CN116601861A - 旋转电机控制系统 - Google Patents

旋转电机控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116601861A
CN116601861A CN202280008139.3A CN202280008139A CN116601861A CN 116601861 A CN116601861 A CN 116601861A CN 202280008139 A CN202280008139 A CN 202280008139A CN 116601861 A CN116601861 A CN 116601861A
Authority
CN
China
Prior art keywords
contactor
inverter
voltage
control
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280008139.3A
Other languages
English (en)
Inventor
苏布拉塔·萨哈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Co Ltd
Original Assignee
Aisin Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Co Ltd filed Critical Aisin Co Ltd
Publication of CN116601861A publication Critical patent/CN116601861A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/521—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/525—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
    • H02M7/527—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency by pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/025—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a power interruption
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor
    • H02P3/22—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor by short-circuit or resistive braking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/526—Operating parameters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明涉及旋转电机控制系统。控制部(1)在基于平滑电容器(4)的两端电压(Vdc)和在直流电源(6)中流动的电流(Ib)判定为接触器(9)处于打开状态，且旋转速度是速度阈值(ωth)以上的状态下，通过关闭控制来控制双方的逆变器(10)，并且在将双方的接触器(9)设为打开状态，且旋转速度小于速度阈值(ωth)之后，通过主动短路控制来控制故障侧的逆变器(10)，用平滑电容器(4)的放电用转矩(TQ1)来驱动正常侧的逆变器(10)，在异常电压状态被解除之后，将正常的接触器(9)控制为关闭状态，并且通过一个逆变器(10)来驱动旋转电机(80)。

Description

旋转电机控制系统
技术领域
本发明涉及通过两个逆变器对具有开路绕组的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制系统。
背景技术
公知有对分别设置在三相交流型的旋转电机具备的三相开路绕组的两端的逆变器进行开关控制来驱动控制旋转电机的旋转电机控制系统。在日本特开2014-192950号公报公开有这样的旋转电机控制系统的一个例子。在各个逆变器的直流侧连接有用于使直流电压平滑化的平滑电容器。另外，在各个逆变器分别连接有不同的直流电源。在该文献中公开了即使在驱动那样三相开路绕组的逆变器的开关元件产生了故障的情况下，也能够继续旋转电机的驱动的技术。由此，在两个逆变器中的任一个开关元件产生了故障的情况下，将包含产生了该故障的开关元件的逆变器的上段侧开关元件的全部、或下段侧开关元件的全部都设为导通状态，将另一侧的开关元件的全部设为截止状态，使该逆变器中性点化，通过没有故障的另一个逆变器来驱动旋转电机。
专利文献1：日本特开2014-192950号公报
这样的旋转电机控制系统中的故障产生并不限于逆变器中的开关元件。例如，在旋转电机控制系统中，往往在与各个逆变器连接的直流电源与逆变器以及平滑电容器之间设置有用于将它们之间的电连接切断和接通的继电器等接触器。在旋转电机旋转的状态下，若接触器因故障等而成为切断电连接的状态，则往往从直流电源向逆变器的电力的供给被切断，或旋转电机的反电动势无法再生为直流电源，使平滑电容器的端子间电压上升。然而，在上述文献中并没有提及与接触器的故障对应的内容。
发明内容
鉴于上述情况，期望提供一种当在分别设置在开路绕组的两端的两个逆变器与各自所连接的直流电源之间设置的各个接触器的一个产生了故障时，确定发生了故障的接触器并对旋转电机进行驱动控制的技术。
鉴于上述情况，对具有相互独立的多相开路绕组的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制系统具备：第一逆变器，其与上述开路绕组的一端侧连接；第二逆变器，其与上述开路绕组的另一端侧连接；第一直流电源，其连接有上述第一逆变器；第二直流电源，其连接有上述第二逆变器；第一平滑电容器，其与上述第一直流电源并联连接；第二平滑电容器，其与上述第二直流电源并联连接；第一接触器，其将上述第一逆变器以及上述第一平滑电容器与上述第一直流电源的电连接切断和接通；第二接触器，其将上述第二逆变器以及上述第二平滑电容器与上述第二直流电源的电连接切断和接通；以及控制部，其控制上述第一接触器以及上述第二接触器的各个，并且能够相互独立地控制上述第一逆变器以及上述第二逆变器的各个，上述第一逆变器以及上述第二逆变器各自交流一相的臂由上段侧开关元件和下段侧开关元件的串联电路构成，上述控制部能够分别通过将全部的上述上段侧开关元件设为截止状态并将全部的上述下段侧开关元件设为导通状态、或者将全部的上述上段侧开关元件设为导通状态并将全部的上述下段侧开关元件设为截止状态的主动短路控制，以及将多相的开关元件的全部设为截止状态的关闭控制，来控制上述第一逆变器以及上述第二逆变器，使用设定为比上述第一直流电源的电压变动范围大的值的第一上限电压、设定为比上述第一直流电源的电压变动范围小的值的第一下限电压、设定为比上述第二直流电源的电压变动范围大的值的第二上限电压、以及设定为比上述第二直流电源的电压变动范围小的值的第二下限电压，上述控制部在上述第一平滑电容器的两端电压比上述第一上限电压高或者比上述第一下限电压低、且在上述第一直流电源中流动的电流是预先规定的第一下限电流以下的情况下，判定为上述第一接触器处于打开状态，在上述第二平滑电容器的两端电压比上述第二上限电压高或者比上述第二下限电压低、且在上述第二直流电源中流动的电流是预先规定的第二下限电流以下的情况下，判定为上述第二接触器处于打开状态，在上述第一接触器以及上述第二接触器中，将判定为打开状态的一个接触器设为故障接触器，将另一个上述接触器设为正常接触器，在上述旋转电机的旋转速度是预先规定的速度阈值以上的状态下，通过关闭控制来控制上述第一逆变器以及上述第二逆变器双方，并且将上述第一接触器以及上述第二接触器双方设为打开状态，在上述旋转电机的旋转速度小于上述速度阈值之后，通过上述主动短路控制来控制与上述故障接触器连接的逆变器亦即故障侧逆变器，将上述正常接触器维持为打开状态，并且通过与该正常侧逆变器连接的平滑电容器亦即正常侧平滑电容器的放电用转矩，来驱动与该正常接触器连接的逆变器亦即正常侧逆变器，在上述正常侧平滑电容器的两端电压的上升被解除之后，将上述正常接触器控制为关闭状态，并且通过上述正常侧逆变器对上述旋转电机进行驱动控制。
根据该结构，在旋转电机进行再生动作的情况下，能够通过由于接触器成为打开状态而不流动的直流电源的电流、以及因再生电流而上升的平滑电容器的两端电压，来检测接触器的故障的产生。另外，在旋转电机进行动力运行动作的情况下，能够通过由于接触器成为打开状态而不流动的直流电源的电流、以及为了驱动旋转电机进行放电而下降的平滑电容器的两端电压，来检测接触器的故障的产生。并且，根据本结构，在通过关闭控制来控制双方的逆变器之后，连接有故障的接触器的一侧的一个逆变器通过主动短路控制被短路，通过另一个逆变器来驱动旋转电机。此时，在旋转电机的旋转速度是速度阈值以上的情况下，没有故障的接触器也被控制为打开状态。由此，能够由两个平滑电容器吸收来自旋转电机的反电动势，能够抑制与故障接触器连接的平滑电容器的两端电压的上升。在该情况下，虽与正常侧逆变器连接的正常侧平滑电容器的两端电压也上升，但通过放电用转矩来驱动正常侧逆变器，由此正常侧平滑电容器被放电。若正常侧平滑电容器的两端电压的上升被消除，则通过正常侧逆变器来驱动控制旋转电机。这样，根据本结构，在分别设置在开路绕组的两端的两个逆变器与各自所连接的直流电源之间所具备各个的接触器中的一个产生了故障的情况下，能够确定故障的接触器并对旋转电机进行驱动控制。
旋转电机控制系统的进一步特征和优点根据参照附图说明的例示性且非限定性的实施方式的以下的记载将变得明确。
附图说明
图1是旋转电机驱动系统的示意性框图。
图2是旋转电机控制装置的简易的部分框图。
图3是正交向量空间中的旋转电机的示意性电压向量图。
图4是表示旋转电机的控制区域的一个例子的图。
图5是表示混合连续脉宽调制(半周期连续脉冲)的电压指令以及开关控制信号的一个例子的波形图。
图6是表示混合不连续脉宽调制(半周期不连续脉冲)的电压指令以及开关控制信号的例子的波形图。
图7是表示混合连续脉宽调制(半周期连续脉冲)的电压指令以及开关控制信号的其它例的波形图。
