專利名稱：多相旋轉(zhuǎn)電機的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多相旋轉(zhuǎn)電機的控制系統(tǒng)，通過操作反相器中的開關(guān)元件來控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出。
背景技術(shù)：
在已知的控制系統(tǒng)中，通過操作反相器中的開關(guān)元件來控制三相電機的輸出扭矩。這種控制系統(tǒng)中的反相器具有三個臂，這三個臂用于使三相電機的三個相中的每一個相與電源電壓的正端或負端導(dǎo)通。在由這種系統(tǒng)執(zhí)行的控制中，反相器中任意一個臂的開關(guān)元件發(fā)生短路都可能使電流流過該臂，從而導(dǎo)致扭矩波動或反相器發(fā)熱值增大的風(fēng)險。
日本專利申請待審公開NO.6-319263提出了這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于檢測流過反相器的每一個臂的電流的裝置。這種系統(tǒng)能夠確定反相器的任意一個臂中的開關(guān)元件發(fā)生短路。該專利文獻還建議在反相器與電源之間提供斷路器電路，從而在發(fā)生短路時能夠切斷反相器與電源之間的電流流動。
上文提到的常規(guī)系統(tǒng)具有斷路器電路，所述斷路器電路用于避免由短路造成的扭矩波動和發(fā)熱的問題。然而，提供這種斷路器電路可能會不容忽視地增加部件個數(shù)和反相器電路的尺寸。
近來，一種針對混合機車的系統(tǒng)已經(jīng)得到實際應(yīng)用。在這種系統(tǒng)中，三相電機和三相發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸通過扭矩分裂機構(gòu)而連接到內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸。這種系統(tǒng)適于在停止內(nèi)燃機時通過對反相器進行操作而控制三相電機的輸出扭矩，而且適于使機車利用這個輸出扭矩而行駛。此外，當內(nèi)燃機在工作時，這種系統(tǒng)適于操作反相器以控制三相發(fā)電機所產(chǎn)生的功率量。
同樣，在上面的系統(tǒng)中，三相發(fā)電機的反相器中任意一個臂中發(fā)生短路都可能導(dǎo)致發(fā)電機的扭矩波動以及反相器發(fā)熱值增大的問題。此外，當把發(fā)電機和電機的扭矩通過扭矩分裂機構(gòu)傳送到轉(zhuǎn)軸時，內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸甚至在內(nèi)燃機停止時也會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致功率傳送系統(tǒng)發(fā)生振動的風(fēng)險。此外，當三相電機的反相器的任意一個臂中發(fā)生短路時，可能期望通過使用內(nèi)燃機的輸出扭矩作為驅(qū)動力而執(zhí)行跛行回家(limp home)處理。然而，短路的發(fā)生可能會向三相電機引入負荷扭矩，從而使適當?shù)匕褍?nèi)燃機的輸出扭矩傳送到驅(qū)動輪變得困難。
上述常規(guī)控制系統(tǒng)沒有針對混合機車系統(tǒng)所涉及的問題采取措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到上文提出的問題，其目的是提供一種多相旋轉(zhuǎn)電機的控制系統(tǒng)，其中通過操作反相器的開關(guān)元件而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出。具體地，本發(fā)明的目的是提供一種多相旋轉(zhuǎn)電機的控制系統(tǒng)，它能夠更加適當?shù)靥幚矸聪嗥鞯墓收稀?br> 為了實現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明的一方面提供了一種用于控制第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩的裝置，第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸通過扭矩分裂機構(gòu)與第二旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸以及內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸機械地相連，所述扭矩分裂機構(gòu)將來自內(nèi)燃機的扭矩分裂給第一和第二旋轉(zhuǎn)電機，第一旋轉(zhuǎn)電機組成多相旋轉(zhuǎn)電機。所述裝置包括反相器，用于控制第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩；確定組件，用于確定是否滿足條件，所述條件被定義為所述反相器出現(xiàn)故障且所述內(nèi)燃機處于非操作狀態(tài)；以及限制組件，當所述確定組件確定滿足所述條件時，所述限制組件通過對第一旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動狀態(tài)進行操作以限制內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，其中所述旋轉(zhuǎn)狀態(tài)是由第二電機引起的并且通過所述扭矩分裂機構(gòu)從第二旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)移的。
在上述配置中，所述反相器中的故障不允許對所述多相旋轉(zhuǎn)電機(即第一旋轉(zhuǎn)電機)的扭矩進行適當?shù)目刂?。具體地，在這種情況下，當所述旋轉(zhuǎn)電機操作時，動力(轉(zhuǎn)軸的扭矩)通過扭矩分裂機構(gòu)而被傳送到所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸。因此，即使在所述內(nèi)燃機不操作時，其轉(zhuǎn)軸也可以旋轉(zhuǎn)。在這個方面，上文所述配置能夠通過執(zhí)行多相旋轉(zhuǎn)電機的電條件操作(例如反相器發(fā)生故障時的故障保護處理)而限制轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。因此，所述多相旋轉(zhuǎn)電機的反相器故障能夠適當?shù)胤乐估鐒恿鬏斚到y(tǒng)中出現(xiàn)振動的缺點。
優(yōu)選地，所述限制組件被配置為根據(jù)所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)而限制所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，使其不會落入大于零且小于所述內(nèi)燃機空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
上述配置能夠防止所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速落入轉(zhuǎn)速大于零且小于空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)。因此，可以適當?shù)胤乐顾鰞?nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)檎２僮鳁l件下不應(yīng)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速。
優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機設(shè)置有用于抑制其振動的飛輪阻尼器，并且所述限制組件配置為對所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速進行限制，從而防止所述轉(zhuǎn)速處于和飛輪阻尼器的共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
上述配置能夠防止所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速落入與所述共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。因此能夠適當?shù)匾种圃谒鱿到y(tǒng)中引起的振動。
優(yōu)選地，所述限制組件配置為將第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩設(shè)置為使內(nèi)燃機轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的扭矩。
上述配置能夠控制所述多相旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩，以便使所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)。因此能夠適當?shù)乇苊獍殡S所述內(nèi)燃機轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的缺點。
優(yōu)選地，所述限制組件配置為通過對所述反相器的開關(guān)元件進行開關(guān)操作而限制所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
上述配置利用反相器開關(guān)元件的操作而實現(xiàn)了上述限制，從而可在執(zhí)行故障保護處理時維持所述多相旋轉(zhuǎn)電機中的電流的連續(xù)性。因此，能夠適當?shù)乇苊庥捎趯λ龆嘞嘈D(zhuǎn)電機中的電流強制歸零而可能引起的弧電流的產(chǎn)生。
另一方面，本發(fā)明提供了一種控制系統(tǒng)，通過對反相器的開/關(guān)狀態(tài)進行操作而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出，所述反相器包括多個相臂，每一個相臂都包括能夠分別被接通/斷開的多個開關(guān)元件，所述系統(tǒng)包括確定組件，用于確定是否滿足條件，所述條件被定義為任意一個相的任意一個開關(guān)元件引起短路且所述多相旋轉(zhuǎn)電機以大于預(yù)定速度的速度而旋轉(zhuǎn)；以及控制組件，用于在所述確定組件確定滿足所述條件時，執(zhí)行控制以使所有其它開關(guān)元件處于接通狀態(tài)，所述其它開關(guān)元件屬于沒有發(fā)生短路的相臂且與發(fā)生短路故障的開關(guān)元件所連接的電通路相連。
上面的配置允許在所述轉(zhuǎn)速等于或大于預(yù)置速度時，經(jīng)過與短路的開關(guān)元件相連的反相器輸入端，在所有相中發(fā)生短路。因此，流過所述多相旋轉(zhuǎn)電機的電流變?yōu)橐蚍措妱觿荻鲃拥碾娏?。在這種情況下，所述反電動勢實質(zhì)上與所述電流正交。結(jié)果，可以防止流過所述多相旋轉(zhuǎn)電機的電流的值變大，可以防止所述多相旋轉(zhuǎn)電機的扭矩的絕對值變大，而且可以防止所述扭矩產(chǎn)生波動。
另一方面，本發(fā)明提供了一種控制裝置，通過對反相器的開/關(guān)狀態(tài)進行操作而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出，所述反相器包括多個相臂，每一個相臂都包括能夠分別被接通/斷開的多個開關(guān)元件，所述裝置包括確定組件，用于確定是否滿足條件，所述條件被定義為任意一個相臂的任意一個開關(guān)元件引起短路故障；以及控制組件，用于在所述確定組件確定滿足所述條件時，執(zhí)行控制以使所有其它開關(guān)元件處于接通狀態(tài)，所述其它開關(guān)元件屬于沒有發(fā)生短路的相且與發(fā)生短路故障的開關(guān)元件所連接的電通路相連。
