旋轉電機的逆變器設備和用于旋轉電機的驅動方法技術

提供了一種旋轉電機的逆變器設備和用于旋轉電機的驅動方法。該旋轉電機的逆變器設備使用針對各相設置的開關元件來驅動具有可變轉數的多相旋轉電機。旋轉電機的逆變器設備的示例包括：頻率設定單元，其用于針對通過平均劃分電角的循環而獲得的每個特定電角，根據旋轉電機的各相的狀態來確定并設定在驅動各相的開關元件時使用的載波信號的載波頻率；以及信號生成單元，其用于使用由頻率設定單元針對各相設定的載波頻率的載波信號來生成用于驅動各相的開關元件的驅動信號。在特定電角處，各相的載波頻率是相電壓頻率的整數倍。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及通過為各相提供電流來驅動旋轉電機的技術。
技術介紹
通常，在驅動諸如3相電動機的旋轉電機時使用逆變器設備。逆變器設備通常為各相設置有兩個開關元件(總共6個元件)。因此，逆變器設備通過驅動六個開關元件接通和斷開來控制三相驅動電壓，從而為旋轉電機生成旋轉磁場。旋轉電機的逆變器設備使用開關元件來驅動旋轉電機。作為用于控制要施加于旋轉電機的電壓的電平和頻率的方法，PWM(脈沖寬度調制)控制驅動各相的開關元件接通和斷開，并施加任意脈沖寬度的電壓。PWM控制通常將載波信號與特定指令電壓值進行比較，并根據比較結果將驅動電壓的電平設置在H (高)電平或L(低)電平處(載波同步方法)。在PWM控制中，驅動開關元件接通和斷開的開關頻率取決于載波頻率。當考慮開關損耗時，優選的是開關頻率較低。通過設置較低的載波頻率，開關頻率可以較低。因此，旋轉電機的一些傳統逆變器設備根據在提供指令電壓值時使用的參考正弦波信號的傾斜來改變載波頻率(日本專利公開特許公報第2010-35260號，下文中被稱為“專利文獻I”)。在專利文獻I中描述的傳統逆變器設備中，根據參考正弦波信號的傾斜來改變載波頻率。因此，執行復雜的控制。另外，由于輸出波形的頻率要不變，所以當頻率可變時無法執行同步PWM控制。因此，還重要的是，在抑制控制的復雜度的同時實現開關損耗而不使控制方法中的選擇寬度變窄。其它的參考文獻可以是日本專利公開特許公報第2007-228745號和日本專利公開特許公報第9-47026號。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種旋轉電機的逆變器設備，該逆變器設備能夠在抑制控制的復雜度的同時降低開關損耗。假定使用為各相設置的開關元件來驅動具有可變轉數的多相旋轉電機，本專利技術的方面包括頻率設定單元，其用于針對通過平均劃分電角的循環而獲得的每個特定電角，根據旋轉電機的各相的狀態來確定并設定在驅動各相的開關元件時使用的載波信號的載波頻率；以及信號生成單元，其用于使用由頻率設定單元針對各相設定的載波頻率的載波信號來生成用于驅動各相的開關元件的驅動信號。假定在特定電角處各相的載波頻率是相電壓頻率的整數倍。優選的是，頻率設定單元根據各相的電流的相位確定各相的載波頻率作為旋轉電機的各相的狀態。還優選的是，旋轉電機是3相電機，并且是被2相調制控制的。假定使用針對各相設置的開關元件來驅動旋轉電機，本專利技術的另一方面包括針對通過平均劃分電角的循環而獲得的每個電角，根據旋轉電機的各相的狀態來確定在驅動各相的開關元件時使用的載波信號的載波頻率；使用針對各相確定的載波頻率的載波信號來生成用于驅動各相的開關元件的驅動信號；以及在特定電角處將各相的載波頻率設置為相電壓頻率的整數倍。 附圖說明圖I是根據本專利技術實施例的旋轉電機的逆變器設備的配置的說明圖；圖2是針對根據本專利技術實施例的旋轉電機的逆變器設備而設置的CPU的功能配置的說明圖；以及圖3A是由根據本專利技術實施例的旋轉電機的逆變器設備執行的對電動機的驅動控制的說明圖(I)。圖3B是由根據本專利技術實施例的旋轉電機的逆變器設備執行的對電動機的驅動控制的說明圖(2)。具體實施例方式以下參照附圖來描述本專利技術的實施例。圖I是根據本實施例的旋轉電機的逆變器設備的配置的說明圖。旋轉電機的逆變器設備I (下文中被稱為“逆變器設備”)使用從DC(直流)電源2施加的電壓來驅動作為旋轉電機的電動機3。如圖I中所示的,逆變器設備I包括電容器101，其并聯連接至DC電源2 ;電壓檢測單元102，其用于檢測電容器101的兩端之間的電壓；逆變器電路103，對于該逆變器電路103，例如，將η通道IGBT (絕緣柵雙極晶體管)布置為各相的兩個開關元件；驅動電路104，其用于生成并輸出逆變器電路103的每個IGBT的驅動信號;CPU(中央處理單元)105，其用于控制由驅動電路104生成驅動信號；以及兩個電流傳感器106和107。