-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuerung, die
ausgelegt ist, eine Feldschwächungssteuerung
eines Dauermagnetfeld-Drehmotors durch Ändern einer Phasendifferenz
zwischen zwei um eine Drehachse angeordnete Rotoren durchzuführen.
-
2. Beschreibung des Stands
der Technik
-
Bis
jetzt ist ein Dauermagnetfeld-Drehmotor bekannt, der mit einem ersten
Rotor und einem zweiten Rotor ausgestattet ist, die konzentrisch
um eine Drehachse bereitgestellt sind, und der ausgelegt ist, die
Feldschwächungssteuerung
durch Ändern
einer Phasendifferenz zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten
Rotor entsprechend einer Drehgeschwindigkeit auszuführen (siehe
zum Beispiel die japanische offen gelegte Patentanmeldung Nr. 2002-204541).
-
In
einem solchen herkömmlichen
Motor sind der erste Rotor und der zweite Rotor durch das Zwischenstück eines
Elements verbunden, das sich in Radialrichtung verlagert, wenn es
einer Zentrifugalkraft ausgesetzt ist. Der Motor ist derart ausgelegt,
dass, wenn sich der Motor in einem Haltezustand befindet, die Magnetpole
der in dem ersten Rotor angeordneten Dauermagnete und die Magnetpole
der in dem zweiten Rotor angeordneten Dauermagnete in dieselbe Richtung
ausgerichtet sind, was maximale magnetische Flüsse des Felds bereitstellt.
Während
die Motordrehgeschwindigkeit zunimmt, vergrößert sich die Phasendifferenz
zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor auf Grund einer
Zentrifugalkraft, was folglich die magnetischen Flüsse des
Felds verringert.
-
14 stellt
einen Bereich dar, in dem das Motorfeld abgeschwächt werden muss, wobei die
Ordinatenachse das Abtriebsdrehmoment Tr und die Abszissenachse
die Umdrehungszahl N kennzeichnet. In 14 kennzeichnet
ein Buchstabe „u" eine orthogonale
Linie des Motors. Die Linie u wird durch Verbinden der Punkte gebildet, an
denen eine Phasenspannung des Motors gleich einer Speisespannung
wird, abhängig von
einer Kombination der Umdrehungszahl und eines Abtriebsdrehmoments,
wenn der Motor ohne Durchführung
der Feldschwächungssteuerung
betrieben wird. Ein Buchstabe X in der Figur kennzeichnet einen
Bereich, in dem die Feldschwächung
nicht erforderlich ist, während
ein Buchstabe Y einen Bereich kennzeichnet, in dem die Feldschwächung erforderlich
ist.
-
Wie
in 14 dargestellt ist, wird der Bereich Y, in dem
die Feldschwächung
erforderlich ist, durch die Umdrehungszahl N und das Abtriebsdrehmoment
Tr des Motors bestimmt. Folglich neigt bei der herkömmlichen
Feldschwächungssteuerung,
die nur von der Umdrehungszahl abhängt, ein Feldschwächungssteuerungsbetrag
dazu, ungünstigerweise überhöht oder
nicht ausreichend zu sein.
-
Grundlegend
beabsichtigt die Feldschwächungssteuerung,
eine elektromotorische Gegenkraft zu verringern, die in einem Anker
durch die Umdrehung des Motors erzeugt wird, um so eine Ankerklemmenspannung
zu hindern, größer als
eine Speisespannung zu werden, wodurch es möglich ist, den Motor in einem
größeren Umdrehungsbereich
zu verwenden. Wenn die Phasendifferenz zwischen dem ersten Rotor
und dem zweiten Rotor durch Verwenden der Umdrehungszahl des Motors
oder einer Zentrifugalkraft geändert
wird, ist lediglich die Umdrehungszahl der Parameter zur Änderung
der Feldschwächungshöhe. Dies
verhindert ungünstigerweise
flexible Änderungen
des steuerbaren Bereichs eines Abtriebsmoments oder einer Umdrehungszahl
des Motors.
-
Bei
einem Motor, der ebenfalls als Generator arbeitet, wird die Betriebsleistung
durch Verwenden unterschiedlicher Feldsteuerungsbeträge für einen
Antriebsbetrieb (positives Abtriebsdrehmoment) bzw. einem Energieerzeugungsbetrieb
(negatives Abtriebsmoment) für
dieselbe Umdrehungszahl verbessert. Ferner kann der Feldsteuerungsbetrag
ungünstigerweise
nicht zwischen dem Antriebsbetrieb und dem Energieerzeugungsbetrieb
geändert
werden, wenn die Phasendifferenz zwischen dem ersten Rotor und dem
zweiten Rotor durch die Umdrehungszahl oder eine Zentrifugalkraft
geändert
wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf den zuvor genannten Hintergrund
gemacht und es ist ein Ziel der Erfindung, eine Motorsteuerung bereitzustellen,
die in der Lage ist, eine effiziente Erregungssteuerung gemäß einem
Betriebszustand des Motors zu erreichen, ohne von einer Umdrehungszahl
des Motors bei dem Betrieb des Motors abzuhängen, der zwei um eine Drehachse
angeordnete Rotoren aufweist.
-
Zu
diesem Zweck ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Motorsteuerung bereitgestellt, die ausgelegt ist,
den Betrieb eines Dauermagnetfeld-Drehmotors mit einem ersten Rotor
und einem zweiten Rotor, die mehrere durch Dauermagnete erzeugte
Felder aufweisen und die um eine Drehachse angeordnet sind, durch
eine Feldsteuerung zu steuern, die durch Ändern einer Rotorphasendifferenz,
die die Phasendifferenz zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten
Rotor ist, durchgeführt
wird. Die Feldsteuerung umfasst eine Feldschwächungssteuerung zur Verringerung
der magnetischen Flüsse
der Motorfelder und eine Feldstärkungssteuerung
zur Vergrößerung der
Flüsse
der Motorfelder.
-
Eine
Motorsteuerung gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Wechselrichterschaltung
zur Umwandlung von Gleichstrom, der von einer Gleichstromquelle
geliefert wird, in Mehrphasenwechselstrom, der in einen Motoranker
gespeist wird; einen Rotorphasendifferenzschieber zur Änderung
der Rotorphasendifferenz; einen Gleichspannungswandler zur Änderung
einer Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle; und einen Klemmenspannungserhöher, der
wenigstens eine erste Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung,
um die Rotorphasendifferenz in eine Richtung zur Verringerung der magnetischen
Flüsse
der Motorfelder durch den Rotorphasendifferenzschieber zu ändern, oder
eine zweite Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung durchführt,
um eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle durch den Gleichspannungswandler
in dem Fall zu erhöhen,
in dem der Betrag eines resultierenden Vektors von Ankerklemmenspannungen
einzelner Phasen des Motors eine Sollspannung übersteigt, die festgelegt wurde,
nicht größer als
eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle zu sein.
-
Mit
dieser Anordnung nimmt, wenn der Betrag eines resultierenden Vektors
von Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors die Sollspannung übersteigt,
die Erregungshöhe
des Motors durch die Wechselrichterschaltung ab und ein Abtriebsdrehmoment
des Motors verringert sich entsprechend. In diesem Fall führt der
Klemmenspannungserhöher
daher die erste Verarbeitung zur Änderung der Rotorphasendifferenz
in die Richtung aus, die magnetischen Flüsse der Motorfelder zu verringern,
um so eine elektromotorische Gegenkraft des Motors zu verringern,
was es ermöglicht,
die Erregungshöhe
des Motors zu vergrößern. Es
ist ebenfalls möglich,
die Erregungshöhe
des Motors durch Ausführen
der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung zu vergrößern, um
eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle durch den Klemmenspannungserhöher zu vergrößern. Die
erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung und die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung werden durch den Klemmenspannungserhöher basierend
auf dem Betrag eines resultierenden Vektors von Klemmenspannungen
in dem Motor anstatt einer Umdrehungszahl des Motors durchgeführt. Dies
ermöglicht
es, den Motor effizient zu betreiben, indem eine erforderliche Erregungshöhe gemäß einer
Betriebsbedingung des Motors sichergestellt ist.
-
Bevorzugt
führt der
Klemmenspannungserhöher
die erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung vor der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung durch, wenn der Betrag des resultierenden Vektors
der Ankerklemmenspannungen der einzelnen Phasen des Motors die zuvor
genannte Sollspannung übersteigt
und führt
danach die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung durch,
wenn der Betrag des resultierenden Vektors der Ankerklemmenspannungen
der einzelnen Phasen des Motors größer bleibt als die Sollspannung,
selbst wenn die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
ausgeführt
wurde.
