CN105103436B - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种电动机驱动装置，其能够减少驱动电源与控制装置之间的损失。该电动机驱动装置(6)具有：多个电动机(4)；驱动这些电动机(4)的单一的驱动电源(7)；控制装置(8)，其以PWM驱动方式来控制上述多个电动机(4)的电动机线圈的通电时间。控制装置(8)具有相位错开机构(10a)，该相位错开机构(10a)将使电流流过电动机(4)的PWM信号设为每个电动机均不同的相位。该相位错开机构(10a)通过将电流流过电动机(4)的PWM信号设为每个电动机均不同的相位，可避免电流的通电时间的所谓的重叠。

Description

电动机驱动装置
相关申请
本申请要求申请日为2013年3月22日、申请号为日本特愿2013-059403号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及一种电动机驱动装置，其适用于比如使用单一的驱动电源来驱动多个电动机的电动汽车等。
背景技术
在过去，提案有一种电动汽车，其使用单一的驱动电源来驱动分别驱动左右车轮的电动机(专利文献1)。控制这些电动机的控制装置比如具有逆变器和PWM(Pulse WidthModulation)(脉冲宽度调制)驱动器，该逆变器将驱动电源的直流电转换为用于电动机驱动的三相的交流电，该PWM驱动器控制该逆变器。上述逆变器具有多个半导体开关元件，上述PWM驱动器对已输入的电流指令进行脉冲宽度调制，将on、off指令提供给上述各半导体开关元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2007-216930号公报
发明内容
具有如下课题：在如上述那样以单一的驱动电源通过PWM方式同时驱动多个电动机的场合，关于驱动电源与控制装置之间的铜损耗，与将驱动电源分别设置于每个电动机的场合相比，通过PWM驱动器而向各电动机通电的期间越累积，则越增加。作为驱动电源-控制装置(逆变器)之间的损失的主要原因，有驱动电源的内部电阻、电气配线的电阻等。
本发明的目的在于提供一种电动机驱动装置，其能够减少驱动电源与控制装置之间的损失。
解决课题用的技术方案
以下，为了容易理解本发明，通过方便地参照实施方式的符号来进行说明。
本发明的电动机驱动装置6具有：多个电动机4；驱动这些电动机4的单一的驱动电源7；控制装置8，其以PWM驱动方式来控制上述多个电动机4的电动机线圈的通电时间，其特征在于：上述控制装置8具有相位错开机构10a，该相位错开机构10a将电流流过上述电动机4的PWM信号设为每个电动机均不同的相位。
在驱动电源7与控制装置8之间的通电线路L1中，相对于一定电压，电流被分割为脉冲波状，在控制装置8与电动机4之间的通电线路L2中，电压被分割为脉冲波状。
根据该发明的构成，控制装置8的相位错开机构10a将电流流过电动机4的PWM信号设为每个电动机均不同的相位，由此，可按照在同一时间内重叠减少的方式使脉冲波状的电流平整化。即，相位错开机构10a将对其中一个电动机4进行通电的通电时间与对其它电动机4进行通电的通电时间错开，在将流过这些电动机4的电流相加而得到的波形图中，可抑制电流值的增大。由此，可避免电流的通电时间的所谓的重叠。由此，可减少驱动电源7与控制装置8之间的通电线路L1的损失。这是因为，通电线路L1的损失比如相对于通电时间，为单纯的比例关系，而相对于电流值，与电流值的平方成比例。因此，相位错开机构10a将电流流过电动机4的通电时间错开，由此，可减少驱动电源7与控制装置8之间的损失。
上述电动机4可为搭载于汽车的电动机4。在该场合，可减少作为搭载于汽车的驱动电源的电池7与控制装置8之间的损失。由此，可谋求减少汽车的电费或燃料费，并且延长续航距离。