图8是表示混合不连续脉宽调制(半周期不连续脉冲)的电压指令以及开关控制信号的其它例的波形图。
图9是表示连续脉宽调制的电压指令以及开关控制信号的一个例子的波形图。
图10是表示不连续脉宽调制的电压指令以及开关控制信号的一个例子的波形图。
图11是表示接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子的流程图。
图12是表示高旋转速度/再生时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器维持关闭状态的例子)的时序图。
图13是表示高旋转速度/再生时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器也设为打开状态的例子)的时序图。
图14是表示高旋转速度/动力运行时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器维持关闭状态的例子)的时序图。
图15是表示高旋转速度/动力运行时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器也设为打开状态的例子)的时序图。
图16是表示中旋转速度/再生时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器维持关闭状态的例子)的时序图。
图17是表示中旋转速度/再生时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器也设为打开状态的例子)的时序图。
图18是表示中旋转速度/动力运行时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器维持关闭状态的例子)的时序图。
图19是表示中旋转速度/动力运行时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器也设为打开状态的例子)的时序图。
图20是表示低旋转速度/再生时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器维持关闭状态的例子)的时序图。
图21是表示低旋转速度/再生时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器也设为打开状态的例子)的时序图。
图22是表示低旋转速度/动力运行时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器维持关闭状态的例子)的时序图。
图23是表示低旋转速度/动力运行时的接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的一个例子(正常接触器也设为打开状态的例子)的时序图。
具体实施方式
以下，结合附图来说明通过两个逆变器来驱动控制具有相互独立的多相开路绕组的旋转电机的旋转电机控制装置的实施方式。图1是包含旋转电机控制装置1(MG-CTRL)的旋转电机控制系统100的示意性框图。旋转电机80例如是在电动车、混合动力汽车等车辆中成为车轮的驱动力源的电机。旋转电机80是具有相互独立的多相(在本实施方式中为三相)定子线圈8(开路绕组)的开路绕组型的旋转电机。在定子线圈8的两端分别连接有一个被分别独立控制并在直流与多相(这里为三相)的交流之间转换电力的逆变器10。即、在定子线圈8的一端侧连接有第一逆变器11(INV1)，在定子线圈8的另一端侧连接有第二逆变器12(INV2)。以下，在不需要区别第一逆变器11和第二逆变器12的情况下，简称为逆变器10来进行说明。
逆变器10具有多个开关元件3而构成。在开关元件3中使用IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、功率MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。在图1中例示出了作为开关元件3使用IGBT的形态。在本实施方式中，第一逆变器11和第二逆变器12是使用了相同种类的开关元件3的相同的电路结构的逆变器10。
在两个逆变器10中，分别由上段侧开关元件3H和下段侧开关元件3L的串联电路构成交流一相的臂3A。在各开关元件3并联设置有续流二极管35，以从负极FG朝向正极P的方向(从下段侧朝向上段侧的方向)为正向。另外，在多相的臂3A中，将包含上段侧开关元件3H的一侧称为上段侧臂，将包含下段侧开关元件3L的一侧称为下段侧臂。
另外，在本实施方式中，两个逆变器10分别与独立的直流电源6连接。即、第一逆变器11的负极FG亦即第一浮地FG1和第二逆变器12的负极FG亦即第二浮地FG2相互独立。另外，在逆变器10与直流电源6之间分别设置有使直流电压平滑化的直流链路电容器(平滑电容器4)。另外，在逆变器10的直流侧的正负两极间，相对于平滑电容器4并联设置有放电用电阻40。
具体而言，由第一上段侧开关元件31H和第一下段侧开关元件31L的串联电路构成交流一相的臂3A的第一逆变器11，在直流侧连接有第一平滑电容器41，并且直流侧与第一直流电源61连接，交流侧与多相的定子线圈8的一端侧连接，并在直流与多相交流之间转换电力。由第二上段侧开关元件32H和第二下段侧开关元件32L的串联电路构成交流一相的臂3A的第二逆变器12，在直流侧连接有第二平滑电容器42，并且直流侧与第二直流电源62连接，交流侧与多相的定子线圈8的另一端侧连接，并在直流与多相交流之间转换电力。
在本实施方式中，第一直流电源61以及第二直流电源62是电压等的额定相同的直流电源，第一平滑电容器41以及第二平滑电容器也是电容等的额定相同的电容器。直流电源6的额定电压是48伏～400伏左右。直流电源6例如由镍氢电池、锂电池等二次电池(电池)、双电层电容器等蓄电元件构成。旋转电机80既可作为电动机也可作为发电机发挥功能。旋转电机80经由逆变器10将来自直流电源6的电力转换动力(动力运行)。或旋转电机80将从车轮等传递的旋转驱动力转换为电力，经由逆变器10对直流电源6进行充电(再生)。
如图1所示，逆变器10由旋转电机控制装置1(控制部)控制。旋转电机控制装置1能够以相互独立的控制方式控制第一逆变器11和第二逆变器12的各个(关于控制方式的详细内容将在后述)。旋转电机控制装置1以微机等逻辑电路为核心部件而构建。例如，旋转电机控制装置1基于从未图示的车辆控制装置等其它控制装置等提供的旋转电机80的目标转矩(转矩指令)，进行使用了向量控制法的电流反馈控制，经由逆变器10控制旋转电机80。
在直流电源6与逆变器10以及平滑电容器4之间设置有使它们之间的电连接切断和接通的接触器9。具体而言，在第一逆变器11和第一平滑电容器41、与第一直流电源61之间设置有第一接触器91，在第二逆变器12和第二平滑电容器42、与第二直流电源62之间设置有第二接触器92。接触器9由上述未图示的车辆控制装置、旋转电机控制装置1控制并在关闭状态(CLOSE)下将它们之间电连接，在打开状态(OPEN)下将它们之间的电连接切断。接触器9例如由继电器构成。
在旋转电机80的各相定子线圈8中流动的实际电流由电流传感器15检测，旋转电机80的转子的各时刻的磁极位置由解析器等旋转传感器13检测。旋转电机控制装置1使用电流传感器15以及旋转传感器13的检测结果，执行电流反馈控制。旋转电机控制装置1为了电流反馈控制而构成为具有各种功能部，各功能部通过微机等硬件和软件(程序)的配合来实现。另外，各个逆变器10的直流侧的电压亦即直流链路电压Vdc由未图示的电压传感器检测，旋转电机控制装置1能够取得。旋转电机控制装置1取得第一逆变器11的直流侧的电压亦即第一直流链路电压Vdc1、以及第二逆变器12的直流侧的电压亦即第二直流链路电压Vdc2。
图2的框图简单地示出了旋转电机控制装置1的一部分的功能部。在向量控制法中，将向旋转电机80流动的实际电流(U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw)坐标转换为作为配置在旋转电机80的转子的永久磁铁产生的磁场(磁通)的方向的d轴、和与d轴正交的方向(相对于磁场的朝向以电角超前了π/2的方向)的q轴的向量成分(d轴电流Id、q轴电流Iq)并进行反馈控制。旋转电机控制装置1基于旋转传感器13的检测结果(θ：磁极位置、电角)，通过三相两相坐标转换部55进行坐标转换。
电流反馈控制部5(FB)在dq轴正交向量坐标系中，根据基于旋转电机80的转矩指令的电流指令(d轴电流指令Id＊、q轴电流指令Iq＊)与实际电流(d轴电流Id、q轴电流Iq)的偏差对旋转电机80进行反馈控制，运算电压指令(d轴电压指令Vd＊、q轴电压指令Vq＊)。旋转电机80由第一逆变器11和第二逆变器12这两个逆变器10驱动。因此，d轴电压指令Vd＊以及q轴电压指令Vq＊分别在分配部53(DIV)中，被分配为第一逆变器11用的第一d轴电压指令Vd1＊以及第一q轴电压指令Vq1＊、第二逆变器12用的第二d轴电压指令Vd2＊以及第二q轴电压指令Vq2＊。
如上所述，旋转电机控制装置1能够以相互独立的控制方式控制第一逆变器11和第二逆变器12的各个，具备两个具备三相电压指令运算部73以及调制部74(MOD)的电压控制部7。即、旋转电机控制装置1具备生成第一逆变器11的U相、V相、W相各自的开关控制信号(Su1、Sv1、Sw1)的第一电压控制部71、和生成第二逆变器12的U相、V相、W相各自的开关控制信号(Su2、Sv2、Sw2)的第二电压控制部72。虽详细情况将在后述，但第一逆变器11的电压指令(Vu1＊＊、Vv1＊＊、Vw1＊＊)与第二逆变器12的电压指令(Vu2＊＊、Vv2＊＊、Vw2＊＊)的相位相差“π”。因此，向第二电压控制部72输入从旋转传感器13的检测结果(θ)减去“π”后的值。
另外，如后所述，调制方式存在与旋转电机80的旋转同步的同步调制和独立于旋转电机80的旋转的异步调制。通常，同步调制的开关控制信号的生成块(在软件的情况下，是生成流程)、与异步调制的开关控制信号的生成块不同。上述电压控制部7基于电压指令、以及与旋转电机80的旋转不同步的载波生成开关控制信号，但在本实施方式中，为了简化说明，对同步调制的开关控制信号(例如，后述的矩形波控制的情况下的开关控制信号)也由电压控制部7生成的情况进行说明。
