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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung,
bei der mit Hilfe eines Gleichstorm-Wechselstrom-Konverters einem
Fahrzeug-Generator-Motor
Ströme
zugeführt und
von diesem ausgegeben werden.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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JP-T-2004-519184
(2 und 3 und die Beschreibungen derselben) offenbart
beispielsweise ein Verfahren zum Steuern eines reversiblen elektrischen
Multiphasen-Drehgeräts.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Betätigen eines
Motors eines Generator-Motors, der sowohl als ein Generator als auch
als ein Motor dient, das elektrische Gerät gemäß zweier Modi angetrieben wird,
die verschiedenen Geschwindigkeits-/Drehmoment-Kennlinienkurven
entsprechen, also gemäß einem
ersten Modus, der als "Anlassermodus" bezeichnet wird,
und in dem die Wärmekraftmaschine
eines Fahrzeugs angetrieben werden kann, um das Fahrzeug bei einer
geringen Geschwindigkeit und mit einem großen Drehmoment anzulassen,
und einem zweiten Modus, der als "Hilfsmotormodus" bezeichnet wird und in dem nur das
elektrische Gerät,
wenigstens eine Energieverbrauchereinheit oder die Wärmekraftmaschine
bei einer höheren
Geschwindigkeit und mit einem geringeren Drehmoment als in dem ersten
Modus angetrieben werden können.
In einem Fall, in dem eine PWM-Sinuswellensteuerung
durchgeführt
wird, werden ansonsten allgemein Phasen kontinuierlich in Übereinstimmung
mit einer Drehzahl mittels einer Vektorsteuerung geändert.
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Bei
dem bekannten Verfahren wird ein Strom beim Übergang der beiden Modi diskontinuierlich,
so dass auch eine Spannung diskontinuierlich wird. Daher wird das
Drehmoment diskontinuierlich, und die Drehzahl wird nicht gleichmäßig.
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Wegen
des diskontinuierlichen Stroms vergrößert sich plötzlich die
elektromagnetische Störung
beim Übergang
der beiden Modi, so dass ein unbehagliches Gefühl eintritt.
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In
einem Bereich nahe dem Übergang
der beiden Modi sinkt das Drehmoment, und das maximale Drehmoment
wird nicht erreicht. Daher kann die Leistung des Motors nicht bis
zum Äußersten
genutzt werden.
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Da
die PWM-Steuerung durch Ein- und Ausschalten von Spannungen ausgeführt wird,
entwickelt sich ein Abschnitt, in dem keine Spannung verwendet wird,
und ein Spannungsausnutzungsgrad sinkt. Insbesondere eine Batterie
für das
Fahrzeug hat normalerweise eine Spannung von 12 V, und die Verringerung
des Drehmoments ist drastisch, wenn der Spannungsausnutzungsgrad
gering ist.
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In
einem Fall, in dem ein Rotor nicht ausgeprägte Polkanten aufweist, wird
kein magnetisches Widerstandsdrehmoment erzeugt, selbst wenn die
Phasen der Statorströme
geändert
werden, und die Phasenänderungen
sind weniger effektiv.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde aufgrund der zuvor beschriebenen äußeren Umstände gemacht,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehmoment
zu verbessern.
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Eine
Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung, bei der ein feldwicklungsartiger
Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten
für ein
Fahrzeug einer Leitungssteuerung mittels eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
unterzogen wird. Bei der Steuervorrichtung wird ein Stator des feldwicklungsartigen
Generator-Motors mit ausgeprägten
Polkanten mit Hilfe von Rechteckwellenspannungen an solchen Führungsstartwinkeln
von entsprechenden Phasen des Stators betätigt, die um einen vorbestimmten
Winkel relativ zu einer Rotorposition versetzt sind. Ansonsten ändern sich
die Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen im Wesentlichen kontinuierlich gemäß einer
Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und gemäß einer Drehzahl des Generator-Motors.
Auf diese Weise bringt die Steuervorrichtung den Vorteil mit sich,
dass ein Drehmoment verbessert wird.