上述电动机4也可为驱动电动汽车1的车轮的电动机4。驱动车轮的电动机4的输出比各电气安装机器的电动机的输出更大。在该场合，减少电池7与控制装置8之间的损失的影响会变大，可谋求减少电动汽车1的电费，并且更进一步延长续航距离。
上述相位错开机构10a可将PWM信号的上述相位的错开时间Δt设为：PWM信号的一个周期tw除以通过上述控制装置8进行驱动的上述电动机4的数目n而得到的值，即Δt＝tw/n。通过如此规定相位的错开时间Δt，将对其中一个电动机4进行通电的通电时间与对其它电动机4进行通电的通电时间错开，由此，可按照尽量不在同一时间重叠的方式使脉冲波状的电流平整化。由于可通过上述那样的简单的运算式而使相位错开，故可减少运算处理负荷。
上述控制装置8可具有单一的运算装置10和分别连接于所驱动的多个电动机4的开关元件11a。在该场合，可简化电动机驱动装置整体的结构，可谋求减少制造成本。
上述控制装置8可具有多个运算装置10，上述控制装置8具有正常时驱动控制机构21和异常时驱动控制机构22，该正常时驱动控制机构21在上述多个运算装置10正常时，通过该多个运算装置10以上述相位分别相互不同的PWM信号来驱动各电动机4，该异常时驱动控制机构22在上述多个运算装置10中的任一个运算装置10异常时，针对通过上述异常时的运算装置10而驱动的电动机4，通过其它运算装置10进行驱动。即使在一个运算装置10被判定为异常的场合，也可通过没有被判定为异常的其它的正常的运算装置10而对电动机4进行驱动。在该场合，比如，与具有单一的运算装置的情况相比，可使控制装置8具有控制***更复杂化的情况的冗余性。
上述电动机4可构成内轮电动机部3，该内轮电动机部3的一部分或整体设置于车轮内，并且该内轮电动机部3包含电动机4、车轮用轴承以及减速机5。另外，该电动机4可为搭载于车辆的电动制动装置的盘式驱动用电动机。
权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。
附图说明
根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相当的部分。
图1为概略表示搭载了本发明的第一实施方式的电动机驱动装置的电动汽车中的构成部件的配置构成的图；
图2A为概略表示上述电动机驱动装置的电路的基本构成的方框图；
图2B为表示该电动机驱动装置的电路构成例子的概略的电路图；
图3为表示该电动机驱动装置的控制***的方框图；
图4(A)为驱动电源与控制装置之间的电压和电流的波形图，图4(B)为驱动电源与电动机之间的电压和电流的波形图；
图5为表示该电动机驱动装置中的电动机驱动时的电动机的驱动电流波形的波形图；
图6(A)为将多个电动机的通电时间错开而得到的波形图，图6(B)为将流过这些多个电动机的电流相加而得到的波形图；
图7为概略表示本发明的其它实施方式的电动机驱动装置的电路构成例子；
图8(A)为现有例所涉及的将多个电动机的通电时间合并而得到的波形图，图8(B)为将流过这些多个电动机的电流相加而得到的波形图。
具体实施方式
根据图1～图6，对本发明的第1实施方式的电动机驱动装置进行说明。以下说明也包括关于电动机驱动装置的驱动方法的说明。
图1为概略表示搭载了该实施方式的电动机驱动装置的电动汽车中的构成部件的配置构成的图。如该图1所示，该电动汽车1将内轮电动机部3、3分别配置于构成驱动轮的左右的后轮2、2，并且该电动汽车1通过这些内轮电动机部3、3而被移动驱动。又，可通过燃料电池车来代替电动汽车。
内轮电动机部3、3比如具有电动机4、使该电动机4的旋转减速的减速机5和图示以外的车轮用轴承，该内轮电动机部3、3的一部分或整体设置于车轮内。本实施方式的电动机驱动装置6具有：多个(在本例子中为两个)电动机4；驱动这些电动机4的单一的驱动电源7；控制装置8，其以PWM驱动方式来控制上述多个电动机4的电动机线圈的通电时间。
