CN1669199A - 用于检测辅助电源从多相电机的断开的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于检测辅助电源从多相电机的断开的方法和系统。辅助电池(18)和辅助负荷(20)的正极与电机(14)的中性点相连接。检测连接到辅助负荷(20)的电源线路上的电压即中性点电压，并且当检测出中性点电压的波纹的增加时判定辅助电池(18)断开。当不能使用伏特计时，通过测量辅助电池的电流并执行控制使得电流值为0而继续进行中性点电压的控制。在起动时，控制电路依照检测的转角为其振幅与载波振幅相同的每个相电流产生电压控制信号，并且将电压控制信号与载波相比较以获得具有与载波频率相同频率的门信号。防止大中性点电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于驱动多相电机的逆变器系统，它包括由逆变器驱动并产生电力的交流电机以及与所述交流电机的中性点相连接的电源。
背景技术
传统上，交流电机已普遍用作各种装置的电源。在电动车辆和混合动力车辆中，通常使用这样一种系统，其中通过逆变器将从电池(电池组)中供应的直流电转变为要求的交流电，然后将所述交流电供给到电机。这种系统允许广范围的输出扭矩并且可实现一个优点，即可利用由再生制动产生的电力给电池充电。
由于高压电源可有效用于高功率电机，因此电动车辆和混合动力车辆通常使用几百伏数量级的高压电源作为连接到所述逆变器输入侧上的主电池。另一方面，在星形连接电机线圈的中性点处通常获得为逆变器的输入电压一半的电压。因此，当电池与中性点相连接时，从该系统中可获得两种类型的直流电压。而且，通过向电机线圈施加削波器(chopper)控制，可控制这两个电池之间的电力传输。
因此，当电机还用作混合动力车辆等中的发电机时，可使用其中产生的电力用于为两个电池充电的一种系统，从而获得两个电源电压。具体地说，可使用电容器代替电池。在日本专利公报No.Hei11-178114中描述了这种系统。
在大多数车辆上都安装有各种电气装置，并且通常都设置约12V(当充电时为14V)的辅助电池以便为所述电气装置供应电力。由于电机的上述中性点的电压是逆变器的输入侧上的电压的约一半，因此在普通电动车辆和混合动力车辆中该中性点电压较高，这使得在这些车辆中难于将辅助电池与所述中性点相连接。因此，提供独立的DCDC变频器为辅助电池充电。
另一方面，已考虑使用其中提供36V电源和12V电源的所谓的“双电源系统”作为上述系统的实际应用示例。在这种双电源系统中，由于当为36V电源充电时足以将逆变器输入电压设定为约42V并且当为12V电源充电时足以将中性点电压设定为约14V，因此使用电机线圈可执行这两个电源之间的电力传输。
因此，在上述多相电机驱动逆变器系统中，可使用电机线圈在高压侧电池与低压侧电池之间传输电荷。由于可消除提供DCDC变频器的需要因此这是有利的。
在如上所述的用于驱动多相电机的逆变器系统中，通常为车辆配件或辅助装置形式的多个辅助装置与低压侧电池相连接，因此所述低压侧电池用于向这些装置供应恒定的电力。也就是说，在多相电机驱动逆变器系统中，逆变器中的切换元件的切换是受控的，从而控制中性点电压。
然而，由于中性点电压不能连续保持在恒定值下，当不能使用低压侧电池时，要供给到所述辅助装置的电压显著改变并且阻止了所述装置的恒定操作。因此，当在某些情况下所述低压侧电池断开(即，中断电连接)时，所述系统会遭遇上述问题。
此外，为了将所述低压侧电池的充电状态保持在一预定水平，必须根据由连接到所述低压侧电池的辅助负荷消耗的电力向与所述低压侧电池相连接的电源线路供应电力。因此，传统上，检测到低压电源线路上的电压，并且由电机产生的电力受到反馈控制以保持检测的电压稳定。
然而，上述传统系统会遭遇这样的问题，即，在由于断开等原因导致不能正常执行低压电源线路上的电压的检测的情况下，无法控制产生的电力，从而导致超压或低压。
而且，在所述传统系统中，霍尔传感器通常用作位置传感器并且只在60度的间隔下检测转子的位置。为了在电机起动时获得充足的起动转矩，在电机起动时通常执行180度电流类型(电流在180度电角度期间流动并且然后改变电流的极性)。更具体地说，如图19所示，三相矩形波电压指令(由图19中最上侧图中的实线、虚线以及点划线所示)用于产生逆变器的矩形波切换控制信号(门信号Su、Sv、Sw)。因此，电机驱动电流为矩形波。当电机为三相电机时，产生了用于驱动电机的具有120度相移的180度传导门信号Su、Sv和Sw。在此，在作为电流周期的1/6的期间时发生其中两相都为接通或切断的期间。而且，对于每个相电流来说，当电流值达到一预定值时通过施加用于切断相应相的最大电流调整，可产生其中三相都为接通或切断的期间。
