專利名稱:電動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及電車驅(qū)動(dòng)用的交流電動(dòng)機(jī),特別涉及適合控制永磁同步電動(dòng)機(jī) 的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
背景技術(shù):
在根據(jù)已有技術(shù)的電車的控制裝置中,其結(jié)構(gòu)一般為一臺(tái)逆變器并行一并 驅(qū)動(dòng)分別安裝在電動(dòng)車車廂的多個(gè)車軸的多個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(例如下述專利文獻(xiàn) 1)。
作為用一臺(tái)逆變器并行一并驅(qū)動(dòng)多個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)的技術(shù)問(wèn)題,可以舉出 有被一臺(tái)逆變器一并驅(qū)動(dòng)的多個(gè)車輪的直徑(以下稱作"車輪直徑")因磨損程 度的差異而需要進(jìn)行不同的處理。
已知感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度(二轉(zhuǎn)子頻率)是逆變器頻率與轉(zhuǎn)差頻率相加 的值。另一方面,在用一臺(tái)逆變器一并驅(qū)動(dòng)多個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí),該轉(zhuǎn)差頻率具 有較大的意義。這是因?yàn)椋鄠€(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)間共同的逆變器頻率、與多個(gè)感應(yīng) 電動(dòng)機(jī)間不同的轉(zhuǎn)子頻率之差被轉(zhuǎn)差頻率吸收。
此處,以多個(gè)車輪在軌道上旋轉(zhuǎn)且不滑動(dòng)的情況為例進(jìn)行具體說(shuō)明。
電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度在車輪直徑比其他車輪大(即車輪周長(zhǎng)較長(zhǎng))時(shí)小于該 其他車輪的旋轉(zhuǎn)速度,反之,在車輪直徑比其他車輪小(即車輪周長(zhǎng)較短)時(shí)大 于該其他車輪的旋轉(zhuǎn)速度。另一方面,由于逆變器頻率是共同的,因此該旋轉(zhuǎn) 速度差為施加在各感應(yīng)電動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)差頻率差。此時(shí),在多個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)間, 會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)差頻率之差相應(yīng)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的差異,但一般而言,由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 的額定轉(zhuǎn)差頻率被設(shè)定為假定的車輪直徑之差不產(chǎn)生影響的程度,因此產(chǎn)生轉(zhuǎn) 矩的差異較小,不會(huì)帶來(lái)實(shí)用上的問(wèn)題。
這樣,用一臺(tái)逆變器并行一并驅(qū)動(dòng)多個(gè)電動(dòng)機(jī)也與其他優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起, 采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)較為理想。另外,通過(guò)采用用一臺(tái)逆變器并行一并驅(qū)動(dòng)多個(gè)
5感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),由于無(wú)論裝載在車輛上的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的數(shù)量如何,都可以 使逆變器的臺(tái)數(shù)最少,因此可以使控制裝置更小型化、輕量化。
然而,近年來(lái),在產(chǎn)業(yè)設(shè)備或家電領(lǐng)域中,越來(lái)越多地采用由逆變器驅(qū)動(dòng) 的永磁同步電動(dòng)機(jī)。
永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比,由于通過(guò)永磁體建立磁通,因此不需 要?jiǎng)?lì)磁電流,另外,由于在轉(zhuǎn)子中沒(méi)有電流流過(guò),因此具有不會(huì)產(chǎn)生二次銅損、 效率較高這樣的優(yōu)點(diǎn)。因此,近年來(lái),為了將永磁同步電動(dòng)機(jī)用作為電車驅(qū)動(dòng) 用的電動(dòng)機(jī),正進(jìn)行各種研究。
專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)2006 — 014489號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題
將永磁同步電動(dòng)機(jī)用作為電車驅(qū)動(dòng)用的電動(dòng)機(jī)時(shí)的問(wèn)題在于,如何用最小 的裝置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)。
另外,已知永磁同步電動(dòng)機(jī)的逆變器頻率與轉(zhuǎn)子頻率是同步動(dòng)作。因此, 如上所述,不能用一臺(tái)逆變器并行一并驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)速度不同的多個(gè)永磁同步電動(dòng)機(jī)。
因此,在將永磁同步電動(dòng)機(jī)用于電車時(shí),對(duì)每一臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)都需要 驅(qū)動(dòng)用逆變器。然而,在電車的情況下,由于其結(jié)構(gòu)為利用編組中的多臺(tái)電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)各車輪,因此需要的逆變器的數(shù)量增加。其結(jié)果是,用于控制增加的逆 變器的控制部的規(guī)模或成本增大,進(jìn)而無(wú)法避免控制裝置的尺寸、質(zhì)量和成本
的增加。
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的,其目的在于提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置, 該電動(dòng)機(jī)控制裝置包括控制與多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別對(duì)應(yīng)設(shè)置的多個(gè)逆變器的控制 部,其中,將根據(jù)各電動(dòng)機(jī)配置的各計(jì)算部有效地配置在控制部?jī)?nèi),并且通過(guò) 有效地區(qū)分各計(jì)算部的計(jì)算處理內(nèi)容,可以降低尺寸、質(zhì)量和成本。
用于解決問(wèn)題的方法
為了解決上述問(wèn)題、達(dá)到目的,本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置控制多個(gè)
交流電動(dòng)機(jī),其特征是,包括直流電壓源;多個(gè)逆變器部,該多個(gè)逆變器部與上述多個(gè)交流電動(dòng)機(jī)分別對(duì)應(yīng)設(shè)置,將使用來(lái)自上述直流電壓源的直流電壓 而轉(zhuǎn)換的規(guī)定頻率的交流電壓輸出至上述各交流電動(dòng)機(jī);接觸器,該接觸器將 上述各逆變器部的輸出側(cè)進(jìn)行開(kāi)關(guān);電壓檢測(cè)器,該電壓檢測(cè)器檢測(cè)提供給上 述各逆變器部的直流電壓;電流檢測(cè)器,該電流檢測(cè)器檢測(cè)上述各交流電動(dòng)機(jī) 的電流;以及控制部,該控制部基于來(lái)自外部的控制指令、上述電壓檢測(cè)器的 檢測(cè)電壓、上述電流檢測(cè)器的檢測(cè)電流、和表示上述交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的 信號(hào),至少對(duì)上述逆變器部輸出控制信號(hào),上述控制部包括共同計(jì)算部,該 共同計(jì)算部計(jì)算輸出關(guān)于所述各逆變器部的共同的控制信號(hào)個(gè)別計(jì)算部,該個(gè) 別計(jì)算部個(gè)別生成與上述各逆變器部分別相關(guān)的控制信號(hào)并輸出;以及共同邏 輯計(jì)算部,該共同邏輯計(jì)算部基于從上述第一共同計(jì)算部、和從多個(gè)上述個(gè)別 計(jì)算部輸入的上述控制信號(hào),計(jì)算輸出用于對(duì)上述各逆變器部進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的 上述柵極信號(hào)。 發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置,由于將控制部的計(jì)算部的結(jié)構(gòu)區(qū)分 為個(gè)別計(jì)算輸出與各逆變器部分別相關(guān)的控制信號(hào)的個(gè)別計(jì)算部;具有計(jì)算 輸出與各逆變器部相關(guān)的共同的控制信號(hào)的第一共同計(jì)算部及第二共同計(jì)算 部的共同計(jì)算部;以及相對(duì)于多個(gè)個(gè)別計(jì)算部共同設(shè)置的共同邏輯計(jì)算部,并 且,包括,個(gè)別計(jì)算部具有個(gè)別生成與各逆變器部分別相關(guān)的控制信號(hào)并輸 出的功能,共同邏輯計(jì)算部包括基于從第一共同計(jì)算部從多個(gè)個(gè)別計(jì)算部輸入 的控制信號(hào)計(jì)算輸出用于對(duì)各逆變器部進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的柵極信號(hào)、可以同時(shí)控 制與各逆變器部對(duì)應(yīng)的各柵極信號(hào)的功能,因此具有的效果是可以有效地區(qū) 分各計(jì)算部的計(jì)算處理內(nèi)容,并且將對(duì)各電動(dòng)機(jī)相應(yīng)配置的各計(jì)算部有效地配 置在控制部?jī)?nèi),可以降低尺寸、質(zhì)量和成本。