图2A概略表示该电动机驱动装置6的电路的基本构成的方框图，图2B表示该电动机驱动装置6的电路构成例子的概略的电路图。如图2B所示，电动机4为具有定子4a和转子4b的同步电动机，该定子4a比如具有UVW的三相的电动机线圈，该转子4b由永久磁铁构成。电动机驱动装置6的控制装置8比如具有平滑电路9、多个运算装置10、10以及分别连接于所驱动的多个电动机4、4的多个电动机驱动电路部11。各电动机驱动电路部11含有多个开关元件11a。又，可在控制装置8的一部分上也可设置对开关元件11a进行冷却的图示以外的冷却器。
从驱动电源7供给的直流电通过平滑电路9而被平滑化，并且分别被输入到对应于多个电动机4的开关元件11a。在电动机驱动装置6中，由于在内轮电动机部3、3的驱动时控制大电流，故以减少所谓突入电流的影响等的目的，在输入段需要由电容器构成的平滑电路9。构成包含逆变器的电动机驱动电路部11的多个开关元件11a比如由开关晶体管等的多个电源驱动元件构成，以运算装置10的上述驱动元件的间断控制，将通过平滑电路9而输入的直流电转换为三相交流电，并供给于电动机4。又，在该例子中，虽然设置有对应于每个电动机的运算装置10、10，但也可不限于该例子。
在各运算装置10中，基于设置于各电动机4的相位检测器12而检测出的各电动机4b的旋转相位，决定上述电动机驱动电路部的驱动元件的间断控制的时机。另外，运算装置10具有如下功能：运算装置之间进行通信的功能；以及与设置于车辆的、作为总体控制该车辆的各电气安装机器的上位控制机构的ECU 13(图3)通信的功能。
图3为该电动机驱动装置的控制***的方框图。如该图3所示，在车体上搭载有ECU13、包含多个逆变装置14的控制装置8、作为驱动电源7的电池以及电动机4。ECU 13为进行汽车整体的总控制，将指令交给各逆变装置14的上位控制机构，相互通过控制器区域网络(简称CAN)而连接。
各逆变装置14根据ECU 13的指令而分别控制各电动机4。ECU 13由计算机、在其中运行的程序、以及各种电子电路等构成。另外，ECU 13和各逆变装置14的弱电***也可由相互共用的计算机、共用的基板上电子电路构成。
ECU 13的转矩分配机构(未图示)根据加速踏板(未图示)的加速踏板打开度的信号、制动器(未图示)的减速指令、方向盘(未图示)的转动指令，将提供给左右车轮的驱动用电动机4、4的加速和减速指令以转矩值的方式生成，输出给各逆变装置14。电池7用作电动机4的驱动、车辆整体的电动***的电源。
该电动机驱动装置具有协调控制左右的电动机4、4的左右轮协调驱动控制机构15。在该例子中，左右轮协调驱动控制机构15具有设置于ECU 13的运算装置状态报告机构16、分别设置于各逆变装置14的异常确认报告机构17和驱动控制机构18。各驱动控制机构18具有异常判定机构19、控制方法切换机构20、正常时驱动控制机构21、异常时驱动控制机构22和运算装置10。多个运算装置10均正常时，正常时驱动控制机构21按照ECU 13给出的转矩指令等的加速和减速指令，转换为电流指令，并且将电流指令发送给上述运算装置10。正常时驱动控制机构21得到流过电动机4的电流值，进行电流反馈控制。另外，正常时驱动控制机构21从角度传感器(未图示)得到电动机4的转子的旋转角，从而进行矢量控制。
异常判定机构19通过电流检测电路部26取得由电流检测传感器23所测出的电动机驱动电路部11输出的电流，从而判定运算装置是否发生异常。该异常判定机构比如针对电动机施加电压，判定电动机驱动电路部11输出的三相(U、V、W相)的输出电流的至少任一个是否处于阈值范围以外。例如，通过实验、模拟等，预先求出输出电流相对于电动机施加电压的基准值，并且将比如安全系数估算到该输出电流的值设为上述阈值。异常判定机构19在比如判定出由电动机驱动电路部11输出的三相(U、V、W相)的输出电流的至少任一个不在规定的阈值的范围时，判定上述运算装置10异常，在判定三相(U、V、W相)的输出电流均在阈值范围内时，则判定上述运算装置10正常。
