电动机驱动系统的制作方法

专利名称：电动机驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机驱动系统，特别涉及一种通过电动机电流的反馈控
制来对AC电动机的驱动进行控制的电动机驱动系统。
背景技术：
作为通常的电动机驱动系统，已知一种包括可充电的DC电源、逆变 器以及AC电动机的结构。这种电动机驱动系统构造如下。在AC电动机 的通电运转(power running)过程中，从DC电源供应的电能驱动和控制 AC电动机，从而能够在DC电源、逆变器与AC电动机之间双向地供给和 接收电能。另外，在AC电动机的再生操作过程中，逆变器将从AC电动 机供应的再生电能转换成DC电压，所述DC电压能够用来对DC电源进 行充电。
在这种电动机驱动系统中，AC电动机可能产生超过输入侧(DC电源 侧)可接受电能的电能，因而可能产生过剩电能。在此情况下，过大的再 生电能可能在电动机驱动系统内部产生过电压。因此，已经需要这样一种 控制结构，它能够在需要时增大AC电动机的电能消耗，从而抑制输入侧 产生的电能。
与此相关，日本专利公开No. 2005-102385 (专利文献1)已经公开了 一种用于减小再生电能的控制结构。该控制结构将高频成分叠加在d轴和 q轴电流命令值上，从而增大流过AC电动机的电动机电流的高频成分。 这种结构增大了 AC电动机的铁心损耗，从而降低了驱动效率，抑制了 AC电动机的再生电能。因此，可以在AC电动机的再生操作中对逆变器 输入侧的DC电压(DC链电压)升高进行抑制。
但是，专利文献1没有公开这样的控制结构该结构用于在上述对再 生电能的消耗控制过程中当转矩命令值改变时使输出转矩跟随转矩命令值。
而且，在专利文献1公开的控制结构中，由于将高频成分加到电动机 电流，所以从极其短的时间单位来看，电能消耗量持续改变，整个控制系 统的工作可能变得不稳定。因此，从AC电动机控制的稳定角度来看，电 动机中能够叠加的高频电流量(即电能损耗量)只能增大到有限的程度。 因此，难以在保持AC电动机中转矩控制能力的同时确保能消耗大的过剩 电能。

发明内容
本发明已被开发来克服上述问题，本发明的一个目的是提供一种电动 机驱动系统，该系统具有的控制结构能够在执行转矩跟随控制的同时消耗 过剩电能、而不使电动机控制不稳定。
根据本发明的一种电动机驱动系统被构造成用于驱动AC电动机，并
包括电动机驱动电路以及对电动机驱动电路的操作进行控制的电动机控制
装置。电动机驱动电路能够双向地向AC电动机供应电能以及从AC电动 机接收电能，并向AC电动机提供驱动功率。电动机控制装置执行消耗操 作并在消耗操作过程中当对AC电动机的转矩命令值发生改变时执行跟随 操作，所述消耗操作由AC电动机消耗根据电动机驱动系统的状态而确定 的过剩电能，所述跟随操作在保持消耗操作的同时使输出转矩跟随转矩命 令值的改变。
根据上述电动机驱动系统，消耗操作能够消耗AC电动机中的剩余电 能。此外，即使在消耗操作过程中对AC电动机的转矩命令值发生改变， 也能够在保持消耗操作的同时执行跟随转矩命令值改变的输出转矩控制。 因此，即使当AC电动机所需的转矩改变时，输出转矩也能够跟随转矩命 令值，并能够在需要时(例如AC电动机瞬间产生大量电能时)消耗过剩 电能。因此，在保持了 AC电动机的转矩可控性的同时，电动机驱动系统 能够防止系统中产生可能因AC电动机过度再生电能而造成的过电压。此 外，在再生过程中以友通电运转中(即不管AC电动机的工作状态如何) 都能够消耗过剩电能。优选地，在本发明的电动机驱动系统中，电动机控制装置用下述电流 相对AC电动机进行驱动随着消耗操作中确定的过剩电能增大，所述电 流相使AC电动机的驱动效率相对降低。
根据上述电动机驱动系统，由于通过改变电动机电流的电流相来消耗 AC电动机的过剩电能，所以与通过在电动机电流上叠加高频成分来消耗 过剩电能的控制结构相比，降低了电动机可控性变差的可能性。因此，可
以减小电容器所需的余量并因而降低制造成本，还可以确保能够由AC电
动机消耗较大过剩电能。
优选地，在本发明的电动机驱动系统中，电动机控制装置具有电能评
估装置，电能评估装置用于根据AC电动机的旋转角速度和转矩命令值来 评估由AC电动机产生的电能，电动机控制装置根据由电能评估装置评估 的所产生的电能来确定由消耗操作消耗的过剩电能。
上述电动机驱动系统根据AC电动机的旋转角速度和转矩命令值来评 估所产生的电能，从而能够容易并且可靠地掌握AC电动机中的过剩电 能。因此，该系统能够容易地检测到必须由AC电动机中的过剩电能消耗 来抑制再生电能这样的状态。
优选地，在本发明的电动机驱动系统中，电动机驱动电路能够双向地 向可充电DC电源供应电能以及从所述可充电DC电源接收电能。电动机 驱动系统还包括电压检测器，电压检测器对将电动机驱动电路与DC电源 电连接在一起的互连器件上的电压进行检测。电动机控制装置根据由电压 检测装置检测到的电压，来确定由消耗操作消耗的过剩电能。
根据上述电动机驱动系统，在AC电动机造成的过剩再生电能使电动 机驱动电路与DC电源之间的互连器件上的电压(DC链电压)升高时， 能够增大AC电动机中的过剩电能消耗来抑制AC电动机的S^生电能。因 此，能够可靠地防止电动机驱动系统中产生过电压。
优选地，在本发明的电动机驱动系统中，AC电动机安装在车辆上， 所述AC电动机的输出轴连接到车辆的车轮用于传递转矩。此外，电动机 控制装置根据车辆所需的制动力来确定由消耗操作消耗的所述过剩电能。
在前述电动机驱动系统中，在AC电动机用作车辆驱动电动机时，AC电动机中的过剩电能消耗能够根据车辆所需的制动力产生惯性矩增大。由 此，由于AC电动机的旋转速度随着惯性矩增大而降低的效果，驾驶员能 够获得更加可靠的减速感。此外，即使在AC电动机中由于输入侧等的充 电限制而不能进行再生制动时，也能够产生车辆制动力。因此，可以改善 装有电动机驱动系统的车辆的驱动感和制动能力。
优选地，在根据本发明的电动机驱动系统中，电动机控制装置具有特 性储存装置，并基于据储存在特性储存装置中的关系，根据转矩命令值和
所确定的过剩电能来产生电流命令。所述特性储存装置预先储存与AC电
动机中相同大小的过剩电能消耗对应的、转矩命令值与电流命令之间的所
述关系o
根据上述电动机驱动系统，基于预先储存的关系，电流命令能够使
AC电动机输出根据转矩命令值的转矩并消耗过剩电能，并且即使转矩命 令值和/或要消耗的过剩电能发生改变，这种电流命令也能够连续地改变。 因此，即使当转矩命令值改变过剩电能消耗操作时，也能够执行AC电动 机的输出转矩的跟随控制。
优选地，在本发明的电动机驱动系统中，电动机控制装置包括损耗增 大设定装置、电流命令产生装置和电流控制装置。损耗增大设定装置设定 电动机损耗命令，所述电动机损耗命令表示了对应于所确定的过剩电能， AC电动机中应增大的电能损耗。电流命令产生装置根据AC电动机的转 矩命令值以及基于损耗增大设定装置所确定的电动机损耗命令来为流经 AC电动机的电动机电流产生电流命令。电流控制装置根据由电流命令产 生装置产生的电流命令，对电动机驱动电路的操作进行控制以产生电动机 电流。此外，电流命令产生装置产生电流命令，使得AC电动机的输出转 矩与转矩命令值匹配，并使得AC电动机的驱动效率随着由电动机损耗命 令造成的电能损耗增大而相对减小。
根据上述电动机驱动系统，在电流控制装置通过电动机电流的反馈控 制来驱动AC电动机的电动机驱动系统中，电动机电流控制的命令值(电 流命令值)祯设定为根据电动机损耗命令在AC电动机中产生电能损耗， 从而能够执行消耗任意过剩电能的前述消耗操作。因此，即使当AC电动机所需转矩改变时，输出转矩也能够跟随命令值，并能够在需要时通过增 大AC电动机中的电能损耗来消耗过剩电能。因此，可以在保持AC电动
机可控性的同时，防止在电动机驱动系统中产生可能因AC电动机供应过
多再生电能而造成的过电压。
更优选地，在本发明的电动机驱动系统中，电动机控制装置还包括方 波电压控制装置、控制模式选择装置和控制模式校正装置。方波电压控制
装置控制电动机驱动电路的操作来向AC电动机施加方波电压，所述方波 电压的相取决于转矩命令值。控制模式选择装置根据AC电动机的操作状 态，来选择电流控制装置与方波电压控制装置中的一者。控制模式校正装 置在控制模式选择装置选择了方波电压控制装置时，根据由损耗增大设定 装置确定的电动机损耗命令，来取消控制模式选择装置进行的选择并选择 电流控制装置。特别是，当控制模式校正装置选择了电流控制装置时，电 流命令产生装置在下述区域中产生电流命令在所述区域中，AC电动机 的驱动效率低于由使用方波电压控制装置进行的电动机驱动所获得的驱动 效率。
上述电动机驱动系统能够选择性地使用一般的电动机电流控制以及方 波电压控制来确保高速区域中的电动机输出，从而能够增大AC电动机的 可工作区域。此外，在方波电压控制过程中AC电动机产生了过剩电能 时，可以选择在驱动效率比方波电压控制过程中更低的范围内产生电流命 令的电动机电流控制，而不选择方波电压控制。由此，AC电动机能够在 这种更大的可工作区域中的任何部分消耗过剩电能。因此，可以由于采用 方波电压控制而确保高速区域中的输出，并能够防止由于AC电动机的再 生电能过度增大而可能在电动机驱动系统中产生的过电压。
优选地，本发明的电动机驱动系统对多个AC电动机进行驱动，电动 机驱动电路和电动机控制装置被与每个AC电动机对应地进行布置。每个 电动机驱动电路能够双向地向可充电的公共电源供应电能以及从所述可充 电的公共电源接收电能。此外，电动机驱动系统还包括分配装置，所述分 配装置用于分别设定多个AC电动机中的消耗过剩电能，使得多个'AC电 动机构成的整体消耗所述过剩电能。每个电动机控制装置对AC电动机中相应的一者进行控制，以执行对由分配装置确定的消耗过剩电能中相应一 者进行消耗的消耗操作。
驱动多个AC电动机的上述电动机驱动系统能够在各个AC电动机中 执行消耗操作，使得多个AC电动机的整体消耗通过考虑整个系统的电能 平衡而确定的过剩电能。因此，可以抑制每个AC电动机消耗的过剩电能 因而减少各个AC电动机上的负荷，并且这些AC电动机可以作为一个整 体来消耗过剩电能。由此，可以完全考虑多个AC电动机的工作状态来防 止电动机驱动系统中产生过电压。特别是，即使在一个或一些电动机正在 执行再生操作(即发电操作)、其他(一个或多个)电动机正在执行通电 运转的情况下，也可以防止多个AC电动机作为一个整体产生过剩电能， 并可以防止电动机驱动系统中产生过电压。另外，与一个或一些AC电动 机集中消耗过剩电能的情况相比，还可以可靠地增大可消耗的过剩电能。
更优选地，在本发明的电动机驱动系统中，分配装置包括上限设定 装置，其用于根据相应的AC电动机的当前操作状态来分别计算多个AC 电动机的可消耗过剩电能；以及分配确定装置，其用于设定多个AC电动 机各自的消耗过剩电能，使得过剩消耗电能中每一者都处于由上限设定装 置计算出的相应的可消耗过剩电能的范围内。