另外，逆变器10的各个臂3A如上所述，由上段侧开关元件3H和下段侧开关元件3L的串联电路构成。在图2中，虽没有区别，但各相的开关控制信号作为上段用开关控制信号和下段用开关控制信号这两种而输出。例如，对第一逆变器11的U相进行开关控制的第一U相开关控制信号Su1，作为对末尾附加了“+”的第一U相上段侧开关控制信号Su1+、和对末尾附加了“-”的第一U相下段侧开关控制信号Su1-这两个信号而输出。另外，若构成各个臂3A的上段侧开关元件3H和下段侧开关元件3L同时成为导通状态，则该臂3A成为短路状态。为了防止该情况，设置有相对于各个臂3A的上段侧开关控制信号和下段侧开关控制信号都成为非有效状态的停滞时间。该停滞时间也在电压控制部7中被添加。
如图1所示，构成逆变器10的各开关元件3的控制端子(在IGBT、FET的情况下，是栅极端子)经由驱动器电路2(DRV)与旋转电机控制装置1连接，分别独立地进行开关控制。逆变器10等用于驱动旋转电机80的高压系电路(与直流电源6连接的系统)、和以微机等为核心的旋转电机控制装置1等的低压系电路(3.3伏～5伏左右的动作电压的系统)的动作电压(电路的电源电压)相差较大。驱动器电路2分别提高并中继针对各开关元件3的驱动信号(开关控制信号)的驱动能力(例如，电压振幅、输出电流等，使后段的电路动作的能力)。第一驱动器电路21将开关控制信号中继到第一逆变器11，第二驱动器电路22将开关控制信号中继到第二逆变器12。
旋转电机控制装置1作为构成第一逆变器11以及第二逆变器12的开关元件3的开关模式的形态(电压波形控制的形态)，例如能够执行在电角的一个周期中输出模式不同的多个脉冲的脉宽调制(PWM：Pulse Width Modulation)控制、和在电角的一个周期中输出一个脉冲的矩形波控制(一脉冲控制(1-Pulse))这两个。即、旋转电机控制装置1作为第一逆变器11以及第二逆变器12的控制方式，能够执行脉宽调制控制和矩形波控制。另外，如上所述，旋转电机控制装置1能够以相互独立的控制方式控制第一逆变器11和第二逆变器12的各个。
另外，脉宽调制存在正弦波脉宽调制(SPWM：Sinusoidal PWM)、空间向量脉宽调制(SVPWM：Space Vector PWM)等连续脉宽调制(CPWM：Continuous PWM)、不连续脉宽调制(DPWM：Discontinuous PWM)等方式。因此，作为控制方式，旋转电机控制装置1可执行的脉宽调制控制包含连续脉宽调制控制和不连续脉宽调制。
连续脉宽调制是对多相的臂3A的全部连续地进行脉宽调制的调制方式，不连续脉宽调制是对多相的一部分的臂3A包含将开关元件固定为导通状态或者截止状态的期间而进行脉宽调制的调制方式。具体而言，在不连续脉宽调制中，例如依次固定与三相交流电中的一相对应的逆变器的开关控制信号的信号电平，使与其它两相对应的开关控制信号的信号电平变动。在连续脉宽调制中，不这样固定与任一相对应的开关控制信号，而调制所有相。上述调制方式根据旋转电机80所要求的旋转速度、转矩等动作条件，以及为了满足该动作条件所需的调制率(三相交流相对于直流电压的线间电压的有效值的比例)来决定。
在脉宽调制中，根据作为电压指令的交流波形的振幅与三角波(包含锯齿波的)状的载波(CA)的波形的振幅的大小关系来生成脉冲(参照图5～图10。)。有时与载波的比较无关地通过数字运算直接生成PWM波形，即使在该情况下，作为指令值的交流波形的振幅与假想的载波波形的振幅也具有相关关系。
在数字运算的脉宽调制中，载波例如根据微机的运算周期、电子电路的动作周期等、旋转电机控制装置1的控制周期来决定。即、即使在将多相交流电用于交流的旋转电机80的驱动的情况下，载波也具有不被旋转电机80的旋转速度、旋转角度(电角)限制的周期(不同步的周期)。因此，无论载波还是基于载波生成的各脉冲都不与旋转电机80的旋转同步。因此，正弦波脉宽调制、空间向量脉宽调制等调制方式有时也被称为异步调制(asynchronous modulation)，与此相对，与旋转电机80的旋转同步地生成脉冲的调制方式也被称为同步调制(synchronous modulation)。例如，在矩形波控制(矩形波调制)中，在旋转电机80的电角一个周期输出一个脉冲，所以矩形波调制是同步调制。
如上所述，作为表示从直流电压向交流电压的转换率的指标，存在表示多相交流电压的线间电压的有效值相对于直流电压的比例的调制率。一般，正弦波脉宽调制的最大调制率是约0.61(≈0.612)，空间向量脉宽调制控制的最大调制率是约0.71(≈0.707)。具有超过约0.71的调制率的调制方式作为调制率比通常高的调制方式，被称为“过调制脉宽调制”。“过调制脉宽调制”的最大调制率是约0.78。该0.78是从直流向交流的电力转换的物理(数学)极限值。在过调制脉宽调制中，若调制率达到0.78，则成为在电角的一个周期中输出一个脉冲的矩形波调制(一脉冲调制)。在矩形波调制中，调制率固定在作为物理极限值的约0.78。另外，这里例示的调制率的值是没有考虑停滞时间的物理的(数学的)值。
调制率小于0.78的过调制脉宽调制即使使用同步调制方式、异步调制方式中的任一个原理也能够实现。过调制脉宽调制的代表性的调制方式是不连续脉宽调制。不连续脉宽调制即使使用同步调制方式、异步调制方式中的任一个原理也能够实现。例如，在使用同步调制方式的情况下，在矩形波调制中，在电角的一个周期中输出一个脉冲，在不连续脉宽调制中，在电角的一个周期中输出多个脉冲。若在电角的一个周期中存在多个脉冲，则脉冲的有效期相应地减少，所以调制率降低。因此，并不限于固定在约0.78的调制率，能够通过同步调制方式实现小于0.78的任意调制率。例如，在电角的一个周期中，能够设为输出九个脉冲的九脉冲调制(9-Pulses)、输出五个脉冲的五脉冲调制(5-Pulses)等多个脉冲调制(Multi-Pulses)。
另外，旋转电机控制装置1作为在逆变器10、旋转电机80中检测出异常那样的情况下的失效安全控制，能够执行关闭控制(SDN)、主动短路控制(ASC)。关闭控制是将针对构成逆变器10的所有开关元件3的开关控制信号设为无效状态而将逆变器10设为截止状态的控制。主动短路控制是将多相全部的臂3A的上段侧开关元件3H或多相全部的臂3A的下段侧开关元件3L的任一侧设为导通状态而将另一侧设为截止状态的控制。另外，将使多相全部的臂3A的上段侧开关元件3H为导通状态而使多相全部的臂3A的下段侧开关元件3L为截止状态的情况称为上段侧主动短路控制(ASC-H)。另外，将使多相全部的臂3A的下段侧开关元件3L为导通状态而使多相全部的臂3A的上段侧开关元件3H为截止状态的情况称为下段侧主动短路控制(ASC-L)。
如本实施方式那样，在定子线圈8的两端分别连接有逆变器10的情况下，若通过主动短路控制使一个逆变器10短路，则多相定子线圈8在该一个逆变器10中短路。即、该一个逆变器10成为中性点，定子线圈8被Y型结线。因此，旋转电机控制装置1能够实现经由两个逆变器10控制开路绕组型的旋转电机80的形态、和经由一个逆变器10(没有被主动短路控制的一侧的逆变器10)控制Y型结线的旋转电机80的形态。
另外，在由旋转电机80的旋转引起的反电动势大的情况下，即使通过关闭控制将所有开关元件3控制为截止状态，与开关元件3并联连接的续流二极管35也接通。由此，存在被关闭控制的逆变器10短路而实现Y型结线的旋转电机80的情况。
图3例示出了旋转电机80的dq轴向量坐标系中的一个动作点的向量图。在图中，“V1”示出表示第一逆变器11的电压的第一电压向量，“V2”示出表示第二逆变器12的电压的第二电压向量。经由两个逆变器10出现在作为开路绕组的定子线圈8的电压相当于第一电压向量V1与第二电压向量V2之差“V1-V2”。图中的“Va”示出了出现在定子线圈8的合成电压向量。另外，“Ia”示出了在旋转电机80的定子线圈8中流动的电流。如图3所示，若以第一电压向量V1和第二电压向量V2的向量的朝向相差180度的方式，控制第一逆变器11以及第二逆变器12，则合成电压向量Va成为在第一电压向量V1的朝向上加上第二电压向量V2的大小所得的向量。
在本实施方式中，设定与旋转电机80的动作条件对应的多个控制区域R(参照图4)，旋转电机控制装置1以与各个控制区域R对应的控制方式控制逆变器10。图4示出了旋转电机80的旋转速度和转矩的关系的一个例子。例如，如图4所示，作为旋转电机80的控制区域R，设定有第一速度区域VR1、相同转矩下的旋转电机80的旋转速度比第一速度区域VR1高的第二速度区域VR2、以及相同转矩下的旋转电机80的旋转速度比第二速度区域VR2高的第三速度区域VR3。
如上所述，旋转电机控制装置1通过开关模式不同的多个控制方式控制第一逆变器11和第二逆变器12的各个。控制方式包含在电角的一个周期中输出模式不同的多个脉冲的脉宽调制控制(PWM)；以及控制为在电角(全周期)的1/2周期(半周期)亦即第一期间T1(参照图5等)中输出模式不同的多个脉冲，而在另一个1/2周期(半周期)亦即第二期间T2(参照图5等)中继续非有效状态的混合脉宽调制控制(MX-PWM)(参照图5～图8并后述)。旋转电机控制装置1在第一速度区域VR1以及第二速度区域VR2中，通过混合脉宽调制控制来控制第一逆变器11以及第二逆变器12双方的逆变器。
混合脉宽调制控制(MX-PWM)包含混合连续脉宽调制控制(MX-CPWM)和混合不连续脉宽调制控制(MX-DPWM)。虽详细情况将在后述，但在混合连续脉宽调制控制中，在第二期间T2中以继续非有效状态的方式进行控制并且在第一期间T1中对多相的臂3A的全部连续地进行脉宽调制(参照图5、图7并后述。)。同样，虽详细情况将在后述，但在混合不连续脉宽调制控制中，在第二期间T2中以继续非有效状态的方式进行控制，并且在第一期间T1中包含将多相的一部分的臂3A的开关元件3固定为导通状态或者截止状态的期间，进行脉宽调制(参照图6、图8并后述。)。
在混合脉宽调制控制中，在第二期间T2中开关控制信号也成为非有效状态，所以逆变器10的损失减少，另外，开关的谐波电流也减少而旋转电机80的损失(铁损)也减少。即、通过执行混合脉宽调制控制，能够减少系统损失。
例如，如下述的表1所示，旋转电机控制装置1在第一速度区域VR1中，通过后述的混合连续脉宽调制控制(MX-CPWM)来控制第一逆变器11以及第二逆变器12双方的逆变器10。另外，旋转电机控制装置1在第二速度区域VR2中，通过后述的混合不连续脉宽调制控制(MX-DPWM)来控制第一逆变器11以及第二逆变器12双方的逆变器10。另外，旋转电机控制装置1在第三速度区域VR3中，通过矩形波控制来控制第一逆变器11以及第二逆变器12双方的逆变器10。关于表中的Mi_sys、Mi_inv1、Mi_inv2将在后述。
[表1]
R Mi_sys INV1 Mi_inv1 INV2 Mi_inv2
VR1 M＜a MX-CPWM M＜a MX-CPWM M＜a