-
Mit
dieser Anordnung führt
dann in dem Fall, in dem der Betrag des resultierenden Vektors der
Ankerklemmenspannungen der einzelnen Phasen des Motors die Sollspannung übersteigt,
der Klemmenspannungserhöher
die erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung zuerst aus, um die magnetischen Flüsse der
Motorfelder zu verringern. In dem Fall, in dem die erste Verarbeitung
zur Erhöhung
einer Klemmenspannung den Betrag des resultierenden Vektors der
Klemmenspannung in dem Motor veranlasst, gleich oder kleiner als
die Sollspannung zu werden, kann die Motorerregung dann durch die
Wechselrichterschaltung erhalten werden. In dem Fall unterdessen,
in dem der Betrag des resultierenden Vektors der Klemmenspannung in
dem Motor noch höher
als die Sollspannung ist, nachdem die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung ausgeführt
wurde, wird dann die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung ausgeführt, um eine
Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle zu vergrößern, um
so zu ermöglichen, den
Betriebsbereich des Motors zu erweitern, innerhalb dessen der Motor
durch die Wechselrichterschaltung erregt werden kann.
-
Bevorzugt
wird ein Betrieb des Motors basierend auf einem vorgegebenen Drehmomentsteuerwert
gesteuert und der Klemmenspannungserhöher bestimmt die Ausführungsreihenfolge
der ersten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung und der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung basierend auf einer Änderungsrate des Drehmomentsteuerwerts.
-
Mit
dieser Anordnung benötigt
die mechanische Verarbeitung zur Änderung der Rotorphasendifferenz durch
den Rotorphasendifferenzschieber in der ersten Verarbeitung zur
Erhöhung
einer Klemmenspannung länger,
um auf einen Änderungssteuerwert
zu reagieren, als die elektrische Verarbeitung in der zweiten Verarbeitung
zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, wobei eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle durch
den Gleichspannungswandler geändert
wird. Aus diesem Grund wird dann abhängig von einer Änderungsrate
des Drehmomentsteuerwerts, wenn zum Beispiel die Änderungsrate
größer ist
als ein voreingestellter Referenzwert, die zweite Verarbeitung zur
Erhöhung
einer Klemmenspannung, die eine kleinere Reaktionszeit erfordert,
zuerst ausgeführt,
so dass der Erhaltung der Erregungshöhe des Motors Priorität eingeräumt werden
kann. In dem Fall, in dem die Änderungsrate
gleich dem Referenzwert oder kleiner ist, wird dann die erste Verarbeitung
zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, die eine längere Reaktionszeit benötigt, zuerst ausgeführt, so
dass der Erhaltung der Motorbetriebsleistung Priorität eingeräumt werden
kann.
-
Bevorzugt
bestimmt der Klemmenspannungserhöher
die Ausführungsreihenfolge
der ersten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung und der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung basierend auf einem Differenzbetrag zwischen dem
Betrag des resultierenden Vektors der Ankerklemmenspannungen der
einzelnen Phasen des Motors und der Sollspannung.
-
Mit
dieser Anordnung wird dann abhängig
von einem Differenzbetrag zwischen dem Betrag des resultierenden
Vektors der Ankerklemmenspannungen der einzelnen Phasen des Motors
und der Sollspannung, wenn zum Beispiel die Differenz größer als
ein voreingestellter Referenzwert ist, die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung, die eine kleinere Reaktionszeit erfordert, zuerst
ausgeführt,
so dass der Erhaltung der Erregungshöhe des Motors Priorität eingeräumt werden
kann. In dem Fall, in dem die Differenz gleich dem Referenzwert
oder kleiner ist, wird dann die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung, die eine längere
Reaktionszeit benötigt,
zuerst ausgeführt,
so dass der Erhaltung der Motorbetriebsleistung Priorität eingeräumt werden
kann.
-
Bevorzugt
beinhaltet die Motorsteuerung einen Rotorstellungsdetektor, der
eine Stellung des ersten Rotors detektiert; und eine Erregungssteuereinheit,
die den Motor durch Umformung des Motors in eine Äquivalenzschaltung
handhabt, basierend auf einem rotierenden Zweiphasengleichstromkoordinatensystem,
das sich aus einer d-Achse, die die Richtung eines magnetischen
Feldflusses angibt, und einer zu der d-Achse orthogonalen q-Achse
zusammensetzt, basierend auf der Stellung des ersten Rotors, und
die die Erregungshöhe
eines auf jeder Achse angeordneten Ankers in der Äquivalenzschaltung
steuert und dadurch die Motorerregung, wobei der Klemmenspannungserhöher wenigstens
die erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung oder eine dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung ausführt,
wodurch die Erregungshöhe
des auf der d-Achse angeordneten Ankers in der Erregungssteuerung
in dem Fall vergrößert wird,
in dem der Betrag eines resultierenden Vektors der Klemmenspannungen
in dem Motor die Sollspannung übersteigt.
-
Mit
dieser Anordnung führt
der Klemmenspannungserhöher
die dritte Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung durch, wodurch die Erregungshöhe des auf
der d-Achse angeordneten Ankers zusätzlich zu der ersten Verarbeitung
zur Erhöhung
einer Klemmenspannung und der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung vergrößert wird,
was es somit ermöglicht,
eine in dem Motor erzeugte elektromotorische Gegenspannung weiter
zu verringern. Dies ermöglicht
es, dass der Motor in einem höheren
Drehbereich betrieben wird.
-
Bevorzugt
führt der
Klemmenspannungserhöher
die erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung und die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung vor der dritten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung in dem Fall aus, in dem der Betrag des resultierenden
Vektors der Klemmenspannungen in dem Motor die Sollspannung übersteigt,
und führt
die dritte Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung in dem Fall aus, in dem der Betrag des resultierenden
Vektors der Klemmenspannungen in dem Motor größer als die Sollspannung bleibt,
selbst nachdem die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
und die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
ausgeführt
wurden.
-
Mit
dieser Anordnung führt
dann in dem Fall, in dem der Betrag des resultierenden Vektors der
Klemmenspannungen in dem Motor die Sollspannung übersteigt, der Klemmenspannungserhöher die
erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung und die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung vor der dritten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung aus. Dies ermöglicht
es zu verhindern, dass sich die Betriebsleistung des Motors auf
Grund eines Anstiegs der Erregungshöhe des d-Achsen-Ankers durch die dritte Verarbeitung
zur Erhöhung
einer Klemmenspannung verringert.
-
Bevorzugt
wird ein Betrieb des Motors basierend auf einem vorgegebenen Drehmomentsteuerwert
gesteuert und der Klemmenspannungserhöher bestimmt die Ausführungsreihenfolge
der ersten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung und der dritten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung basierend auf einer Änderungsrate des Drehmomentsteuerwerts.
-
Mit
dieser Anordnung wird dann abhängig
von einer Änderungsrate
des Drehmomentsteuerwerts, wenn zum Beispiel die Änderungsrate
größer ist
als ein voreingestellter Referenzwert, die zweite Verarbeitung zur
Erhöhung
einer Klemmenspannung oder die dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung, die elektrische Verarbeitungen sind und eine kleinere
Reaktionszeit erfordern, zuerst ausgeführt, so dass der Erhaltung
der Erregungshöhe
des Motors Priorität
eingeräumt
werden kann. In dem Fall, in dem die Änderungsrate gleich dem Referenzwert
oder kleiner ist, wird dann die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung, wodurch die Erregungshöhe des Motors verringert wird,
obwohl es eine mechanische Verarbeitung ist und eine längere Reaktionszeit
benötigt,
zuerst ausgeführt,
so dass der Erhaltung der Motorbetriebsleistung Priorität eingeräumt werden
kann.
-
Bevorzugt
bestimmt der Klemmenspannungserhöher
die Ausführungsreihenfolge
der ersten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung und der dritten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung basierend auf dem Betrag einer Differenz zwischen
dem Betrag des resultierenden Vektors der Ankerklemmenspannungen
einzelner Phasen des Motors und der Sollspannung.