在通过异常判定机构19判定上述运算装置10正常时，通过根据控制方法切换机构20而进行选择性切换并动作的正常时驱动控制机构21，使用上述运算装置10而对电动机驱动电路部11的各驱动元件进行间断控制。在通过异常判定机构19判定上述运算装置10异常时，通过根据控制方法切换机构20而进行选择性切换并动作的异常时驱动控制机构22，使用上述运算装置10而对上述电动机驱动电路部11的各驱动元件进行间断控制。
异常确认报告机构17为下述机构：在通过异常判定机构19判定上述运算装置10异常时，将异常发生信息输出给ECU 13的运算装置状态报告机构16。ECU 13的运算装置状态报告机构16接收到从异常确认报告机构17输出的异常发生信息，比如在驾驶席的显示装置24上进行告知异常的显示的同时，针对正常的运算装置侧的逆变装置14中的异常确认报告机构17，输出另一运算装置10的异常。
在图2A所示的驱动电源7与控制装置8之间的通电线路L 1中，如图4(A)所示，相对于一定电压，电流被分割为脉冲波状，在图2A所示的控制装置8与电动机4之间的通电线路L2中，如图4(B)所示，电压被分割为脉冲波状。
如图3所示，各运算装置10具有相位错开机构10a，该相位错开机构10a为了避免驱动电源7与控制装置8之间的通电线路L1中的电流的通电时间的所谓的重叠，将电流流过电动机4的PWM信号设为每个电动机均不同的相位。该相位错开机构10a可将PWM信号的相位的错开时间Δt设为PWM信号的一个周期tw除以通过该控制装置8所驱动的电动机4的数目n(该例子中n＝2)而得到的值，即Δt＝tw/n。相位错开机构10a比如以一方的电动机用的驱动元件中的各相位检测器25所检测出的各接通动作的开始时间，即上升时间为基准，使其它电动机用的驱动元件中的各接通动作的开始时间间隔出错开时间Δt。
图5为表示该电动机驱动装置中的电动机驱动时的电动机4的驱动电流波形的波形图。上述各运算装置10(图3)通过PWM控制而使电动机驱动电路部的驱动元件接通关闭，从而使正弦波状的电流流过电动机的定子的线圈。
图6(A)为将多个电动机的通电时间t1、t2错开而得到的波形图，图6(B)为将流过这些多个电动机的电流相加而得到的波形图。另一方面，图8(A)为现有例所涉及的将多个电动机的通电时间t1、t2合并而得到的波形图，图8(B)为将流过这些多个电动机的电流相加而得到的波形图。驱动电源与控制装置之间的通电线路的损失比如相对于通电时间，为单纯的比例关系，而相对于电流值，与电流值的平方成比例。
因此，如图6(A)、图6(B)所示，相位错开机构10a(图3)通过错开电流流过电动机的通电时间，从而能使脉冲波状的电流以在同一时间的重叠变少的方式平整化。相位错开机构10a将对一个电动机4进行通电的通电时间与对其它电动机4进行通电的通电时间错开，在将流过这些电动机4的电流相加而得到的波形图中，可抑制电流值的增大。如此，可避免电流的通电时间的所谓的重叠。据此，可减少驱动电源与控制装置之间的损失。比如，在通电时间50％以下的DC电动机的场合，驱动电源与控制装置之间的铜损失为50％。
另外，电动机4为搭载于汽车的电动机4，故可减少作为搭载于汽车的驱动电源的电池7与控制装置8之间的损失。由此，可谋求减少汽车的耗电量，并且延长续航距离。
图3所示的相位错开机构10a不管任一者的运算装置10正常或异常，均错开多个电动机4的通电时间。即使在任一者的运算装置10发生异常的场合，均通过其它运算装置10的相位错开机构10a来错开电流流过各电动机4的通电时间。又，在该实施方式中，以各接通动作的开始时间为基准将多个电动机4的通电时间错开，但并不限于该例子。比如，可以各接通动作时间的中心为基准将多个电动机4的通电时间错开。