上述电动机驱动系统能够根据各个AC电动机的当前工作状态，将消 耗过剩电能分配在可消耗范围内。因此，多个AC电动机能够根据各个 AC电动机的工作状态(再生操作和通电运行)而在它们之间保持平衡的 同时消耗过剩电能。
更优选地，在本发明的电动机驱动系统中，分配装置包括分配确定装 置，所述分配确定装置用于考虑到多个AC电动机的温度来分别设定多个 AC电动机的消耗过剩电能。
上述电动机驱动系统对随着过剩电能消耗而发生的电动发电机温度升 高进行监视。由此，可以避免执行下述过剩电能消耗操作所述操作使电 动机温度升高到造成电动机特性改变的高温范围。
更优选地，在本发明的电动机驱动系统中，分配装置包括上限设定 装置，其用于对各个AC电动机，根据相应的AC电动机的当前工作状态来计算预定时间内可消耗的各个过剩电能；以及分配确定装置，其用于设
定各个AC电动机的消耗过剩电能，使得每个消耗过剩电能都处于由上限
设定装置计算出的预定时间内可消耗的相应过剩电能的范围内。 上述电动机驱动系统能够在当前工作状态中在预定时间内允许增大的
范围内向各个AC电动机分配过剩电能。因此，该系统能够根据各个AC 电动机的工作状态(再生操作和通电运行)来在短时间内消耗全部过剩电 能。
特别地，在上述结构中，多个AC电动机包括驱动电动机，其产生 车辆的车轮驱动力；和非驱动电动机，其不直接产生车轮驱动力。分配装 置设定各个AC电动机的消耗过剩电能，使得非驱动电动机优先消耗过剩 电能。
在上述电动机驱动系统中，由于优先使用不直接产生车轮驱动力的非 驱动电动机来消耗过剩电能，所以可以抑制AC电动机的过剩电能消耗操 作对车辆的驱动性能造成影响的可能性。
因此，本发明的电动机驱动系统能够在执行转矩跟随控制的同时消耗 过剩电能而不使电动机控制变差。因此，该系统防止了由于AC电动机供 应过多再生电能而在其中产生过电压。


图1示出了根据本发明一种实施例的电动机驱动系统的整体结构。 图2的框示了图1所示AC电动机的电动机电流控制。 图3的概念示了图1所示AC电动机MG的电动机电流相与输出 转矩之间的关系。
图4图示了用于根据转矩命令值和电动机损耗增大设定值来设定电动 机电流命令值的图表的构造示例。
图5图示了与图3的电流相一输出转矩特性图对应的电流工作点设定。
图6的流程示了在根据第一实施例的电动机驱动系统中，电流控 制命令值的确定过程。图7图示了根据第二实施例，输入到电动机损耗增大设定单元的信息。
图8的流程示了根据第二实施例的第一示例，电动机损耗增大设 定单元的操作。
图9的流程示了根据第二实施例的第二示例，电动机损耗增大设 定单元的操作。
图10的流程示了根据第二实施例的第三示例，电动机损耗增大 设定单元的操作。
图11图示了根据第二实施例的变更形式，输入到电动机损耗增大设 定单元的信息。
图12的流程示了根据第二实施例的变更形式，电动机损耗增大
设定单元的操作。
图13图示了在根据第三实施例的电动机驱动系统中所用的控制方法。
图14的流程示了在根据第三实施例的电动机驱动系统中选择控 制方法的方法。
图15图示了在根据第三实施例的电动机驱动系统中与电动机状况对
应的控制方法的切换。
图16的框示了在根据第三实施例的电动机驱动系统中所用的方
波电压控制方法。
图17图示了在方波电压控制方法中的输出转矩控制。
图18的概念示了方波电压控制方法中的电流工作点。
图19的概念示了要应用方波电压控制方法的驱动区域中应用电
动机电流控制的方式。
图20的流程示了根据第三实施例的电动机驱动系统中的电动机
控制方法。
图21的示意示了根据本发明第四实施例的电动机驱动系统的整 体结构。
图22的流程示了根据第四实施例的电动机驱动系统中确定各个电动发电机中的电动机损耗增大设定值的方式。
图23的流程示了根据第五实施例在各个电动发电机之间分配消 耗过剩电能的第一示例。
图24的概念示了计算每个电动发电机中可消耗过剩电能的方式。
图25的流程示了用于图23所示消耗过剩电能分配的优选控制结构。
图26的流程示了根据第五实施例，在各个电动发电机之间分配 消耗过剩电能的第二示例。
图27示出了具有图21中的结构并额外设有温度传感器的电动机驱动 系统的整体结构。
图28的流程示了根据第五实施例在各个电动发电机之间分配消 耗过剩电能的第三示例。
图29的概念示了伴随过剩电能消耗操作电流命令值改变所需的 时间。
图30图示了图表的一种结构示例，该图表用于获得能够由各个电动 发电机在预定时间内增大的消耗过剩电能。
图31的流程示了用于图28所示消耗过剩电能分配的另一种优选 控制结构。
具体实施例方式
下面参考附图对本发明的实施例进行说明。相同或相应的部分具有相 同的标号，并且原则上不再对其重复说明。 [第一实施例]
图1示出了根据本发明一种实施例的电动机驱动系统的整体结构。 参考图1，根据本发明实施例的电动机驱动系统100包括DC电压产
生单元10#、滤波电容器C0、逆变器20、控制装置50和AC电动机MG。
负载60由AC电动机MG的输出转矩驱动旋转。例如，负载60包括驱动轴62和驱动轮65，驱动轴62被连结来传递AC电动机MG的输出转 矩，驱动轮被驱动以随着驱动轴62的旋转而旋转。
如上所述，AC电动机MG通常用作驱动电动机，用于对混合动力车 辆或电动车辆的驱动轮进行驱动。或者，AC电动机MG也可以构造成具 有由发动机驱动的发电机的功能，并可以构造成既具有电动机功能又具有 发电机功能，从而通过产生与驱动轮65的旋转方向相反方向的输出转矩 来执行再生发电。此外，AC电动机MG可以布置在混合动力汽车中，从 而可以给发动机作为电动机工作以起动该发动机。
DC电压产生单元10#包括DC电源B、系统继电器SRI和SR2、滤波 电容器CI和升压/降压转换器12。
DC电源B由镍氢、锂离子等二次电池形成，或由蓄电装置(例如电 双层电容器)形成。电压传感器10感测DC电源B输出的DC电压Vb。 电压传感器10向控制装置50输出检测到的DC电压Vb。
系统继电器SRI连接在DC电源B的正极端子与电源线6之间，系统 继电器SR2连接在DC电源B的负极端子与地线5之间。系统继电器 SR1、 SR2由来自控制装置50的信号SE接通/关断。具体地，由来自控制 装置50的H (逻辑高)电平的信号SE使系统继电器SR1、 SR2接通，并 由来自控制装置50的L (逻辑低)电平的信号SE使之关断。滤波电容器 CI连接在电源线6与地线5之间。
升压/降压转换器12包括电抗器LI以及功率半导体开关元件Ql和Q2。
功率开关元件Ql和Q2串联连接在电源线7与地线5之间。功率开关 元件Ql和Q2的导通/关断是通过从控制装置50提供的开关控制信号SI 和S2来控制的。
在本发明的实施例中，IGBT (绝缘栅双极晶体管)、功率MOS (金 属氧化物半导体)晶体管、功率双极晶体管等可以用作功率半导体开关元 件(下文中将简称为"开关元件")。对于开关元件Q1和Q2设有反并联 的二极管D1和D2。
电抗器LI连接在开关元件Ql和Q2的连接节点与电源线6之间。此外滤波电容器CO连接在电源线7与地线5之间。
逆变器20由U相臂22、 V相臂24和W相臂26形成，这些臂并联设 置在电源线7与地线5之间。各相臂由串联连接在电源线7与地线5之间 的开关元件形成。例如，U相臂22由开关元件Qll和Q12形成，V相臂 24由开关元件Q13和Q14形成，W相臂26由开关元件Q15和Q16形 成。另外，反并联的二极管D11—D16分别连接到开关元件Q11—Q16。 开关元件Q11—Q16的导通/关断是由来自控制装置50的开关控制信号 S11 — S16控制的。
各相臂的中间点连接到AC电动机MG的各相线圈的相端。换言之， AC电动机MG是三相永磁电动机，并形成为使三个U、 V和W相线圈一 侧的各端共同连接到中性点N。此外，各相线圈的另一端连接到相臂22、 24或26的开关元件中间点。
在升压操作中，升压/降压转换器12向逆变器20供应DC电压VH (该DC电压相当于逆变器20的输入电压，下文中也称为"系统电压 VH")，所述DC电压VH是通过对从DC电源B供应的DC电压Vb进 行升压而产生的。这个系统电压对应于专利文献1中指出的逆变器DC链 电压。
具体地，开关元件Q1和Q2的占空比(导通时间段比率)是响应于从 控制装置50提供的开关控制信号SI和S2设定的，升压比取决于占空 比。
另外，在降压操作时，升压/降压转换器12使从逆变器20经过滤波电 容器CO供应的DC电压(系统电压)降低，并供应该电压来对DC电源B 充电。具体地，响应于来自控制装置50的开关控制信号Sl和S2来交替 地提供只有开关元件Ql导通的时间段以及两个开关元件Ql和Q2都关断 的时间段，降压比取决于上述导通时间段的占空比。
滤波电容器C0使来自升压/降压转换器12的DC电压平滑化，并将经 过平滑处理的DC电压供给逆变器20。电压传感器13检测滤波电容器CO 相反两端之间的电压(即系统电压)，并向控制装置50输出所检测到的 值VH。在AC电动机MG的转矩命令值为正(Tqcom>0)时，通过开关元件 Q11—Q16响应于来自控制装置50的开关控制信号S11 — S16进行开关操 作，逆变器20将从滤波电容器CO供应的DC电压转换成AC电压，并驱 动AC电动机MG来输出正转矩。另一方面，在AC电动机MG的转矩命 令值为零(Tqcom=0)时，通过响应于开关控制信号S11 — S16的开关操 作，逆变器20将该DC电压转换成AC电压，并驱动AC电动机MG使转 矩为零。这样，AC电动机MG被驱动来产生由转矩命令值Tqcom指示的 零转矩或正转矩。
此外，在装备电动机驱动系统100的混合动力车辆或电动车辆的再生 制动时，AC电动机MG的转矩命令值Tqcom被设定为负(TqcomO)。 在此情况下，通过响应于开关控制信号S11 — S16的开关操作，逆变器20 将AC电动机MG产生的AC电压转换成DC电压，并经过滤波电容器CO 向升压/降压转换器12供给所转换的DC电压(系统电压)。注意，本申 请中所指的再生制动，包括在驾驶混合动力车辆或电动车辆的驾驶员对脚 制动踏板进行操作的情况下伴随产生再生电能的制动，也包括在行驶过程 中不操作脚制动踏板而是通过松开加速器踏板造成产生再生电能的同时使 车辆减速(即中止加速)。
电流传感器27对AC电动机MG中流动的电动机电流MCRT进行检 测，并向控制装置50输出所检测到的电动机电流。这里，由于三相电流 iu、 iv和iw的瞬时值之和为零，所以如图l所示，电流传感器27可以布 置为仅检测两相的电动机电流(例如V相电流iv和W相电流iw)。
