專利名稱：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具體地，涉及即使其電源的直流 電壓低也能夠增加再生能量的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1例示了現(xiàn)有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
圖7示出了其電路框圖。在圖7中，l表示三相交流電源，2表 示三相二極管橋式整流電路，3表示具有開(kāi)關(guān)元件3a、電抗器3b和 二極管3c的降壓斬波部分，4表示電壓源三相全橋逆變器部分，用 于通過(guò)其開(kāi)關(guān)動(dòng)作將三相功率提供到交流電機(jī)(PM電機(jī))5， 6表示 與降壓斬波部分3反并聯(lián)連接的再生功率旁路二極管，7表示逆變器 部分控制電路，其被配置為向逆變器部分4輸出開(kāi)關(guān)指令以便使交流 電機(jī)5的功率因數(shù)約為1， 8表示小電容值電容器，其安裝在降壓斬 波部分3的輸出端子之間，9表示啟動(dòng)電路，以及39表示平滑電解 電容器。逆變器部分控制電路7包括電阻分壓電路7a,其被配置 為檢測(cè)交流電4幾5的相電壓；積分器7b，其輸入交流電才幾5的相電 壓；電容器7c，其被配置為確定積分器7b的輸出的正或者負(fù)；光耦 合器7d，其輸入比較器7c的確定結(jié)果；以及邏輯電路7e，其被配置 為利用作為其輸入的來(lái)自光耦合器7d的信號(hào)輸出開(kāi)關(guān)指令。
在邏輯電路7e中，開(kāi)關(guān)指令被輸出到逆變器部分4，以便使相 電壓和相電流變?yōu)楸舜送唷?br> 應(yīng)當(dāng)指出，積分器7b消除了包括在電壓波形中的噪聲。
執(zhí)行開(kāi)關(guān)元件3a的開(kāi)關(guān)的斬波控制電路通過(guò)減法器3d計(jì)算開(kāi) 關(guān)指令值和流入電抗器3b的電流之間的差，以及所述計(jì)算結(jié)果被輸 入到PI控制部分3e。比較器3f執(zhí)行具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)信號(hào)與Pl控制部分3e的輸出信號(hào)之間的幅值比較，并且將比較結(jié)果信號(hào)提供 給開(kāi)關(guān)元件3a作為開(kāi)關(guān)指令。因此，可以抑制交流電才幾5兩端的過(guò) 電流的流動(dòng)。
在專利文獻(xiàn)l中描述的圖7中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，降壓斬波部分3 被集成在逆變器部分4的輸入側(cè)，再生功率旁路二極管6相對(duì)于降壓 斬波部分3反并聯(lián)連接，此外逆變器部分4被構(gòu)建為120度導(dǎo)通逆變 器，并且被控制作為偽電流源逆變器，可以獲得電流源逆變器和電壓 源逆變器兩者的特性。此外，交流電機(jī)5的功率因數(shù)被設(shè)置約為1。 因此，再生功率旁路二極管6的導(dǎo)電時(shí)間間隔可以被縮短，并且可以 變得接近于逆變器部分的波形，并且可以變得接近電流源逆變器的波 形。此外，可以減少高次諧波成分，其電壓波形可以變得接近正弦波 形，并且可以獲得高效率和低噪聲的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
另一方面，非專利文獻(xiàn)1將專利文獻(xiàn)1中描述的方法擴(kuò)展到車(chē) 載的電子驅(qū)動(dòng)輔助渦輪增壓逆變器，特點(diǎn)在于降壓斬波器(偽電流源 逆變器)以及無(wú)傳感器的驅(qū)動(dòng)器。仍然沒(méi)有討論從12伏特的電池電 壓對(duì)電壓進(jìn)行升壓的功能，并且所述電路結(jié)構(gòu)是以72伏特的直流電 源作為前提的。
《專利文獻(xiàn)1》日本專利No.3278188
《非專利文獻(xiàn)1》Toshihiko Noguchi ( Nagaoka University of Technology ) ， 題為 Performance of Mechanical-Sensorless Operation of Pseudo Current-Source Inverter Fed Ultra High-Speed PM motor。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題
在圖7所示的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，檢測(cè)流過(guò)降壓斬波部分3的電抗 器3b的電流并且任意地進(jìn)行反饋控制。這提供了直流供電，并且逆 變器部分4的后級(jí)是偽電流源逆變器，其被配置為以120度導(dǎo)通的逆 變器形式來(lái)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)5。然而，由于通過(guò)整流電路2對(duì)來(lái)自三相交流電源1的三相交流電壓進(jìn)行整流，因此不認(rèn)為進(jìn)行了根據(jù)交流電
機(jī)5的感生電壓的能量再生利用。因此，在電解電容器39兩端的端 電壓低于電抗器3b的輸出端電壓的情況下，再生功率旁路二極管6 不導(dǎo)通。因此，在交流電機(jī)5的感應(yīng)電壓低的情況下不能再生能量。 此外，在圖7中的電路結(jié)構(gòu)中，在逆變器部分4的直流電壓低的情況 下，由于如果交流電機(jī)5端電壓低于逆變器部分4兩端的直流電壓， 則不能控制交流電機(jī)5。因此降低了交流電機(jī)5的端電壓。在上述情 況下，為了確保交流電機(jī)5的輸出，需要大的電機(jī)電流，因此增大了 電機(jī)電流，并且交流電機(jī)5的繞組變粗。由此，電路結(jié)構(gòu)的制造變得 困難，逆變器部分4的尺寸變大，以及相應(yīng)地增加了損耗。為了防止 該損耗，已經(jīng)考慮了使電池的供電電壓變高的方法。然而，由于12 伏或者24伏鉛酸電池用于車(chē)載電機(jī)，因此如果使供電電壓變高則不 能使用該電池電源，并且需要安裝另一高電壓電池。由此，不能實(shí)現(xiàn) 減少部件數(shù)目并且不能降低成本。
