控制装置的制作方法

本发明涉及一种控制装置。

背景技术：

逆变器等电力变换装置通过脉冲宽度调制(pwm)控制多相的旋转电机的电流。在旋转电机是三相电动机的情况下，对分别施加到三相的绕组的电压指令值和成为pwm的基准的载波信号进行比较，切换三相逆变器的开关元件的开和关，由此控制三相的绕组电流。根据三相的绕组电流，将三相电动机的输出转矩和转速控制为希望的值。

在输出转矩的控制中，需要适当地控制施加电压的相位，为此，必须准确地掌握电动机的转子位置。为了检测转子位置，使用了通过检测线圈检测来自励磁线圈的磁场的分解器、使用高灵敏度的磁传感器的gmr等位置传感器。进而，为了即使位置传感器故障也能够继续进行驱动，而正在使用能够得到2个以上的传感器输出的冗余化的位置传感器。

在冗余化的位置传感器的故障判定中，通过比较位置传感器的输出，而判定故障输出。但是，在只比较2个输出的情况下，虽然能够判定故障，但难以确定故障的输出。因此，要求比较3个以上的输出而确定故障输出。

在专利文献1记载的现有例子1中，揭示了电动机驱动控制装置的位置检测传感器的不良的课题。作为其解决办法，说明了在逆变器的通电期间判定位置检测传感器的正常和异常而不受异常的位置传感器的影响地进行驱动的方法(位置检测传感器的异常检测方法)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-22196号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在现有例子1中，公开了以下的内容，即在使用霍尔ic或霍尔元件作为位置传感器的情况下，即使发生不良，也不受异常的位置传感器的输出的影响地使电动机旋转。由于在电气角中以每隔120度的方式检测360度，因此霍尔ic或霍尔元件需要使用最少3个。在现有例子1中，公开了以下的内容，即确定3个霍尔ic中的一个的故障，而能够继续剩余的2个的运转。

但是，位置的分辨率为60度电气角，与分解器、gmr等磁传感器相比，检测分辨率低。另外，没有公开确定具有不满60度电气角的分辨率的位置传感器的故障的技术。

本发明的目的在于，提供一种能够使用电动机的中性点电压判定位置传感器的故障的控制装置。

解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明具备：施加电压确定部，其并行地进行以下的处理，即根据通过第一位置传感器检测的电动机的转子的位置确定逆变器向上述电动机施加的电压的第一指令值的处理、根据通过第二位置传感器检测的上述转子的位置或上述电动机的中性点电压确定上述逆变器向上述电动机施加的电压的第二指令值的处理；调制部，其交替地向上述逆变器输出对应于上述第一指令值的第一脉冲宽度调制信号和对应于上述第二指令值的第二脉冲宽度调制信号；判定部，其对通过上述第一位置传感器检测的上述转子的位置和根据上述电动机的中性点电压推定的上述转子的位置进行比较，由此判定上述第一位置传感器是否故障了。

发明效果

根据本发明，能够使用电动机的中性点电压判定位置传感器的故障。根据以下的实施方式的说明能够了解上述以外的课题、结构、以及效果。

附图说明

图1是第一实施方式的整体结构图。

图2是表示逆变器的电路结构的图。

图3是表示控制装置的控制结构的图。

图4是表示pwm调制部的详细的图。

图5是表示逆变器的输出向量的图。

图6是表示中性点电压与相位的关系的图。

图7是表示pwm输出的占空比波形和中性点电压的波形的图。

图8是第二实施方式的双系统电动机的结构图。

图9是第三实施方式的结构图。

图10是表示第三实施方式的pwm输出的占空比波形和中性点电压的波形的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边说明本发明的第一～第三实施方式的控制装置的详细。控制装置对驱动电动机的逆变器进行控制。

(第一实施方式)

在图1中表示本发明的第一实施方式的整体结构图。图1的电动机1具备u、v、w的三相绕组、从三相的连接点即中性点n引出的中性线。逆变器2由在各相的上下支路中分别具备开关元件的6个元件构成，通过与电动机1的u、v、w的各相连接，使逆变器2的输入即pn间的电压在电动机1的各相通电。

在图2中示出逆变器2的电路结构。逆变器2由与u相输出ui连接的上支路sup和下支路sun、与v相输出vi连接的上支路svp和下支路svn、与w相输出wi连接的上支路swp和下支路swn构成。

