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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung
bzw. Elektrischer-Antrieb-Steuerungsvorrichtung,
ein Elektroantrieb-Steuerungsverfahren
bzw. Elektrischer-Antrieb-Steuerungsverfahren
und ein Programm hierfür.
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Herkömmlicherweise überträgt eine
elektrische Antriebsvorrichtung, die in einem Fahrzeug, wie beispielsweise
einem elektrischen Fahrzeug, installiert ist und ausgelegt ist,
ein Antriebsmotordrehmoment, d.h. ein Drehmoment eines Antriebsmotors
zu erzeugen, der eine elektrische Maschine ist, das Antriebsmotordrehmoment
zu angetriebenen Rädern,
wobei eine Antriebskraft erzeugt wird.
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Ebenso
ist eine elektrische Antriebsvorrichtung, die in einem Hybridtyp-Elektrofahrzeug
installiert ist, das einen Teil eines Kraftmaschinendrehmoments,
d.h. eines Drehmoments, das durch die Kraftmaschine erzeugt wird,
zu einem Generator bzw. einer Erzeugungseinrichtung (Generator/Motor),
der eine erste elektrische Maschine ist, und den Rest des Kraftmaschinendrehmoments
zu den angetriebenen Rädern überträgt, mit
einer Planetengetriebeeinheit versehen, die ein Sonnenzahnrad, ein
Hohlzahnrad und einen Träger
aufweist. Der Träger
ist mit der Kraftmaschine gekoppelt, das Hohlzahnrad ist mit den
angetriebenen Rädern
gekoppelt und das Sonnenzahnrad ist mit dem Generator gekoppelt,
so dass eine Drehung, die von dem Hohlzahnrad und einem Antriebsmotor,
der eine zweite elektrische Maschine ist, ausgegeben wird, zu den angetriebenen
Rädern übertragen
wird, wobei eine Antriebskraft erzeugt wird.
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Außerdem ist
eine Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung, die eine Elektrische-Maschine-Steuerungsvorrichtung
ist, in dem elektrischen Fahrzeug bereitgestellt, und eine Generator-Steuerungsvorrichtung,
die als eine erste Elektrische-Maschine-Steuerungsvorrichtung
dient, sowie eine Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung, die als eine
zweite Elektrische-Maschine-Steuerungsvorrichtung dient, sind in
dem Hybridtyp-Elektrofahrzeug bereitgestellt. Ein Impulsbreitenmodulationssignal
für eine
U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase, das in der Generator-Steuerungsvorrichtung
und den Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtungen
erzeugt wird, wird zu einem Umrichter bzw. Inverter gesendet. Der
Umrichter erzeugt dann Phasenströme,
d.h. Ströme für die U-Phase,
die V-Phase und die W-Phase, die einer jeweiligen Statorspule des
Generators und der Antriebsmotoren zugeführt werden. Als Ergebnis wird
eine asynchrone PWM-Steuerung ausgeführt, die sowohl den Generator
ansteuert, so dass ein Generatordrehmoment, d.h. ein Drehmoment,
das durch den Generator erzeugt wird, erzeugt wird, als auch den
Antriebsmotor ansteuert, so dass ein Antriebsmotordrehmoment erzeugt
wird.
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In
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung wird beispielsweise eine
d-Achse in einer Richtung eines Paares von Magnetpolen in einem
Rotor etabliert und eine q-Achse wird in einer Richtung, die senkrecht
zu der d-Achse ist, auf der Grundlage der Positionen der Magnetpole
des Rotors etabliert. Dann wird eine Regelung entsprechend einer
Vektorsteuerungsberechnung bei der d-q-Achse ausgeführt.
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Folglich
erfasst die Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung den Strom, der jeder
Statorspule zugeführt wird,
die Positionen der Magnetpole (nachstehend einfach als "Magnetpolposition" bezeichnet) des
Rotors, die Gleichspannung bei der Eingangsseite des Umrichters
und dergleichen. Der erfasste Strom wird in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom
auf der Grundlage der Magnetpolposition umgewandelt. Ein d-Achsen-Strombefehlswert,
der den d-Achsen-Strom angibt, und ein q-Achsen-Strombefehlswert,
der den q-Achsen-Strom angibt, werden dann auf der Grundlage der
Gleichspannung, eines Antriebsmotor-Solldrehmoments, das einen Sollwert
des Antriebsmotordrehmoments angibt, und dergleichen berechnet.
Die Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung erzeugt dann einen d-Achsen-Spannungsbefehlswert
und einen q-Achsen-Spannungsbefehlswert,
so dass die Differenz zwischen dem d-Achsen-Strom und dem d-Achsen-Strombefehlswert
sowie die Differenz zwischen dem q-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Strombefehlswert
Null (0) werden. Die Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung erzeugt dann Spannungsbefehlswerte,
indem der d-Achsen-Spannungsbefehlswert und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert
in Spannungsbefehlswerte für
die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase auf der Grundlage der Magnetpolposition
umgewandelt werden. Die Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung erzeugt dann die
Impulsbreiten-Modulationssignale auf der Grundlage der Spannungsbefehlswerte.
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Wenn
die Vektorsteuerungsberechnung ausgeführt wird, werden sowohl der
d-Achsen-Strom als auch der q-Achsen-Strom auf der Grundlage einer
Spannungsgleichung bei der d-q-Achse geschätzt. Der geschätzte d-Achsen-Strom
und der geschätzte
q-Achsen-Strom werden dann verwendet, um die vorstehend genannten
Differenzen zu berechnen. Eine d-Achsen-Induktivität Ld und eine q-Achsen-Induktivität Lq des
Antriebsmotors werden als Parameter verwendet, um zu verhindern,
dass sich der d-Achsen-Strom und der q-Achsen-Strom einander störend beeinflussen (d.h. um
sie voneinander zu isolieren), damit die Genauigkeit der Regelung
vergrößert wird
(siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-130710).
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Wenn
ein Motor, der sowohl ein Magnetdrehmoment als auch ein Reluktanzdrehmoment
einsetzt, als der Antriebsmotor verwendet wird, ist ein herausragender
Pol bzw. ausgeprägter
Pol oder Schenkelpol bereitgestellt, um einen Dauermagneten, der
das magnetische Drehmoment auf der d-Achse des Rotors erzeugt, zu veranlassen,
ein Reluktanzdrehmoment auf der q-Achse zu erzeugen. Das magnetische
Drehmoment und das Reluktanzdrehmoment können verändert werden, indem Stromphasen
geändert
werden, die die Position eines Elektromagneten angeben, der durch
eine Zufuhr von Strom zu einer Statorspule erzeugt wird.
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Insbesondere
ist es möglich,
wenn ein Motor, der einen asymmetrischen ausgeprägten Pol bzw. Schenkelpol aufweist,
d.h., wenn ein asymmetrischer Schenkelpol-Motor verwendet wird,
dass das magnetische Drehmoment in ausreichender Weise verwendet
wird, und es ist möglich,
dass ein Gesamtdrehmoment, das die Summe des magnetischen Drehmoments
und des Reluktanzdrehmoments ist, in ausreichender Weise erzeugt
wird. Außerdem
kann die Stromphase, wenn eine Feldschwächungssteuerung ausgeführt wird,
verringert werden, wodurch es ermöglicht wird, eine Verkleinerung
des Gesamtdrehmoments zu verhindern (siehe beispielsweise japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-32947).
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In
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik sind
jedoch, wenn ein asymmetrischer Schenkelpol-Motor als der Antriebsmotor
verwendet wird, die elektrischen Eigenschaften zu denjenigen unterschiedlich,
wenn ein Motor mit einem symmetrischen Schenkelpol, d.h. ein symmetrischer Schenkelpol-Motor
verwendet wird. Als Ergebnis kann, wenn der d-Achsen-Strom und der
q-Achsen-Strom auf der
Grundlage der Spannungsgleichung geschätzt werden und der d-Achsen-Strom
und der q-Achsen-Strom isoliert werden und die elektromotorische
Rückspannung
kompensiert wird, ein Unterschreiten oder ein Überschreiten bei der Regelung
auftreten, was eine Verminderung in den Übergangseigenschaften der Regelung zur
Folge hat.
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Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schwierigkeiten
einer Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zu
beheben und eine verbesserte Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung,
ein verbessertes Elektroantrieb-Steuerungsverfahren sowie ein Programm
hierfür
bereitzustellen, mittels derer es möglich ist, eine Verminderung
in den Übergangseigenschaften
der Regelung zu verhindern, wenn ein asymmetrischer Schenkelpol-Motor
als ein Antriebsmotor verwendet wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 oder Patentanspruch 9, ein Elektroantrieb-Steuerungsverfahren
gemäß Patentanspruch
10 und ein Programm hierfür
gemäß Patentanspruch
11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung
eine elektrische Maschine mit einem asymmetrischen ausgeprägten Pol
bzw. Schenkelpol, einen Stromerfassungsabschnitt, der einen Strom
erfasst, der der elektrischen Maschine zugeführt wird, eine Phasen-Umwandlungseinrichtung,
die den Strom, der durch den Stromerfassungsabschnitt erfasst wird,
in einen Achsenstrom umwandelt, und eine Stromsteuerungseinrichtung
auf, die auf der Grundlage des Achsenstroms und eines Strombefehlswerts
des Achsenstroms einen Spannungsbefehlswert zum Antreiben der elektrischen Maschine
erzeugt.
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Die
Stromsteuerungsvorrichtung erzeugt einen Spannungsbefehlswert in
Reaktion auf den erfassten Strom und einen Versatzwinkel der Mitte
einer Magnetflussdichteverteilung, die bei dem Schenkelpol auftritt, in
Bezug auf die Mitte eines Öffnungswinkels
des Schenkelpols.
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In
diesem Fall kann, da die Stromsteuerungseinrichtung einen Spannungsbefehlswert
in Reaktion auf den erfassten Strom und den Versatzwinkel der Mitte
der Magnetflussdichteverteilung, die bei dem Schenkelpol auftritt,
in Bezug auf die Mitte des Öffnungswinkels
des Schenkelpols erzeugt, eine Verminderung in den Übergangseigenschaften
verhindert werden.
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Folglich
tritt weder ein Unterschreiten noch ein Überschreiten in der Regelung
auf. Als Ergebnis ist es möglich,
eine Verminderung in den Übergangseigenschaften
zu verhindern.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung gemäß einem
ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt
ein konzeptionelles Diagramm der Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung
gemäß dem ersten
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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3 zeigt
eine Ansicht, die einen Hauptabschnitt eines Antriebsmotors gemäß dem ersten
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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4 zeigt
ein konzeptionelles Diagramm einer Koordinatendarstellung gemäß dem ersten
beispielhaften Ausführungsbeispiel
und
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5 zeigt
ein Blockschaltbild einer Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung gemäß einem
zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung ausführlicher
in Form von beispielhaften Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben. In diesem Fall werden eine elektrische Antriebsvorrichtung,
die in einem elektrischen Fahrzeug installiert ist und die ein Antriebsmotordrehmoment
erzeugt, das ein Drehmoment ist, das durch einen Antriebsmotor erzeugt
wird, der eine elektrische Maschine ist, sowie eine Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung,
die diese Steuerung ausführt,
beschrieben.