VR2 a≤M＜0.78 MX-DPWM a≤M＜0.78 MX-DPWM a≤M＜0.78
VR3 M＝0.78 1-Pulse M＝0.78 1-Pulse M＝0.78
各个控制区域R的边界(第一速度区域VR1、第二速度区域VR2及第三速度区域VR3的边界)优选根据与旋转电机80的转矩对应的旋转电机80的旋转速度、多相交流电压的线间电压的有效值(既可以是指令值也可以是来自输出电压的换算值)相对于直流电压的比例中的至少一方来设定。
如图4例示，旋转电机80的动作条件通常由旋转速度和转矩的关系来定义。控制区域R也可以基于作为一个参数的旋转速度来设定。这里，虽能够将规定控制区域R的边界的旋转速度设定为恒定而与转矩无关，但更优选将规定控制区域R的边界的旋转速度设定为根据转矩而不同的值。由此，能够根据旋转电机80的动作条件高效地对旋转电机80进行驱动控制。
另外，例如在旋转电机80被要求高输出(高旋转速度、高转矩)的情况下，在电压型的逆变器中，通过提高直流电压、提高将直流电压转换为交流电压的比例来实现该要求。在直流电压恒定的情况下，能够通过提高将直流电压转换为交流电压的比例来实现该要求。该比例能够表示为三相交流电的有效值相对于直流电的比例(在电压型的逆变器的情况下，与三相交流电压的有效值相对于直流电压的比例等价)。如上所述，在控制逆变器10的控制方式中存在该比例从低到高的各种方式。
如表1所示，若控制区域R基于三相交流电的有效值相对于根据对旋转电机80的要求而决定的直流电的比例(调制率)而设定，则能够根据转电机80的动作条件高效地对旋转电机80进行驱动控制。另外，在表中，“Vi_inv1”示出了第一逆变器11的调制率，“Mi_inv2”示出了第二逆变器12的调制率，“Mi_sys”示出了系统整体的调制率。
如上所述，在表1中例示出了与各个控制区域R对应的调制率。在本实施方式中，第一直流电源61的端子间电压“E1”和第二直流电源62的端子间电压“E2”相同(都是电压“E”)。若将第一逆变器11的交流侧的有效值设为“Va_inv1”，将第二逆变器12的交流侧的有效值设为“Va_inv2”，则第一逆变器11的调制率“Mi_inv1”以及第二逆变器12的调制率“Mi_inv2”如下述式(1)、(2)所示。另外，系统整体的调制率“Mi_sys”如下述式(3)所示。
Mi_inv1＝Va_inv1/E1＝Va_inv1/E···(1)
Mi_inv2＝Va_inv2/E2＝Va_inv2/E···(2)
Mi_sys＝(Va_inv1+Va_inv2)/(E1+E2)
＝(Va_inv1+Va_inv2)/2E···(3)
关于电压的瞬时值，需要考虑瞬时的向量，但若仅单纯地考虑调制率，则系统整体的调制率“Mi_sys”通过式(1)～(3)成为“(Mi_inv1+Mi_inv2)/2”。另外，在表1中，作为额定值示出了与各个控制区域R对应的调制率。因此，在实际控制时，考虑在控制区域R中改变控制方式时的振荡等，与各个控制区域R对应的调制率也可以包含重叠的范围。
另外，表1所示的调制率“a”、后述的表2所示的调制率“b”基于各个调制方式中的调制率的理论上的上限值，还考虑停滞时间而设定。例如，“a”是0.5～0.6左右，“b”是0.25～0.3左右。
这里，参照图5～图8，示出U相的电压指令(Vu1＊＊、Vu2＊＊)以及U相上段侧开关控制信号(Su1+、Su2+)的波形例来说明混合脉宽调制控制(MX-PWM)。另外，省略第二U相下段侧开关控制信号Su2-、以及V相、W相的图示。图5以及图7示出了混合连续脉宽调制控制(MX-CPWM)的波形例，图6以及图8示出了混合不连续脉宽调制控制(MX-DPWM)的波形例。
在图5以及图6中示出了第一逆变器11的载波CA亦即第一载波CA1、第二逆变器12的载波CA亦即第二载波CA2、在第一逆变器11以及第二逆变器12中共同的U相电压指令亦即共同U相电压指令Vu＊＊、第一U相上段侧开关控制信号Su1+、第二U相上段侧开关控制信号Su2+的一个例子。省略第一U相下段侧开关控制信号Su1-、第二U相下段侧开关控制信号Su2-、以及V相、W相的图示(其它控制方式也同样)。
例如，第一载波CA1能够在“0.5＜CA1＜1”之间变化，第二载波CA2能够在“0＜CA2＜0.5”之间变化，电压指令(V＊＊)能够在“0≤V＊＊≤1”之间变化。通过载波CA(第一载波CA1以及第二载波CA2)与电压指令(V＊＊)的比较，在电压指令是载波CA以上的情况下，开关控制信号成为“1”，在电压指令小于载波CA的情况下，开关控制信号成为“0”。关于载波CA与电压指令(V＊＊)的比较逻辑，在以下的说明中也同样。
如图5以及图6所示，第一载波CA1以及第二载波CA2的振幅是被电压指令(V＊＊)允许的振幅的一半。在一般的脉宽调制中，载波CA的振幅与被电压指令允许的振幅相同，混合脉宽调制的载波CA可称为半载波。通过使用这样的半载波，在电角(全周期)的1/2周期亦即第一期间T1(半周期)中，由于这样的半载波与电压指令(V＊＊)交叉，所以作为开关控制信号输出模式不同的多个脉冲。在另一个1/2周期亦即第二期间T2(半周期)中，由于半载波与电压指令(V＊＊)不交叉，所以以继续非有效状态的方式输出开关控制信号。
另外，在混合不连续脉宽调制控制中，如图6所示，在第二期间T2中，也将局部成为有效状态的脉冲作为开关控制信号输出。这是因为作为基础的不连续脉宽调制的调制率比连续脉宽调制的大。在第二期间T2中，在电压指令(V＊＊)的振幅中心附近、电压指令(V＊＊)的拐点附近输出成为有效状态的脉冲。如图6所示，也可以说在混合不连续脉宽调制控制中，也在第二期间T2中继续输出非有效状态。另外，在仅将第二期间T2设为开关控制信号是非有效状态的期间(小于1/2周期的期间)，在一个周期中设定为第二期间T2以外的期间(1/2周期以上的期间)时，也能够如以下那样定义混合脉宽调制。也可以说混合脉宽调制控制以在电角的1/2周期以上亦即第一期间T1中输出模式不同的多个脉冲输出而在电角的一个周期的剩余亦即第二期间T2中继续非有效状态的方式进行控制。
图7以及图8例示出了混合连续脉宽调制控制以及混合不连续脉宽调制控制的与图5以及图6不同的形态。生成的开关控制信号相同。在图7以及图8中示出了第一逆变器11的载波CA亦即第一载波CA1、第二逆变器12的载波CA亦即第二载波CA2、第一逆变器11的U相电压指令亦即第一U相电压指令Vu1＊＊、第二逆变器12的U相电压指令亦即第二U相电压指令Vu2＊＊、第一U相上段侧开关控制信号Su1+以及第二U相上段侧开关控制信号Su2+的一个例子。例如，第一载波CA1以及第二载波CA2能够在“0.5＜CA1＜1”之间变化，电压指令(V＊＊)能够在“0≤V＊＊≤1”之间变化。第一载波CA1和第二载波CA2的相位相差180度(π)。另外，第一U相电压指令Vu1＊＊和第二U相电压指令Vu2＊＊的相位也相差180度(π)。
如图7以及图8所示，第一载波CA1以及第二载波CA2的振幅是被电压指令(V＊＊)允许的振幅的一半。因此，图7以及图8所示的形态的载波CA也是半载波。通过使用这样的半载波，在电角的1/2周期(或1/2周期以上)亦即第一期间T1中，由于这样的半载波与电压指令(V＊＊)交叉，所以作为开关控制信号输出模式不同的多个脉冲。在周期的剩余的期间亦即第二期间T2中，由于半载波与电压指令(V＊＊)不交叉，所以以继续非有效状态的方式输出开关控制信号。
在图5以及图6中例示出的形态是通过两个半载波和作为一个公共参考的电压指令(V＊＊)进行调制的方式，也可以称为双半载波/单参考方式。另一方面，在图7以及图8中例示出的形态是通过两个半载波和两个电压指令(V＊＊)进行调制的方式，也可以称为双半载波/双参考方式。
如上文参照图5～图8所述，混合脉宽调制控制基于指令值(电压指令，在上述例子中是U相电压指令(Vu＊＊(Vu＊＊＝Vu1＊＊＝Vu2＊＊)、Vu1＊＊、Vu2＊＊))的可变区域的1/2波峰的载波CA亦即半载波(第一载波CA1、第二载波CA2)和指令值生成多个脉冲。而且，在本实施方式中，作为混合脉宽调制控制的方式，例示出了双半载波/单参考方式和双半载波/双参考方式这两个。
在双半载波/单参考方式中，如参照图5以及图6进行说明的那样，基于作为半载波与指令值(共同U相电压指令Vu＊＊)的振幅中心相比设定在高电压侧或者低电压侧的一方(这里是高电压侧)的第一半载波(第一载波CA1)和在第一逆变器11以及第二逆变器12中共同的指令值(共同U相电压指令Vu＊＊)，来生成第一逆变器11用的脉冲。另外，在该方式中，基于与第一半载波(第一载波CA1)相同的相位且与指令值(共同U相电压指令Vu＊＊)的振幅中心相比设定在高电压侧或者低电压侧的另一方(这里是低电压侧)的第二半载波(第二载波CA2)和指令值(共同U相电压指令Vu＊＊)，来生成第二逆变器12用的脉冲。
在双半载波/双参考方式中，如参照图7以及图8进行说明的那样，基于作为半载波与指令值(第一U相电压指令Vu1＊＊、第二U相电压指令Vu2＊＊)的振幅中心相比设定在高电压侧或者低电压侧的一方(这里是高电压侧)的第一半载波(第一载波CA1)和第一逆变器11用的第一指令值(第一U相电压指令Vu1＊＊)来生成第一逆变器11用的脉冲。另外，在该方式中，基于与第一半载波(第一载波CA1)相差180度的相位且设定在与第一半载波(第一载波CA1)相同的一侧(高电压侧)的第二半载波(第二载波CA2)和与第一指令值(第一U相电压指令Vu1＊＊)的相位相差180度的第二逆变器12用的第二指令值(第二U相电压指令Vu2＊＊)来生成第二逆变器12用的脉冲。
另外，如后面参照表2所述，在第一速度区域VR1以及第二速度区域VR2中，存在不进行混合脉宽调制，而通过脉宽调制控制逆变器10的情况。图9示出了在第一速度区域VR1中第一逆变器11以及第二逆变器12都通过连续脉宽调制控制进行控制的情况下的、第一U相电压指令Vu1＊＊、第二U相电压指令Vu2＊＊、载波CA、第一U相上段侧开关控制信号Su1+以及第二U相上段侧开关控制信号Su2+的一个例子。另外，图10示出了在第二速度区域VR2中第一逆变器11以及第二逆变器12都通过不连续脉宽调制控制进行控制的情况下的、第一U相电压指令Vu1＊＊、第二U相电压指令Vu2＊＊、载波CA、第一U相上段侧开关控制信号Su1+以及第二U相上段侧开关控制信号Su2+的一个例子。