-
Mit
dieser Anordnung wird dann abhängig
von einem Differenzbetrag zwischen dem Betrag des resultierenden
Vektors der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors und
der Sollspannung, wenn zum Beispiel die Differenz größer ist
als ein voreingestellter Referenzwert, die zweite Verarbeitung zur
Erhöhung
einer Klemmenspannung oder die dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung, die eine kleinere Reaktionszeit erfordern, zuerst
ausgeführt,
so dass der Erhaltung der Erregungshöhe des Motors Priorität eingeräumt werden
kann. In dem Fall, in dem die Differenz gleich dem Referenzwert
oder kleiner ist, wird dann die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung, die eine längere
Reaktionszeit benötigt, zuerst
ausgeführt,
so dass der Erhaltung der Motorbetriebsleistung Priorität eingeräumt werden
kann.
-
Eine
Motorsteuerung gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Wechselrichterschaltung
zur Umwandlung von Gleichstrom, der von einer Gleichstromquelle
geliefert wird, in Mehrphasenwechselstrom, der in einen Motoranker
gespeist wird; einen Rotorphasendifferenzschieber zur Änderung
der Rotorphasendifferenz; einen Gleichspannungswandler zur Änderung
einer Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle; und einen Klemmenspannungsreduzierer,
der wenigstens eine erste Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung,
um die Rotorphasendifferenz in eine Richtung zur Vergrößerung der
magnetischen Flüsse
der Motorfelder durch den Rotorphasendifferenzschieber zu ändern, oder
eine zweite Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung durchführt, um
eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle durch den Gleichspannungswandler
in dem Fall zu verringern, in dem der Betrag eines resultierenden
Vektors von Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors kleiner
als eine Sollspannung wird, die festgelegt wurde, nicht größer als
eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle zu sein.
-
Mit
dieser Anordnung steigt dann in dem Fall, in dem der Betrag eines
resultierenden Vektors der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen
des Motors kleiner wird als die Sollspannung, die Verlustleistung, die
auftritt, wenn die Gleichspannung in der Wechselrichterschaltung
in die Mehrphasenwechselspannung umgewandelt wird. In dieses Fall
führt daher
der Klemmenspannungsreduzierer die erste Verarbeitung zur Reduzierung
einer Klemmenspannung durch Ändern
der Rotorphasendifferenz aus, so dass die magnetischen Flüsse der
Motorfelder vergrößert werden
können,
um die Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen anzuheben. Dies wiederum
ermöglicht,
eine Differenz zwischen dem Betrag eines resultierenden Vektors
der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors und der Sollspannung
zu reduzieren, was folglich eine Verringerung der Verlustleistung
in der Wechselrichterschaltung ermöglicht.
-
Eine
Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle kann durch Ausführen der
zweiten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung durch Ändern einer
Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle durch den Klemmenspannungsreduzierer
verringert werden. Dies ermöglicht
es wiederum, eine Differenz zwischen dem Betrag eines resultierenden
Vektors der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors und
der Spannung der Gleichspannungsquelle, die der Wechselrichterschaltung
zugeführt
wird, zu verringern, was folglich eine Verringerung der Verlustleistung
in der Wechselrichterschaltung ermöglicht. Die erste Verarbeitung
zur Reduzierung einer Klemmenspannung und die zweite Verarbeitung
zur Reduzierung einer Klemmenspannung werden basierend auf dem Betrag
eines resultierenden Vektors der Klemmenspannungen in dem Motor
anstelle einer Umdrehungszahl des Motors ausgeführt. Somit ist es möglich, eine
Betriebsleistungsverschlechterung des Motors gemäß einer Betriebsbedingung des
Motors einzuschränken.
-
Bevorzugt
führt der
Klemmenspannungsreduzierer die erste Verarbeitung zur Reduzierung
einer Klemmenspannung vor der zweiten Verarbeitung zur Reduzierung
einer Klemmenspannung in dem Fall aus, in dem der Betrag des resultierenden
Vektors der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors kleiner
wird als die zuvor genannte Sollspannung und führt dann die zweite Verarbeitung
zur Reduzierung einer Klemmenspannung in dem Fall aus, in dem der
Betrag des resultierenden Vektors der Ankerklemmenspannungen einzelner
Phasen des Motors kleiner bleibt als die Sollspannung, selbst nachdem
die erste Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung ausgeführt wurde.
-
Mit
dieser Anordnung führt
dann in dem Fall, in dem der Betrag des resultierenden Vektors der
Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors kleiner wird
als die Sollspannung, der Klemmenspannungsreduzierer die erste Verarbeitung
zur Reduzierung einer Klemmenspannung zuerst aus, um die magnetischen
Flüsse
der Motorfelder zu vergrößern. Die
Ausführung
der ersten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung bringt
den Betrag des resultierenden Vektors der Klemmenspannungen in dem
Motor nahe an die Sollspannung. Dies ermöglicht es, die Verlustleistung
in der Wechselrichterschaltung zu verringern und die Erregungshöhe des Motors
zu reduzieren.
-
Bevorzugt
wird ein Betrieb des Motors basierend auf einem vorgegebenen Drehmomentsteuerwert
gesteuert und der Klemmenspannungsreduzierer bestimmt die Ausführungsreihenfolge
der ersten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung und
der zweiten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung basierend
auf einer Änderungsrate
des Drehmomentsteuerwerts.
-
Mit
dieser Anordnung wird dann abhängig
von einer Änderungsrate
des Drehmomentsteuerwerts, wenn zum Beispiel die Änderungsrate
größer als
ein voreingestellter Referenzwert ist, die zweite Verarbeitung zur
Reduzierung einer Klemmenspannung, die eine elektrische Verarbeitung
ist und eine kürzere
Reaktionszeit erfordert, zuerst ausgeführt, so dass eine Betriebsbedingung
der Wechselrichterschaltung sofort gemäß einer Änderung eines Abtriebsdrehmoments
des Motors geändert
werden kann. In dem Fall, in dem die Änderungsrate gleich dem Referenzwert
oder kleiner ist, wird dann die erste Verarbeitung zur Reduzierung
einer Klemmenspannung, die es ermöglicht, die Erregungshöhe des Motors
zu reduzieren, obwohl sie eine mechanische Verarbeitung ist und
eine längere
Reaktionszeit benötigt,
zuerst ausgeführt,
so dass die Betriebsbedingung der Wechselrichterschaltung geändert werden
kann.
-
Bevorzugt
bestimmt der Klemmenspannungsreduzierer die Ausführungsreihenfolge der ersten
Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung und der zweiten
Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung basierend auf
dem Betrag einer Differenz zwischen dem Betrag des resultierenden
Vektors der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors und
der Sollspannung.