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In 1 ist
ein Blockschaltbild einer Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung gemäß einem
ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In 2 ist ein
konzeptionelles Diagramm der Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. In 3 ist eine
Ansicht gezeigt, die einen Hauptabschnitt eines Antriebsmotors gemäß dem ersten
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 4 ist ein konzeptionelles
Diagramm einer Koordinatendarstellung gemäß dem ersten beispielhaften
Ausführungsbeispiel
gezeigt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind ein Umrichter bzw.
Inverter 40 und eine Antriebsschaltung 51 in 1 weggelassen.
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In
der Zeichnung bezeichnet Bezugszeichen 31 einen Antriebsmotor,
der ein asymmetrischer Schenkelpol-Motor ist. Der Antriebsmotor 31 kann
beispielsweise bei einer Antriebswelle oder dergleichen eines elektrischen
Fahrzeugs angebracht sein und ist mit einem Rotor 16, der
angeordnet ist, um sich frei zu drehen, und einem Stator 18 versehen,
der in der Umfangsrichtung bei der Außenseite des Rotors 16 angeordnet
ist. Der Rotor 16 umfasst einen Rotorkern 19 und
Dauermagnete 20, die mit einem konstanten Abstand bzw.
einer konstanten Teilung bei mehreren Stellen in der Umfangsrichtung
des Rotorkerns 19 angeordnet sind. Paare von Magnetpolen
werden durch S-Pole und N-Pole der Dauermagnete 20 gebildet.
Der Stator 18 umfasst einen Statorkern 26, bei
dem Zähne 25 ausgebildet
sind, die bei mehreren Stellen in der Umfangsrichtung radial nach
innen hervorragen, und Statorspulen 11 bis 13 für U-Phasen-,
V-Phasen- und W-Phasen-Spulen, die um die Zähne 25 gewickelt sind.
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Ein
Impuls erzeugender Magnetpolpositionssensor 21, der ein
Magnetpolpositionserfassungsabschnitt zur Erfassung einer Magnetpolposition θ des Rotors 16 ist,
ist bei einer Ausgabewelle des Rotors 16 bereitgestellt.
Dieser Magnetpolpositionssensor 21 erzeugt ein Magnetpolpositionssignal
SGθ als
ein Sensorausgangssignal, das er zu einer Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 sendet,
die eine Elektrische-Maschine-Steuerungsvorrichtung ist.
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Um
den Antriebsmotor 31 anzutreiben und das elektrische Fahrzeug
fahren zu lassen, wird ein Gleichstrom von einer Batterie 14 zuerst
in Phasenströme,
d.h. einen Strom Iu für
die U-Phase, einen Strom Iv für die
V-Phase und einen Strom Iw für
die W-Phase durch den Umrichter bzw. Inverter 40 umgewandelt,
der eine Stromerzeugungseinrichtung ist. Die Phasenströme Iu, Iv
und Iw werden dann jeweils den Statorspulen 11 und 13 zugeführt.
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Folglich
ist der Umrichter 40 mit sechs Transistoren Tr1 bis Tr6
versehen, die Schaltelemente sind. Indem Ansteuerungssignale, die
durch eine Antriebsschaltung 51 erzeugt werden, zu jedem
dieser Transistoren Tr1 bis Tr6 gesendet werden, um sie selektiv
ein- oder auszuschalten, ist der Umrichter 40 in der Lage,
die Phasenströme
Iu, Iv und Iw zu erzeugen. Ein Leistungsmodul, wie beispielsweise
ein IGBT, der durch ein beliebiges Kombinieren von 2 bis 6 Schaltelementen
in einer Baugruppe gebildet wird, oder ein IPM, das durch Kombinieren
von Antriebsschaltungen und dergleichen mit einem IGBT gebildet
wird, kann als der Umrichter 40 verwendet werden.
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Ein
Spannungssensor 15 ist als ein Spannungserfassungsabschnitt
bei der Eingangsseite bereitgestellt, wenn dem Umrichter 40 ein
Strom von der Batterie 14 zugeführt wird. Der Spannungssensor 15 erfasst eine
Gleichspannung Vdc bei der Eingangsseite des Umrichters 40 und
sendet diese zu der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung 45. Die
Batteriespannung kann als die Gleichspannung Vdc verwendet werden.
In diesem Fall kann ein Batteriespannungssensor, der als der Spannungserfassungsabschnitt
dient, in der Batterie 14 angeordnet sein.
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Die
elektrische Antriebsvorrichtung umfasst den Antriebsmotor 31,
den Umrichter 40, die Antriebsschaltung 51 und
angetriebene Räder,
die nicht gezeigt sind, und dergleichen. Ferner bezeichnet Bezugszeichen 17 einen
Kondensator.
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Die
Statorspulen 11 bis 13 sind im Stern geschaltet,
so dass, wenn die Stromwerte von beliebigen zwei der drei Phasen
bestimmt sind, der Stromwert der verbleibenden Phase ebenso bestimmt
ist. Folglich sind zur Steuerung der Phasenströme Iu, Iv und Iw beispielsweise
Stromsensoren 33 und 34, d.h. Stromerfassungsabschnitte,
die die Ströme
Iu und Iv der U- und V-Phasen erfassen, bei Leitungsdrähten der
Statorspulen 11 und 12 der U- und V-Phasen bereitgestellt.
Die Stromsensoren 33 und 34 senden die erfassten
Ströme
zu der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 als erfasste
Ströme
Iu und Iv.
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Zusätzlich zu
einer nicht gezeigten CPU, die als ein Computer fungiert, umfasst
die Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 ebenso
nicht gezeigte Speichereinrichtungen, wie beispielsweise ein ROM
und ein RAM, zur Speicherung von Daten und verschiedenen Programmen.
Eine Strombefehlswert-Abbildung bzw. ein Strombefehlswertkennfeld
ist in dem ROM gespeichert. Eine MPU kann an Stelle der CPU verwendet
werden.
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Verschiedene
Programme und Daten und dergleichen sind in dem ROM gespeichert,
aber sie können ebenso
in einem anderen Speichermedium, wie beispielsweise einer Festplatte,
die als eine externe Speichereinrichtung bereitgestellt ist, gespeichert
werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein Flash-Speicher in
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 bereitgestellt
sein, wobei die Programme und Daten und dergleichen von dem Speichermedium ausgelesen
werden und auf dem Flash-Speicher aufgezeichnet werden. Dies ermöglicht es,
dass die Programme und Daten und dergleichen aktualisiert werden,
indem einfach das externe Speichermedium ersetzt wird.
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Ebenso
ist ein Beschleunigungseinrichtungssensor 22 benachbart
zu einem Beschleunigungspedal 23 angeordnet, das als ein
Beschleunigungsbedienabschnitt dient. Der Beschleunigungseinrichtungssensor 22 erfasst
eine Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgröße α, die eine
Betätigungsgröße (d.h.
eine Niederdrückgröße) des
Beschleunigungspedals 23 angibt.
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Nachstehend
ist der Antriebsmotor 31 ausführlich unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Der
Rotorkern 19 umfasst einen ringförmigen Hauptkörperabschnitt 50,
der aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Stahl, gebildet
wird, einen Halteabschnitt 65, der ein magnetischer Abschnitt
ist, der ausgebildet ist, die Dauermagnete 20 zu umgeben,
und ausgeprägte
Pole bzw. Schenkelpole 57, die mit einem konstanten Abstand
bzw. einer konstanten Teilung bei den Mitten zwischen den Dauermagneten 20 ausgebildet
sind. Der Halteabschnitt 65 und die Schenkelpole 57 liegen
von dem Hauptkörperabschnitt 50 radial
außen.
Nuten 58 und 59 sind zwischen den Dauermagneten 20 und
den Schenkelpolen 57 ausgebildet. Der Halteabschnitt 65 hält die Dauermagneten 20 gegen
eine Zentrifugalkraft an Ort und Stelle, wenn der Rotor 16 gedreht
wird.
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Wenn
eine Linie, die die Mitte eines Öffnungswinkels
eines der Schenkelpole 57, d.h. eine Mittellinie (eine
Linie, die die Mitte des Öffnungswinkels
des Schenkelpols 57 in der Drehrichtung des Rotors 16 mit
der Achse des Rotors 16 verbindet) zu ε1 gemacht wird und eine Mittellinie
des Öffnungswinkels
eines der Dauermagneten 20 (eine Linie, die die Mitte des Öffnungswinkels
des Dauermagneten 20 in der Drehrichtung des Rotors 16 mit
der Achse des Rotors 16 verbindet) zu ε2 gemacht wird, wird die Mittellinie ε1 ausgelegt,
um mit der Mittellinie des Winkels überein zu stimmen, der durch
zwei der Mittellinien ε2
gebildet wird.
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Der
Dauermagnet 20 wird auf einer d-Achse, die durch die Mittellinie ε2 gebildet
wird, ausgebildet und erzeugt ein Magnetdrehmoment, indem eine Stromphase β, die die
Position eines Elektromagneten angibt, der durch Zufuhr eines Stroms
zu den Statorspulen 11 bis 13 erzeugt wird, geändert wird.
Ferner wird der Schenkelpol 57 auf einer q-Achse, die durch
die Mittellinie ε1
gebildet wird, ausgebildet und erzeugt ein Reluktanzdrehmoment,
indem die Stromphase β geändert wird.
Die q-Achse wird auf eine Position gesetzt, die um einen elektrischen
Winkel von 90(°)
vor der d-Achse ist.
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Die
Form des Schenkelpols 57 ist in Bezug auf die Mittellinie ε1 asymmetrisch.
Wenn die in der Drehrichtung des Dauermagneten 20 (d.h.
in der Richtung eines Pfeils A) nachgelagerte Seite bzw. Stromabwärtsseite
als vorne liegend betrachtet wird (rechts in 3) und die
vorgelagerte Seite bzw. Stromaufwärtsseite als hinten liegend
betrachtet wird (links in 3), ist
ein verjüngter
Abschnitt, der nach hinten schräg
ansteigt, bei einem vorbestimmten Vorderbereich bei dem Außenumfangsrand
des Schenkelpols 57 bereitgestellt. In diesem beispielhaften
Ausführungsbeispiel
ist dieser vorbestimmte Bereich ein erster Bereich (hauptsächlich der
Vorderhälftenabschnitt
des Schenkelpols 57), der sich von dem Vorderende des Schenkelpols 57 (d.h.
dem rechten Ende in 3) zu einer eingestellten Stelle
ein wenig vor der Mittellinie ε1
erstreckt. Ein flacher (d.h. ebener) Abschnitt, der sich in der
Umfangsrichtung des Rotors 16 erstreckt, ist in einem zweiten
Bereich (hauptsächlich
der Rückhälftenabschnitt
des Schenkelpols 57) ausgebildet, der sich von dem Rückende des ersten
Bereichs (d.h. dem linken Ende in 3) zu dem
Rückende
des Schenkelpols 57 erstreckt.