旋转角度传感器(解算器)28对AC电动机MG的转子(未示出)的 旋转角度e进行检测，并向控制装置50发送所检测到的旋转角度e。在控 制装置50中，根据旋转角度e来计算AC电动机MG的转速Nmt (旋转角 速度co)。
控制装置50基于从设在外部的电子控制单元(ECU)输入的转矩命 令值Tqcom、由电压传感器10检测到的电池电压Vb、由电压传感器13 检测到的系统电压VH、从电流传感器27提供的电动机电流MCRT、以及 从旋转角度传感器28提供的旋转角度e对逆变器20的工作进行控制，使AC电动机MG通过下文所述的方法来根据转矩命令值Tqcom输出转矩。 换言之，控制装置50如上所述产生用于对逆变器20进行控制的开关控制 信号并将其输出到逆变器20。
在升压/降压转换器12的增压或升压操作时，控制装置50根据AC电 动机MG的工作状态来计算系统电压VH的命令值，并根据该命令值以及 由电压传感器13感测到的系统电压VH的检测值，来产生提供该电压命令 值的输出电压VH的开关控制信号SI和S2。
另外，在控制装置50从外部ECU接收到表示混合动力车辆或电动车 辆进入再生制动模式的控制信号RGE时，它产生开关控制信号S11 — S16 并将其输出到逆变器20，使AC电动机MG产生的AC电压被转换成DC 电压。这样，逆变器20将AC电动机MG中产生的AC电压转换成要供给 升压/降压转换器12的DC电压。
此外，响应于控制信号RGE，控制装置50产生使从逆变器20供应的 DC电压降压的开关控制信号SI和S2，并向升压/降压转换器12输出这些 信号。以此方式，来自AC电动机MG的再生电能被用来对DC电源B进 行充电。
而且，在使电动机驱动系统100起动或停机时，控制装置50产生使 系统继电器SRI和SR2接通/关断的信号SE，并向系统继电器SR1、 SR2 输出所述信号。
此外，控制装置50接收与DC电源B有关的信息，例如SOC (充电 状态)和表示充电限制的可输入电能量Win。由此，控制装置50对电动 机驱动系统100中消耗的电能和产生的电能(再生电能)进行控制。
电动机驱动系统100中AC电动机MG的驱动控制基本上是通过如下 所述电动机电流MCRT的反馈控制来执行的。
图2是根据脉宽调制(PWM)方法由控制装置50执行的电动机电流 控制的控制框图。
参考图2，电流控制框200包括坐标变换单元200和250、转速计算 单元230、 PI计算单元240和PWM^号产生单元260。此外，电流控制框 200还包括电流命令产生单元210和电动机损耗增大设定单元300，电流命令产生单元210向电流控制框200提供电流命令，电动机损耗增大设定 单元300向电流命令产生单元210提供AC电动机MG中要增大的电能损 耗。
电动机损耗增大设定单元300接收DC电源B的充电状态SOC、可输 入电能量Win和控制信号RGE以及AC电动机MG的工作状况(即转矩 命令值Tqcom和电动机转速Nmt (旋转角速度co))，并产生电动机损耗 增大设定值Mlcom。
电流命令产生单元210基于预先准备的对照表等，根据AC电动机 MG的转矩命令值Tqcom和电动机损耗增大设定值Mlcom，来产生电流命 令值Idcom禾口 Iqcom。
坐标变换单元220利用由旋转角度传感器28检测到的AC电动机MG 的旋转角度e来执行坐标变换(三相至两相)，从而根据由电流传感器27 检测到的电动机电流MCRT (iv、 iw、 iu=—(iv+iw))来计算d轴电流id和 q轴电流iq。转速计算单元230根据来自旋转角度传感器28的输出，计算 AC电动机MG的转速Nmt。
PI计算单元240接收d轴电流命令值的偏差AId (AId=Idcom - id)和 q轴电流命令值的偏差AIq (Akplqcom - iq) 。 PI计算单元240用规定增 益执行PI计算，来获得d轴电流偏差AId和q轴电流偏差AIq各自的控制 偏差，并分别产生与这些控制偏差对应的d轴电压命令值Vd弁和q轴电压 命令值Vq弁。
坐标变换单元250利用AC电动机MG的旋转角度e执行坐标变换(两 相至三相)，从而将d轴电流命令值Vd弁和q轴电流命令值Vq弁转换成U 相、V相和W相的各个相电压命令值Vu、 Vv和Vw。这里，系统电压 VH也反映在从d轴电压命令值Vd弁和q轴电压命令值Vq弁向各个相电压 命令值Vu、 Vv和Vw的转换中。
PWM信号产生单元260根据各相的电压命令值Vu、 Vv和Vw与规定 载波之间的比较来产生图1所示的开关控制信号S11 — S16。根据电流控制 框200产生的开关控制信号S11 — S16对逆变器20的开关进行控制，使得 用于根据转矩命令值Tqcom输出转矩的AC电压被施加到AC电动机MG。VH命令值产生单元310根据AC电动机MG的转矩命令值Tqcom和 转速Nmt，产生系统电压VH的控制命令值VH# (下文中也称为"电压命 令值VH弁")。PWM信号产生单元350基于由电压传感器10检测到的电池电压Vb 以及当前的系统电压VH，根据规定的PWM控制方法来产生开关控制信 号Sl和S2，使逆变器12的输出电压达到电压命令值VH#。如下文中详细说明的，在根据本实施例的电动机驱动系统中，电流命 令产生单元210在产生电流命令值Idcom和Iqcom中，反映了电动机损耗 增大设定值Mlcom，其中所述电流命令值Idcom和Iqcom用于根据转矩命 令值Tqcom从AC电动机MG输出转矩。图3是图示了 AC电动机MG的电动机电流相与输出转矩之间关系的 概念图。在图3中，实线是表示在电动机电流幅度保持不变的情况下当改变电 流相时输出转矩所发生的改变的特性线。从这些特性线可以理解到，存在 着获得最大输出转矩(即与各个电动机电流幅度有关的最大电动机效率) 的电流相。最佳效率特性线CLO是通过将与各个电流幅度对应的最大效率 工作点连接起来获得的。图2所示的电流命令产生单元210基本上确定电动机电流的幅度和相 位，以将电流工作点设定在对于输出转矩的命令值(即转矩命令值 Tqcom)的最佳效率特性线CLO上，并产生用于d轴和q轴的电流命令值 Idcom和Iqcom，使得可以获得这样确定的电流幅度和电流相。另外，可以以电流工作点集合的形式获得损耗增大特性线CL1 —CL3，所述电流工作点集合是通过使电流相从最佳点偏移以在AC电动机MG中产生一定量的低损耗而获得的。这样，各条损耗增大特性线可以被定义为由对应于各个电流幅度而发生相同量的电动机损耗的电流工作点的 隹厶朱n o结果，根据转矩命令值'Tqcom和电动机损耗增大设定值Mlcom，可 以从图3所示的电流相一输出转矩特性中选择一个电流工作点。例如，如图3所示，当转矩命令值Tqcom等于Tl时，对于等于0、 Ll、 L2和L3的电动机损耗增大设定值Mlcom分别获得电流工作点Plo、 Pla、 Plb和Plc。同样，当转矩命令值Tqcom等于T2时，对于等于0、 Ll、 L2和L3的电动机损耗设定值Mlcom分别可以设定电流工作点P2o、 P2a、 P2b禾卩P2c。如图4所示，预先准备参照图表TBL。其图表值根据转矩命令值 Tqcom和电动机损耗增大设定值Mlcom由与各个电流工作点对应的d轴和 q轴电流命令值的集合(Idcom、 Iqcom)形成。电流命令产生单元210根 据转矩命令值Tqcom和电动机损耗增大设定值Mlcom来参照图表TBL， 从而能够在使根据电动机损耗增大设定值Mlcom的电能损耗增大的同时， 产生用于输出根据转矩命令值Tqcom的转矩的电流命令值Idcom和 Iqcom。这样，可以任意地设定使AC电动机MG以最佳效率工作的操作 (Mkx>m=0)以及通过可以根据设定值增大AC电动机MG中的电能损耗 来消耗任意过剩电能的消耗操作(Mlcom>0)。或者，如图5所示，可以预先准备参照表，该参照表的图表值由与电 流相一输出转矩特性的二维平面上被作为电流工作点的候选者而处理的各 个点对应的电流命令值(Idcom、 Iqcom)的集合形成。在此情况下，电流 命令产生单元210根据转矩命令值Tqcom和电动机损耗增大设定值Mlcom 来确定从图5的候选者中要选择的电流工作点。这种方法可以产生与图4 所示方法类似的电流命令值。图6的流程示了在根据第一实施例的电动机驱动系统中用于电流 控制命令值的确定过程。参考图6，在步骤S100，控制装置50根据AC电动机MG的工作状 态，来确定要由AC电动机MG消耗的过剩电能(即要增大的电能损 耗)。具体地，控制装置50确定电动机损耗增大设定值Mlcom，该值对 应于要通过降低电动机驱动效率来额外消耗的、与AC电动机MG中过剩 电能对应的电能损耗量。步骤S100中的处理对应于图2所示的电动机损 耗增大设定单元300的操作。例如，在步骤S100中，当AC电动机MG根据控制信号RGE执行再 生操作时，可以根据充电状态(即SOC)和可输入的电能量Win来限制对 DC电源B (二次电池)的充电，在此情况下设定了 (Mlcom>0)。这 样，考虑了 AC电动机MG的工作状态(即考虑到了是否正在执行再生操 作，评估的在AC电动机MG中产生的电能量反映了车轮的抓地/打滑等) 和来自AC电动机MG的再生电能的供应目标状态，来确定电动机损耗增 大设定值Mlcom。控制装置50在步骤SI 10确定步骤S100中确定的电动机损耗增大设 定值Mlcom是否大于0 (Mlcom>0)。在Mlcom值等于0 (步骤S110为 "否")时，不需要有意增大AC电动机MG的电能损耗，因而执行电动 机控制来使电动机驱动效率最大化。这样，控制装置50根据转矩命令值 Tqcom来确定电流命令值Idcom和Iqcom，从而可以将电流工作点确定在 图3所示的最佳效率特性线CL0上。例如，参照图表TBL (图4)来确定 d轴电流命令值Idcom和q轴电流命令值Iqcom。在电动机损耗增大设定值Mlcom大于0 (步骤S110为"是")时， 控制装置50在步骤S130确定输出转矩是否正在改变，即转矩命令值 Tqcom是否已经从前次执行图6中的子程序时的值发生了改变。在转矩命令值Tqcom尚未从所述前次值发生改变(步骤S130为 "否")时，在步骤S140根据转矩命令值Tqcom来确定电流命令值，使 得可以将电流工作点选择在与电动机损耗增大设定值Mlcom对应的损耗增 大特性线(例如图3中的CL1—CL3)上。这样，根据图4所示图表TBL 上转矩命令值Tqcom与电动机损耗增大设定值Mlcom的交叉点来确定d 轴电流命令值Idcom和q轴电流命令值Iqcom。相反，在输出转矩正在改变时，即当转矩命令值Tqcom已经从前次值 发生了改变(步骤S130为"是")时，根据电流工作点在图5所示电流 相 一 输出转矩平面上的过渡来确定电流命令值。例如，当电流工作点从前次工作点Plo (Tqcom=Tl且Mlcom=0)移 到工作点P2a (Tqcon^T2且Mlcon^Ll)时，根据电流工作点在图5所示 电流相一输出转矩平面上的变化，基于图4所示图表TBL来确定电流命令值。