圖1是表示本發(fā)明的理想的實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖2是表示本發(fā)明的理想的實(shí)施方式的控制部的結(jié)構(gòu)例的圖。 圖3是表示基本轉(zhuǎn)矩指令TP0的一個(gè)例子的圖。 標(biāo)號(hào)說(shuō)明l集電裝置 2軌道 3車輪 4架線 IO控制部
20第一共同計(jì)算部
21順序處理部
22保護(hù)檢測(cè)部
23通信處理部
30第二共同計(jì)算部
31基本轉(zhuǎn)矩指令生成部
32平均化處理部
40A、 40B個(gè)別計(jì)算部
41A、 41B轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部
42A、 42B空轉(zhuǎn)控制部
43A、 43B INV控制部
50整流器控制部
51 CNV控制部
60共同邏輯計(jì)算部
61A、 61B、 62柵極邏輯部
63速度計(jì)算部
64接觸器邏輯部
65高速保護(hù)檢測(cè)部
66或門(mén)電路
100控制裝置
CNV整流器部
CT1第一電動(dòng)機(jī)電流傳感器 CT2第二電動(dòng)機(jī)電流傳感器 CTS輸入電流傳感器FC濾波電容器 INV1第一逆變器部
INV2第二逆變器部
K輸入側(cè)接觸器
Ml第一永磁同步電動(dòng)機(jī)
M2第二永磁同步電動(dòng)機(jī)
麗K1、腿K2電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器
PT輸入電壓檢測(cè)器
RZ1第一旋轉(zhuǎn)傳感器
RZ2第二旋轉(zhuǎn)傳感器
SQ順序狀態(tài)
TRF變壓器
具體實(shí)施例方式
下面,基于附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的理想的實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝 置。另外,本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的理想的實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。該 閣中,本實(shí)施方式的控制裝置IOO包括從輸入級(jí)側(cè)依次設(shè)置的輸入電壓檢測(cè)器 PT、輸入側(cè)接觸器K、輸入電流傳感器CTS、整流器部CNV、濾波電容器FC、 第一逆變器部INV1、第二逆變器部INV2、第一電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT1、第二電 動(dòng)機(jī)電流傳感器CT2、以及第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器醒K1、第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器 MMK2而構(gòu)成。
另外,如圖1所示,變壓器TRF的一次側(cè)的一端通過(guò)集電裝置1與架線4 連接,另一端通過(guò)車輪3與地電位即軌道2連接。g卩,來(lái)自變電站(省略圖示) 的輸電功率通過(guò)架線4、集電裝置l、車輪3及軌道2接收。
接下來(lái),說(shuō)明構(gòu)成控制裝置100的各部分的配置、連接結(jié)構(gòu)、功能以及各 部分間的動(dòng)作。
(輸入電壓檢測(cè)器PT)
圖1中,變壓器TRF的二次側(cè)連接至控制裝置100,向輸入側(cè)接觸器K輸入,該接觸器K具有將控制裝置100從變壓器TRF側(cè)隔開(kāi)的功能。變壓器TRF 的二次側(cè)的電壓即輸入電壓VS通過(guò)輸入電壓檢測(cè)器PT輸入至控制部10。另外, 由于變壓器TRF的二次側(cè)電壓通常為高壓(1500V左右),因此其結(jié)構(gòu)也可以為 對(duì)變壓器TRF設(shè)置低壓繞組并從此處得到輸入電壓VS。 (輸入側(cè)接觸器K)
輸入側(cè)接觸器K是具有可以開(kāi)關(guān)幾百安電流的能力的接觸器,在使控制裝 置100停止時(shí)、或產(chǎn)生異常時(shí)設(shè)定為斷開(kāi)的狀態(tài),在通常運(yùn)行時(shí)設(shè)定為接通狀 態(tài)。另外,控制指令KC從控制部10輸出至輸入側(cè)接觸器K,通過(guò)將內(nèi)置的閉 合線圈接通/斷開(kāi),進(jìn)行主觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)控制。另外,輸入側(cè)接觸器K的主觸點(diǎn) 的狀態(tài)例如利用機(jī)械聯(lián)動(dòng)的輔助觸點(diǎn)等作為觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)KF返回控制部10。
(輸入電流傳感器CTS)
在輸入側(cè)接觸器K的下一級(jí)設(shè)置用于檢測(cè)輸入電流IS的輸入電流傳感器 CTS。由輸入電流傳感器CTS檢測(cè)到的輸入電流IS輸入至控制部10。 (整流器部CNV)
在輸入電流傳感器CTS的下一級(jí)設(shè)置將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓 VD并輸出至濾波電容器FC的整流器部CNV。整流器部CNV具有由IGBT等開(kāi)關(guān) 元件構(gòu)成的橋式電路, 一般而言是使各開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行PWM動(dòng)作的所謂電壓式 P麗整流器的結(jié)構(gòu)。向整流器部CNV從控制部10輸入對(duì)各開(kāi)關(guān)元件的柵極信號(hào) CG,反之,整流器部CNV向控制部10輸出各開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)CGF。另 外,由于電壓式P麗整流器的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作是己知的技術(shù),因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。
(濾波電容器FC)
在整流器部CNV的輸出側(cè)連接濾波電容器FC。另外,與濾波電容器FC的 正負(fù)端子并聯(lián)連接第一逆變器部INV1及第二逆變器部INV2,對(duì)它們分別提供 整流器部CNV的輸出電壓即直流電壓VD。
(第一逆變器部INV1、第二逆變器部INV2)
第一逆變器部INV1具有由IGBT等開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的橋式電路, 一般而言是 使各開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行P麵動(dòng)作的所謂電壓式P麗逆變器的結(jié)構(gòu)。向第一逆變器部 INV1從控制部10輸入對(duì)各開(kāi)關(guān)元件的柵極信號(hào)IG1,反之,第一逆變器部INV1 向控制部10輸出各開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)IGF1。另外,由于電壓式PWM逆
10變器的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作是已知的技術(shù),因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。另外,由于第二逆變
器部頂V2的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作與第一逆變器部INV1相同,因此省略與其結(jié)構(gòu)及動(dòng)作
相關(guān)的說(shuō)明。
(第一電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT1、第二電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT2) 在第一逆變器部INV1的輸出側(cè)設(shè)置檢測(cè)第一逆變器部INV1的輸出電流 (即電動(dòng)機(jī)電流)的第一電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT1。由電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT1檢測(cè) 的第一電動(dòng)機(jī)電流II輸入至控制部10。另夕卜,在第二逆變器部INV2的輸出側(cè) 也設(shè)置第二電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT2,由第二逆變器部INV2檢測(cè)的輸出電流輸入 節(jié)控制部10。