图1所示的直流电压电源3由电池、dc/dc变换器等构成。另外，为了使直流电压稳定、减少电压纹波，有时将电解电容器等整流元件与电池等并联连接而使用，但在本实施方式中包含在直流电压电源3中进行图示。直流电流检测器4检测逆变器2的保护用的分流电阻，除此之外附加直流电流传感器，经由逆变器2检测电动机1的电流。另外，为了相同的目的，也可以在电动机1和逆变器2之间附加交流电流传感器。

直流电流检测器4的检测电流i0、直流电压电源3的直流电压v0都被输入到控制装置5，确定逆变器2的开关定时。进而，向控制装置5输入检测电动机1的转子位置的位置传感器6的传感器输出、中性点n的中性点电压vn。此外，控制装置5例如是微运算机等，由处理器、存储器等构成。

在图3中示出控制装置5的结构。转矩/电流换算部501将转矩指令换算为电流指令。相电流运算部502根据由直流电流检测器4检测出的检测电流i0运算电动机1的相电流。将转矩/电流换算部501的输出与相电流运算部502的输出的偏差作为输入，电流控制部503以使该偏差成为0的方式控制电流。电压指令运算部504使用电流控制部503的输出、直流电压v0、以及速度(电动机的转速)，运算电压指令。dq/三相变换部506根据基于转子的位置的相位、作为定子坐标的d轴和q轴的电压指令vd*和vq*，求出三相交流指令vu*、vv*、vw*。

pwm调制部507将这些三相交流指令作为输入，与载波波形进行比较，生成逆变器2的开关信号。可以将电压指令运算部504和dq/三相变换部506看作为确定由逆变器2驱动的施加电压的施加电压确定部510。相位/速度运算部505确定(运算)速度和相位。详细地说，相位/速度运算部505根据作为位置传感器6的输出的a、b，运算检测相位。另外，相位/速度运算部505使用表示中性点电压与相位的对应关系的图表，根据中性点电压vn检索推定相位，或者使用近似公式运算推定相位。在此，根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置没有利用通过输出a的位置传感器6(第一位置传感器)检测的转子的位置、通过输出b的位置传感器6(第二位置传感器)检测的转子的位置，因此不依赖于它们。由此，根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置(推定相位)不被位置传感器6的故障影响。此外，事先根据实验或模拟等的结果制作图表，并存储到存储器等。

在图4中示出pwm调制部507的详细。相位/速度运算部505根据位置传感器6的输出a运算相位(检测相位)和速度(检测速度)。施加电压确定部510根据这些检测相位和检测速度运算三相交流指令，作为输出“1”输出到pwm调制部507。另外，作为并行处理，相位/速度运算部505根据中性点电压vn运算相位(推定相位)和速度(推定速度)。施加电压确定部510根据推定相位和推定速度运算三相交流指令，作为输出“2”输出到pwm调制部507。

换言之，施加电压确定部510并行地进行以下的处理：根据由输出a的位置传感器6(第一位置传感器)检测的电动机1的转子的位置，确定逆变器2向电动机1施加的电压的三相交流指令v1u*、v1v*、v1w*(第一指令值)的处理；以及根据电动机1的中性点电压vn，确定逆变器2向电动机1施加的电压的三相交流指令v2u*、v2v*、v2w*(第二指令值)的处理。在此，三相交流指令(第二指令值)不被输出a的位置传感器6的故障影响。

电动机切换部511例如在每个载波周期交替地切换输出“1”和输出“2”，输入到载波比较部512。载波比较部512对输出“1”和输出“2”的任意一个和载波信号进行比较，确定驱动逆变器2的开关信号，将希望的电压作为脉冲输出，经由逆变器2施加到电动机1。

换言之，pwm调制部507(调制部)交替地向逆变器2输出对应于三相交流指令v1u*、v1v*、v1w*(第一指令值)的pwm信号(第一脉冲宽度调制信号)和对应于三相交流指令v2u*、v2v*、v2w*(第二指令值)的pwm信号(第二脉冲宽度调制信号)。由此，交替地输出基于高分辨率的检测相位的pwm信号和基于低分辨率的检测相位的pwm信号(第二脉冲宽度调制信号)。

在图5中示出开关信号与相位的关系。在相位θ逆时针地正旋转的情况下，以每隔60度的箭头所示的通电向量v1、v2、v3、v4、v5、v6、原点的为零向量的v0、v7的组合，确定向逆变器2通电的电压。将通过组合得到的合计向量所示的区域分别图示为通电向量区域a～f。作为“1”为上支路接通、“0”为下支路接通的开关模式，各电压向量表现出各支路的状态。例如图4的v1表示出按照(u，v，w)的顺序成为(1，0，0)的开关模式。如果相位θ不同，则在不同的通电模式下向逆变器2施加电压。