当逆变器已较长时间保持相同的切换状态并且中性点电势与低压目标值之间的差值增加时，所述系统遭遇这样的问题，即，中性点电流显著改变并且低压电源线路也显著改变。
日本专利公报No.2000-324857中描述了在低压电源与中性点之间提供继电器，从而在电机起动时通过所述继电器使得低压电源线路与所述中性点相分离。在这种结构下，尽管可降低起动时的低压电源线路上的电压改变，但是必须额外提供继电器并且在需要时接通和切断所述继电器。
发明内容
本发明有利地提供了一种用于驱动多相电机的逆变器系统，所述逆变器系统能够可靠地检测低压电池的断开。
甚至在低压侧电源线路的测量或检测中发生异常的情况下，本发明也能够有利地进行适当的发电控制。
本发明还能够有利地有效减少起动时中性点电流中的显著改变。
依照本发明的一个方面，基于从交流电机的中性点状态检测装置中获得的检测结果判定异常。
由于存在电源，因此中性点电压或中性点电流是平稳的。然而，当断开电源时，由于无法从电源中获得影响(作用)因此中性点电流或中性点电压易于变化。因此可基于中性点的状态有效地检测电源断开的异常。
而且，依照本发明的另一个方面，当无法测量与电机中性点相连接的电源的电压时，使用电源电流控制逆变器的中性点电压。因此，甚至当无法测量与电机中性点相连接的电源的电压时，也可控制逆变器的中性点电压。
而且，依照本发明的另一个方面，基于通过正弦波电压指令与载波之间的比较而获得的门信号控制逆变器的切换元件的接通/切断，从而将正弦波电压指令限制在相对于载波振幅的一预定范围内。因此，可获得具有与载波频率相同频率的门信号。因此可避免切换模式长时间保持相同并且较大电流作为中性点电流流过的问题。
附图说明
在以下的描述中将结合附图解释本发明的这些和其它目的，其中：
图1是示出本发明第一实施例所涉及的系统的结构的视图；
图2是示出中性点电压的波形的视图；
图3是用于解释异常检测的操作的流程图；
图4是示出本发明第一实施例所涉及的另一个系统的结构的视图；
图5是示出中性点电压的波形的视图；
图6是用于解释异常检测的操作的流程图；
图7是示出本发明第二实施例所涉及的系统的结构的视图；
图8是用于解释第二实施例的操作的流程图；
图9是示出图7中所示实施例的控制电路的结构的视图；
图10是示出本发明第二实施例所涉及的另一个系统的结构的视图；
图11是示出图10中所示系统的控制电路的结构的视图；
图12是示出本发明第二实施例所涉及的另一个系统的结构的视图；
图13是示出图12中所示系统的控制电路的结构的视图；
图14是示出本发明第三实施例所涉及的系统的结构的视图；
图15是示出图14中所示的载波比较的操作的视图；
图16是示出图14中所示实施例的控制电路的结构的视图；
图17是示出本发明第三实施例所涉及的系统的结构的视图；
图18是示出图17中所示系统的控制电路的结构的视图；以及
图19是示出传统载波比较的示例操作的视图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
实施例1
图1示出本发明一个实施例所涉及的用于驱动多相电机的逆变器系统的总体结构的视图。逆变器12与用作主电源的36V(当充电时为42V)电池10相连接。也就是说，从电池10中输出的36V电压被施加到逆变器12的正极总线(母线)和负极总线之间。
逆变器12具有平行设置的三个分支，每个分支包括布置在正极总线和负极总线之间的两个切换元件(晶体管)。各个分支中的中间晶体管分别连接到三相电机输出端子。
三相交流电机14的三相电机线圈端子分别连接到逆变器12的三相电机输出端子。因此，当相继接通逆变器12的一个上部晶体管时，另一个分支上的晶体管也被相继地接通，因此具有120°相差的电机电流被施加到交流电机14的每个相线圈上。
而且，辅助电池18的正极和各个辅助负荷20经由电抗器16与交流电机14的中性点相连接。伏特计22被连接到辅助电池18与电抗器16之间用于检测辅助电池18的电源线路上的电压。伏特计22的输出(电池电压：Vbs)被供给到控制电路24。
控制电路24从来自于伏特计22的输出中判定波纹成分的尺寸，并且当波纹尺寸为一预定水平或更大时检测诸如辅助电池18的断开之类的异常。
在所述系统中，可通过改变逆变器12的上部晶体管和下部晶体管之间的占空比而控制中性点电压。更具体地说，当两个晶体管的接通期间相同时，中性点电压等于逆变器输入电压(电池10的电压)。另一方面，当上部晶体管的接通期间相对于下部晶体管的接通期间1是2时，中性点电压为电池10的电压的三分之一。