此外，通常，在驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)的時(shí)間期間，逆變器部分4的輸 出頻率變得很高。此外，在控制高速電機(jī)的情況下，不能配置轉(zhuǎn)速傳 感器，因此需要無(wú)傳感器的驅(qū)動(dòng)，并且CPU的計(jì)算時(shí)間增加了。此 外，為了應(yīng)付高輸出頻率，在PWM控制的情況下需要增加載波頻 率。此外，為了降低離心力，需要使高速電機(jī)的直徑變小。高速電機(jī) 的繞組線圏具有小直徑的線圏，以及繞組的電抗器L因此變小。為 了驅(qū)動(dòng)具有上述小電抗器L的電機(jī)，需要增加載波頻率，并且在高 載波頻率無(wú)傳感器PWM驅(qū)動(dòng)時(shí)，存在對(duì)CPU能力的限制。
此外，交流電機(jī)5的端電壓低于逆變器部分4的直流側(cè)電壓。 因此，需要對(duì)再生期間的交流電機(jī)的端電壓進(jìn)行升壓。然而，如果升 壓速率高，則損耗變大，并且實(shí)際上，在很大程度上不能進(jìn)行再生。
另一方面，在非專利文獻(xiàn)1中，在專利文獻(xiàn)1中描述的輸入部 分被替換為直流電壓電源，例如電池，并且被應(yīng)用于車(chē)載電功率輔助 渦輪增壓器的超高速無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)的情況。隨后，通過(guò)使得斬波電路 部分成為雙向驅(qū)動(dòng)，即，從電源側(cè)角度來(lái)觀察的降壓斬波器和從負(fù)荷側(cè)角度來(lái)觀察的升壓斬波器，非專利文獻(xiàn)1使得能夠進(jìn)行加速驅(qū)動(dòng)和 再生驅(qū)動(dòng)的兩段式驅(qū)動(dòng)。然而，對(duì)于該方法，其前提是相對(duì)于交流電
機(jī)的感生電壓來(lái)說(shuō)足夠高的72伏直流電壓電源。在考慮用于車(chē)載的 12伏電池的情況下，例如具有相當(dāng)?shù)偷母袘?yīng)電壓的交流電機(jī)是需要 的。從實(shí)際實(shí)踐和制造實(shí)踐角度來(lái)看，這是極為難以安裝和制造的。 因此，在其上安裝了 12伏電池的車(chē)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輔助渦輪增壓器的 應(yīng)用中，其中在功率一旦被增加之后借助于降壓斬波器執(zhí)行偽電流類 型的控制的方法是無(wú)缺點(diǎn)的。在兩種情況中，非專利文獻(xiàn)l都不涉及 升壓操作。
如上述著眼將要解決的任務(wù)，本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器，其能夠執(zhí)行交流電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，能夠利用車(chē)載電池，能夠 通過(guò)在高額定電壓處使用交流電機(jī)來(lái)小型化逆變器部分并使得電機(jī)制 造變得容易，以及能夠擴(kuò)展再生的范圍。
解決所述問(wèn)題的手段
根據(jù)本發(fā)明如權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括直流電 源；第一降壓-升壓斬波器部分，其對(duì)直流電源的電壓進(jìn)行升壓，以 提供在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間期間的逆變器部分的直流電功率；以及第二降 壓-升壓斬波器部分，其被配置為對(duì)所述逆變器部分的直流電壓升壓 以在電機(jī)的再生時(shí)間期間再生至直流電源的功率，所述逆變器部分是 120度導(dǎo)通逆變器并且被配置為將所述逆變器部分的直流電功率轉(zhuǎn)換 為多相交流電功率以驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及將所述多相交流功率轉(zhuǎn)換為直流電 功率以再生電機(jī)的電功率。
根據(jù)本發(fā)明如權(quán)利要求2所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括第一降壓-升壓斬波器部分，其被配置為對(duì)電連接的外部直流電源的電壓進(jìn)行升 壓，以提供在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間期間的逆變器部分的直流電功率；以及 第二降壓-升壓斬波器部分，其被配置為對(duì)所述逆變器部分的直流電 壓升壓，以在電機(jī)的再生時(shí)間期間再生至外部直流電源的功率，所述 逆變器部分是120度導(dǎo)通逆變器并且被配置為將所述逆變器部分的直 流電功率轉(zhuǎn)換為多相交流電功率以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及將所述多相交流功率轉(zhuǎn)換為直流電功率以再生電機(jī)的電功率。
在如權(quán)利要求3所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，所述120度導(dǎo)通逆變器 具有電流源逆變器。
如權(quán)利要求4所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括 二極管，所述二極管具有連接在第二降壓-升壓斬波器部分的電抗器 和所述逆變器部分的直流電流正側(cè)之間的陽(yáng)極，連接到第二降壓-升 壓斬波器部分的電容器的正側(cè)的陰極，所述二極管抑制所述逆變器部 分的柵極關(guān)斷期間的逆變器部分中的電壓升高。
如權(quán)利要求5所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在其中不需要對(duì)所述直流電 源的電壓升壓的電機(jī)的低速驅(qū)動(dòng)區(qū)域中，停止第一降壓-升壓斬波器 部分的升壓操作。