这样，设定了与电流工作点P2a对应的d轴电流命令值Idcom和q轴 电流命令值Iqcom。如上所述，根据本发明第一实施例的电动机驱动系统能够产生用于输 出根据转矩命令值Tqcom的转矩的电流命令值Idcom和Iqcom，同时反映 了电动机损耗增大设定值Mlcom。因此能够在确保输出转矩的可控性的同 时，根据电动机损耗增大设定值Mlcom来增大AC电动机MG中的电能损 耗，从而能够在必要时(例如在由于车轮的抓地/打滑等使AC电动机瞬间 产生了大量电能时)消耗AC电动机的过剩电能。这样，可以抑制再生电 能，从而可以防止由于AC电动机过大的再生电能而在电动机驱动系统中 (具体地，在系统电压中)发生过电压的情况。由于与前文所述专利文献1中相反不在电动机电流上叠加高频成分， 所以电动机控制系统的工作变得不稳定的可能性可以很低。因此，可以减 小部件(例如电容器)所需的余量，从而可以降低制造成本。与在电动机 电流上叠加高频成分的控制结构相比，可以可靠地增大AC电动机MG中 能够被有意消耗的过剩电能量，即增大对再生电能的抑制量。如已经参考图3至图5所述，电流命令值是根据对具有连续性的电流 工作点的确定来产生的，因此电流命令值随着AC电动机MG的工作阶段 改变(通常是输出转矩命令的改变)而适当地改变。因此，即使在消耗过 剩电能的消耗操作过程中转矩命令值发生了改变，也会在连续执行这种消 耗操作的同时对AC电动机MG的输出转矩执行跟随控制。因此，可以防 止输出转矩的变化。根据上述AC电动机MG的消耗操作，由于能够与电动机的工作状态 无关地(即，不仅在AC电动机的再生操作中，而且在AC电动机的通电 运转中)消耗过剩电能，所以能够进一步提高电动机驱动系统中防止产生 过电压的效果。本发明与以第一实施例为示例的结构之间的关系如下。图1中的逆变 器20和控制装置50分别对应于本发明中的"电动机驱动电路"和"电动 机控制装置"。在图2中，电流命令产生单元210对应于本发明中的"电' 流命令产生装置"，图2中的电流控制框210对应于本发明中的"电流控制装置"，电动机损耗增大设定单元300对应于本发明中的"损耗增大设定装置"。图4中的图表TBL对应于本发明中的"特性储存装置"。 [第二实施例]下面将结合第一实施例中已经说明的对要由AC电动机MG消耗的过 剩电能的设定，即对表示AC电动机MG中电能消耗增大量的电动机损耗 设定值Mlcom的设定，来详细说明第二实施例。根据将在下文说明的第二 实施例及其变更形式的电动机损耗增大设定单元300可以用作图2中的电 动机损耗增大设定单元300。这样，在设定了电动机损耗增大设定值 Mlcom之后要执行的电动机控制与根据第一实施例的电动机驱动系统中的 情况基本相同，将不再重复其详细描述。 (第一设定示例)参考图7，电动机损耗增大设定单元300接收用于确定AC电动机 MG中有意电能损耗量的信息，具体地，接收控制信号RGE、转矩命令值 Tqcom以及表示AC电动机MG工作状态的电动机转速Nmt (旋转角速度 )。电动机损耗增大设定单元300基于对AC电动机MG产生的电能的评 估，例如根据图8中的流程图来设定电动机损耗增大设定值Mlcom。参考图8，在步骤S200,电动机损耗增大设定单元300在AC电动机 MG的再生操作过程中根据转矩命令值Tqcom和旋转角速度co来评估AC 电动机MG中产生的电能Pgn。例如，产生的电能Pgn可以由下面的公式(1)来评估Pgn = Tqcom co .. (1)此外，在步骤S210，电动机损耗增大设定单元300将产生的电能Pgn 与AC电动机MG中的可再生电能Pin进行比较。可再生电能Pin可以是 例如与车轮打滑/抓地时的电能产生量对应的某个固定值，但优选地根据 DC电源B的可输入电能量Win来确定。当AC电动机MG再生的电能Pgn超过了可再生电能Pin (即在电动 机驱动系统'100的输入侧可接受的再生电能)时，即满足(Pgn〉Pin)时 (步骤S210为"是")，电动机损耗增大设定单元300在步骤S230将电动机损耗增大设定值Mlcom设定为大于零。在此操作中，根据AC电动机 产生的电能Pgn来设定电动机损耗增大设定值Mlcom，并优选地将其设定 为再生电能相对于可接受量的过剩量(Pgn-Pin)。当AC电动机MG产生的电能满足(Pgn《Pin)时，即当AC电动机 MG产生的电能能够被作为再生电能而接受时(步骤S210为"否")，电 动机损耗增大设定单元300在步骤S220将电动机损耗增大设定值Mlcom 设定为等于零。 '如上所述，根据图8的流程图，能够根据电动机的转矩命令值Tqcom 和旋转角速度co，基于对AC电动机MG中产生的电能的评估来容易且可 靠地掌握AC电动机MG产生过多再生电能的情况。这样，能够容易地检 测到必须通过增大AC电动机MG的电能消耗来消耗过剩电能的状态。由 此，电动机损耗增大设定值Mlcom可以被适当地设定，并可以防止由于 AC电动机MG的过多再生电能而在电动机驱动系统内部产生过电压。 (第二设定示例)再参考图7，电动机损耗增大设定单元300还接收由电压传感器13获 得的系统电压VH的检测值。电动机损耗增大设定单元300可以根据图9的流程图，基于对系统电 压VH的监视来设定电动机损耗增大设定值Mlcom。参考图9，电动机损耗增大设定单元300在步骤S250从电压传感器 13获得系统电压VH的检测值(逆变器的DC链电压)，并将系统电压 VH与判定电压Vjd进行比较以确定系统内部的电压是否已经升高。判定 电压Vjd被设定成的值比对电动机驱动系统中的器件造成破坏的过电压 低，但比系统电压VH的命令值高。当系统电压升高(步骤S260为"是")时，电动机损耗增大设定单 元300在步骤S270将电动机损耗增大设定值Mlcom设定为大于零 (Mlcom〉0)，使AC电动机MG中的电能消耗可以增大以抑制再生电 能，并优选地禁止AC电动机MG再生电能。在此操作中，电动机损耗增 大设定值Mlcom优选地根据系统电压VH的超过量来确定。在没有发生过电压(步骤S260为"否")时，不需要增大AC电动机MG中的电能损耗，因此电动机损耗增大设定单元300在步骤S280将电动 机损耗增大设定值Mlcom设定为零，以使AC电动机MG在最高效率点工 作。如上所述，根据图9的流程图，能够在再生操作过程中，根据电动机 驱动系统内部(通常是逆变器的DC链电压)的电压升高来可靠地掌握 AC电动机MG中产生过剩电能的情况。由此，可以适当地设定电动机损 耗增大设定值Mlcom，以防止由于AC电动机MG过多地再生电能而在电 动机驱动系统中产生过电压。在图9的流程图中，也可以根据电动机驱动系统中可能不利地发生过 电压的其他部分的检测电压，来将电动机损耗增大设定值Mlcom设定得大 于零(Mlcom〉0)。 (第三设定示例)此外，如图10所示，可以将图8和图9所示用于电动机损耗增大设定 值的设定方式进行结合。参考图10,在步骤S300，电动机损耗增大设定单元300根据通过图8 所示的步骤S200 — S230中的处理而评估的在AC电动机MG中产生的电 能，来设定用于消耗AC电动机MG过多地再生的电能的电动机损耗增大 设定值Mlcoml 。此外，在步骤S310，电动机损耗增大设定单元300根据图9中步骤 S250 — S280的处理，基于电动机驱动系统IOO的内部电压(通常是系统电 压VH)的升高来设定用于消耗AC电动机MG的过剩电能的电动机损耗 增大设定值Mlcom2。在步骤S320,电动机损耗增大设定单元300将从步骤S300和S310中 分别设定的值Mlcoml和Mlcom2中选择的最大值确定为最终的电动机损 耗增大设定值Mlcom。根据图IO所示的流程图，可以根据对AC电动机MG中产生的电能的 评估来基本上判定是否需要增大AC电动机MG的电能损耗，并能够根据 这种判定结果来适当地设定电动机损耗增大设定值Mlcom，以在由于对所 产生的电能进行评估中的任何异常情况造成电动机驱动系统的内部电压升高时减小AC电动机MG的再生电能。由此，可以可靠地防止由于AC电 动机MG过多地再生电能而造成电动机驱动系统内部发生过电压。
AC电动机MG的电能损耗增大不仅可以根据上述AC电动机MG的 电能平衡来确定，也可以根据装备有该电动机驱动系统的车辆中对制动力 的要求来确定。
参考图11，在第二实施例的变更形式中，电动机损耗增大设定单元 300接收图7所示的各种信息和数据，还从踏板下压量传感器320接收制 动踏板下压量，所述踏板下压量传感器320对由驾驶员操作以使车辆制动 的制动踏板330的下压量进行感测。
当如图12所示来确定电动机损耗增大设定值Mlcom时，电动机损耗 增大设定单元300可以在电动机损耗增大设定值Mlcom中反映这种制动踏 板下压量。
参考图12，在第二实施例的变更形式中，电动机损耗增大设定单元 300执行与图10中类似的步骤S300和S310的处理，还在步骤S315根据 制动踏板下压量来设定电动机损耗增大设定值Mlcom3 。
在步骤S315，电动机损耗增大设定值Mlcom3被设定为随着驾驶员要 求的制动力增大(即随着制动踏板下压量的增大)而增大。具体地，在 DC电源B处于过度充电状态、并且AC电动机MG的发电(设定了 (TqcomO))被禁止的时候，Mlcom3被设定得较大。
当电动机损耗增大设定值Mlcom3如上所述增大时，AC电动机MG 的驱动效率降低，电能损耗增大，因而对于AC电动机MG的旋转角速度 co的惯性矩等效地增大。由于惯性矩增大而使旋转角速度co降低的效果能够 给驾驶员施加更强的车辆减速感。
在步骤S330，电动机损耗增大设定单元300从在步骤S300中根据对 AC电动机产生的电能进行的评估所获得的电动机损耗增大设定值 Mlcoml、在步骤S310中根据对系统内部电压(系统电压VH)的监视而 设定的电动机损耗增大设定值Mlcom2、以及根据制动卞压量的电动机损 耗增大设定值Mlcom3中选择最大的值，作为最终的电动机损耗增大设定值Mlcom。
由此，可以防止由于AC电动机MG的过剩电能造成的过多再生电能 而在电动机驱动系统中产生过电压，并可以设定AC电动机MG中的过剩 电能消耗(损耗增大)，使得在驾驶员要求车辆制动力时可以获得更大的 车辆减速感。因此，可以改善装备有该电动机驱动系统的车辆的制动性能 或驱动能力。
本发明与作为第二实施例及其变更形式说明的结构之间的关系如下。 图7中的电压传感器13对应于本发明中的"电压检测器"，图8的流程图 中的步骤S200对应于本发明中的"电能评估装置"。
已经知道，根据第一实施例和第二实施例中所述的脉宽调制(PWM) 的电动机电流控制只能将向电动机施加的AC电压的基波成分幅度增大到 逆变器输入电压(系统电压VH)的0.61倍那么大。在装备有AC电动机 MG的混合动力车辆等中，AC电动机MG中产生的感应电压在高速区域 增大。因此，已经提出执行使磁场减弱控制来提高高速区域的输出。