在图6中示出中性点电压与相位的关系。中性点电压相对于通电向量区域a～f每隔60度被切换，具有相对于相位的位置依赖性。利用该中性点的位置依赖性，根据图表或运算公式(近似公式)等倒算相位，由此能够推定相位，例如，相位/速度运算部505预先对每个通电向量区域具备图6的图表，通过与检测出的中性点vn进行比较，来推定相位。

通过向电动机1通电而得到图6的中性点电压，由于不依赖于转速，因此能够根据零速度和极低转速推定位置。另外，即使在中/高转速的区域中也能够得到同样的特性，因此也可以在全速度区域中进行相位的推定，但一般在中、高转速下容易得到电动机1的感应电压，因此根据感应电压推定位置比较容易。

因此，优选将基于感应电压的推定位置困难的额定速度的10％左右作为阈值，在该阈值以下，进行根据中性点电压的推定位置。在此，在电动机1的转数为规定转数以下的情况下，施加电压确定部510根据电动机1的中性点电压vn，确定逆变器2向电动机1施加的电压的第二指令值。由此，只在难以根据感应电压推定位置(相位)的情况下，能够根据基于电动机1的中性点电压vn的推定相位，确定三相交流指令v2u*、v2v*、v2w*(第二指令值)。

在图7中示出通过模式切换部511在pwm载波的每一个周期切换施加pwm输出的占空比波形而得到的中性点电压vn的波形所得的波形的一个例子。输出“1”和输出“2”的占空比根据相位/速度运算部505的输入而变化。在此，检测出通过以输出“2”的占空比施加电压而得到的中性点电压vn，使用检测结果再次运算pwm输出占空比。

这样，通过在pwm输出期间分为根据中性点电压vn求出的推定相位、从位置传感器求出的检测相位，能够分离运算逆变器2的施加电压的循环。通过这样的结构，假设在位置传感器6的位置传感器输出a由于故障而产生了误差的情况下，可以认为是通电向量区域与真正的相位不同的情况。

在这样的情况下，中性点电压如图6那样每隔60度位置依赖特性变化，因此存在以下的问题，即在基于由于故障而具有误差的位置传感器输出a的通电向量区域中，无法进行正确的位置推定。因此，根据本实施方式，通过分离位置传感器输出a的检测相位和基于中性点电压vn的推定相位，即使在位置传感器输出a故障的情况下，也能够准确地运算基于中性点电压vn的推定相位。

能够准确地运算推定相位，由此在比较位置传感器6的输出a和输出b而两者不同的情况下，能够比较基于中性点电压vn的推定相位和输出a以及输出b，将超出预先确定的阈值的一方确定为故障输出。在确定故障输出后，能够使用非故障输出继续运转。

换言之，控制装置5作为判定部发挥功能，即在通过输出a的位置传感器6(第一位置传感器)检测的转子的位置与通过输出b的位置传感器6(第二位置传感器)检测的转子的位置的差超出阈值的情况下，该判定部对通过输出a的位置传感器6检测的转子的位置与根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置进行比较，判定输出a的位置传感器6是否故障，并且对通过输出b的位置传感器6检测的转子的位置和根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置进行比较，判定输出b的位置传感器6是否故障。由此，在2个检测相位不同的情况下，能够确定故障了的位置传感器6。此外，也可以将输出b的位置传感器6考虑为第一位置传感器，将输出a的位置传感器6考虑为第二位置传感器。

控制装置5也可以只作为判定部发挥功能，即该判定部对通过输出a的位置传感器6(第一位置传感器)检测的转子的位置和根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置进行比较，判定输出a的位置传感器6是否故障。此外，也可以将输出b的位置传感器6考虑为第一位置传感器。

位置传感器的输出一般是高分辨率的，因此假设在输出a是故障输出的情况下，理想的是按照基于位置传感器输出a、位置传感器输出b、中性点电压vn的推定相位的顺序来进行使用。

另外，可以使针对位置检测精度最高的布局的配置成为输出a的条件，在应用了时间延迟最小的通信单元的情况下，优先使用检测精度最高、并且延迟小的检测相位。换言之，将输出a的位置传感器6(第一位置传感器)配置在检测精度最高的位置，经由信号传递延迟时间小于阈值的通信介质输出表示转子的位置的信号。由此，能够得到稳定并且能够抑制转矩纹波等的优良的驱动特性。