在開關(guān)元件中出現(xiàn)故障時，上述配置能夠適當?shù)胤乐顾龆嘞嘈D(zhuǎn)電機的輸出扭矩或流過所述多相旋轉(zhuǎn)電機的電流變得過大。
另一方面，本發(fā)明提供了一種控制裝置，通過對反相器的開/關(guān)狀態(tài)進行操作而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出，所述反相器包括多個相臂，每一個相臂都包括能夠分別被接通/斷開的多個開關(guān)元件，所述裝置包括導(dǎo)電器件，電連接在所述多相旋轉(zhuǎn)電機與所述反相器之間，并且在兩者之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通；確定組件，確定是否滿足條件，所述條件被定義為任意一個相臂的任意一個開關(guān)元件引起短路故障；以及控制組件，用于在所述確定組件確定滿足所述條件時，控制所述導(dǎo)電器件進入非導(dǎo)通狀態(tài)。
當確定出現(xiàn)故障時，上述配置把所述多相旋轉(zhuǎn)電機與所述反相器之間切斷，使所述多相旋轉(zhuǎn)電機的相之間隔離。因此能夠使流過所述多相旋轉(zhuǎn)電機的電流歸零，從而能夠使扭矩基本歸零。
另一方面，本發(fā)明提供了一種用于控制多相電機轉(zhuǎn)軸的扭矩的裝置，所述多相電機的轉(zhuǎn)軸通過扭矩分裂機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸以及內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸機械相連，所述扭矩分裂機構(gòu)將來自所述內(nèi)燃機的扭矩分裂給所述多相電機和所述旋轉(zhuǎn)電機，所述裝置包括確定組件，用于確定反相器是否引起故障；以及限制組件，用于在所述確定組件確定引起故障時，通過對所述多相電機的電狀態(tài)進行操作而限制所述多相電機的負荷扭矩。
當所述反相器中出現(xiàn)故障時，不能將所述多相電機的輸出控制為期望的級別，這可能使所述多相電機的輸出扭矩變?yōu)樨摵膳ぞ?。在這種情況下，難以獲得所需的驅(qū)動力。在這個方面，上述配置可以限制所述多相電機的負荷扭矩以緩解這個問題。


附圖中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的混合機車系統(tǒng)的一般配置的示意圖；圖2是示出了根據(jù)第一實施例的包括發(fā)電機、反相器和微計算機的配置的示意圖；圖3是示出了根據(jù)第一實施例的微計算機中的過程的功能性框圖；圖4A和4B是示出了根據(jù)第一實施例的發(fā)電機在正常操作中電流和扭矩發(fā)生轉(zhuǎn)變的時間圖；圖5A和5B是示出了根據(jù)第一實施例的發(fā)電機在單相短路控制下的電流和扭矩發(fā)生轉(zhuǎn)變的時間圖；圖6是示出了三相短路控制模式的電路圖；圖7A和7B是示出了根據(jù)第一實施例的發(fā)電機在三相短路控制下的電流和扭矩發(fā)生轉(zhuǎn)變的時間圖；圖8A和8B示出了三相短路控制中轉(zhuǎn)速與電流和扭矩的關(guān)系；圖9是根據(jù)第一實施例，對發(fā)電機、內(nèi)燃機和電機的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系進行設(shè)置的列線圖(alignment diagram)；圖10是示出了在單相和三相短路控制下轉(zhuǎn)速與負荷之間的關(guān)系的圖示；圖11是示出了根據(jù)第一實施例的兩相調(diào)制模式的時間圖；圖12是示出了根據(jù)第一實施例，在出現(xiàn)短路時的故障保護處理過程的流程圖；圖13是示出了圖12所示故障保護處理中的兩相調(diào)制處理過程的流程圖；圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例，包括發(fā)電機、反相器和微計算機的配置的示意圖；圖15是示出了根據(jù)第二實施例，在發(fā)生短路時的故障保護處理過程的流程圖；圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例，在發(fā)生短路時的故障保護處理過程的流程圖；圖17是示出了與本發(fā)明第四實施例相關(guān)的問題的列線圖；圖18是示出了根據(jù)第四實施例的故障保護處理中的開關(guān)模式的圖示；圖19是示出了根據(jù)第四實施例，在發(fā)生短路時的故障保護處理過程的流程圖；圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的包括發(fā)電機、反相器和微計算機的配置的示意圖；圖21是根據(jù)第五實施例的故障保護處理中的開關(guān)模式的圖示；圖22是示出了根據(jù)第五實施例，在發(fā)生短路時的故障保護處理過程的流程圖；
圖23是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的包括發(fā)電機、反相器和微計算機的配置的示意圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明第七實施例的混合機車系統(tǒng)的一般配置的示意圖；圖25是示出了根據(jù)第七實施例，在發(fā)生短路時的故障保護處理過程的流程圖；圖26是示出了根據(jù)第八實施例，在發(fā)生短路時的故障保護處理過程的流程圖；以及圖27是示出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的包括發(fā)電機、反相器和微計算機的配置的示意圖。
具體實施例方式
(第一實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第一實施例。在本實施例中，本發(fā)明的多相旋轉(zhuǎn)電機控制系統(tǒng)應(yīng)用于加載在混合機車上的系統(tǒng)。
圖1是示出了上述混合機車的動力傳送系統(tǒng)的一般配置的示意圖。
如圖1所示，內(nèi)燃機1設(shè)置有飛輪阻尼器2，飛輪阻尼器2用于抑制內(nèi)燃機1的振動。內(nèi)燃機1的動力通過扭矩分裂機構(gòu)3被分配給第一電機-發(fā)電機(發(fā)電機4)和第二電機-發(fā)電機(電機5)。具體地，扭矩分裂機構(gòu)3由行星齒輪機構(gòu)組成。在行星齒輪機構(gòu)中，行星齒輪3p與內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸相連，恒星齒輪3s與發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸相連，而環(huán)形齒輪3r與電機5的轉(zhuǎn)軸相連。發(fā)電機4和電機5中的每一個都由DC無刷電機組成。
發(fā)電機4的負荷扭矩和電機5的輸出扭矩由與電池7相連的功率控制單元6來控制。發(fā)電機4產(chǎn)生的能量通過功率控制單元6向電池7充電。電池7的電功率使電機5開始操作。電機5的輸出扭矩被傳送到機車的驅(qū)動輪。
圖2具體示出了功率控制單元6中與發(fā)電機4的控制相關(guān)的一部分。
如圖2所示，反相器10與發(fā)電機4的三相(U相、V相和W相)相連。反相器10是由并聯(lián)主體組成的三相反相器，在所述并聯(lián)主體中，開關(guān)元件12和14(U相臂)、開關(guān)元件16和18(V相臂)以及開關(guān)元件20和22(W相臂)這三組開關(guān)元件是并聯(lián)的，從而在三相中的每一相與電池7的正端或負端之間建立電連接。反相器10還設(shè)置有飛輪二極管24、26、28、30、32和34，這些二極管分別與開關(guān)元件12、14、16、18、20和22反并聯(lián)。將開關(guān)元件12和14串聯(lián)的連接點與發(fā)電機4的U相相連。將開關(guān)元件16和18串聯(lián)的連接點與發(fā)電機4的V相相連。將開關(guān)元件20和22串聯(lián)的連接點與發(fā)電機4的W相相連。應(yīng)當理解的是，在本實施例中，這些開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中每一個都由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)組成。
平滑電容器40與開關(guān)元件12和14、開關(guān)元件16和18以及開關(guān)元件20和22這三組開關(guān)元件中的每一組開關(guān)元件的兩端相連。
微計算機50與用于檢測發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的位置檢測器52相連，并與分別用于檢測流過U相和V相的電流的電流檢測器54和56相連。微計算機50獲得這些檢測器的檢測結(jié)果，并根據(jù)基爾霍夫定律，基于流過U相的電流和流過V相的電流來計算流過W相的電流。例如，微計算機50基于發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度和流過三相的電流，通過柵極驅(qū)動電路60、62、64、66、68和70，分別操作開關(guān)元件12、14、16、18、20和22。此外，微計算機50具有如下功能分別檢測流過開關(guān)元件12、14、16、18、20和22的電流，作為流過節(jié)點Na、Nb、Nc、Nd、Ne和Nf的電流；以及基于檢測到的電流而檢測反相器10中故障的出現(xiàn)。
圖3是示出了微計算機50所執(zhí)行的處理的方框圖。在本實施例中，通過基本實施三角波PWM(脈寬調(diào)制)控制，而將發(fā)電機4的負荷扭矩控制為所要求的扭矩。具體地，下文的描述關(guān)注與圖3所示處理中的三角波PWM控制相關(guān)的處理。
三相-兩相轉(zhuǎn)換器80執(zhí)行從流過U相的實際電流iu和流過V相的實際電流iv以及流過W相的實際電流iw向d-q軸的坐標轉(zhuǎn)換，實際電流iu和實際電流iv是分別由電流檢測器54和56檢測的，實際電流iw是根據(jù)實際電流iu和iv計算出的，用以產(chǎn)生實際電流id和實際電流iq。由于所述坐標變換使用發(fā)電機4的旋轉(zhuǎn)角度，所以位置檢測器52把旋轉(zhuǎn)角度θ輸入三相-兩相轉(zhuǎn)換器80。例如，命令電流產(chǎn)生單元82根據(jù)所要求的扭矩和轉(zhuǎn)速Nm，而產(chǎn)生命令電流iqc和idc，作為旋轉(zhuǎn)角度θ的時間差值。以d-q軸上的命令值來反映命令電流iqc和idc。
PI控制器84基于命令電流idc與實際電流id之間的差而計算比例項和積分項。所計算的值作為第一命令電壓vd1從PI控制器84輸出。PI控制器86基于命令電流iqc與實際電流iq之間的差而計算比例項和積分項。所計算的值作為第一命令電壓vq1而從PI控制器86輸出。下文將會解釋第一命令電壓vd1和vq1的行為。
在施加到三相的各個相的電壓vu和vv以及vw、三相的各個相中產(chǎn)生的反電動勢eu和ev以及ew、發(fā)電機4的電阻R、自感L’、互感M、以及時間微分算子P之間建立了如下關(guān)系vu＝(R+PL’)×iu-1/2×PM×iv-1/2×PM×iw+euvv＝-1/2×PM×iu+(R+PL’)×iv-1/2×PM×iw+evvw＝-1/2×PM×iu-1/2×PM×iv+(R+PL’)×iw+ew當執(zhí)行d-q軸轉(zhuǎn)換時，使用轉(zhuǎn)速ω、電感L(＝L’+3/2×M)以及反電動勢ω，從下面的方程(cd)和(cq)分別獲得d軸和q軸的電壓vd和vqvd＝(R+PL)×id-ωL×iq …(cd)vq＝ωL×id+(R+PL)×iq+ω…(cq)從上面的方程(cd)和(cq)可以看出，施加到發(fā)電機4的電壓的軸向分量不僅包括與流過發(fā)電機4的電流中的相同軸向分量成比例的項，而且還包括與不同的軸向分量成比例的項以及反電動勢ω(下文把這些稱作“干擾項”)。