从上述观点出发，根据第三实施例的电动机驱动系统选择性地将图13 所示的三种控制方法用于逆变器中的电能转换。
参考图13，在一般的PWM控制中使用正弦PWM控制方法，为了根 据图2的控制框图执行电动机电流反馈控制，根据正弦电压命令值与载波 (通常是三角波)之间的电压比较来控制各相臂中开关元件的导通/关断。
因此，结合对高电平时间段和低电平时间段的集合来控制占空比，使 得基波成分在一定时间段中形成正弦曲线，其中，所述高电平时间段对应 于上臂(Qll、 Q13和Q15)的导通时间段，所述低电平时间段对应于下 臂(Q12、 Q14和Q16)的导通时间段。众所周知，正弦PWM控制方法 只能够将基波成分幅度增大到逆变器输入电压的0.61倍那么大。
相反，根据方波电压控制方法，使用在高电平时间段与低电平时间段 之间表现出1:1比率的方波，并向AC电动机MG施加这种方波的与一个 脉冲对应的一部分。这样能够将调制率增大到0.78。
在过调制PWM控制方法中，在根据图2的控制框图进行的电动机电流反馈控制中通过使载波的幅度变形使之减小，来执行与上述正弦PWM 控制方法类似的PWM控制。因此，可以将基波成分变形来使调制率增大
到0.61与0.78之间的值。
在AC电动机MG中，在转速和输出转矩增大时，感应电压增大，所 需电压也增大。由转换器12增大的电压(即系统电压VH)必须被设定得 高于这种电动机所需电压(感应电压)。同时，在由转换器12增大的电 压中，即系统电压中，存在限制值(VH最大电压)。
因此，在电动机所需电压(感应电压)低于所述最大值(VH最大电 压)的区域中基本上执行正弦PWM控制方法或过调制PWM控制方法， 并在该区域中执行根据图2的框图进行的电动机电流控制，以提供与转矩 命令值Tqcom相等的输出转矩。
基本上，在这种操作中，AC电动机MG以最大效率工作，并且在必 要时，电动机损耗增大设定值Mlcom被设定为大于0 (Mlcom〉0)。由 此，电动机电流相被改变以增大AC电动机MG中的电能损耗，从而防止 AC电动机MG中产生过多的再生电能。这种方式和操作如已经结合第一 实施例、第二实施例及其变更形式所说明的那样执行。
同时，在电动机所需电压(感应电压)达到系统电压的最大值(VH 最大电压)时，在维持系统电压VH的同时采用根据磁场减弱控制的方波 电压控制方法。在方波电压控制方法中，由于基波成分的幅度固定，所以 通过基于由功率计算获得的转矩实现值以及转矩计算值的方波脉冲的电压 相控制来执行转矩控制。
如图14的流程图所示，ECU (未示出)从基于加速器下压程度等的 车辆所需输出来计算AC电动机MG的转矩命令值Tqcom (步骤S400)。 响应于此，在步骤S410中，控制装置50基于己经设定的图表等，根据 AC电动机MG的转矩命令值Tqcom和转速Nmt来计算电动机所需电压 (感应电压)。
此外，控制装置50根据电动机所需电压与系统电压的最大值(VH最 大电压)之间的关系，为电动机控制选择方波电压控制方法(磁场减弱控 制)或电动机电流控制(正弦PWM控制方法/过调制PWM控制方法)(步骤S420)。为电动机电流控制选择正弦PWM控制方法或过调制 PWM控制方法是根据所需调制率的范围来执行的。根据上述控制流程， 根据AC电动机MG的工作状况而从图13所示的多种控制方法中选择了适 当的控制方法。因此，如图15所示，根据AC电动机MG的工作区域(转速/转矩) 确定了所应用的控制方法。在低转速区域Al中使用正弦PWM控制方法 以减小转矩变动。在中等转速区域A2中使用过调制PWM方法，在高转 速区域A3中使用方波电压控制方法。具体地，采用过调制PWM控制方 法和方波电压控制方法增大了 AC电动机MG的输出。如上所述，在正弦PWM控制方法和过调制PWM控制方法中，根据 图2的控制框图来执行电动机电流的反馈控制。相反，在方波电压控制方 法中，根据图16的控制框图来控制AC电动机MG。参考图16，方波电压控制框400包括功率计算单元410、转矩计算单 元420、 PI计算单元430、方波产生器440和信号产生单元450。功率计算单元410从由电流传感器27检测到的各相电流iv、 iw和iu (=一 (iv+iw))以及各相电压Vu、 Vv和Vw，根据下面的公式(2)来 计算电动机供给功率Pmt。Pmt = iu Vu + iv Vv + iw Vw ... ( 2)转矩计算单元420使用由功率计算单元410获得的电动机供给功率 Pmt以及由旋转角度传感器28检测到的AC电动机MG的旋转角度e计算 出的角速度①，根据下面的公式(3)来计算转矩评估值Trq。Trq = Pmt/co ... (3)PI计算单元430接收关于转矩命令值Trqcom的偏差ATrq (ATrq=Trqcom - Trq) 。 PI计算单元430用规定增益对转矩偏差ATrq执 行PI计算以获得控制偏差，并根据所获得的控制偏差来设定方波电压的相(()V。具体地，根据图17所示电压相([)v与输出转矩的改变特性，依据转矩 命令值Tqcom来确定电压相())v。这样，在产生了正转矩(Tqcom〉0)时， 电压相在转矩不足时提前，并在转矩过大时延迟。另外，在产生了负转矩(TqcomO)时，电压相在转矩不足时延迟，并在转矩过大时提前。方波产生器440根据PI计算单元430设定的电压相(j)v，来产生各相电 压命令值(方波脉冲)Vu、 Vv或Vw。信号产生单元450根据各相电压命 令值Vu、 Vv或Vw来产生开关控制信号S11 — S16。逆变器20根据开关 控制信号S11 — S16执行开关操作，从而施加根据电压相(()v的方波脉冲， 作为电动机的各相电压。如上所述，在方波电压控制方法中，能够通过转矩(功率)反馈控制 来执行AC电动机MG的转矩控制。但是，在方波控制方法中，通过仅改 变相位来操作电动机施加的电压，因此与PWM控制方法相比控制响应变 差了，在所述PWM控制方法中电动机施加电压的幅度和相位都能被操 作。图18是可以与图3进行比较的概念图，并图示了方波电压控制方法 中的电流工作点。参考图18，在方波电压控制方法中，电流相采取不可调节的固定值， 电流工作点位于区域460内。这样，在方波电压控制方法中，不能执行如 已经结合第一实施例、第二实施例及其变更形式所述那样能够任意改变 AC电动机MG中电能损耗的电能损耗控制。因此，在以根据工作区域来执行电动机电流控制与方波电压控制之间 的切换这样的前提的电动机控制方法中，将就在通常与方波电压控制方法 对应的工作区域中AC电动机MG的电能损耗控制来描述第三实施例。图19示出了特性线480的集合，它们表示AC电动机MG中电动机线 上出现的电动机线电压随着电流相的改变特性。由图19可以理解到，当 所产生的转矩恒定时，可以通过将电流工作点设定在提前侧来使电动机线 电压降低。具体地，可以将电流工作点设定在区域470中，区域470相对 于方波电压控制方法中的电流工作点所在区域460位于电流相提前侧，从 而使电动机线电压能够降低。例如，在所产生的转矩恒定时，可以将电流工作点从方波电压控制方 法中的电流工作点OP1移到提前的电流工作点OP2，从而可以将电动机线 电压降低AV。这表示以下内容。当根据PWM控制方法执行电动机电流控制(图2)使电流工作点位于区域470中时，能够在确保转矩可控性的同
时还降低电动机驱动效率，并能够增大AC电动机MG中的电能消耗以抑 制再生电能。
图20的流程示了根据第三实施例的电动机控制系统中的电动机 控制方法。
参考图20，在步骤S500，控制装置50为图13所示的电动机控制模 式选择电动机电流控制或方波电压控制。此外，在步骤S510，控制装置 50还在步骤S510根据第一实施例、第二实施例及其变更形式来确定电动 机损耗增大设定值Mlcom。
在步骤S520，控制装置50判定在步骤S500中是否选择了方波电压控 制方法。在未选择方波电压控制方法时，即在选择了电动机电流控制(步 骤S520为"否")时，在步骤S530，基于转矩命令值Tqcom和电动机损 耗增大设定值Mlcom，根据第一实施例来确定电流命令值。此外，在步骤 S540，控制装置50还根据所确定的电流命令值(Idcom和Iqcom)执行图 2所示的电动机电流反馈控制。
在选择了方波电压控制方法(步骤S520为"是")时，控制装置50 对电动机损耗增大设定值Mlcom是否已超过判定值Pth进行判定(步骤 S550)。例如，判定值Pth被设定为与方波电压控制方法中的电能损耗对 应。
在值Mlcom等于或小于值Pth (步骤S550为"否")时，不必有意 增大AC电动机MG的电动机电能消耗，因此在步骤S570，控制装置50 根据图15的控制框图执行方波电压控制方法，从而控制AC电动机MG根 据转矩命令值Tqcom来产生输出转矩。
相反，当Mlcom大于Pth (步骤S550为"是")时，即当从电动机 驱动系统中的电能平衡的角度来看，AC电动机MG中要产生的电能损耗 已经超过了方波电压控制方法中产生的电能损耗的时候，控制装置50在 步骤S560确定电流命令值，以执行电动机电流反馈控制而不是方波电压 控制。
在步骤S560，在图19所示电流相提前区域470中，控制装置50与的电动机损耗增大设定值Mlcom对应地确定电流命令值。例如，将电流工作 点设定在与图3中的线CL1 —CL3类似的损耗增大特性线上。通过准备与 图表TBL (图4)类似的图表，能够根据电动机转矩命令值Tqcom以及电 动机损耗增大设定值Mlcom，来为上述电流命令值确定d轴电流命令值 Idcom和q轴电流命令值Iqcom。在步骤S540，控制装置50根据在步骤S560中确定的电流命令值 (Idcom和Iqcom)来执行图2所示的电动机电流反馈控制，而不是步骤 S500中选择的方波电压控制。在根据第三实施例的电动机驱动系统中，如上所述，能够选择性地采 用基本上使AC电动机基本上以最佳效率工作的电动机电流控制和用于在 高速区域中确保电动机输出的方波电压控制，从而能够增大AC电动机 MG的可工作区域。此外，在方波电压控制方法的操作中要增大电能损耗 时，可以采用下述区域中的电动机电流控制而不是方波电压控制，所述区 域中电流相与方波电压控制方法相比有进一步的提前。因此，在增大的工 作区域中的任意部分，都可以通过有意增大AC电动机MG的电能损耗来 消耗过剩电能。因此，可以通过采用方波电压控制方法来确保高速区域中 的输出，并防止可能由于AC电动机MG再生电能的过度增大而在电动机 驱动系统中产生的过电压。本发明与作为第三实施例说明的结构示例之间的关系如下。图16中 的方波电压控制框400对应于本发明中的"方波电压控制装置"。在图20 的流程图中，步骤S500对应于"控制模式选择装置"，步骤540—560对 应于本发明的"控制模式校正装置"。[第四实施例]现在将说明与设有多个AC电动机的电动机驱动系统中的控制结构有 关的第四实施例，特别是用于防止由于AC电动机产生过多再生电能而造 成的过电压的控制结构，所述多个AC电动机被连接来双向地向公共电源 供应电能和从所述公共电源接收电能。图21是图示了装备有根据第四实施例的电动机驱动系统的混合动力 车辆100#的结构的框图。参考图21，装备有根据第四实施例的电动机驱动系统的混合动力车辆