如以上说明的那样，根据本实施方式，能够使用电动机的中性点电压判定位置传感器的故障。

在此，在本实施方式中，通过基于位置传感器6的输出a的pwm信号(第一脉冲宽度调制信号)控制电动机1的转矩。即，通过修正基于位置传感器6的输出a的pwm信号(第一脉冲宽度调制信号)，来控制基于电动机1的中性点电压vn的pwm信号(第二脉冲宽度调制信号)的电动机1的转矩的不足量。由此，根据高分辨率的位置传感器6的输出a，控制电动机1的转矩。

(第二实施方式)

在图8中示出双系统的情况下的电动机1。图1的电动机1为将逆变器2与三相绕组连接的一对一的单系统结构。即使其如二对二、……、n对n那样是双系统、……、n系统也是同样的，在图8中示出双系统的例子。

电动机1具备第一绕组11和第二绕组12的独立的2个绕组，具备经由电动机1的定子共享一个转子的磁电路。由于具有多系统，从而在逆变器2故障时也能够继续运转。

另外，虽然省略附图，但位置传感器6也可以具有n个位置传感器输出。如果是n个，则通过相互比较，容易确定故障输出。进而，通过与基于中性点电压vn的推定相位进行比较，不被位置传感器的共通的故障因素影响，因此能够进行更正确的故障输出的确定。

(第三实施方式)

在图9中，作为使用了位置传感器6的输出中的输出a和输出a以外的位置传感器输出的例子，示出使用了输出b的例子。在本实施方式中，施加电压确定部510根据由输出b的位置传感器6(第二位置传感器)检测的转子的位置，确定三相交流指令v2u*、v2v*、v2w*(第二指令值)。由此，根据高分辨率的位置传感器6的输出b，确定三相交流指令(第二指令值)。

即使在使用了输出b的情况下，也与将图4的中性点电压vn作为输入的情况同样地，与输出a的运算分离。在图10中示出通过模式切换部511在pwm载波的每一个周期切换的波形的一个例子。将通过输出“1”得到的检测中性点电压设为vn-a，将通过输出“2”得到的检测中性点电压设为vn-b。输出a比较部520对根据vn-a推定出的相位和输出a的检测相位进行比较并输出差。同样，输出b比较部521输出对vn-b的推定相位和输出b的检测相位进行比较所得的差。故障输出判定部523通过对输出a比较部520和输出b比较部521的两个输出进行比较，将差大得超出预先确定的阈值的一方判定为故障输出。

施加电压确定部510例如在判定为输出a的位置传感器6(第一位置传感器)故障的情况下，根据由输出b的位置传感器6(第二位置传感器)检测的转子的位置，确定第一指令值。由此，能够继续进行逆变器2的控制和电动机1的驱动。进而，控制装置5也可以作为以下的判定部发挥功能，该判定部在通过输出b的位置传感器6检测的转子的位置和根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置之间的差超出阈值的情况下，判定为输出b的位置传感器6故障。由此，能够确定输出b的位置传感器6的故障。

另外，控制装置5(判定部)也可以在由输出a的位置传感器6(第一位置传感器)检测的转子的位置与根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置的第一差大于由输出b的位置传感器6(第二位置传感器)检测的转子的位置与根据电动机1的中性点电压vn推定的转子的位置的第二差的情况下，判定为输出a的位置传感器6故障，在第一差比第二差小的情况下，判定为输出b的位置传感器6(第二位置传感器)故障。由此，能够根据基于推定相位的偏差，确定故障了的位置传感器6。

根据本实施方式，在实现使用了位置传感器输出的高精度驱动的同时，确定故障输出而继续运转。

在此，根据基于位置传感器6的输出b的pwm信号(第二脉冲宽度调制信号)控制电动机1的转矩。即，通过修正基于输出b的pwm信号(第二脉冲宽度调制信号)，来控制基于位置传感器6的输出b的pwm信号的电动机1的转矩的不足量。由此，根据高分辨率的位置传感器6的输出b，控制电动机1的转矩。

此外，本发明并不限于上述实施方式，包含各种变形例子。例如，为了容易理解地说明本发明而详细说明了上述实施方式，并不一定限于具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够向某实施方式的结构追加其他实施方式的结构。另外，能够对各实施方式的结构的一部分进行其他结构的追加/删除/置换。

另外，例如也可以通过用集成电路进行设计等而用硬件实现上述各结构、功能(单元)等的一部分或全部。另外，也可以通过由处理器解释、执行实现各个功能的程序而用软件实现上述各结构、功能(单元)。可以将实现各功能的程序、表、文件等信息放置于存储器、硬盘、ssd(固态驱动器)等记录装置、或ic卡、sd卡、dvd等记录介质。