例如，当电池10的电压为36V(当充电时为42V)时，辅助电池18的电压为12V(当充电时为14V)。然后，从电池10中供应的电力用于驱动交流电机14以便例如在车辆起动时执行转矩辅助，而来自于辅助电池18的电力用于操纵各个辅助负荷20。
在此，由于将中性点电压控制得使其是电池10的电压的三分之一，因此逆变器12中的上部晶体管和下部晶体管的接通期间是不平衡的，从而导致中性点电压随着供给到每个电机相的电流相而振动。电抗器16使得振动的中性点电压在一定程度上平稳，并且辅助电池18将电抗器16的输出电压保持在基本恒定的水平上。
然而，当辅助电池18由于某种原因断开时，电抗器16的输出用于向辅助电源线路供给电压。虽然当辅助电池18连接时由于辅助电池18的容量使得辅助电源线路的电压基本保持恒定，但是一旦辅助电池18断开，在辅助电源线路中就会立即出现中性点中的电压改变的影响。
也就是说，与中性点电压类似，辅助电源线路也随电机的每个相电流的峰值改变。更具体地说，辅助电源线路的电压在作为电机的每个相电流的周期的三倍的周期内改变，如图2所示。
依照本发明，控制电路24检测波纹成分的尺寸，并且当检测值符合或超过一预定水平时判定为异常。下面将参照图3描述控制电路24所执行的判定操作。
首先判定是否发现了其它异常(S11)。当没有发现其它异常时，判定通过从14V系统的平均电压值Vbsave中减去14V系统的目标电压(电压指令值)Vbs*所获得的数值的绝对值是否小于一预定阈值a(S12)。如果结果为“是”，则判定14V电源的波纹，即图2中所示的交流成分的峰到峰电压Vbsp-p是否大于一预定阈值b(S13)。当步骤S13的判定结果为是时，则判定辅助电池没有正常操作(S14)。
在此，14V系统辅助电源线路的平均电压Vbsave约为13.5V到14.5V，尽管它可根据温度而变化。根据平均电压Vbsave，将目标电压Vbs*确定为14V而将阈值a确定为约1V。而且，将阈值b设定为约0.5V，尽管它取决于电抗器16的电抗。
当步骤S11或S12的判定结果为“否”时，判定不可能进行所述判定(S16)。当在步骤S13判定结果为否时，判定辅助电池正常操作，即不存在异常(S15)。
参照图4，其中示出另一个示例所涉及的结构，其中取代伏特计22甚至了安培计28。更具体地说，在电抗器16与辅助电池18的正极相连接的连接点的前面设置了安培计28，用于检测中性点与辅助电池18之间以及中性点与辅助负荷20之间的电流。控制电路24根据安培计28的检测结果判定异常。
具体地说，如图6所示，首先判定是否发现了其它异常(S21)。当没有发现其它异常时，判定由安培计28检测的中性点电流的波纹，即图5中所示的交流成分的峰到峰电流值Inp-p是否大于一预定阈值c(S22)。如果判定结果为是，则判定辅助电池在异常操作(S23)。
另一方面，当步骤S21的判定结果为否时，判定不可能进行所述判定(S25)。当在步骤S22的判定结果为否时，判定没有发现异常(S24)。
如上所述，根据本实施例的系统，可有效地检测辅助电池的异常。
而且，该控制操作优选可与上述根据载波振幅调节每个相输出电压指令的控制操作相组合。
在此，交流电机14优选是车辆用交流电机，并且安装在车辆上。辅助负荷20可为安装在车辆上的各种附件中的任意附件。此外，安装在车辆上的交流电机14可优选为用于在日本专利公报No.2002-155773中描述的EcoRun系统的电动发电机。
更具体地说，该电动发电机用于例如(i)在于车辆停止时执行用于切断发动机操作的空转停止控制以后车辆起动的情况下具有自动致动的发动机的车辆的行驶；(ii)在减小行驶速度时通过经由驱动系统传输轮的转动而获得的再生发电；(iii)在由于车辆停止而导致发动机停止时空调装置用压缩机以及动力转向装置用泵的驱动；(iv)发动机被驱动时的发电；(v)控制未被驱动的发动机的转动以便减小发动机停止时所产生的振动；以及(vi)防止发动机由于在减速期间减少向发动机的燃料供应而导致的失速，直到发动机被恢复并且重新开始正常的燃料供应。
如上所述，根据本实施例，基于中性点处的电流或电压状态判定异常。尽管由于电源的存在使得中性点电压或中性点电流平稳，但是当切断电源并且因此不影响中性点电压和电流时，中性点电压或中性点电流易于改变。因此可根据中性点的状态有效地检测电源断开的异常。
而且，基于电机驱动电流，中性点电压和中性点电流包含波纹。通过检测这些波纹的尺寸，可有效地检测电源的断开。