100#包括动力分配装置3、发动机4、电动发电机MG1和MG2 (AC电动 机)、驱动轴62和驱动轮65。驱动轴62和驱动轮65形成了电动机驱动 系统的负载60。
混合动力车辆100还包括DC电压产生单元10#、滤波电容器CO、逆 变器20和30以及控制装置50#。
DC电压产生单元10#具有与图1中基本相同的结构，并连接到地线5 和电源线7。
电动发电机MG1具有与图1中的AC电动机MG基本上相同的结 构，并包括布置在定子上的U相线圈绕组Ul、 V相线圈绕组V1和W相 线圈绕组Wl以及转子(未示出)。U相线圈绕组Ul、 V相线圈绕组VI 和W相线圈绕组Wl的一侧上的各端一起连接到中性点Nl，它们的另一 端分别连接到逆变器20的U相臂22、 V相臂24和W相臂26。开关元件 Q11—Q16响应于由控制装置50#提供的开关控制信号S11 — S16来执行开 关操作，由此，逆变器20执行DC电压产生单元10#与电动发电机MG1 之间的双向功率转换。
逆变器30具有与逆变器20基本上相同的结构，并包括开关元件Q21 一Q26以及反并联的D21—D26，所述开关元件Q21—Q26由开关控制信 号S21—S26控制来导通/关断。
电动发电机MG2具有与电动发电机MG1基本上相同的结构，并包括 布置在定子上的U相线圈绕组U2、 V相线圈绕组V2和W相线圈绕组W2 以及转子(未示出)。与电动发电机MG1类似，U相线圈绕组U2、 V相 线圈绕组V2和W相线圈绕组W2的一侧的各端一起连接到中性点N2， 它们的另一端分别连接到逆变器30的U相臂32、 V相臂34和W相臂 36。
开关元件Q21—Q26响应于由控制装置50#提供的开关控制信号S21 一S26来执行开关操作，由此，逆变器30执行DC电压产生单元10#与电 动发电机MG2之间的双向功率转换。
动力分配装置3连结到发动机4以及电动发电机MG1和MG2，用于在它们之间分配动力。例如，动力分配装置3可以由行星齿轮机构形成， 所述行星齿轮机构具有太阳轮、行星轮和齿圈的三个旋转轴。这三个旋转
轴分别连接到发动机4的旋转轴以及电动发电机MG1和MG2的旋转轴。 例如，电动发电机MG1的转子具有中空结构，发动机4的曲轴穿过所述 中空结构同轴地延伸，使发动机4以及电动发电机MG1和MG2能够以机 械方式连接到动力分配装置3。
电动发电机MG2的旋转轴通过减速齿轮和工作齿轮(二者都未示 出)连结到驱动轴62。用于电动发电机MG2的旋转轴的减速齿轮也可以 包含到动力分配装置3中。
电动发电机MG1被包含到混合动力车辆100#中，用作由发动机4驱 动的发电机，也用作使发动机4起动的电动机。电动发电机MG2被包含 到混合动力车辆IOO弁中作为用于对驱动轮65进行驱动的电动机。
与图1中的AC电动机MG类似，电动机MG1和MG2各自设有电流 传感器27和旋转角度传感器(解算器)28。这些传感器对电动发电机 MG1的电动机电流MCRT (1)和转子旋转角度e (1)以及电动发电机 MG2的电动机电流MCRT (2)和转子旋转角度e (2)进行检测，并将它 们提供给控制装置50#。
与控制装置50类似，控制装置50#接收由电压传感器10检测的DC 电源B的DC电压值Vb和由电压传感器13检测的系统电压值VH，以及 与DC电源B有关(如SOC (充电状态)和表示充电限制的可输入电能量 Win)的{言息。
此外，控制装置50#还接收电动发电机MG1的转矩命令值Tqcom (1)和表示其再生操作的控制信号RGE (1)，以及电动发电机MG2的 转矩命令值Tqcom (2)和表示其再生操作的控制信号RGE (2)。
控制装置50#包括用于对电动发电机MG1进行控制的控制装置50 (1)和用于对电动发电机MG2进行控制的控制装置50 (2)。控制装置 50 (1)具有与图1所示控制装置50基本上相同的控制结构，从而产生用 于逆变器20的开关控制信号S11 — S16,使电动发电机MG1可以根据命令 值工作。同样，控制装置50 (2)也具有与控制装置50基本上相同的控制结构，从而产生用于逆变器30的开关控制信号S21 — S26，使电动发电机 MG2可以根据命令值工作。
图21所示的电动机驱动系统构造成使得可以从多个电动发电机MG1 和MG2向公共的DC电源B供应再生电能。因此，为了与第一至第三实 施例类似地响应于各个电动发电机MG1和MG2来有意增大电能损耗，就 需要在对全部电动发电机MG1和MG2的电能平衡进行监视的同时，确定 应由各个电动发电机消耗的过剩电能(即电动机损耗增大设定值)。
图22的流程示了在根据第四实施例的电动机驱动系统中，确定 各个电动发电机MG1和MG2中的电动机损耗增大设定值的方法。
参考图22，在步骤S600，控制装置50#根据公式(1)对各个电动发 电机(AC电动机)MGl禾Q MG2中的输入/输出功率Pmg (1)和Pmg (2)进行评估。各个输入/输出功率Pmg (1)禾P Pmg (2)在相应的电动 发电机执行再生操作(发电)时取正值，并在通电运转过程中取负值。
在步骤S610，控制装置50#获得在歩骤S600中获得的输入/输出功率 Pmg (1)禾n Pmg (2)的总和，从而计算电动发电机MG1和MG2总的功 率平衡Pmg (=Pmg (1) +Pmg (2))。由此，即使在电动发电机(AC 电动机)之一正在执行通电运转以减少电能时，也可以在另一电动发电机 (AC电动机)正在发电时对整个系统是否正在产生过剩电能进行监视。
在步骤S620，控制装置50弁根据全部电动发电机MGl和MG2的功率 平衡Pmg与到电动机驱动系统100#输入侧的可再生电能量Pin (Pin^O) 之间的比较，将所需损耗增大量Mlttl设定为与所有电动发电机MGl和 MG2的过剩电能对应。
具体地，在步骤S620，所需损耗增大量Mlttl在(Pmg《Pin)的情况 下被设定为零(Mlttl=0)，并在(Pmg>Pin)的情况下被设定为超过零 (MM〉0)。在此过程中，优选地根据整体功率平衡Pmg或者整体功率平 衡Pmg相对于可再生电能Pin的过剩量(Pmg - Pin)来设定所需损耗增大 量Mlttl 。
在步骤S620，与第二实施例类似，可以通过进一步反映出由电压传感 器13对系统电压VH的检测来确定整个电动机的所需损耗增大量Mlttl。或者，与第二实施例的变更形式类似，也可以根据驾驶员要求的车辆制动 力来使所需损耗增大量增大。在步骤S630，控制装置50#在所需损耗增大量Mlttl中设定待由各个 电动发电机MG1和MG2消耗的过剩电能，从而设定用于各个电动发电机 的损耗增大命令，使全部电动发电机MG1和MG2可以消耗在步骤S620 中获得的全部电动发电机MG1和MG2的过剩电能。在第一种方式中，可以根据下面的公式(4)在电动发电机MG1与 MG2之间分配电动机损耗增大命令，从而可以在与驱动轴62连接以直接 输出转矩的电动发电机MG2中优先增大电动机损耗。Mlcom (1) =0， Mlcom (2) =Mlttl... (4)具体地，与第二实施例的变更形式类似，在响应于驾驶员要求的车辆 制动力而增大所需损耗增大量Mlttl时，优先由电动发电机MG2增大电动 机损耗，从而可以增强车辆的减速感。作为第二种方式，可以确定整个电动机中的所需损耗增大量Mlttl以 将其在电动发电机MG1与MG2之间根据公式(5)进行分配。Mlcom (1) +Mlcom (2) = Mlttl， Mlcom (1) > 0， Mlcom (2) >0... (5)具体地，根据这种第二方式，可以减小由每个电动发电机(AC电动 机)消耗的过剩功率，因此可以预期将工作状态从最佳效率改变到损耗增 大情况所需的过渡时间减小，并预期可以抑制转矩变动。此外，还可以抑 制每个电动发电机的发热值，使整个电动机驱动系统的功率平衡可以更加 平稳地得到改善。此外，与在一个电动发电机(AC电动机)中增大功率 损耗以集中地消耗过剩功率的情况相比，还能够可靠地增大再生电能的抑 制量。在步骤S630确定了各个电动发电机MG1和MG2的电动机损耗增大 设定值Mlcom (1)和Mlcom (2)之后，控制装置50 (1)根据转矩命令 值Tqcom (1)和电动机损耗增大设定值Mlcom (1)来控制电动发电机 MG1。同样，控制装置50 (2)根据转矩命令值Tqcom (2)和电动机损 耗增大设定值Mlcom (2)来控制电动发电机MG2。控制装置50 (1)和50 (2)根据转矩命令值和电动机损耗增大设定值进行的控制操作与结合 图1或图3实施例所述的操作基本上相同，因此不再重复其说明。在本实施例中，由于无论电动机工作状态(即再生操作和通电运转) 如何，各个电动发电机都能够消耗过剩电能，所以这些电动发电机能够以 良好平衡的方式来消耗整个电动机驱动系统的过剩电能。这样，能够平滑 地执行根据上述第二方式的过剩电能分配。本发明与作为第四实施例的示例性结构之间的关系如下。在图21中，电动发电机MG1和MG2对应于本发明中的"多个AC电动机"，逆 变器20和30各自对应于本发明中的"电动机驱动电路"，每个控制装置 50 (1)或50 (2)对应于本发明中的"电动机控制装置"。图22中的步 骤S620和S630对应于本发明中的"分配装置"。 [第五实施例]下面将结合在多个AC电动机之间分配消耗过剩电能的优选方式对第 五实施例进行说明，所述多个AC电动机是在电动机驱动系统中采用并结 合第四实施例进行了说明的。现在将结合在图21所示电动机驱动系统中的电动发电机MG1和MG2 之间对消耗过剩电能进行的优选分配方式来说明第五实施例。如下所述在 电动发电机MG1与MG2之间对消耗过剩电能进行分配的分配方法作为与 图22所示确定各个电动发电机中的电动机损耗增大设定值的方式的步骤 S630中的处理对应的子程序由控制装置50#执行。 (基于可消耗过剩电能进行的分配)首先参考图23，下面将对在各个电动发电机的可消耗过剩电能范围内 确定电动机损耗增大设定值的方式(第一示例)进行说明。参考图23，在步骤S700中，控制装置50#根据当前工作状态，具体 地根据当前工作点(转矩和电流相)，来计算可消耗过剩电能Pmaxl或 Pmax2，所述可消耗过剩电能Pmaxl或Pmax2是各个电动发电机MG1和 MG2的当前可消耗电能的最大值。现在将参考图24对计算可消耗过剩电能Pmaxl和Pmax2的方式进行 说明。图24图示了与图3类似的电流相一转矩特性。根据本发明的实施