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In
diesem Fall ist der Schenkelpol aus einem magnetischen Körper, wie
beispielsweise Stahl, ausgebildet, der mit einem Hauptkörper 50 integriert
ist, während
der Dauermagnet 20 äquivalent
zu einem Luftspalt hinsichtlich einer Erleichterung eines Hindurchgehens
des magnetischen Flusses ist. Als Ergebnis ist der Luftspalt um
den Betrag kleiner, den der Schenkelpol 57 zu dem Starterkern 26 herausragt,
d.h. radial nach außen
herausragt.
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Ein
Ausbilden des verjüngten
Abschnitts in dem ersten Bereich vergrößert folglich den Luftspalt
zwischen dem Rotor 16 und dem Stator 18 bei der
nachgelagerten Seite der Mittellinie ε1 in der Drehrichtung des Rotors 16.
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Bezüglich des
Schenkelpols 57 im Ganzen versetzt eine magnetmotorische
Kraft, die durch den q-Achsen-Strom iq, der durch die Wicklungen
der Statorspulen 11 bis 13 fließt, erzeugt
wird, die Mitte der magnetischen Flussdichteverteilung, die bei
dem Schenkelpol 57 erzeugt wird, von der Mitte des Öffnungswinkels des
Schenkelpols 57 um einen vorbestimmten Versatzwinkel (d.h.
einen Abweichungswinkel) (um einen Winkel δ gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel)
in der Richtung, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors 16 ist.
Der Winkel δ wird
als ein Abweichungswinkel von der q-Achse zu der Stromphase β ausgedrückt, bei
der damit begonnen wird, ein Reluktanzdrehmoment zu erzeugen. Folglich
kann das Reluktanzdrehmoment berechnet werden, indem das magnetische Drehmoment,
das auf der Grundlage eines Antriebsmotordrehmoments TM geschätzt wird,
das das gemessene Drehmoment ist, das durch den Antriebsmotor 31 erzeugt
wird, subtrahiert wird, und die Stromphase β kann, wenn sie Null wird, als
der Winkel δ eingestellt
werden.
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Dies
ist äquivalent
zu der q-Achse für
das Reluktanzdrehmoment, das auf eine Position gesetzt wird, die
in der Richtung, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors 16 ist,
um einen elektrischen Winkel eines vorbestimmten Winkels δ versetzt
ist. Als Ergebnis kann, auch wenn die Stromphase 0(°) ist, wenn
sie von der versetzten q-Achse betrachtet wird, ein Reluktanzdrehmoment
weiterhin erzeugt werden, und eine Stromphase, bei der das Reluktanzdrehmoment
den maximalen Wert annimmt, nähert
sich 0(°)
von 45(°). Folglich
nähert
sich die Stromphase, bei der das Gesamtdrehmoment den maximalen
Wert annimmt, 0(°),
wobei gleichzeitig das Magnetdrehmoment einen Wert nahe dem maximalen
Wert annimmt. Als Ergebnis kann das Magnetdrehmoment in ausreichender
Weise verwendet werden, wodurch es ermöglicht wird, dass der Antriebsmotor 31 kleiner
gemacht wird.
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Wenn
der Antriebsmotor 31 in einem hohen Geschwindigkeitsbereich
derart angetrieben wird, dass die Winkelgeschwindigkeit ω zunimmt,
wird der Wert ω × Lq, der
das Produkt der q-Achsen-Induktivität Lq multipliziert mit der
Winkelgeschwindigkeit ω angibt,
um so viel größer. Als
Ergebnis ist es nicht möglich,
dass die Ausgabe des Antriebsmotors 31 zunimmt. Folglich
wird, wenn der Antriebsmotor 31 in dem hohen Geschwindigkeitsbereich
angetrieben wird, eine Feldabschwächungssteuerung ausgeführt, indem
die Stromphase β um einen
vorbestimmten Betrag vorverlegt wird.
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Gemäß diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird die Mitte der Magnetflussdichteverteilung, die bei dem Schenkelpol 57 erzeugt
wird, um den Winkel δ in
der Richtung, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors 16 ist,
aufgrund der magnetomotorischen Kraft versetzt, die erzeugt wird,
wenn der q-Achsen-Strom Iq durch die Wicklung fließt. Als
Ergebnis ist die q-Achsen-Induktivität Lq bei
der Energielaufseite um einen entsprechenden Betrag kleiner, als
sie es bei einem Schenkelpol 57 einer normalen Form wäre. Folglich
kann die Stromphase β,
wenn die Feldabschwächungssteuerung
ausgeführt
wird, um einen entsprechenden Betrag verkleinert werden. Als Ergebnis
ist es möglich,
eine Verkleinerung des Gesamtdrehmoments zu verhindern und folglich
die Ausgabe, die durch den Antriebsmotor 31 erzeugt wird,
zu vergrößern.
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Nachstehend
ist ein Betrieb der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 unter
Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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Zuerst
führt ein
Magnetpolpositionsberechnungsabschnitt 46, der eine Magnetpolpositionsberechnungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 ist, eine Magnetpolpositionsberechnungsverarbeitung
aus, bei der er das Magnetpolpositionssignal SGθ, das von dem Magnetpolpositionssensor 21 gesendet
wird, ausliest und die Magnetpolposition θ auf der Grundlage dieses Magnetpolpositionssignals
SGθ berechnet.
Das heißt,
der Magnetpolpositionsberechnungsabschnitt 46 berechnet
die Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen Impulsen, die durch das
Magnetpolpositionssignal SGθ erzeugt
werden, als die Winkelgeschwindigkeit ω des Antriebsmotors 31 und
berechnet dann die Magnetpolposition θ entsprechend dieser Winkelgeschwindigkeit ω. Eine (nicht
gezeigte) Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung der Antriebsmotor- Steuerungsvorrichtung 45 führt eine
Geschwindigkeitsberechnungsverarbeitung aus, bei der sie auf der
Grundlage der Winkelgeschwindigkeit ω eine Antriebsmotorgeschwindigkeit
NM NM = 60 × ω/2πals
eine Elektrische-Maschine-Geschwindigkeit berechnet, die die Drehgeschwindigkeit
des Antriebsmotors 31 ist.
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Als
Nächstes
führt eine
(nicht gezeigte) Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 eine Antriebsmotorsteuerungsverarbeitung
aus, durch die sie den Antriebsmotor 31 auf der Grundlage
der erfassten Ströme
iu, iv und iw, der Magnetpolpositionen θ, der Gleichspannung Vdc und
dergleichen ansteuert.
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Wenn
ein asymmetrischer Schenkelpol-Motor des vorstehend beschriebenen
Aufbaus als der Antriebsmotor 31 verwendet wird, befindet
sich die q-Achse für
das Reluktanzdrehmoment in einer Position, die um einen elektrischen
Winkel eines vorbestimmten Winkels δ in der Richtung versetzt ist,
die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors 16 ist,
wie es vorstehend beschrieben ist. Gemäß diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird eine q'-Achse
gebildet, die von der q-Achse um einen Winkel δ in der Richtung versetzt ist,
die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors 16 ist,
und nachfolgend wird ebenso eine d'-Achse gebildet, die von der d-Achse
um den Winkel δ in
der Richtung versetzt ist, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung
des Rotors 16 ist. Eine Regelung wird dann durch eine Vektorsteuerungsberechnung
auf dieser d'-q'-Achse ausgeführt.
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In
diesem Fall sind, wenn der Ankerstrom iA ist, der d-Achsen-Strom
id und der q-Achsen-Strom iq auf der d-q-Achse wie nachstehend genannt. id = –la × sinβ iq = la × cosβ
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Demgegenüber sind
der d-Achsen-Strom id' und
der q-Achsen-Strom
iq' auf der d'-q'-Achse wie nachstehend
genannt. id' = –la × sin(β – δ) iq' =
la × cos(β – δ)
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Folglich
ist die Beziehung zwischen dem d-Achsen-Strom id und dem q-Achsen-Strom
iq sowie dem d-Achsen-Strom id' und
dem q-Achsen-Strom iq' wie
nachstehend in Gleichung 1 angegeben. [Gleichung
1]
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In
Gleichung 1 bildet die Matrix, die cosδ und sinδ umfasst, eine Achsenumwandlungsmatrix
zur Umwandlung der d-q-Achse in eine d'-q'-Achse.
Wenn Gleichung 1 weiter erweitert wird, erhält man Folgendes. id' =
cosδ × id + sinδ × iq iq' = –sinδ × id + cosδ × iq
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Der
d-Achsen-Strom id' wird
durch die Summe der d-Achsen-Strom-Komponenten
erzeugt und der q-Achsen-Strom iq' wird durch die Summe der q-Achsen-Strom-Komponenten
erzeugt.
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In
diesem Fall wird, da die d-q-Achse in die d'-q'-Achse
umgewandelt wird, der Schenkelpol 57 auf eine Referenzposition
platziert und der Dauermagnet 20 wird um den Winkel δ versetzt
platziert. Eine Referenzachse, die eine erste Achse ist, wird durch
die d-q-Achse gebildet und eine Umwandlungsachse, die eine zweite Achse
ist, wird durch die d'-q'-Achse gebildet.
Ebenso bilden die d-Achsen-Ströme id und
id' sowie die q-Achsen-Ströme iq und
iq' einen Achsenstrom.
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Eine
Strombefehlswertberechnungseinrichtung der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung
führt eine Strombefehlswert-Berechnungsverarbeitung
aus, durch die sie einen d-Achsen-Strombefehlswert id'* und einen q-Achsen-Strombefehlswert
iq'* berechnet,
die Sollwerte für
den d-Achsen-Strom id' bzw.
den q-Achsen-Strom iq' auf
der d'-q'-Achsen angeben.
Hierzu führt
eine (nicht gezeigte) Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 eine Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsverarbeitung
aus, durch die sie eine Fahrzeuggeschwindigkeit V erfasst, die der
Antriebsmotorgeschwindigkeit NM entspricht, und sendet diese erfasste
Fahrzeuggeschwindigkeit V zu einer (nicht gezeigten) Fahrzeugsteuerungsvorrichtung,
die eine Gesamtsteuerung des elektrischen Fahrzeugs ausführt. Eine
Fahrzeugbefehlswert-Berechnungseinrichtung der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung
führt dann
eine Fahrzeugbefehlswert-Berechnungsverarbeitung aus, bei der sie
die Fahrzeuggeschwindigkeit V und eine Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgröße α ausliest,
ein erforderliches Fahrzeugdrehmoment TO* auf der Grundlage der
Fahrzeuggeschwindigkeit V und der Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgröße α berechnet
und ein Antriebsmotor-Solldrehmoment (Drehmoment-Befehlswert) TM*
erzeugt, der einen Sollwert des Antriebsmotordrehmoments TM entsprechend
dem erforderlichen Fahrzeugdrehmoment TO* angibt, das sie dann zu
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 sendet. Das
Antriebsmotor-Solldrehmoment TM* bildet ein Elektrisches-Maschine-Solldrehmoment.
