装置603的控制部608进行与上述实施方式4同样的控制。即，控制部608设定逆变器开关信号，使得通过角度传感器9检测的旋转电机2的电气角与旋转电机2的各相的电流量的最大值和最小值之差为最小的相位一致。
另外，旋转电机2中，温度传感器611仅安装在U相、V相、W相中的任一相上。安装该温度传感器611的相是驱动装置603的控制部608要使旋转电机2的电气角一致的相位，即，在目标相位中电流量为最大的相。
例如，考虑驱动装置603的控制部608进行控制以使旋转电机2的电气角与目标相位0度一致的情况。在该情况下，参照图2，在相位0度处电流量为最大的是U相。因此，温度传感器611安装在旋转电机2的U相上。
当通过温度传感器611检测的温度高于预先决定的设定温度时，驱动装置603的控制部608为了保护旋转电机2而不向旋转电机2提供三相交流功率。这是由于，旋转电机2的各相的温度与电流量成正比，因此，如果能够检测流过最大电流量的U相的温度，则其他相的温度低于该U相的温度是肯定的。
如上所说明的那样，在本发明的实施方式6中，仅在与旋转电机中的电气角的目标相位对应的相上安装温度传感器，就能够可靠地保护旋转电机。
另外，上述实施方式1～6所涉及的控制部8、608的各功能利用处理电路来实现。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。图8是示出了以作为专用硬件的处理电路1000来实现本发明的实施方式1～5、6所涉及的控制部8、608的各功能这一情况的结构图。另外，图9是示出了由具备了处理器2001和存储器2002的处理电路2000来实现本发明实施方式1～5、6所涉及的控制部8、608的各功能这一情况的结构图。
在处理电路是专用硬件的情况下，处理电路1000例如与单一电路、复合电路、程序化后的处理器、并联程序化后的处理器、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或它们的组合相对应。控制部8、608的各部分的功能可以分别由个别的处理电路1000来实现，也可以由处理电路1000汇总各部分的功能来实现。
另一方面，在处理电路为处理器2001的情况下，控制部8、608的各部分的功能由软件、固件、或软件与固件的组合来实现。软件和固件记述为程序，存储于存储器2002中。处理器2001读取储存于存储器2002的程序并执行，从而实现各部分的功能。即，控制部8、608包括在由处理电路2000执行时用于存储结果为执行上述各控制的程序的存储器2002。
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2002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 Read Only Memory：可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory：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2002。
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。
标号说明
1、601车辆
2旋转电机
3、603驱动装置
4蓄电池
7功率转换部
7a DC/DC整流器电路
7b DC/AC逆变器电路
8、608控制部。

Claims (6)

1.一种旋转电机的驱动装置，其特征在于，包括：
功率转换部，该功率转换部将从蓄电池提供的直流电转换成交流电并提供给旋转电机；以及
控制部，该控制部向所述功率转换部输出开关信号，在车辆停止且所述蓄电池充电时，在所述蓄电池的温度低于适于充电的设定温度的情况下，将所述功率转换部的开关信号设定为与所述旋转电机的通常驱动状态下的开关信号不同，
所述控制部将所述功率转换部的开关信号的频率设定为与所述旋转电机的通常驱动状态下的开关信号的频率不同，
所述控制部将所述功率转换部的开关信号的频率设定为预先决定的最高频率，
所述功率转换部包含DC/AC逆变器电路，所述开关信号是逆变器开关信号，
所述通常驱动状态是在考虑到所述功率转换部的功率转换效率与控制性的权衡的基础上，将所述功率转换部的功率转换效率最大限度提高的状态下的车辆行驶时的所述旋转电机的驱动状态，
所述预先决定的最高频率是考虑到所述功率转换部的耐热特性而在所述功率转换部能够承受的温度范围内的最高频率。
2.如权利要求1所述的旋转电机的驱动装置，其特征在于，
所述控制部设定所述DC/AC逆变器电路的开关信号，使得从外部输入的所述旋转电机的电气角与所述旋转电机的各相的电流量的最大值和最小值之差为最小的相位一致。
3.如权利要求2所述的旋转电机的驱动装置，其特征在于，
当与从外部输入的所述旋转电机中的所述电气角的目标相位对应的相的温度高于预先决定的设定温度时，所述控制部不向所述旋转电机提供三相交流电。
4.如权利要求1所述的旋转电机的驱动装置，其特征在于，
所述控制部基于从外部输入的所述旋转电机的电气角，从预先决定的一个或多个设定角度中选择一个，基于该选择出的一个设定角度，设定所述DC/AC逆变器电路的开关信号。
5.一种旋转电机的驱动装置，其特征在于，包括：
功率转换部，该功率转换部将从蓄电池提供的直流电转换成交流电并提供给旋转电机；以及
控制部，该控制部向所述功率转换部输出开关信号，在车辆停止且所述蓄电池充电时，在所述蓄电池的温度低于适于充电的设定温度的情况下，将所述功率转换部的开关信号设定为与所述旋转电机的通常驱动状态下的开关信号不同，
所述控制部将所述功率转换部的开关信号的频率设定为与所述旋转电机的通常驱动状态下的开关信号的频率不同，
所述控制部将所述功率转换部的开关信号的频率设定为预先决定的最高频率，
所述功率转换部包含DC/AC逆变器电路及DC/DC整流器电路，所述开关信号是逆变器开关信号和整流器开关信号中的至少任一个，
所述通常驱动状态是在考虑到所述功率转换部的功率转换效率与控制性的权衡的基础上，将所述功率转换部的功率转换效率最大限度提高的状态下的车辆行驶时的所述旋转电机的驱动状态，
所述预先决定的最高频率是考虑到所述功率转换部的耐热特性而在所述功率转换部能够承受的温度范围内的最高频率。
6.如权利要求5所述的旋转电机的驱动装置，其特征在于，
所述控制部设定所述DC/DC整流器电路的开关信号的占空比，使得所述DC/DC整流器电路的升压电压成为所述旋转电机及所述功率转换部的功率损耗之和为最大的升压电压。
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