-
Mit
dieser Anordnung wird dann abhängig
von dem Betrag einer Differenz zwischen dem Betrag des resultierenden
Vektors der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen des Motors und
der Sollspannung, wenn zum Beispiel die Differenz größer als
ein voreingestellter Referenzwert ist, die zweite Verarbeitung zur Reduzierung
einer Klemmenspannung, die eine kürzere Reaktionszeit erfordert,
zuerst ausgeführt,
so dass eine Betriebsbedingung der Wechselrichterschaltung sofort
gemäß einer Änderung
eines Abtriebsdrehmoments des Motors geändert werden kann. In dem Fall,
in dem die Differenz gleich dem Referenzwert oder kleiner ist, wird
dann die erste Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung,
die es ermöglicht,
die Erregungshöhe
des Motors zu reduzieren, obwohl sie eine längere Reaktionszeit benötigt, zuerst
ausgeführt,
so dass eine Betriebsbedingung der Wechselrichterschaltung geändert werden
kann.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Anordnungsdiagramm eines bürstenlosen
Gleichstrommotors, der mit einem Doppelrotor ausgestattet ist;
-
2(a) und 2(b) sind
ein Anordnungsdiagramm bzw. ein erläuterndes Betriebsdiagramm eines Mechanismus
zur Änderung
einer Phasendifferenz zwischen einem Außenrotor und einem Innenrotor
des in 1 dargestellten bürstenlosen Gleichstrommotors;
-
3(a) und 3(b) sind
erläuternde
Diagramme der Vorteile, die durch Änderung der Phasendifferenz
zwischen dem Außenrotor
und dem Innenrotor bereitgestellt werden;
-
4 ist
ein erläuterndes
Diagramm der Vorteile, die durch Änderung der Phasendifferenz
zwischen dem Außenrotor
und dem Innenrotor bereitgestellt werden;
-
5 ist
ein Steuerblockdiagramm einer Motorsteuerung;
-
6 ist
ein Spannungszeigerdiagramm in einem d-q-Koordinatensystem;
-
7(a) ist ein erläuterndes Diagramm einer Abbildung
zur Bestimmung einer Rotorphasendifferenz aus einer Induktionsspannungskonstanten
und 7(b) ist eine Abbildung zur
Bestimmung einer Rotorphasendifferenz aus einer Induktionsspannungskonstanten
und einer Induktanz eines q-Achsen-Ankers;
-
8(a), 8(b), 8(c) und 8(d) sind
erläuternde
Diagramme der durch Schwächung
der Felder und Vergrößerung einer
Versorgungsspannung erzielten Vorteile;
-
9(a), 9(b), 8(c) und 9(d) sind
erläuternde
Diagramme der durch Stärkung
der Felder und Verkleinerung einer Versorgungsspannung erzielten
Vorteile;
-
10 ist
ein Ablaufflussdiagramm zur Bestimmung der Ausführungsreihenfolge, um einen
resultierenden Vektor der Ankerklemmenspannungen einzelner Phasen
des Motors nahe an einen Sollspannungskreis zu bringen;
-
11 ist
ein Ablaufflussdiagramm, um einen resultierenden Vektor der Ankerklemmenspannungen einzelner
Phasen des Motors nahe an einen Sollspannungskreis zu bringen;
-
12 ist
ein erläuterndes
Diagramm einer Abbildung zur Bestimmung einer Rotorphasendifferenz aus
einer Induktionsspannungskonstante;
-
13 ist
ein Ablaufflussdiagramm zur Änderung
einer Rotorphasendifferenz durch einen Aktor; und
-
14 ist
ein erläuterndes
Diagramm, das einen Bereich darstellt, in dem eine Feldschwächung in dem
Motor erforderlich ist.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 13 erläutert werden. 1 ist
ein Anordnungsdiagramm eines bürstenlosen
Gleichstrommotors, der mit einem Doppelrotor ausgestattet ist, 2(a) und 2(b) sind
ein Anordnungsdiagramm bzw. ein erläuterndes Betriebsdiagramm eines
Mechanismus zur Änderung
einer Phasendifferenz zwischen einem Außenrotor und einem Innenrotor
des in 1 dargestellten bürstenlosen Gleichstrommotors, 3 und 4 sind erläuternde
Diagramme der Vorteile, die durch Änderung der Phasendifferenz
zwischen dem Außenrotor
und dem Innenrotor bereitgestellt werden, 5 ist ein
Steuerblockdiagramm einer Motorsteuerung, 6 ist ein
Spannungszeigerdiagramm in einem d-q-Koordinatensystem, 7 stellt erläuternde Diagramme einer Abbildung
zur Bestimmung einer Rotorphasendifferenz aus einer Induktionsspannungskonstante
und eine Abbildung zur Bestimmung einer Rotorphasendifferenz aus
eine Induktionsspannungskonstante und einer Induktanz eines q-Achsen-Ankers
dar, 8 stellt erläuternde Diagramme der durch
Schwächung
eines Feldes und Vergrößerung einer
Versorgungsspannung erhaltenen Vorteile dar, 9 stellt
erläuternde
Diagramme der durch Stärkung
der Felder und Verkleinerung einer Versorgungsspannung erhaltenen
Vorteile dar, 10 ist ein Ablaufflussdiagramm
zur Bestimmung der Ausführungsreihenfolge,
um einen resultierenden Vektor der Ankerklemmenspannungen einzelner
Phasen des Motors nahe an einen Sollspannungskreis zu bringen, 11 ist
ein Ablaufflussdiagramm, um einen resultierenden Vektor der Ankerklemmenspannungen
einzelner Phasen des Motors nahe an einen Sollspannungskreis zu
bringen, 12 ist ein erläuterndes
Diagramm einer Abbildung zur Bestimmung einer Rotorphasendifferenz
aus einer Induktionsspannungskonstante und 13 ist
ein Ablaufflussdiagramm zur Änderung
einer Rotorphasendifferenz durch einen Aktor.
-
In 1 ist
ein Motor 1 in der vorliegenden Ausführungsform ein bürstenloser
Gleichstrommotor, der mit einem Innenrotor 11 (der einem
zweiten Rotor in der vorliegenden Erfindung entspricht), der Felder
von Dauermagneten 11a und 11b aufweist, die in
gleichen Abständen
in Umfangsrichtung angeordnet sind, einem Außenrotor 12 (der einem
ersten Rotor in der vorliegenden Erfindung entspricht), der Felder
von Dauermagneten 12a und 12b aufweist, die in
gleichen Abständen
in Umfangsrichtung angeordnet sind, und einem Stator 10 ausgestattet
ist, der einen Anker 10a zur Erzeugung von Rotationsfeldern
in Bezug zu dem Innenrotor 11 und dem Außenrotor 12 aufweist.
Der Motor 1 wird als Antriebsquelle zum Beispiel eines
Hybridfahrzeugs oder eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs verwendet
und arbeitet als Motor und Generator, wenn er in einem Hybridfahrzeug
angebracht ist.
-
Der
Innenrotor 11 und der Außenrotor 12 sind konzentrisch
derart angeordnet, dass ihre Drehachsen beide zu einer Drehachse 2 des
Motors 1 koaxial sind. In dem Innenrotor 11 sind
die Dauermagnete 11a mit ihren Nordpolen der Drehachse 2 gegenüberliegend
und die Dauermagnete 11b mit ihren Südpolen der Drehachse 2 gegenüberliegend
abwechselnd angeordnet. Ähnlich
sind in dem Außenrotor 12 die
Dauermagnete 12a mit ihren Nordpolen der Drehachse 2 gegenüberliegend
und die Dauermagnete 12b mit ihren Südpolen der Drehachse 2 gegenüberliegend
abwechselnd angeordnet.
-
Der
Motor 1 umfasst ferner einen Planetengetriebemechanismus 30,
der in 2(a) dargestellt ist, um eine
Rotorphasendifferenz zu ändern,
die eine Phasendifferenz zwischen dem Außenrotor 12 und dem
Innenrotor 11 ist. In 2(a) ist
der Planetengetriebemechanismus 30 ein Einritzelplanetengetriebemechanismus, der
in einem hohlen Bereich des Innenrotors 11 an seiner inneren
Umfangsseite angeordnet ist. Der Planetengetriebemechanismus 30 umfasst
einen ersten Zahnkranz R1, der koaxial und in einem Stück mit dem
Außenrotor 12 ausgebildet
ist, einen zweiten Zahnkranz R2, der koaxial und in einem Stück mit dem
Innenrotor 11 ausgebildet ist, ein erstes Planetenrad 31,
das mit dem ersten Zahnkranz R1 in Eingriff steht, ein zweites Planetenrad 32,
das mit dem zweiten Zahnkranz R2 in Eingriff steht, ein Sonnenrad
S, das ein Zwischenrad ist, das mit dem ersten Planetenrad 31 und
dem zweiten Planetenrad 32 in Eingriff steht, einen ersten
Planetenträger
C1, der rotierend das erste Planentenrad 31 hält und der
rotierend durch die Drehachse 2 gehalten wird, und einen
zweiten Planetenträger
C2, der rotierend das zweite Planetenrad 32 hält und der
an dem Stator 10 befestigt ist.
-
In
dem Planetengetriebemechanismus 30 weisen der erste Zahnkranz
R1 und der zweite Zahnkranz R2 ungefähr denselben Zahnradaufbau
auf und das erste Planetenrad 31 und das zweite Planetenrad 32 weisen
ungefähr
denselben Zahnradaufbau auf. Die Drehachse 33 des Sonnenrads
S ist koaxial zu der Drehachse 2 des Motors 1 angeordnet
und wird rotierend durch ein Lager 34 gehalten. Folglich
ist der Planetengetriebemechanismus 30 derart aufgebaut,
dass das erste Planetenrad 31 und das zweite Planetenrad 32 in
Eingriff mit dem Sonnenrad S stehen und sich der Außenrotor 12 und
der Innenrotor 11 im Gleichlauf drehen.
-
Ferner
ist eine Drehachse 35 des ersten Planetenträgers C1
koaxial zu der Drehachse 2 des Motors 1 angeordnet
und mit einem Aktor 25 verbunden. Der zweite Planetenträger C2 ist
an dem Stator 10 befestigt.