在本實施例中，由非交互式控制器88基于實際電流id和iq而計算這些干擾項，以進一步計算第零命令電壓vd0和vq0。然后，把第一命令電壓vd1和第零命令電壓vd0相加以獲得d軸的命令電壓vdc。類似地，把第一命令電壓vq1和第零命令電壓vq0相加以獲得q軸的命令電壓vqc。
兩相-三相轉(zhuǎn)換器92獲得d軸的命令電壓vdc和q軸的命令電壓vqc。兩相-三相轉(zhuǎn)換器92把d軸的命令電壓vdc和q軸的命令電壓vqc轉(zhuǎn)換為U相的命令電壓vuc、V相的命令電壓vvc和W相的命令電壓vwc。這些命令電壓vuc、vvc和vwc是當命令電流經(jīng)過發(fā)電機4的各個相時應(yīng)當施加到各個相的電壓。命令電壓vuc、vvc和vwc是正弦波，每一個電壓中心都為零。發(fā)電機4的各個相的命令電流是指三相中每個相各自的命令電流，它基于上述命令電流idc和iqc而確定。
命令電壓vuc、vvc和vwc通過開關(guān)部分94分別施加到比較器96、98和100的正相輸入端。比較器96、98和100把各個命令電壓vuc、vvc和vwc的大小與三角波產(chǎn)生電路102產(chǎn)生的三角載波的大小進行比較。通過對命令電壓vuc、vvc和vwc進行脈寬調(diào)制(PWM)而產(chǎn)生各個比較器96、98和100的輸出信號gu、gv和gw。
開關(guān)部分104獲得輸出信號gu、gv和gw?？蛰d時間產(chǎn)生單元112獲得開關(guān)部分104輸出的信號及這些信號經(jīng)反相器106、108和110反相后的反相信號。在空載時間產(chǎn)生單元112中，對上述輸出信號以及與其相對應(yīng)的反相信號進行波形整形，以避免這些信號的邊緣發(fā)生重疊，即避免時序重合。波形整形后的信號用作操作信號gup，用于操作U相的開關(guān)元件12；操作信號gun，用于操作U相的開關(guān)元件14；操作信號gvp，用于操作V相的開關(guān)元件16；操作信號gvn，用于操作V相的開關(guān)元件18；操作信號gwp，用于操作W相的開關(guān)元件20；以及操作信號gwn，用于操作W相的開關(guān)元件22。
在上述配置中，當開關(guān)部分104已經(jīng)選擇輸出信號gu、gv和gw時，開關(guān)元件12、14、16、18、20和22由PI(比例-積分)控制來操作，從而實際電流iu、iv和iw可以和基于命令電流idc和iqc而確定的三相電流(命令電流)一致。在這種情況下，與命令電壓vuc、vvc和vwc一致，施加到三相的電壓中每一個電壓都是幅度中心為零的正弦波。圖4A示出了PWM控制下的實際電流iu、iv和iw的轉(zhuǎn)變，而圖4B示出了發(fā)電機4的扭矩的轉(zhuǎn)變。這里是發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的扭矩為正的示例情況，即發(fā)電機4用作電機的情況。
下文描述微計算機50所執(zhí)行的處理，具體描述發(fā)生短路時所執(zhí)行的處理，所述處理導(dǎo)致反相器10的任意臂(包括開關(guān)元件12和14的串聯(lián)主體、包括開關(guān)元件16和18的串聯(lián)主體以及包括開關(guān)元件20和22的串聯(lián)主體)的開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中任意開關(guān)元件的恒定導(dǎo)電狀態(tài)。在本實施例中，首先基于流過圖2所示節(jié)點Na、Nb、Nc、Nd、Ne和Nf的電流而確定經(jīng)過電流是否經(jīng)過任意臂的兩個開關(guān)元件。當確定經(jīng)過電流經(jīng)過臂時，將該臂看作發(fā)生故障。然后，對所有的開關(guān)元件12、14、16、18、20和22進行操作并斷開。結(jié)果，沒有引起短路的這些開關(guān)元件進入非導(dǎo)通狀態(tài)。然而，當開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中僅有一個發(fā)生短路時，由于短路的開關(guān)元件、飛輪二極管24、26、28、30、32和34中的一些、發(fā)電機4和電池7形成了閉環(huán)電路，所以電流流過發(fā)電機4。
圖5A示出了在W相臂中的開關(guān)元件20發(fā)生短路時開關(guān)元件12、14、16、18和22處于斷開狀態(tài)的情況下的實際電流iu、iv和iw的轉(zhuǎn)變。圖5B示出了開關(guān)元件20發(fā)生短路時發(fā)電機4的扭矩?？梢钥闯?，實際電流iw的平均值比實際電流iu和iv的平均值大預(yù)定的偏移量。另一方面，例如當開關(guān)元件22發(fā)生短路時，實際電流iw的平均值變得比實際電流iu和iv的平均值小預(yù)定的偏移量。因此，當任意一個相的實際電流的平均值相對于另外兩個相的實際電流的平均值產(chǎn)生偏移時，可以基于偏移量而確定開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中的特定開關(guān)元件發(fā)生短路。
如果確定開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中任意開關(guān)元件發(fā)生短路，則另外兩個正常相中與發(fā)生短路的開關(guān)元件相對應(yīng)的開關(guān)元件進入導(dǎo)通狀態(tài)。例如，如圖6所示，當W相的開關(guān)元件20發(fā)生短路時，開關(guān)元件12和16接通且其它開關(guān)元件斷開。這樣，發(fā)電機4的所有三個相都可以被短路(三相短路控制)。因此，當電流流過發(fā)電機4使發(fā)電機4中產(chǎn)生反電動勢時，除了相偏移之外，三相實際電流iu、iv和iw變得彼此大致相等。
圖7A示出了三相短路控制下電機5中的實際電流iu、iv和iw的轉(zhuǎn)變，而圖7B示出了圖7A所示轉(zhuǎn)變中的發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的扭矩的轉(zhuǎn)變?？梢钥闯觯瑢嶋H電流iu、iv和iw處于穩(wěn)定狀態(tài)，具有幅度和幅度中心彼此相等的正弦波形式。此外，發(fā)電機4的扭矩的絕對值也處于低級別上的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，當開關(guān)元件20發(fā)生短路時，可以適當?shù)胤乐古ぞ夭▌雍桶l(fā)熱的問題。另外，開關(guān)元件22固定的斷開狀態(tài)可以防止經(jīng)過電流。
然而，在三相短路控制下，發(fā)電機4的低轉(zhuǎn)速區(qū)域中的扭矩絕對值增大。圖8A示出了三相短路控制下相電流(實際電流iu、iv和iw)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，圖8B示出了三相短路控制下扭矩絕對值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。應(yīng)當理解的是，圖8B中的扭矩表示負荷扭矩(＜0使轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的扭矩)。如圖所示，隨著轉(zhuǎn)速減小，實際電流iu、iv和iw減小且扭矩增大。這是因為電壓vd和vq中的電感分量(上文方程(cd)和(cq)中的PL)增大且該電感分量與電流iq和id正交，因而功率因數(shù)隨著轉(zhuǎn)速增大而減小。
因此，低轉(zhuǎn)速區(qū)域中使用三相短路控制增大了發(fā)電機4的負荷扭矩。在這種情況下，內(nèi)燃機1被看作處于非操作狀態(tài)(已經(jīng)停止燃料注入控制)。如果電機5在這種環(huán)境下操作，則會引起內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)。具體地，如圖9中列線圖所示，電機5、內(nèi)燃機1和發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速建立了與直線有關(guān)的關(guān)系。因此，為了在內(nèi)燃機1停止時逐漸提高電機5的轉(zhuǎn)速，需要按照圖9中雙點劃線所示的那樣來提高發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速。然而，低轉(zhuǎn)速區(qū)域中的大負荷扭矩可能會妨礙發(fā)電機4轉(zhuǎn)速的增大。結(jié)果，如圖9中點線所示，內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)速增大。在這種情況下，內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)速可能徘徊在小于空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(＞0)的轉(zhuǎn)速周圍。
另一方面，轉(zhuǎn)速小于空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的區(qū)域包括與上述飛輪阻尼器2的共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域。因此，在發(fā)電機4的低轉(zhuǎn)速區(qū)域中執(zhí)行三相短路控制可能會使內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)速落入與共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域中，從而導(dǎo)致明顯的振動。
在所述情況下，在發(fā)電機4的低轉(zhuǎn)速區(qū)域中，開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中所有非短路的開關(guān)元件可以被斷開，以進入非導(dǎo)通狀態(tài)(單相短路控制)。這種單相短路控制能夠減小發(fā)電機4的低轉(zhuǎn)速區(qū)域中的負荷扭矩。然而，單相短路控制和三相短路控制仍舊允許發(fā)電機4的低轉(zhuǎn)速區(qū)域的存在，而這會使內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸開始旋轉(zhuǎn)。
圖10示出了單相短路控制和三相短路控制下發(fā)電機4中引起的負荷扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。如圖10所示，在單相短路控制下，盡管發(fā)電機4的低轉(zhuǎn)速區(qū)域引起了小負荷扭矩，然而該負荷扭矩隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大。在轉(zhuǎn)速N1處，發(fā)電機4的負荷扭矩變成由內(nèi)燃機1的摩擦力扭矩所平衡的扭矩，這由圖10中的點劃線來表示。由摩擦力扭矩所平衡的扭矩是指允許內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸克服內(nèi)燃機1的摩擦力而開始旋轉(zhuǎn)的最小扭矩。具體地，當發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速超過轉(zhuǎn)速N1時，根據(jù)動力學(xué)原理，通過扭矩分裂機構(gòu)3所傳送的電機5的動力抵抗內(nèi)燃機1的摩擦力扭矩而加速內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，而不抵抗發(fā)電機4的負荷扭矩而加速發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。因此，隨著電機5的轉(zhuǎn)速增大，內(nèi)燃機1開始旋轉(zhuǎn)。