-
Die
Strombefehlswertberechnungseinrichtung liest die Gleichspannung
Vdc, die Winkelgeschwindigkeit ω und
das Antriebsmotor-Solldrehmoment TM* aus und berechnet einen d-Achsen-Strombefehlswert
id* und einen q-Achsen-Strombefehlswert iq* auf der d-q-Linie, die
dem Antriebsmotor-Solldrehmoment
TM* entspricht, indem auf ein Strombefehlswertkennfeld bzw. eine
Strombefehlswert-Abbildung
Bezug genommen wird.
-
Weiterhin
führt eine
Achsenumwandlungseinrichtung der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung
eine Achsenumwandlungsverarbeitung aus, durch die sie den d-Achsen-Strombefehlswert
id* und den q-Achsen-Strombefehlswert
iq* in den d-Achsen-Strombefehlswert id'* und den q-Achsen-Strombefehlswert
iq'* auf der d'-q'-Linie entsprechend
einer nachstehend genannten Gleichung 2 umwandelt. [Gleichung
2]
-
Der
d-Achsen-Strombefehlswert id'*
und der q-Achsen-Strombefehlswert iq'* bilden einen Strombefehlswert.
-
Als
Nächstes
führt eine
Erfasster-Strom-Erhalteeinrichtung der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung eine
Erfasster- Strom-Erhalteverarbeitung
aus, bei der sie die erfassten Ströme iu und iv ausliest und erhält, während eine
Berechnungseinheit 35 der Erfasster-Strom-Erhalteeinrichtung
den erfassten Strom iw iw = –iu – iverhält, indem
sie ihn auf der Grundlage der erfassten Ströme iu und iv berechnet.
-
Als
Nächstes
führt ein
Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlungsabschnitt
61,
der als eine erste Phasen-Umwandlungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung
dient, eine Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlung als eine erste Umwandlungsverarbeitung
aus, durch die er die Magnetpolposition θ ausliest und dann jeden der
erfassten Ströme
iu, iv und iw in einen d-Achsen-Strom
id' und einen q-Achsen-Strom
iq' auf der d'-q'-Achse entsprechend
einer nachstehend genannten Gleichung 3 umwandelt. [Gleichung
3]
-
Hierbei
stellt t die Zeit dar. Sobald die erfassten Ströme iu, iv und iw in d-Achsen-Ströme id und
q-Achsen-Ströme
iq auf der d-q-Achse umgewandelt worden sind, können die d-Achsen-Ströme id' und die q-Achsen-Ströme iq' entsprechend Gleichung
1 berechnet werden.
-
Auf
diese Weise wird, wenn der d-Achsen-Strom id' und der q-Achsen-Strom iq' als tatsächliche
Ströme
bzw. Ist-Ströme
berechnet werden und der d-Achsen-Strombefehlswert id'* und der q-Achsen-Strombefehlswert
iq'* berechnet werden,
eine Regelung entsprechend einer Vektorsteuerungsberechnung ausgeführt, die
auf dem d-Achsen-Strom id' und
dem q-Achsen-Strom iq' zusammen
mit dem d-Achsen-Strombefehlswert id'* und dem q-Achsen-Strombefehlswert
iq'* beruht.
-
Wenn
eine d-Achsen-Spannung auf der d'-q'-Achse zu vd' gemacht wird, eine
q-Achsen-Spannung auf der d'-q'-Achse zu vq' gemacht wird, ein
Widerstand der Statorspulen
11 bis
13 zu Ra gemacht
wird und eine elektromotorische Rückspannungskonstante zu MIf
gemacht wird, können
die d-Achsen-Spannung vd' und
die q-Achsen-Spannung vq' entsprechend
einer nachstehend genannten Gleichung 4 ausgedrückt werden, die eine Spannungsgleichung
bei der d'-q'-Achse ist. [Gleichung
4]
-
Somit
können
ein d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd'*, der einen Sollwert für die d-Achsen-Spannung
vd' angibt, und
ein q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'*, der einen Sollwert für die q-Achsen-Spannung vq' angibt, entsprechend
einer nachstehend genannten Gleichung 5 ausgedrückt werden. [Gleichung
5]
-
Wenn
die Regelung auf der Grundlage von Gleichung 5 ausgeführt wird,
stellt der erste Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung 4
Integralkomponenten vzdi' und
vzqi' von Spannungsabfallkomponenten
vzd' und vzq' dar, die in dem
Widerstand Ra der Statorspulen 11 bis 13 erzeugt
werden, und der zweite Ausdruck stellt Proportionalkomponenten vzdp' und vzqp' der Spannungsabfallkomponenten
vzd' und vzq' dar, so dass die
Spannungsabfallkomponenten vzd' und
vzq' wie nachstehend
angegeben werden. vzd' = vzdi' + vzdp vzq' = vzqi' + vzqp
-
Ferner
stellt die Summe der dritten und vierten Ausdrücke in Gleichung 4 induzierte
Spannungskomponenten ed' und
eq' dar, die durch
den q-Achsen-Strom iq' und
den d-Achsen-Strom
id' erzeugt werden,
wobei: ed' = ω × (–Lq × iq' + MIf × sinδ) eq' = ω × (Ld × id' + MIf × cosδ)
-
In
diesem Fall ist der Wert –ω × Lq × iq' ein Wert, der die
Spannung kompensiert, die durch den q-Achsen-Strom iq' erzeugt wird, der
durch die Statorspulen 11 bis 13 fließt, der
Wert ω × Ld × id' ist ein Wert, der die
Spannung kompensiert, die durch den d-Achsen-Strom id' erzeugt wird, der
durch die Statorspulen 11 bis 13 fließt, und
die Werte ω × MIf × sinδ und ω × MIf × cosδ sind Werte,
die die elektromotorische Rückspannung kompensieren.
-
Wenn
ein Fahrer das Beschleunigungspedal 23 niederdrückt, so
dass das Fahrzeug beispielsweise plötzlich abfährt bzw. anfährt, fluktuieren
der d-Achsen-Strombefehlswert id'*
und der q-Achsen-Strombefehlswert iq'* schnell, aber wenn der Abtastzyklus
der erfassten Ströme
iu, iv und iw lang ist, ist es nicht möglich, den Verstärkungsfaktor
zu vergrößern, wenn
die Regelung ausgeführt
wird. Folglich werden der d-Achsen-Strom id' und der q-Achsen-Strom iq' geschätzt, nachdem
eine vorbestimmte Zeitdauer (nach einer extrem kurzen Zeitdauer Δt gemäß diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel)
abgelaufen ist, auf der Grundlage der erfassten Ströme iu, iv
und iw geschätzt,
was den Abtastzyklus wesentlich verkürzt.
-
Wenn
in Gleichung 4 [Gleichung
6]
dann gilt [Gleichung
7]
-
Folglich
werden, wenn der d-Achsen-Strom nach Ablauf der extrem kurzen Zeitdauer Δt zu idp'
idp' = di' + Δidgemacht
wird und der q-Achsen-Strom nach Ablauf der extrem kurzen Zeitdauer Δt zu iqp'
iqp' = iq' + Δiqgemacht
wird, der d-Achsen-Strom idp' und
der q-Achsen-Strom
iqp' durch eine
nachstehende Gleichung 8 ausgedrückt. [Gleichung
8]
-
In
diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
werden die erfassten Ströme
iu, iv und iw als der d-Achsen-Strom id' und der q-Achsen-Strom iq' nach einer Abtastung
geschätzt,
wobei der d-Achsen-Strom id' und der
q-Achsen-Strom iq' nach
genau einer Abtastzeitsteuerung als der d-Achsen-Strom idp' und der q-Achsen-Strom
iqp' geschätzt werden.
-
Ebenso
kann, wenn der d-Achsen-Strom idp' und der q-Achsen-Strom iqp' geschätzt werden, wenn die Ströme iu, iv
und iw, die den Statorspulen 11 bis 13 zugeführt werden,
sich derart ändern,
dass sich die d-Achsen-Induktivität Ld und die q-Achsen-Induktivität Lq der
Statorspulen 11 bis 13 beispielsweise ändern, das
Auftreten eines geschätzten
Stromfehlers bei dem d-Achsen-Strom idp' und dem q-Achsen-Strom iqp' verursacht werden. In diesem Fall ist
es, wenn eine Differenz zwischen dem d-Achsen-Strom idp' und dem d-Achsen-Strombefehlswert
id'* zu einer d-Achsen-Stromabweichung εidp' gemacht wird und
eine Differenz zwischen dem q-Achsen-Strom iqp' und dem q-Achsen-Strombefehlswert iq'* zu einer q-Achsen-Stromabweichung εiqp' gemacht wird sowie
die Regelung ausgeführt
wird, schwierig, die d-Achsen-Stromabweichung εidp' und die q-Achsen-Stromabweichung εiqp' nahe an Null zu
bringen, so dass eine kontinuierliche Abweichung zwischen dem d-Achsen-Strom
idp' und dem q-Achsen-Strom
iqp' sowie dem d-Achsen-Strombefehlswert
id'* und dem q-Achsen-Strombefehlswert
iq'* auftritt.
-
Somit
wird gemäß diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
eine Proportionalsteuerung bzw. Proportionalregelung auf der Grundlage
des geschätzten
d-Achsen-Stroms idp' und
des geschätzten
q-Achsen-Stroms iqp' ausgeführt, wobei
eine Integralsteuerung bzw. Integralregelung auf der Grundlage des
derzeitigen d-Achsen-Stroms id' und
des derzeitigen q-Achsen-Stroms iq' ausgeführt wird.
-
Folglich
wird einerseits der d-Achsen-Strom id', der in dem Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlungsabschnitt 61 umgewandelt
worden ist, zu einem Stromschätzabschnitt 71 gesendet,
der eine Stromschätzeinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung ist. Der Stromschätzabschnitt 71 führt dann
eine Stromschätzungsverarbeitung
aus, bei der er über
eine Berechnung den d-Achsen-Strom idp' schätzt.
Dieser d-Achsen-Strom idp' wird
dann als ein geschätzter
Strom zu einem Subtrahierer 81 gesendet, der eine Geschätzte-Abweichung-Berechnungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung
ist. Andererseits wird der vorstehend genannte d-Achsen-Strom id' ebenso wie er ist
als ein tatsächlicher
Strom zu einem Subtrahierer 82 gesendet, der eine Ttatsächliche-Abweichung-Berechnungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung ist.