-
Der
Aktor 25 bewirkt hydraulisch, dass sich der erste Planetenträger C1 in
Vorwärtsrichtung
oder in Rückwärtsrichtung
dreht oder schränkt
die Drehung des ersten Planetenträgers C1 um die Drehachse 2 als Antwort
auf ein von einer externen Quelle eingegebenes Steuersignal ein.
Dann ändert
sich, während
der erste Planetenträger
C1 durch den Aktor 25 gedreht wird, eine relative Lagebeziehung
(Phasendifferenz) zwischen dem Außenrotor 12 und dem
Innenrotor 11. Der Planentengetriebemechanismus 30 und
der Aktor 25 bilden den Rotorphasendifferenzschieber in
der vorliegenden Erfindung. Der Aktor 25 kann ein Aktor
sein, der den ersten Planetenträger
C1 elektrisch anstatt hydraulisch dreht.
-
2(b) stellt eine Beziehung zwischen den Drehgeschwindigkeiten
des ersten Zahnkranzes R1, dem ersten Planetenträger C1, dem Sonnenrad S, dem
zweiten Planetenträger
C2 und dem zweiten Zahnkranz R2 in dem Planetengetriebemechanismus 30 dar,
wobei die Ordinatenachse eine Drehgeschwindigkeit Vr angibt.
-
In 2(b) ist die Geschwindigkeit des zweiten Planetenträgers C2,
der an dem Stator 10 befestigt ist, Null. Dies bedeutet,
dass sich zum Beispiel, wenn sich das Sonnenrad S in Rückwärtsrichtung
dreht (Vr < 0),
der zweite Zahnkranz R2 und der Innenrotor 11 in Vorwärtsdrehrichtung
(Vr > 0) mit einer
Geschwindigkeit basierend auf einem Übersetzungsverhältnis g2
relativ zu dem zweiten Zahnkranz R2 drehen.
-
Wenn
der Aktor 25 nicht in Betrieb ist (wenn der erste Planetenträger C1 nicht
durch den Aktor 25 gedreht wird), ist die Drehgeschwindigkeit
des ersten Planetenträgers
C1 Null. Folglich drehen sich der erste Zahnkranz R1 und der Außenrotor 12 in
Rückwärtsrichtung
relativ zu dem sich drehenden Sonnenrad S mit einer Geschwindigkeit
basierend auf dem Übersetzungsverhältnis g1
des Sonnenrads S relativ zu dem ersten Zahnkranz R1. Das Übersetzungsverhältnis g1
und das Übersetzungsverhältnis g2
sind so festgelegt, dass sie ungefähr gleich sind (g1 g2), so
dass sich der Innenrotor 11 und der Außenrotor 12 im Gleichlauf
drehen, womit folglich die Phasendifferenz zwischen dem Innenrotor 11 und
dem Außenrotor 12 auf
einem konstanten Wert gehalten wird.
-
Wenn
der Aktor 25 in Betrieb ist (wenn der erste Planetenträger C1 durch
den Aktor 25 gedreht wird), drehen sich der erste Zahnkranz
R1 und der Außenrotor 12 in
Rückwärtsrichtung
relativ zu dem sich drehenden Sonnenrad S mit einer Geschwindigkeit,
die durch Vergrößern oder
Verkleinern einer Geschwindigkeit basierend auf dem Übersetzungsverhältnis g1
des Sonnenrads S relativ zu dem ersten Zahnkranz R1 durch den Drehumfang
des ersten Planetenträgers
C1 erhalten wird. Dies ändert
die Phasendifferenz zwischen dem Außenrotor 12 und dem
Innenrotor 11.
-
Der
Aktor 25 ist derart aufgebaut, dass er in der Lage ist,
den ersten Planetenträger
C1 in Vorwärtsrichtung
oder Rückwärtsrichtung
um wenigstens einen mechanischen Winkel β(Grad) = (180/P) × g1/(1
+ g1) relativ zu dem Übersetzungsverhältnis g1
des Sonnenrads S bezüglich
des ersten Zahnkranzes R1 und der Anzahl an Polpaaren P des Motors 1 zu
drehen.
-
Deshalb
kann die Phasendifferenz zwischen dem Außenrotor 12 und dem
Innenrotor 11 in Richtung eines Voreilwinkels oder eines
Nacheilwinkels innerhalb des Bereichs von wenigstens 180 Grad im
Sinne des elektrischen Winkels geändert werden. Der Motor 1 kann,
sofern angebracht, zwischen einem Feldschwächungsbetrieb, bei dem die
Dauermagnete 12a und 12b des Außenrotors 12 und
die Dauermagnete 11a und 11b des Innenrotors 11 mit
denselben Polen einander gegenüberliegend
angeordnet sind, und einem Feldstärkungsbetrieb, bei dem die
Dauermagnete 12a und 12b des Außenrotors 12 und
die Dauermagnete 11a und 11b des Innenrotors 11 mit
entgegengesetzten Polen einander gegenüberliegend angeordnet sind,
eingestellt werden.
-
3(a) stellt den Feldstärkungsbetrieb dar. Die Richtungen
der magnetischen Flüsse
Q2 der Dauermagnete 12a und 12b des Außenrotors 12 und
die Richtungen der magnetischen Flüsse Q1 der Dauermagnete 11a und 11b des
Innenrotors 11 sind dieselben, die zu großen zusammengesetzten
magnetischen Flüssen
Q3 führen.
Unterdessen stellt 3(b) den Feldschwächungsbetrieb
dar. Die Richtungen der magnetischen Flüsse Q2 der Dauermagnete 12a und 12b des
Außenrotors 12 und
die Richtungen der magnetischen Flüsse Q1 der Dauermagnete 11a und 11b des
Innenrotors 11 sind einander entgegengerichtet, was dazu führt, dass
die zusammengesetzten magnetischen Flüsse Q3 kleiner sind.
-
4 stellt
einen Graphen dar, der die Induktionsspannungen vergleicht, die
in einem Anker des Stators 10 erzeugt werden, wenn der
Motor 1 mit einer vorgegebenen Umdrehungszahl in der in 3(a) dargestellten Betriebsart bzw. in der in 3(b) dargestellten Betriebsart betrieben wird,
wobei die Ordinatenachse die Induktionsspannung (V) und die Abszissenachse
den elektrischen Winkel (Grad) angibt. In dem Graph gibt „a" die in 3(a) dargestellte Betriebsart an (die Feldstärkungsbetriebsart),
während „b" die in 3(b) dargestellte Betriebsart angibt (die Feldschwächungsbetriebsart). 4 zeigt,
dass eine Änderung
der Phasendifferenz zwischen dem Außenrotor 12 und dem
Innenrotor 11 eine wesentliche Änderung einer erzeugten Induktionsspannung
verursacht.
-
Folglich
kann die Induktionsspannungskonstante Ke des Motors 1 durch
Vergrößern oder
Verkleinern der magnetischen Flüsse
der Felder durch Ändern
der Phasendifferenz zwischen dem Außenrotor 12 und dem Innenrotor 11 geändert werden.
Dies ermöglicht
es, einen Betriebsbereich bezüglich
des Abtriebs und der Umdrehungszahl des Motors 1 zu erweitern,
verglichen mit einem Fall, in dem die Spannungskonstante Ke konstant
ist. Überdies
kann die Betriebsleistung des Motors 1 gesteigert werden,
da sich der Kupferverlust des Motors 1 verringert, verglichen
mit einem Fall, in dem die Feldschwächungssteuerung durch Erregung
des auf der d-Achse
(Feldachse) angeordneten Ankers durch d-q-Koordinatenumwandlung
durchgeführt
wird, was gewöhnlich
zur Motorsteuerung eingesetzt wird.
-
In 5 bis 13 wird
nun die Motorsteuerung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung erläutert. Die in 5 dargestellte
Motorsteuerung (hierin nachstehend einfach als „die Steuerung" bezeichnet) formt
den Motor 1 in eine äquivalente
Schaltung basierend auf einem rotierenden Zweiphasengleichstromkoordinatensystem
um, in dem die Feldrichtung durch die d-Achse angegeben wird, während die
zu der d-Achse orthogonale Richtung durch die q-Achse angegeben
wird. Die Steuerung regelt die Erregungshöhe des Motors 1 derart,
dass ein Drehmoment basierend auf einem Drehmomentsteuerwert Tr_c,
der von einer externen Quelle erhalten wird, von dem Motor 1 abgegeben
wird.