如權(quán)利要求6所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，為了啟動(dòng)所述升壓操作，設(shè) 置電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī)端電壓、電機(jī)溫度、所述逆變器部分的 直流電壓中的至少一個(gè)或多個(gè)，如果電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的指令值、檢測(cè)值或者 估算值，電機(jī)電流的指令值或者檢測(cè)值，電機(jī)兩端的端電壓的指令值 或者檢測(cè)值、電機(jī)溫度的檢測(cè)值、或者所述逆變器部分的直流電壓的 檢測(cè)值等于或者大于該設(shè)置值，則激活第一降壓-升壓斬波器部分， 以及啟動(dòng)反饋控制以便使得由所述第一降壓-升壓斬波器部分升壓的 所述直流電壓變?yōu)轭A(yù)定電壓。
如權(quán)利要求7所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的檢測(cè)值、指 令值或者估算值，電機(jī)電流的檢測(cè)值或者指令值，電機(jī)溫度的檢測(cè) 值，電機(jī)端電壓的檢測(cè)值或者指令值以及所述逆變器部分的直流電壓 的檢測(cè)值來(lái)設(shè)置將通過(guò)第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓的 指令值，以及為了由第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓而執(zhí) 行反饋控制以便提供該指令值。
如權(quán)利要求8的所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如果電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)增加且電機(jī) 的感應(yīng)電壓變?yōu)榈扔诨蛘吒哂谒龅谝唤祲?升壓斬波器部分的升壓 的直流電壓，則停止第一降壓-升壓斬波器部分的操作。
本發(fā)明的效果
8如在上文描述的，在根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1中，所述逆變器
部分是120度導(dǎo)通的逆變器部分。減少了執(zhí)行的開(kāi)關(guān)次數(shù)，并且因此 該逆變器部分適于執(zhí)行高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)控制。此外，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)期 間，在借助于第一降壓-升壓斬波器部分升壓所述電壓至能夠足夠地 驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)栽的直流電壓之后，通過(guò)偽電流源逆變器和第二降壓-升 壓斬波器部分來(lái)驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)，所述偽電流源逆變器由所述120度導(dǎo) 通的逆變器構(gòu)成。由此，即使在高速旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生了超過(guò)電池電壓的 感應(yīng)電壓，不僅可以再生驅(qū)動(dòng)，也變得可以執(zhí)行加速驅(qū)動(dòng)(或者功率 驅(qū)動(dòng))。此外，電機(jī)兩端的端電壓可以變高。不需要大電流，也不需 要使電機(jī)繞組變得更密。能夠容易地制造電機(jī)。所述逆變器部分能夠 被小型化且具有降低的損耗。不言而喻，不需要在另一部分處安裝另 一高電壓電池。此外，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)期間，第一降壓-升壓斬波器部分 對(duì)電池電壓進(jìn)行升壓，因此可以使用具有高額定電壓的電機(jī)。因此， 可以從高的感應(yīng)電壓進(jìn)行再生，以及變得容易進(jìn)行所述再生。此外，
轉(zhuǎn)。 ，,， ''
根據(jù)權(quán)利要求2，第一降壓-升壓斬波器部分對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)期間電 氣地連接的外部直流電源兩端的電壓進(jìn)行升壓，能夠獲得與權(quán)利要求 l相同的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)權(quán)利要求3，所述逆變器部分具有電流源逆變器，由此使得 與其中采用根據(jù)電壓值的轉(zhuǎn)矩控制的電壓源逆變器部分相比，執(zhí)行了 根據(jù)電流值的轉(zhuǎn)矩控制，控制響應(yīng)變快，并且其適于驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的 電機(jī)。
根據(jù)權(quán)利要求4， 二極管反并聯(lián)連接至第二降壓-升壓斬波器部 分，該二極管在所述逆變器部分的柵極關(guān)斷期間將第二降壓-升壓斬 波器部分的輸出旁路至第一降壓-升壓斬波器部分的輸出側(cè)，可以抑 制逆變器部分的電壓升高，并且能夠防止破壞各個(gè)開(kāi)關(guān)元件。
根據(jù)權(quán)利要求5,在其中不需要對(duì)直流電源的電壓進(jìn)行升壓的低 速驅(qū)動(dòng)范圍中，停止第一降壓-升壓斬波器部分的升壓操作，不需要第一降壓-升壓斬波器部分的升壓操作所需的開(kāi)關(guān)元件和電抗器的短路電流，并且可以改善部分負(fù)載效率。
根據(jù)權(quán)利要求6，設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)端電壓、電機(jī)溫度、逆變器部分的直流電壓中的至少一個(gè)或多個(gè)，如果指令值、檢測(cè)電壓以及如果電機(jī)溫度的檢測(cè)值或者逆變器部分的直流電壓的檢測(cè)值等于或者大于所述設(shè)置值，則啟動(dòng)反饋控制以便升壓第一降壓-升壓斬波器部分的直流電壓以提供預(yù)定的電壓。由于在足以在高速旋轉(zhuǎn)范圍中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的低速旋轉(zhuǎn)范圍中在第一降壓-升壓斬波器部分處不執(zhí)行所述升壓操作，因此根據(jù)反饋控制可以改善效率。
