CN116848776A - 电机驱动装置和电动车辆系统 - Google Patents

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谷口峻
安岛俊幸
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Abstract

本发明提供一种电机驱动装置，其通过基于d轴电流和q轴电流控制电机产生的扭矩来驱动所述电机，该电机驱动装置包括：运算第一d轴电流指令的d轴电流指令生成部；电流指令修正部，其生成在所述电机的端子间电压为规定值以上时与所述第一d轴电流指令相加的正修正量；和电压反馈控制部，其生成与所述第一d轴电流指令相加以使所述电机的端子间电压不超过规定的最大输出电压的负修正量，基于将所述正修正量及所述负修正量与所述第一d轴电流指令相加而得到的第二d轴电流指令、和q轴电流指令，控制所述扭矩。

Description

电机驱动装置和电动车辆系统
技术领域
本发明涉及电机驱动装置和使用它的电动车辆系统。
背景技术
在三相同步电机(以下有时称为“电机”)的驱动中，通常使用将直流电源转换为交流电压的逆变器。此时，需要进行控制，以使与三相同步电机的转速一同增加的电机端子间电压不超过逆变器的最大输出电压。该控制被称为弱磁控制(field weakening control)，通过流通使三相同步电机的定子交链磁通抵消的电流(以下称为“弱磁电流”)，来进行电机端子间电压的调节。
作为弱磁控制，已知使用基于逆变器的最大输出电压与对电机施加的电压的偏差(偏离)进行的反馈控制(以下称为“电压反馈控制”)的方法。例如专利文献1中公开了：通过利用基于电压反馈控制的电流指令对按照扭矩指令等运转条件设定的电流指令进行修正，进行弱磁控制的技术。在该电压反馈控制中，因为仅在弱磁电流的绝对值增加的方向上修正电流指令，所以设置了限制器。由此，能够仅在电机端子间电压超过逆变器的最大输出电压的情况下，使电压反馈控制工作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-141095号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在现有的弱磁控制中，在按照扭矩指令等运转条件设定的电流指令不足的情况下，电压反馈控制以补充其不足部分的方式工作。但是，在电流指令过大、电机端子间电压低于逆变器的最大输出电压的情况下，存在电压反馈控制因上述限制器的作用而不工作、流通过剩电流的技术问题。
本发明的目的在于，为了解决上述技术问题，在弱磁控制下避免流通过剩电流，防止电机驱动效率降低。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的电机驱动装置是一种通过基于d轴电流和q轴电流控制电机产生的扭矩来驱动所述电机的装置，其包括：运算第一d轴电流指令的d轴电流指令生成部；电流指令修正部，其生成在所述电机的端子间电压为规定值以上时与所述第一d轴电流指令相加的正修正量；和电压反馈控制部，其生成与所述第一d轴电流指令相加以使得所述电机的端子间电压不超过规定的最大输出电压的负修正量，基于将所述正修正量及所述负修正量与所述第一d轴电流指令相加而得到的第二d轴电流指令、和q轴电流指令，控制所述扭矩。
本发明的电动车辆系统包括电机驱动装置、被所述电机驱动装置驱动的所述电机、与所述电机连结的车轴和固定在所述车轴的车轮。
发明的效果
根据本发明，能够在弱磁控制下避免流通过剩电流，防止电机驱动效率降低。
附图说明
图1是第一实施方式的电机驱动装置的结构图。
图2是第一实施方式的控制部的功能框图。
图3是表示第一实施方式的电机驱动装置的动作(工作)例的图。
图4是表示第一实施方式的电机驱动装置的动作例的图。
图5是表示第一实施方式的电机驱动装置的动作例的图。
图6是第二实施方式的控制部的功能框图。
图7是第三实施方式的控制部的功能框图。
图8是第四实施方式的电动车辆系统的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，对于本发明的电机驱动装置进行说明。另外，对于各图中的同一要素记载同一附图标记，省略重复的说明。
[第一实施方式]
使用图1～图5对本发明的电机驱动装置的第一实施方式进行说明。
图1是第一实施方式的电机驱动装置100的结构图。本实施方式的电机驱动装置100通过基于d轴电流和q轴电流进行的矢量控制，控制三相同步电机101(以下称为“电机101”)产生的扭矩而驱动电机101，包括：从直流电源生成用于驱动电机101的交流电压的电力转换电路102、对电力转换电路102供给直流电压VDC的直流电源103、使直流电压VDC平滑的平滑电容器104、和控制电力转换电路102的控制部105。