電動機3是通過提供3相電流來驅動的旋轉電機。電動機3裝配有旋轉傳感器31，由于該旋轉傳感器31，可用電角來指示未示出在附圖中的轉子的位置。由旋轉傳感器31檢測到的值(下文中被稱為“旋轉傳感器值”)輸入到CPU 105。旋轉電機是可通過為多個相供應電流來驅動的電機。對于逆變器電路103，針對各相，兩個串聯的IGBT并聯連接至電容器101。因此，例如，針對U相，IGBT 111的集電極連接至電容器101的一個端子，IGBT 111的發射極連接至IGBT 112的集電極，并且IGBT112的發射極連接至電容器101的另一個端子。相似地連接針對V相的IGBT 121和IGBT 122、以及針對W相的IGBT 131和IGBT 132。在以上的逆變器電路103中，用于連接IGBT 111和IGBT 112的布線的電壓作為U相電壓施加到電動機3。類似地，用于連接IGBT 121和IGBT 122的布線的電壓作為V相電壓施加到電動機3。用于連接IGBT131和IGBT 132的布線的電壓作為W相電壓施加到電動機3。由此，電流傳感器106和電流傳感器107分別將表示U相電流和W相電流的值輸出到 CPU 105。下文中，輸入到 IGBT 111, IGBT 112, IGBT 121、IGBT122、IGBT 131 和 IGBT132中的每個IGBT的柵極的驅動信號被稱為“UP信號”、“UN信號”、“VP信號”、“VN信號”、“WP信號”和“WN信號”。“UP信號”、“VP信號”和“WP信號”總體被稱為“P信號”，而“UN信號”、“VN信號”和“WN信號”總體被稱為“N信號”。CPU 105通過執行分別存儲在未示出在附圖中的裝配存儲器或連接存儲器中的程序來控制整個逆變器設備I 。在本實施例中，通過監測從旋轉傳感器31獲得的旋轉傳感器值，針對每個特定電角來確定和設設定各相的載波頻率。因此，CPU 105用作頻率設定單元。基于各相的狀態來執行該確定。CPU 105使用針對各相設定的載波頻率，針對各相為每個IGBT生成驅動信號，并且CPU 105將該信號輸出到驅動電路104。驅動電路104放大從CPU 105輸入的每個驅動信號，并且驅動電路104將該信號輸出到對應的IGBT的柵極。因此，CPU 105和驅動電路104用作信號生成單元，該信號生成單元用于生成輸出到作為開關元件的每個IGBT的驅動信號。在本實施例中，電流相位被視為各相的狀態。因此，對于電流值的絕對值相對大的相，將載波頻率設置為較低，而對于電流值的絕對值相對小的相，將載波頻率設置為較高。通過如此設定載波頻率，在電流值的絕對值大的區域中降低了開關頻率，從而有效地降低了開關損耗。因此，可以更成功地抑制開關損耗。此外，在電流值的絕對值相對大的相中電流變化小，而在電流值的絕對值相對小的相中電流變化大。因此，在電流變化大的相中載波頻率變高，從而保證了可控性。圖2是以上CPU 105的功能配置的說明圖。圖3A和圖3B是電動機3的驅動控制的說明圖。在說明圖2之前，參考圖3A和圖3B來具體說明根據本實施例的電動機3的驅動控制。圖3A示出了 U相電壓波形311、U相電流波形312、V相電壓波形321、V相電流波形322、W相電壓波形331和W相電流波形332。這些波形由作為電角(度)的橫軸和作為電流值和電壓值的縱軸本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
2011.03.15 JP 2011-0565171.一種逆變器設備，所述逆變器設備使用針對各相設置的開關元件來驅動具有可變轉數的多相旋轉電機，所述逆變器設備包括 頻率設定單元，其用于針對通過平均劃分電角的循環而獲得的每個特定電角，根據所述旋轉電機的各相的狀態來確定并設定在驅動各相的所述開關元件時使用的載波信號的載波頻率；以及 信號生成単元，其用于使用由所述頻率設定單元針對各相設定的所述載波頻率的所述載波信號來生成用于驅動各相的所述開關元件的驅動信號，其中， 在所述特定電角處，各相的所述載波頻率是相電壓頻率的整數倍...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高野龍兒，山田洋平，大場智廣，池田成喜，
申請(專利權)人：株式會社豐田自動織機，
類型：發明
國別省市：