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Die
zuvor genannten und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden genauen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
beiliegenden Zeichnungen deutlich.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltdiagramm, das ein Beispiel der Anordnung eines feldwicklungsartigen
Generator-Motors
mit ausgeprägten
Polkanten und einen Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das eine Rotorposition und Beispiele der Spannungswellenformen
einer 180°-Rechteckwellenführung gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das eine Rotorposition und Beispiele von Spannungswellenformen
einer 120°-Reckteckwellenführung gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das Beispiele der Einstellwerte eines Leitungsstartphasenwinkels (180°-Rechteckwellenführung) im
Vergleich zu einer Drehzahl gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei jeweils die Eingangsspannung
des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
angegeben ist;
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5 ist
ein Diagramm, das Beispiele der Spannungsausnutzungsfaktoren der
Wellenformen einer sinusförmigen
PWM-Wellenführung
und der Rechteckwellenführungen
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das Beispiele der Drehmomentkennlinie der 180°-Rechteckwellenführung der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in den Fällen zeigt, in denen die Führungsstartwinkel
festgelegt und kontinuierlich gehängt sind;
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7 ist
ein Diagramm, das Beispiele der Beziehung zwischen einem O-PhasenFührungsstartwinkel und
einem Drehmoment gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das Beispiele der Drehmomentkennlinien einer Maschine
mit ausgeprägten Polkanten
und einer Maschine mit nicht ausgeprägten Polkanten im Vergleich
zu einem Stromphasenwinkel gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, das Beispiele der Einstellwertänderung des U-PhasenFührungsstartwinkels in
Abhängigkeit
von der Temperatur der Statorspule des Generator-Motors gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Erregerstromerfassungsmittels
(eine Schaltung, die einen Nebenwiderstand verwendet) gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist
ein Diagramm, das Beispiele des Effektes des Schwächens eines
Erregerstroms gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 ist
ein Diagramm, das Beispiele der Vergleiche der Drehmomentkennlinien
einer sinusförmigen
PWM-Welle und von Rechteckwellen gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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13 ist
ein Diagramm, das Beispiele von Positionssensorwellenformen basierend
auf einem Hall-IC-Schalter und der Rechteckwellenspannungswellenform
der entsprechenden Phasen bei einer Drehzahl nahe Null gemäß der sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 ist
ein Diagramm, das Beispiele von Positionssensorwellenformen basierend
auf dem Hall-IC-Schalter
und der Rechteckwellenspannungswellenform der entsprechenden Phasen
bei einer erhöhten
Drehzahl gemäß der sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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15 ist
ein Schaltplan, der Beispiele eines feldwicklungsartigen Generator-Motors
mit ausgeprägten
Polkanten und eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
gemäß der siebten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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16 ist
ein Diagramm, das Beispiele von Verfahren zum Bestimmen eines Erregerstroms
und eines PhasenstromFührungsstartwinkels
gemäß der siebten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform:
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 die
erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Übrigen bezeichnen gleiche Bezugsziffern
und Zeichen in den Zeichnungen gleiche Bereiche.
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1 zeigt
einen Schaltplan eines feldwicklungsartigen Generator-Motors 1 mit
ausgeprägten
Polkanten, eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters 2,
der dem Generator-Motor 1 Ströme zuführt und
solche von diesem ausgibt, einer Gleichstromenergieversorgung 3,
wie beispielsweise einer Batterie, und eines glättenden Kondensators 4.
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Der
feldwicklungsartige Generator-Motor 1 mit ausgeprägten Polkanten
umfasst einen Stator (normalerweise einen Anker) 1A, der
eine Wicklung mit einer Y-Verbindung aufweist, einen Rotor (normalerweise
ein Feldmagnet) 1F mit einer Wicklung und einen Rotorpositionssensor
1RPS.
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Der
Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter 2 umfasst eine arithmetische
Einheit 21, einen Dreiphasen-Gate-Driver 22, einen
Feld-Gate-Driver 23 und eine Rotorpositionserfassungsschaltung 24.
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Die
arithmetische Einheit 21 berechnet einen Führungsstartwinkel
jeder Phase des Stators 1A unter Verwendung einer P-N-Spannung,
bei der es sich um die Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters 2 handelt,
und die Drehzahl des Generator-Motors 1, die anhand des
Signals der Rotorpositionserfassungsschaltung 24 berechnet
wird, und sie sendet ein Signal zu dem Dreiphasen-Gate-Driver 22. Der
Dreiphasen-Gate-Driver 22 schaltet die Schaltelemente (vorliegend
MOSFETs) der oberen und unteren Arme in drei Phasen ein und aus,
so dass den UVW-Anschlüssen
Spannungen zugeführt
werden und Dreiphasenströme
fließen.
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2 zeigt
eine Rotorposition (ωt)
in einer 180°-Rechteckwellenführung und
Beispiele von Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter-Phasenspannungen
(Phasenspannungen des Stators 1A) Vuo, Vvo und Vwo und
einer Netzspannung Vuv, Vvw und Vwu. Vorliegend bezeichnet das Symbol δ einen U-PhasenFührungsstartwinkel,
bei dem es sich um einen relativen Winkel zu der Rotorposition handelt.
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3 zeigt
eine Rotorposition (ωt)
in einer 120°-Rechteckwellenführung, und
Beispiele der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter-Phasenspannungen
(Phasenspannungen des Stators 1A) Vuo, Vvo und Vwo und
eine Netzspannung Vuv, Vvw und Vwu. Vorliegend bezeichnet das Symbol δ einen U-Phasen- Führungsstartwinkel, bei dem
es sich um einen relativen Winkel zu der Rotorposition handelt.