实施例2
图7示出本发明第二实施例所涉及的系统的结构。在该实施例中，除伏特计22以外，在辅助电池18与电源线路之间还设置有用于检测辅助电池18的电流(电池电流：Ibs)的安培计26。来自于安培计26的输出也被供应到控制电路24。
控制电路24测量与异常有关的数值，如图8所示。具体地说，首先判定在与辅助电池18连接的电源线路(14V系统电源线路)的电压检测中是否存在异常(S11)。这是通过判定伏特计22的输出Vbs是否具有一正常值而判定的。例如，当输出电压Vbs为8V或更低时，各个辅助负荷不能被正常驱动，从而判定存在异常。特别是，当电压Vbs为0V时，判定发生了某种故障。
当步骤S11的判定结果为否时，判定不存在问题并且基于检测的Vbs(14V系统电压)控制逆变器12的切换。
当在步骤S11判定存在异常时，发布异常警告指示(S13)。例如，显示板可显示标志“14V系统电池检测异常”或者可开启用于指示辅助电池异常的灯。
然后，检测安培计26的数值Ibs。由于数值Ibs表示流过辅助负荷的电流与中性点电流之间的差值，因此当控制逆变器12使得数值Ibs为0时，可使得由辅助负荷使用的电力与由电机14产生的电力相匹配。因此，根据本实施例，控制逆变器12使得电流Ibs为0。
当14V系统电压检测异常时，不能执行反馈控制并且产生的电压显著偏离目标值，从而易于导致过电压和电压降低的出现。在这种情况下，由于过量充电或快速放电而导致辅助电池18不能运行，并且辅助负荷遭受由过电压以及电压降低所引起的操作过失导致的故障，并且需要重新设定CPU。根据本实施例，通过使用基于电流Ibs的检测的反馈控制充分地将由电机14产生的电力保持在标准水准可避免这些问题的出现。而且，通过发布异常警告，可适当地恢复电压检测，从而可在出现严重问题之前恢复正常状态。
图9示出控制电路24的结构。测量高压电池10的电压Vbm并且将电压Vbm与目标电压Vbm*之间的差值供给到Vbm反馈(F/B)部30。Vbm反馈(F/B)部30以使得高压电池10的电压Vbm与目标电压Vbm*相等的方式确定电机14的转矩指令Tmg*，并且将确定的转矩指令Tmg*供给到切换演算部32。在此，转矩指令Tmg*与电机14的发电指令相对应。
电机14的每个相线圈电流Iu、Iv、Iw以及与转子位置有关的检测信号θ也被供给到切换演算部32。切换演算部32根据这些输入信息产生用于控制逆变器每相的切换元件的切换的信号Su、Sv、Sw，从而控制电机14的每个相电流。因此，电机14的输出转矩(产生的电力)被控制得与转矩指令Tmg*相对应。
而且，电机14的中性点电压的指令值Vn被供给到切换演算部32。因此，逆变器的上部切换元件和下部切换元件之间的接通期间的比率被控制，以便控制中性点电压。
在正常操作期间，中性点电压Vn被确定成使得辅助电池18的电压Vbs与其指令值Vbs*之间的差值经由切换部34供给到反馈(F/B)部36使得Vbs与Vbs*相等。然而，当在图8的上述步骤S11判定异常存在时，在步骤S14输出切换信号，使得切换部34将辅助电池电流Ibs与其指令值Ibs*之间的差值供给到反馈(F/B)部36。因此，基于辅助电池电流Ibs在反馈(F/B)部36中产生Vn。由于切换演算部32基于该Vn控制逆变器12的切换，因此将电机4的中性点控制为与由辅助负荷消耗的电力相等的电压。
下面将简要描述中性点电压Vn与电池10的电压Vbm的控制。
在该系统中，可通过改变逆变器12的上部晶体管和下部晶体管之间的占空比而控制中性点电压。更具体地说，当两个晶体管的接通期间相同时，中性点电压等于逆变器输入电压(电池10的电压)。另一方面，当上部晶体管的接通期间相对于下部晶体管的接通期间1为2时，中性点电压为电池10的电压的三分之一。
例如，当电池10的电压为36V(当充电时为42V)时，辅助电池18的电压为12V(当充电时为14V)。然后，从电池10中供应的电力用于驱动交流电机14以便例如在车辆起动时执行转矩辅助，而来自于辅助电池18的电力用于操纵各个辅助负荷20。
在此，由于将中性点电压控制得使其是电池10的电压的三分之一，因此逆变器12中的上部晶体管和下部晶体管的接通期间是不平衡的，从而导致中性点电压随着供给到每个电机相的电流相而振动。电抗器16使得振动的中性点电压平稳在一定程度上，并且辅助电池18将电抗器16的输出电压保持在基本恒定水平上。
图10示出本发明另一个示例所涉及的系统的结构，其中取代安培计26使用用于电机的每个相线圈的每个测量电流的安培计28u、28v、28w。在此，如图9所示，由于电机14的每个相线圈的电流Iu、Iv、Iw是计算转矩指令Tmg*所必需的，因此，独特地设置安培计28u、28v、28w。在本示例中，每个相线圈电流用于控制。