在电机101连接检测转子位置的转子位置传感器106。在电机101与电力转换电路102之间，设置检测电机101中流过的各相电流的电流传感器107。进而，检测直流电源103的直流电压VDC的电压传感器108与直流电源103并联地连接。作为电机101，使用三相永磁同步电机等，作为转子位置传感器106，使用旋转变压器(resolver)等。另外，作为直流电源103，使用锂离子二次电池等。
在电机驱动装置100中，扭矩指令Tm*、用电流传感器107检测出的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw、用电压传感器108检测出的直流电压VDC、和用转子位置传感器106检测出的转子位置θdc被输入至控制部105。控制部105基于这些各个传感器信号，输出用于使电力转换电路102的开关元件SW1～SW6分别工作的开关信号S1～S6。
图2是第一实施方式的控制部105的功能框图。控制部105以矢量控制为基本结构，包括电流指令生成部200、电流控制部203、dq/三相转换部204、三相/dq转换部201、转速运算部202、PWM脉冲生成部205的各功能框(功能模块)。控制部105例如由微型计算机构成，通过在微型计算机中执行规定的程序，能够实现这些功能框。或者，也可以使用逻辑IC、FPGA等硬件电路实现这些功能框的一部分或全部。
电流指令生成部200基于从未图示的上级控制装置输入的扭矩指令Tm*，为了实现对电机101进行的最大扭矩/电流控制、弱磁控制，生成d轴电流指令Id*(以下有时称为“修正后d轴电流指令”)和q轴电流指令Iq*。此处，最大扭矩/电流控制是指，通过调节电流指令而使与同一电流对应的电机扭矩最大的控制。
三相/dq转换部201基于由转子位置传感器106检测出的转子位置θdc，将由电流传感器107检测出的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw转换为d轴检测电流Id和q轴检测电流Iq。
转速运算部202基于由转子位置传感器106检测出的转子位置θdc，导出旋转角速度ω。
电流控制部203按以下方式进行控制，基于来自电流指令生成部200的d轴电流指令Id*、q轴电流指令Iq*、来自三相/dq转换部201的d轴检测电流Id、q轴检测电流Iq、来自转速运算部202的旋转角速度ω，生成d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*，使d轴电流和q轴电流追随各指令值。
dq/三相转换部204基于由转子位置传感器106检测出的转子位置θdc，将来自电流控制部203的d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*转换为U相电压指令Vu*、V相电压指令Vv*、W相电压指令Vw*。
PWM脉冲生成部205基于由电压传感器108检测出的直流电压VDC、和来自dq/三相转换部204的U相电压指令Vu*、V相电压指令Vv*、W相电压指令Vw*，输出开关信号S1～S6。
以上是控制部105的结构的概要。接着，对电流指令生成部200的详情进行叙述。
电流指令生成部200包括：d轴电流指令生成部206、q轴电流指令运算部210、最大输出电压运算部211、电压振幅运算部212、电压反馈控制部208、电流指令修正部209、和加法器207。
d轴电流指令生成部206基于扭矩指令Tm*运算、生成修正前d轴电流指令Idp*。d轴电流指令生成部206例如能够用使扭矩指令Tm*与修正前d轴电流指令Idp*对应的查找表构成。另外，也可以构成为，除了基于扭矩指令Tm*之外，还基于旋转角速度ω生成修正前d轴电流指令Idp*。
对于来自d轴电流指令生成部206的修正前d轴电流指令Idp*，在加法器207中加上来自电压反馈控制部208的负修正量Idfb*、和来自电流指令修正部209的正修正量Idc*，生成修正后d轴电流指令Id*。电压反馈控制部208和电流指令修正部209的动作在后文中叙述。
q轴电流指令运算部210基于扭矩指令Tm*、和来自加法器207的d轴电流指令Id*，生成q轴电流指令Iq*。q轴电流指令运算部210例如能够由使扭矩指令Tm*与d轴电流指令Id*与q轴电流指令Iq*对应的查找表构成。
最大输出电压运算部211基于由电压传感器108检测出的直流电压VDC，运算电力转换电路102能够产生的最大输出电压Vam。此处，在应用正弦波调制方式(电力转换电路102的输出电压振幅与直流电压VDC的比率在线间电压最大是0.866(≈√3/2)的调制方式)的情况下，最大输出电压Vam在最大输出电压运算部211中按下式导出。
Vam＝VDC/2……(1)
电压振幅运算部212基于来自电流控制部203的d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*，按下式导出电压振幅Va*。
Va*＝√(Vd*^2+Vq*^2)……(2)