-
Der
Stromschätzabschnitt 71 ist
mit einem Multiplizierer (Ra) d1, einem Subtrahierer d2, einem Multiplizierer
(T/Ld) d3 und einem Addierer d4 versehen. Wenn der Abtastzyklus
T ist, wird der geschätzte
d-Achsen-Strom idp' idp' =
id' + (T/Ld)(vzd' – Ra × id'),indem die extrem kurze Zeitdauer Δt in Gleichung
8 durch den Abtastzyklus T ersetzt wird.
-
Der
Subtrahierer 81 führt
eine Geschätzte-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die d-Achsen-Stromabweichung εidp' als die geschätzte Abweichung
zwischen dem d-Achsen-Strom idp' und
dem d-Achsen-Strombefehlswert
id'* berechnet.
Der Subtrahierer 82 führt
eine Tatsächliche-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die d-Achsen-Stromabweichung εid' als die tatsächliche Abweichung zwischen
dem d-Achsen-Strom id' und
dem d-Achsen-Strombefehlswert id'*
berechnet, wobei er die d-Achsen-Stromabweichungen εidp' und εid' zu einem Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitt 78 sendet,
der sowohl eine Proportional-/Integral-Berechnungseinrichtung als
auch eine Spannungsbefehlswertberechnungseinrichtung der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung
ist.
-
Auf ähnliche
Weise wird einerseits der q-Achsen-Strom iq', der in den Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlungsabschnitt 61 umgewandelt
worden ist, zu einem Stromschätzabschnitt 72 gesendet,
der eine Stromschätzeinrichtung
ist. Der Stromschätzabschnitt 72 führt dann
eine Stromschätzverarbeitung
aus, bei der er über
eine Berechnung den q-Achsen-Strom iqp' schätzt.
Dieser q-Achsen-Strom iqp' wird
dann als ein geschätzter
Strom zu einem Subtrahierer 86 gesendet, der eine Geschätzte-Abweichung-Berechnungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung
ist. Andererseits wird der vorstehend genannte q-Achsen-Strom iq' ebenso wie er ist
als ein tatsächlicher
Strom zu einem Subtrahierer 87 gesendet, der eine Tatsächliche-Abweichung-Berechnungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung ist.
-
Der
Stromschätzabschnitt 72 ist
mit einem Multiplizierer (Ra) q1, einem Subtrahierer q2, einem Multiplizierer
(T/Lq) q3 und einem Addierer q4 versehen. Der geschätzte q-Achsen-Strom iqp' wird zu iqp' =
iq' + (T/Lq)(vzq' – Ra × iq'),indem die extrem kurze Zeitdauer Δt in Gleichung
8 durch den Abtastzyklus T ersetzt wird.
-
Der
Subtrahierer 86 führt
eine Geschätzte-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er eine q-Achsen-Stromabweichung εiqp' als eine geschätzte Abweichung
zwischen dem q-Achsen-Strom iqp' und dem
q-Achsen-Strombefehlswert
iq'* berechnet.
Der Subtrahierer 87 führt
eine Tatsächliche-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die q-Achsen-Stromabweichung εiq' als die tatsächliche Abweichung zwischen
dem q-Achsen-Strom iq' und
dem q-Achsen-Strombefehlswert iq'*
berechnet, und sendet die q-Achsen-Stromabweichungen εiqp' und εiq' zu einem Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitt 79,
der sowohl eine Proportional-/Integral-Berechnungseinrichtung als
auch eine Spannungsbefehlswertberechnungseinrichtung der Antriebsmotor-Steuerungseinrichtung
ist.
-
Im
Weiteren führen
die Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitte 78 und 79 eine
Spannungsbefehlswert-Berechnungsverarbeitung und eine Proportional-/Integral-(PI-)Berechnungsverarbeitung
aus. Hierbei berechnet der Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitt 78 den
d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd* in Gleichung 5 derart, dass die d-Achsen-Stromabweichungen εidp' und εid' Null werden, und
der Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitt 79 berechnet
den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'* in Gleichung 5 derart, dass die q-Achsen-Stromabweichungen εiqp' und εiq' Null werden. Der
d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd'*
und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'* bilden einen Spannungsbefehlswert.
Ebenso bilden die Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitte 78 und 79 eine
Stromsteuerungseinrichtung. Diese Stromsteuerungseinrichtung führt eine
Stromsteuerungsverarbeitung aus, bei der sie den d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd'* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert
vq'* erzeugen.
-
Folglich
umfasst der Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitt 78 einen
Proportionalberechnungsabschnitt 83, der eine Proportionalberechnungseinrichtung
ist, einen Integralberechnungsabschnitt 84, der eine Integralberechnungseinrichtung
ist, einen Addierer 85, der eine Spannungsabfallkomponentenberechnungseinrichtung
ist, und einen Addierer 74, der eine Befehlswertberechnungseinrichtung
ist. Der Proportionalberechnungsabschnitt 83 führt eine
Proportionalberechnungsverarbeitung unter Verwendung eines Begrenzers
d11 und eines Verstärkungsfaktormultiplizierers
(Gpd) d12 aus, bei der er eine Proportionalkomponente vzdp' vzdp' = Gpd × εidpals
eine Proportionalberechnungswert auf der Grundlage der d-Achsen-Stromabweichung εidp' und eines Verstärkungsfaktors
Gpd' für die Proportionalberechnung
berechnet. Der Integralberechnungsabschnitt 84 führt eine
Integralberechnungsverarbeitung unter Verwendung einer Integriereinrichtung
(1/s) d13, eines Begrenzers d14 und eines Verstärkungsfaktormultiplizierers
(Gid) d15 aus, bei der er eine Integralkomponente vzdi' vzdi' = Gid × Σεidals
einen Integralberechnungswert auf der Grundlage der d-Achsen-Stromabweichung εid' und eines Verstärkungsfaktors
Gid' für die Integralberechnung
berechnet. Der Addierer 85 führt eine Spannungsabfallkomponentenberechnungsverarbeitung
aus, bei der er die Integralkomponente vzid' und die Proportionalkomponente vzdp' addiert, um die
Spannungsabfallkomponente vzd' vzd' =
vzd i' + vzdp
=
Gid × Σεid' + Gpd' × εidpzu berechnen. Der Begrenzer
d11 begrenzt die d-Achsen-Stromabweichung εidp' so, dass sie nicht
divergiert, und der Begrenzer d14 begrenzt den Integralwert Σεid' so, dass er nicht
divergiert.
-
Ebenso
ist der Spannungsbefehlswertberechnungsabschnitt 78 mit
einer Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung versehen. Diese
Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung
umfasst einen Multiplizierer (–Lq)
q16, einen Addierer q17 und einen Multiplizierer (ω) q18 und
führt eine Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der sie die Winkelgeschwindigkeit ω, den q-Achsen-Strom iqp', die elektromotorische
Rückspannungskonstante
MIf und den Winkel δ ausliest
sowie eine induzierte Spannungskomponente ed' ed' = ω × (–Lq × iqp' + MIf × sinδ)berechnet,
die durch den q-Achsen-Strom iqp' induziert
wird. In diesem Fall ist der Wert ω × MIf × sinδ ein Wert, der die elektromotorische
Rückspannung
kompensiert, die durch den q-Achsen-Strom iqp' erzeugt wird, der durch die Statorspulen 11 bis 13 fließt.
-
Im
Weiteren führt
der Addierer 74 eine Befehlswert-Berechnungsverarbeitung aus, bei der
er den d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd'* vd'* = vzd' + ed
= vzd' + ω × (–Lq × iqp' + MIf × sinδ)als
eine Ausgangsspannung berechnet, indem die induzierte Spannungskomponente
ed' mit der Spannungsabfallkomponente
vzd', die von dem
Addierer 85 gesendet wird, addiert. Auf diese Weise wird
der d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd'* so erzeugt, dass die d-Achsen-Stromabweichungen εidp' und εid' Null werden. Dieser
d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd'*
wird dann über
einen Begrenzer d19 zu einem Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt 67 gesendet,
der eine zweite Phasen-Umwandlungseinrichtung der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 ist.
Der Begrenzer d19 begrenzt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd'* derart, dass er
nicht divergiert.
-
Unterdessen
umfasst der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 79 einen
Proportionalberechnungsabschnitt 88, der eine Proportionalberechnungseinrichtung
ist, einen Integralberechnungsabschnitt 89, der eine Integralberechnungseinrichtung
ist, einen Addierer 90, der eine Spannungsabfallkomponentenberechnungseinrichtung
ist, und einen Addierer 76, der eine Befehlswert-Berechnungseinrichtung
ist. Der Proportionalberechnungsabschnitt 88 führt eine
Proportionalberechnungsverarbeitung unter Verwendung eines Begrenzers
q11 und eines Verstärkungsfaktor-Multiplizierers
(Gpq) q12 aus, bei der er eine Proportionalkomponente vzqp' vzqp' = Gpq × εiqpals
einen Proportionalberechnungswert auf der Grundlage der q-Achsen-Stromabweichung εiqp' und eines Verstärkungsfaktors
Gpq' für die Proportionalberechnung berechnet.
Der Integralberechnungsabschnitt 89 führt eine Integralberechnungsverarbeitung
unter Verwendung eines Integrators bzw. einer Integriereinrichtung
(1/s) q13, eines Begrenzers q14 und eines Verstärkungsfaktormultiplizierers
(Giq) q15 aus, bei der er eine Integralkomponente vzgi' vzgi' = Giq × Σεiqals
einen Integralberechnungswert auf der Grundlage der q-Achsen-Stromabweichung εiq' und eines Verstärkungsfaktors
Giq' für die Integralberechnung
berechnet. Der Addierer 90 führt eine Spannungsabfallkomponenten-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die Integralkomponente vzgi' und die Proportionalkomponente vzqp' addiert, um die
Spannungsabfallkomponente vzq' vzq' =
vzqi' + vzqp
=
Giq × Σεiq' + Gpq × εiqpzu
berechnen. Der Begrenzer q11 begrenzt die q-Achsen-Stromabweichung εiqp' derart, dass sie
nicht divergiert, und der Begrenzer q14 begrenzt den Integralwert Σεiq' derart, dass er
nicht divergiert.
-
Ebenso
ist der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 79 mit
einer Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung versehen. Diese
Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung
umfasst einen Multiplizierer (Ld) d16, einen Addierer d17 und einem
Multiplizierer (ω)
d18 und führt
eine Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der sie die Winkelgeschwindigkeit ω, den d-Achsen-Strom idp', die elektromotorische
Rückspannungskonstante
MIf und den Winkel δ ausliest
und eine induzierte Spannungskomponente eq' eq' = ω × (Ld × idp' + MIf × cosδ)berechnet,
die durch den d-Achsen-Strom idp' induziert
wird. In diesem Fall ist der Wert ω × MIf × cosδ ein Wert, der die elektromotorische
Rückspannung
kompensiert, die durch den d-Achsen-Strom idp' erzeugt wird, der durch die Statorspulen 11 bis 13 fließt.