在三相短路控制下，盡管發(fā)電機4的高轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)е铝诵∝摵膳ぞ兀欢撠摵膳ぞ仉S著轉(zhuǎn)速的減小而增大。因此，在大于轉(zhuǎn)速N1的轉(zhuǎn)速N2處，發(fā)電機4的負荷扭矩變?yōu)橛赡Σ亮εぞ厮胶獾呐ぞ亍Ｒ虼巳鐖D9所示，在逐漸增大電機5的轉(zhuǎn)速的過程中，內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)速N1與轉(zhuǎn)速N2之間的區(qū)域中開始旋轉(zhuǎn)，這與從單相短路控制到三相短路控制的控制轉(zhuǎn)變無關(guān)。因此，電機5轉(zhuǎn)速的增大導(dǎo)致內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)速增大，這會避免使發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速提高到轉(zhuǎn)速N2。
當電機5的轉(zhuǎn)速增大使得發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速增大時，本實施例的系統(tǒng)執(zhí)行圖11所示處理以便把轉(zhuǎn)速從轉(zhuǎn)速N1轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速N2。在圖11中，點劃線表示三相命令電壓vuc、vvc和vwc。如圖中所示，三相命令電壓vuc、vvc和vwc中每一個命令電壓相比于其它兩個相來說在1/3周期中變得更接近于反相器10的正電勢，而且相比于其它兩個相來說在1/3周期中變得更接近于反相器10的負電勢。
在這種情況下，例如當W相的開關(guān)元件20引起短路時，W相的電壓vw被固定在如圖11所示的反相器10的正電勢處。在這種情況下，如果使由三相命令電壓vuc、vvc和vwc中兩個命令電壓所確定的相-相電壓等于實際的相-相電壓，則能夠使由命令電流iqc和idc所確定的三相命令電流實際流過。然而如圖11所示，固定在正電勢處的W相電壓vw不允許U相和V相電壓提高到大于W相電壓vw的電壓。因此，如果命令電壓vuc和vvc大于命令電壓vwc，那么不能使實際的相-相電壓等于由三相命令電壓vuc、vvc和vwc中的兩個命令電壓所確定的相-相電壓。
因此，實際的相-相電壓與由三相命令電壓vuc、vvc和vwc中的兩個命令電壓所確定的相-相電壓相等僅能夠在與電角度120°等效的部分中實現(xiàn)，其中在所述部分中W相的命令電壓vwc變得比另外兩個相的命令電壓vuc和vvc更接近于正電勢。因此，對命令電壓vuc和vvc進行調(diào)制，從而能夠確保實際的相-相電壓在這個部分中變得與由三相命令電壓vuc、vvc和vwc中的兩個命令電壓所確定的相-相電壓相等。圖11中的實線分別表示從命令電壓vuc和vvc的調(diào)制中得到的命令電壓vum和vvm。
下文具體描述反相器10中發(fā)生短路時所執(zhí)行的處理。
兩相調(diào)制器120對從兩相-三相轉(zhuǎn)換器92輸出的三相命令電壓vuc、vvc和vwc中沒有發(fā)生短路的兩相命令電壓進行調(diào)制。然后，開關(guān)部分94選擇從兩相-三相轉(zhuǎn)換器92輸出的三相命令電壓vuc、vvc和vwc，或選擇已調(diào)制的命令電壓vum、vvm和vwm。
另一方面，開關(guān)部分104選擇從比較器96、98和100輸出的信號gu、gv和gw，或是具有邏輯“H”的信號，或具有邏輯“L”的信號。
故障保護處理器122對開關(guān)部分94和104進行操作，從而能夠執(zhí)行單相短路控制、三相短路控制和兩相調(diào)制控制。
現(xiàn)在更加詳細地描述由故障保護處理器122和兩相調(diào)制器120所執(zhí)行的處理。
圖12示出了與短路相關(guān)的處理過程。例如，在預(yù)定周期中的預(yù)定時間處執(zhí)行這些處理。
在一系列處理中，在步驟S12處，確定三相中的特定臂的任意一個開關(guān)元件是否發(fā)生短路。在這個處理中，使用上述方案，并通過基于其它邏輯(未示出)而執(zhí)行的短路診斷處理來確定短路的發(fā)生。如果確定已經(jīng)發(fā)生短路，則在步驟S14處確定內(nèi)燃機1是否處于非操作狀態(tài)且電機5是否處于操作狀態(tài)。具體地，執(zhí)行該處理，以確定是否已經(jīng)創(chuàng)建了這樣一種條件，即盡管內(nèi)燃機1處于非操作狀態(tài)，可以取決于發(fā)電機4的負荷扭矩而使內(nèi)燃機1開始旋轉(zhuǎn)。
如果內(nèi)燃機1處于非操作狀態(tài)且電機5處于操作狀態(tài)，則在步驟S16處確定發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速是否等于或大于轉(zhuǎn)速N2，并且在步驟S18處確定發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速是否等于或小于轉(zhuǎn)速N1。在發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速Nm大于轉(zhuǎn)速N1且小于轉(zhuǎn)速N2時，在步驟S20處確定電機5的轉(zhuǎn)速是否正在增大。
在發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速Nm等于或小于轉(zhuǎn)速N1的情況下，或者在轉(zhuǎn)速Nm大于轉(zhuǎn)速N1且小于轉(zhuǎn)速N2、同時電機5的轉(zhuǎn)速不在增大(正在減小)的情況下，在步驟S26處執(zhí)行單相短路控制。在這種情況下，如果電機5的轉(zhuǎn)速減小，則需要發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速逐漸減小以停止內(nèi)燃機1而不管電機5的轉(zhuǎn)速減小。因此在這種情形下，發(fā)電機4的負荷扭矩較大這個事實與用于避免內(nèi)燃機1開始旋轉(zhuǎn)的要求不一致。因此，在發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速Nm大于轉(zhuǎn)速N1且小于轉(zhuǎn)速N2、同時電機5的轉(zhuǎn)速減小的情況下，執(zhí)行單相短路控制。
如果轉(zhuǎn)速Nm等于或大于轉(zhuǎn)速N2、同時內(nèi)燃機1正在操作，那么在步驟22處執(zhí)行三相短路控制。應(yīng)當理解的是，在內(nèi)燃機1的操作期間執(zhí)行三相短路控制的理由是三相短路控制有助于減小負荷扭矩。
如果轉(zhuǎn)速Nm大于轉(zhuǎn)速N1且小于轉(zhuǎn)速N2、同時電機5的轉(zhuǎn)速正在增大，那么在步驟S24處執(zhí)行兩相調(diào)制處理。
圖13示出了上文所述在步驟24處執(zhí)行的處理。在下文對這些處理的描述中，假定W相開關(guān)元件12和14中任意一個已經(jīng)發(fā)生短路。省略了關(guān)于其它兩個相的描述，這是因為對W相的描述也適用于其它兩個相。
在步驟S24a處，確定W相中是否出現(xiàn)故障。如果確定W相中出現(xiàn)故障，則在步驟S24b處確定W相命令電壓vwc是否等于或大于其它兩個相的命令電壓，或W相的命令電壓vwc是否等于或小于其它兩個相的命令電壓。在這種情況下，把命令電壓vuc、vvc和vwc設(shè)置為能夠加速發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速以使其等于或大于轉(zhuǎn)速N2的值。
當在步驟S24b處做出否定判決時，在步驟S24c處執(zhí)行單相短路控制以做好準備。當在步驟S24b處做出肯定判決時，分別對U相和V相的命令電壓vuc和vvc進行調(diào)制，以使實際的相-相電壓變得與由命令電壓vuc、vvc和vwc所確定的相-相電壓相等。具體地，例如在圖11所示的示例中，通過使用反相器10的正電勢電壓vp來執(zhí)行調(diào)制，從而可以按照如下等式而分別得到U相和V相的調(diào)制的命令電壓vum和vvm
vum＝vp-vwc+vucvvm＝vp-vwc+vvc如果在上文所述的步驟S24a處做出否定判決，則針對U相和V相執(zhí)行相同的處理。在完成步驟S24c和S24d處的處理后，控制返回到圖12的步驟S24。
如上所述，本實施例能夠提供如下效果。
(1)如果確定發(fā)電機4的反相器10發(fā)生故障而內(nèi)燃機1處于非操作狀態(tài)，則通過操作發(fā)電機4的電條件，限制由電機5的動力(通過扭矩分裂機構(gòu)3所傳送的)所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。因此，在發(fā)電機4的反相器10出現(xiàn)故障時能夠適當?shù)匾种苹旌舷到y(tǒng)中出現(xiàn)振動。
(2)如果發(fā)電機4的反相器10中已經(jīng)發(fā)生短路，則發(fā)電機4的負荷扭矩得到控制，從而內(nèi)燃機1轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)停止。因此，能夠適當?shù)乇苊獍殡S內(nèi)燃機1轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的缺點。
(3)通過執(zhí)行反相器10的開關(guān)操作，在發(fā)電機4的反相器10中出現(xiàn)短路時針對內(nèi)燃機1執(zhí)行了旋轉(zhuǎn)限制。因此，能夠維持發(fā)電機4中的電流連續(xù)性。另外，能夠適當?shù)乇苊饣‰娏鞯漠a(chǎn)生等，其中所述弧電流是由發(fā)電機4中的電流歸零而引起的。
(4)如果發(fā)電機4的反相器10的特定臂的開關(guān)元件中發(fā)生短路、同時發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速等于或大于轉(zhuǎn)速N2，則執(zhí)行三相短路控制，從而所有其它臂中與發(fā)生短路的開關(guān)元件相對應(yīng)的開關(guān)元件都進入導(dǎo)通狀態(tài)。因此，能夠抑制流過發(fā)電機4的電流值的增大，能夠抑制發(fā)電機4的扭矩絕對值的增大，而且能夠抑制發(fā)電機4的扭矩波動。
(5)如果發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速等于或小于轉(zhuǎn)速N1，則執(zhí)行單相短路控制，從而反相器10的開關(guān)元件中正常工作的那些開關(guān)元件可以進入非導(dǎo)通狀態(tài)。因此，當轉(zhuǎn)速等于或小于轉(zhuǎn)速N1時能夠抑制發(fā)電機4的負荷扭矩絕對值的增大，而且能夠抑制發(fā)電機4的扭矩波動。
(6)如果發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速N1且小于轉(zhuǎn)速N2、同時電機5的轉(zhuǎn)速正在增大，則執(zhí)行加速控制，從而發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速變得等于或大于轉(zhuǎn)速N2。因此，能夠適當?shù)匾种苾?nèi)燃機1開始旋轉(zhuǎn)，否則轉(zhuǎn)速在發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)值N1且小于轉(zhuǎn)速N2的區(qū)域中徘徊會導(dǎo)致內(nèi)燃機1的旋轉(zhuǎn)。
(7)如果發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速N1且小于轉(zhuǎn)速N2、同時電機5的轉(zhuǎn)速正在增大，則對除了發(fā)生故障的相之外的兩個相的命令電壓進行調(diào)制，從而三個相的相-相電壓變得與由命令電壓vuc、vvc和vwc所確定的相-相電壓相等。因此，可以把發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的扭矩控制到期望的級別。另外，能夠把發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速迅速地轉(zhuǎn)變至轉(zhuǎn)速等于或大于N2的區(qū)域中。