另外，在图2的例子中，在电压振幅运算部212中，根据d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*运算基于这些电压指令的电压振幅Va*，但也可以测量从电力转换电路102对电机101输出的交流电压，根据其测量结果求取d轴电压Vd和q轴电压Vq，运算基于电压检测值的电压振幅Va。即，电压振幅运算部212能够基于以使d轴电流Id追随d轴电流指令Id*的方式调节了的d轴电压Vd(d轴电压指令Vd*)、和以使q轴电流Iq追随q轴电流指令Iq*的方式调节了的q轴电压Vq(q轴电压指令Vq*)，运算从电机驱动装置100输出的电压振幅Va(Va*)。电机驱动装置100将电压振幅Va(Va*)作为电机101的端子间电压施加至电机101。
电压反馈控制部208包括减法器208a、积分控制增益208b、和带限制器的积分器208c。电压反馈控制部208对来自最大输出电压运算部211的最大输出电压Vam与来自电压振幅运算部212的电压振幅Va*之差(ΔVa＝Vam-Va*)乘以积分控制增益KI，用带限制器的积分器208c对其结果进行积分，由此输出与修正前d轴电流指令Idp*相加的修正量Idfb*。
带限制器的积分器208c在对差ΔVa乘以积分控制增益KI而得到的值的积分结果是大于零的值的情况下，进行使其积分值为零的限制处理。通过该限制处理，从电压反馈控制部208输出的修正量Idfb*必然成为负值。
带限制器的积分器208c的限制处理，为了在不需要弱磁控制的动作条件下使电压反馈控制部208的动作停止是必要的。当不设置限制处理时，即使在电压振幅Va*小于最大输出电压Vam、不需要基于弱磁控制的电压调节的情况下，电压反馈控制部208也会基于差ΔVa输出修正量Idfb*(在此情况下，修正量Idfb*成为正值)。其结果是，如果是最大扭矩/电流控制时，则工作点(动作点)因进行加法运算的修正量Idfb*而偏离使扭矩/电流比为最大的最优条件，导致运转效率降低。
在本实施方式中，通过在带限制器的积分器208c中进行限制处理，在对差ΔVa乘以积分控制增益KI而得到的值的积分结果成为正值的情况下，电压反馈控制部208输出0作为修正量Idfb*。由此，在不需要通过弱磁控制进行电压调节的情况下，防止工作点偏离最优条件。
图3、图4分别举例示出了本实施方式的电机驱动装置100随着转速增加而转移至弱磁控制时的动作。图3和图4中，(a)表示旋转角速度ω的时间变化，(b)表示d轴电流指令Id*的时间变化，(c)表示电压振幅Va*的时间变化。其中，令来自电流指令修正部209的正修正量Idc*总是零。
在图3和图4的动作例中，旋转角速度ω以一定的斜度加速至时刻t12，此后旋转角速度ω为一定(固定)，维持同一电机转速。
图3中，示出了以使得t＝0时从d轴电流指令生成部206输出的修正前d轴电流指令Idp*和最优电流Idopt满足|Idp*|<|Idopt|的关系的方式、设定修正前d轴电流指令Idp*的值的情况下的动作例。在此情况下，利用修正前d轴电流指令Idp*时弱磁电流不足。其中，最优电流Idopt是在t11以后电压振幅Va*与最大输出电压Vam之间Va*＝Vam的关系成立的电流值。但是，在0～t11的期间中为了方便而使Idopt的值为一定。另外，使Idp*为一定值。
在图3的情况下，如上所述，因为利用修正前d轴电流指令Idp*时弱磁电流不足，所以在Vam<Va*的时刻t11以后，由电压反馈控制部208生成基于最大输出电压Vam与电压振幅Va*之差ΔVa的负修正量Idfb*。
由电压反馈控制部208生成的负修正量Idfb*在加法器207中与修正前d轴电流指令Idp*相加。由此，修正后d轴电流指令Id*(Id*＝Idp*+Idfb*)的值逐渐接近最优电流Idopt。在时刻t11＇d轴电流指令Id*的值达到最优电流Idopt，Va*＝Vam时，电压反馈控制部208调节负修正量Idfb*以维持该关系。其结果是，电机驱动装置100以维持Id*＝Idopt的关系、Va*＝Vam的方式工作。
如以上所说明的那样，在本实施方式的电机驱动装置100中，在弱磁电流不足的情况下，通过由电压反馈控制部208以补充其不足部分的方式工作，能够将d轴电流指令Id*维持在最优电流Idopt，使电压振幅Va*不超过最大输出电压Vam。
另一方面，在图4中，示出了以使得t＝0时从d轴电流指令生成部206输出的修正前d轴电流指令Idp*和最优电流Idopt满足|Idopt|<|Idp*|的关系的方式、设定修正前d轴电流指令Idp*的值的情况下的动作例。在此情况下，利用修正前d轴电流指令Idp*时弱磁电流过剩。另外，其他条件与图3相同。
在图4的情况下，因为采用修正前d轴电流指令Idp*时如上所述弱磁电流过剩，所以在时刻t11成为Va*<Vam。此时，在电压反馈控制部208中，在带限制器的积分器208c能够得到基于差ΔVa的正积分值，但是通过带限制器的积分器208c的限制处理，电压反馈控制部208最终输出的修正量Idfb*成为零。去结果是，修正前d轴电流指令Idp*不被修正，保持流通过剩电流的状态。