-
Im
Weiteren führt
der Addierer 76 eine Befehlswert-Berechnungsverarbeitung aus, bei der
er den q-Achsen-Spannungsbefehlswert
vq'* vq'* = vzq' + eq
= vzq' + ω × (Ld × idp' + MIf × cosδ)als
eine Ausgangsspannung berechnet, indem die induzierte Spannungskomponente
eq' mit der Spannungsabfallkomponente
vzq', die von dem
Addierer 90 gesendet wird, addiert wird. Auf diese Weise
wird der q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'* derart erzeugt, dass die q-Achsen-Stromabweichungen εiqp' und εiq' Null werden. Dieser
q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'*
wird dann über
einen Begrenzer q19 zu dem Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt 67 gesendet.
Der Begrenzer q19 begrenzt den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'* derart, dass er
nicht divergiert.
-
Im
Weiteren liest der Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt
67 den
d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd'*,
den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'* und die Magnetpolposition θ aus uns
führt eine
Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlung
als eine zweite Umwandlungsverarbeitung aus, bei der er den d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd'* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert
vq'* in Spannungsbefehlswerte
vu*, vv* und vw* für
die U-Phase, die V-Phase bzw. die W-Phase in einer nachstehenden
Gleichung 9 umwandelt. Der Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt
67 sendet
dann die Spannungsbefehlswerte vu*, vv* und vw* zu einem PWM-Generator bzw, einer
PWM-Erzeugungseinrichtung
68, der eine Ausgangssignal-Berechnungseinrichtung
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung
45 ist. [Gleichung
9]
-
Der
PWM-Generator 68 führt
eine Ausgangssignal-Berechnungsverarbeitung,
bei der er als Ausgangssignale Impulsbreiten-Modulationssignale
Mu, Mv und Mw für
jede Phase erzeugt, die Impulsbreiten aufweisen, die dem d-Achsen-Strombefehlswert
id'* und dem q-Achsen-Strombefehlswert
iq'* entsprechen,
auf der Grundlage sowohl der Spannungsbefehlswerte vu*, vv* und
vw* jeder Phase als auch der Gleichspannung Vdc aus. Der PWM-Generator 68 sendet
dann die erzeugten Impulsbreiten-Modulationssignale Mu, Mv und Mw
zu einer Antriebsschaltung bzw. Ansteuerungsschaltung 51,
die außerhalb
der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 bereitgestellt
ist.
-
Die
Antriebsschaltung 51 empfängt die Impulsbreiten-Modulationssignale
Mu, Mv und Mw jeder Phase und erzeugt sechs Gattersignale oder Gate-Signale,
die sie zu dem Umrichter bzw. Inverter 40 sendet. Auf der Grundlage
der Impulsbreiten-Modulationssignale Mu, Mv und Mw schaltet der
Umrichter 40 die Transistoren Tr1 bis Tr6, um Ströme Iu, Iv
und Iw für
jede Phase zu erzeugen, die er dann den Statorspulen 11 bis 13 des Antriebsmotors 31 zuführt.
-
Auf
diese Weise wird eine Drehmomentsteuerung auf der Grundlage des
Antriebsmotor-Solldrehmoments TM* ausgeführt und der Antriebsmotor 31 wird
angetrieben, um das elektrische Fahrzeug fahren zu lassen.
-
Gemäß diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird ein asymmetrischer Schenkelpol-Motor für den Antriebsmotor 31 verwendet.
Der d-Achsen-Strombefehlswert id'*
und der q-Achsen-Strombefehlswert iq'* werden berechnet und der d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd'* und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq'* werden auf der
Grundlage einer Spannungsgleichung berechnet, in der, wenn die Mitte
der Magnetflussdichteverteilung, die bei dem Schenkelpol 57 erzeugt
wird, um einen Winkel δ in
Bezug auf die Mitte des Öffnungswinkels
des Schenkelpols 57 versetzt ist, die d-q-Achse und die d'-q'-Achse umgewandelt
wird, indem sie um einen Winkel δ versetzt
wird, wobei der Schenkelpol 57 auf eine Referenzposition
platziert wird und der Dauermagnet 20 auf eine Position
platziert wird, die um einen Winkel δ versetzt ist. Als Ergebnis
sind die elektrischen Eigenschaften die gleichen als wenn ein symmetrischer
Schenkelpol-Motor für
den Antriebsmotor 31 verwendet wird.
-
Dementsprechend
wird, wenn der d-Achsen-Strom idp' und der q-Achsen-Strom iqp' auf der Grundlage
der Spannungsgleichung geschätzt
werden, der d-Achsen-Strom idp' und
der q-Achsen-Strom iqp' isoliert werden
und die elektromotorische Rückspannung
kompensiert wird, weder ein Unterschreiten noch ein Überschreiten
in der Regelung auftreten, was es ermöglicht, eine Verminderung der Übergangseigenschaften
der Regelung zu verhindern.
-
Nachstehend
ist ein zweites beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben, bei dem der d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd* und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* berechnet werden,
während
der Dauermagnet 20 bei einer Referenzposition ist und der
Schenkelpol 57 versetzt ist, ohne die d-q-Achse umzuwandeln.
-
In 5 ist
ein Blockschaltbild einer Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung gemäß dem zweiten
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Zur Vereinfachung der Beschreibung
sind der Umrichter bzw. Inverter 40 (2)
und die Antriebsschaltung 51 in 5 weggelassen.
-
In
diesem Fall wird eine Regelung entsprechend einer Vektorsteuerungsberechnung
bei der d-q-Achse ausgeführt,
so dass der Dauermagnet 20 (3) bei einer
Referenzposition platziert ist und der ausgeprägte Pol bzw. Schenkelpol 57 versetzt
ist.
-
Die
Strombefehlswert-Berechnungseinrichtung führt eine Strombefehlswert-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der sie den d-Achsen-Strombefehlswert id* und den q-Achsen-Strombefehlswert
iq*, die Sollwerte des d-Achsen-Stroms id bzw. des q-Achsen-Stroms
iq auf der d-q-Achse angeben, berechnet. Folglich führt eine
Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungseinrichtung eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsverarbeitung
aus, bei der sie eine Fahrzeuggeschwindigkeit V, die der Antriebsmotorgeschwindigkeit
NM entspricht, erfasst, und sendet die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit
V zu der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung. Eine Fahrzeugbefehlswert-Berechnungseinrichtung
der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung führt eine Fahrzeugbefehlswert-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der sie die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgröße α ausliest,
ein erforderliches Fahrzeugdrehmoment TO* auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit
V und der Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgröße α berechnet, ein Antriebsmotor-Solldrehmoment
TM*, das einen Sollwert des Antriebsmotordrehmoments TM, d.h. des
Drehmoments, das durch den Antriebsmotor 31 erzeugt wird,
entsprechend dem erforderlichen Fahrzeugdrehmoment TO* erzeugt und
dieses zu der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 sendet.
Das Antriebsmotor-Solldrehmoment TM* ist das elektrische-Maschine-Solldrehmoment.
-
Die
Strombefehlswert-Berechnungseinrichtung liest die Gleichspannung
Vdc, die Winkelgeschwindigkeit ω und
das Antriebsmotor-Solldrehmoment TM* aus und berechnet einen d-Achsen-Strombefehlswert
id* und einen q-Achsen-Strombefehlswert iq* auf der d-q-Linie entsprechend
dem Antriebsmotor-Solldrehmoment TM* unter Bezugnahme auf das Strombefehlswertkennfeld
bzw. die Strombefehlswert-Abbildung.
-
Der
d-Achsen-Strombefehlswert id* und der q-Achsen-Strombefehlswert iq* bilden einen Strombefehlswert.
-
Als
Nächstes
führt die
Erfasster-Strom-Erhalteeinrichtung eine Erfasster-Strom-Erhalteverarbeitung aus,
bei der sie die erfassten Ströme
iu und iv ausliest und erhält,
während
eine Berechnungseinrichtung 35 der Erfasster-Strom-Erhalteeinrichtung über eine
Berechnung den erfassten Strom iw iw = –iu – ivauf
der Grundlage der erfassten Ströme
iu und iv erhält.
-
Im
Weiteren führt
ein Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlungsabschnitt
61,
der eine erste Phasen-Umwandlungseinrichtung
ist, eine Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlung als eine erste Umwandlungsverarbeitung
aus, bei der er die Magnetpolposition θ ausliest und jeden der erfassten
Ströme
iu, iv und iw in d-Achsen-Ströme
id und q-Achsen-Ströme
iq auf der d-q-Achse in einer nachstehend genannten Gleichung 10 umwandelt. [Gleichung
10]
-
Auf
diese Weise wird, wenn der d-Achsen-Strom id und der q-Achsen-Strom
iq als tatsächliche
Ströme bzw.
Ist-Ströme
berechnet werden und der d-Achsen-Strombefehlswert id* und der q-Achsen-Strombefehlswert
iq* berechnet werden, eine Regelung auf der Grundlage des d-Achsen-Stroms
id und des q-Achsen-Stroms iq zusammen mit dem d-Achsen-Strombefehlswert
id* und dem q-Achsen-Strombefehlswert iq* ausgeführt.
-
Die
d-Achsen-Spannung vd und die q-Achsen-Spannung vq können in
einer nachstehend genannten Gleichung 11 ausgedrückt werden. [Gleichung
11]
-
Der
d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd*, der einen Sollwert der d-Achsen-Spannung
vd angibt, und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq*, der einen
Sollwert der q-Achsen-Spannung
vq angibt, können
durch eine nachstehend genannte Gleichung 12 ausgedrückt werden. [Gleichung
12]
-
Wenn
die Regelung auf der Grundlage von Gleichung 12 ausgeführt wird,
stellt der erste Ausdruck auf der rechten Seite in Gleichung 11
Integralkomponenten vzdi und vzgi von Spannungsabfallkomponenten
vzd und vzq dar, die in dem Widerstand Ra der Statorspulen 11 bis 13 erzeugt
werden, und der zweite Ausdruck stellt Proportionalkomponenten vzdp
und vzqp der Spannungsabfallkomponenten vzd und vzq dar, so dass
die Spannungsabfallkomponenten vzd und vzq wie nachstehend angegeben
sind. vzd = vzdi + vzdp vzq
= vzqi + vzqp
-
Ebenso
stellt die Summe der dritten und vierten Ausdrücke in Gleichung 11 induzierte
Spannungskomponenten ed und eq ed = ω × (Ea +
Eb) eq = ω × (Ec +
MIf + Ed)dar, die durch den q-Achsen-Strom iq und den d-Achsen-Strom
id erzeugt werden. Die Werte Ea bis Ed sind wie folgt. Ea = –ω × Ld × sinδ × cosδ + ω × Lq × sinδ × cosδ Eb = –ω × Ld × sin2δ – ω × Lq × cos2δ Ec = ω × Ld × cos2δ + ω × Lq × sin2δ Ed = ω × Ld × sinδ × cosδ – ω × Lq × xinδ × cosδ
-
In
diesem Fall bezeichnet der Wert ω × MIf einen
Wert, der die elektromotorische Rückspannung kompensiert, die
durch den d-Achsen-Strom id erzeugt wird, der durch die Statorspulen 11 bis 13 fließt.