(8)在三相命令電壓vuc、vvc和vwc的1/3周期中，執(zhí)行兩相調(diào)制控制。因此，能夠適當?shù)匕寻l(fā)電機4的扭矩控制到期望的級別。
(9)如果發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速大于N1且小于N2、同時電機5的轉(zhuǎn)速正在增大，則在執(zhí)行兩相調(diào)制控制的周期之外，執(zhí)行單相短路控制。因此，能夠在為兩相調(diào)制控制而做準備的周期中抑制扭矩絕對值的增大。
(10)發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸與恒星齒輪、電機5的轉(zhuǎn)軸與環(huán)狀齒輪以及內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸與行星齒輪之間已經(jīng)建立連接。因此，通過隨著電機5的轉(zhuǎn)速增大而相反地增大發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速，能夠限制內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
(11)通過允許DC無刷電機用作發(fā)電機4，電流可以因反電動勢而流過發(fā)電機4。因此，如果轉(zhuǎn)速等于或小于N2，那么兩相調(diào)制控制或單相短路控制可以適當?shù)匾种瓢l(fā)電機4的負荷扭矩的增大。
(第二實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第二實施例，該描述關(guān)注與第一實施例的差別。在本實施例和下面若干實施例中，為了簡化或省略某些解釋，給與第一實施例相同或相似的組件賦予相同的標記。
圖14示出了與本實施例相關(guān)的發(fā)電機4、反相器10和微計算機50。
如圖14所示，本實施例設(shè)置有開關(guān)電路130、132和134，這些開關(guān)電路連接在反相器10的各個臂的輸出與發(fā)電機4的三個相之間。這些開關(guān)130、132和134是常閉型開關(guān)，然而可以優(yōu)選地是一旦進入斷開狀態(tài)就不會閉合的開關(guān)。例如，這些開關(guān)電路130、132和134可以是提供給輸出總線的繼電器。
圖15示出了根據(jù)本實施例，當發(fā)生短路時執(zhí)行的處理過程。例如，這些處理由微計算機50按照預(yù)定周期來執(zhí)行。如圖15所示，當反相器10的開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中任意的開關(guān)元件被短路時(步驟S30是)，則開關(guān)電路130、132和134斷開(步驟S32)。
由此形成于發(fā)電機4的三個相中的開環(huán)不會引起反電動勢，從而發(fā)電機4的負荷扭矩基本上歸零。這允許發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速隨著電機5轉(zhuǎn)速可能的增大而變化，以保持內(nèi)燃機1的停止狀態(tài)。
根據(jù)上述本實施例，除了在第一實施例中提出的效果(1)和(2)之外，還可以實現(xiàn)如下效果。
(12)如果確定已經(jīng)發(fā)生短路，則使開關(guān)電路130、132和134進入非導(dǎo)通狀態(tài)。因此，發(fā)電機4的扭矩基本上歸零。另外，可以抑制內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。
(第三實施例)下文參考附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，該描述關(guān)注與第二實施例的差別。
圖16示出了根據(jù)本實施例，當發(fā)生短路時執(zhí)行的處理過程。例如，這些處理由微計算機50按照預(yù)定周期來執(zhí)行。
在這個系列的處理中，當開關(guān)元件12、14、16、18、20和22中任意一個被確定為發(fā)生短路時(步驟S40)，在步驟S42處確定是否已經(jīng)針對開關(guān)電路130、132和134執(zhí)行了斷開操作。在這個方面，假定開關(guān)電路130、132和134一旦斷開就會保持不閉合狀態(tài)。因此，如果一旦執(zhí)行斷開操作，則圖16所示一系列的處理就會結(jié)束。
另一方面，如果沒有執(zhí)行斷開操作，則確定所有的實際電流iu、ev和iw是否為零。如果所有的實際電流iu、iv和iw為零，則在步驟S46處針對開關(guān)電路130、132和134執(zhí)行斷開操作。如果所有的實際電流iu、iv和iw不為零，則在步驟S48處執(zhí)行與第一實施例類似的處理。
下面是當所有的實際電流iu、iv和iw為零時針對開關(guān)電路130、132和134執(zhí)行斷開操作的理由。
具體地，在實際電流iu、iv和iw流動時使用開關(guān)電路130、132和134把這些電流強制歸零會引起弧電流。因此，要求開關(guān)電路130、132和134具有削弱弧電流的功能。實現(xiàn)為開關(guān)電路130、132和134提供這種功能的配置必然使反相器10的尺寸增大。
根據(jù)本實施例，因為當所有的實際電流iu、iv和iw為零時執(zhí)行斷開操作，所以這個問題是可以避免的。
如上所述，除了第一實施例中的效果(1)和(2)、第二實施例中的效果(12)之外，本實施例還具有如下效果。
(13)當所有的實際電流iu、iv和iw為零時，可以通過執(zhí)行斷開操作而避免弧電流。因此，開關(guān)電路130、132和134能夠省卻削弱弧電流的功能。
(第四實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第四實施例，該描述關(guān)注與第一實施例的差別。
在第一實施例中，通過根據(jù)發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速而執(zhí)行單相短路控制、兩相調(diào)制控制與三相短路控制之間的切換控制，防止內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)速落入與飛輪阻尼器2的共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域中。然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在第一實施例中的這些控制可能仍舊允許內(nèi)燃機1以極低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
一種可能的原因是，當發(fā)電機4產(chǎn)生的負荷扭矩小于內(nèi)燃機1的摩擦力扭矩時，飛輪阻尼器2可能不會停止。因此，飛輪阻尼器2可能會把扭矩傳送到內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸。另一種可能的原因是，如圖5B所示，由單相短路控制在發(fā)電機4中產(chǎn)生的負荷扭矩實際上可能會隨著時間發(fā)生劇烈的波動。換句話說，圖10所示在單相短路控制下的發(fā)電機4的負荷扭矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系在定義基于時間而產(chǎn)生波動的負荷扭矩上具有一定的自由度。如果單獨轉(zhuǎn)速的時間平均值被定義為負荷扭矩，則負荷扭矩實際上超過了內(nèi)燃機1的摩擦力扭矩。目前還沒有明確地確定原因，但是可以肯定的是發(fā)明人實際上觀察到這樣的現(xiàn)象，即內(nèi)燃機1以極低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
具體地，當機車以極低的速度(例如0至幾公里/每小時)行駛時，發(fā)電機4以大約100rpm的速度旋轉(zhuǎn)。如圖17所示，在這種情況下，內(nèi)燃機1能夠以發(fā)電機4的負荷扭矩所引起的極低轉(zhuǎn)速而旋轉(zhuǎn)。這樣，極低轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)使摩擦力扭矩以大約為0至10Hz的頻率在內(nèi)燃機1中發(fā)生周期性波動，它由活塞的周期性往復(fù)運動而引起。由于這個頻率與包括內(nèi)燃機1至驅(qū)動輪8的驅(qū)動系統(tǒng)的共振區(qū)相符，機車可能會來回地振動。
為了對此采取措施，如圖18所示，本實施例通過在轉(zhuǎn)速小于N2時執(zhí)行兩相調(diào)制控制而減小發(fā)電機4的負荷扭矩。
圖19示出了根據(jù)本實施例，在發(fā)生短路時執(zhí)行的處理過程。按照預(yù)定的周期執(zhí)行這些處理。
在這一系列的處理中，當在步驟S16處確定發(fā)電機的轉(zhuǎn)速小于N2時，在步驟S24處執(zhí)行兩相調(diào)制控制。應(yīng)當理解的是，基于實驗，例如基于針對反相器10中發(fā)生單相短路時所執(zhí)行的故障保護處理的實驗，為命令電壓vuc、vvc和vwc預(yù)先設(shè)置適當?shù)闹怠Ｔ谶@種情況下，可以根據(jù)電機5所需的扭矩或電機5的轉(zhuǎn)速而可變地設(shè)置命令電壓vuc、vvc和vwc。然而，各個命令電壓vuc、vvc和vwc的設(shè)置優(yōu)選地針對電機5的轉(zhuǎn)速增大和不增大的情況而分別進行設(shè)置。具體地，當電機5的轉(zhuǎn)速增大時，執(zhí)行與第一實施例中相同的加速處理，以便把發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速提高至等于或大于轉(zhuǎn)速N2。另一方面，在減速期間，執(zhí)行適當?shù)奶幚硪员M可能地減小發(fā)電機4的負荷扭矩。這兩種處理共同產(chǎn)生了減小發(fā)電機4的負荷扭矩的效果。
與圖13所示的處理相似，在有限的周期(命令電壓的1/3周期，或等效于電角度120°的周期)內(nèi)執(zhí)行兩相調(diào)制處理。在余下的周期中，執(zhí)行單相短路控制或三相短路控制?；谌Q于發(fā)電機4的結(jié)構(gòu)的負荷扭矩特性以及取決于內(nèi)燃機1的結(jié)構(gòu)(例如汽缸的位移和數(shù)目)的摩擦力特性，針對每個機車而選擇單相短路控制或三相短路控制，無論哪一個都可以更加有效地減小內(nèi)燃機1的旋轉(zhuǎn)。
除了第一實施例中的效果(1)至(4)、(7)、(10)和(11)之外，上述本實施例還具有如下效果。
(14)如果發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速N2，則執(zhí)行兩相調(diào)制處理，以對除了發(fā)生故障的相之外的兩個相的命令電壓進行調(diào)制。因此，能夠把發(fā)電機4的轉(zhuǎn)軸的扭矩控制為期望的級別。此外，能夠限制轉(zhuǎn)軸的負荷扭矩。另外，如果發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速等于或大于轉(zhuǎn)速N2，則三相短路控制可以在整個轉(zhuǎn)速區(qū)域上適當?shù)販p小發(fā)電機的負荷扭矩。因此，能夠在發(fā)電機4的整個轉(zhuǎn)速區(qū)域上適當?shù)叵拗苾?nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。
(第五實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第五實施例，該描述關(guān)注與第一實施例的差別。