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4 zeigt
Beispiele der Einstellwerte eines Leitungsstartphasenwinkels (180°-Rechteckwellenführung) im
Vergleich zu der Drehzahl, wobei die Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters angegeben
ist. Vorliegend bezeichnet das Symbol δ den U-Phasen-Führungsstartwinkel
(relativer Winkel zu der Rotorposition).
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5 zeigt
die Wellenformen einer sinusförmigen
PWM-Wellenführung und
der Rechteckwellenführungen
sowie Spannungsausnutzungsgrade. Da die Rechteckwellenführung in
Bezug auf den Spannungsausnutzungsgrad im Vergleich zu der sinusförmigen PWM-Wellenführung verbessert
ist, kann sie die Ströme
erhöhen
und die Drehmomente verbessern. Wenn die Rechteckwellenführung anstelle
der PWM verwendet wird, können
eine Energieversorgung zum Verringern einer Stromzeitkonstante in
einem Schaltmodus und ein glättender
Kondensator 4 mit großer
Kapazität
zum Verringern einer Stoßspannung,
die im Falle der PWM erforderlich sind, durch Kondensatoren mit
geringen Kapazitäten
ersetzt werden. Im Falle der Rechteckwellensteuerung muss eine Schaltgeschwindigkeit
nicht erhöht
werden. Daher kann die Stoßspannung
durch Verringern der Schaltgeschwindigkeit reduziert werden, und
der Kondensator mit geringer Kapazität reicht zur Störungsminderung
aus. Entsprechend können
die Kosten sowie die Baugröße reduziert
werden. Dank der Rechteckwellenführung,
die das PWM-Schalten ersetzt, kann zudem ein Schaltverlust verringert
werden. Beispielsweise unter der Voraussetzung, dass PWM bei einer
Trägerfrequenz
von 10 kHz durchgeführt
wird, werden Schaltoperationen zweifach bei AN und AUS in 100 μs bewirkt,
also alle 50 μs.
Wenn die Drehzahl bei der Rechteckwellensteuerung 1000 U/min beträgt und der
Rotor 1F 8 Polpaare aufweist, dauert ein Zyklus der Wellenform
der Rechteckwellenspannung hingegen 6500 μs. In diesem Fall werden Schaltoperationen
zweifach bei AN und AUS in einem Zyklus bewirkt, also alle 3250 μs. Verglichen
mit PWM nimmt die Rechteckwellenführung auf 1/65 der Schaltanzahl
ab und kann den Schaltverlust deutlich senken. Daher wird die Effizienz des
Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
verbessert, ebenso wie das Drehmoment. Dank der Verringerung des
Verlustes wird ferner die Wärmeerzeugung
der Schaltelemente unterdrückt,
wodurch deren Verlässlichkeit verbessert
wird.
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6 zeigt
die Drehmomentkennlinien der 180°-Rechteckwellenführung in
denjenigen Fällen,
in denen die Führungsstartwinkel
zwei um 60° versetzte,
feststehende Winkel sind, und in dem Fall, in dem der Führungsstartwinkel
kontinuierlich geändert
wird. Wenn der Winkel kontinuierlich geändert wird, wird das Drehmoment
mehr gesteigert, und die Drehmomentkennlinie wird mehr als in denjenigen
Fällen
geglättet,
in denen die Winkel fest sind.
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7 zeigt
die Beziehung zwischen dem U-Phasen-Führungsstartwinkel
und dem Drehmoment. Wenn der Führungsstartwinkel,
der das maximale Drehmoment bietet, eingestellt wird, wird das Drehmoment maximal,
und wenn der Führungsstartwinkel,
der irgendein gewünschtes
Drehmoment bietet, vorliegend 80% des maximalen Drehmomentes, eingestellt
wird, kann das gewünschte
Drehmoment erzielt werden.
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8 zeigt
die Drehmomentkennlinien einer Maschine mit ausgeprägten Polkanten
und einer Maschine mit nicht ausgeprägten Polkanten im Vergleich
zu den Stromphasenwinkeln. Die Maschine mit ausgeprägten Polkanten
hat den Maximalwinkel des Drehmomentes bei dem Phasenwinkel, der
größer ist,
und die Phase, die das maximale Drehmoment aufweist, ist in Abhängigkeit
von dem Strom verschieden. Im Gegensatz dazu hat die Maschine mit
nicht ausgeprägten
Polkanten eine Spitze bei der Nullstromphase, und diese Tatsache ändert sich
nicht in Abhängigkeit
von dem Stromwert.
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Da
eine Ankerreaktionsspannung, die in dem Stator erzeugt wird, mit
der Drehzahl größer wird,
wird der Stromwert des Stators mit zunehmender Drehzahl kleiner.