根據(jù)權(quán)利要求7，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的估算值、檢測(cè)值或者指令值，電機(jī)電流的檢測(cè)值或者指令值，電機(jī)溫度的檢測(cè)值，電機(jī)端電壓的指令值或者檢測(cè)值以及逆變器部分的直流電壓的檢測(cè)值中的至少一個(gè)或多個(gè)，設(shè)置將被第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓的指令值，執(zhí)行所述反饋控制以便通過(guò)第一降壓-升壓斬波器部分升壓所述直流電壓以提供如上所述設(shè)置的指令值，以及根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī)溫度、電機(jī)端電壓、逆變器部分的直流電壓設(shè)置將由第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓的指令值。所述直流電壓指令值根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī)溫度、電機(jī)端電壓和逆變器部分的直流電壓瞬時(shí)地變化。
根據(jù)權(quán)利要求8，如果電機(jī)的感應(yīng)電壓變得高于第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓，則不能進(jìn)行加速驅(qū)動(dòng)，而是通過(guò)第一降壓-升壓斬波器部分對(duì)直流電源執(zhí)行功率再生驅(qū)動(dòng)。因此，使得大的
再生電流流過(guò)所述直流電源。由此，使得過(guò)大的再生電流流向所述直流電源，并且可能使得直流電源發(fā)生過(guò)電流故障。因此，停止第一降壓-升壓斬波器部分的操作，并且可以防止由于過(guò)量的再生電流而導(dǎo)
致的直流電源損壞。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例1以下，將參考附圖描述具體實(shí)施方式
。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明
的第一最佳方式實(shí)施例1的高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。10表示電池。Cl表示并聯(lián)連接至電池10的電容器。Ll表示與電池10串聯(lián)連接的電抗器，11表示通過(guò)電抗器Ll與電池10并聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)元件，12表示與開(kāi)關(guān)元件ll反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，13表示與電抗器Ll串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)元件，14表示與開(kāi)關(guān)元件13反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，C2表示與串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)元件11、 13并聯(lián)連接的電容器，15表示與開(kāi)關(guān)元件13串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)元件，16表示與開(kāi)關(guān)元件15反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，17表示通過(guò)開(kāi)關(guān)元件15與電容器C2并聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)元件，18表示與開(kāi)關(guān)元件17反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管，L2和19表示與開(kāi)關(guān)元件15串聯(lián)連接的電抗器和電流檢測(cè)器，電抗器L2的輸出被提供至開(kāi)關(guān)元件21-26的三相橋式逆變器部分20，以及逆變器部分20的三相輸出被提供至交流電機(jī)38。逆變器部分20是120度導(dǎo)通的電流源逆變器，并且由六個(gè)開(kāi)關(guān)元件21-26構(gòu)成，以及續(xù)流二極管27-32與所述開(kāi)關(guān)元件21-26反并聯(lián)連接。
33表示用于檢測(cè)交流電機(jī)38的相電壓的電阻分壓電路，35表示用于積分的積分器，36表示用于確定積分器35的輸出的正或負(fù)的比較器。比較器36將開(kāi)關(guān)指令輸出到用于開(kāi)關(guān)元件21-26的柵極驅(qū)動(dòng)電路37,所述比較器36被設(shè)計(jì)使得相電壓和相電流之間的相位相同。
接下來(lái)，將描述上述結(jié)構(gòu)的操作。首先，每次執(zhí)行交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)元件11的導(dǎo)通使得來(lái)自電池10的直流電壓流入電抗器Ll，從而將能量存儲(chǔ)到電抗器Ll中。此后，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件11關(guān)斷時(shí)，由于存儲(chǔ)在電抗器Ll中的能量而出現(xiàn)電壓升高，并且電荷出現(xiàn)在電容器C2中。即使直流電流Vdc高，所述充電也是可能的。此時(shí)，開(kāi)關(guān)元件11導(dǎo)通和關(guān)斷，從而使得電容器C2兩端的電壓恒定，從而執(zhí)行電壓控制(AVR)。
此外，開(kāi)關(guān)元件15的導(dǎo)通使得電流流入電抗器L2，從而在電抗器L2中存儲(chǔ)能量。如果開(kāi)關(guān)元件15關(guān)斷，則存儲(chǔ)在電抗器L2中的能量使得電流持續(xù)通過(guò)續(xù)流二極管18并且通過(guò)逆變器20的任意兩個(gè)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)元件流入電抗器L2。通過(guò)電流檢測(cè)器19檢測(cè)該電流，或者檢測(cè)交流電機(jī)38的轉(zhuǎn)速，或者基于柵極信號(hào)根據(jù)波形估算轉(zhuǎn)速。開(kāi)關(guān)元件15的導(dǎo)通和關(guān)斷控制使得電流或者轉(zhuǎn)速達(dá)到其目標(biāo)值，從而執(zhí)行電流控制(ACR)或者速度控制(ASR)。