本實施例與反相器中出現(xiàn)故障時所執(zhí)行的故障保護處理相關(guān)，故障保護處理是執(zhí)行電機5的輸出控制時的操作目標。
圖20具體示出了與電機5的控制相關(guān)的功率控制單元6的一部分。
當特定相的臂的任一開關(guān)元件中發(fā)生短路時，不能夠以高精確度來控制電機5的輸出扭矩。因此在這種情況下，本實施例利用內(nèi)燃機1來執(zhí)行跛行回家處理。然而在這種情況下，電機5的負荷扭矩的增大可能不會把內(nèi)燃機1的驅(qū)動力適當?shù)貍魉偷津?qū)動輪8。此外，過大的電流可能會在電機5或反相器10中流動。
為了處理這種情況，如圖21所示，本實施例在電機5的轉(zhuǎn)速等于或大于轉(zhuǎn)速N3時執(zhí)行三相短路控制，而在轉(zhuǎn)速小于N3時執(zhí)行兩相調(diào)制控制，從而對電機5的負荷扭矩進行限制。圖22示出了根據(jù)本發(fā)明在電機5的反相器10中發(fā)生短路時所執(zhí)行的處理過程。例如，這些處理按照預(yù)定周期而執(zhí)行。
在這一系列的處理中，在步驟S50處確定電機5的反相器10的特定相的臂中任一開關(guān)元件是否發(fā)生短路。在這個處理中，通過基于與第一實施例中所述方案有關(guān)的圖中未示出的邏輯而執(zhí)行的短路診斷處理，來確定短路的發(fā)生。如果確定短路已經(jīng)發(fā)生，則在步驟S52處確定內(nèi)燃機1是否處于非操作狀態(tài)。提出這個確定以確定內(nèi)燃機1是否處于代替電機5而提供驅(qū)動力的狀態(tài)。如果確定內(nèi)燃機1處于非操作狀態(tài)，則在步驟S54處操作內(nèi)燃機1。
在步驟S52處做出否定判決或完成步驟S54處的處理時，控制前進到步驟S56。在步驟S56處，確定電機5的轉(zhuǎn)速是否等于或大于轉(zhuǎn)速N3。把轉(zhuǎn)速N3設(shè)置為滿足如下條件的級別在三相短路控制之下在電機5中也許會引起負荷扭矩，但不會妨礙從內(nèi)燃機1向驅(qū)動輪8提供驅(qū)動力。因此，如果在步驟S56處做出肯定判決，則控制前進到步驟S58，在步驟S58處執(zhí)行三相短路控制。
相反，如果在步驟S56處做出否定判決，則控制前進到步驟S60，在步驟S60處執(zhí)行兩相調(diào)制控制，從而減小電機5的負荷扭矩。應(yīng)當理解的是，在這種情況下，基于例如針對反相器10中發(fā)生單相短路時執(zhí)行故障保護處理的實驗，而為命令電壓vuc、vvc和vwc預(yù)先設(shè)置適當?shù)闹怠Ｔ谶@個方面，可以根據(jù)例如電機5所需的扭矩或電機5的轉(zhuǎn)速而可變地設(shè)置命令電壓vuc、vvc和vwc。所需的扭矩是指跛行回家時所需的扭矩?？紤]更高的轉(zhuǎn)速在電機5中引起更大的反電動勢這個事實，命令電壓vuc、vvc和vwc的大小隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大。
與圖13所示的處理相似，在有限的周期(命令電壓的1/3周期，或等效于電角度120°的周期)內(nèi)執(zhí)行兩相調(diào)制處理。在余下的周期中，執(zhí)行單相短路控制或三相短路控制?；谌Q于電機5的結(jié)構(gòu)的負荷扭矩特性而為每個機車選擇單相短路控制或三相短路控制。
根據(jù)上述本實施例，能夠在電機5中發(fā)生短路時執(zhí)行適當?shù)孽诵谢丶姨幚怼?br> (第六實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第六實施例，該描述關(guān)注與第二實施例的差別。
圖23示出了與本實施例相關(guān)的電機5、反相器10和微計算機50。
在本實施例中，開關(guān)電路130、132和134被設(shè)置在反相器10的各個臂的輸出與電機5之間。當反相器10的特定相的臂中任一開關(guān)元件發(fā)生短路時，針對開關(guān)電路130、132和134而執(zhí)行斷開操作。由此在電機5的三個相的各個相中形成了開環(huán)。此外，防止出現(xiàn)反電動勢，從而電機5的負荷扭矩可以基本上歸零。關(guān)于執(zhí)行開關(guān)元件130、132和134的斷開操作的方案，可以應(yīng)用第三實施例的方案。
(第七實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第七實施例，該描述關(guān)注與第五實施例的差別。
圖24示出了根據(jù)本實施例的混合系統(tǒng)(混合機車)的一般配置。
如圖24所示，根據(jù)本實施例的混合機車是設(shè)置有第二電機9(MG3)的四輪驅(qū)動機車，其中第二電機用于向后輪8R傳送動力。第二電機9也由DC無刷電機組成。在這種情況下，如果第二電機9的反相器的特定相的臂中任一開關(guān)元件引起短路，則第二電機9中產(chǎn)生負荷扭矩，該扭矩可以在后輪8R中引起負荷扭矩。此外，短路可能會在機車行駛時引起無意的制動力。
為了處理這種情況，如果第二電機9的反相器的特定相的臂中任一開關(guān)元件發(fā)生短路，本實施例基于第五實施例而執(zhí)行故障保護處理。圖25示出了根據(jù)本實施例，當?shù)诙姍C9的反相器中發(fā)生短路時所執(zhí)行的處理過程。例如，這些處理按照預(yù)定周期而執(zhí)行。
在這一系列處理中，在步驟S70處確定第二電機9的反相器的特定相的臂中任一開關(guān)元件是否發(fā)生短路。這個處理與圖22的步驟S50處的處理相同。如果確定故障出現(xiàn)，則控制前進到步驟S72，在步驟S72處確定第二電機9的轉(zhuǎn)速是否等于或大于轉(zhuǎn)速N4。轉(zhuǎn)速N4被設(shè)置為滿足如下條件的級別在三相短路控制下在第二電機9中引起的負荷扭矩可能不會影響車輛的行駛。如果轉(zhuǎn)速等于或大于轉(zhuǎn)速N4，則在步驟S74處執(zhí)行三相短路控制。相反，如果轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速N4，則在步驟S76處執(zhí)行兩相調(diào)制控制。這個處理基于圖22的步驟S60處的處理。
在步驟S70處做出否定判決或完成步驟S74和S76的步驟時，這一系列處理暫時結(jié)束。如果機車具有僅后輪8R用作驅(qū)動輪的行駛模式，那么當在步驟S70處做出肯定判決時，優(yōu)選地操作內(nèi)燃機1和電機5中至少一個，從而機車利用驅(qū)動輪8來行駛。
根據(jù)上述本實施例，在第二電機9的反相器中發(fā)生短路時可以采取適當?shù)拇胧?br> (第八實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第八實施例，該描述關(guān)注與第七實施例的差別。
圖26示出了根據(jù)本實施例，在第二電機9的反相器中發(fā)生短路時所執(zhí)行的處理過程。例如，這些處理按照預(yù)定周期而執(zhí)行。
如圖26所示，本實施例在第二電機9的反相器中發(fā)生短路時執(zhí)行三相短路控制，不管其轉(zhuǎn)速如何。
(第九實施例)下文參考附圖來描述本發(fā)明的第九實施例，該描述關(guān)注與第二實施例的差別。
圖27示出了與本實施例相關(guān)的第二電機9、反相器10和微計算機50。
本實施例設(shè)置有在反相器10的各個臂的輸出與第二電機9之間的開關(guān)電路130、132和134。在反相器10的特定相的臂中任一開關(guān)元件發(fā)生短路時，針對開關(guān)電路130、132和134執(zhí)行斷開操作。因此，能夠在第二電機9的三個相中形成開環(huán)。此外，能夠防止出現(xiàn)反電動勢，而且能夠?qū)Φ诙姍C9中的負荷扭矩進行歸零。關(guān)于執(zhí)行開關(guān)電路130、132和134的斷開操作的方案，第三實施例的方案是可以應(yīng)用的。
(修改)上述實施例可以按照下文來修改。
●在第七實施例中，如果第二電機9的轉(zhuǎn)速等于或小于預(yù)定的轉(zhuǎn)速，即小于轉(zhuǎn)速N4，則可以執(zhí)行單相短路控制。此外，在第八實施例中，如果轉(zhuǎn)速小于N4，則可以執(zhí)行單相短路。
●在第二和第六實施例中，開關(guān)電路130、132和134不僅可以是常閉型開關(guān)，而且可以是常開型開關(guān)。
●在第一實施例中，上述效果(1)至(8)、(10)和(11)還可以通過如下方式來實現(xiàn)當發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速大于N1且小于N2時、以及當沒有執(zhí)行兩相調(diào)制時，在待機周期中執(zhí)行三相短路控制。
●在第一實施例中，發(fā)電機4的負荷扭矩也可以通過如下方式控制當電機5的旋轉(zhuǎn)速度正在減小、同時發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速大于N1且小于N2時，執(zhí)行兩相調(diào)制控制，從而轉(zhuǎn)速可以變得等于或小于N1。
●在第一實施例中，對發(fā)電機4的扭矩進行控制從而內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)動被歸零。然而可以采取其它措施，例如包括對發(fā)電機4進行控制，以使內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)速可能不會落入與飛輪阻尼器的共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速內(nèi)。
●在第一實施例中，考慮通常以等于或大于空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的速度來驅(qū)動內(nèi)燃機1，可以執(zhí)行下面的內(nèi)容。具體地，可以對發(fā)電機4的扭矩進行控制從而內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)速變得小于空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速但不超過0，從而可以適當?shù)匾种苾?nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)所涉及的缺點。
●如果與飛輪阻尼器的共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域沒有被包括在轉(zhuǎn)速小于空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的區(qū)域中，則對內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸無意開始的旋轉(zhuǎn)進行限制是有效的。
●用于在發(fā)生短路時控制發(fā)電機4的扭矩的方案不限于例如第一實施例中所示的方案。例如可以針對所有的轉(zhuǎn)速區(qū)域而執(zhí)行兩相調(diào)制控制，從而控制發(fā)電機4的扭矩以限制內(nèi)燃機1的旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，優(yōu)選地對實際電流iu、iv和iw進行監(jiān)測，從而流過發(fā)電機4的電流可能不會變得過大。
●使用行星齒輪結(jié)構(gòu)中的各個齒輪來連接發(fā)電機4、電機5和內(nèi)燃機1這個模式不限于上述實施例中所示的模式。此外，扭矩分裂機構(gòu)3可以不必具有行星齒輪機構(gòu)。就是說，盡管內(nèi)燃機1處于非操作狀態(tài)，如果內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸可能具有被通過扭矩分裂機構(gòu)3而傳送到內(nèi)燃機1的轉(zhuǎn)軸的電機5的動力所旋轉(zhuǎn)的風(fēng)險，那么本發(fā)明可以有效地應(yīng)用在發(fā)電機4的反相器10出現(xiàn)短路時。