控制装置8具有多个运算装置10，并且控制装置8具有正常时驱动控制机构21和异常时驱动控制机构22，因此即使在任一者的运算装置10被判定为异常的场合，均能通过其它正常的运算装置10来驱动电动机4。在该场合，比如，与具有单一的运算装置的情况相比，可使控制装置8具有控制***更复杂化的情况的冗余性。
图7为概略表示本发明的其它实施方式的电动机驱动装置的电路构成例。如该图7所示，控制装置8A可具有单一的运算装置10和分别连接于所驱动的电动机4的开关元件11a。运算装置10通过PWM控制而使电动机驱动电路部的驱动元件接通关闭，从而使正弦波状的电流流过各电动机4的定子4a的线圈。在该场合，运算装置10的相位错开机构10a针对每个电动机4而使电流值的相位错开并分别输出。在该场合，能够共有化运算装置10，由此，能够与第一实施方式相比，能更加简化电动机驱动装置的整体构造，谋求制造成本的降低。
车辆也可为混合动力汽车，该混合动力汽车通过上述内轮电动机部驱动前侧左右车轮以及后侧左右车轮的任一者，通过内燃机驱动其它车轮。
在各实施方式中，虽然将电动机驱动装置适用于车轮驱动用的电动机，但比如也可适用于搭载于车辆的电动制动装置的盘式驱动用电动机或电气安装机器驱动用电动机。
如上所述，参照附图，对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，通过阅读本申请说明书，会在显然的范围内容易地想到各种变更和修改方式。于是，对于这样的变更和修改方式，应被解释为属于根据权利要求书而确定的发明的范围内。
标号的说明：
标号1表示电动汽车；
标号2表示后轮(驱动轮)；
标号4表示电动机；
标号6表示电动机驱动装置；
标号7表示驱动电源；
标号8表示控制装置；
标号10表示运算装置；
标号10a表示相位错开机构；
标号11表示电动机驱动电路部；
标号11a表示开关元件；
标号21表示正常时驱动控制机构；
标号22表示异常时驱动控制机构。

Claims (5)

1.一种电动机驱动装置，其具有：多个电动机；驱动这些电动机的单一的驱动电源；控制装置，其以PWM驱动方式来控制上述多个电动机的电动机线圈的通电时间，其特征在于，上述控制装置具有相位错开机构，该相位错开机构将电流流过上述多个电动机的PWM信号设为每个电动机均不同的相位，由此，避免多个上述PWM信号的脉冲波在同一时间的重叠，
上述控制装置具有多个运算装置，上述控制装置具有：
正常时驱动控制机构，该正常时驱动控制机构在上述多个运算装置正常时，通过所述多个运算装置以上述相位分别相互不同的PWM信号来驱动各电动机；
异常时驱动控制机构，该异常时驱动控制机构在上述多个运算装置中的任一个运算装置异常时，针对通过上述异常时的运算装置而驱动的电动机，通过其它运算装置进行驱动。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，上述电动机为搭载于汽车的电动机。
3.根据权利要求2所述的电动机驱动装置，其中，上述电动机为驱动电动汽车的车轮的电动机。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电动机驱动装置，其中，上述相位错开机构将PWM信号的上述相位的错开时间Δt设为：PWM信号的一个周期tw除以通过上述控制装置进行驱动的上述电动机的数目n而得到的值，即Δt＝tw/n。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的电动机驱动装置，其中，上述控制装置具有单一的运算装置和分别连接于所驱动的多个电动机的开关元件。
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