例，每个电动发电机MG (下文中总称为电动发电机MG1和MG2)通过 根据电流相一输出特性来改变电流工作点以降低电动机驱动效率，来消耗 过剩电能。
在图24中，假定Pl、 P2和P3 (P1<P2<P3)分别代表损耗特性线 CL1、 CL2、 CL3上的电流工作点处的可消耗过剩电能。当输出转矩等于 Ta时，根据电流相的改变，可消耗过剩电能超过了 P3。当输出转矩等于 Tb (Tb>Ta)时，根据电流相的改变，可消耗过剩电能的最大值等于P3。 同样，当输出转矩等于Tc (T0Tb)时，根据电流相的改变，可消耗电能 的最大值等于P2。当输出转矩等于Td (Td〉Tc)时，根据电流相的改 变，可消耗电能的最大值等于P1。
如上所述，当前可消耗的过剩电能根据各个电动发电机MG的工作状 态而改变，具体地，可消耗过剩电能随着输出转矩的相对增大而减小。因 此，根据图24所示的特性线，可以预先准备图表，该图表中为每个电动 发电机MG设定了各个电流工作点处的可消耗过剩电能Pmax (下文中一 总称为Pmaxl禾口/或Pmax2)。
例如，可以准备该图表，在图表中相应的部分与图4所示的电流命令 值Idcom和Iqcom的图表类似，并且图表值代表了可消耗的过剩电能 Pmax。根据步骤S700中的处理，可以根据各个电动发电机MG1和MG2 的当前电流工作点，参考该图表来计算可消耗过剩电能Pmaxl和Pmax2。
参考图23，在步骤S710，控制装置50#在步骤S700中获得的可消耗 过剩电能Pmaxl和Pmax2的范围内分别确定电动发电机MG1和MG2中 的损耗增大命令Mlcom (1)和Mlcom (2)。这样，根据下面的公式 (6)来确定电动发电机MG1和MG2的损耗增大命令
Mlcom (1)《Pmaxl， Mlcom (2)《Pmax2 ... (6)
通过釆用这种控制结构，可以向各个电动发电机分配在可消耗范围内 的过剩电能，使得多个电动发电机能够根据各个电动发电机的工作状态 (在再生操作中和通电运转中)来消耗过剩电能以保持多个电动发电机之 间的平衡。在图21所示的混合动力车辆100#中，电动发电机MG2的输出提供了 驱动轮65的驱动动力，但用作发电机的电动发电机MG1的输出不直接用 于对驱动轮65进行驱动。因此，形成"驱动电动机"的电动发电机MG2 的输出变动直接影响着车辆的可驱动性，而电动发电机MG1的输出变动 不直接影响车辆的可驱动性。考虑到电动发电机MG1与MG2之间的功能 差异，使电动机电流发生改变的消耗过剩电能的操作优选地尽可能使用电 动发电机MG1 (即不用来对车轮进行驱动的那个电动机)来执行。这样， 优先由电动发电机MG1消耗整个过剩电能的这种分配方式能够抑制根据 本发明实施例消耗电能的操作影响车辆驱动这样的可能性。因此，步骤S710中对各个电动发电机的损耗增大处理进行的设定可 以包括如图25所示对用于消耗过剩电能的电动发电机赋予的优先级。参考图25，图23所示步骤S710中的处理优选地由步骤S720 — S740 形成。在步骤S720,控制装置50弁将对应于全部电动发电机MG1和MG2的 过剩电能的输出损耗增大量Mlttl与步骤S700 (图23)中获得的可消耗电 能Pmaxl (即首先工作消耗过剩电能的电动发电机MG1的可消耗电能 Pmaxl)进行比较。在满足(Mlttl《Pmaxl)时(步骤S720为"是")，电动发电机 MG1能够消耗全部过剩电能Mlttl，因而控制装置50#根据下面的公式 (7)来分配消耗过剩电能，从而只由AC电动机MG1消耗过剩电能。Mlcom (1) =Mlttl， Mlcom (20) =0... (7)相反，在满足(Mlttl〉Pmaxl)时(步骤S720为"否")，首先工作 以消耗过剩电能的电动发电机MG1不能消耗全部过剩电能，因而必须附 加使用另一电动发电机MG2来消耗过剩电能。因此，在步骤S740，控制 装置50#根据下面的公式(8)来分配消耗过剩电能。Mlcom (1) =Pmaxl， Mlcom (2) - Mlttl -Pmaxl ... (8) (在Mlcom (2)《Pmax X2的情况下)由于图25所示的控制结构，在混合动力车辆中使用该系统时，能够 抑制电动发电机中的过剩电能消耗操作影响车辆可驱动性的可能性。(基于电动机温度监视进行的分配) 如前所述，在各个电动发电机MG中消耗过剩电能的操作降低了发动 机驱动效率，从而造成了从电动机产生热量。因此，在过剩电能的消耗量 以及消耗操作的时间增加时，电动机内部产生的热量可能增多而使电动机 温度过度上升。特别是，在具有安装到转子的永久磁铁的永磁式电动机 中，在永久磁铁的磁性力因为由温度升高造成的退磁现象而显著降低时， 电动机可能不能正常工作。因此，在正执行过剩电能消耗操作时，必须对 包括另一种电动机的电动机进行监视，以使电动机温度不会进入在电动机 特性降低与元件保护上造成问题的温度范围中。
图26示出了在反映电动机温度的各个电动发电机MG1和MG2中对 电动机损耗增大设定值进行确定的方式(第二示例)。
参考图26，控制装置50#在步骤S750判定电动发电机MG1的电动机 温度T (1)或电动发电机的电动机温度T (2)是否高于判定温度Tjd。
如图27所示布置在电动发电机MG1和MG2中的温度传感器29分别 检测电动机温度T (1)和T (2)。为了测量电动机内部的温度，温度传 感器29 (特别是用于永磁电动机的温度传感器)布置在能够对转子温度进 行检测的位置。这样，优选地将温度传感器29布置在这样的位置处考 虑到电动发电机(AC电动机)的类型和特性，根据转子特性，在该位置 处容易温度升高到最大的程度。图27中除增加了温度传感器29之外的结 构与图21所示的电动机驱动系统中基本上相同，因此将不再重复其说 明。
再参考图26，优选地，通过针对造成电动机特性改变的温度设置余 量，根据系统中所用电动发电机(AC电动机)的特性，将步骤S750中的 判定温度Tjd设定得较低。
在电动机温度T (1)和T (2)都低于判定温度Tjd (步骤S750为 "否")时，控制装置50#执行与图23和25中类似的步骤S700和S710 中的处理，从而考虑到各个电动发电机MG1和MG2中的可消耗过剩电 能，在电动发电机MG1与MG2之间分配消耗过剩电能。
相反，在电动机温度T (1)和T (2)中的一者等于或高于判定温度Tjd (步骤S750为"是")时，控制装置50#将电动机温度等于或高于判 定温度Tjd的那个电动发电机MG (下文中总称为电动发电机MG1和 MG2)中的损耗增大命令Mlcom设定为零(Mlcom=0)。此外，在步骤S770，控制装置50#对电动机温度低于判定温度Tjd的 那个电动发电机MG执行与图23的步骤S700中类似的处理，具体地，计 算当前工作时间点处的可消耗过剩电能Pmax。此外，在步骤S780，控制 装置50#将电动发电机MG中的损耗增大命令Mlcom设定为在步骤S770 中获得的可消耗过剩电能的范围内满足(Mlcom《Pmax)的关系。这种控制结构能够连续地监视由过剩电能消耗造成的电动发电机温度 升高，从而能够避免可能将电动机温度升高到造成电动机特性改变的高温 范围内的过剩电能消耗操作。由此，能够在避免电动机操作中出现稳定性 问题的同时，执行消耗过剩电能的操作。此外，从在电动机温度中反映过剩电能消耗操作的观点来看，可以在 计算各个电动发电机的可消耗过剩电能Pmax时(图23中的步骤S700 等)反映出电动机温度。例如，根据电动机温度T (1)和T (2)对判定 温度Tjd的余量减小，能够将可消耗过剩电能Pmax设定得低于原来的 值。(考虑了过剩电能消耗所需时间的分配方式) 如已经参考图3等进行的说明，根据该实施例进行的过剩电能消耗操 作是通过改变电流工作点来执行的。这种电流工作点改变必然改变电流命 令值Idcom和Iqcom。但是，在电动机电流在短时间内显著改变时，可控 性变差。因此，考虑到控制稳定性， 一般给电流命令值的改变速率(单位 时间的改变量)采用特定的限制值。例如，图2中的电流命令产生单元 210以具有预定值的周期来执行电流命令产生操作，但是在产生电流命令 时，电流命令值相对于前次电流命令值的改变量被限制为特定值或小于特 定值。图28图示了考虑到消耗过剩电能所需的时间，在电动发电机MG1和 MG2中确定电能损耗增大设定值的方式(第三示例)。'参考图28，控制装置50#在步骤S800计算消耗过剩电能Ptml和42Ptm2，所述消耗过剩电能Ptml和Ptm2是当前工作状态下(具体地，在各 个电动发电机MG1和MG2当前的电流状态下) 一定时间内允许增大的如图29所示，在电流命令值改变较大程度时，从上述电动机控制稳 定性的角度而言，不可能立刻获得所需的电流命令值，而是可能需要一定 时间来将该值改变到所需电流工作点。图29以示例方式图示了在而将电流工作点从当前(时刻t0)电流工 作点Pl改变到用于增大损耗(过剩电能消耗)的电流工作点Pla时执行 的控制操作。在该操作中，假定随着电流工作点从Plo改变到Pla，电流 命令值Idcom或Iqcom从Io改变到Ia。但是，对于每个控制周期Tc，存在电流命令值的改变限制值Ivmax。 因此，在((la-Io)>IvmaX)的情况下，不能产生在下一个控制周期中使 电流工作点立刻改变到所需位置的电流命令，而必须逐渐地改变电流工作 点。因此，在电流工作点Plo与Pla之间，电流命令值存在较大差异时， 需要比较长时间(即在时刻t0与tl之间)来从当前的电流工作点改变到 为所需过剩电能消耗而设定的电流工作点。换言之，根据预先获得的电流命令值图表(图4)中的值，能够计算 预定时间内在各个电流工作点处允许消耗过剩电能增大的量，同时反映了 电流命令值的改变限制值Ivmax。因此，如图30所示，可以预先准备图表，对于各个电流工作点，在 预定时间内可增大的消耗过剩电能参照该图表。根据图28中歩骤S800的 处理，参照图30的图表，由此能够对电动发电机MG1和MG2分别确定 消耗过剩电能Ptml和Ptm2，所述消耗过剩电能Ptml和Ptm2是在当前工 作状态(电流工作点)处预定时间内被允许增大的量。再参考图28，控制装置50#在步骤S810将电动发电机MG1和MG2 中的损耗增大命令Mlcom (1)和Mlttl (2)确定在步骤S800中获得的 Ptml禾B Ptm2的范围内。根据上述控制结构，能够将处于预定时间内允许增大的范围内的过剩电能分配给各个电动发电机。因此，能够根据各个电动发电机的工作状态 (再生操作和通电运转)而在短时间内消耗整个系统的过剩电能。
步骤S810的处理可以具有这样的控制结构该控制结构通过把与图 25中类似的优先级赋予图31所示的电动发电机，来分配消耗过剩电能。
参考图31，图28所示的步骤S810中的处理优选地由步骤S820 — S840形成。