这样，电压反馈控制部208成为通过带限制器的积分器208c的限制处理而仅在弱磁控制时工作的结构，但同时在弱磁电流过剩的情况下也不工作，因此存在运转效率降低的技术问题。
于是，在本实施方式的电机驱动装置100中，为了解决上述电压反馈控制部208的技术问题，设置了图2所示的电流指令修正部209。
电流指令修正部209包括基准电压运算部209a和修正指令生成部209b。电压反馈控制部208输出负修正量Idfb*，而电流指令修正部209生成并输出正修正量Idc*。
基准电压运算部209a基于由电压传感器108检测出的直流电源103的直流电压VDC，运算并设定第一基准电压Va1和第二基准电压Va2。此处，对于用上述式(1)计算出的最大输出电压Vam，例如以满足Va1<Va2≤Vam的关系的方式，决定Va1、Va2的值。
修正指令生成部209b基于来自电压振幅运算部212的电压振幅Va*、与来自基准电压运算部209a的第一基准电压Va1、第二基准电压Va2的大小关系，生成正修正量Idc*。此处，按照Va*与Va1、Va2的大小关系，使用以下式(3)～(5)中的一个生成并输出正修正量Idc*。
(a)在0≤Va*<Va1的情况下
Idc*＝0……(3)
(b)在Va1≤Va*<Va2的情况下
Idc*＝(Idc2/(Va2-Va1))·(Va*-Va1)……(4)
(c)在Va2≤Va*的情况下
Idc*＝Idc2……(5)
其中，式(4)、(5)的Idc2的值，在修正指令生成部209b中基于修正前d轴电流指令Idp*和上述最优电流Idopt被预先设定。具体而言，将用式(5)计算出的正修正量Idc*与修正前d轴电流指令Idp*相加时得到的电流值的绝对值小于最优电流Idopt的绝对值，由此如图3所说明的那样，以使得作为弱磁电流故意不足的方式，在修正指令生成部209b中设定Idc2的值。另外，也可以按照修正前d轴电流指令Idc*、直流电压VDC的值改变Idc2的值。
修正指令生成部209b生成的正修正量Idc*在加法器207中，与从电压反馈控制部208输出的负修正量Idfb*一同与修正前d轴电流指令Idp*相加。此处，在修正指令生成部209b中，通过使用如上所述的那样设定的Idc2，以使得Idp*+Idc*的值作为弱磁电流故意不足的方式，生成正修正量Idc*。电压反馈控制部208以补偿该弱磁电流的不足的量的方式工作，生成负修正量Idfb*。因此，能够避免图4所示的流通过剩电流的状况。
但是，在弱磁控制时以外将正修正量Idc*与修正前d轴电流指令Idp*相加时，电机工作点会偏离最优条件，导致运转效率降低等。因此，在修正指令生成部209b中，如上式(3)所示，在电压振幅Va*小于第一基准电压Va1时使正修正量Idc*为零。由此，电流指令修正部209能够在即将转移至弱磁控制时生成正修正量Idc*。
其中，作为电流指令修正部209的工作时间(timing)，例如能够考虑在电压振幅Va*达到最大输出电压Vam的时刻，生成正修正量Idc*的方法。但是，在采用该方法的情况下，存在随着d轴电流指令Id*的急剧变化而产生扭矩冲击(トルクショック，Torque shock)的可能性。
于是，在本实施方式的电机驱动装置100中，以从电压振幅Va*达到最大输出电压Vam的不久前起逐渐生成正修正量Idc*的方式进行控制。具体而言，将第一基准电压Va1设定为小于最大输出电压Vam的值，将第二基准电压Va2设定为与最大输出电压Vam相等。
图5与图3、图4同样地举例示出了本实施方式的电机驱动装置100随着转速增加而转移至弱磁控制时的动作。在图5中，示出了在电流指令修正部209中按式(3)～(5)设定正修正量Idc*的情况下的动作例。
在图5的动作例中，旋转角速度ω以一定的斜度加速直到时刻t23，此后旋转角速度ω为一定，维持同一电机转速。
在图5中，与图4同样，示出了以使得在t＝0时从d轴电流指令生成部206输出的修正前d轴电流指令Idp*和最优电流Idopt满足|Idopt|<|Idp*|的关系的方式、设定修正前d轴电流指令Idp*的值的情况下的动作例。但是，在0～t22的期间中为了方便而使Idopt的值为一定(固定)。另外，使Idp*为一定值。在此情况下，如上所述在采用修正前d轴电流指令Idp*的情况下，弱磁电流过剩。
在图5的动作例中，在时刻t21电压振幅Va*达到第一基准电压Va1时，电流指令修正部209开始按式(4)生成正修正量Idc*，通过将该正修正量Idc*与修正前d轴电流指令Idp*相加，将d轴电流指令Id*向最优电流Idopt修正。在时刻t22电压振幅Va*变得大于最大输出电压Vam(第二基准电压Va2)，满足|Idp*+Idc*|<|Idopt|的关系时，与图3的情况同样地，由电压反馈控制部208生成基于最大输出电压Vam与电压振幅Va*之差ΔVa的负修正量Idfb*。此时，电流指令修正部209按式(5)使正修正量Idc*为一定。另外，此时的正修正量Idc*的绝对值大于由电压反馈控制部208生成的负修正量Idfb*的绝对值。