●在反相器中出現(xiàn)短路時經(jīng)受扭矩控制的多相旋轉(zhuǎn)電機(多相發(fā)電機和多相電機)不限于DC無刷電機。然而，上述實施例及其修改可以有效地應(yīng)用于磁場型的旋轉(zhuǎn)電機，例如具有在三相短路控制下可能導(dǎo)致反電動勢的配置的電機。由于這種結(jié)構(gòu)，例如當發(fā)電機4的轉(zhuǎn)速變得小于N2或電機5的轉(zhuǎn)速變得小于N3時，執(zhí)行三相短路控制可能會引起不便。
●通過例如調(diào)整PI控制器84和86的設(shè)置，可以省略非交互式控制器88。
●多相旋轉(zhuǎn)電機的控制系統(tǒng)的應(yīng)用不限于混合機車。本發(fā)明的系統(tǒng)可以應(yīng)用于電車的控制系統(tǒng)，例如可能在反相器中引起短路而且可能需要三相短路控制的系統(tǒng)。同樣在這種情況下，當反相器中發(fā)生短路時，可以有效地應(yīng)用第九實施例。
在不背離本發(fā)明的精神的前提下，本發(fā)明能夠以若干其它形式而實現(xiàn)。目前所述的實施例和修改僅用于說明而不是限制，因為本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是之前的描述而限定。因此，落入權(quán)利要求的界限和范圍、或這些界限和范圍的等同物的所有改變將被權(quán)利要求所包含。
權(quán)利要求
1.一種用于控制第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩的裝置，第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸通過扭矩分裂機構(gòu)與第二旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸以及內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸機械相連，所述扭矩分裂機構(gòu)把來自所述內(nèi)燃機的扭矩分裂給第一和第二旋轉(zhuǎn)電機，第一旋轉(zhuǎn)電機組成多相旋轉(zhuǎn)電機，所述裝置包括反相器，用于控制第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩；確定組件，用于確定是否滿足條件，所述條件被定義為所述反相器出現(xiàn)故障且所述內(nèi)燃機處于非操作狀態(tài)；以及限制組件，當所述確定組件確定滿足所述條件時，對第一旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動狀態(tài)進行操作，以限制內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，其中所述狀態(tài)是由第二電機引起的并且通過扭矩分裂機構(gòu)從第二旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)移的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述限制組件配置為當確定滿足所述條件時限制所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，使其避免落入大于零且小于所述內(nèi)燃機的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述內(nèi)燃機設(shè)置有用于抑制其振動的飛輪阻尼器，而且所述限制組件配置為對所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速進行限制，從而防止所述轉(zhuǎn)速處于和所述飛輪阻尼器的共振頻率相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，還包括電連接在第一旋轉(zhuǎn)電機與所述反相器之間的導(dǎo)電器件，所述導(dǎo)電器件在兩者之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通，其中所述限制組件包括控制裝置，所述控制裝置在所述確定組件確定滿足所述條件時控制所述導(dǎo)電器件進入非導(dǎo)通狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述限制組件配置為把第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩設(shè)置為使所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的扭矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，還包括電連接在第一旋轉(zhuǎn)電機與所述反相器之間的導(dǎo)電器件，所述導(dǎo)電器件在兩者之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通，其中所述限制組件包括控制裝置，所述控制裝置在所述確定組件確定滿足所述條件時控制所述導(dǎo)電器件進入非導(dǎo)通狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述限制組件配置為把第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩設(shè)置為使所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的扭矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述限制組件配置為把第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩設(shè)置為使所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸停止旋轉(zhuǎn)的扭矩。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，還包括電連接在第一旋轉(zhuǎn)電機與所述反相器之間的導(dǎo)電器件，所述導(dǎo)電器件在兩者之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通，其中所述限制組件包括控制裝置，所述控制裝置在所述確定組件確定滿足所述條件時控制所述導(dǎo)電器件進入非導(dǎo)通狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述限制組件配置為通過對所述反相器的開關(guān)元件進行開關(guān)操作而限制所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述反相器的故障是在各個臂的每一個臂中的任意一個開關(guān)元件處引起的短路，所述確定組件包括確定裝置，所述確定裝置用于確定第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸是否以大于預(yù)定轉(zhuǎn)速的速度而旋轉(zhuǎn)，以及所述限制組件包括控制裝置，當所述確定裝置確定滿足所述條件時，所述控制裝置控制所有其它開關(guān)元件進入接通狀態(tài)，所述其它開關(guān)元件屬于沒有發(fā)生短路的相臂，而且與發(fā)生短路故障的開關(guān)元件所連接的電通路相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述確定組件包括第二確定裝置，用于確定第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸是否以小于比預(yù)定轉(zhuǎn)速更小的指定轉(zhuǎn)速而旋轉(zhuǎn)，其中所述限制組件包括第二控制裝置，用于控制所述反相器中沒有發(fā)生短路的所有開關(guān)元件進入斷開狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述確定組件包括第三確定裝置，用于確定第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸是否以所述預(yù)定轉(zhuǎn)速與所述指定轉(zhuǎn)速之間的速度而旋轉(zhuǎn)，以及所述限制組件包括第三控制裝置，用于控制第一旋轉(zhuǎn)電機，使第一旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)榇笥谒鲱A(yù)定轉(zhuǎn)速或小于所述指定旋轉(zhuǎn)的速度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中第一旋轉(zhuǎn)電機組成三相旋轉(zhuǎn)電機；所述裝置還包括計算組件，計算用于將第一旋轉(zhuǎn)電機的輸出扭矩控制為期望扭矩的三相命令信號電壓；以及所述限制組件包括調(diào)制裝置，用于對除了被指定為故障的單相命令電壓之外的兩相命令電壓進行調(diào)制，從而當?shù)谌_定裝置確定所述三相旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸以所述預(yù)定轉(zhuǎn)速與所述指定轉(zhuǎn)速之間的速度旋轉(zhuǎn)時，所述三相旋轉(zhuǎn)電機的三個相的相-相電壓與計算出的三相命令電壓所定義的電壓相等。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述調(diào)制裝置配置為在三相命令電壓的1/3周期內(nèi)對兩相命令電壓進行調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述確定組件包括第四確定裝置，用于確定是否滿足條件，所述條件被定義為所述三相旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸以所述預(yù)定轉(zhuǎn)速與所述指定轉(zhuǎn)速之間的速度而旋轉(zhuǎn)，且當前時間在所述調(diào)制裝置執(zhí)行調(diào)制的時間周期之外，以及所述限制組件包括第四控制裝置，用于在第四確定裝置確定滿足所述條件時控制所述反相器中沒有發(fā)生短路的所有開關(guān)元件，使其進入斷開狀態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中第一旋轉(zhuǎn)電機組成三相旋轉(zhuǎn)電機；所述裝置還包括計算組件，計算用于將第一旋轉(zhuǎn)電機的輸出扭矩控制為期望扭矩的三相命令信號電壓；所述反相器的故障是在各個臂的每一個臂中的任意一個開關(guān)元件處引起的短路；所述確定組件包括確定裝置，用于確定第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸是否以小于所述預(yù)定轉(zhuǎn)速的速度而旋轉(zhuǎn)；以及所述限制組件包括調(diào)制裝置，對除了被指定為故障的單相命令電壓之外的兩相命令電壓進行調(diào)制，從而當所述確定裝置確定所述三相旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸以小于所述預(yù)定轉(zhuǎn)速的速度旋轉(zhuǎn)時，所述三相旋轉(zhuǎn)電機的三個相的相-相電壓與計算出的三相命令電壓所定義的電壓相等。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述調(diào)制裝置配置為在三相命令電壓的1/3周期內(nèi)對兩相命令電壓進行調(diào)制。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括導(dǎo)電器件，電連接在所述多相旋轉(zhuǎn)電機與反相器之間，所述導(dǎo)電器件在兩者之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通，其中所述限制組件包括控制裝置，用于當所述確定組件確定滿足所述條件時控制所述導(dǎo)電器件進入非導(dǎo)通狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述扭矩分裂機構(gòu)設(shè)置有包括恒星齒輪、環(huán)狀齒輪和行星齒輪的行星齒輪機構(gòu)，其中第一旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸與所述恒星齒輪相連，第二旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸與所述環(huán)狀齒輪相連，而所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸與所述行星齒輪相連。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一旋轉(zhuǎn)電機形成磁場型旋轉(zhuǎn)電機。