逆變器部分20從電抗器L2輸入直流電流(DC電流)，將該直流電流轉(zhuǎn)換為三相交流(AC)電流以將其輸出到交流電機(jī)38。電阻分壓電路33檢測(cè)交流電機(jī)38的相電壓，通過(guò)積分器35積分該相電壓。比較器36確定積分器35的輸出是正值還是負(fù)值。比較器確定的結(jié)果被輸入到柵極驅(qū)動(dòng)電路37。根據(jù)交流電機(jī)38的磁極位置以圖2所示的時(shí)序?qū)?gòu)成逆變器部分20的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件21-26進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷驅(qū)動(dòng)，從而操作120度導(dǎo)通類型的偽電流源逆變器。在圖2中，(a)示出了 (交流電機(jī)的)每一相的感應(yīng)電壓，(b)示出了電樞電流，(c )示出了其每 一 相的鏈接》茲通(interlinkage magneticflux),以及(d)示出了其每一相的磁通相位脈沖，(e)示出了其柵極信號(hào)，以及(f)示出了六個(gè)導(dǎo)通模式。
接下來(lái)，以下將要描述執(zhí)行再生時(shí)的操作。當(dāng)發(fā)生再生時(shí)，交流電才幾38與旋轉(zhuǎn)數(shù)成比例地產(chǎn)生感應(yīng)電壓。此時(shí)，如果開(kāi)關(guān)元件17導(dǎo)通，則使得電流流入續(xù)流二極管27-32中的任意兩個(gè)，從而使得電流流入電抗器L2，將能量存儲(chǔ)到電抗器L2中。此時(shí)，如果開(kāi)關(guān)元件17關(guān)斷，則存儲(chǔ)在電抗器L2中的能量對(duì)逆變器部分20的直流電壓進(jìn)行升壓，并且使得所述電流流動(dòng)通過(guò)續(xù)流二極管16以對(duì)電容器C2充電。此時(shí)，即使電機(jī)38的感應(yīng)電壓較低，也可以對(duì)電容器C2充電。執(zhí)行交流電機(jī)38的電流控制(ACR)或者速度控制，以使得通過(guò)開(kāi)關(guān)元件17的電流恒定，或者執(zhí)行功率控制(APR)以使得電功率恒定。此時(shí)，通過(guò)與直流電壓Vdc的升壓相對(duì)應(yīng)的功率，來(lái)自電機(jī)38的再生功率使得電功率再生至電池10。
此外，當(dāng)電功率再生至電池10時(shí)，開(kāi)關(guān)元件13導(dǎo)通。此時(shí)，由于使得電流流入電抗器Ll以將能量存儲(chǔ)到電抗器Ll中。如果開(kāi)
12關(guān)元件13關(guān)斷，則電抗器Ll中的能量使得電流持續(xù)地流動(dòng)通過(guò)續(xù)流二極管12,從而與開(kāi)關(guān)元件13的導(dǎo)通或關(guān)斷無(wú)關(guān)地使得充電電流連續(xù)地流動(dòng)。如上所述，電抗器Ll、開(kāi)關(guān)元件11、 13和二極管12、 14構(gòu)成了第一降壓-升壓斬波器部分。此外，開(kāi)關(guān)元件15、 17和電抗器L2以及續(xù)流二極管16、 18構(gòu)成了第二降壓-升壓斬波器部分。
在第一實(shí)施例1中，逆變器部分20是120度導(dǎo)通的電流源逆變器。由此，由于可以減少在導(dǎo)通和關(guān)斷之間執(zhí)行開(kāi)關(guān)的次數(shù)，其適于應(yīng)用于高速交流電機(jī)38的控制。此外，在驅(qū)動(dòng)期間，第一降壓-升壓斬波器部分使得電池10兩端的電壓升壓。例如，由此，在使用12伏系統(tǒng)的低電壓車(chē)用電池10的情況下，第一降壓-升壓斬波器部分的升壓動(dòng)作升壓至足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載的直流電壓，并且此后，第二降壓-升壓斬波器部分和120度導(dǎo)通的逆變器部分20驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)38。在例如PM電機(jī)的產(chǎn)生感應(yīng)電壓的電機(jī)中，即使在高速旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生了超出電池10兩端電壓的感應(yīng)電壓，加速驅(qū)動(dòng)也是可能的，而不僅僅只能進(jìn)行再生驅(qū)動(dòng)。此外，由于可以使得逆變器部分20的直流電壓和交流電機(jī)38兩端的端電壓變高，因此可以使得交流電機(jī)38的繞組變細(xì)?？梢苑奖憬涣麟姍C(jī)38的制造，可以使得逆變器部分20小型化，并且即使使用低壓電池也可以驅(qū)動(dòng)具有高額定電壓的電機(jī)。此外，第一降壓-升壓斬波器部分在其驅(qū)動(dòng)期間對(duì)電池兩端的電壓升
壓。由于可以使用具有高額定電壓的電機(jī)，因此可以實(shí)現(xiàn)從具有高感應(yīng)電壓的部分的再生。由此，可以實(shí)現(xiàn)易于再生的電路。
此外，與其中根據(jù)電壓值執(zhí)行轉(zhuǎn)矩控制的電壓源逆變器相比，逆變器部分20具有電流源逆變器，并且執(zhí)行根據(jù)電流值的轉(zhuǎn)矩控制。由此，控制響應(yīng)變快并且其適于驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。此外，第二降壓-升壓斬波器電路的壓降操作(開(kāi)關(guān)元件15的導(dǎo)通和關(guān)斷控制)允許在低于電池電壓的電壓處旋轉(zhuǎn)電才幾38。
第二實(shí)施例2