-
Die
Steuerung ist eine elektrische Einheit, die aus einer CPU, Speicher
und dergleichen zusammengesetzt ist und beinhaltet einen Stromsteuerwertermittler 60,
der einen Steuerwert Id_c eines dem auf der d-Achse angeordneten
Anker zuzuführenden
Stroms (hierin nachstehend als „der d-Achsen-Strom" bzw. „der d-Achsen-Anker" bezeichnet) und
einen Steuerwert Iq_c eines dem auf der q-Achse angeordneten Anker
zuzuführenden
Stroms (hierin nachstehend als „der q-Achsen-Strom" bzw. „der q-Achsen-Anker" bezeichnet) basierend
auf einem Drehmomentsteuerwert Tr_c und einem Schätzwert θd_e einer
Phasendifferenz zwischen dem Außenrotor 12 und
dem Innenrotor 11 (Rotorphasendifferenz) des Motors 1 ermittelt,
einen Dreiphasen/dq-Umwandler 75, der einen d-Achsen-Stromerfassungswert
Id_s und einen q-Achsen-Stromerfassungswert Iq_s durch Dreiphasen/dq-Umwandlung
basierend auf den Stromerfassungssignalen, die durch Strommessgeber 70 und 71 ermittelt
werden, aus denen unerwünschte
Bestandteile durch einen Bandpassfilter 72 entfernt wurden,
und einem Rotorwinkel θr
des Außenrotors 12,
der durch einen Messwandler 73 (der dem Rotorstellungsdetektionsmittel
in der vorliegenden Erfindung entspricht) ermittelt wird, berechnet,
eine Erregungssteuereinheit 50 (die dem Erregungssteuermittel
in der vorliegenden Erfindung entspricht), die einen Steuerwert
Vd_c einer Spannung zwischen den Klemmen des d-Achsen-Ankers (hierin
nachstehend als „die d-Achsen-Spannung" bezeichnet) und
einen Steuerwert Vq_c einer Spannung zwischen den Klemmen des q-Achsen-Ankers
(hierin nachstehend als „die
q- Achsen-Spannung" bezeichnet) derart
ermittelt, dass eine Differenz ΔId
zwischen dem Steuerwert Id_c und dem Erfassungswert Id_s des d-Achsen-Stroms
und eine Differenz ΔIq
zwischen dem Steuerwert Iq_c und dem Erfassungswert Iq_s des q-Achsen-Stroms verringert
wird, einen rθ-Umwandler 61,
der den Steuerwert Vd_c der d-Achsen-Spannung und den Steuerwert
Vq_c der q-Achsen-Spannung in einen Teil eines Betrags V1 und eines
Winkels θ umwandelt,
und einen PWM-Rechner 62, der die Teile des Betrags V1
und des Winkels θ durch
PWM-Steuerung in eine Dreiphasenwechselspannung (U, V, W) umwandelt,
wobei der PWM-Rechner 62 eine Funktion der Wechselrichterschaltung
in der vorliegenden Erfindung beinhalten.
-
Die
Steuerung ist ferner ausgestattet mit einem Konstantenrechner 63,
der die Induktionsspannungskonstante Ke des Motors 1 und
die Induktanz Lq des q-Achsen-Ankers
basierend auf dem d-Achsen-Spannungssteuerwert Vd_c, dem q-Achsen-Spannungssteuerwert
Vq_c, dem d-Achsen-Stromerfassungswert Id_s, dem q-Achsen-Stromerfassungswert
Iq_s und einem Winkelgeschwindigkeitserfassungswert ω_s des Motors 1 (erfasst
durch einen Winkelgeschwindigkeitsdetektor, der nicht dargestellt
ist) berechnet, einem Rotorphasendifferenzschätzer 64, der einen
Schätzwert θd_e der
Rotorphasendifferenz basierend auf der Induktionsspannungskonstanten
Ke und der Induktanz Lq des q-Achsen-Ankers ermittelt, einem Sollspannungskreisrechner 90,
der einen Radius Vp_soll eines Sollspannungskreises aus einer Versorgungsspannung
Vdc einer Gleichspannungsquelle 100, die dem PWM-Rechner 62 Gleichstrom
zuführt,
berechnet, was später
erläutert
werden wird, einem Ist-Spannungskreisrechner 92, der einen
Radius Vp eines tatsächlichen
Spannungskreises aus einem d-Achsen-Spannungssteuerwert Vd_c und
einem q-Achsen-Spannungssteuerwert Vq_c
berechnet, was später
erläutert
werden wird, einem Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93,
der einen Steuerwert Ke_c einer Induktionsspannungskonstanten basierend
auf einer Differenz ΔVp
zwischen Vp_soll und Vp ermittelt, einem Rotorphasendifferenzerfasser 95,
der eine Rotorphasendifferenz θd_c1, die
mit einem Induktionsspannungskonstantensteuerwert Ke_c verknüpft ist,
erfasst und einem Rotorphasendifferenzsteuerwertermittler 97,
der einen Rotorphasendifferenzsteuerwert θd_c2 basierend auf einer Differenz θd zwischen θd_c1 und
dem Schätzwert θd_e einer
Rotorphasendifferenz ermittelt.
-
Die
Steuerung beinhaltet ferner einen Gleichspannungssteuerwertermittler 120,
der einen Ausgangsspannungssteuerwert Vdc_c einer Gleichspannungsquelle 100 basierend
auf der Differenz ΔVp
zwischen Vp_soll und Vp und dem Induktionsspannungskonstantensteuerwert
Ke_c ermittelt, einen Feldschwächungsstromkorrekturwertrechner 121,
der einen Feldschwächungsstromkorrekturwert ΔId_vol basierend
auf dem Ausgangsspannungssteuerwert Vdc_c und der Differenz zwischen
dem durch einen Subtrahierer 125 berechneten Vdc_c und
einer durch einen Spannungsmessgeber 103 erfassten Ausgangsspannung
Vdc der Gleichspannungsquelle 100 berechnet, und einen
Drehmomentreaktionsermittler 110, der die Zeitpunkte zur
Ansteuerung des Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittlers 93,
des Gleichspannungssteuerwertermittlers 120 und des Feldschwächungsstromkorrekturwertrechners 121 basierend
auf dem Drehmomentsteuerwert Tr_c und der Differenz ΔVp zwischen
Vp_soll und Vp ermittelt.
-
Die
Gleichspannungsquelle 100 ist aus einer Batterie 102 und
einem Gleichspannungswandler 101 zusammengesetzt. Der Gleichspannungswandler 101 entspricht
dem Gleichspannungsänderungsmittel
in der vorliegenden Erfindung. Ferner bilden der Spannungsmessgeber 103,
der Sollspannungskreisrechner 90, der Ist-Spannungskreisrechner 92,
der Subtrahierer 91, der Drehmomentreaktionsermittler 110,
der Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93,
der Gleichspannungssteuerwertermittler 120, der Feldschwächungsstromkorrekturwertrechner 121,
ein Addierer 51, der Rotorphasendifferenzerfasser 95,
ein Subtrahierer 96 und der Rotorphasendifferenzsteuerwertermittler 97 die
Klemmenspannungserhöhungsmittel und
die Klemmenspannungsreduzierungsmittel in der vorliegenden Erfindung.
-
Die
Erregungssteuereinheit 50 beinhaltet den Addierer 51,
der einen Korrekturwert ΔId_vol
zu dem d-Achsen-Stromsteuerwert Id_c addiert, einen Subtrahierer 52,
der eine Differenz ΔId
zwischen dem d-Achsen-Stromsteuerwert Id_ca, zu dem der Korrekturwert ΔId_vol addiert
wurde, und einem Erfassungswert Id_s des d-Achsen-Stroms berechnet,
eine d-Achsen-Stromsteuereinheit 53, die eine d-Achsen-Differenzspannung ΔVd zur Erzeugung
der Differenz ΔId
berechnet, eine Entstörungssteuereinheit 56,
die eine Komponente (Entstörungskomponente)
zur Aufhebung der Einflüsse
elektromotorischer Geschwindigkeitskräfte berechnet, die einander
zwischen der d-Achse und der q-Achse überlagern, basierend auf dem
d-Achsen-Stromsteuerwert Id_c
und dem q-Achsen-Stromsteuerwert Iq_c, einen Subtrahierer 54,
der die durch die Entstörungssteuereinheit 56 berechnete
Entstörungskomponente
von der d-Achsen-Differenzspannung ΔVd subtrahiert, einen Subtrahierer 55,
der die Differenz ΔIq
zwischen dem Steuerwert Iq_c und dem Erfassungswert Iq_s des q-Achsen-Stroms
berechnet, eine q-Achsen-Stromsteuereinheit 57,
die eine q-Achsen-Differenzspannung ΔVq zur Erzeugung der Differenz ΔIq berechnet
und einen Addierer 58, der die Entstörungskomponente zu der q-Achsen-Differenzspannung ΔVq addiert.