Bei der Maschine mit ausgeprägten
Polkanten ist somit die Stromphase, bei der das Drehmoment maximal
wird, in Abhängigkeit
von der Drehzahl verschieden. Da die Stromphase verändert werden
kann, indem der Führungsstartwinkel
der Spannung verändert
wird, kann das Drehmoment erhöht
werden, wenn es bei der optimalen Phase gesteuert wird.
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Zweite Ausführungsform:
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 9 eine zweite
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 9 zeigt
die Einstellwertänderung
des U-Phasen-Führungsstartwinkels
in Abhängigkeit von
der Temperatur der Statorspule des Generator-Motors. Somit kann
das Drehmoment bei jeder Temperatur auf das maximale Drehmoment
oder das Zieldrehmoment gesteuert werden. Die Temperatur der Statorspule kann
auch durch die Temperatur des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters substituiert
werden. Im Übrigen weisen
im Falle des ersten Maschinenstarts bei geringer Temperatur der
Generator-Motor, der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter und eine Maschine im Wesentlichen
die gleichen Temperaturen auf, so dass der Führungsstartwinkel gut in Bezug
auf die Wassertemperatur oder die Öltemperatur der Maschine eingestellt
werden kann.
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Dritte Ausführungsform:
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 10 eine
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In 10 sind
Bereiche, die den in 1 dargestellten Bereichen gleichen
oder entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern und Bezugszeichen wie
in 1 bezeichnet. 10 zeigt
eine Schaltung, die einen Nebenwiderstand 6 als ein Feldstromerfassungsmittel
verwendet. Der Widerstand Rt1 der Rotorfeldwicklung
eines Generator-Motors ändert
sich in Abhängigkeit
von den Temperaturen, wie es anhand der nachfolgenden Gleichung
(Gleichung 1) gezeigt ist: Rt1 = (235 + t1)/(235
+ t0)·Rt0 (Gleichung
1)mit
- t1:
- tatsächliche
Betriebstemperatur,
- t0:
- Referenztemperatur,
bei der Rt0 gemessen wurde,
- Rt0:
- Widerstand bei der
Referenztemperatur.
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Im Übrigen wird
ein Feldstrom If anhand der Spannung VPN einer Energieversorgung, des AN-Betriebs ("Betrieb") eines Feldschaltelementes 5 und
des Spannungsabfalls des Widerstands Rt1 der
Feldwicklung, etc. wie folgt bestimmt: If = (VPN·Betrieb – Vdrop)/Rt0(Gleichung
2)mit Vdrop Spannungsabfall einer Bürste.
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Die
Temperatur beeinflusst wie bei der zweiten Ausführungsform den Feldstrom. Wenn
ein Führungsstartwinkel
durch den erfassten Feldstrom anstelle der Temperatur geändert wird,
kann ein Drehmoment entsprechend bei jeder Temperatur auf das maximale
Drehmoment oder auf ein Zieldrehmoment gesteuert werden.
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Vierte Ausführungsform:
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 11 eine
vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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11 zeigt
eine Drehmomentkennlinie in demjenigen Fall, in dem ein Feldstrom
gegen eine Drehzahl geändert
wird. Wie anhand 11 zu erkennen ist, wird ein
Drehmoment bei hohen Drehzahlen größer, wenn der Feldstrom stärker verringert
wird.
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Fünfte Ausführungsform:
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 12 eine
fünfte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 12 zeigt
die Vergleiche der Drehmomentkennlinien einer sinusförmigen PWM-Wellenführung, einer
120°-Rechteckwellenführung und
einer 180°-Rechteckwellenführung. Wie
es in 12 zu erkennen ist, ist das
Drehmoment der 120°-Rechteckwellenführung verglichen
mit demjenigen der sinusförmigen PWM-Wellenführung größer, und
dasjenige der 180°-Rechteckwellenführung noch
größer. Die
Drehmomentkennlinien der sinusförmigen
PWM-Wellenführung,
der 120°-Rechteckwellenführung und
der 180°-Rechteckwellenführung sind
die Kennlinien in demjenigen Fall, in dem der U-Phasen-Führungsstartwinkel kontinuierlich geändert wird,
wie es in 5 gezeigt ist.
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Sechste Ausführungsform:
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 13 und 14 eine
sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 13 zeigt
das Beispiel gemäß Anspruch
13. Bei einer Drehzahl nahe Null werden die Rechteckwellenspannungstakte
von entsprechenden Phasen anhand der Spannungsrechteckwellen eines
auf einem Hall-IC-Schalter basierenden Positionssensors bestimmt.
Bei hohen Drehzahlen, wie es in 14 gezeigt
ist, wird die Position eines Rotors geschätzt, indem ein Zyklus von der
führenden
Kante oder der nachlaufenden Kante des Ausgangs des Sensors bewertet
wird, um die U-Phasen-Führungsstartwinkel
zu ändern.