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二最佳方式實(shí)施例2的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。在圖3中，Dl表示與第二降壓-升壓斬波器部分反并聯(lián)連接 的二極管，其陽(yáng)極連接在逆變器部分20的正直流側(cè)和電抗器L2之 間，以及其陰極連接到電容器C2的正側(cè)。其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的第 一最佳方式相同。在逆變器部分20的柵極關(guān)斷期間，該二極管Dl 使得存儲(chǔ)在電抗器L2中的能量流入電容器C2中，從而能夠抑制逆 變器部分20中的電壓升高，能夠抑制逆變器部分20的直流電壓Vdc 的升高，以及能夠防止構(gòu)成逆變器部分20的各個(gè)開(kāi)關(guān)元件21-26的 損壞。其他效果與實(shí)施例1的第一最佳方式相同。
應(yīng)當(dāng)注意，在之前描述的每一個(gè)最佳方式實(shí)施例中，電池被用 作直流電源，但是也可以使用其它外部直流電源。
第三實(shí)施例3
圖4示出了第三最佳方式實(shí)施例3的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。僅 僅描述電路圖的方法發(fā)生了變化，但電路結(jié)構(gòu)與每個(gè)第一和第二最佳 方式實(shí)施例1、 2相同，以及操作與每個(gè)第一和第二最佳方式實(shí)施例 1、 2相同。然而，需要注意，從圖4省略了逆變器部分20的柵極控 制電路、第二降壓-升壓斬波器部分的電抗器L2的電流控制電路等 等，以及所述柵極控制電路與圖1、 3所示的相同。在最佳方式實(shí)施 例1和2的每一個(gè)中，第一降壓-升壓斬波器部分對(duì)直流電壓Vdc升 壓，在所述直流電壓Vdc處，足以將交流電機(jī)38驅(qū)動(dòng)至高速旋轉(zhuǎn)范 圍。即使在高速旋轉(zhuǎn)范圍，也能夠?qū)崿F(xiàn)加速操作和再生操作。另一方 面，在例如PM電機(jī)的低速旋轉(zhuǎn)范圍，盡管不執(zhí)行升壓驅(qū)動(dòng)操作，但 是在交流電機(jī)38的感應(yīng)電壓不足，低于電池10兩端的電壓的情況 下，能夠以電池10兩端的電壓進(jìn)行加速驅(qū)動(dòng)和再生驅(qū)動(dòng)。在上述情 況下，即，在其中不需要對(duì)等于或者大于電池10兩端電壓的所述電 壓升壓的低速驅(qū)動(dòng)范圍中，停止第一降壓-升壓斬波器部分的升壓操 作。具體地說(shuō)，開(kāi)關(guān)元件13總是導(dǎo)通而開(kāi)關(guān)元件11總是關(guān)斷，從而 4吏得直流電壓Vdc與電池10兩端的電壓一致。
在第三最佳方式實(shí)施例3中，在其中交流電機(jī)38的感應(yīng)電壓充 分地低于電池10兩端的電壓的低速旋轉(zhuǎn)范圍中，停止第一降壓-升壓斬波器部分的升壓操作。由此，不需要升壓操作所需的開(kāi)關(guān)元件11
和從電池10流動(dòng)至電抗器Ll的短路電流，并且改善了部分負(fù)載效 率。此外，由于開(kāi)關(guān)元件13總是導(dǎo)通，因此可以使得電流不僅在電 機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)流動(dòng)，而且可以使得電流在執(zhí)行再生時(shí)也流動(dòng)。 第四實(shí)施例4
在交流電機(jī)38的感應(yīng)電壓或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩需要等于或者高于 電池10兩端的電壓的情況下，需要通過(guò)第一降壓-升壓斬波器部分對(duì) 電池10的直流電壓升壓。因此，根據(jù)交流電機(jī)38的負(fù)載，預(yù)先設(shè)置 了啟動(dòng)第一降壓-升壓斬波器部分的升壓操作的交流電機(jī)38的轉(zhuǎn)數(shù)、 電流、端電壓和逆變器部分的直流電壓中的至少一個(gè)或多個(gè)。即，如 圖5所示，交流電機(jī)38轉(zhuǎn)數(shù)的指令值、檢測(cè)值或者估算值，電機(jī)電 流的指令值或者檢測(cè)值、電機(jī)溫度的指令值或者檢測(cè)值，電機(jī)端電壓 的指令值或者檢測(cè)值，或者逆變器部分的直流電壓的檢測(cè)值和為此的 設(shè)置值被輸入到斬波操作確定部分40。如果轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī) 端電壓、電機(jī)溫度或者逆變器部分的直流電壓的檢測(cè)值等大于或者等 于所述設(shè)置值，則從斬波操作確定部分40輸出將由第一降壓-升壓斬 波器部分升壓的直流電壓Vdc的指令值，該指令值連同所述直流電 壓Vdc的檢測(cè)值一起被輸入到電壓反饋控制裝置41。從反饋控制裝 置41向第一降壓-升壓斬波器部分的開(kāi)關(guān)元件11的柵極輸出導(dǎo)通或 關(guān)斷指令，由此使得指令值與檢測(cè)值一致。執(zhí)行直流電壓Vdc的反 饋控制，以將交流電機(jī)38控制至足以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)38的固定電壓 值。本實(shí)施例中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。
在第四最佳方式實(shí)施例4中，在其中交流電機(jī)38以低速旋轉(zhuǎn)的 低速旋轉(zhuǎn)范圍中，不執(zhí)行第一降壓-升壓斬波器部分的升壓操作。因 此，改善了部分負(fù)載效率。在高速旋轉(zhuǎn)范圍中，啟動(dòng)了由第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓Vdc的反饋控制。所升壓的直流電 壓Vdc可以提供足以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)38的固定電壓值，并且即使在高 速旋轉(zhuǎn)范圍中也能夠提高效率。 第五實(shí)施例5在第五最佳方式實(shí)施例5中，根據(jù)交流電機(jī)38轉(zhuǎn)數(shù)的檢測(cè)值、 指令值或者估算值，電機(jī)電流的檢測(cè)值或者指令值，電機(jī)溫度的檢測(cè) 值，電機(jī)端電壓的檢測(cè)值或者指令值以及逆變器部分的直流電壓的檢 測(cè)值中的至少一個(gè)或多個(gè)，來(lái)設(shè)置由第一降壓-升壓斬波器部分升壓 的直流電壓Vdc的指令值。在第五最佳方式實(shí)施例5中，電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，并且除此之外，執(zhí)行如圖6所示的控制。 