由电压反馈控制部208生成的负修正量Idfb*，在加法器207中与正修正量Idc*一同与修正前d轴电流指令Idp*相加。由此，修正后d轴电流指令Id*(Id*＝Idp*+Idc*+Idfb*)的值逐渐接近最优电流Idopt。在时刻t22＇d轴电流指令Id*的值达到最优电流Idopt，Va*＝Vam时，电压反馈控制部208调节负修正量Idfb*以维持该关系。其结果是，与图3的情况同样，电机驱动装置100以使得维持Id*＝Idopt的关系、Va*＝Vam的方式工作。
这样，本实施方式的电机驱动装置100即使在弱磁电流过剩的情况下，也能够通过电流指令修正部209的作用，使电压反馈控制部208工作而避免流通过剩电流。
根据以上说明了的本发明的第一实施方式，发挥以下作用效果。
(1)电机驱动装置100是基于d轴电流和q轴电流控制电机101产生的扭矩、驱动电机101的装置。电机驱动装置100包括：运算修正前d轴电流指令Idp*的d轴电流指令生成部206；生成正修正量Idc*的电流指令修正部209，该正修正量Idc*在作为电机101的端子间电压的电压振幅Va、Va*为规定的基准电压Va1以上时与修正前d轴电流指令Idp*相加；和生成负修正量Idfb*的电压反馈控制部208，所述负修正量Idfb*与修正前d轴电流指令Idp*相加，以使电压振幅Va、Va*不超过规定的最大输出电压Vam。基于对修正前d轴电流指令Idp*加上正修正量Idc*和负修正量Idfb*而得到的修正后d轴电流指令Id*、和q轴电流指令Iq*，控制电机101的扭矩。通过采用这样的结构，如利用图5所说明的那样，能够避免在弱磁控制下流通过剩电流，防止电机驱动效率降低。
(2)电压反馈控制部208在电压振幅Va、Va*达到最大输出电压Vam之后继续生成负修正量Idfb*。通过采用这样的结构，能够将d轴电流指令Id*维持在最优电流Idopt，使得电压振幅Va*不超过最大输出电压Vam。
(3)电机驱动装置100还包括电压振幅运算部212。电压振幅运算部212基于以使得d轴电流追随修正后d轴电流指令Id*的方式调节了的d轴电压Vd(d轴电压指令Vd*)、和以使得q轴电流追随q轴电流指令Iq*的方式调节了的q轴电压Vq(q轴电压指令Vq*)，运算电机驱动装置100输出的电压振幅Va(Va*)。电流指令修正部209基于对电机驱动装置100供给的直流电源的电压VDC设定基准电压Va1、Va2，基于电压振幅Va(Va*)与基准电压Va1、Va2的大小关系生成正修正量Idc*。通过采用这样的结构，能够以适当的值生成与修正前d轴电流指令Idp*相加的正修正量Idc*。
(4)电流指令修正部209在电压振幅Va(Va*)为基准电压Va2以上的情况下使正修正量Idc*为一定。此时的正修正量Idc*大于负修正量Idfb*。通过采用这样的结构，能够将d轴电流指令Id*稳定地维持在最优电流Idopt。
(5)基准电压Va1、Va2为最大输出电压Vam以下。通过采用这样的结构，能够以适当的值生成正修正量Idc*，以使得修正后d轴电流指令Id*作为弱磁电流有意不足。
[第二实施方式]
使用图6，说明本发明的电机驱动装置的第二实施方式。
图6是第二实施方式的电机驱动装置100包括的控制部105的功能框图。本实施方式的控制部105在电流指令生成部200中，代替第一实施方式中说明了的图2的电流指令修正部209而具有电流指令修正部600。该电流指令修正部600基于调制率Ma*生成正修正量Idc*，这点与第一实施方式的电流指令修正部209不同。电机驱动装置100中的控制部105以外的结构、以及控制部105中的电流指令修正部600以外的结构与第一实施方式相同。因此，对于与第一实施方式相同的结构省略说明。
电流指令修正部600包括调制率运算部600a、基准调制率运算部600b、和修正指令生成部600c。
调制率运算部600a基于由电压传感器108检测出的直流电源103的直流电压VDC、和来自电压振幅运算部212的电压振幅Va*，按下式导出调制率Ma*。
Ma*＝Va*/(VDC/2)……(6)
另外，在如之前所述在电压振幅运算部212中运算基于电压检测值的电压振幅Va的情况下，在调制率运算部600a中，可以通过将上式(6)的Va*置换为Va，而导出基于电压检测值的调制率Ma。即，调制率运算部600a能够基于对电机驱动装置100供给的直流电源103的直流电压VDC、和电压振幅运算部212运算的电压振幅Va(Va*)，运算电机驱动装置100的调制率Ma(Ma*)。
基准调制率运算部600b运算并设定第一基准调制率Ma1和第二基准调制率Ma2。此处，例如以满足Ma1<Ma2≤1的关系的方式，决定Ma1、Ma2的值。