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Siebte Ausführungsform:
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die
15 und
16 eine
siebte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
15 zeigt
den Schaltplan des Beispiels gemäß Anspruch
3. Eine arithmetische Einheit misst einen Feldstrom mittels eines
Nebenwiderstands, bei dem es sich um ein Feldstromerfassungsmittel
handelt, sie misst eine P-N-Klemmenspannung,
bei der es sich um die Eingangsspannung eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
handelt, und sie erfasst die Daten eines Betriebs in Form des AN-Zeit-Verhältnisses
der AN/AUS-Steuerung eines Feld-Gate-Drivers. Ein Feldwiderstand
R
f wird anhand des Feldstroms I
f und
einer Spannung V
f, die anhand des Produktes
zwischen der P-N-Klemmenspannung
V
PN und dem Feld-AN-Betrieb "Duty" berechnet wird,
mit Hilfe der nachfolgenden Formel berechnet:
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Im Übrigen wird
die Temperatur T
f der Feldspule durch die
nachfolgende Formel berechnet, wobei der Widerstand der Feldspule
bei 20°C
durch R
20 repräsentiert wird:
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Wie
es in 16 gezeigt ist, werden ein Phasenstrom-Führungsstartwinkel und der Feldstrom
unter Bezugnahme auf Kennfelder, die auf den zuvor genannten Daten
basieren, bestimmt. Zudem kann der Feldwiderstand Rf gut anstelle
der Temperatur Tf der Feldspule verwendet
werden.
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Wesentliche
Punkte, die in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 7 der vorliegenden
Erfindung genannt werden, und wesentliche Punkte, die nicht in den
zuvor beschriebenen Ausführungsformen
1 bis 7 der vorliegenden Erfindung genannt sind, werden nachfolgend
beschrieben.
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- 1. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung,
bei der ein feldwicklungsartiger Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten
für ein
Fahrzeug einer Leitungssteuerung mittels eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
ausgesetzt wird, umfasst Mittel zum Betätigen eines Stators des feldwicklungsartigen Fahrzeug-Generator-Motors
mit ausgeprägten
Polkanten mit Hilfe von Rechteckwellenspannungen an diesen Führungsstartwinkeln
der entsprechenden Phasen des Stators, die um einen vorbestimmten
Winkel relativ zu einer Rotorposition versetzt sind, wobei sich
die Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen im Wesentlichen kontinuierlich in Übereinstimmung
mit einer Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
und einer Drehzahl des Generator-Motors ändern. Ferner ein Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter,
wobei einem feldwicklungsartigen Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten
für ein Fahrzeug
Ströme
zugeführt
und solche von diesem ausgegeben werden, bei dem Phasenspannungen durch
rechteckige Wellenspannungsführungen
mit vorbestimmter Winkelbreite gesteuert werden, Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen eines Stators gesteuert (bestimmt) werden,
um einen vorbestimmten Winkel relativ zu einer Rotorposition, die
durch das Rotorpositionserfassungsmittel erfasst wurde, zu ändern, und
die Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen gesteuert werden, um sich im Wesentlichen
kontinuierlich in Übereinstimmung
mit einer Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters und einer Drehzahl
des Generator-Motors
zu ändern.
Entsprechend werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
- (1) Dank der Rechteckwellenführung,
die von der sinusförmigen
PWM-Wellenführung
verschieden ist, kann die Eingangsspannung bis zum Äußersten
genutzt werden, und ein Drehmoment wird verbessert.
- (2) Die Leitungsstartphasen werden auf den vorbestimmten Winkel
relativ zur Rotorposition geändert,
und sie werden kontinuierlich in Bezug auf die Drehzahl und die
Eingangsspannung verändert,
so dass das Drehmoment derart gesteuert werden kann, dass es einen
vorbestimmten Wert bei jeder Eingangsspannung und jeder Drehzahl
annimmt.
- (3) Ferner können
die Führungsstartwinkel
derart gesteuert werden, dass die Effizienz des Motors maximiert
wird.
- (4) Da kein PWM-Schalten verwendet wird, kann die Kapazität eines
glättenden
Kondensators zum Unterdrücken
der Stoßspannung
einer Eingangsleitung verringert werden, und die Größe des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
sowie seine Kosten können
reduziert werden.
- (5) Da kein PWM-Schalten verwendet wird, kann der Schaltverlust
des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters verringert werden, und die
Effizienz desselben kann erhöht
werden.
- (6) Dank des Generator-Motors mit ausgeprägten Polkanten wird ein magnetisches
Widerstandsmoment durch Ändern
der Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen des Stators relativ zu der Rotorposition erzeugt,
und das Drehmoment kann verbessert werden.
- 2. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt
1, bei der sich die Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit
von einer erfassten Temperatur ändern.