此外，本发明的实施方式也可以是以下的实施例。

技术方案(1)一种电力变换装置，其具备将直流变换为交流的逆变器、被该逆变器驱动的电动机，根据相互独立地检测该电动机的转子的位置的2个以上的位置传感器输出和检测上述电动机的中性点电压而推定转子的位置的位置推定部的输出中的任意一个输出，通过根据脉冲宽度调制确定的脉冲，输出上述逆变器的交流输出，该电力变换装置的特征在于，上述交流输出的脉冲交替地输出基于上述位置传感器输出中的第一输出的第一脉冲、基于上述位置传感器输出中的第一输出以外的输出的第二脉冲，通过将检测上述第二脉冲的上述电动机的中性点电压而得到的上述位置推定部的输出与上述位置传感器输出进行比较，而进行异常判定。

技术方案(2).在技术方案(1)记载的电力变换装置中，其特征在于，对上述第二脉冲使用上述位置推定部的输出。

技术方案(3).在(2).记载的电力变换装置中，其特征在于，上述位置传感器的异常判定在对上述位置传感器的第一输出和第一输出以外的输出进行比较的结果是超出预先确定的阈值的情况下，将上述位置传感器的第一输出和第二输出的两个输出分别与上述位置推定部的输出进行比较所得的差超出各个阈值的上述位置传感器的输出判定为异常。

技术方案(4).在技术方案(3)记载的电力变换装置中，其特征在于，上述位置推定部的输出不使用基于上述位置传感器的输出的运算结果。

技术方案(5).在技术方案(2)记载的电力变换装置中，其特征在于，上述第一脉冲是控制上述电动机的转矩的控制输出。

技术方案(6).在技术方案(5)记载的电力变换装置中，其特征在于，上述第二脉冲输出基于适合于根据上述位置推定部的输出而进行运算的位置推定的控制输出的脉冲，上述第一脉冲的控制转矩的控制输出与上述第二脉冲的控制输出之间的差分是作为修正上述第一脉冲所得的输出的第一脉冲修正输出。

技术方案(7).在技术方案(2)记载的电力变换装置中，其特征在于，将上述位置传感器的第一输出设为相对于位置传感器的第一输出以外的输出，检测精度最高的配置、以及信号传递延迟时间最小的通信办法。

技术方案(8).在技术方案(1)记载的电力变换装置中，其特征在于，对上述第二脉冲使用上述位置传感器的第一输出以外的输出。

技术方案(9).在技术方案(8)记载的电力变换装置中，其特征在于，上述第一脉冲是基于上述位置传感器的第一输出以外的输出的控制上述电动机的转矩的控制输出。

技术方案(10).在技术方案(8)记载的电力变换装置中，其特征在于，在上述位置传感器的第一输出故障的情况下，使用上述位置传感器的第一输出以外的输出。

技术方案(11).在技术方案(10)记载的电力变换装置中，其特征在于，在对上述位置传感器的第一输出以外的输出与上述位置推定部的输出进行比较的结果是超出预先确定的阈值的情况下，判定为上述位置传感器的第一输出以外的输出异常。

技术方案(12).在技术方案(8)记载的电力变换装置中，其特征在于，在上述位置传感器的故障判定中，对第一差分设为对上述位置传感器的第一输出与检测通过基于该输出的上述第一脉冲产生的上述电动机的中性点电压而得到的上述位置推定部的输出进行比较所得的差分，将第二差分设为对上述位置传感器的第一输出以外的输出与检测通过基于该输出的上述第二脉冲产生的上述电动机的中性点电压而得到的上述位置推定部的输出进行比较所得的差分，对上述第一差分和上述第二差分进行比较，判定为成为差大的组合的上述位置传感器的输出故障。

技术方案(13).在技术方案(1)、技术方案(2)、以及技术方案(8)记载的电力变换装置中，其特征在于，在上述电动机的转数为规定转数以下时实施上述第二脉冲。

根据上述技术方案(1)～技术方案(13)，能够确定电力变换装置的位置传感器的故障输出，使用未故障的位置传感器输出，继续逆变器的驱动。

附图标记说明

1：电动机；2：逆变器；3：直流电压电源；4：直流电流检测器；5：控制装置；6：位置传感器；11：第一绕组；12：第二绕组；501：转矩/电流换算部；502：相电流运算部；503：电流控制部；504：电压指令运算部；505：速度运算部；506：dq/三相变换部；507：pwm调制部；510：施加电压确定部；511：模式切换部；512：载波比较部；520：比较部；521：比较部；523：故障输出判定部。