CN115189613A - 电动机装置及车辆 - Google Patents

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CN115189613A CN202110371715.8A CN202110371715A CN115189613A CN 115189613 A CN115189613 A CN 115189613A CN 202110371715 A CN202110371715 A CN 202110371715A CN 115189613 A CN115189613 A CN 115189613A
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岛津学史
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Abstract

本发明涉及一种电动机装置，包括：电动机部，该电动机部具有转子和定子，逆变器部，该逆变器部用于将输入电压转换成三相交流电压，并提供给所述电动机部；逆变器控制部；该逆变器控制部用于对所述逆变器部进行控制；以及旋转角传感器，该旋转角传感器固定于所述电动机部，用于对所述电动机部的旋转角进行检测，所述逆变器控制部包括运算部，该运算部根据所述电动机部的电压相位的实测值与理论值之差，对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算。

Description

电动机装置及车辆
技术领域
本发明涉及一种电动机装置，特别是涉及一种包括对电动机部的旋转角进行检测的旋转角传感器的电动机装置。
背景技术
以往，为了检测车载用电动机等的旋转角，一般会使用旋转变压器。然而，由于安装有车载用电动机的车辆的颠簸行驶等外部因素，有时会导致旋转变压器发生异常。在旋转变压器发生异常的情况下，无法准确地检测出旋转角，因此无法准确地进行电动机控制。
作为旋转变压器的异常诊断方法，例如，在作为专利文献1的日本专利4475642号中公开了：将从旋转变压器输出的一个周期内的多个采样值之和与零值之差设为偏移值，当偏移值超过阈值时，判断为旋转变压器发生异常。
此外，在作为专利文献2的日本专利特开2020-114057中公开了：根据从旋转变压器输出的信号分别计算第一电气角和第二电气角，当第一电气角和第二电气角不一致时，判断为旋转变压器发生异常。
现有技术文献
专利文献1：日本专利4475642号
专利文献2：日本专利特开2020-114057
发明内容
然而，在现有技术中，只能检测出旋转变压器的输出偏移等异常，而无法检测出旋转变压器在物理上的偏移(角度偏移)。
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种电动机装置，其能够以软件的方式容易地检测出旋转角传感器在物理上的偏移而无需额外的外部装置。
本发明的电动机装置的第一方式中，包括：电动机部，该电动机部具有转子和定子；逆变器部，该逆变器部用于将输入电压转换成三相交流电压，并提供给所述电动机部；逆变器控制部；该逆变器控制部用于对所述逆变器部进行控制；以及旋转角传感器，该旋转角传感器固定于所述电动机部，用于对所述电动机部的旋转角进行检测，所述逆变器控制部包括运算部，该运算部根据所述电动机部的电压相位的实测值与理论值之差，对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算。
根据本发明的电动机装置，能够以软件的方式容易地检测出旋转角传感器在物理上的偏移而无需额外的外部装置。
本发明的电动机装置的第二方式在所述第一方式中，优选为，所述逆变器控制部还包括判定部，该判定部判定是否允许所述运算部进行计算，在所述判定部允许所述运算部进行计算的情况下，所述运算部对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算。
根据本发明的电动机装置，能够仅在需要对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算的情况下，由逆变器控制部的运算部进行计算，因此能够使运算部的动作更有效率，避免在不需要的情况下对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算。
本发明的电动机装置的第三方式在所述第二方式中，优选为，所述判定部根据所述电动机部中流过的电流、系统状态和所述电动机部的转速，来判定是否允许所述运算部进行计算。