在第一逆变器11以及第二逆变器12均被开关控制的情况下，第一U相电压指令Vu1＊＊和第二U相电压指令Vu2＊＊是大体相差180度的相位。例如，U相电压的最大振幅为“(4/3)E”，线间电压的最大振幅为“2E”(还参照图3的向量图)。另外，第一直流电源61和第二直流电源62独立，第一直流电源61的第一电压E1和第二直流电源62的第二电压E2也可以是不同的值。例如，准确地说，U相电压的最大振幅是“((2/3)E1)+(2/3)E2”，但为了便于理解，在本说明书中设为“E1＝E2＝E”。从两个逆变器10向旋转电机80供给相同的电力。此时，对双方的逆变器10赋予相位相差180度(π)的相同的电压指令(V＊＊)。
然而，在对逆变器10进行开关控制的情况下，有时与交流电流的基波重叠的脉动成分产生声频频带的噪声。在分别以不同的形态的脉冲控制两个逆变器10的情况下，产生与各个脉冲对应的脉动，存在声频频带的噪声增加的担忧。特别是在旋转电机80的旋转速度是低速的情况下，脉动成分的频率(或其边带频率)包含于声频频带的可能性变高。优选旋转电机80的控制方式、即逆变器10的控制方式根据动作条件而适当地设定，以便能够兼得系统效率高的动作和可听噪声的减少。
在本实施方式的旋转电机控制装置1，被设置为作为旋转电机80的控制模式能够在损失减少优先模式(效率优先模式)和噪声减少优先模之间切换。在损失减少优先模式中，旋转电机控制装置1如上文参照表1所述，使用混合脉宽调制控制对逆变器10进行开关控制。在噪声减少优先模式中，旋转电机控制装置1如下述的表2所例示，使用脉宽调制控制对逆变器10进行开关控制。
[表2]
R Mi_sys INV1 Mi_inv1 INV2 Mi_inv2
VR1 M＜b CPWM M＜b CPWM M＜b
VR2-2 b≤M＜0.78 DPWM b≤M＜0.78 DPWM b≤M＜0.78
VR3 M＝0.78 1-Pulse M＝0.78 1-Pulse M＝0.78
在对逆变器10进行开关控制的情况下，有时与交流电流的基波重叠的脉动成分产生声频频带的噪声。特别是在旋转电机80的旋转速度是低速的情况下，脉动成分的频率(或其边带频率)包含于声频频带的可能性变高。在混合脉宽调制中，如图5～图8所示，在电角的半周期中，分别以不同的脉冲的形态控制两个逆变器10，所以产生与各个脉冲对应的脉动，存在声频频带的噪声增加的可能性。在旋转电机80的旋转速度相对低的第一速度区域VR1以及第二速度区域VR2中，伴随着车辆的行驶的声音(轮胎与路面的接地音等行驶音)也较小，所以在从被驱动的一个逆变器10输出的噪声是声频频带的噪声的情况下，噪声有可能更容易被利用者听到。
例如，优选在车辆的起步时、朝向停止的减速时，考虑到声频频带的噪声容易被利用者听到而选择噪声减少优先模式，在车辆稳定行驶的稳定运转时，选择损失减少优先模式。另外，上述模式也可以通过利用者的操作(设定开关(也包含来自触摸面板等的输入))来选择。
在噪声减少优先模式中，在旋转电机80的旋转速度相对低的第一速度区域VR1以及第二速度区域VR2中，不通过混合脉宽调制控制而通过脉宽调制控制来控制第一逆变器11和第二逆变器12。对于向定子线圈8流动电流的两个逆变器10而言，电流的相位相差大致180度，所以包含脉动成分的电流的相位相差大致180度。因此，能够使脉动成分的至少一部分相互抵消，能够减少声频频带的噪声。
以上，如说明的那样，具有相互独立的多相开路绕组的旋转电机80由能够相互独立地控制第一逆变器11以及第二逆变器12的各个的旋转电机控制装置1适当地控制。然而，如上所述，旋转电机控制系统100在与各个逆变器10连接的直流电源6、与逆变器10以及平滑电容器4之间设置有用于将它们之间的电连接切断和接通的继电器等接触器9。在旋转电机80旋转的状态下，若接触器9因故障等而成为将电连接切断的状态(产生了开路故障的状态)，则往往从直流电源6向逆变器10的电力的供给被切断，或无法使旋转电机80的反电动势再生于直流电源6，使平滑电容器4的端子间电压上升。
如上所述，旋转电机控制装置1能够相互独立地控制第一逆变器11以及第二逆变器12的各个，例如若任一个接触器9产生了开路故障，则无法对与产生了故障的接触器9连接的逆变器10进行开关控制而不能控制旋转电机80。然而，如上所述，通过对一个逆变器10进行主动短路控制，使该逆变器10短路并设为定子线圈8的中性点，从而能够作为将定子线圈8设为Y字结线的旋转电机，能够驱动控制旋转电机80(单逆变器转矩控制模式)。因此，优选确定产生了故障的接触器9，并且尽快平息由该故障的产生而引起的过渡性状态，适当地执行单逆变器转矩控制模式。
在本实施方式的旋转电机控制系统100中，旋转电机控制装置1确定产生了故障的接触器9，并且根据与该接触器9的故障相应时的控制状态等适当地执行失效安全控制。这里，失效安全控制是指尽快平息由接触器9的开路故障的产生而引起的过渡性状态，适当地执行单逆变器转矩控制模式的控制。
如上所述，对具有相互独立的多相开路绕组(定子线圈8)的旋转电机80进行驱动控制的旋转电机控制系统100具备：与开路绕组的一端侧连接的第一逆变器11；与开路绕组的另一端侧连接的第二逆变器12；连接有第一逆变器11的第一直流电源61；连接有第二逆变器12的第二直流电源62；与第一直流电源61并联连接的第一平滑电容器41；与第二直流电源62并联连接的第二平滑电容器42；将第一逆变器11以及第一平滑电容器41与第一直流电源61的电连接切断和接通的第一接触器91；将第二逆变器12以及第二平滑电容器42与第二直流电源62的电连接切断和接通的第二接触器92；以及控制第一接触器91以及第二接触器92的各个，并且能够相互独立地控制第一逆变器11以及第二逆变器12的各个的旋转电机控制装置1(控制部)。
详细内容虽参照图11～图23并后述，但旋转电机控制装置1在第一平滑电容器41的两端电压(第一直流链路电压Vdc1)比第一上限电压VrefH1高或者比第一下限电压VrefL1低、且在第一直流电源61中流动的电流(第一电池电流Ib1)是预先规定的第一下限电流Iref1以下的情况下，判定为第一接触器91处于打开状态。另外，旋转电机控制装置1在第二平滑电容器42的两端电压(第二直流链路电压Vdc2)比第二上限电压VrefH2高或者比第二下限电压VrefL2低、且在第二直流电源62中流动的电流(第二电池电流Ib2)是预先规定的第二下限电流Iref2以下的情况下，判定为第二接触器92处于打开状态。这里，将上述判定处理称为接触器开路判定处理。另外，在第一接触器91以及第二接触器92中，将在接触器开路判定处理中判定为打开状态的一个接触器9设为故障接触器，将另一个接触器9设为正常接触器。
另外，第一上限电压VrefH1设定为比第一直流电源61的电压变动范围大的值，例如在第一直流电源61的额定电压是300[V]，并允许±25％的电压变动的情况下，电压变动范围是220[V]～380[V]。因此，第一上限电压VrefH1例如设定为400[V]。第一下限电压VrefL1设定为比第一直流电源61的电压变动范围小的值。根据上述例子，第一下限电压VrefL1设定为小于220[V]的值，例如设定为200[V]。同样，第二上限电压VrefH2设定为比第二直流电源62的电压变动范围大的值，第二下限电压VrefL2设定为比第二直流电源62的电压变动范围小的值。在本实施方式中，第一直流电源61和第二直流电源62是额定电压相同且是相同的规格，第一上限电压VrefH1和第二上限电压VrefH2设定为相同的值。另外，第一下限电压VrefL1和第二下限电压VrefL2也设定为相同的值。在这样的情况下，也可以在不区别第一上限电压VrefH1和第二上限电压VrefH2而仅称为上限电压VrefH，不区别第一下限电压VrefL1和第二下限电压VrefL2而仅称为下限电压VrefL。当然，第一上限电压VrefH1和第二上限电压VrefH2也可以设定为不同的值，第一下限电压VrefL1和第二下限电压VrefL2也可以设定为不同的值。
以下，参照图11～图23具体地说明接触器的开路故障的检测以及失效安全控制。图11的流程图示出了接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的顺序的一个例子。图12～图23的时序图示出了接触器的开路故障的检测以及失效安全控制的动作的一个例子。图12～图15是旋转电机80的旋转速度是比较高的旋转速度的情况下(例如13000[rpm]以上)的例子，图20～图23是旋转电机80的旋转速度为比较低的旋转速度的情况下(例如小于5000[rpm])的例子，图16～图19是旋转电机80的旋转速度为其间的中旋转速度(例如9000[rpm]前后)的例子。图12、图13、图16、图17、图20、图21是旋转电机80进行再生动作的情况下的例子，图14、图15、图18、图19、图22、图23是旋转电机80进行动力运行动作的情况下的例子。另外，图12、图14、图16、图18、图20、图22是正常接触器在维持关闭状态的状态下执行失效安全控制的例子，图13、图15、图17、图19、图21、图23是将正常接触器也设为打开状态执行失效安全控制的例子。图11所示的流程图示出了将正常接触器也设为打开状态执行失效安全控制的例子。
另外，在图12～图23的时序图中，将接触器9为打开状态时标记为“OPEN”，将其为关闭状态时标记为“CLOSE”。第一逆变器11以及第二逆变器12的控制模式如表1、表2、图1～图10所说明的那样，将基于转矩指令并通过脉宽调制控制(也包含矩形波调制控制)驱动逆变器10的控制模式标记为“转矩模式”。另外，如上所述，将关闭控制标记为“SDN”，将主动短路控制标记为“ASC”。第一直流链路电压Vdc1以及第二直流链路电压Vdc2的电压值，各自在平常时是第一平常电压Vtyp1以及第二平常电压Vtyp2。在额定下两者是同一电压，在不区别两者的情况下，简称为平常电压Vtyp。如后所述，直流链路电压Vdc的值因接触器9的开闭等而变动。在图12～图23中，用V52、V38、V48等示出了直流链路电压Vdc的电压值。示出了该数字大的一方是高电压的情况。另外，旋转电机80的旋转速度也同样，在图12～图23中，用R15、R3等示出了该旋转速度。关于旋转速度，也示出了数字大的一方是旋转速度高的情况。另外，虽详细情况将在后述，但MD1表示双逆变器转矩控制模式，MD2表示关闭控制模式(非转矩控制模式)，MD3表示单逆变器转矩控制模式。