在此，在不存在中性点电流的情况下，每个相线圈电流的总和应为0。因此相应相的电流Iu、Iv、Iw的总和与中性点电流In相等。当如此控制中性点电流In以使其等于连接到14V电源线路的整个辅助负荷所消耗的电流时，适当的电力被供给到14V电源线路。因此，可测量由辅助负荷消耗的电流，基于消耗的电流确定中性点电流的目标值In*，然后控制中性点电流In以使其等于目标值In*。
然而，通常不可能测量在所有辅助负荷中消耗的电流。因此，根据本示例，预先获得整个辅助负荷的最小消耗电流，并且将目标中性点电流In*设定为最小消耗电流。
以这种方式，可避免辅助电池18的过量充电。尽管当辅助负荷的电力消耗增加时辅助电池18放电，但是仍可避免辅助电池18的迅速放电。
图11示出本实施例所涉及的控制电路24的结构。如上所述，在出现异常时，在切换部34中选择中性点电流与其目标值之间的差值(In*-In)并将所述差值供给到反馈(F/B)部36。然后反馈(F/B)部36基于所述差值产生中性点电压目标值Vn并且将目标值Vn供给到演算部32。
作为更简单的方法，甚至还可消除电池电流或中性点电流的反馈并且使用开环前馈控制计算中性点电压指令Vn。例如，将中性点电压指令Vn设定为14V。使用该系统，尽管电压产生控制的精确度降低，但是与不执行控制时相比较仍可执行改进的控制。
图12示出其中在开环控制中增强控制精确度的系统结构示例。在本示例中，在正常操作期间，辅助负荷电源线路电压指令Vbs*与辅助负荷电源线路电压Vbs之间的差值被输入到控制电路24中以便校正(修正)逆变器12的控制。
图13示出本实施例所涉及的控制电路24的结构。
具体地说，辅助负荷电源线路电压指令Vbs*与电压Vbs之间的差值被输入到反馈(F/B)部36，在反馈(F/B)部36中产生中性点电压指令Vn并经由切换部34将其供给到切换演算部32。另一方面，在存在异常的情况下，电机转数的数值Nmg、电机输出转矩指令Tmg*以及电池10的电压Vbm被输入到映射部(map)38中，所述映射部38输出校正的中性点电压指令Vn。然后校正的输出Vn经由切换部34被供给到切换演算部32。
因此可基于出现异常时的操作状态等校正Vn，从而可以适合于当前状况的方式控制逆变器的驱动。
在此，交流电机14优选是车辆用交流电机，并且被安装在车辆上。辅助负荷20可为安装在车辆上的各种附件中的任意附件。此外，安装在车辆上的交流电机14可优选为用于日本专利公报No.2002-155773中描述的EcoRun系统的电动发电机。
更具体地说，更具体地说，该电动发电机用于例如(i)在于车辆停止时执行用于切断发动机操作的空转停止控制以后车辆起动的情况下具有自动致动的发动机的车辆的行驶；(ii)在减小行驶速度时通过经由驱动系统传输轮的转动而获得的再生发电；(iii)在由于车辆停止而导致发动机停止时空调装置用压缩机以及动力转向装置用泵的驱动；(iv)发动机被驱动时的发电；(v)控制未被驱动的发动机的转动以便减小发动机停止时所产生的振动；以及(vi)防止发动机由于在减速期间减少向发动机的燃料供应而导致的失速，直到发动机被恢复并且重新开始正常的燃料供应。
如上所述，根据本实施例，当无法测量连接到电机中性点的电源的电压时，可使用电源电流连续地执行反馈控制。
而且，通过将中性点电流控制得使其等于辅助负荷的消耗电流，可实现适当逆变器控制。
另外，通过将中性点电压设定为恰好为辅助负荷的电源电压的电压，可以简单的方式连续进行控制。
实施例3
参照图14，其中示出本发明第三实施例所涉及的系统结构。在该实施例中，设置了用于检测电机的转角(回转角)的解算器28，并且来自于解算器28的输出被供给到控制电路24。
如上所述，在正常操作期间，控制电路24基于伏特计22的输出Vbs控制逆变器12的切换以便控制要供给到电机14的电流，从而控制电机14的发电使得电压Vbs变为一期望值(例如，14V)。
具体地说，可通过改变逆变器12的上部晶体管和下部晶体管之间的占空比而控制中性点电压。更具体地说，当两个晶体管的接通期间相同时，中性点电压等于逆变器输入电压(电池10的电压)。另一方面，当上部晶体管的接通期间相对于下部晶体管的接通期间1为2时，中性点电压为电池10的电压的三分之一。