在步骤S820，控制装置50#将对应于全部电动发电机MG1和MG2的 过剩电能的输出损耗增大量Mlttl与消耗过剩电能Ptml比较，所述消耗过 剩电能Ptml是在步骤S800 (图28)中获得的，并能够在首先进行工作以 消耗过剩电能的电动发电机MG1中在预定时间内增大。
在(Mlttl《Ptml)的情况下(S820为"是")，电动发电机MG1能 够在预定时间内消耗全部过剩电能Mlttl。因此，控制装置50#在步骤S830 根据下面的公式(9)来分配消耗过剩电能，使得只由电动发电机MG1消 耗过剩电能
Ml薩(1) =Mlttl， Ml匿(2) =0... (9)
相反，在(Mlttl〉Ptml)的情况下(步骤S820为"否")，不能仅由 首先工作以消耗过剩电能的电动发电机MG1在预定时间内消耗掉全部过 剩电能。因此，必须另外使用另一电动发电机MG2来消耗过剩电能。因 此，控制装置50#根据下面的公式(10)来分配消耗过剩电能
Mlcom (1) -Ptml， Ml謹(2) =Mlttl — Ptml…(10) (在Mlcom (2)《Ptm2的情况下)
通过在混合动力车辆中采用图31所示控制结构，与图25中的结构类 似，可以抑制电动发电机中的过剩电能消耗操作对车辆可驱动性造成影响 的可能性。
当然，预定时间内允许增大的消耗过剩电能Ptml和Ptm2 (见图28和 图31)分别等于或小于图23中所示的可消耗过剩电能Pmaxl和Pmax2 (Ptml《Pmaxl， Ptm2《Pmax2)。
因此，在图26的流程图中，可以执行图28或图31中的步骤S800和 S810来代替步骤S700和S710，还可以执行与步骤S800和S810中类似的处理来代替步骤S770和S780，从而可以提供这样的控制结构该控制结 构能够在电动发电机MG1与MG2之间保持消耗过剩电能的平衡并对电动 机温度的过度升高进行监视的同时，在短时间内消耗所有过剩电能。本发明与作为第五实施例的示例性结构之间的关系如下。图23中的 步骤S700和图28中的步骤S800对应于本发明中的"上限设定装置"， 图23中的步骤S710、图26中的步骤S750 — S780以及图28中的步骤 S810对应于本发明中的"分配确定装置"。在第四和第五实施例中，己经以设有电动发电机MG1和MG2的混合 动力车辆所用的电动机驱动系统作为典型示例进行说明。但是，这种类型 的电动机驱动系统的电动发电机(AC电动机)数目不限于两个。在设有 任意数目的电动发电机(AC电动机)的电动机驱动系统中，都可以类似 第五实施例那样执行消耗过剩电能的分配，所述分配反映了各个电动发电 机(AC电动机)中与工作状态对应的可消耗过剩电能、或预定时间内允 许增大的消耗过剩电能量以及电动机温度。作为本发明的实施例，已经以布置在混合动力车辆或电动车辆中的电 动机驱动系统为例进行了说明，但是本发明不限于这些情况。因此，根据 本发明的电动机驱动系统无需对受到驱动控制的AC电动机数目限制就可 以应用到包括下述AC电动机的电动机驱动系统中所述AC电动机的输 出是由电动机电流的反馈控制来控制的。本发明特别适用于设有AC电动 机的电动机驱动系统，所述AC电动机例如永磁电动机或磁阻电动机，这 些电动机被设置成通过改变电动机电流的大小和相位来执行输出转矩的可 变控制。尽管已经详细说明和图示了本发明，但是应当明白，这些只是作为举 例说明，而不应以限制方式理解，本发明的范围由所附权利要求项来解 释。4权利要求
1.一种用于对AC电动机进行驱动的电动机驱动系统，包括电动机驱动电路，其能够双向地向所述AC电动机供应电能以及从所述AC电动机接收电能，并向所述AC电动机提供驱动功率；和电动机控制装置，其用于对所述电动机驱动电路的操作进行控制，其中，所述电动机控制装置执行消耗操作并在所述消耗操作过程中当对所述AC电动机的转矩命令值发生改变时执行跟随操作，所述消耗操作由所述AC电动机消耗根据所述电动机驱动系统的状态而确定的过剩电能，所述跟随操作在保持所述消耗操作的同时使输出转矩跟随所述转矩命令值的改变。
2. 根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中， 所述电动机控制装置用下述电流相对所述AC电动机进行驱动随着所述消耗操作中确定的过剩电能增大，所述电流相使所述AC电动机的驱 动效率相对降低。
3. 根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中， 所述电动机控制装置具有电能评估装置，所述电能评估装置用于根据所述AC电动机的旋转角速度和所述转矩命令值来评估由所述AC电动机 产生的电能，所述电动机控制装置根据由所述电能评估装置评估的所产生 的电能来确定由所述消耗操作消耗的所述过剩电能。
4. 根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中， 所述电动机驱动电路能够双向地向可充电DC电源供应电能以及从所述可充电DC电源接收电能，所述电动机驱动系统还包括电压检测器，所述电压检测器对将所述电 动机驱动电路与所述DC电源电连接在一起的互连器件上的电压进行检 测，并且所述电动机控制装置根据由所述电压检测装置检测到的电压，来确定 由所述消耗操作消耗的所述过剩电能。
5. 根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中，所述AC电动机安装在车辆上，所述AC电动机的输出轴连接到所述 车辆的车轮用于传递转矩，并且所述电动机控制装置根据所述车辆所需的制动力来确定由所述消耗操 作消耗的所述过剩电能。
6. 根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中，所述电动机控制装置具有特性储存装置，所述特性储存装置用于预先 储存与所述AC电动机中相同大小的所述过剩电能消耗对应的、所述转矩 命令值与电流命令之间的关系，所述电动机控制装置基于储存在所述特性 储存装置中的所述关系，根据所述转矩命令值和所确定的过剩电能来产生 所述电流命令。
7. 根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中，所述电动机控制装置包括损耗增大设定装置，其用于设定电动机损耗命令，所述电动机损耗命令表示了对应于所确定的过剩电能，所述AC电动机中应增大的电能损 耗，电流命令产生装置，其用于根据所述AC电动机的所述转矩命令值以 及基于所述损耗增大设定装置所确定的所述电动机损耗命令来为流经所述 AC电动机的电动机电流产生电流命令，以及电流控制装置，其用于根据由所述电流命令产生装置产生的所述电流 命令，对所述电动机驱动电路的操作进行控制以产生所述电动机电流；并 且所述电流命令产生装置产生所述电流命令，使得所述AC电动机的输 出转矩与所述转矩命令值匹配，并使得所述AC电动机的驱动效率随着由 所述电动机损耗命令造成的所述电能损耗增大而相对减小。
8. 根据权利要求7所述的电动机驱动系统，其中， 所述电动机控制装置还包括方波电压控制装置，其用于控制所述电动机驱动电路的操作来向所述 AC电动机施加方波电压，所述方波电压的相取决于所述转矩命令值，控制模式选择装置，其用于根据所述AC电动机的操作状态，来选择 所述电流控制装置与所述方波电压控制装置中的一者，以及控制模式校正装置，其用于在所述控制模式选择装置选择了所述方波 电压控制装置时，根据由所述损耗增大设定装置确定的所述电动机损耗命 令，来取消所述控制模式选择装置进行的选择并选择所述电流控制装置； 并且当所述控制模式校正装置选择了所述电流控制装置时，所述电流命令 产生装置在下述区域中产生所述电流命令在所述区域中，所述AC电动 机的驱动效率低于由使用所述方波电压控制装置进行的电动机驱动所获得 的驱动效率。
9. 根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其中， 所述电动机驱动系统对多个所述AC电动机进行驱动，所述电动机驱动电路和所述电动机控制装置被与每个所述AC电动机对应地进行布置，每个所述电动机驱动电路能够双向地向可充电的公共电 源供应电能以及从所述可充电的公共电源接收电能，所述电动机驱动系统还包括分配装置，所述分配装置用于分别设定所述多个AC电动机中的消耗过剩电能，使得所述多个AC电动机构成的整 体消耗所述过剩电能，并且，每个所述电动机控制装置对所述AC电动机中相应的一者进行控制， 以执行对由所述分配装置确定的所述消耗过剩电能中相应一者进行消耗的 消耗操作。
10. 根据权利要求9所述的电动机驱动系统，其中，所述分配装置包括上限设定装置，其用于根据相应的AC电动机的当前操作状态来分别 计算所述多个AC电动机的可消耗过剩电能，以及分配确定装置，其用于设定所述多个AC电动机各自的消耗过剩电 能，使得所述消耗过剩电能中每一者都处于由所述上限设定装置计算出的 相应的可消耗过剩电能的范围内。
11. 根据权利要求9所述的电动机驱动系统，其中，所述分配装置包括分配确定装置，所述分配确定装置用于考虑到所述多个AC电动机的温度来分别设定所述多个AC电动机的消耗过剩电能。
12. 根据权利要求9所述的电动机系统，其中，所述分配装置包括上限设定装置，其用于对各个所述AC电动机，根据相应的AC电动 机的当前工作状态来计算预定时间内可消耗的各个过剩电能，以及分配确定装置，其用于设定各个所述AC电动机的消耗过剩电能，使 得每个所述消耗过剩电能都处于由所述上限设定装置计算出的预定时间内 可消耗的相应过剩电能的范围内。
13. 根据前述权利要求9至12中任一项所述的电动机驱动系统，其中，所述多个AC电动机包括 驱动电动机，其产生车辆的车轮驱动力，和 非驱动电动机，其不直接产生所述车轮驱动力，并且 所述分配装置设定所述各个AC电动机的消耗过剩电能，使得所述非 驱动电动机优先消耗过剩电能。
全文摘要
在用于驱动AC电动机的系统中，电动机电流受到反馈控制，通常，根据最佳效率特性线(CL0)上的转矩命令值产生电动机电流命令，以选择最佳电流相，以在电动机电流幅度相同的情况下获得最大输出转矩。另一方面，在AC电动机产生了超过AC电动机可再生电能量的过多电能时，执行消耗操作以有意地增大AC电动机中的电能损耗。在消耗操作中，根据损耗增大的特性线(CL1-CL3)上的转矩命令值来产生电动机电流命令，使电流相从上述最佳值改变。由此，能够增大AC电动机中的电能损耗以消耗过剩电能，而不给电动机控制造成不稳定。
文档编号H02P27/04GK101297471SQ20068004013
公开日2008年10月29日 申请日期2006年10月26日 优先权日2005年10月27日
发明者佐藤荣次, 冈村贤树, 洲滨将圭 申请人:丰田自动车株式会社