(第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器廳K1、第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器醒K2) 在電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT1的下一級(jí)設(shè)置第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器醒K1。第一 電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMl是具有可以開(kāi)關(guān)幾百安電流的能力的接觸器,在使控制 裝置100停止時(shí)、或產(chǎn)生異常時(shí)設(shè)定為斷開(kāi)的狀態(tài),在通常運(yùn)行時(shí)設(shè)定為接通 狀態(tài)。另夕卜,控制信號(hào)MKC1從控制部10輸出至第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器畫(huà)K1,通 過(guò)將內(nèi)置的閉合線圈接通/斷開(kāi),進(jìn)行主觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)控制。第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸 器醒K1的主觸點(diǎn)的狀態(tài)例如利用機(jī)械聯(lián)動(dòng)的輔助觸點(diǎn)等作為觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào) MKF1返回控制部10。另外,在電動(dòng)機(jī)電流傳感器CT2的下一級(jí)設(shè)置第二電動(dòng) 機(jī)側(cè)接觸器麗K2,但由于其功能及動(dòng)作與第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK1相同,因
此省略與該功能及動(dòng)作相關(guān)的說(shuō)明。 (第一永磁同步電動(dòng)機(jī)M1)
在第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK1的下一級(jí)連接第一永磁同步電動(dòng)機(jī)M1。第一 永磁同步電動(dòng)機(jī)M1的結(jié)構(gòu)為與車輪3機(jī)械連接,驅(qū)動(dòng)該車輪3。另外,與第一 永磁同步電動(dòng)機(jī)Ml連接第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1,其檢測(cè)值Rl輸入至控制部10。
(第二永磁同步電動(dòng)機(jī)M2)
另外,在第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器麗K2的下一級(jí)連接第二永磁同步電動(dòng)機(jī)M2, 第二永磁同步電動(dòng)機(jī)M2與第一永磁同步電動(dòng)機(jī)M1所連接的車輪3不同的其他 車輪3機(jī)械連接。另外,對(duì)第二永磁同步電動(dòng)機(jī)M2也連接第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2, 其檢測(cè)值R2輸入至控制部10。
(第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1、第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2)第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1及第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2都被稱為編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器 (resolver),這些旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)的檢測(cè)值RK R2是表示各電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的絕 對(duì)位置的信號(hào)。另外,根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電壓和電流經(jīng)計(jì)算求出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對(duì) 位置的不需要旋轉(zhuǎn)傳感器的所謂無(wú)傳感器控制方式也被付諸實(shí)際應(yīng)用。在無(wú)傳 感器控制方式的情況下,不需要第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1及第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2。 (控制部10)
控制部10由微型計(jì)算機(jī)(以下稱作"微機(jī)")或邏輯電路及向其提供電源 的控制電源構(gòu)成,基于從電車的駕駛臺(tái)(未圖示)等輸入的運(yùn)行指令信號(hào)CMD、 和從如上所述的各部分輸入的狀態(tài)信號(hào)(至少包括輸入電壓VS、輸入側(cè)接觸器 K的觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)KF、輸入電流IS、整流器部的開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)CGF、 直流電壓VD、第一逆變器部的開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)IGF1、第二逆變器部 的開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)IGF2、第一電動(dòng)機(jī)電流Il、第二電動(dòng)機(jī)電流I2、 第-電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK1的觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)MKF1、第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK2 的觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)MKF2、第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1的檢測(cè)值R1、以及第二旋轉(zhuǎn)傳感 器RZ2的檢測(cè)值R2),根據(jù)預(yù)先決定的順序向各部分輸出控制信號(hào)(KC、CG、IG1、 IG2、 MKC1、以及服C2),從而控制各部分,在輸入的狀態(tài)信號(hào)表示異常值時(shí), 利用向各部輸出的控制信號(hào),進(jìn)行使各部停止等的控制動(dòng)作。
另外,除了上述控制信號(hào)以外,作為從控制部IO輸出的信號(hào)還有狀態(tài)通 知信號(hào)STD,作為輸入至控制部10的信號(hào)還有運(yùn)行指令信號(hào)CMD。狀態(tài)通知信 號(hào)STD是用于表示控制裝置100的各部分的動(dòng)作狀態(tài)或異常狀態(tài)的信號(hào),例如 向外部的駕駛臺(tái)或設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視裝置等(都未圖示)以數(shù)據(jù)通信或觸點(diǎn)信號(hào)等 形態(tài)輸出。運(yùn)行指令信號(hào)CMD至少包含與前進(jìn)倒車的指令、動(dòng)力運(yùn)行指令及其 強(qiáng)度、制動(dòng)指令及與其強(qiáng)度相應(yīng)的信號(hào)。
另外,在圖1中,作為電動(dòng)機(jī)控制裝置的理想的實(shí)施方式,表示了交流電 電車作為一個(gè)例子,但對(duì)于地鐵或郊外電車等使用較多的直流電電車也可以同 樣適用。在用于直流輸入的電車時(shí),不需要變壓器TRF及整流器部CNV的結(jié)構(gòu), 將從架線4供電的直流電壓(一般為DC600V至3000V左右)作為直流電壓VD直 接施加在濾波電容器FC即可。
(控制部10的詳細(xì)結(jié)構(gòu))接下來(lái),說(shuō)明控制部10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。另外,圖2是表示本發(fā)明的理想的 實(shí)施方式的控制部10的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖2所示,控制部10包括第一共同計(jì)
算部20、第二共同計(jì)算部30、個(gè)別計(jì)算部40A、 40B、整流器控制部50、以及 共同邏輯計(jì)算部60而構(gòu)成。
(第一共同計(jì)算部20的結(jié)構(gòu))
第一共同計(jì)算部20包括順序處理部21、保護(hù)檢測(cè)部22、以及通信處理部 23而構(gòu)成。
(第一共同計(jì)算部20 —順序處理部21)
向順序處理部21輸入來(lái)自外部的運(yùn)行指令信號(hào)CMD及來(lái)自控制裝置100 的各構(gòu)成部的狀態(tài)信號(hào)(VS、 KF、 IS、 CGF、 VD、 IGF1、 IGF2、 II、 12、 MKF1、 MKF2、 FM1、 FM2)。順序處理部21基于運(yùn)行指令信號(hào)CMD,按照預(yù)先決定的順 序邏輯,將包含與前進(jìn)/倒車指令相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩指令的符號(hào)或動(dòng)力運(yùn)行和制動(dòng)指 令、轉(zhuǎn)矩的切斷指令等控制信號(hào)CS對(duì)后述的基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31輸出,并 且將輸入側(cè)接觸器K的接通指令即KC、第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK1的接通指令 即MKC1、以及第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK2的接通指令即MKC2向后述的共同邏輯 計(jì)算部60輸出。
(第一共同計(jì)算部20 —保護(hù)檢測(cè)部22)
保護(hù)檢測(cè)部22基于上述狀態(tài)信號(hào),生成控制信號(hào)S冊(cè)并輸出至共同邏輯 計(jì)算部60。另外,保護(hù)檢測(cè)部22在控制裝置各部分的電壓和電流等超過(guò)規(guī)定
值時(shí)等情況下判斷為異常,將該判斷為異常時(shí)的信號(hào)作為異常檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)PF 輸出至通信處理部23。
(第--共同計(jì)算部20 —通信處理部23)
向通信處理部23輸入來(lái)自控制裝置各部分的狀態(tài)信號(hào)(VS、 KF、 IS、 CGF、 VD、 IGF1、 IGF2、 II、 12、 MKF1、 MKF2、 FM1、 FM2)、來(lái)自保護(hù)檢測(cè)部22的異 常檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)PF、以及來(lái)自順序處理部21的順序狀態(tài)SQ。通信處理部23 對(duì)電車的駕駛臺(tái)或設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視裝置(都未圖示)等,以數(shù)據(jù)通信或觸點(diǎn)信號(hào)等 形態(tài)輸出狀態(tài)通知信號(hào)STD。
(第二共同計(jì)算部30的結(jié)構(gòu))
第二共同計(jì)算部30包括基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31及平均化處理部32而構(gòu)
13成。
(第二共同計(jì)算部30 —基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31)
來(lái)自順序處理部21的控制信號(hào)CS輸入至基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31?;?轉(zhuǎn)矩指令生成部31使用控制信號(hào)CS所包含的動(dòng)力運(yùn)行指令、制動(dòng)指令及其各 自的大小的指令,生成基本轉(zhuǎn)矩指令TPO。另外,基本轉(zhuǎn)矩指令TPO是至少根 據(jù)動(dòng)力運(yùn)行指令、制動(dòng)指令、其各自的大小的指令、以及電車的速度而決定的值。
(第二共同計(jì)算部30 —平均化處理部32)
另外,用于生成基本轉(zhuǎn)矩指令TPO的電車的速度是由平均化處理部32生 成的。平均化處理部32將基于從第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1得到的檢測(cè)值Rl而生成 的第.永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM1、和基于從第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2得到的檢測(cè) 值R2而生成的第二永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM2進(jìn)行平均化計(jì)算,將該平均化 計(jì)算輸出作為平均電動(dòng)機(jī)速度FMA輸出至基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31。
另外,圖3是表示基本轉(zhuǎn)矩指令TP0的一個(gè)例子的圖,橫軸表示平均化處 理部32生成的平均電動(dòng)機(jī)速度FMA,縱軸表示基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31生成的 基本轉(zhuǎn)矩指令TPO。如圖3所示,基本轉(zhuǎn)矩指令TPO具有取決于平均電動(dòng)機(jī)速 度FMA的幾個(gè)曲線,這些曲線根據(jù)來(lái)自順序處理部21的控制信號(hào)CS進(jìn)行切換。
(個(gè)別計(jì)算部40A、 40B的結(jié)構(gòu))
基本轉(zhuǎn)矩指令TPO輸入至個(gè)別計(jì)算部40A、 40B。這些個(gè)別計(jì)算部由對(duì)應(yīng) 于第一永磁同步電動(dòng)機(jī)M1的控制的個(gè)別計(jì)算部40A、和對(duì)應(yīng)于第二永磁同步電 動(dòng)機(jī)M2的控制的個(gè)別計(jì)算部40B構(gòu)成。另外,雖然沒(méi)有特別圖示,但由控制 部10控制的電動(dòng)機(jī)的數(shù)量不限于2臺(tái)。另外,在需要第三、第四永磁同步電 動(dòng)機(jī)的控制時(shí),追加設(shè)置分別對(duì)應(yīng)的個(gè)別計(jì)算部即可。另外,各個(gè)個(gè)別計(jì)算部 的結(jié)構(gòu)如圖2所示,除了標(biāo)號(hào)不同,其結(jié)構(gòu)、配置、功能等相同。因此,在下 面的說(shuō)明中,以對(duì)應(yīng)于第一永磁同步電動(dòng)機(jī)M1的控制而設(shè)置的個(gè)別計(jì)算部40A
為代表進(jìn)行說(shuō)明。
(個(gè)別計(jì)算部40A的結(jié)構(gòu))
個(gè)別計(jì)算部40A包括轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A、空轉(zhuǎn)控制部42A、以及INV控 制部43A而構(gòu)成。(個(gè)別計(jì)算部40A —轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A)
向轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A輸入基本轉(zhuǎn)矩指令TPO及來(lái)自空轉(zhuǎn)控制部42A的控 制信號(hào)SS1,計(jì)算轉(zhuǎn)矩指令TP1并輸出至INV控制部43A。轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A 具有根據(jù)來(lái)自空轉(zhuǎn)控制部42A的控制信號(hào)SS1減少基本轉(zhuǎn)矩指令、并將調(diào)整的 最佳值作為轉(zhuǎn)矩指令TP1輸出的功能。另外,轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A具有在輸入 冇過(guò)大的基本轉(zhuǎn)矩指令TPO時(shí)、對(duì)其進(jìn)行限制并調(diào)整為最佳的轉(zhuǎn)矩指令TP1的 功能。
此處,進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A具有的上述功能。如上所述, 由第二共同計(jì)算部30生成的基本轉(zhuǎn)矩指令TPO,是以平均電動(dòng)機(jī)速度FMA為基 準(zhǔn)算出的。另一方面,如后所述,第二共同計(jì)算部30的計(jì)算周期設(shè)定得比個(gè) 別計(jì)算部41A要慢。因此,特別是在電車的速度變化而基本轉(zhuǎn)矩指令TPO變化 的狀態(tài)下,可能出現(xiàn)基本轉(zhuǎn)矩指令TPO超過(guò)各電動(dòng)機(jī)的可輸出的最大轉(zhuǎn)矩的狀 態(tài)。由于這樣的狀態(tài)會(huì)成為控制不穩(wěn)定的原因,因此轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A具有 轉(zhuǎn)矩指令TP1限制在電動(dòng)機(jī)的可輸出的最大轉(zhuǎn)矩以下的功能。
(個(gè)別計(jì)算部40A —空轉(zhuǎn)控制部42A)
空轉(zhuǎn)控制部42A輸入有第一永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM1和第二永磁同步電 動(dòng)機(jī)的速度FM2,例如在第一永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM1與第二永磁同步電動(dòng) 機(jī)的速度FM2之差在規(guī)定值以上時(shí),或在第一永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM1和/ 或第二永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM2在規(guī)定的加速度以上時(shí),視作是車輪空轉(zhuǎn), 計(jì)算使轉(zhuǎn)矩指令TP1減少的轉(zhuǎn)矩指令的減少量,將其包含在控制指令SS1中并 輸出至轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A。另外,由于空轉(zhuǎn)控制部42A的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及功能存 在各種己知例,因此此處省略說(shuō)明。
(個(gè)別計(jì)算部40A — INV控制部43A)
向INV控制部43A至少輸入轉(zhuǎn)矩指令TP1、來(lái)自第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1的檢 測(cè)值Rl、以及第一電動(dòng)機(jī)電流II。 INV控制部43A根據(jù)輸入的轉(zhuǎn)矩指令TP1 來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)電流指令,計(jì)算逆變器電壓指令I(lǐng)PW1并輸出,使該電動(dòng)機(jī)電流 指令與第一電動(dòng)機(jī)電流II 一致。另外,由于對(duì)INV控制部43A可以適用一般 使用較多、且已知的技術(shù)即矢量控制技術(shù),因此此處省略說(shuō)明。
(整流器控制部50的結(jié)構(gòu))整流器控制部50包括CNV控制部51而構(gòu)成。(整流器控制部50—CNV控制部51)
向CNV控制部51至少輸入來(lái)自順序處理部21的控制信號(hào)CS、輸入電壓VS、直流電壓VD的指令值VDR、直流電壓VD、以及輸入電流IS。 CNV控制部51基于使得檢測(cè)的直流電壓VD與指令值VDR —致而進(jìn)行的PI控制的結(jié)果、和輸入電壓VS的相位信息,生成輸入電流指令,計(jì)算整流器電壓指令CPW,使得輸入電流指令與輸入電流IS—致,輸出至后述的柵極邏輯部62。另外,由于對(duì)整流器控制部50也可以適用已知的技術(shù)即電壓式PWM整流器的控制方法,因此此處省略詳細(xì)的說(shuō)明。
(共同邏輯計(jì)算部60的結(jié)構(gòu))
共同邏輯計(jì)算部60包括柵極邏輯部61A、 61B、柵極邏輯部62、速度計(jì)算部63、接觸器邏輯部64、高速保護(hù)檢測(cè)部65、以及或門(mén)電路66而構(gòu)成。(共同邏輯計(jì)算部60 —柵極邏輯部61A)
向柵極邏輯部61A輸入來(lái)自INV控制部43A的逆變器電壓指令I(lǐng)PW1、來(lái)白第一逆變器部INV1的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)IGF1、以及后述的柵極斷開(kāi)信號(hào)GOF。柵極邏輯部61A計(jì)算與輸入的逆變器電壓指令I(lǐng)PW1對(duì)應(yīng)的PWM柵極信號(hào)IG1,并輸出至第一逆變器部INV1。另外,P麗柵極信號(hào)IG1的生成一般而言是基于載波信號(hào)(未圖示)與逆變器電壓指令I(lǐng)PW1的比較結(jié)果而進(jìn)行的方式,但關(guān)于其細(xì)節(jié),由于可以使用己知的技術(shù),因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。另外,柵極邏輯部61A在輸入的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)IGF1表示構(gòu)成第一逆變器部INV1的開(kāi)關(guān)元件(未圖示)的異常時(shí),輸出異常檢測(cè)信號(hào)FO。另外,作為開(kāi)關(guān)元件(未圖示)的異常狀態(tài),考慮有開(kāi)關(guān)元件的過(guò)電流、溫度過(guò)高、驅(qū)動(dòng)電壓的下降等。
(共同邏輯計(jì)算部60 —柵極邏輯部61B)
向柵極邏輯部61B輸入來(lái)自INV控制部43B的逆變器電壓指令I(lǐng)PW2、來(lái)自第二逆變器部INV2的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)IGF2、以及后述的柵極斷開(kāi)信號(hào)GOF。另外,關(guān)于柵極邏輯部61B的功能,由于將柵極邏輯部61A的說(shuō)明中的"IGF1"替換為"IGF2" 、 "INV1"替換為"INV2" 、 "IG1"替換為"IG2"、"構(gòu)成第 -逆變器部INV1的開(kāi)關(guān)元件"替換為"構(gòu)成第二逆變器部INV2的開(kāi)關(guān)元件",就可以說(shuō)明該功能,因此省略其詳細(xì)的說(shuō)明。(共同邏輯計(jì)算部60 —柵極邏輯部62)
向柵極邏輯部62輸入來(lái)自CNV控制部51的整流器電壓指令CPff、來(lái)自整流器部CNV的動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)CGF及后述的柵極斷開(kāi)信號(hào)GOF。另外,關(guān)于柵極邏輯部62的功能,由于將柵極邏輯部61A的說(shuō)明中的"IGF1"替換為"CGF"、"第一逆變器部INV1"替換為"整流器部CNV" 、 "IG1"替換為"CG"、"構(gòu)成第一逆變器部INV1的開(kāi)關(guān)元件"替換為"構(gòu)成整流器部CNV的開(kāi)關(guān)元件",就可以說(shuō)明該功能,因此省略其詳細(xì)的說(shuō)明。(共同邏輯計(jì)算部60 —速度計(jì)算部63)
向速度計(jì)算部63輸入來(lái)自第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1的表示電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置的信號(hào)R1,并且輸入來(lái)自第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2的表示電動(dòng)機(jī)M2的轉(zhuǎn)r的絕對(duì)位置的信號(hào)R2。速度計(jì)算部63基于從第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1得到的信號(hào)Rl來(lái)計(jì)算第一永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM1,并且基于從第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2得到的信號(hào)R2來(lái)計(jì)算第二永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度FM2。
(共同邏輯計(jì)算部60 —接觸器邏輯部64)
向接觸器邏輯部64輸入從順序處理部21輸入的輸入側(cè)接觸器K的控制信兮即KC、第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器醒K1的控制信號(hào)即MKC1、以及第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器廳K2的控制信號(hào)即MKC2,以及輸入來(lái)自輸入側(cè)接觸器K、第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK1、第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK2的表示各個(gè)觸點(diǎn)狀態(tài)的觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)KF、 MKF1、 MKF2。接觸器邏輯部64將從順序處理部21輸入的對(duì)輸入側(cè)接觸器K的接通指令信號(hào)即KC、對(duì)第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK1的接通指令信號(hào)即MKC1、和對(duì)第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MM2的接通指令信號(hào)即MKC2,分別轉(zhuǎn)換為對(duì)輸入側(cè)接觸器K、第一電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器麗K1及第二電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器MMK2的閉合線圈驅(qū)動(dòng)電壓(DC100V等)并輸出。另外,接觸器邏輯部64在來(lái)自順序處理部21的接通指令信號(hào)KC、 MKC1、 MKC2為斷開(kāi)時(shí),或者在來(lái)自各接觸器的觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)KF、 MKF1、 MKF2為斷開(kāi)時(shí),輸出控制信號(hào)KOF。
(共同邏輯計(jì)算部60 —高速保護(hù)檢測(cè)部65)
向高速保護(hù)檢測(cè)部65輸入有輸入電壓VS、輸入電流IS、直流電壓VD、第一電動(dòng)機(jī)電流Il、第二電動(dòng)機(jī)電流I2、以及異常檢測(cè)信號(hào)FO。高速保護(hù)檢測(cè)部65在輸入的信號(hào)分別不滿足規(guī)定值的條件時(shí),輸出保護(hù)檢測(cè)信號(hào)HWH。另外,關(guān)于輸入電壓VS、輸入電流IS、直流電壓VD、第一電動(dòng)機(jī)電流Il、以及第二電動(dòng)機(jī)電流12與規(guī)定值的條件的比較處理、和保護(hù)檢測(cè)信號(hào)HWH的輸出處理,較為理想的是不使用軟件的計(jì)算,而使用近年來(lái)廣泛使用的FPGA(FieldProgrammable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)等硬件結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用這種硬件結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行比軟件更高速(計(jì)算周期為約數(shù)"s)的保護(hù)動(dòng)作。(共同邏輯計(jì)算部60 —或門(mén)電路66)
向或門(mén)電路66輸入來(lái)自高速保護(hù)檢測(cè)部65的保護(hù)檢測(cè)信號(hào)HWH、來(lái)自接觸器邏輯部64的控制信號(hào)KOF、以及來(lái)自順序處理部21的控制信號(hào)S冊(cè)?;蜷T(mén)電路66的輸出作為柵極斷開(kāi)信號(hào)G0F, 一并輸入至柵極邏輯部61A、 61B、62。若柵極邏輯部61A、 61B、 62輸入有柵極斷開(kāi)信號(hào)G0F,則將柵極信號(hào)IG1、rG2、 CG斷開(kāi)。
根據(jù)如上所述構(gòu)成的共同邏輯計(jì)算部60,在根據(jù)保護(hù)檢測(cè)信號(hào)HWH、來(lái)自接觸器邏輯部64的控制信號(hào)K0F、或者來(lái)自順序處理部21的控制信號(hào)SWH表示異常狀態(tài)時(shí),可以同時(shí)斷開(kāi)各柵極信號(hào)。進(jìn)一步補(bǔ)充說(shuō)明,由于如圖l所示的整流器部CNV、各逆變器部INV1、 INV2是與濾波電容器FC共同連接并共有l(wèi)':l:流電壓VD的結(jié)構(gòu),因此為了避免部分產(chǎn)生的異常所導(dǎo)致的影響(例如過(guò)電壓)波及健全部分,高速同時(shí)斷開(kāi)各柵極信號(hào)是極為重要的功能。
(各計(jì)算部的計(jì)算周期)
另外,關(guān)于用于進(jìn)行上述處理的各計(jì)算部的計(jì)算周期,較為理想的是第一共同計(jì)算部20和第二共同計(jì)算部30設(shè)定為數(shù)ms,個(gè)別計(jì)算部40A、 40B、整流器控制部50的計(jì)算周期設(shè)定為幾十u s到幾百y s,共同邏輯計(jì)算部60的計(jì)算周期設(shè)定為數(shù)"s以下。其原因如下。
第-共同計(jì)算部20和第二共同計(jì)算部30主要具有的功能包括基于運(yùn)行指令信號(hào)CMD生成包含與前進(jìn)倒車指令相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩指令的符號(hào)或動(dòng)力運(yùn)行和制動(dòng)指令等的控制指令的功能;檢測(cè)冷卻裝置的異?;驕囟壬仙臋z測(cè)功能;檢測(cè)接觸器類的動(dòng)作異常等的不需要y秒級(jí)的快速處理的保護(hù)功能;以及以監(jiān)視外部的動(dòng)作狀態(tài)為目的的通信功能。用于實(shí)現(xiàn)這些功能的計(jì)算速度是比較低速即可。
另一方面,由于個(gè)別計(jì)算部40A、 40B、以及整流器控制部50的各個(gè)處理都需要實(shí)施電動(dòng)機(jī)電流或者輸入電流的控制,因此需要可以對(duì)應(yīng)于主電路的電流變化的高速的計(jì)算速度。
再有,共同邏輯計(jì)算部60需要對(duì)逆變器部INV1、 INV2、整流器部的開(kāi)關(guān)元件輸出柵極信號(hào)的功能,以及需要保護(hù)不受過(guò)電流、過(guò)電壓影響的高速的保護(hù)動(dòng)作,需要比個(gè)別計(jì)算部40A、 40B高一個(gè)數(shù)量級(jí)的高速的計(jì)算處理時(shí)間。
另外,如果能將所有的處理的計(jì)算周期設(shè)定在數(shù)ws內(nèi),則雖然從性能的觀點(diǎn)而言比較理想,但在當(dāng)前的技術(shù)條件下,計(jì)算速度越快,進(jìn)行計(jì)算的微機(jī)的耗電功率也越大,會(huì)導(dǎo)致對(duì)微機(jī)提供電源的控制電源增大容量。另外,由于L卜算速度越快,微機(jī)的發(fā)熱也越大,控制部10中內(nèi)置的冷卻翅片或冷卻風(fēng)扇也越大,因此導(dǎo)致控制部10的尺寸、質(zhì)量和成本增大。
另 一方面,若根據(jù)計(jì)算內(nèi)容設(shè)定最佳的計(jì)算速度,則由于可以確保電動(dòng)機(jī)的控制性能,且抑制微機(jī)的耗電功率,可以抑制微機(jī)的發(fā)熱,因此可以使控制電源容量小型化,使冷卻翅片或冷卻風(fēng)扇小型化。另外,若控制部10能實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化、和低成本化,則控制裝置100也可以實(shí)現(xiàn)尺寸、質(zhì)量和成本的降低。
如上所述,由于控制部10包括生成與多個(gè)逆變器部INV1、 INV2相關(guān)的共同的控制信號(hào)CS的第一共同計(jì)算部20;計(jì)算輸出與多個(gè)逆變器部INV1、INV2相關(guān)的共同的基本轉(zhuǎn)矩指令TPO的第二共同計(jì)算部30;個(gè)別計(jì)算輸出與多臺(tái)逆變器部INV1、 INV2分別相關(guān)的逆變器電壓指令I(lǐng)PW1、 IPW2的個(gè)別計(jì)算部40A、10B;以及基于來(lái)自共同計(jì)算部20、 30及個(gè)別計(jì)算部40A、 40B的控制信號(hào)而向多個(gè)逆變器部INV1、 INV2輸出柵極信號(hào)IG1、 IG2的共同邏輯計(jì)算部60,因此具有以下效果。
(本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置帶來(lái)的效果)
首先,如上所述,由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的逆變器頻率和轉(zhuǎn)子頻率同步動(dòng)作,
ra此無(wú)法用一臺(tái)逆變器并行一并驅(qū)動(dòng)多個(gè)永磁同步電動(dòng)機(jī),對(duì)每一臺(tái)永磁同步
電動(dòng)機(jī)都需要驅(qū)動(dòng)用逆變器,對(duì)各個(gè)逆變器都分別需要控制部。此時(shí),如本實(shí)施方式中說(shuō)明的那樣,各逆變器部中共同用控制部10,通過(guò)對(duì)各逆變器部共用順序處理部21、保護(hù)檢測(cè)部22、通信處理部23、基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31、以及平均化處理部32,可以使由控制部10計(jì)算的軟件的規(guī)模為所需要的最低限度,因此控制部10可以小型化、輕量化、和低成本化,可以降低控制裝置100 的尺寸、質(zhì)量和成本。
另外,通過(guò)采用將與各逆變器部、整流器部對(duì)應(yīng)的柵極邏輯部61A、 61B、 62內(nèi)置在共同的共同邏輯計(jì)算部60中的結(jié)構(gòu),即使在多個(gè)逆變器部中的-一臺(tái) 逆變器部產(chǎn)生異常時(shí),也能快速且同時(shí)斷開(kāi)與濾波電容器FC共同連接的其他 各逆變器部對(duì)應(yīng)的柵極信號(hào)。據(jù)此,可以防止故障損害擴(kuò)大到整個(gè)控制裝置 100。
另外,由于第一共同計(jì)算部20包括接收來(lái)自外部的運(yùn)行指令信號(hào)CMD 并計(jì)算輸出至少與逆變器部INV1、 INV2相關(guān)的控制信號(hào)CS的順序處理部21; 檢測(cè)控制裝置100的異常狀態(tài)、至少使所有的逆變器部停止的保護(hù)檢測(cè)部22; 以及具有以輸入電壓VS、輸入電流IS、直流電壓VD、電動(dòng)機(jī)電流Il、 12、和 來(lái)自保護(hù)檢測(cè)部22及順序處理部21的各信號(hào)作為輸入并將其輸出至外部的設(shè) 備狀態(tài)監(jiān)視裝置的功能的通信處理部23,因此易于集中掌握各逆變器部的信 總,且由于可以通用對(duì)各逆變器部的計(jì)算處理的一部分,因此可以使由控制部 IO計(jì)算的軟件的規(guī)模為所需要的最低限度,所以控制部IO可以小型化、輕量 化、和低成本化,可以降低控制裝置100的尺寸、質(zhì)量和成本。
另外,由于構(gòu)成的第一共同計(jì)算部20包括順序處理部21、保護(hù)檢測(cè)部22、 以及通信處理部23,構(gòu)成的第二共同計(jì)算部30包括以來(lái)自順序處理部21的控 制信號(hào)CS及速度信號(hào)FM1、 FM2作為輸入且向個(gè)別計(jì)算部40A、 40B輸出基本 轉(zhuǎn)矩指令TPO的基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31,因此雖然對(duì)各逆變器部的控制信號(hào)是 共同的,但可以只使比第一共同計(jì)算部20中內(nèi)置的計(jì)算需要高速計(jì)算的基本 轉(zhuǎn)矩指令生成部31的計(jì)算速度提高,不必增加共同計(jì)算部整體的計(jì)算速度。 其結(jié)果是,由于可以削小微機(jī)的耗電功率,可以使微機(jī)的控制電源小型化,因 此控制部10可以小型化、輕量化、和低成本化,可以降低控制裝置100的尺 寸、質(zhì)量和成本。
另外,由于基本轉(zhuǎn)矩指令TPO是使用多個(gè)交流電動(dòng)機(jī)的平均電動(dòng)機(jī)速度 FMA計(jì)算的,將計(jì)算結(jié)果即基本轉(zhuǎn)矩指令TPO共同輸入至與各電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的個(gè) 別計(jì)算部40,因此即使在一部分的車輪產(chǎn)生空轉(zhuǎn)時(shí)、或由于車輪直徑不同而使 多個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差異時(shí),也能穩(wěn)定得到車輛為得到規(guī)定的加速而平均所需的基本轉(zhuǎn)矩指令TPO。
另外,由于將基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31作為共同計(jì)算部,因此與個(gè)別計(jì)算
部包含基本轉(zhuǎn)矩指令生成部31時(shí)相比較,可以使控制部10的整體的軟件的規(guī) 模減小,可以由所需要的最低限度的微機(jī)構(gòu)成。因此,控制部10可以小型化、 輕量化、和低成本化,可以降低控制裝置100的尺寸、質(zhì)量和成本。
另外,由于個(gè)別計(jì)算部40A、 40B具有基于各電動(dòng)機(jī)的速度FM1、 FM2 來(lái)計(jì)算控制信號(hào)SS1、 SS2的空轉(zhuǎn)控制部42A、 42B;基于從空轉(zhuǎn)控制部42A、 42B的輸出及共同計(jì)算部20、30輸入的基本轉(zhuǎn)矩指令TP0來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)矩指令TP1、 TP2的轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部41A、 41B;以及基于轉(zhuǎn)矩指令TP1、 TP2、電動(dòng)機(jī)電流 ]1、 12、來(lái)自第一旋轉(zhuǎn)傳感器RZ1的信號(hào)R1、和來(lái)自第二旋轉(zhuǎn)傳感器RZ2的信 號(hào)R2向逆變器部INV1、 INV2輸出逆變器電壓指令I(lǐng)PW1、 IPW2而使得各電動(dòng) 機(jī)Ml 、 M2的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩指令TP1、 TP2分別一致的INV控制部43A、楊,因此,
可以對(duì)個(gè)別計(jì)算部只分配由于多個(gè)車輪間的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的差異而需要個(gè)別控制 的永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制部分(相當(dāng)于INV控制部43A、 43B)、和空轉(zhuǎn)控制 部分(空轉(zhuǎn)控制部42A、 42B),可以使整個(gè)控制部10的軟件的規(guī)模減小為所需 要的最低限度,可以由所需要的最低限度的微機(jī)構(gòu)成。因此,控制部10可以 小型化、輕量化、和低成本化,可以降低控制裝置100的尺寸、質(zhì)量和成本。 另外,由于共同邏輯計(jì)算部60包括基于從INV控制部43A、 43B輸入的與 多個(gè)逆變器部INV1、 INV2對(duì)應(yīng)的逆變器電壓指令I(lǐng)PW1、 IPW2而輸出與各逆變 器部對(duì)應(yīng)的柵極信號(hào)IG1、 IG2的柵極邏輯部61A、 61B,并且還包括在根據(jù) 輸入電壓VS、輸入電流IS、第一電動(dòng)機(jī)電流Il、第二電動(dòng)機(jī)電流I2、以及直 流電壓VD得到的信號(hào)不滿足規(guī)定的條件時(shí)(例如在直流電壓VD超過(guò)規(guī)定值時(shí) 等)輸出保護(hù)檢測(cè)信號(hào)HWH的高速保護(hù)檢測(cè)部65;以及輸出對(duì)輸入側(cè)接觸器K、 電動(dòng)機(jī)側(cè)接觸器醒K1、麗K2的控制信號(hào)、和與觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)相應(yīng)的控制信號(hào) K0F的接觸器邏輯部64,能夠根據(jù)保護(hù)檢測(cè)信號(hào)HWH、控制信號(hào)K0F、以及來(lái) 〔j共同計(jì)算部20的控制信號(hào)S冊(cè)同時(shí)斷開(kāi)與多個(gè)逆變器部INV1、 INV2對(duì)應(yīng)的 柵極信號(hào)IG1、 IG2,因此即使在多個(gè)逆變器部中的一臺(tái)逆變器部產(chǎn)生異常時(shí)、 或各接觸器產(chǎn)生異常時(shí),也可以快速同時(shí)斷開(kāi)與共同連接于濾波電容器FC而 共有直流電壓VD的各逆變器部對(duì)應(yīng)的柵極信號(hào)。據(jù)此,可以防止整個(gè)控制裝置100的故障損害擴(kuò)大。
另外,由于作為直流電壓源,在還具有將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的整流 器部CNV時(shí),還包括第一共同計(jì)算部20;具有以來(lái)自第一共同計(jì)算部20的
控制信號(hào)CS、直流電壓VD、輸入電壓VS、和來(lái)自輸入電流IS的信號(hào)作為輸入 的CNV控制部51的整流器控制部50;以及基于來(lái)自整流器控制部50的控制信 ',CPW輸出整流器部CNV的柵極信號(hào)CG的柵極邏輯部62,包含柵極邏輯部62 的共同邏輯計(jì)算部60能夠根據(jù)保護(hù)檢測(cè)信號(hào)麗H、控制信號(hào)KOF、和來(lái)自第一 共同計(jì)算部20的控制信號(hào)SWH同時(shí)斷開(kāi)與多個(gè)逆變器部對(duì)應(yīng)的柵極信號(hào)及整 流器部的柵極信號(hào),因此即使在多個(gè)逆變器部中的一臺(tái)逆變器部產(chǎn)生異常時(shí)、 在整流器部產(chǎn)生異常時(shí)、或者各接觸器產(chǎn)生異常時(shí),也能快速且同時(shí)斷開(kāi)與共 同連接于濾波電容器FC而共有直流電壓VD的各逆變器部及整流器部分別對(duì)應(yīng) 的柵極信號(hào)。據(jù)此,可以防止整個(gè)控制裝置100的故障損害擴(kuò)大。
另外,關(guān)于控制部10的計(jì)算處理周期,由于以第一共同計(jì)算部20、第二 共同計(jì)算部30、個(gè)別計(jì)算部40A、 40B、共同邏輯計(jì)算部60的順序設(shè)定得越來(lái) 越短,因此可以根據(jù)計(jì)算內(nèi)容確定最佳的計(jì)算速度,可以確保電動(dòng)機(jī)的控制性 能,且抑制微機(jī)的耗電功率,抑制微機(jī)的發(fā)熱。其結(jié)果是,控制部10的控制 電源容量或冷卻風(fēng)扇可以小型化,控制部10可以小型化、輕量化、和低成本 化,可以降低控制裝置100的尺寸、質(zhì)量和成本。
(關(guān)于其他實(shí)施方式、其他用途等的補(bǔ)充)
另外,本發(fā)明的內(nèi)容以包括作為逆變器部INV1、 INV2這2臺(tái)逆變器的情 況為例進(jìn)行了說(shuō)明,但不限于該臺(tái)數(shù),也可以容易擴(kuò)展至包括3臺(tái)以上的逆變 器的情況。另外,在包括3臺(tái)以上時(shí),通過(guò)追加設(shè)置分別對(duì)應(yīng)的個(gè)別計(jì)算部, 并且將對(duì)應(yīng)的柵極邏輯部追加設(shè)置在共同邏輯計(jì)算部60,就可以容易適用本發(fā) 明的內(nèi)容。
另外,上述各實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)是本發(fā)明內(nèi)容的一個(gè)例子,也可以與其 他已知的技術(shù)組合,并且,在不脫離本發(fā)明要點(diǎn)的范圍內(nèi),當(dāng)然也可以省略一 部分等、進(jìn)行變更而構(gòu)成。
并且,在本說(shuō)明書(shū)中,主要說(shuō)明了適用于電車的控制裝置的發(fā)明內(nèi)容,但 適用領(lǐng)域不限于電車,當(dāng)然可以適用于電動(dòng)汽車、電梯等各種相關(guān)領(lǐng)域。
22工業(yè)上的實(shí)用性
如上所述,本發(fā)明所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置,是在作為具有與多臺(tái)電動(dòng)機(jī) 分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)逆變器的電動(dòng)機(jī)控制裝置中,可以降低用于控制增加了的逆變 器的控制部的規(guī)模或成本,可以抑制控制裝置的尺寸、質(zhì)量和成本增加,作為 這樣的發(fā)明是有用的。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置,控制多個(gè)交流電動(dòng)機(jī),其特征在于,包括直流電壓源;多個(gè)逆變器部,所述多個(gè)逆變器部與所述多個(gè)交流電動(dòng)機(jī)分別對(duì)應(yīng)設(shè)置,將使用來(lái)自所述直流電壓源的直流電壓而轉(zhuǎn)換的規(guī)定頻率的交流電壓輸出至所述各交流電動(dòng)機(jī);接觸器,所述接觸器將所述各逆變器部的輸出側(cè)進(jìn)行開(kāi)關(guān);電壓檢測(cè)器,所述電壓檢測(cè)器檢測(cè)提供給所述各逆變器部的直流電壓;電流檢測(cè)器,所述電流檢測(cè)器檢測(cè)所述各交流電動(dòng)機(jī)的電流;以及控制部,所述控制部基于來(lái)自外部的控制指令、所述電壓檢測(cè)器的檢測(cè)電壓、所述電流檢測(cè)器的檢測(cè)電流、和表示所述交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的信號(hào),至少對(duì)所述逆變器部輸出控制信號(hào),所述控制部包括共同計(jì)算部,所述共同計(jì)算部計(jì)算輸出關(guān)于所述各逆變器部的共同的控制信號(hào);個(gè)別計(jì)算部,所述個(gè)別計(jì)算部個(gè)別生成與所述各逆變器部分別相關(guān)的控制信號(hào)并輸出;以及共同邏輯計(jì)算部,所述共同邏輯計(jì)算部基于從所述第一共同計(jì)算部和從多個(gè)所述個(gè)別計(jì)算部輸入的所述控制信號(hào),計(jì)算輸出用于對(duì)所述各逆變器部進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的柵極信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述共同計(jì)算部 包括第一共同計(jì)算部,所述第--共同計(jì)算部包含順序處理部,所述順序處理部接收來(lái)自外部的 控制指令,計(jì)算輸出至少與所述逆變器部相關(guān)的控制信號(hào);保護(hù)檢測(cè)部,所述保護(hù)檢測(cè)部檢測(cè)所述交流電動(dòng)機(jī)的異常狀態(tài),至少使所 述逆變器部停止;以及通信處理部,所述通信處理部將從所述電流檢測(cè)器、所述電壓檢測(cè)器、所述保護(hù)檢測(cè)部、以及所述順序處理部輸入的各信號(hào)輸出至外部的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述共同計(jì)算部 還包括包含基本轉(zhuǎn)矩指令生成部的第二共同計(jì)算部,所述基本轉(zhuǎn)矩指令生成部將來(lái)自所述順序處理部的控制信號(hào)及所述交流 電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度作為輸入信號(hào),生成向與所述各逆變器部對(duì)應(yīng)的所述個(gè)別計(jì) 算部共同的基本轉(zhuǎn)矩指令并輸出。
4. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述基本轉(zhuǎn)矩指令是基于所述各交流電動(dòng)機(jī)的平均速度生成的。
5. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述個(gè)別計(jì)算部包括空轉(zhuǎn)控制部,所述空轉(zhuǎn)控制部基于所述交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算賦予 所述各交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令的減少量;轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部,所述轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算部基于所述空轉(zhuǎn)控制部的輸出及來(lái)自所述共同計(jì)算部的基本轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算對(duì)十所述各交流電動(dòng)機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩指令;以及INV控制部,所述INV控制部基于 所述轉(zhuǎn)矩指令、來(lái)自所述電流檢測(cè)器的信號(hào)、和所述交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài), 向所述各逆變器部輸出控制信號(hào),使得所述交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與所述轉(zhuǎn)矩指令 一致。
6. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述共同邏輯計(jì)算部包括柵極邏輯部,所述柵極邏輯部基于從所述INV控制部輸入的與所述各逆變器部分別對(duì)應(yīng)的控制信號(hào),生成與所述各逆變器部分別對(duì)應(yīng)的柵極信號(hào)并輸出;以及高速保護(hù)檢測(cè)部,所述高速保護(hù)檢測(cè)部在從所述電流檢測(cè)器及所述電壓檢 測(cè)器得到的信號(hào)不滿足規(guī)定的條件時(shí)輸出異常檢測(cè)信號(hào), 至少同時(shí)斷開(kāi)向所述各逆變器輸出的柵極信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求6所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述共同邏輯計(jì) 貫部還包括輸出與所述接觸器的接通/斷開(kāi)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的接觸器狀態(tài)信號(hào)的接 觸器邏輯部,根據(jù)所述接觸器狀態(tài)信號(hào)同時(shí)斷開(kāi)向所述各逆變器輸出的柵極信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,作為所述直流電 壓源,在包括將規(guī)定的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的整流器部時(shí),在所述控制部還包括整流器控制部,所述整流器控制部來(lái)自所述第一共同 計(jì)算部的控制信號(hào)、和來(lái)自所述電壓檢測(cè)器,并且,所述共同邏輯計(jì)算部還包括柵極邏輯部,所述柵極邏輯部基于來(lái)自所述公 共計(jì)算部和所述逆變器控制部的控制信號(hào)生成所述整流器部的柵極信號(hào)并輸 出。
9. 如權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述共同邏輯計(jì) 算部至少同時(shí)斷開(kāi)向所述各逆變器部的柵極信號(hào)、和向所述整流器部的柵極信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述共同邏輯計(jì) 算部還包括輸出與所述接觸器的接通/斷開(kāi)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的接觸器狀態(tài)信號(hào)的接 觸器邏輯部,根據(jù)所述接觸器狀態(tài)信號(hào)同時(shí)斷開(kāi)與所述各逆變器部對(duì)應(yīng)的柵極 信號(hào)、和所述整流器部的柵極信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述共同邏輯計(jì) 算部是由FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)構(gòu)成的 硬件構(gòu)成的。
12. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,所述第一共同計(jì) 貫部、所述第二共同計(jì)算部、個(gè)別計(jì)算部、以及共同邏輯計(jì)算部的計(jì)算處理周 期被設(shè)定為分別不同的值。
13. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,構(gòu)成所述控制部 的所述第一共同計(jì)算部、所述第二共同計(jì)算部、個(gè)別計(jì)算部、以及共同邏輯計(jì) 算部被設(shè)定為按照順序越來(lái)越短。
14. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于,構(gòu)成所述控制部 的各部的計(jì)算處理周期,所述第一共通計(jì)算部和所述第二共通計(jì)算部為數(shù)ms 級(jí),所述個(gè)別計(jì)算部為幾十ws至幾百ys級(jí),所述共通邏輯計(jì)算部為數(shù)us 以下。
全文摘要
在包括控制與多臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)分別對(duì)應(yīng)設(shè)置的多個(gè)逆變器的控制部的電動(dòng)機(jī)控制裝置中,可以有效區(qū)分控制部?jī)?nèi)的各計(jì)算部的處理內(nèi)容,降低尺寸、質(zhì)量和成本??刂贫鄠€(gè)逆變器的控制部(10)包括計(jì)算輸出與各逆變器部相關(guān)的共同的控制信號(hào)的第一共同計(jì)算部(20)、第二共同計(jì)算部(30);個(gè)別計(jì)算輸出與各逆變器部分別相關(guān)的控制信號(hào)的個(gè)別計(jì)算部(40A)、(40B);以及基于來(lái)自第一共同計(jì)算部(20)、第二共同計(jì)算部(30)及個(gè)別計(jì)算部(40A)、(40B)的信號(hào)輸出用于對(duì)各逆變器部進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的柵極信號(hào)的共同邏輯計(jì)算部(60)。
文檔編號(hào)H02P5/74GK101682277SQ20078005322
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者北中英俊 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社