如图11所示，旋转电机控制装置1首先检测第一平滑电容器41的两端电压(第一直流链路电压Vdc1)、第二平滑电容器42的两端电压(第二直流链路电压Vdc2)、在第一直流电源61中流动的电流(第一电池电流Ib1)、在第二直流电源62中流动的电流(第二电池电流Ib2)(#1)。分别由在图1等中未图示的电压传感器计测第一直流链路电压Vdc1以及第二直流链路电压Vdc2(总称为直流链路电压Vdc)，例如通过旋转电机控制装置1经由CAN(Controller Area Network：控制器局域网)等车内网络取得而被检测。第一电池电流Ib1以及第二电池电流Ib2也分别由在图1等中未图示的电流传感器计测，例如通过旋转电机控制装置1经由CAN等车内网络取得而被检测。旋转电机控制装置1根据向量控制的控制周期，检测第一直流链路电压Vdc1、第二直流链路电压Vdc2、第一电池电流Ib1以及第二电池电流Ib2。若检测周期长则分辨率低，若检测周期过短则存储器等临时存储装置的容量会被挤压，而且运算负荷也增大。因此，例如优选以向量控制的控制周期为单位，一次次地检测第一直流链路电压Vdc1、第二直流链路电压Vdc2、第一电池电流Ib1以及第二电池电流Ib2。
接下来，旋转电机控制装置1判定第一直流链路电压Vdc1是否比第一上限电压VrefH1高或者第一直流链路电压Vdc1是否比第一下限电压VrefL1低，且第一电池电流Ib1是否是第一下限电流Iref1以下(#2a)。在满足该条件的情况下，旋转电机控制装置1判定为第一接触器91存在开路故障，将该第一接触器91设定为故障接触器，将另一个第二接触器92设定为正常接触器。另外，将连接有作为故障接触器的第一接触器91的一侧的逆变器10亦即第一逆变器11设定为故障侧逆变器，将连接有作为正常接触器的第二接触器92的一侧的逆变器10亦即第二逆变器12设定为正常侧逆变器(#3a)。
同样，旋转电机控制装置1判定第二直流链路电压Vdc2是否比第二上限电压VrefH2高或者第二直流链路电压Vdc2是否比第二下限电压VrefL2低，且第二电池电流Ib2是否是第二下限电流Iref2以下(#2b)。在满足该条件的情况下，旋转电机控制装置1判定为第二接触器92存在开路故障，将该第二接触器92设定为故障接触器，将另一个第一接触器91设定为正常接触器。另外，将连接有作为故障接触器的第二接触器92的一侧的逆变器10亦即第二逆变器12设定为故障侧逆变器，将连接有作为正常接触器的第一接触器91的一侧的逆变器10亦即第一逆变器11设定为正常侧逆变器(#3b)。
另外，在图11例示的流程图中，虽示出了在步骤#3a中在没有满足条件的情况下执行步骤#3b的形态，但也可以相反。在总称步骤#2a、#2b的情况下称为步骤#2，在总称步骤#3a、#3b的情况下称为步骤#3。步骤#2与上述接触器开路判定处理相当。另外，第一下限电流Iref1以及第二下限电流Iref2是接近零的值，设定为比测定电池电流Ib的电流传感器的误差的最大值大的值。
这里，参照图12～图23的时序图。在图12～图23中相同，最初第一接触器91以及第二接触器92是关闭状态(CLOSE)，逆变器10以及平滑电容器4与直流电源6电连接。第一逆变器11(INV1)以及第二逆变器12(INV2)均以转矩模式(双逆变器转矩控制模式)被控制。第一直流链路电压Vdc1以及第二直流链路电压Vdc2分别是第一平常电压Vtyp1以及第二平常电压Vtyp2，都是平常电压Vtyp。
另外，在旋转电机80再生动作的情况下，输出负的转矩(图12、图13、图16、图17、图20、图21)，在旋转电机80进行动力运行动作的情况下，输出正的转矩(图14、图15、图18、图19、图22、图23)。旋转速度在高旋转速度的情况下上升到R15(图12～图15)，在中旋转速度的情况下上升到R9(图16～图19)，在低旋转速度的情况下上升到R3(图20～图23)。这里，在图12～图23中相同，在时刻t1，第二接触器92产生了开路故障，第二接触器92成为打开状态(OPEN)。
若第二接触器92成为打开状态，则在旋转电机80再生动作的情况下，发出的电力不会再生到第二直流电源62，所以对第二平滑电容器42进行充电。因此，第二平滑电容器42的两端电压亦即第二直流链路电压Vdc2从第二平常电压Vtyp2上升(图12、图13、图16、图17、图20、图21)。根据图12、图16及图20的比较、图13、图17及图21的比较可知，旋转电机80的旋转速度越高，上升的电压越大。上升的第二直流链路电压Vdc2在时刻t21(t2)达到第二上限电压VrefH2。虽在时序图中未图示，但通过第二接触器92成为打开状态，第二电池电流Ib2大致为零，满足了第二电池电流Ib2是第二下限电流Iref2以下这样的条件。若第二直流链路电压Vdc2达到第二上限电压VrefH2，则满足图11的步骤#2(#2b)的条件。
另一方面，在旋转电机80进行动力运行动作的情况下，从第二直流电源62向旋转电机80的电力的供给被间断，旋转电机80使用积蓄在第二平滑电容器42的电力进行动力运行。即、从第二平滑电容器42向旋转电机80供给电力，第二平滑电容器42的两端电压亦即第二直流链路电压Vdc2从第二平常电压Vtyp2下降(图14、图15、图18、图19、图22、图23)。下降的第二直流链路电压Vdc2在时刻t22(t2)成为第二下限电压VrefL2以下。虽在时序图中未图示，但通过第二接触器92成为打开状态，第二电池电流Ib2大致为零，满足了第二电池电流Ib2是第二电流下限值以下这样的条件。若第二直流链路电压Vdc2成为第二下限电压VrefL2以下，则满足图11的步骤#2(#2b)的条件。
若满足图11的步骤#2的条件，即、若检测出接触器9的开路故障，则旋转电机控制装置1对第一逆变器11以及第二逆变器12双方进行关闭控制(#4)。即、在图12～图23中相同，第一逆变器11以及第二逆变器12的动作模式在时刻t2从转矩控制模式(双逆变器转矩控制模式MD1)移至关闭控制模式MD2(非转矩控制模式)。
旋转电机控制装置1接下来，判定旋转电机80的动作区域是否是高旋转区域(#5)。而且，在旋转电机80的动作区域是高旋转区域的情况下，正常接触器，在该情况下，将第一接触器91设为打开状态(OPEN)(#6、图13、图15、图17、图19、图21、图23)。图14、图16、图18、图20、图22例示出了第一接触器91未成为打开状态(OPEN)的情况。例如，图20、图22例示出了低旋转速度的情况，例示出了在图11的步骤#5的判定中判定为不是高旋转区域的情况。虽详细情况将在后述，但即使旋转电机80的动作区域是高旋转区域，也可以取得不将正常接触器设为打开状态(OPEN)的形态。图14、图16(还包含作为中旋转速度的时序图的图18、图20)例示出了这样的形态。另外，图21、图23作为比较例示出了即使在旋转电机80的旋转速度是低旋转速度的情况下，也将正常接触器设为打开状态的情况的例子。
例如，当比较在时刻t2(时刻t21)第一接触器91成为打开状态的图13、和即使在时刻t2(t22)第一接触器91也继续关闭状态(CLOSE)的图12时，对于第二直流链路电压Vdc2而言，第一接触器91继续关闭状态的图12的“V52”比第一接触器91已成为打开状态的图13的“V48”高。若第一接触器91成为打开状态，则在第一平滑电容器41和第二平滑电容器42中流动再生电力而对两个平滑电容器4进行充电。
在第一接触器91为关闭状态下，由于仅第二平滑电容器42被充电，所以第二直流链路电压Vdc2的电压上升变大。
如图14以及图15所示，即使在旋转电机80进行动力运行动作的情况下，也通过反电动势对平滑电容器4进行充电，所以观测到相同的现象。另外，通过图12以及图13、与图16以及图17、图20以及图21的比较，以及图14以及图15、图18以及图19、图22以及图23的比较可知，旋转电机80的旋转速度越低，第二直流链路电压Vdc2的电压上升越小。
在上述中，虽说明了旋转电机80再生动作的情况，但旋转电机80进行动力运行动作的情况也同样，若是本领域技术人员，则参照图14、图15、图18、图19、图22、图23就能够容易理解，所以省略详细的说明。另外，步骤#5中的判定也可以基于旋转电机80的动作区域来执行，与后述的步骤#7相同，也可以通过旋转电机80的旋转速度与速度阈值ωth的比较来执行。
在时刻t2，第一逆变器11以及第二逆变器12都被进行关闭控制，由此利用所谓的制动力矩使旋转电机80的旋转速度降低。在例示旋转电机80的旋转速度为高旋转速度以及中旋转速度(图11的步骤#7所例示的速度阈值ωth以上的旋转速度)的情况的图12～图19的时序图中，例示出了旋转速度从时刻t3开始降低的形态。在旋转电机80的旋转速度为低旋转速度的图20～图23的时序图中，在步骤#5中的判定时，旋转速度也小于速度阈值ωth，所以即使成为关闭控制模式MD2，旋转速度也不降低。
以下，作为接续步骤#5的处理，先说明高旋转区域中的控制(从步骤#5→向步骤#6迁移的情况)。在旋转电机80的旋转速度降低，在时刻t4旋转速度(在图11中，用“ω”表示)小于速度阈值ωth时(#7)，然后，旋转电机控制装置1通过主动短路控制来控制故障侧逆变器亦即第二逆变器12(#8a(#8))。然后，旋转电机控制装置1通过脉宽调制控制来控制正常侧逆变器亦即第一逆变器11(#9(#9a))。
如图13等所示，在时刻t4旋转速度成为R3(这里，速度阈值ωth＞R3)，从时刻t4之后的时刻t5，通过主动短路控制来控制第二逆变器12。而且，从时刻t5之后的时刻t6，旋转电机控制装置1通过脉宽调制控制来控制正常侧逆变器亦即第一逆变器11。
这里，在正常接触器亦即第一接触器91被控制为打开状态的情况下，第一平滑电容器41也被充电，第一直流链路电压Vdc1比第一平常电压Vtyp1高(图13、图15、图17、图19、(图21)、(图23))。因此，对正常侧逆变器亦即第一逆变器11赋予放电用转矩指令TQ1，通过脉宽调制控制进行驱动，由此第一平滑电容器41被放电(#10)。该放电用转矩指令TQ1是赋予给旋转电机80的最大转矩的1％以下，例如是1[Nm]左右的微小转矩。通过以输出微小转矩的方式驱动旋转电机80，能够使平滑电容器4放电而不对旋转电机80施加大的负荷。
通过由该放电用转矩指令TQ1引起的脉宽调制控制，第一平滑电容器41被放电，在时刻t7第一直流链路电压Vdc1降低到第一平常电压Vtyp1。旋转电机控制装置1使正常接触器亦即第一接触器91恢复到关闭状态，将转矩指令设为零(#11)。即、结束放电用转矩指令TQ1的指令。接下来，在时刻t7之后的时刻t8，旋转电机控制装置1开始对第一逆变器11赋予通常的转矩指令，通过转矩控制模式(单逆变器转矩控制模式MD3)驱动旋转电机80(#12)。另外，由于执行基于放电用转矩指令TQ1的脉宽调制控制，所以从时刻t6起的控制模式相当于单逆变器转矩控制模式MD3。