修正指令生成部600c基于来自调制率运算部600a的调制率Ma*、与来自基准调制率运算部600b的第一基准调制率Ma1、第二基准调制率Ma2的大小关系，生成正修正量Idc*。此处，按照Ma*与Ma1、Ma2的大小关系，使用以下式(7)～(9)中的一个式生成并输出正修正量Idc*。
(a)在0≤Ma*<Ma1的情况下
Idc*＝0……(7)
(b)在Ma1≤Ma*<Ma2的情况下
Idc*＝(Idc2/(Ma2-Ma1))·(Ma*-Ma1)……(8)
(c)在Ma2≤Ma*的情况下
Idc*＝Idc2……(9)
其中，式(8)、(9)的Idc2的值，在修正指令生成部600c中基于修正前d轴电流指令Idp*和上述最优电流Idopt被预先设定。具体而言，与第一实施方式同样，在修正指令生成部600c中设定Idc2的值，以使得将通过式(9)计算出的正修正量Idc*与修正前d轴电流指令Idp*相加时的电流值的绝对值小于最优电流Idopt的绝对值而作为弱磁电流有意不足。另外，也可以与修正前d轴电流指令Idc*、直流电压VDC的值相应地使Idc2的值变化。
修正指令生成部600c生成的正修正量Idc*，在加法器207中与从电压反馈控制部208输出的负修正量Idfb*一同与修正前d轴电流指令Idp*相加。由此，与第一实施方式同样，电压反馈控制部208以补偿弱磁电流的不足的量(不足的部分)的方式工作而生成负修正量Idfb*。因此，能够避免流通过剩电流的状况。
另外，在本实施方式的电机驱动装置100中，与第一实施方式同样，也以从电压振幅Va*达到最大输出电压Vam的稍前起逐渐生成正修正量Idc*的方式进行控制。具体而言，在应用正弦波调制的情况下，将第一基准调制率Ma1设定为小于1的值，将第二基准调制率Ma2设定为1。
本实施方式的电机驱动装置100即使在弱磁电流过剩的情况下，也能够通过电流指令修正部600的作用，使电压反馈控制部208工作而避免流通过剩电流。该工作原理除了电流指令修正部600基于调制率Ma*工作这点以外，与第一实施方式相同。
根据以上说明了的本发明的第二实施方式，除了获得在第一实施方式中说明了的(1)、(2)的作用效果之外，还发挥以下(6)～(8)的作用效果。
(6)电机驱动装置100还包括电压振幅运算部212。电压振幅运算部212基于以使d轴电流追随修正后d轴电流指令Id*的方式调节了的d轴电压Vd(d轴电压指令Vd*)、和以使q轴电流追随q轴电流指令Iq*的方式调节了的q轴电压Vq(q轴电压指令Vq*)，运算电机驱动装置100输出的电压振幅Va(Va*)。电流指令修正部600基于对电机驱动装置100供给的直流电源的电压VDC和电压振幅Va(Va*)运算调制率Ma(Ma*)并且运算基准调制率Ma1、Ma2，基于调制率Ma(Ma*)与基准调制率Ma1、Ma2的大小关系生成正修正量Idc*。通过采用这样的结构，能够以适当的值生成与修正前d轴电流指令Idp*相加的正修正量Idc*。
(7)电流指令修正部209在调制率Ma(Ma*)为基准调制率Ma2以上的情况下使正修正量Idc*为一定。此时的正修正量Idc*的绝对值大于负修正量Idfb*的绝对值。通过采用这样的结构，能够将d轴电流指令Id*稳定地维持在最优电流Idopt。
(8)基准调制率Ma1、Ma2为1以下。通过采用这样的结构，能够以适当的值生成正修正量Idc*，以使得修正后d轴电流指令Id*作为弱磁电流有意不足。
[第三实施方式]
使用图7，对本发明的电机驱动装置的第三实施方式进行说明。
图7是第三实施方式的电机驱动装置100包括的控制部105的功能框图。本实施方式的控制部105在电流指令生成部200中，代替第一实施方式中说明了的图2的电流指令修正部209，具有电流指令修正部700。该电流指令修正部700基于单个基准值生成正修正量Idc*，进而在加法器207前包括低通滤波(以下称为LPF)处理，这点与第一实施方式的电流指令修正部209不同。另外，电机驱动装置100中的控制部105以外的结构、以及控制部105中的电流指令修正部700以外的结构，与第一和第二实施方式相同。因此，对于与第一和第二实施方式相同的结构省略说明。
电流指令修正部700包括基准电压运算部700a、修正指令生成部700b、LPF700c。
基准电压运算部700a基于由电压传感器108检测出的直流电源103的直流电压VDC，运算并设定第一基准电压Va1。
修正指令生成部700b基于来自电压振幅运算部212的电压振幅Va*、与来自基准电压运算部700a的第一基准电压Va1的大小关系，生成正修正量Idc*。此处，按照Va*与Va1的大小关系，使用以下式(10)、(11)中的任一个生成并输出正修正量Idc*。
(a)在0≤Va*<Va1的情况下
Idc*＝0……(10)
(b)在Va1≤Va*的情况下
Idc*＝Idc2……(11)