例如，当电池10的电压为36V(当充电时为42V)时，辅助电池18的电压为12V(当充电时为14V)。然后，从电池10中供应的电力用于驱动交流电机14以便例如在车辆起动时执行转矩辅助，而来自于辅助电池18的电力用于操纵各个辅助负荷20。根据本实施例，设置了解算器28用于检测电机14的转角。解算器28是高精确度的角传感器，所述角传感器具有与交流电机相似的结构并且依照主线圈的转角在次线圈处产生具有90度相差的两个正弦波。来自于解算器28的输出被供给到控制电路24并且用于控制电机14的每个相电流。具体地说，在起动时，根据解算器28的输出产生作为正弦波的每个相电压指令值。每个相电压指令值被设定在没有超过载波振幅或没有显著超过载波振幅的一预定范围内。
例如，如图15所示，将每个相电压指令值设定成略小于载波振幅。因此，可获得具有与载波频率相同频率的门信号。因此可防止长时间没有进行切换以及较大电流作为中性点电流流过的问题。
由于中性点电势是相电压指令值的平均值，因此可通过将平均值设定为目标中性点电压而将中性点电压控制为目标值。尽管为了方便起见，在图15中所示的示例中，中性点电压是逆变器输入电压的一半，但是当中性点电压是逆变器输入电压的三分之一时，控制操作基本是相同的。具体地说，可通过调节每个相电压指令的幅度实现适当的控制，从而可产生在载波频率下接通和切断的门信号。
图16示出设在控制电路24中的用于产生门信号的电路。转矩指令Tmg*、每个相电流Iu、Iv、Iw以及解算器位置信号θ被供给到电压指令演算部30。如图15所示，电压指令演算部30计算具有120度相移并且具有与矩形波载波振幅相等的振幅的每个相电压指令Vu、Vv、Vw，并且将每个相电压指令供给到校正电路32。
中性点电压指令Vn*和电池10的电压Vbm被供给到校正电路32。反馈(F/B)部34已从辅助电池18的电源线路电压Vbs与其目标电压值Vbs*之间的差值中计算出中性点电压指令Vn*。然后校正电路32基于Vn*和Vbm使得每个相电压指令Vu、Vv、Vw的平均值与Vn*相匹配，并且还校正输出转矩Tmg*使得Vbm等于目标值Vbm*。因此，每个相的校正的电压指令Vu′、Vv′、Vw′从校正电路32中输出并且然后供给到载波比较电路36。
在作为载波的矩形波被供给到其中的载波比较电路36中，将每个相电压指令Vu′、Vv′、Vw′与载波相比较并且输出图15中所示的门信号Su、Sv、Sw。
根据本实施例，由于电压指令演算部30中的计算而将每个相电压指令控制在一预定值内。因此，门信号Su、Sv、Sw在载波频率下重复接通和切断，以便可防止中性点电压中的显著改变。
图17示出另一个示例所涉及的系统结构，其中设置了用于测量中性点电流In的安培计28。控制电路24使用中性点电流In以便在控制模式切换时向中性点电压指令施加前馈控制。
在该系统中，电机14的控制模式包括停止模式、开始模式以及发电模式。在切换控制模式例如从停止模式到开始模式或从发电模式到停止模式的控制过渡状态下，将中性点电压控制为目标电压的反馈控制没有继续，这导致中性点电压从辅助电源线路目标电压过渡地改变并且同时改变中性点电流。
图18示出本实施例所涉及的控制电路24的结构。如所示的，本实施例所涉及的结构包括Vn演算部38，在Vn演算部38处，辅助电源线路的目标电压Vbs*和中性点电流In被供给到，并且在考虑电抗器所引起的电压降的情况下通过公式Vn*＝Vbs*+RI×In来计算中性点电压指令Vn*。
然后，从Vn演算部38中输出的Vn*和从反馈(F/B)部34中输出的Vn*被输入到切换部40中。切换部40在起动时选择来自于Vn演算部38中的输出，并且在起动后选择来自于反馈(F/B)部34中的输出，选择的Vn*被供给到校正电路32。
以这种方式，只有In经受反馈控制，而Vbs*总是校正目标值，因此可执行包括前馈成分(要素)的中性点电压控制。因此可防止中性点电压从Vbs*显著改变，因此在控制过渡期间中可执行稳定控制。
不仅当开始从停止模式切换的发电模式时上述控制是有效的，而且从发电模式改变为停止模式时上述控制也是有效的。
而且，这种控制操作优选与根据载波振幅调节上述每个相输出电压指令的控制操作相组合。
在此，交流电机14优选是车辆用交流电机，并且被安装在车辆上。辅助负荷20可为安装在车辆上的各种附件中的任意附件。此外，安装在车辆上的交流电机14可优选为用于日本专利公报No.2002-155773中描述的EcoRun系统的电动发电机。
更具体地说，该电动发电机用于例如(i)在于车辆停止时执行用于切断发动机操作的空转停止控制以后车辆起动的情况下具有自动致动的发动机的车辆的行驶；(ii)在减小行驶速度时通过经由驱动系统传输轮的转动而获得的再生发电；(iii)在由于车辆停止而导致发动机停止时空调装置用压缩机以及动力转向装置用泵的驱动；(iv)发动机被驱动时的发电；(v)控制未被驱动的发动机的转动以便减小发动机停止时所产生的振动；以及(vi)防止发动机由于在减速期间减少向发动机的燃料供应而导致的失速，直到发动机被恢复并且重新开始正常的燃料供应。