根据本发明的电动机装置，仅在所述电动机部中流过的电流、系统状态和所述电动机部的转速这三个条件全部符合的情况下才允许所述运算部对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算，因此能够使运算部的动作更有效率，避免在不需要的情况下对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算。
本发明的电动机装置的第四方式在所述第一方式中，优选为，所述电动机装置搭载于车辆，所述车辆具有车辆控制部，所述逆变器控制部还包括诊断部和控制部，所述诊断部在所述偏移角超过规定值时，向所述控制部和所述车辆控制部通知异常。
根据本发明的电动机装置，由于在旋转角传感器的安装位置的偏移角超过规定值时，向逆变器控制部的控制部和车辆控制部通知异常，因此能够通知相关的控制部采取措施以防止由于旋转角传感器的偏移而导致电动机装置的控制不佳。
本发明的电动机装置的第五方式在所述第四方式中，优选为，所述逆变器部具有栅极驱动器、包括上臂和下臂的电动机驱动电路，所述控制部通过向栅极驱动器输出信号从而对所述上臂和所述下臂中包含的开关元件进行通断控制，所述诊断部在所述电动机部的转速超过阈值的情况下，向所述控制部通知异常，此时所述控制部执行故障安全控制。
本发明的电动机装置的第六方式在所述第五方式中，优选为，所述故障安全控制是使所述上臂和所述下臂中的一方进行全相导通且使另一方进行全相断开的主动短路(Active Short Circuit：ASC)控制。
本发明的电动机装置的第七方式在所述第五方式中，优选为，所述故障安全控制是使所述上臂和所述下臂都进行全相断开的关断(Shut Down：SD)控制。
在电动机高速旋转时，开关元件会发热，此时若旋转角传感器发生偏移而无法准确地控制电动机，则会导致电动机进一步加速。根据本发明的电动机装置，通过在旋转角传感器发生偏移且电动机高速旋转时进行故障安全控制(ASC控制或SD控制)，从而能够防止开关元件和电池发生故障。
本发明的车辆的第八方式中，包括权利要求1至7中任一项所述的电动机装置。
发明效果
根据本发明的电动机装置，能够以软件的方式容易地检测出旋转角传感器在物理上的偏移而无需额外的外部装置。
附图说明
图1是示出本发明的电动机装置的结构的示意图。
图2是示出本发明的电动机装置中的计算实施条件判定部和旋转变压器偏移角计算部的详细结构的示意图。
图3是用于说明本发明的故障安全控制中的电动机装置的局部结构的示意图。
图4是用于说明本发明的故障安全控制中的ASC控制和SD控制的示意图。
图5是用于说明旋转变压器相对于转子转轴在物理上的角度偏移的示意图。
具体实施方式
下面，对于本发明所涉及的电动机装置的优选实施方式使用附图进行说明。在各附图中，对于相同或相当的部分，附加相同标号进行说明。
<电动机装置的结构>
图1是示出本发明的电动机装置的结构的示意图。作为一个示例，本发明的电动机装置10包括：电动机部300、逆变器部200、逆变器控制部(CPU)110、以及旋转角传感器301。
电动机部300具有转子和定子，是通过三相交流电的供给而旋转驱动的电动机。例如，电动机300可采用永磁同步电动机。
旋转角传感器301固定于电动机部300，用于对电动机部300的旋转角进行检测。其中，旋转角传感器301例如为旋转变压器。
图5A和图5B是用于说明旋转变压器相对于转子转轴在物理上的角度偏移的示意图。图5A中，示出了旋转变压器301相对于电动机部300的转子转轴没有角度偏移的正常情况；图5B中，示出了旋转变压器301相对于电动机部300的转子转轴朝逆时针偏移了角度α的异常情况。
旋转变压器301将检测出的包括正弦信号和余弦信号的旋转变压器信号发送到RDC(旋变数字转换器)转换器400，RDC转换器400将旋转变压器信号转换成数字信号，发送到旋转变压器偏移角计算部104。RDC转换器400还将根据旋转变压器信号得到的电动机部的转速发送到计算实施条件判定部103。
逆变器部200将存储在电池(图1中未示出)中的直流电转换为具有可变电压和可变频率的三相交流电，并将转换后的三相交流电提供给电动机部300。逆变器部200中包括电流传感器201，该电流传感器201对逆变器部200中的三相电流进行检测，并将检测出的三相电流提供给逆变器控制部110。
逆变器控制部110设置在逆变器控制电路100中，用于对逆变器部200进行控制。逆变器控制部110包括诊断部101、控制部102、计算实施条件判定部103(相当于判定部)、以及旋转变压器偏移角计算部104(相当于运算部)。