修正指令生成部700b生成的正修正量Idc*，经由LPF700c以规定延迟时间被输入至加法器207，在加法器207中，与从电压反馈控制部208输出的负修正量Idfb*一同与修正前d轴电流指令Idp*相加。由此，由于正修正量Idc*以基于LPF700c的延迟时间逐渐与修正前d轴电流指令Idp*相加，因此能够以避免伴随d轴电流指令Id*的急剧变化的扭矩冲击的产生，并且补偿弱磁电流的不足部分的方式使电压反馈控制部208工作而生成负修正量Idfb*，避免流通过剩电流的状况。
另外，采用本实施方式的电机驱动装置100，也与第一和第二实施方式同样，以从电压振幅Va*达到最大输出电压Vam的稍前起逐渐生成正修正量Idc*的方式进行控制。具体而言，将第一基准电压Va1设定为小于最大输出电压Vam的值，将LPF700c的时间常数(延迟时间)设定为与电流控制部203的响应时间常数相同的程度。
本实施方式的电机驱动装置100，即使在弱磁电流过剩的情况下，也能够通过电流指令修正部700的作用，使电压反馈控制部208工作而避免流通过剩电流。该工作原理除了通过LPF700c使正修正量Idc*具有规定的延迟时间地逐渐与修正前d轴电流指令Idp*相加这点之外，与第一实施方式相同。
根据以上说明了的本发明的第三实施方式，除了获得第一实施方式中说明的(1)、(2)的作用效果之外，还发挥以下(9)的作用效果。
(9)电机驱动装置100还包括低通滤波器700c，使修正前d轴电流指令Idp*经由低通滤波器700c具有规定的延迟时间地与正修正量Idc*相加，生成修正后d轴电流指令Id*。通过采用这样的结构，能够避免伴随d轴电流指令Id*的急剧变化的扭矩冲击的产生，并且避免流通过剩电流的状况。
在以上说明的第三实施方式中，说明了在电流指令修正部700中将修正指令生成部700b基于与第一基准电压Va1的大小关系生成的正修正量Idc*经由LPF700c输入加法器207的例子，但也可以应用于如第二实施方式所说明的那样基于调制率生成正修正量Idc*的情况。即，在第二实施方式中说明了的电流指令修正部600中由基准调制率运算部600b设定第一基准调制率Ma1，修正指令生成部700b基于该第一基准调制率Ma1与调制率运算部600a运算得到的调制率Ma*的大小关系生成正修正量Idc*。将这样生成的正修正量Idc*经由LPF700c以规定的延迟时间输入至加法器207，也能够发挥同样的效果。
[第四实施方式]
参照图8，对第四实施方式的电动车辆系统进行说明。图8是第四实施方式的电动车辆系统的结构图。另外，此处，对搭载了第一实施方式、第二实施方式、第三实施方式中的任一方式的电机驱动装置的电动车辆系统的一例进行说明。
如图8所示，电动车辆系统800在车体中轴支承一对车轴801a、801b。在一个车轴801a的两端固定了车轮802a和车轮802b，在另一个车轴801b的两端固定了车轮802c和车轮802d。三相同步电机101与一个车轴801a连结，三相同步电机101的旋转动力经由车轴801a传递至车轮802a和车轮802b。电机驱动装置100接受上级系统中生成的扭矩指令Tm*，驱动三相同步电机101。
在电动车辆系统800的电机驱动装置100中，在高速行驶时进行弱磁控制时，电流指令修正部209(或者电流指令修正部600、电流指令修正部700)生成正修正量Idc*，对修正前d轴电流指令Idp*进行修正。由此，使得将正修正量Idc*与修正前d轴电流指令Idp*相加时的电流值作为弱磁电流有意不足，利用电压反馈控制部208生成的负修正量Idfb*补偿该不足的部分。其结果是，能够与修正前d轴电流指令Idp*的设定值无关地使电压反馈控制部208工作，以恰当(无超过和不足)的最优的弱磁电流驱动三相同步电机101。即，能够避免图4所示的状况。这样在弱磁控制时避免流通过剩电流，能够防止三相同步电机的运转效率降低，增大电动车辆系统800的续航距离。
以上，在本实施方式中，说明了对于电动车、混合动力车等电动车辆、通过电机驱动装置100驱动三相同步电机101的例子，但是对在三相同步电机的驱动下行驶的其他车辆、例如铁道等应用电机驱动装置100，也能够得到同样的效果。
另外，本发明不限定于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述各实施方式是为了易于理解地说明本发明的技术而详细说明的，并不限定于必须具有说明了的全部结构。另外，能够将一个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在一个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。例如，可以采用在第一实施方式、第二实施方式增加第三实施方式的LPF700c的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。