Eine Fahrzeug-Generator-Motorsteuervorrichtung
nach Unterpunkt 1, wobei der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
Temperaturerfassungsmittel umfasst, und wobei die Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit
von Temperaturen geändert
werden. Somit wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
- (1) Da sich der optimale Führungsstartwinkel
in Abhängigkeit
von Temperaturen ändert,
wird das Drehmoment verbessert, indem die Leitungsstartphase in Übereinstimmung
mit der erfassten Temperatur geändert wird.
- 3. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt
1, wobei sich die Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen in Abhängigkeit
von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters,
von einem Feldstrom und von einem Betrieb eines elektronischen Feldwechselrichters ändern. Zudem
eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung
nach Unterpunkt 1, wobei der Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
Feldstromerfassungsmittel aufweist, und wobei die Führungsstartwinkel der
entsprechenden Phasen in Abhängigkeit
von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters,
von einem Feldstrom und von einem Betrieb eines elektronischen Feldwechselrichters geändert werden.
Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
- (1) Der optimale Führungsstartwinkel ändert sich
in Abhängigkeit
von Temperaturen, und der Feldstrom ändert sich in Abhängigkeit
von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters, von dem Betrieb
und von der Temperatur, so dass das Drehmoment verbessert wird,
indem die Leitungsstartphase in Abhängigkeit von diesen Größen geändert wird.
- 4. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 3, wobei eine Feldschwächung durchgeführt wird,
indem ein Strom eines Wicklungsfeldes in Übereinstimmung mit der Eingangsspannung
des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
und der Drehzahl des Generator-Motors geändert wird. Auf diese Weise
werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
- (1) Die Feldschwächung
wird durch den Feldstrom durchgeführt, so dass die Reaktionsspannung
des Stators unterdrückt
werden kann, und ein Statorstrom kann erhöht werden, so dass das Drehmoment
verbessert wird.
- (2) Zudem kann ein Feldwechselrichterverlust verringert werden,
indem der Feldstrom reduziert wird, so dass eine Effizienz stärker als
bei der Feldschwächung
basierend auf dem Statorstrom verbessert wird.
- (3) Da der Statorstrom und der Feldstrom eines Rotors gesteuert
werden, nimmt ferner eine Einsatzflexibilität zu, und ein Laufen mit einer
noch höheren
Effizienz ist möglich.
- 5. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 4, wobei eine Leitungsbreite der Phasenspannungen
der entsprechenden Phasen des Stators 180° beträgt. Auf diese Weise wird der
nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
- (1) Dank der 180°-Rechteckwellenführung können die
Spannungen bis zum Äußersten
verwendet werden, und das Drehmoment kann verbessert werden.
- 6. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 4, wobei eine Leitungsbreite der Phasenspannungen
der entsprechenden Phasen des Stators 120° beträgt. Auf diese Weise wird der
nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
- (1) Wenn der Strom mit der 180°-Rechteckwellenführung übermäßig groß ist, kann
er durch 120°-Rechteckwellenführung unterdrückt werden,
und der Temperaturanstieg des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
und der Energieverlust von Energieelementen können verhindert werden.
- 7. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 6, wobei sich die Führungsstartwinkel der entsprechenden
Phasen ändern,
um das Drehmoment, das bei jeder Umdrehung bestimmt wird, zu maximieren.
Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte
1 bis 6, wobei die Führungsstartwinkel
der entsprechenden Phasen gesteuert werden, um das Drehmoment bei
jeder Umdrehung zu maximieren. Auf diese Weise wird der nachfolgend
genannte Vorteil erzielt:
- (1) Da die Führungsstartwinkel
gesteuert werden, um das Drehmoment zu maximieren, kann die Leistung des
Motors bis zum Äußersten
verwendet werden, und der Motor kann schnell auf hohe Drehzahlen
gedreht werden.
- 8. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 7, wobei wesentliche Wellen von Phasenströmen derart
gesteuert werden, dass Leistungsfaktoren im Wesentlichen den Wert
Eins annehmen. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung
nach einem der Unterpunkte 1 bis 7, wobei wesentliche Wellen der
Phasenspannungen und wesentliche Wellen der Phasenströme derart gesteuert
werden, dass Leistungsfaktoren nahezu den Wert Eins annehmen. Auf
diese Weise werden die nachfolgend genannten Vorteile erzielt:
- (1) Da das Drehmoment bei dem Leistungsfaktor mit dem Wert Ein
im Wesentlichen maximal wird, wird dieser Leistungsfaktor mit dem
Wert Eins als ein Mittel zum Bestimmen der Rechteckwellenspannungsphasen des
Stators verwendet, so dass die Spannungsphasen durch denselben Algorithmus
gesteuert werden können,
und zwar unabhängig
von der Eingangsspannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters
und der Drehzahl des Generator-Motors.