-
Gemäß diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird ebenso der Abtastzyklus wesentlich verkürzt, indem der d-Achsen-Strom id und der
q-Achsen-Strom iq auf der Grundlage der erfassten Ströme iu, iv
und iw geschätzt
werden, nachdem die extrem kurze Zeitdauer Δt abgelaufen ist.
-
Folglich
gilt, wenn in Gleichung 11 [Gleichung
13]
und [Gleichung
14]
Somit [Gleichung
15]
-
Hierbei
ist X das Produkt der Achsenumwandlungsmatrix, der Matrix, die aus
der d-Achsen-Induktivität Ld
und der q-Achsen-Induktivität
Lq gebildet wird, und der inversen Matrix der Achsenumwandlungsmatrix
und ist die Induktivität
der Statorspulen 11 bis 13, die auf der Grundlage
des Winkels δ eingestellt
ist.
-
Folglich
sind, wenn der d-Achsen-Strom, nachdem die extrem kurze Zeitdauer Δt abgelaufen
ist, zu idp
idp = id + Δidgemacht wird und der
q-Achsen-Strom, nachdem die extrem kurze Zeitdauer Δt abgelaufen
ist, zu iqp
iqp = iq + Δiqgemacht wird, der d-Achsen-Strom
idp und der q-Achsen-Strom iqp, wie es in einer nachstehend genannten Gleichung
16 gezeigt ist. [Gleichung
16]
-
Hierbei
ist X–1 eine
Umkehrwert von der inversen Matrix der Induktivität X.
-
In
diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
werden die erfassten Ströme
iu, iv und iw als der d-Achsen-Strom id und der q-Achsen-Strom iq
nach der Abtastung geschätzt
und der d-Achsen-Strom id und der q-Achsen-Strom iq nach genau einer
Abtastzeitsteuerung werden als der d-Achsen-Strom idp und der q-Achsen-Strom
iqp geschätzt.
-
Ebenso
kann, wenn der d-Achsen-Strom idp und der q-Achsen-Strom iqp geschätzt werden,
wenn sich die Ströme
Iu, Iv und Iw, die den Statorspulen 11 bis 13 zugeführt werden,
beispielsweise derart ändern, dass
sich die d-Achsen- Induktivität Ld und
die q-Achsen-Induktivität
Lq der Statorspulen 11 bis 13 ändern, das Auftreten eines
geschätzten
Stromfehlers bei dem d-Achsen-Strom idp und dem q-Achsen-Strom iqp
verursacht werden. In diesem Fall ist es, wenn eine Differenz zwischen
dem d-Achsen-Strom idp und dem d-Achsen-Strombefehlswert id* zu
einer d-Achsen-Stromabweichung εidp gemacht
wird und eine Differenz zwischen dem q-Achsen-Strom iqp und dem
q-Achsen-Strombefehlswert
iq* zu einer q-Achsen-Stromabweichung εiqp gemacht wird und eine Regelung
ausgeführt
wird, schwierig, die d-Achsen-Stromabweichung εidp und die q-Achsen-Stromabweichung εiqp nahe
an Null zu bringen, so dass eine kontinuierliche Abweichung zwischen dem
d-Achsen-Strom idp und dem q-Achsen-Strom iqp sowie dem d-Achsen-Strombefehlswert
id* und dem q-Achsen-Strombefehlswert iq* auftritt.
-
Somit
wird gemäß diesem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
eine Proportionalsteuerung bzw. Proportionalregelung auf der Grundlage
des geschätzten
d-Achsen-Stroms idp und des geschätzten q-Achsen-Stroms iqp ausgeführt und
eine Integralsteuerung bzw. Integralregelung wird auf der Grundlage
des derzeitigen d-Achsen-Stroms id und des derzeitigen q-Achsen-Stroms
iq ausgeführt.
-
Folglich
wird einerseits der d-Achsen-Strom id, der in dem Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlungsabschnitt 61 umgewandelt
worden ist, zu einem Stromschätzabschnitt
(F1) 171 gesendet, der die Stromschätzeinrichtung ist. Der Stromschätzabschnitt 171 führt dann
eine Stromschätzverarbeitung
aus, bei der er über eine
Berechnung den d-Achsen-Strom idp schätzt. Dieser d-Achsen-Strom idp wird dann
als ein geschätzter Strom
zu einem Subtrahierer 81 gesendet, der die Geschätzte-Abweichung-Berechnungseinrichtung
ist. Andererseits wird der vorstehend genannte d-Achsen-Strom id
ebenso wie er ist als ein tatsächlicher
Strom zu einem Subtrahierer 82 gesendet, der die Tatsächliche-Abweichung-Berechnungseinrichtung
ist.
-
In
dem Stromschätzabschnitt 171 ist,
wenn der Abtastzyklus T ist, der geschätzte d-Achsen-Strom idp idp = id + T × X–1 ×(vzd – Ra × id),indem
die extrem kurze Zeitdauer Δt
in Gleichung 16 durch den Abtastzyklus T ersetzt wird.
-
Der
Subtrahierer 81 führt
eine Geschätzte-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die d-Achsen-Stromabweichung εidp als eine
geschätzte
Abweichung zwischen dem d-Achsen-Strom idp und dem d-Achsen-Strombefehlswert
id* berechnet. Der Subtrahierer 82 führt eine Tatsächliche-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die d-Achsen-Stromabweichung εid als die tatsächliche
Abweichung zwischen dem d-Achsen-Strom id und dem d-Achsen-Strombefehlswert
id* berechnet, und sendet die d-Achsen-Stromabweichung εidp und εid zu einem
Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 78, der sowohl eine
Proportional-/Integralberechnungseinrichtung als auch eine Spannungsbefehlswert-Berechnungseinrichtung
ist.
-
Auf ähnliche
Weise wird einerseits der q-Achsen-Strom iq zu einem Stromschätzabschnitt
(F2) 172 gesendet, der die Stromschätzeinrichtung ist. Der Stromschätzabschnitt 172 führt dann
eine Stromschätzverarbeitung
aus, bei der er über
eine Berechnung den q-Achsen-Strom iqp schätzt. Dieser q-Achsen-Strom
iqp wird dann als ein geschätzter
Strom zu einem Subtrahierer 86 gesendet, der die Geschätzte-Abweichung-Berechnungseinrichtung
ist. Andererseits wird der vorstehend genannte q-Achsen-Strom iq
ebenso wie er ist als ein tatsächlicher
Strom zu einem Subtrahierer 87 gesendet, der die Tatsächliche-Abweichung-Berechnungseinrichtung
ist.
-
In
dem Stromschätzabschnitt 172 ist
der geschätzte
d-Achsen-Strom iqp iqp = iq + T × X–1 × (vzq – Ra × iq),indem
die extrem kurze Zeitdauer Δt
in Gleichung 16 durch den Abtastzyklus T ersetzt wird.
-
Der
Subtrahierer 86 führt
eine Geschätzte-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er eine q-Achsen-Stromabweichung εiqp als eine
geschätzte
Abweichung zwischen dem q-Achsen-Strom iqp und dem q-Achsen-Strombefehlswert
iq* berechnet. Der Subtrahierer 87 führt eine Tatsächliche-Abweichung-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die q-Achse-Stromabweichung εiq als die tatsächliche
Abweichung zwischen dem q-Achsen-Strom iq und dem q-Achsen-Strombefehlswert
iq* berechnet, und sendet die q-Achsen-Stromabweichungen εiqp und εiq zu einem
Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 79, der sowohl eine
Proportional-/Integralberechnungseinrichtung als auch die Spannungsbefehlswert-Berechnungseinrichtung
ist.
-
Im
Weiteren führen
die Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitte 78 und 79 eine
Spannungsbefehlswert-Berechnungsverarbeitung
und eine Proportional-/Integral(PI-)Berechnungsverarbeitung aus.
Hierbei berechnet der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 78 den
d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd* in Gleichung 12 derart, dass die d-Achsen-Stromabweichungen εidp und εid Null werden,
und der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 79 berechnet
den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* in Gleichung 12 derart, dass
die q-Achsen-Stromabweichungen εiqp
und εiq
Null werden. Der d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert
vq* bilden einen Spannungsbefehlswert. Ebenso bilden die Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitte 78 und 79 eine
Stromsteuerungseinrichtung.
-
Folglich
umfasst der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 78 einen
Proportionalberechnungsabschnitt 83, der eine Proportionalberechnungseinrichtung
ist, einen Integralberechnungsabschnitt 84, der eine Integralberechnungseinrichtung
ist, und einen Addierer 85, der eine Spannungsabfallkomponentenberechnungseinrichtung
ist. Der Proportionalberechnungsabschnitt 83 führt eine
Proportionalberechnungsverarbeitung unter Verwendung eines Begrenzers 11 und
eines Verstärkungsfaktor-Multiplizierers
(Gpd) d12 aus, bei der er eine Proportionalkomponente vzdp vzdp = Gpd × εidpals
eine Proportionalberechnungswert auf der Grundlage der d-Achsen-Stromabweichung εidp und eines
Verstärkungsfaktors
Gdp für
die Proportionalberechnung berechnet. Der Integralberechnungsabschnitt 84 führt eine
Integralberechnungsverarbeitung unter Verwendung einer Integriereinrichtung
(1/s) d13, eines Begrenzers d14 und eines Verstärkungsfaktormultiplizierers
(Gid) d15 aus, bei der er eine Integralkomponente vzdi vzdi = Gid × Σεidals
einen Integralberechnungswert auf der Grundlage der d-Achsen-Abweichung εid und eines
Verstärkungsfaktors
Gid für
die Integralberechnung berechnet. Der Addierer 85 führt eine
Spannungsabfallkomponenten-Berechnungsverarbeitung aus, bei der
er die Integralkomponente vzdi und die Proportionalkomponente vzdp
addiert, um die Spannungsabfallkomponente vzd vzd
= vzdi + vzdp
= Gid × Σεid + Gpd × εipdzu
berechnen. Der Begrenzer d11 begrenzt die d-Achsen-Stromabweichung εidp derart,
dass sie nicht divergiert, und der Begrenzer d14 begrenzt den Integralwert Σεid derart,
dass er nicht divergiert.
-
Ebenso
ist der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 78 mit
einer Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung versehen. Diese
Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung
umfasst einen Multiplizierer (Ea) d56, einen Multiplizierer (ω) d57, einen
Multiplizierer (Eb) q56, einen Multiplizierer (ω) q57 und einen Addierer d58,
der eine Befehlswert-Berechnungseinrichtung
ist, und führt
eine Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der sie die Winkelgeschwindigkeit ω, den Winkel δ, den d-Achsen-Strom
idp und den q-Achsen-Strom iqp ausliest und eine induzierte Spannungskomponente
ed berechnet. ed = ω × (Ea + Eb) Ea
= –ω × Ld × sinδ × cosδ + ω × Lq × sinδ × cosδ Eb = –ω × 4Ld × sin2δ – ω × Lq × cos2δ
-
In
diesem Fall ist der Wert ω × (Ea +
Eb) ein Wert, der den d-Achsen-Strom idp und den q-Achsen-Strom
iqp isoliert.