-
6 stellt
eine Beziehung zwischen Strom und Spannung in dem d-q-Koordinatensystem
dar, wobei die Ordinatenachse die q-Achse (Drehmomentachse) kennzeichnet
und die Abszissenachse die d-Achse (Feldachse) kennzeichnet. In
der Figur kennzeichnet C einen Sollspannungskreis, dessen Radius
Vp_soll (entspricht einer Sollspannung in der vorliegenden Erfindung)
durch den Sollspannungskreisrechner 90 berechnet wird.
Vp_soll ist zum Beispiel auf Vdc × 0,5 oder Vdc/61/2 basierend
auf einer sinusförmigen
Modulation festgelegt.
-
Die
Steuerung steuert die Rotorphasendifferenz des Motors 1,
eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle 100 und
den d-Achsen-Strom derart, dass der resultierende Vektor V der Spannung
Vd zwischen den Klemmen des d-Achsen-Ankers
und der Spannung Vq zwischen den Klemmen des q-Achsen-Ankers (der
Betrag des resultierenden Vektors V liefert den Radius eines Ist-Spannungskreises)
den Umfang des Sollspannungskreises C zeichnet. In der Figur bezeichnet
E eine durch die Umdrehung des Motors 1 in dem q-Achsen-Anker
erzeugte elektromotorische Gegenkraft, ω bezeichnet eine Winkelgeschwindigkeit
des Motors 1, R bezeichnet den Widerstand des d-Achsen-Ankers
und des q-Achsen-Ankers,
Lq bezeichnet eine Induktanz des q-Achsen-Ankers, Ld bezeichnet
eine Induktanz des d-Achsen-Ankers, Vd bezeichnet eine d-Achsen-Spannung,
Vq bezeichnet eine q-Achsen-Spannung, Id bezeichnet den d-Achsen-Strom
und Iq bezeichnet den q-Achsen-Strom.
-
Hinsichtlich
der in 6 dargestellten Komponenten auf der q-Achse gilt
die durch den Ausdruck (1) dargestellte unten angegebene Beziehung;
daher kann die Induktionsspannungskonstante Ke des Motors 1 aus
dem unten angegebenen Ausdruck (2) berechnet werden: Ke·ω + R·Iq = Vq – ω·Ld·Id (1),wobei Ke:
Induktionsspannungskonstante; ω:
Winkelgeschwindigkeit des Motors; R: Widerstand des q-Achsen-Ankers
und des d-Achsen-Ankers; Iq: q-Achsen-Strom; Vq: Spannung zwischen
den Klemmen des q-Achsen-Ankers; Ld: Induktanz des d-Achsen-Ankers; und
Id: d-Achsen-Strom.
-
-
Hinsichtlich
der in
6 dargestellten Komponenten auf der d-Achse gilt
die durch den Ausdruck (3) dargestellte unten angegebene Beziehung;
daher kann die Induktanz Lq des q-Achsen-Ankers aus dem unten angegebenen
Ausdruck (4) berechnet werden:
-
Der
Konstantenrechner 63 setzt die q-Achsen-Steuerspannung
Vq_c, den Winkelgeschwindigkeitserfassungswert ω_s des Motors 1, den
d-Achsen-Stromerfassungswert
Id_s und den q-Achsen-Stromerfassungswert Iq_s in Vq, ω, Id bzw.
Iq des obigen Ausdrucks (2) ein, um die Induktionsspannungskonstante
Ke zu berechnen. Der Konstantenrechner 63 setzt ebenfalls
den d-Achsen-Stromerfassungswert
Id_s, den d-Achsen-Spannungssteuerwert Vd_c, den Winkelgeschwindigkeitserfassungswert ω_s des Motors 1 und
den q-Achsen-Stromerfassungswert
Iq_s in Id, Vd, ω bzw.
Iq des obigen Ausdrucks (4) ein, um die Induktanz Lq des q-Achsen-Ankers
zu berechnen.
-
Der
Widerstand R des d-Achsen-Ankers und des q-Achsen-Ankers in dem
oben angegebenen Ausdruck (2) und Ausdruck (4) nimmt vorgegebene
feste Werte an. Die Induktanz Ld des d-Achsen-Ankers in Ausdruck
(2) kann einen vorgegebenen festen Wert annehmen; es verringert
sich jedoch die Induktanz Ld des d-Achsen-Ankers, während eine Rotorphasendifferenz
ansteigt, so dass die Induktanz Ld einen Schätzwert annehmen kann, der bewirkt,
dass sich die Induktanz Ld verringert, während der Rotorphasendifferenzsteuerwert θd_c ansteigt.
-
Dann
ermittelt der Rotorphasendifferenzschätzer 64 einen Schätzwert θd_e einer
Rotorphasendifferenz basierend auf der Induktionsspannungskonstanten
Ke und der Induktanz Lq des q-Achsen-Ankers, die durch den Konstantenrechner 63 berechnet
werden. Wenn sich die Rotorphasendifferenz ändert, dann ändern sich
die Induktionsspannungskonstante Ke des Motors 1 und die
Induktanz Lq des q-Achsen-Ankers
entsprechend.
-
Somit
wendet der Rotorphasendifferenzschätzer 64 die Induktionsspannungskonstante
Ke und die q-Achsen-Ankerinduktanz Lq, die durch den Konstantenrechner 63 berechnet
worden sind, auf eine in 7(b) dargestellte
Korrespondenzabbildung von Ke und Lq/θd an, um eine zugehörige Phasendifferenz θd zu erhalten
und bestimmt die Phasendifferenz θd als den Schätzwert θd_e der
Phasendifferenz zwischen dem Außenrotor 12 und
dem Innenrotor 11.
-
Die
Korrespondenzabbildung von Ke und Lq/θd wird basierend auf Experimentaldaten
oder Computersimulationen angefertigt und im Voraus in einem Speicher
(nicht dargestellt) gespeichert. Die durch den Konstantenrechner 63 berechnete
Induktionsspannungskonstante Ke könnte auf die in 7(a) dargestellte Ke/θd-Korrespondenzabbildung angewendet
werden, um θd_e
zu bestimmen; die Schätzgenauigkeit
einer Rotorphasendifferenz kann jedoch durch Verwenden der Induktanz
Lq des q-Achsen-Ankers zusätzlich
zur Induktionsspannungskonstanten Ke verbessert werden, um den Schätzwert θd_e einer
Rotorphasendifferenz zu bestimmen.
-
Dann
wendet der Stromsteuerwertermittler 60 den Drehmomentsteuerwert
Tr_c und den Schätzwert θd_e einer
Rotorphasendifferenz auf eine Abbildung von Tr, θd/Id und Iq an, die im Voraus
in einem Speicher gespeichert wurde, um das zugehörige Id
und Iq zu erhalten und bestimmt die erhaltenen Id und Iq als einen d-Achsen-Stromsteuerwert Id_c
bzw. einen q-Achsen-Stromsteuerwert Id_q. Somit ermöglicht die
Verwendung des Schätzwerts θd_e einer
Rotorphasendifferenz, den d-Achsen-Stromsteuerwert Id_c und den q-Achsen-Stromsteuerwert
Iq_c zu bestimmen, die eine tatsächliche Änderung
des magnetischen Feldflusses des Motors 1 widerspiegeln.
Somit können
Abtriebsdrehmomente des Motors 1 basierend auf dem Drehmomentsteuerwert
Tr_c genau gesteuert werden.
-
In 8 wird nun eine Erläuterung der Vorteile gegeben,
die durch Änderung
einer Rotorphasendifferenz, einer Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle 100 und
des d-Achsen-Stroms derart erzielt werden, dass ein resultierender
Vektor V den Umfang des Sollspannungskreises C mit Vp_soll als seinem
Radius zeichnet, wenn der Betrag Vp des resultierenden Vektors V
einer Spannung zwischen den Klemmen des d-Achsen-Ankers und einer
Spannung zwischen den Klemmen des q-Achsen-Ankers größer als Vp_soll ist (Vp_soll < Vp).