- (2) Da die Phasen der Statorphasenspannungen durch die Stromphasen
des Stators bestimmt werden können,
können
sie unabhängig
von den Wicklungsspezifikationen des Generator-Motors gesteuert werden, und die Spezifikationen
und Zustände
von verschiedenen Generator-Motoren können gemeistert werden.
- 9. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 7, wobei eine Steuerung in einer Richtung
eine Abnahme eines Verlustes eines Gesamtsystems durchgeführt wird.
Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung
nach einem der Unterpunkte 1 bis 7, wobei eine Steuerung derart
durchgeführt
wird, dass ein Verlust eines Gesamtsystems minimiert wird. Auf diese
Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
- (1) Wenn das maximale Drehmoment nicht erforderlich ist, wird
der Verlust hinsichtlich der Temperaturen, etc., einer Batterie
und einer Verdrahtung, des Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters, des Generator-Motors,
etc., minimiert, so dass keine Energie verschwendet wird und eine
Effizienz verbessert werden kann.
- 10. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 9, wobei die Rotorposition durch einen bekannten
Drehmelder erfasst wird. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach
einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei ein Rotorpositionserfassungsmittel
ein bekannter Drehmelder ist. Auf diese Weise werden die nachfolgend
genannten Vorteile erzielt:
- (1) Der Drehmelder kann die Position mit einer hohen Genauigkeit
erfassen, die Auflösung
des Führungsstartwinkels
wird verbessert, und die Phase kann fein gesteuert werden, so dass
Kennlinien verbessert werden.
- (2) Da die Steuervorrichtung eine Wicklung und eine magnetische
Schaltung verwendet und strukturell einfach aufgebaut ist, kann
sie selbst bei hohen Temperaturen verwendet werden. Sie ist vergleichsweise preiswert
und robust.
- 11. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 9, wobei die Rotorposition mit Hilfe eines
Codiergeräts
erfasst wird. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach
einem der Unterpunkte 1 bis 9, wobei das Rotorpositionserfassungsmittel
ein Codiergerät
ist. Auf diese Weise wird der nachfolgend genannte Vorteil erzielt:
- (1) Das Codiergerät
kann die Position mit einer höheren
Genauigkeit als der Drehmelder erfassen, und die Auflösung des
Führungsstartwinkels
wird verbessert, um das Drehmoment und die Effizienz zu verbessern.
- 12. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem
der Unterpunkte 1 bis 9, wobei das Erfassungsmittel für die Rotorposition
die Drehzahl von einem Zyklus einer rechteckwellenförmigen Signalwellenform
der erfassten Rotorposition berechnet, und es eine Interpolation
der Rotorposition für
Rotorpositionsinformationselemente ausführt, die von einer Kombination
mehrerer Rechteckwellen erzielt wurden, um die Rotorposition mit
einer verbesserten Auflösung
zu verwenden. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach einem der Unterpunkte
1 bis 9, wobei das Rotorpositionserfassungsmittel die Drehzahl von
einem Zyklus einer rechteckwellenförmigen Signalwellenform der
Rotorposition berechnet, die durch ein Element, wie beispielsweise
ein Hall-IC-Schalter, erfasst wird, und wobei es eine Interpolation der
Rotorposition für
Rotorpositionsinformationselemente ausführt, die von einer Kombination
mehrerer Rechteckwellen erzielt wurden, um die Rotorposition mit
einer verbesserten Auflösung
zu verwenden. Auf diese Weise werden die nachfolgend genannten Vorteile
erzielt:
- (1) Der Hall-Schalter ist preiswerter als der Drehmelder.
- (2) Dank der Interpolation der Rotorposition kann eine Rotorpositionsgenauigkeit
verbessert werden, so dass das Drehmoment und die Effizienz verbessert
werden können.
- 13. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach Unterpunkt
12, wobei in einem Fall, in dem eine Drehzahl eines Rotors Null
ist, eine Statorspannung einer Rechteckwellensteuerung im Gleichlauf
mit einer Führungskante
oder einer nachfolgenden Kante der rechteckwellenförmigen Signalwellenform
ausgesetzt wird, ohne die Winkelinterpolation der Rotorposition
auszuführen,
und das Erfassungsmittel für
die Rotorposition wird eingestellt, um das Drehmoment in diesem
Fall zu maximieren. Eine Fahrzeug-Generator-Motor-Steuervorrichtung nach
Unterpunkt 12, wobei in Bezug auf die rechteckförmige Signalwellenform der
Rotorposition, die durch das Element, wie beispielsweise ein Hall-IC-Schalter,
bestimmt wurde, in einem Fall, in dem eine Drehzahl eines Rotors
Null ist, eine Statorspannung einer Rechteckwellensteuerung synchron
mit einer führenden
Kante oder einer nachlaufenden Kante der rechteckwellenförmigen Signalwellenform
ausgesetzt wird, ohne die Winkelinterpolation der Rotorposition
auszuführen,
und das Drehzahlerfassungsmittel eingestellt wird, um das Drehmoment
in diesem Fall zu maximieren. Auf diese Weise werden die nachfolgend
genannten Vorteile erzielt:
- (1) Die Winkelinterpolation der Rotorposition ist bei einer
Drehzahl von Null unmöglich,
wobei jedoch eine Ansteuerung ohne die Winkelinterpolation möglich ist.