22.一種控制裝置，通過對反相器的開/關(guān)狀態(tài)進行操作而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出，所述反相器包括多個相臂，每一個相臂都包括能夠分別被接通/斷開的多個開關(guān)元件，所述裝置包括確定組件，用于確定是否滿足條件，所述條件被定義為在任意一個相臂的任意一個開關(guān)元件處引起短路故障且所述多相旋轉(zhuǎn)電機以大于預(yù)定速度的速度而旋轉(zhuǎn)；以及控制組件，當所述確定組件確定滿足所述條件時，執(zhí)行控制以使所有其它開關(guān)元件處于接通狀態(tài)，所述其它開關(guān)元件屬于沒有發(fā)生短路的相臂，且與發(fā)生短路故障的開關(guān)元件所連接的電通路相連。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述多相旋轉(zhuǎn)電機組成三相旋轉(zhuǎn)電機，所述裝置還包括計算組件，計算用于將所述三相旋轉(zhuǎn)電機的輸出扭矩控制為期望扭矩的三相命令信號電壓；另一確定組件，用于確定是否滿足另一條件，所述另一條件被定義為引起短路故障且所述三相旋轉(zhuǎn)電機以等于或小于所述預(yù)定速度的速度而旋轉(zhuǎn)；以及調(diào)制組件，用于對除了被指定為故障的單相命令電壓之外的兩相命令電壓進行調(diào)制，從而當所述另一確定組件確定滿足所述另一條件時，所述三相旋轉(zhuǎn)電機的三個相的相-相電壓與計算出的三相命令電壓所定義的電壓相等。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述多相旋轉(zhuǎn)電機是多相電機，而且所述控制組件包括控制單元，所述控制單元被合并到裝配有不同于所述多相旋轉(zhuǎn)電機的電機的系統(tǒng)中。
25.一種控制裝置，通過對反相器的開/關(guān)狀態(tài)進行操作而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出，所述反相器包括多個相臂，每一個相臂都包括能夠分別被接通/斷開的多個開關(guān)元件，所述裝置包括確定組件，用于確定是否滿足條件，所述條件被定義為在任意一個相臂的任意一個開關(guān)元件處引起短路故障；以及控制組件，當所述確定組件確定滿足所述條件時，執(zhí)行控制以使所有其它開關(guān)元件處于接通狀態(tài)，所述其它開關(guān)元件屬于沒有發(fā)生短路的相，且與發(fā)生短路故障的開關(guān)元件所連接的電通路相連。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述多相旋轉(zhuǎn)電機是多相電機，而且所述控制組件包括控制單元，所述控制單元被合并到裝配有不同于所述多相旋轉(zhuǎn)電機的電機的系統(tǒng)中。
27.一種控制裝置，通過對反相器的開/關(guān)狀態(tài)進行操作而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出，所述反相器包括多個相臂，每一個相臂都包括能夠分別被接通/斷開的多個開關(guān)元件，所述裝置包括導(dǎo)電器件，電連接在所述多相旋轉(zhuǎn)電機與反相器之間，并且在之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通；確定組件，確定是否滿足條件，所述條件被定義為在任意一個相臂的任意一個開關(guān)元件處引起短路故障；以及控制組件，當所述確定組件確定滿足所述條件時，控制所述導(dǎo)電器件進入非導(dǎo)通狀態(tài)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述多相旋轉(zhuǎn)電機是多相電機，而且所述控制組件包括控制單元，所述控制單元被合并到裝配有不同于所述多相旋轉(zhuǎn)電機的電機的系統(tǒng)中。
29.一種用于控制多相電機的轉(zhuǎn)軸的扭矩的裝置，所述多相電機的轉(zhuǎn)軸通過扭矩分裂機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸以及內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸機械相連，所述扭矩分裂機構(gòu)把來自內(nèi)燃機的扭矩分裂給所述多相電機和所述旋轉(zhuǎn)電機，所述裝置包括確定組件，用于確定是否在反相器處引起故障；以及限制組件，當所述確定組件確定引起故障時，通過對所述多相電機的電狀態(tài)進行操作而限制所述多相電機的負荷扭矩。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，還包括另一確定組件，用于確定所述內(nèi)燃機是否處于非操作狀態(tài)；以及操作命令組件，用于當確定在所述反相器處引起故障且所述內(nèi)燃機處于非操作狀態(tài)時命令所述內(nèi)燃機進行操作。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述限制組件配置為通過所述反相器的開關(guān)元件的開/關(guān)操作來限制所述負荷扭矩。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述扭矩分裂機構(gòu)設(shè)置有包括恒星齒輪、環(huán)狀齒輪和行星齒輪的行星齒輪機構(gòu)，其中旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸與所述恒星齒輪相連，多相電機的轉(zhuǎn)軸與所述環(huán)狀齒輪相連，而所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸與所述行星齒輪相連。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述多相電機形成磁場型旋轉(zhuǎn)電機。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述限制組件配置為通過所述反相器的開關(guān)元件的開/關(guān)操作來限制所述負荷扭矩。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其中所述多相電機組成三相電機，在所述反相器處引起的故障是在屬于所述反相器的每一個相臂的任一開關(guān)元件處引起的短路，而且所述限制組件包括計算裝置，計算用于將所述三相電機的輸出扭矩控制為期望扭矩的三相命令信號電壓，以及調(diào)制組件，用于對除了被指定為故障的單相命令電壓之外的兩相命令電壓進行調(diào)制，使得所述三相電機的三個相的相-相電壓與計算出的三相命令電壓所定義的電壓相等。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，還包括另一確定組件，用于確定所述三相電機是否以等于或大于預(yù)定速度的速度而旋轉(zhuǎn)，其中所述限制組件還包括控制裝置，用于當所述另一確定組件確定所述三相電機以等于或大于預(yù)定速度的速度而旋轉(zhuǎn)時，所述控制裝置控制執(zhí)行控制以使所有其它開關(guān)元件進入接通狀態(tài)，所述其它開關(guān)元件屬于沒有發(fā)生短路的相臂，且與發(fā)生短路故障的開關(guān)元件所連接的電通路相連。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，還包括另一確定組件，用于確定所述三相電機是否以等于或大于預(yù)定速度的速度而旋轉(zhuǎn)，其中所述限制組件還包括控制裝置，用于當所述另一確定組件確定所述三相電機以等于或大于預(yù)定速度的速度而旋轉(zhuǎn)時，所述控制裝置控制執(zhí)行控制以使所有其它開關(guān)元件進入接通狀態(tài)，所述其它開關(guān)元件屬于沒有發(fā)生短路的相臂，且與發(fā)生短路故障的開關(guān)元件所連接的電通路相連。
38.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，還包括導(dǎo)電器件，電連接在所述多相電機與所述反相器之間，而且在兩者之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通，其中所述限制組件包括控制裝置，用于當所述確定組件確定滿足所述條件時控制所述導(dǎo)電器件使其變?yōu)榉菍?dǎo)通。
39.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述扭矩分裂機構(gòu)設(shè)置有包括恒星齒輪、環(huán)狀齒輪和行星齒輪的行星齒輪機構(gòu)，其中旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)軸與所述恒星齒輪相連，多相電機的轉(zhuǎn)軸與所述環(huán)狀齒輪相連，而所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸與所述行星齒輪相連。
40.根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述多相電機形成磁場型旋轉(zhuǎn)電機。
41.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，還包括導(dǎo)電器件，電連接在所述多相電機與所述反相器之間，而且在兩者之間選擇性地導(dǎo)通或不導(dǎo)通，其中所述限制組件包括控制裝置，用于當所述確定組件確定滿足所述條件時控制所述導(dǎo)電器件使其變?yōu)榉菍?dǎo)通。
全文摘要
提供了一種多相旋轉(zhuǎn)電機的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)通過對反相器的開關(guān)元件進行操作而控制多相旋轉(zhuǎn)電機的輸出，從而當所述反相器中出現(xiàn)故障時能夠采取更為適當?shù)拇胧?nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸、發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸以及電機的轉(zhuǎn)軸通過扭矩分裂機構(gòu)相連。當所述反相器的開關(guān)元件發(fā)生短路時，所述控制系統(tǒng)執(zhí)行故障保護處理以控制所述發(fā)電機的負荷扭矩，以防止所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)處于非操作狀態(tài)，這個旋轉(zhuǎn)由所述電機的動力引起的。
文檔編號H02P27/00GK101060289SQ20071010087
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者辻浩也, 川崎新五, 宮地準二 申請人:株式會社電裝