如上所述，根据本实施例，通过相对于载波振幅将正弦波电压指令限制在一预定范围内，可获得具有与载波频率相同频率的门信号。因此可避免出现切换模式长时间没有进行切换并且较大电流作为中性点电流流过的问题。
而且，在模式过渡状态中，在中性点电压指令中包含有前馈成分，因此可避免中性点电压控制的延迟，从而实现稳定控制。
Claims (24)
1.一种用于驱动多相电机的逆变器系统，所述系统包括：
由逆变器驱动用于输出驱动力或发电的交流电机；
与所述交流电机的中性点相连接的电源；以及
用于检测所述中性点处的电流或电压的状态的中性点状态检测装置，
其中，基于所述中性点状态检测装置的检测结果执行异常判定。
2.根据权利要求1所述的逆变器系统，其特征在于，
所述中性点状态检测装置检测所述中性点处的电压的波纹。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器系统，其特征在于，
消耗电力的辅助电气装置与所述电源相连接，并且，
所述中性点状态检测装置检测供给到所述辅助电气装置的电流的波纹。
4.根据权利要求2或3所述的逆变器系统，其特征在于，
当由所述中性点状态检测装置检测的所述波纹等于或大于一预定值时判定为异常。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的逆变器系统，其特征在于，
所述中性点与所述电源之间连接有电抗器，并且，
所述中性点状态检测装置检测所述电源的相对于所述电抗器的一侧上的电流或电压的状态。
6.一种在用于驱动多相电机的逆变器系统中的异常检测方法，所述系统包括由逆变器驱动并发电的交流电机，以及与所述交流电机的中性点相连接的电源，其中，
检测所述中性点处的电流或电压的状态，并基于检测结果执行异常判定。
7.一种在用于驱动多相电机的逆变器系统中的异常检测程序，所述系统包括由逆变器驱动并发电的交流电机，与所述交流电机的中性点相连接的电源，以及用于监控所述中性点的电流或电压的异常检测装置，其中，
所述异常检测程序使得所述异常检测装置俘获所述中性点处的电流或电压的状态并基于俘获的状态执行异常判定。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的用于驱动多相电机的逆变器系统、用于多相电机驱动逆变器系统的异常检测方法或用于多相电机驱动逆变器系统的异常检测程序，其特征在于，
所述交流电机是车辆用交流电机。
9.一种用于驱动多相电机的逆变器系统，它包括由逆变器驱动用于输出驱动力和发电的交流电机以及与所述交流电机的中性点相连接的电源，所述电源由所述交流电机产生的电力充电并且将电力供给到多个电气装置，所述逆变器系统包括：
用于检测与所述电源连接的电源线路上的电压的电源线路电压检测装置；以及
用于检测所述电源的电流的电源电流检测装置，其中，
在正常操作期间，根据所述电源线路电压检测装置的输出控制所述逆变器，以及
当判定所述电源线路电压检测装置异常操作时，根据所述电源电流检测装置的输出控制所述逆变器。
10.根据权利要求9中所述的逆变器系统，其特征在于，
在所述电源线路电压检测装置中发生异常的情况下，根据所述电源电流检测装置的输出执行控制，以使得电源电流变为0。
11.一种用于驱动多相电机的逆变器系统，它包括由逆变器驱动用于输出驱动力和发电的交流电机以及与所述交流电机的中性点相连接的电源，所述电源由所述交流电机产生的电力充电并将电力供给到多个电气装置，所述逆变器系统包括：
用于检测与所述电源连接的电源线路上的电压的电源线路电压检测装置；以及
用于检测相对于所述交流电机的所述中性点输入和输出的中性点电流的中性点电流检测装置，其中，
在正常操作期间，根据所述电源线路电压检测装置的输出控制所述逆变器，以及
当所述电源线路电压检测装置异常操作时，根据所述中性点电流检测装置的输出控制所述逆变器。
12.根据权利要求11所述的逆变器系统，其特征在于
所述中性点电流检测装置检测所述交流电机的三相中的每相的电流，并基于检测值检测所述中性点电流。
13.一种用于驱动多相电机的逆变器系统，它包括由逆变器驱动用于输出驱动力和发电的交流电机以及与所述交流电机的中性点相连接的电源，所述电源由所述交流电机产生的电力充电并将电力供给到多个电气装置，所述逆变器系统包括：