计算实施条件判定部103根据电动机部300中流过的电流、系统状态和电动机部300的转速，来判定是否允许旋转变压器偏移角计算部104进行计算。旋转变压器偏移角计算部104根据电动机部300的电压相位的实测值与理论值之差，对旋转角传感器301的安装位置的偏移角进行计算，并将计算出的偏移角提供给诊断部101。关于计算实施条件判定部103和旋转变压器偏移角计算部104的具体动作，将在后面进行详细说明。
诊断部101在偏移角超过规定值时，向控制部102和车辆的微机500(相当于车辆控制部)通知异常。由于在旋转角传感器301的安装位置的偏移角超过规定值时，向逆变器控制部110的控制部102和车辆控制部500通知异常，因此能够通知相关的控制部采取措施以防止由于旋转角传感器301的偏移而导致电动机装置的控制不佳。
控制部102在接收到来自诊断部101的异常通知的情况下，判断电动机部300的转速是否超过例如4000rpm。在电动机部300的转速未超过4000rpm的情况下，维持进行转矩控制不变。在电动机部300的转速超过4000rpm的情况下，开始故障安全控制。关于故障安全控制的具体动作，将在后面进行详细说明。
<计算实施条件判定部和旋转变压器偏移角计算部的具体动作>
图2是示出本发明的电动机装置中的计算实施条件判定部和旋转变压器偏移角计算部的详细结构的示意图。
计算实施条件判定部103根据电动机部300中流过的电流、系统状态和电动机部300的转速，来判定是否允许旋转变压器偏移角计算部104进行计算。
具体而言，CPU110将由电流传感器201检测到的三相电流转换成d轴电流Id和q轴电流Iq，该d轴电流Id和q轴电流Iq被提供给计算实施条件判定部103。d轴电流Id和q轴电流Iq用于计算电压矢量Vdq，该电压矢量Vdq是将d轴分量和q轴分量进行矢量合成而得到的结果。当d轴分量和q轴分量中的某一方过大时，无法检测出电压相位。因此，作为计算实施条件之一，需要满足Id和Iq中的某一方不会过大这一条件(以下，简称为Id·Iq条件)。
此外，CPU110对来自车辆的微机(VCU)500的状态进行判定，判定的结果被提供给计算实施条件判定部103。一般而言，仅当车辆开始运转时，才希望检测旋转变压器是否发生偏移。因此，作为另一个计算实施条件，需要满足车辆已开始运转这一条件(以下，简称为系统状态条件)。
另外，在电动机的转速为0rpm附近时，无法检测出电压相位。因此，作为另一个计算实施条件，需要满足电动机的转速不在0rpm附近这一条件(以下，简称为转速条件)。
也就是说，只有在同时满足上述“Id·Iq条件”、“系统状态条件”、“转速条件”的情况下，计算实施条件判定部103才允许旋转变压器偏移角计算部104进行计算。由此，能够使计算实施条件判定部的动作更有效率，避免在不需要的情况下对旋转变压器的安装位置的偏移角进行计算。
在计算实施条件判定部103允许旋转变压器偏移角计算部104进行计算的情况下，旋转变压器偏移角计算部104根据电动机部300的电压相位的实测值与理论值之差，对旋转角传感器301的安装位置的偏移角进行计算。
具体而言，旋转变压器偏移角计算部104根据d轴电流Id、q轴电流Iq、电动机的绕组电阻值R、电动机的角速度(电气角的角速度)ω、交链磁通Φ、d轴电感Ld、q轴电感Lq，通过以下的式1计算出作为理论值的电压相位FF。
电压相位
Figure BDA0003009574610000071
此外，旋转变压器偏移角计算部104根据实际检测出的d轴电压Vd和q轴电压Vq，通过以下的式2计算出作为实测值的电压相位FB。
电压相位
Figure BDA0003009574610000072
然后，旋转变压器偏移角计算部104计算电压相位FB与电压相位FF的差分，以作为旋转角传感器301的安装位置的偏移角。
旋转变压器偏移角计算部104将计算出的偏移角提供给诊断部101。诊断部101在偏移角超过规定阈值(例如30°)时，向控制部102和车辆的微机500(相当于车辆控制部)通知异常。
因此，根据本发明的电动机装置，能够以软件的方式容易地检测出旋转角传感器在物理上的偏移而无需额外的外部装置。
<故障安全控制的具体动作>
图3是用于说明本发明的故障安全控制中的电动机装置的局部结构的示意图。图4是用于说明本发明的故障安全控制中的ASC控制和SD控制的示意图。
如图3所示，逆变器部200具有栅极驱动器24、包括上臂22和下臂23的电动机驱动电路。高压电池13向逆变器部200提供高电压，低压电池14向逆变器控制部110提供低电压。这里，上臂和下臂中的开关元件采用IGBT，但本发明并不局限于此。