-
Im
Weiteren führt
der Addierer d58 eine Befehlswert-Berechnungsverarbeitung aus, bei der
er den d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd* vd* = vzd + ed
= vzd + ω × (Ea +
Eb)als eine Ausgangsspannung durch Addieren der induzierten
Spannungskomponente ed mit der Spannungsabfallkomponente vzd, die
von dem Addierer 85 gesendet wird, berechnet. Auf diese
Weise wird der d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* derart erzeugt,
dass die d-Achsen-Stromabweichungen εdip und εid Null werden. Dieser d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd* wird dann über
einen Begrenzer d19 zu einem Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt 67 gesendet,
der die zweite Phasen-Umwandlungseinrichtung ist. Der Begrenzer
d19 begrenzt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* derart, dass
er nicht divergiert.
-
Unterdessen
umfasst der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 79 einen
Proportionalberechnungsabschnitt 88, der eine Proportionalberechnungseinrichtung
ist, einen Integralberechnungsabschnitt 89, der eine Integralberechnungseinrichtung
ist, und einen Addierer 90, der eine Spannungsabfallkomponentenberechnungseinrichtung
ist. Der Proportionalberechnungsabschnitt 88 führt eine
Proportionalberechnungsverarbeitung unter Verwendung eines Begrenzers
q11 und eines Verstärkungsfaktor-Multiplizierers
(Gpq) q12 aus, bei der er eine Proportionalkomponente vzqp vzqp = Gpq × εiqpals
einen Proportionalberechnungswert auf der Grundlage der q-Achsen-Stromabweichung εiqp und eines Verstärkungsfaktors Gpq
für die
Proportionalberechnung berechnet. Der Integralberechnungsabschnitt 89 führt eine
Integralberechnungsverarbeitung unter Verwendung einer Integriereinrichtung
(1/s) q13, eines Begrenzers q14 und eines Verstärkungsfaktor-Multiplizierers
(Giq) q15 aus, bei der er eine Integralkomponente vzgi vzqi = Giq × Σεiqals
einen Integralberechnungswert auf der Grundlage der q-Achsen-Stromabweichung εiq und eines
Verstärkungsfaktors
Giq für
die Integralberechnung berechnet. Der Addierer 90 führt eine
Spannungsabfallkomponenten-Berechnungsverarbeitung
aus, bei der er die Integralkomponente vzgi und die Proportionalkomponente vzqp
addiert, um die Spannungsabfallkomponente vzq vzq
= vzqi + vzqp
= Giq × Σεiq + Gpq × εiqpzu
berechnen. Der Begrenzer q11 begrenzt die q-Achsen-Stromabweichung εiqp derart,
dass sie nicht divergiert, und der Begrenzer q14 begrenzt den Integralwert Σεiq derart,
dass er nicht divergiert.
-
Ebenso
ist der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 79 mit
einer Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung versehen. Diese
Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungseinrichtung
umfasst einen Multiplizierer (Ec) d66, einen Addierer d76, einen
Multiplizierer (ω)
d68, einen Multiplizierer (Ed) q66, einen Multiplizierer (ω) q67 und
einen Addierer q68, der eine Befehlswert-Berechnungseinrichtung ist.
Der Spannungsbefehlswert-Berechnungsabschnitt 79 führt eine
Induzierte-Spannungskomponente-Berechnungsverarbeitung aus, bei
der er die Winkelgeschwindigkeit ω, den Winkel δ, die elektromotorische Rückspannungskonstante
MIf, den d-Achsen-Strom
idp und den q-Achsen-Strom iqp ausliest und eine induzierte Spannungskomponente
eq berechnet. eq = ω × (Ec + MIf + Ed) Ec = ω × Ld × cos2δ + ω × Lq × sin2δ Ed = ω × Ld × sinδ × cosδ – ω × Lq × sinδ × cosδ
-
In
diesem Fall ist der Wert ω × (Ec +
Ed) ein Wert, der den d-Achsen-Strom idp und den q-Achsen-Strom
iqp isoliert, und der Wert ω × MIf ist
ein Wert, der die elektromotorische Rückspannung kompensiert, die
durch den d-Achsen-Strom idp erzeugt wird, der durch die Statorspulen 11 bis 13 fließt.
-
Im
Weiteren führt
der Addierer q68 eine Befehlswert-Berechnungsverarbeitung aus, bei
der er den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* vq*
= vzq + eq
= vzq + ω × (Ec +
MIf + Ed)als eine Ausgangsspannung durch Addieren der induzierten
Spannungskomponente eq mit der Spannungskomponente vzq, die von
dem Addierer 90 gesendet wird, berechnet. Auf diese Weise
wird der q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* derart erzeugt, dass
die q-Achsen-Stromabweichungen εiqp
und εiq
Null werden. Dieser q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* wird dann über einen
Begrenzer q19 zu dem Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt 67 gesendet.
Der Begrenzer q19 begrenzt den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq*
derart, dass er nicht divergiert.
-
Im
Weiteren liest der Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt
67 den
d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd*, den q-Achsen-Spannungsbefehlswert
vq* und die Magnetpolposition θ aus
und führt eine
Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlung
als eine zweite Umwandlungsverarbeitung aus, bei der er den d-Achsen-Spannungsbefehlswert
vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert vq* in Spannungsbefehlswerte
vu*, vv* und vw* für
die U-Phase, die V-Phase bzw. die W-Phase in einer nachstehend genannten
Gleichung 17 umwandelt. Der Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlungsabschnitt
67 sendet
dann die Spannungsbefehlswerte vu*, vv* und vw* zu einem PWM-Generator
68,
der eine Ausgangssignal-Berechnungseinrichtung ist. [Gleichung
17]
-
Der
PWM-Generator 68 führt
eine Ausgangssignal-Berechnungsverarbeitung,
bei der er als Ausgangssignale Impulsbreiten-Modulationssignale
Mu, Mv und Mw für
jede Phase erzeugt, die Impulsbreiten aufweisen, die dem d-Achsen-Strombefehlswert
id* und dem q-Achsen-Strombefehlswert
iq* entsprechen, auf der Grundlage der Spannungsbefehlswerte vu*,
vv* und vw* jeder Phase und der Gleichspannung Vdc aus. Der PWM-Generator 68 sendet
dann die erzeugten Impulsbreiten-Modulationssignale Mu, Mv und Mw
zu einer Antriebsschaltung 51, die außerhalb der Antriebsmotor-Steuerungsvorrichtung 45 bereitgestellt
ist.
-
Die
Antriebsschaltung 51 empfängt die Impulsbreite-Modulationssignale
Mu, Mv und Mw jeder Phase und erzeugt sechs Gattersignale bzw. Gate-Signale,
die sie zu dem Umrichter bzw. Inverter 40 sendet. Auf der Grundlage
der Impulsbreiten-Modulationssignale Mu, Mv und Mw schaltet der
Umrichter 40 die Transistoren Tr1 und Tr6, um Ströme Iu, Iv
und Iw für
jede Phase zu erzeugen, die er dann den Statorspulen 11 bis 13 zuführt.
-
Auf
diese Weise wird eine Drehmomentsteuerung auf der Grundlage des
Antriebsmotor-Solldrehmoments TM* ausgeführt und der Antriebsmotor 31 wird
angetrieben, um das elektrische Fahrzeug fahren zu lassen.
-
In
diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird ein asymmetrischer Schenkelpol-Motor für den Antriebsmotor 31 verwendet.
Der d-Achsen-Strombefehlswert id* und der q-Achsen-Strombefehlswert
iq* werden berechnet und der d-Achsen-Spannungsbefehlswert vd* und
der q-Achsen-Spannungsbefehlswert
vq* werden auf der Grundlage einer Spannungsgleichung berechnet,
bei der der Dauermagnet 20 bei einer Referenzposition platziert
ist und der Schenkelpol 57 bei einer Position platziert
ist, die um einen Winkel δ versetzt
ist, wenn die Mitte der Magnetflussdichteverteilung, die bei dem
Schenkelpol 57 erzeugt wird, um einen Winkel δ in Bezug
auf die Mitte des Öffnungswinkels
des Schenkelpol 57 versetzt ist. Als Ergebnis sind die
elektrischen Eigenschaften die gleichen wie wenn ein symmetrischer
Schenkelpol-Motor für
den Antriebsmotor 31 verwendet würde.
-
Dementsprechend
tritt, wenn der d-Achsen-Strom idp und der q-Achsen-Strom iqp auf
der Grundlage der Spannungsgleichung geschätzt werden, der d-Achsen-Strom
idp und der q-Achsen-Strom
iqp isoliert sind und die elektromotorische Rückspannung kompensiert wird,
weder ein Unterschreiten noch ein Überschreiten bei der Regelung
auf, was es ermöglicht,
eine Verminderung der Übergangseigenschaften
der Regelung zu verhindern.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische beispielhafte
Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese spezifischen beispielhaften
Ausführungsbeispiele
begrenzt. Im Gegenteil sind viele Modifikationen und Variationen
möglich,
ohne den Umfang bzw. die wesentlichen Eigenschaften der vorliegenden
Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind alle derartigen Modifikationen
und Variationen innerhalb des beabsichtigten Umfangs der vorliegenden
Erfindung umfasst.
-
Wie
es vorstehend beschrieben ist, ist eine Elektroantrieb-Steuerungsvorrichtung
mit einer elektrischen Maschine, die einen asymmetrischen Schenkelpol
aufweist, einem Stromerfassungsabschnitt, einer Phasenumwandlungseinrichtung,
die den erfassten Strom in einen Achsenstrom umwandelt, und einer
Stromsteuerungseinrichtung, die einen Spannungsbefehlswert auf der
Grundlage des Achsenstroms und eines Strombefehlswerts des Achsenstroms
erzeugt, versehen. Die Stromsteuerungseinrichtung erzeugt den Spannungsbefehlswert
in Reaktion auf den erfassten Strom und einen Versatzwinkel der
Mitte einer Magnetflussdichteverteilung, die bei dem Schenkelpol
auftritt, in Bezug auf die Mitte eines Öffnungswinkels des Schenkelpols.
In diesem Fall erzeugt die Stromsteuerungseinrichtung einen Spannungsbefehlswert, der
dem erfassten Strom und dem Versatzwinkel entspricht, so dass die
elektrischen Eigenschaften die gleichen sind wie wenn eine elektrische
Maschine, die einen symmetrischen Schenkelpol aufweist, verwendet
wird.
Somit [Gleichung 15]