旋转电机80的动作区域不是高旋转区域的情况下，即在从步骤#5向步骤#8b迁移的情况下，如图20以及图22所示，在时刻t5，通过主动短路控制来控制第二逆变器12(#8b)。并且，从时刻t5之后的时刻t6，旋转电机控制装置1通过脉宽调制控制来控制正常侧逆变器亦即第一逆变器11(#9(#9b))。
然而，在图11中例示出的流程图中，例示并说明了根据旋转电机80的动作区域是否是高旋转区域，或旋转电机80的旋转速度是否小于速度阈值ωth，将正常接触器控制为打开状态的形态。然而，如上文参照图12图13所述，将正常接触器设为打开状态的原因是为了抑制与故障接触器连接的平滑电容器4的两端电压、即直流链路电压Vdc的上升。因此，在直流链路电压Vdc的上升没有超过平滑电容器4以及逆变器10的耐压的情况下，即使在高旋转区域，也可以将正常接触器维持在关闭状态。即、即使在高旋转区域，如图13、图15那样也可以不将正常接触器设为打开状态，而如图12、图14那样将正常接触器维持在关闭状态。
例如，旋转电机控制装置1在旋转电机80的旋转速度是预先设定的最高旋转速度的状态，且第一接触器91以及第二接触器92的一个是打开状态而另一个是关闭状态的状态下，执行关闭控制的情况下，在与处于打开状态的接触器9连接的平滑电容器4的两端电压是逆变器10的耐压以下的情况下，在判定为第一接触器91以及第二接触器92中的一个是故障接触器的情况下，即使在旋转电机80的旋转速度是规定的速度阈值ωth以上的状态下，也可以不将另一个正常接触器设为打开状态而维持为关闭状态。
在将正常接触器从关闭状态设为打开状态的情况下，与正常接触器连接的平滑电容器4的两端电压也上升，需要用于使上升后的电压降低的控制。即使与故障接触器连接的平滑电容器4的两端电压上升，若没有超过该平滑电容器4或者连接有该平滑电容器4的逆变器10的耐压，则将旋转电机80的反电动势向两个平滑电容器4分散的必要性低。因此，通过简单的控制，能够执行失效安全控制。
如上所述，旋转电机控制装置1在任一个接触器9产生了开路故障的情况下，仅使用连接有没有产生故障的另一个接触器9的逆变器10，就能够对旋转电机80进行驱动控制。然而，通常通过两个逆变器10进行驱动的旋转电机80由一个逆变器10进行驱动，所以进行通常那样的输出是困难的。因此，旋转电机控制装置1优选在判定为第一接触器91以及第二接触器92中的一个处于打开状态的情况下，将旋转电机80能够输出的转矩以及旋转速度限制在规定范围内。另外，优选关于接触器9产生了故障的情况，向车辆的驾驶员发出警告。
通过将转矩以及旋转速度限制在规定范围内，即使在恒定的限制下也能够继续车辆的行驶。另外，向车辆的驾驶员发出警告，所以驾驶员能够基于该警告识别车辆的故障，即使在恒定的限制下也能够使车辆行驶，使车辆行驶并停车在路边等安全的位置。或使车辆行驶到修理工厂、接受道路服务的场所等，迅速地进行修理。即、能够进行所谓的跛行模式(limp home)。
如以上说明的那样，根据本实施方式，在分别设置在开路绕组的两端的两个逆变器分别具备的平滑电容器的一个产生了故障的情况下，也能够确定发生了故障的平滑电容器。
〔实施方式概要〕
以下，简单地说明在上述中说明的旋转电机控制系统(100)的概要。
对具有相互独立的多相开路绕组(8)的旋转电机(80)进行驱动控制的旋转电机控制系统(100)作为一个实施方式具备：与上述开路绕组(8)的一端侧连接的第一逆变器(11)；与上述开路绕组(8)的另一端侧连接的第二逆变器(12)；连接有上述第一逆变器(11)的第一直流电源(61)；连接有上述第二逆变器(12)的第二直流电源(62)；与上述第一直流电源(61)并联连接的第一平滑电容器(41)；与上述第二直流电源(62)并联连接的第二平滑电容器(42)；将上述第一逆变器(11)以及上述第一平滑电容器(41)与上述第一直流电源(61)的电连接切断和接通的第一接触器(91)；将上述第二逆变器(12)以及上述第二平滑电容器(42)与上述第二直流电源(62)的电连接切断和接通的第二接触器(92)；以及控制上述第一接触器(91)以及上述第二接触器(92)的各个，并且能够相互独立地控制上述第一逆变器(11)以及上述第二逆变器(12)的各个的控制部(1)，上述第一逆变器(11)以及上述第二逆变器(12)各自的交流一相的臂(3A)由上段侧开关元件(3H)和下段侧开关元件(3L)的串联电路构成，上述控制部(1)能够分别通过将全部的上述上段侧开关元件(3H)设为截止状态并将全部的上述下段侧开关元件(3L)设为导通状态、或者将全部的上述上段侧开关元件(3H)设为导通状态并将全部的上述下段侧开关元件(3L)设为截止状态的主动短路控制，以及将多相的开关元件(3)的全部设为截止状态的关闭控制来控制上述第一逆变器(11)以及上述第二逆变器(12)，使用设定为比上述第一直流电源(61)的电压变动范围大的值的第一上限电压(VrefH1)、设定为比上述第一直流电源(61)的电压变动范围小的值的第一下限电压(VrefL1)、设定为比上述第二直流电源(62)的电压变动范围大的值的第二上限电压(VrefH2)、以及设定为比上述第二直流电源(62)的电压变动范围小的值的第二下限电压(VrefL2)，上述控制部(1)在上述第一平滑电容器(41)的两端电压(Vdc1)比上述第一上限电压(VrefH1)高或者比上述第一下限电压(VrefL1)低、且在上述第一直流电源(61)中流动的电流(Ib1)是预先规定的第一下限电流(Iref1)以下的情况下，判定为上述第一接触器(91)处于打开状态，在上述第二平滑电容器(42)的两端电压(Vdc2)比上述第二上限电压(VrefH2)高或者比上述第二下限电压(VrefL2)低、且在上述第二直流电源(62)中流动的电流(Ib2)是预先规定的第二下限电流(Iref2)以下的情况下，判定为上述第二接触器(92)处于打开状态，在上述第一接触器(91)以及上述第二接触器(92)中，将判定为打开状态的一个接触器(9)设为故障接触器，将另一个上述接触器(9)设为正常接触器，在上述旋转电机(80)的旋转速度是预先规定的速度阈值(ωth)以上的状态下，通过关闭控制来控制上述第一逆变器(11)以及上述第二逆变器(12)双方，并且将上述第一接触器(91)以及上述第二接触器(92)双方设为打开状态，在上述旋转电机(80)的旋转速度小于上述速度阈值(ωth)之后，通过通过上述主动短路控制来控制与上述故障接触器连接的逆变器(10)亦即故障侧逆变器，将上述正常接触器维持为打开状态，并且通过与该正常侧逆变器连接的平滑电容器(4)亦即正常侧平滑电容器的放电用转矩来驱动与该正常接触器连接的逆变器(10)亦即正常侧逆变器，在上述正常侧平滑电容器的两端电压(Vdc)的上升被解除之后，将上述正常接触器控制为关闭状态，并且通过上述正常侧逆变器对上述旋转电机(80)进行驱动控制。
根据该结构，在旋转电机(80)进行了再生动作的情况下，通过因接触器(9)成为打开状态而不流动的直流电源的电流(Ib)，以及因再生电流而上升的平滑电容器(4)的两端电压(Vdc)，能够检测接触器(9)中的故障的产生。另外，在旋转电机(80)进行动力运行动作的情况下，通过因接触器(9)成为打开状态而不流动的直流电源的电流(Ib)以及为了驱动旋转电机(80)进行放电而下降的平滑电容器(4)的两端电压(Vdc)，能够检测接触器(9)中的故障的产生。并且，根据本结构，在通过关闭控制来控制双方的逆变器(10)之后，连接有故障的接触器(9)的一侧的一个逆变器(10)通过主动短路控制被短路，通过另一个逆变器(10)来驱动旋转电机(80)。此时，在旋转电机(80)的旋转速度是速度阈值(ωth)以上的情况下，也将没有故障的接触器(9)控制为打开状态。由此，能够由两个平滑电容器(4)吸收来自旋转电机(80)的反电动势，能够抑制与故障接触器连接的平滑电容器(4)的两端电压(VDc)的上升。在该情况下，虽与正常侧逆变器连接的正常侧平滑电容器的两端电压(Vdc)也上升，但通过放电用转矩(TQ1)来驱动正常侧逆变器，由此正常侧平滑电容器被放电。若正常侧平滑电容器的两端电压(Vdc)的上升被消除，则通过正常侧逆变器来驱动控制旋转电机(80)。这样，根据本结构，在分别设置在开路绕组(8)的两端的两个逆变器(10)各自所连接的直流电源(6)之间所具备的各个接触器(9)中的一个产生了故障的情况下，能够确定发生了故障的接触器(9)并对旋转电机(80)进行驱动控制。
另外，优选上述控制部(1)在上述旋转电机(80)的旋转速度是预先设定的最高旋转速度的状态下、且上述第一接触器(91)以及上述第二接触器(92)中的一个是打开状态而另一个是关闭状态的状态下，在执行上述关闭控制的情况下，在与处于打开状态的上述接触器(9)连接的平滑电容器(4)的两端电压(Vdc)是上述逆变器(10)的耐压以下的情况下，在判定为上述第一接触器(91)以及上述第二接触器(92)中的一个是上述故障接触器的情况下，即使在上述旋转电机(80)的旋转速度是规定的速度阈值(ωth)以上的状态下，也不将另一个上述正常接触器设为打开状态而维持为关闭状态。
在将正常接触器从关闭状态设为打开状态的情况下，与正常接触器连接的平滑电容器(4)的两端电压(Vdc)也上升，需要用于使上升后的电压降低的控制。即使与故障接触器连接的平滑电容器(4)的两端电压(Vdc)上升，若没有超过该平滑电容器(4)或连接有该平滑电容器(4)的逆变器(10)的耐压，则使旋转电机(80)的反电动势向两个平滑电容器(4)分散的必要性低。因此，能够通过简单的控制，执行失效安全控制。
另外，优选上述旋转电机(80)是搭载于车辆并驱动该车辆的车轮的驱动力源，上述控制部(1)在判定为上述第一接触器(91)以及上述第二接触器(92)中的一个是打开状态的情况下，将上述旋转电机(80)能够输出的转矩以及旋转速度限制在规定范围内，并且向上述车辆的驾驶员发出警告。
通过将转矩以及旋转速度限制在规定范围内，即使在恒定的限制下，也能够继续车辆的行驶。另外，通过向车辆的驾驶员发出警告，所以驾驶员能够基于该警告识别车辆的故障，即使在恒定的限制下也能够使车辆行驶，并使车辆行驶到路边等安全的位置停车。或使车辆行驶到修理工厂、接受道路服务的场所等，迅速地进行修理。即、能够进行所谓的跛行模式(limp home)。
另外，优选上述放电用转矩(TQ1)是最大转矩的1％以下。
以正常侧逆变器(10)输出放电用转矩(TQ1)的方式，例如通过脉宽调制控制进行驱动，由此使与正常侧逆变器连接的平滑电容器(4)放电。在放电用转矩(TQ1)是旋转电机(80)的最大转矩的1％以下的情况下，其是微小转矩。通过以输出这样的微小转矩的方式来驱动旋转电机(80)，能够使平滑电容器(4)放电而不给旋转电机(80)施加大的负荷。
附图标记的说明