逆变器控制部110中的控制部102通过向栅极驱动器24输出控制信号从而对上臂22和下臂23中包含的开关元件进行通断控制。在电动机部300的转速未超过阈值的情况下，控制部102进行通常的转矩控制，即，经由逆变器部200中的栅极驱动器24对上臂22和下臂23的6个开关元件的通断进行控制，使得逆变器部200将存储在高压电池中的直流电转换为具有可变电压和可变频率的三相交流电，并将转换后的三相交流电提供给电动机部300。
在电动机部300的转速超过阈值的情况下，诊断部101向控制部102通知异常，此时控制部102结束通常的转矩控制，开始执行故障安全控制。
上述故障安全控制可以如图4的左侧部分所示，是使上臂22和下臂23中的一方进行全相导通且使另一方进行全相断开的ASC控制。通过采用ASC控制，从而能够使电动机中产生的反电动势回流，防止电池的过充电，能够防止开关元件和电池发生故障。
此外，上述故障安全控制也可以如图4的右侧部分所示，是使上臂22和下臂23都进行全相断开的SD控制。通过采用SD控制，从而能够防止开关元件和电池发生故障。
在电动机高速旋转时，开关元件会发热，此时若旋转角传感器发生偏移而无法准确地控制电动机，则会导致电动机进一步加速。因此，根据本发明的电动机装置，通过在旋转角传感器发生偏移且电动机高速旋转时进行故障安全控制(ASC控制或SD控制)，从而能够防止开关元件和电池发生故障。
此外，本发明的车辆包括上述的电动机装置。
应当理解，本发明在其范围内，能将实施方式中的各部件自由组合，或是将实施方式中的各部件适当变形、省略。
如上所述，对本发明进行了详细的说明，但上述说明仅是所有方面中的示例，本发明并不局限于此。未示例的无数的变形例被解释为可设想到而未脱离本发明的范围。
工业上的实用性
本发明所涉及的电动机装置能广泛应用于EV(电动汽车)的电动机等领域中。
标号说明
10 电动机装置；
100 逆变器控制电路；
110 逆变器控制部(CPU)；
101 诊断部；
102 控制部；
103 计算实施条件判定部；
104 旋转变压器偏移角计算部；
200 逆变器部；
201 电流传感器；
300 电动机部；
301 旋转变压器；
400 RDC转换器；
500 车辆的微机；
13 高压电池；
14 低压电池；
22 上臂；
23 下臂；
24 栅极驱动器。

Claims (8)

1.一种电动机装置，包括：
电动机部，该电动机部具有转子和定子；
逆变器部，该逆变器部用于将输入电压转换成三相交流电压，并提供给所述电动机部；
逆变器控制部；该逆变器控制部用于对所述逆变器部进行控制；以及
旋转角传感器，该旋转角传感器固定于所述电动机部，用于对所述电动机部的旋转角进行检测，
所述逆变器控制部包括运算部，该运算部根据所述电动机部的电压相位的实测值与理论值之差，对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算。
2.如权利要求1所述的电动机装置，其特征在于，
所述逆变器控制部还包括判定部，该判定部判定是否允许所述运算部进行计算，
在所述判定部允许所述运算部进行计算的情况下，所述运算部对所述旋转角传感器的安装位置的偏移角进行计算。
3.如权利要求2所述的电动机装置，其特征在于，
所述判定部根据所述电动机部中流过的电流、系统状态和所述电动机部的转速，来判定是否允许所述运算部进行计算。
4.如权利要求1所述的电动机装置，其特征在于，
所述电动机装置搭载于车辆，所述车辆具有车辆控制部，
所述逆变器控制部还包括诊断部和控制部，
所述诊断部在所述偏移角超过规定值时，向所述控制部和所述车辆控制部通知异常。
5.如权利要求4所述的电动机装置，其特征在于，
所述逆变器部具有包括上臂和下臂的电动机驱动电路，
所述控制部对所述上臂和所述下臂中包含的开关元件进行通断控制，
所述诊断部在所述电动机部的转速超过阈值的情况下，向所述控制部通知异常，此时所述控制部执行故障安全控制。
6.如权利要求5所述的电动机装置，其特征在于，
所述故障安全控制是使所述上臂和所述下臂中的一方进行全相导通且使另一方进行全相断开的控制。
7.如权利要求5所述的电动机装置，其特征在于，
所述故障安全控制是使所述上臂和所述下臂都进行全相断开的控制。
8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的电动机装置。
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