另外，图中控制线、信息线示出了认为说明上必要的，并不一定示出了全部的控制线、信息线。实际上也可以认为几乎全部结构都相互连接。
附图标记的说明
100：电机驱动装置
101：三相同步电机(电机)
102：电力转换电路
103：直流电源
104：平滑电容器
105：控制部
106：转子位置传感器
107：电流传感器
108：电压传感器
200：电流指令生成部
201：三相/dq转换部
202：转速运算部
203：电流控制部
204：dq/三相转换部
205：PWM脉冲生成部
206：d轴电流指令生成部
207：加法器
208：电压反馈控制部
208a：减法器
208b：积分控制增益
208c：带限制器的积分器
209，600，700：电流指令修正部
209a，700a：基准电压运算部
209b，600c，700b：修正指令生成部
600a：调制率运算部
600b：基准调制率运算部
700c：LPF
210：q轴电流指令运算部
211：最大输出电压运算部
212：电压振幅运算部
800：电动车辆系统
801a，801b：车轴
802a，802b，802c，802d：车轮。

Claims (12)

1.一种电机驱动装置，其通过基于d轴电流和q轴电流控制电机产生的扭矩来驱动所述电机，所述电机驱动装置的特征在于，包括：
运算第一d轴电流指令的d轴电流指令生成部；
电流指令修正部，其生成在所述电机的端子间电压为规定值以上时与所述第一d轴电流指令相加的正修正量；和
电压反馈控制部，其生成与所述第一d轴电流指令相加以使得所述电机的端子间电压不超过规定的最大输出电压的负修正量，
基于将所述正修正量及所述负修正量与所述第一d轴电流指令相加而得到的第二d轴电流指令、和q轴电流指令，控制所述扭矩。
2.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述电压反馈控制部在所述电机的端子间电压达到所述最大输出电压后继续生成所述负修正量。
3.如权利要求1或2所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述电机驱动装置还包括电压振幅运算部，
所述电压振幅运算部基于以使所述d轴电流追随所述第二d轴电流指令的方式调节了的d轴电压、和以使所述q轴电流追随所述q轴电流指令的方式调节了的q轴电压，运算所述电机驱动装置输出的电压振幅，
所述电流指令修正部基于对所述电机驱动装置供给的直流电源的电压设定单个或多个基准电压，并基于所述电压振幅与所述基准电压的大小关系生成所述正修正量。
4.如权利要求3所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述电流指令修正部在所述电压振幅为所述基准电压以上的情况下使所述正修正量为一定。
5.如权利要求4所述的电机驱动装置，其特征在于：
在已使所述正修正量为一定时，所述正修正量大于所述负修正量。
6.如权利要求3所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述基准电压为所述最大输出电压以下。
7.如权利要求1或2所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述电机驱动装置还包括电压振幅运算部，
所述电压振幅运算部基于以使所述d轴电流追随所述第二d轴电流指令的方式调节了的d轴电压、和以使所述q轴电流追随所述q轴电流指令的方式调节了的q轴电压，运算所述电机驱动装置输出的电压振幅，
所述电流指令修正部基于对所述电机驱动装置供给的直流电源的电压和所述电压振幅运算调制率并且设定单个或多个基准调制率，基于所述调制率与所述基准调制率的大小关系生成所述正修正量。
8.如权利要求7所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述电流指令修正部在所述调制率为所述基准调制率以上的情况下使所述正修正量为一定。
9.如权利要求8所述的电机驱动装置，其特征在于：
在已使所述正修正量为一定时，所述正修正量大于所述负修正量。
10.如权利要求7所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述基准调制率为1以下。
11.如权利要求1或2所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述电机驱动装置还包括低通滤波器，
将所述正修正量经由所述低通滤波器以规定的延迟时间与所述第一d轴电流指令相加，生成所述第二d轴电流指令。
12.一种电动车辆系统，其特征在于，包括：
权利要求1或2所述的电机驱动装置；
由所述电机驱动装置驱动的所述电机；
与所述电机连结的车轴；和
固定在所述车轴的车轮。
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