1：旋转电机控制装置(控制部)，3：开关元件，3A：臂，3H：上段侧开关元件，3L：下段侧开关元件，4：平滑电容器，6：直流电源，8：定子线圈(开路绕组)，9：接触器，10：逆变器，11：第一逆变器，12：第二逆变器，41：第一平滑电容器，42：第二平滑电容器，61：第一直流电源，62：第二直流电源，80：旋转电机，91：第一接触器，92：第二接触器，100：旋转电机控制系统，Ib：电池电流，Ib1：第一电池电流(在第一直流电源中流动的电流)，Ib2：第二电池电流(在第二直流电源中流动的电流)，Iref1：第一下限电流，Iref2：第二下限电流，TQ1：放电用转矩指令，VrefH1：第一上限电压，VrefH2：第二上限电压，VrefL1：第一下限电压，VrefL2：第二下限电压，ωth：速度阈值。

Claims (4)

1.一种旋转电机控制系统，是对具有相互独立的多相开路绕组的旋转电机进行驱动控制的旋转电机控制系统，其中，具备：
第一逆变器，其与上述开路绕组的一端侧连接；
第二逆变器，其与上述开路绕组的另一端侧连接；
第一直流电源，其连接有上述第一逆变器；
第二直流电源，其连接有上述第二逆变器；
第一平滑电容器，其与上述第一直流电源并联连接；
第二平滑电容器，其与上述第二直流电源并联连接；
第一接触器，其将上述第一逆变器以及上述第一平滑电容器与上述第一直流电源的电连接切断和接通；
第二接触器，其将上述第二逆变器以及上述第二平滑电容器与上述第二直流电源的电连接切断和接通；以及
控制部，其控制上述第一接触器以及上述第二接触器的各个，并且能够相互独立地控制上述第一逆变器以及上述第二逆变器的各个，
在上述第一逆变器以及上述第二逆变器中，各自交流一相的臂由上段侧开关元件和下段侧开关元件的串联电路构成，
上述控制部能够分别通过将全部的上述上段侧开关元件设为截止状态并将全部的上述下段侧开关元件设为导通状态、或者将全部的上述上段侧开关元件设为导通状态并将全部的上述下段侧开关元件设为截止状态的主动短路控制，以及将多相的开关元件的全部设为截止状态的关闭控制，来控制上述第一逆变器以及上述第二逆变器，
使用设定为比上述第一直流电源的电压变动范围大的值的第一上限电压、设定为比上述第一直流电源的电压变动范围小的值的第一下限电压、设定为比上述第二直流电源的电压变动范围大的值的第二上限电压、以及设定为比上述第二直流电源的电压变动范围小的值的第二下限电压，
上述控制部
在上述第一平滑电容器的两端电压比上述第一上限电压高或者比上述第一下限电压低、且在上述第一直流电源中流动的电流是预先规定的第一下限电流以下的情况下，判定为上述第一接触器处于打开状态，
在上述第二平滑电容器的两端电压比上述第二上限电压高或者比上述第二下限电压低、且在上述第二直流电源中流动的电流是预先规定的第二下限电流以下的情况下，判定为上述第二接触器处于打开状态，
在上述第一接触器以及上述第二接触器中，将判定为打开状态的一个接触器设为故障接触器，将另一个上述接触器设为正常接触器，
在上述旋转电机的旋转速度是预先规定的速度阈值以上的状态下，通过关闭控制来控制上述第一逆变器以及上述第二逆变器双方，并且将上述第一接触器以及上述第二接触器双方设为打开状态，
在上述旋转电机的旋转速度小于上述速度阈值之后，通过上述主动短路控制来控制与上述故障接触器连接的逆变器亦即故障侧逆变器，将上述正常接触器维持为打开状态，并且对与该正常接触器连接的逆变器亦即正常侧逆变器，通过与该正常侧逆变器连接的平滑电容器亦即正常侧平滑电容器的放电用转矩来进行驱动，
在上述正常侧平滑电容器的两端电压的上升被解除之后，将上述正常接触器控制为关闭状态，并且通过上述正常侧逆变器对上述旋转电机进行驱动控制。
2.根据权利要求1所述的旋转电机控制系统，其中，
上述控制部在上述旋转电机的旋转速度是预先设定的最高旋转速度的状态下、且上述第一接触器以及上述第二接触器中的一个是打开状态而另一个是关闭状态的状态下，在执行了上述关闭控制的情况下，在与处于打开状态的上述接触器连接的平滑电容器的两端电压是上述逆变器的耐压以下的情况下，在判定为上述第一接触器以及上述第二接触器中的一个是上述故障接触器的情况下，即使在上述旋转电机的旋转速度是规定的速度阈值以上的状态，也不将另一个上述正常接触器设为打开状态而维持为关闭状态。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机控制系统，其中，
上述旋转电机是搭载于车辆并驱动该车辆的车轮的驱动力源，
上述控制部在判定为上述第一接触器以及上述第二接触器中的一个处于打开状态的情况下，将上述旋转电机能够输出的转矩以及旋转速度限制在规定范围内，并且向上述车辆的驾驶员发出警告。
4.根据权利要求1～3中任一项的旋转电机控制系统，其中，
上述放电用转矩是最大转矩的1％以下。
CN202280008139.3A 2021-02-05 2022-02-02 旋转电机控制系统 Pending CN116601861A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-017730 2021-02-05
JP2021017730A JP7415969B2 (ja) 2021-02-05 2021-02-05 回転電機制御システム
PCT/JP2022/004060 WO2022168869A1 (ja) 2021-02-05 2022-02-02 回転電機制御システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116601861A true CN116601861A (zh) 2023-08-15

Family

ID=82741527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280008139.3A Pending CN116601861A (zh) 2021-02-05 2022-02-02 旋转电机控制系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230378896A1 (zh)
EP (1) EP4220938A4 (zh)
JP (1) JP7415969B2 (zh)
CN (1) CN116601861A (zh)
WO (1) WO2022168869A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014192950A (ja) 2013-03-26 2014-10-06 Denso Corp 電力変換装置
JP6426465B2 (ja) 2014-12-25 2018-11-21 株式会社デンソー 電力変換装置
JP6367744B2 (ja) 2015-03-23 2018-08-01 株式会社Ｓｏｋｅｎ 電力変換装置
CN110418742B (zh) * 2017-03-22 2022-06-28 株式会社爱信 车辆用驱动控制装置
WO2019054026A1 (ja) * 2017-09-13 2019-03-21 日本電産株式会社 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
CN113169545B (zh) * 2018-12-04 2024-05-28 日本电产株式会社 电力转换装置、驱动装置以及助力转向装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4220938A4 (en) 2024-04-03
WO2022168869A1 (ja) 2022-08-11
JP2022120678A (ja) 2022-08-18
JP7415969B2 (ja) 2024-01-17
US20230378896A1 (en) 2023-11-23
EP4220938A1 (en) 2023-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6486632B2 (en) Control device for motor/generators
JP2004015892A (ja) インバータの制御装置及び電気自動車
JP2007312588A (ja) 多相回転電機の制御装置
CN111095778B (zh) 逆变器控制装置
US20160352269A1 (en) Apparatus for controlling rotary electric machine
JPH11308704A (ja) 電気車の制御装置及び制御方法
US10723233B2 (en) Controller of electrically powered vehicle
CN116615849A (zh) 电力转换装置
JP6201867B2 (ja) インバータ制御装置
JP2013090401A (ja) 回転電機制御システム
JP6985193B2 (ja) 放電制御装置
Okumura et al. Reduction of input current harmonics using dual inverter for motor drive
JP5082495B2 (ja) 電動回転機の電源制御装置
CN116648849A (zh) 旋转电机控制系统
JP7424583B2 (ja) 回転電機制御装置
US11909342B2 (en) Rotating electrical machine control device
CN116601861A (zh) 旋转电机控制系统
JP7232747B2 (ja) 電力変換装置
CN113366756B (zh) 旋转电机的驱动装置
US20230412097A1 (en) Systems and methods for control of multi-phase machines
JP7277348B2 (ja) 電力変換装置
US20230261604A1 (en) Rotating electrical machine control device
JP7417941B2 (ja) 回転電機制御装置
CN116569476A (zh) 电动机控制装置、机电一体单元、升压转换器系统、电动车辆系统和电动机控制方法
CN118077137A (zh) 旋转电机的控制装置及电动助力转向装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination