旋轉(zhuǎn)機械的控制設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開內(nèi)容涉及用于控制旋轉(zhuǎn)機械的驅(qū)動的控制設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 專利文獻 1 :JP 2013-219905A(對應于 US 2013/0264974A1)。
[0003] 通常，旋轉(zhuǎn)機械的控制設(shè)備中的PWM控制對諸如逆變器的電力轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)元 件的開關(guān)定時進行控制，使得控制對旋轉(zhuǎn)機械的電力供應。PWM控制基于電壓指令值來生 成占空比信號（duty signal)。占空比信號是關(guān)于開關(guān)周期（switching period)的導通/ 關(guān)斷周期（on/off cycle)的比率。PWM控制通過將占空比信號與諸如三角波、鋸齒波的載 波相比較來導通和關(guān)斷開關(guān)元件。
[0004] 在PWM控制中，當作為載波的頻率的PWM頻率被設(shè)置得較高時，也就是說，當周期 長度被設(shè)置得較短時，提高了可控性。例如，專利文獻1公開了例如可以將載波的頻率設(shè)置 為20kHz并且可以將周期長度設(shè)置為50 μ s。
[0005] 本申請的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下內(nèi)容。
[0006] 當PWM頻率增大時，每單位時間的開關(guān)次數(shù)可能增加，并且開關(guān)損耗可能增加。在 正常驅(qū)動狀態(tài)下，為了提高可控性，使用例如20kHz的頻率。
[0007] 在車輛的電動助力轉(zhuǎn)向設(shè)備中所使用的、用于生成轉(zhuǎn)向輔助扭矩的電機的控制設(shè) 備中，特別是當控制設(shè)備附接至轉(zhuǎn)向柱時，由于控制設(shè)備被布置成靠近駕駛員，使得駕駛員 和乘客較不可能聽到操作聲音，所以出于靜音的目的可以優(yōu)選地使用20kHz或更大的PWM 頻率。
[0008] 假設(shè)旋轉(zhuǎn)機械的控制設(shè)備包括電力轉(zhuǎn)換器的多個系統(tǒng)，并且控制對與多個系統(tǒng)對 應的多個繞組組的電力供應。另外，假設(shè)多個系統(tǒng)當中的任一個系統(tǒng)中的電力轉(zhuǎn)換器或繞 組組發(fā)生故障，并且僅通過正常操作的系統(tǒng)來對旋轉(zhuǎn)機械進行驅(qū)動。順便提及，正常操作的 系統(tǒng)意指正常地操作的系統(tǒng)。對于電動助力轉(zhuǎn)向設(shè)備，上述情形可以對應于下述情況：在行 駛過程中任一系統(tǒng)中發(fā)生了故障，駕駛員執(zhí)行向車輛經(jīng)銷商等的撤離行駛，同時僅通過正 常操作的系統(tǒng)來保證轉(zhuǎn)向扭矩的輔助功能。在這種情況下，可能期望的是通過降低正常操 作的系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)損耗來提高電力效率以及防止熱生成，而非提高可控性和 靜音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開內(nèi)容的目的是提供一種控制旋轉(zhuǎn)機械的驅(qū)動的控制設(shè)備，其包括電力轉(zhuǎn)換 器的多個系統(tǒng)，并且包括多個繞組組。當系統(tǒng)當中的任一個系統(tǒng)中的電力轉(zhuǎn)換器或繞組組 發(fā)生故障時，該控制設(shè)備降低正常操作的系統(tǒng)中的電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)損耗。
[0010] 根據(jù)本公開內(nèi)容，提供了一種旋轉(zhuǎn)機械的控制設(shè)備。該控制設(shè)備對具有多個繞組 組的旋轉(zhuǎn)機械的驅(qū)動進行控制。該旋轉(zhuǎn)機械的控制設(shè)備包括：多個系統(tǒng)中的電力轉(zhuǎn)換器、故 障檢測部以及控制器。電力轉(zhuǎn)換器中的每個電力轉(zhuǎn)換器具有上臂中的開關(guān)元件和下臂中的 開關(guān)元件，并且通過開關(guān)操作來對直流電力進行轉(zhuǎn)換以供應至與電力轉(zhuǎn)換器中的每一個相 對應的對應繞組組。上臂中的開關(guān)元件和下臂中的開關(guān)元件被橋接。故障檢測部對電力轉(zhuǎn) 換器的故障或繞組組的故障進行檢測?？刂破麽槍Χ鄠€系統(tǒng)中的每個系統(tǒng)來對電力轉(zhuǎn)換器 中的開關(guān)元件進行操作并且控制對旋轉(zhuǎn)機械中的繞組組的電力供應。當故障檢測部檢測到 系統(tǒng)中的任一個系統(tǒng)中的電力轉(zhuǎn)換器的故障或繞組組的故障時，控制器停止對電力轉(zhuǎn)換器 當中的、故障系統(tǒng)中的電力轉(zhuǎn)換器的輸出，并且與正常驅(qū)動狀態(tài)相比，控制器減少電力轉(zhuǎn)換 器當中的、正常操作的系統(tǒng)中的電力轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)元件的每單位時間的總開關(guān)次數(shù)。在 正常驅(qū)動狀態(tài)下，這些系統(tǒng)中的所有電力轉(zhuǎn)換器和所有繞組組均正常地操作。
[0011] 根據(jù)旋轉(zhuǎn)機械的控制設(shè)備，減少了每單位時間的開關(guān)次數(shù)，并且降低了正常操作 的系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)損耗。可以提高電力效率并且防止熱生成，而非提高可控性 和靜音。
【附圖說明】
[0012] 根據(jù)參照附圖所做的以下詳細描述，本公開內(nèi)容的上述和其它目的、特征和優(yōu)點 將變得更加明顯。在附圖中：
[0013] 圖1是示意性地示出本實施例中的電機控制設(shè)備所控制的兩個系統(tǒng)的逆變器的 電路的圖；
[0014] 圖2是示意性地示出使用本實施例中的電機控制設(shè)備的電動助力轉(zhuǎn)向設(shè)備的圖；
[0015] 圖3是示出第一實施例中的電機控制設(shè)備的框圖；
[0016] 圖4是示出PWM載波的時序圖的圖；
[0017] 圖5是示出PWM控制的時序圖的圖；
[0018] 圖6A是示出在使用兩個系統(tǒng)的正常驅(qū)動狀態(tài)時的PWM頻率的時序圖的圖；
[0019] 圖6B是示出在單個系統(tǒng)驅(qū)動狀態(tài)時的PWM頻率的時序圖的圖；
[0020] 圖7A是示出PWM頻率的特性的示例并且示出元件溫度和PWM頻率之間的關(guān)系的 圖；
[0021] 圖7B是示出PWM頻率的特性的另一示例并且示出元件溫度與PWM頻率之間的關(guān) 系的圖；
[0022] 圖7C是示出PWM頻率的特性的另一示例并且示出元件溫度與PWM頻率之間的關(guān) 系的圖；
[0023] 圖8是示出與正常的兩系統(tǒng)驅(qū)動狀態(tài)的情況相比在單個系統(tǒng)驅(qū)動狀態(tài)時的輸出 增益的減少的示例的圖；
[0024] 圖9A是示出當占空比等于93%時熱生成的改變量的示例的圖；
[0025] 圖9B是示出當占空比等于50%時熱生成的改變量的示例的圖；
[0026] 圖10是部分地示出第二實施例中的電機控制設(shè)備的框圖；
[0027] 圖11是說明平頂（flattop)兩相調(diào)制處理的圖；
[0028] 圖12是說明平板（flatbed)兩相調(diào)制處理的圖；以及
[0029] 圖13是示出在第三實施例中的電機控制設(shè)備中使用的脈沖波形的圖。
【具體實施方式】
[0030] 在下文中，假設(shè)在車輛的電動助力轉(zhuǎn)向（EPS)設(shè)備中使用本公開內(nèi)容中的旋轉(zhuǎn)機 械的控制設(shè)備。將參照附圖對實施例進行描述。
[0031] 將參照圖1和圖2對每個實施例共同的配置進行說明。
[0032] (共同配置）
[0033] 在本實施例中，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)90包括電動助力轉(zhuǎn)向設(shè)備1。圖2示出了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)90的 整體結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向軸92連接至方向盤91。轉(zhuǎn)向軸92包括用于檢測轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩傳感器 94。轉(zhuǎn)向軸92包括轉(zhuǎn)向軸92的頭部處的小齒輪96。小齒輪96與齒條軸97嚙合。在齒條 軸97的兩端處，一對車輪98通過拉桿等與齒條軸97可旋轉(zhuǎn)地連接。通過小齒輪96將轉(zhuǎn) 向軸92的旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)辇X條軸97的線性運動，使得一對車輪98以根據(jù)齒條軸97的線 性運動的位移的角度進行轉(zhuǎn)向。
[0034] 電動助力轉(zhuǎn)向設(shè)備1包括致動器2和減速齒輪89。致動器2使旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。減速 齒輪89降低旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度并且傳送到轉(zhuǎn)向軸92。
[0035] 致動器2還包括EPS電機80和EPS電機控制設(shè)備10。EPS電機80對應于用于生 成轉(zhuǎn)向輔助扭矩的旋轉(zhuǎn)機械。EPS電機控制設(shè)備10對應于旋轉(zhuǎn)機械的控制設(shè)備，并且對電 機80進行驅(qū)動。EPS電機控制設(shè)備10還可以被稱為電機控制設(shè)備。本實施例中的電機80 對應于三相交流（AC)無刷電機，并且電機80使減速齒輪89在向前方向和向后方向上旋 轉(zhuǎn)。
[0036] 電機控制設(shè)備10包括控制器65和逆變器601、602。逆變器60U602對應于用于 根據(jù)控制器65的指令來控制對電機80的電力供應的電力轉(zhuǎn)換器。
[0037] 旋轉(zhuǎn)角傳感器85包括設(shè)置到電機80的磁體以及設(shè)置到電機控制設(shè)備10的磁檢 測元件。磁體對應于磁生成部。旋轉(zhuǎn)角傳感器85檢測電機80的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角Θ。
[0038] 控制器65基于扭矩指令trq*、來自旋轉(zhuǎn)角傳感器85的旋轉(zhuǎn)角信號、以及反饋電流 來操作逆變器60U602的開關(guān)，并且控制對電機80的電力供應。因此，電動助力轉(zhuǎn)向設(shè)備 1中的致動器2生成支持方向盤91的轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向輔助扭矩，并且將轉(zhuǎn)向輔助扭矩傳送到轉(zhuǎn) 向軸92。
[0039] 如圖1中所示，電機80具有兩個繞組組801、802。繞組組801、802包括第一繞組 組801和第二繞組組802。第一繞組組801包括對應于U相、V相和W相的三相繞組線811 至813。第二繞組組802包括對應于U相、V相和W相的三相繞組線821至823。對應于第 一繞組組801設(shè)置了逆變器601。對應于第二繞組組802設(shè)置了逆變器602。在下文中，將 包括逆變器和對應于逆變器的三相繞組組的組合指定為系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)的電氣特性是相同 的。在構(gòu)造元件或物理量的每個附圖標記的最后一位處，第一系統(tǒng)中的附圖標記包括"1"， 并且第二系統(tǒng)中的附圖標記包括" 2 "。
[0040] 電機控制設(shè)備10包括：電源繼電器521、522,電容器53,逆變器601、602,電流傳 感器701、702,控制器65。
[0041] 電源繼電器52U522使得能夠切斷從電池51向每個系統(tǒng)中的逆變器60U602的 電力供應。電源繼電器521使得能夠切斷從電池51向逆變器601的電力供應。電源繼電 器522使得能夠切斷從電池51向逆變器602的電力供應。
[0042] 電容器53與電池51并聯(lián)連接。電容器53存儲電荷，支持對逆變器60U602的電 力供應，并且抑制諸如浪涌電流的噪聲分量。占空比計算部361獲得電容器53中的電極之 間的電壓Vc。
[0043] 因為逆變器601包括在第一系統(tǒng)中，所以逆變器601還可以被稱為第一系統(tǒng)逆變 器。并且，關(guān)于包括在每個系統(tǒng)中的其他部件，可以在每個部件的名稱之前加上短語"第一 系統(tǒng)"或者"第二系統(tǒng)"。
[0044] 在第一系統(tǒng)逆變器601中，為了改變對第一繞組組