用于检测与所述电源连接的电源线路上的电压的电源线路电压检测装置；并且其中，
在正常操作期间，根据所述电源线路电压检测装置的输出控制所述逆变器，以及
当所述电源线路电压检测装置异常操作时，根据与所述电源的目标电压相对应的中性点电压指令控制所述逆变器。
14.根据权利要求13所述的逆变器系统，其特征在于，
基于所述交流电机的转数、输出转矩指令以及逆变器输入侧电压中的至少一个校正所述中性点电压指令。
15.一种用于驱动多相电机的逆变器系统的控制方法，所述逆变器系统包括由逆变器驱动用于输出驱动力和发电的交流电机以及与所述交流电机的中性点相连接的电源，所述电源由所述交流电机产生的电力充电并将电力供给到多个电气装置，其中，
在正常操作期间，根据与所述电源连接的电源线路的电压控制所述逆变器，以及
在电源线路电压的检测中发生异常的情况下，根据所述电源的电流控制所述逆变器。
16.一种用于驱动多相电机的逆变器系统的控制方法，所述逆变器系统包括由逆变器驱动用于输出驱动力和发电的交流电机以及与所述交流电机的中性点相连接的电源，所述电源由所述交流电机产生的电力充电并将电力供给到多个电气装置，其中，
在正常操作期间，根据与所述电源连接的电源线路的电压控制所述逆变器，以及
在电源线路电压的检测中发生异常的情况下，根据所述中性点的电流控制所述逆变器。
17.一种用于驱动多相电机的逆变器系统的控制方法，所述逆变器系统包括由逆变器驱动用于输出驱动力和发电的交流电机以及与所述交流电机的中性点相连接的电源，所述电源由所述交流电机产生的电力充电并将电力供给到多个电气装置，其中，
在正常操作期间，根据电源线路的电压控制所述逆变器，以及
在电源线路电压的检测中发生异常的情况下，根据与所述电源的目标电压相对应的中性点电压指令控制所述逆变器。
18.一种用于驱动多相电机的逆变器系统的控制程序，所述控制程序使得一系统执行权利要求15至17中任一项所述的多相电机驱动逆变器系统的控制方法。
19.根据权利要求9至18中任一项所述的用于驱动多相电机的逆变器系统、用于多相电机驱动逆变器系统的异常检测方法或用于多相电机驱动逆变器系统的异常检测程序，其特征在于，
所述交流电机是车辆用交流电机。
20.一种用于驱动多相电机的逆变器系统，它包括高压电源，其输入侧连有所述高压电源且输出侧连有交流电机的逆变器，以及连接到所述交流电机的中性点的低压电源，所述逆变器系统通过控制所述逆变器的驱动来控制所述交流电机的驱动以及所述高压电源与所述低压电源之间的电力传输，其中，
通过基于从作为正弦波的电压指令与载波之间的比较而获得的门信号控制所述逆变器的切换元件的接通和切断而执行所述逆变器的切换，并且
作为正弦波的所述电压指令被相对于载波振幅限制在一预定范围内。
21.一种用于驱动多相电机的逆变器系统，它包括高压电源，其输入侧连有所述高压电源且输出侧连有交流电机的逆变器，以及连接到所述交流电机的中性点的低压电源，所述逆变器系统通过控制所述逆变器的驱动来控制所述交流电机的驱动以及所述高压电源与所述低压电源之间的电力传输，其中，
所述交流电机的驱动控制至少包括停止模式和发电模式，并且
在这些模式的过渡状态中，在中性点电压指令中包括前馈成分。
22.一种用于驱动多相电机的逆变器系统的控制方法，所述逆变器系统包括高压电源，在输入侧连有所述高压电源并在输出侧连有交流电机的逆变器，以及连接到所述交流电机的中性点的低压电源，其中通过控制所述逆变器的驱动来控制所述交流电机的驱动以及所述高压电源与所述低压电源之间的电力传输，其中，
通过基于从作为正弦波的电压指令与载波之间的比较而获得的门信号控制所述逆变器的切换元件的接通和切断而执行所述逆变器的切换，并且
作为正弦波的所述电压指令被相对于载波振幅限制在一预定范围内。
23.一种用于驱动多相电机的逆变器系统的控制方法，所述逆变器系统包括高压电源，其输入侧连有所述高压电源且输出侧连有交流电机的逆变器，以及连接到所述交流电机的中性点的低压电源，其中通过控制所述逆变器的驱动来控制所述交流电机的驱动以及所述高压电源与所述低压电源之间的电力传输，其中，
所述交流电机的驱动控制至少包括停止模式和发电模式，并且
在这些模式的过渡状态中，在中性点电压指令中包括前馈成分。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的用于驱动多相电机的逆变器系统或用于驱动多相电机的逆变器系统的控制方法，其特征在于，
所述交流电机是车辆用交流电机。
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