即，交流電機(jī)38轉(zhuǎn)數(shù)的檢測(cè)值、指令值或者估算值，電機(jī)電流的檢 測(cè)值或者指令值，電機(jī)溫度的檢測(cè)值，電機(jī)端電壓的檢測(cè)值或者指令 值，和逆變器部分的直流電壓的檢測(cè)值中的至少一個(gè)或多個(gè)值被輸入 到電壓指令產(chǎn)生部分42。電壓指令產(chǎn)生部分42根據(jù)所述輸入值(多 個(gè))設(shè)置由第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓Vdc的指令 值。該指令值連同直流電壓Vdc的檢測(cè)值一起被輸入到電壓反饋控 制裝置43。電壓反饋控制裝置向第一降壓-升壓斬波器部分的開(kāi)關(guān)元 件11的柵極輸出導(dǎo)通或關(guān)斷指令，從而在直流電壓Vdc上執(zhí)行反饋 控制，從而使得所述指令值與其檢測(cè)值一致。例如，檢測(cè)交流電機(jī) 38兩端的端電壓，略高于該端電壓的電壓被設(shè)置為用于執(zhí)行電壓控 制(AVR)的第一降壓-升壓斬波器部分的升壓直流電壓Vdc的電壓 指令值。由此，可以減小流入開(kāi)關(guān)元件11或17或二極管12、 18的 電流，由此可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的損耗減小。在不檢測(cè)交流電才幾38 的感應(yīng)電壓的情況下，可以根據(jù)交流電機(jī)38的轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)其進(jìn)行估算。
在第五最佳方式實(shí)施例5中，根據(jù)交流電機(jī)38的轉(zhuǎn)速、電機(jī)電 流、電機(jī)溫度、電機(jī)端電壓和逆變器部分的直流電壓由第一降壓-升 壓斬波器部分升壓的直流電壓Vdc的指令值即時(shí)地變化。由此，電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以防止部分負(fù)載效率的惡化以及不必要的電壓升壓，并且 反饋控制可以從低速范圍到高速區(qū)提高效率。
第六實(shí)施例6
在第六最佳方式實(shí)施例6中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路結(jié)構(gòu)如圖4所 示。在增加交流電機(jī)38的轉(zhuǎn)數(shù)并且交流電機(jī)38的感應(yīng)電壓變得高于 第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓Vdc，加速驅(qū)動(dòng)高于第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓Vdc的情況下，不能夠再進(jìn)行 加速驅(qū)動(dòng)。然而，對(duì)于再生驅(qū)動(dòng)，在與120度導(dǎo)通的逆變器部分20 的控制和第二降壓-升壓斬波器部分的直流電流控制無(wú)關(guān)的情況下， 使得再生電流流動(dòng)通過(guò)逆變器部分20的續(xù)流二極管27-32。此時(shí)，如 果第一降壓-升壓斬波器部分處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，則使得相應(yīng)的再生電流 通過(guò)第一降壓-升壓斬波器部分的開(kāi)關(guān)元件13流入電池10。應(yīng)該指 出，該再生電流與第二降壓-升壓斬波器部分的電流控制無(wú)關(guān)，根據(jù) 交流電機(jī)38的漏電阻值以及感應(yīng)電壓與第一降壓-升壓斬波器部分升 壓的直流電壓Vdc之間的電位差來(lái)確定該再生電流值。因此，在該 電位差大且交流電機(jī)38的漏電阻值顯著小的情況下，過(guò)量的再生電 流被再生到電池10中。由于過(guò)電流而發(fā)生電池10的損壞。由此，在 第六最佳方式實(shí)施例6中，在交流電機(jī)38的轉(zhuǎn)數(shù)提高且交流電機(jī)38 的感應(yīng)電壓變得高于第一降壓-升壓斬波器部分升壓的直流電壓Vdc 的情況下，強(qiáng)制地關(guān)斷第一降壓-升壓斬波器部分的開(kāi)關(guān)元件13。隨 后，過(guò)量的再生電流不會(huì)流入電池10,由此防止了電池10的損壞。 應(yīng)當(dāng)注意，可以直接檢測(cè)交流電機(jī)38的感應(yīng)電壓，或者可以根據(jù)轉(zhuǎn) 數(shù)估算該感應(yīng)電壓。
在第六最佳方式實(shí)施例6中，即使在感應(yīng)電壓變得大于高速旋 轉(zhuǎn)范圍中的升壓的直流電壓的情況下，也可以防止由于所述過(guò)量的再 生電流而導(dǎo)致的電池10的損壞。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一最佳方式實(shí)施例1的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2示出了第一最佳方式實(shí)施例1中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的操作波形圖。
圖3示出了第二最佳方式實(shí)施例2中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路結(jié)構(gòu)圖。
17圖4示出了第三最佳方式實(shí)施例3中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5示出了第四最佳方式實(shí)施例4中的第一降壓-升壓斬波器部 分的控制框圖。
圖6示出了第五最佳方式實(shí)施例5中的第一降壓-升壓斬波器部 分的控制框圖。
圖7示出了專利文獻(xiàn)1中描述的現(xiàn)有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路結(jié)構(gòu)圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明 10電池
11，13，15，17，21-26 開(kāi)關(guān)元件
12，14，16，18，27-32續(xù)流二極管