- (2) Wenn die Drehzahl Null ist, wird das Erfassungsmittel derart
eingestellt, dass es das maximale Drehmoment gewährleistet, ohne die Winkelinterpolation
durchzuführen,
so dass die Leistung des Motors bis zum Äußersten verwendet werden kann.
-
Fachleuten
wird klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen
der vorliegenden Erfindung möglich
sind, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
und es sollte ferner klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die zuvor beschriebenen erläuternden
Ausführungsformen
beschränkt
ist.
-
Figurenbeschreibung
-
1
-
-
- Energieversorgung
- Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter
- Wicklungsfeldartiger Generator-Motor mit ausgeprägten Polkanten
-
- 22: Dreiphasen-Gate-Driver
- 21: Arithmetische Einheit
- 23: Feld-Gate-Driver
- 24: Rotorpositionserfassungsschaltung
-
2
-
-
- Linienspannungen
- Konverterphasenspannungen
- Rotorposition
-
3
-
-
- Linienspannungen
- Konverterphasenspannungen
- Rotorposition
-
4
-
- oben:
- Führungsstartphasenwinkel-Drehzahlkennlinie
- links:
- Führungsstartphasenwinkel
[Grad]
- unten:
- Drehzahl [U/min]
-
5
-
- links von oben nach unten:
-
- Spannungswellenform
- Spannungsausnutzungsgrad
-
- PWM-Sinuswelle
- 120°-Rechteckwelle
- 180°-Rechteckwelle
-
6
-
- oben:
- Drehmoment-Drehzahlkennlinie
- links:
- Moment [Nm]
- unten:
- Drehzahl [U/min]
-
- Startphase der 180°-Rechteckwellenführung wird
kontinuierlich geändert
- Startphase der 180°-Rechteckwellenführung bleibt
bei 40° konstant
- Startphase der 180°-Rechteckwellenführung bleibt
bei 100° konstant
-
7
-
- oben:
- Drehmoment-U-Phasenführungsstartwinkelkennlinie
- links:
- Drehmoment [Nm]
- unten:
- U-Phasenführungsstartwinkel
[Grad]
-
- 200 U/min
- 80% Drehmoment
- 500 U/min
- Maximales Drehmoment
- 80% Drehmoment
- 1000 U/min
- 2000 U/min
-
8
-
- oben:
- Drehmoment-Stromphasenkennlinie
- links:
- Drehmoment [Nm]
- unten:
- Stromphasenwinkel [Grad]
-
- Durchgezogene Linie: Maschine mit ausgeprägten Polkanten
- Gestrichelte Linie: Maschine ohne ausgeprägte Polkanten
-
9
-
- oben:
- U-Phasenführungsstartphasenwinkel-Drehzahlkennlinie
- links:
- U-Phasenführungsstartphasenwinkel
[Grad]
- unten:
- Drehzahl [U/min]
-
10
-
- 22: Dreiphasen-Gate-Driver
- 21: Arithmethische Einheit
- 23: Feld-Gate-Driver
- 24: Rotorpositionserfassungsschaltung
- 6: Nebenwiderstand
-
11
-
- oben:
- Drehmoment, Feldstrom-Drehzahlkennlinien
- links:
- Drehmoment [Nm]
- Feldstrom [A]
- unten:
- Drehzahl [U/min]
-
- Feldstrom wird geändert
- Feldstrom ist konstant
- Dicke Linie: Drehmoment
- Feine Linie: Feldstrom
-
12
-
- oben:
- Drehmoment-Drehzahlkennlinie
- links:
- Drehmoment [Nm]
- unten:
- Drehzahl [U/min]
-
- 180°-Reckteckwelle
- 120°-Rechteckwelle
- PWM-Sinuswelle
-
13
-
- von links nach rechts:
- Konverterphasenspannungen
- NHALL-IC-Schalter
-
14
-
- von links nach rechts:
- Konverterphasenspannungen
- NHALL-IC-Schalter
- Winkelinterpolation
-
15
-
- oben:
- Dreiphasen-Gate-Driver
- links:
- Arithmetische Einheit
- Feldstromkennlinie
- Phasenstromführung
- Rotopositionserfassungsschaltung
-
- rechts darüber:
- Feld-Gate-Driver
- darunter:
- Nebenwiderstand
-
16
-
- oben links:
- Feldstromkennlinie
- überall
r durch U ersetzen
-
- Phasenstromführungsstartwinkelkennlinie
- überall
r durch U ersetzen