20 逆變器部分
38 交流電才幾
40，42 電壓指令產(chǎn)生部分
41,43 電壓反饋控制裝置
C1，C2 電容器
L1，L2 電抗器
Dl 二極管
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括直流電源；第一降壓-升壓斬波器部分，其對(duì)直流電源的電壓進(jìn)行升壓，以在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間期間提供逆變器部分的直流電功率；以及第二降壓-升壓斬波器部分，其被配置為對(duì)所述逆變器部分的直流電壓升壓，從而在電機(jī)的再生時(shí)間期間再生功率至所述直流電源，所述逆變器部分是120度導(dǎo)通的逆變器，并且被配置為將所述逆變器部分的直流電功率轉(zhuǎn)換為多相交流電功率以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及將所述多相交流功率轉(zhuǎn)換為直流電功率，以再生電機(jī)的電功率。
2. —種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括第一降壓-升壓斬波器部分，其被配置為對(duì)電連接的外部直流電 源的電壓進(jìn)行升壓，以在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)間期間提供逆變器部分的直流 電功率；以及第二降壓-升壓斬波器部分，其被配置為對(duì)所述逆變器部分的直 流電壓升壓，以在電機(jī)的再生期間再生功率至外部直流電源，所述逆 變器部分是120度導(dǎo)通的逆變器，并且被配置為將所述逆變器部分的 直流電功率轉(zhuǎn)換為多相交流電功率以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及將所述多相交流 功率轉(zhuǎn)換為直流電功率以再生電機(jī)的電功率。
3. 如權(quán)利要求1或2的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中所述120度導(dǎo)通的逆 變器具有電流源逆變器。
4. 如前述權(quán)利要求1至3的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 進(jìn)一步包括二極管，所述二極管具有連接在第二降壓-升壓斬波器部 分的電抗器和所述逆變器部分的直流電流正側(cè)之間的陽(yáng)極，連接到第 二降壓-升壓斬波器部分的電容器的正側(cè)的陰極，以及所述二極管抑制所述逆變器部分的柵極關(guān)斷期間的逆變器部分中的電壓升高。
5. 如前述權(quán)利要求1至4所述的任何一個(gè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其 中，在其中不需要對(duì)所述直流電源的電壓升壓的電機(jī)的低速驅(qū)動(dòng)區(qū)域 中，停止所述第一降壓-升壓斬波器部分的升壓操作。
6. 如前述權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)的所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中 為了啟動(dòng)所述升壓操作，設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī)端電壓、電 機(jī)溫度、所述逆變器部分的直流電壓中的至少一個(gè)或多個(gè)，如果電機(jī) 轉(zhuǎn)數(shù)的指令值、檢測(cè)值或者估算值，電機(jī)電流的指令值或者檢測(cè)值， 電機(jī)兩端的端電壓的指令值或者檢測(cè)值，電機(jī)溫度的檢測(cè)值，或者所迷逆變器部分的直流電壓的檢測(cè)值等于或者大于該設(shè)置值，則激活第 一降壓-升壓斬波器部分，以及啟動(dòng)反饋控制以使得由所述第一降壓-升壓斬波器部分升壓的所述直流電壓變?yōu)轭A(yù)定電壓。
7. 如前述權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中根據(jù) 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的檢測(cè)值、指令值或估算值，電機(jī)電流的檢測(cè)值或者指令 值，電機(jī)溫度的檢測(cè)值，電機(jī)端電壓的檢測(cè)值或者指令值，和逆變器 部分的直流電壓的檢測(cè)值來(lái)設(shè)置將由第一降壓-升壓斬波器部分升壓 的直流電壓的指令值，并且執(zhí)行反饋控制以使得由第一降壓-升壓斬 波器部分升壓的直流電壓提供該指令值。
8. 如前述權(quán)利要求1至7中任何一個(gè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其中，在 電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)提高且電機(jī)的感應(yīng)電壓變?yōu)榈扔诨蛘吒哂诘谝唤祲?升壓 斬波器部分的升壓的直流電壓的情況下，停止第一降壓-升壓斬波器 部分的操作。
全文摘要
(任務(wù))可以高速驅(qū)動(dòng)，可以利用具有低電壓的電源，以及易于執(zhí)行再生。(解決任務(wù)的手段)在電池10的輸出側(cè)上配置第一降壓-升壓斬波器部分，從而在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器期間對(duì)電池10兩端的電壓升壓，在第一降壓-升壓斬波器部分的輸出側(cè)上配置第二降壓-升壓斬波器部分，從而在再生期間升壓來(lái)自逆變器部分20的電壓，120度導(dǎo)通的電流源逆變器的逆變器部分20被配置在第二降壓-升壓斬波器部分的輸出側(cè)上，以及電機(jī)38被配置在逆變器部分20輸出側(cè)上。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101682278SQ20088001388
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者只野裕吾, 山口崇, 掛林徹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社明電舍