-
8(a) stellt einen resultierenden Vektor V dar,
der außerhalb
des Sollspannungskreises C liegt. In diesem Fall wird die Erregungshöhe des Motors 1 von
dem PWM-Rechner 62 begrenzt, was die Erregungssteuerung
des Motors 1 verhindert. Um dies zu handhaben, wird die
erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung ausgeführt,
um die Rotorphasendifferenz θd
in Richtung der Verringerung der magnetischen Flüsse der Felder (in die Richtung
zur Feldschwächung
durch Erhöhen
einer Rotorphasendifferenz) zu ändern.
Somit verringert sich die Induktionsspannungskonstante Ke des Motors 1 und
die in dem q-Achsen-Anker
erzeugte elektromotorische Gegenkraft E nimmt um einen Betrag entsprechend
der Verringerung der Induktionsspannungskonstanten Ke ab. Folglich
nähert
sich der resultierende Vektor V dem Umfang des Sollspannungskreises
C, wie in 8(b) dargestellt ist.
-
Als
nächstes
wird die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
ausgeführt,
um die Ausgangsspannung Vdc der Gleichspannungsquelle 100 zu
erhöhen.
Dies vergrößert das
durch den Sollspannungskreisrechner 90 berechnete Vp_soll,
was dazu führt,
dass sich der Sollspannungskreis C ausweitet, wie in 8(c) dargestellt ist, so dass sich der resultierende
Vektor V dem Sollspannungskreis C weiter nähert.
-
Dann
wird die dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
ausgeführt,
um den d-Achsen-Strom zu erhöhen.
Dies führt
dazu, dass der resultierende Vektor V den Umfang des Sollspannungskreises
C erreicht, wie in 8(d) dargestellt
ist. Somit kann die Erregungshöhe
des Motors 1 von dem PWM-Rechner 62 vergrößert werden,
indem der resultierende Vektor V nahe an den Sollspannungskreis
C gebracht wird, was es ermöglicht,
die Beschränkung
der Erregungssteuerung des Motors 1 zu umgehen.
-
In 9 wird nun eine Erläuterung der Vorteile gegeben,
die durch Änderung
einer Rotorphasendifferenz und einer Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle 100 derart
erzielt werden, dass ein resultierender Vektor V den Umfang des
Sollspannungskreises C mit Vp_soll als seinem Radius zeichnet, wenn
der Betrag Vp des resultierenden Vektors V einer Spannung zwischen
den Klemmen des d-Achsen-Ankers
und einer Spannung zwischen den Klemmen des q-Achsen-Ankers kleiner
als Vp_soll ist (Vp < Vp_soll).
-
9(a) stellt einen resultierenden Vektor V dar,
der innerhalb des Sollspannungskreises C liegt. In diesem Fall erleidet
der PWM-Rechner 62 einen erhöhten Leistungsverlust auf Grund
des Schaltens der Gleichspannung Vdc. Um dies zu handhaben, führt die
Steuerung die erste Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung
aus, um so die Rotorphasendifferenz θd in Richtung der Erhöhung der
magnetischen Flüsse
der Felder (in die Richtung zur Feldstärkung durch Verringern einer
Rotorphasendifferenz) zu ändern. Somit
vergrößert sich
die Induktionsspannungskonstante Ke des Motors 1 und die
in dem q-Achsen-Anker erzeugte elektromotorische Gegenkraft E nimmt
um einen Betrag entsprechend der Vergrößerung der Induktionsspannungskonstanten
Ke zu. Folglich nähert
sich der resultierende Vektor V dem Umfang des Sollspannungskreises
C, wie in 9(b) dargestellt ist.
-
Als
nächstes
führt die
Steuerung die zweite Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung aus,
um so die Ausgangsspannung Vdc der Gleichspannungsquelle 100 zu
verringern. Dies verkleinert das durch den Sollspannungskreisrechner 90 berechnete
Vp_soll, was dazu führt,
dass sich der Sollspannungskreis C verkleinert, wie in 9(c) dargestellt ist, so dass sich der resultierende
Vektor V dem Sollspannungskreis C weiter nähert und den Umfang des Sollspannungskreises
C erreicht.
-
Somit
kann der durch das Schalten der Gleichspannung Vdc hervorgerufene
Leistungsverlust in dem PWM-Rechner 62 verringert werden,
indem der resultierende Vektor V nahe an den Sollspannungskreis
C gebracht wird. Außerdem
wird der Wechselanteil des Stroms verringert, der dem Strom überlagert
ist, der dem Motor zugeführt
wird, einhergehend mit einer Verringerung des in dem Motor 1 erzeugten
Kupferverlusts. Zusätzlich
verringert sich die Überlagerung
von Hochfrequenzströmen,
was es ermöglicht,
einen Vorteil eines in dem Motor 1 erzeugten verringerten
Eisenverlusts zu erzielen.
-
In 10 wird
nun eine Erläuterung
der Verarbeitung zur Steuerung des Betriebs des Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittlers 93,
des Gleichspannungssteuerwertermittlers 120 und des Feldschwächungsstromkorrekturwertrechners 121 durch
den Drehmomentreaktionsermittler 110 gegeben.
-
Der
Drehmomentreaktionsermittler 110 ermittelt in SCHRITT10,
ob eine Änderungsrate ΔTr_c (zum Beispiel
durch Berechnen der Änderungsrate
Tr_c zwischen aufeinanderfolgenden Steuerzyklen der Steuerung) des
Drehmomentsteuerwerts Tr_c nicht größer als ein vorgegebener Referenzwert ΔTr_limit
ist. In dem Fall, in dem ΔTr_c
kleiner ist als ΔTr_limit
(ΔTr_c < ΔTr_limit),
verzweigt der Drehmomentreaktionsermittler 110 dann nach
SCHRITT20, um eine Betätigungskennzeichnung
F1 des Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittlers 93,
eine Betätigungskennzeichnung
F2 des Gleichspannungssteuerwertermittlers 120 und eine Betätigungskennzeichnung
F3 des Feldschwächungsstromkorrekturwertrechners 121 einzuschalten
oder zu aktivieren und fährt
mit SCHRITT13 fort.
-
Mit
dieser Einstellung wird die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung durch Betätigung
des Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittlers 93 vor
der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung durch den Gleichspannungssteuerwertermittler 120 und
der dritten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung durch den Feldschwächungsstromkorrekturwertrechner 121 ausgeführt. Ferner
wird die erste Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung
durch den Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 vor
der zweiten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung durch
den Gleichspannungssteuerwertermittler 120 ausgeführt.
-
Die
erste Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung und die erste Verarbeitung zur Reduzierung
einer Klemmenspannung, die mechanische Verarbeitungen sind, die
eine höhere
Betriebsleistung eines Motors erlauben, obwohl sie langsam in der
Reaktion sind, ermöglichen
es, den Betrieb des Motors 1 mit Priorität auf die
Betriebsleistung zu steuern.
-
Währenddessen
fährt in
dem Fall, in dem die Änderungsrate ΔTr_c des
Drehmomentsteuerwerts Tr_c in SCHRITT10 gleich dem Referenzwert ΔTr_limit
oder größer ist,
der Drehmomentreaktionsermittler 110 dann mit SCHRITT11
fort. In SCHRITT11 ermittelt der Drehmomentreaktionsermittler 110,
ob die Differenz ΔVp
zwischen dem Betrag Vp des resultierenden Vektors V der Klemmenspannung
des d-Achsen-Ankers und der Klemmenspannung des q-Achsen-Ankers
und der Sollspannung Vp_soll gleich dem vorgegebenen Referenzwert ΔVp_limit
ist oder größer. Wenn ΔVp größer als ΔVp_limit
ist, das heißt,
wenn ΔVp_klein
ist während
die Änderungsrate ΔTr_c eines
Drehmomentsteuerwerts groß ist,
verzweigt der Drehmomentreaktionsermittler 110 dann nach
SCHRITT20, um die oben beschriebene Verarbeitung in SCHRITT20 auszuführen und
fährt mit SCHRITT13
fort.
-
Währenddessen
fährt in
dem Fall, in dem ΔVp
gleich ΔVp_limit
oder größer ist,
das heißt,
in dem Fall, in dem die Änderungsrate ΔTr_c eines
Drehmomentsteuerwerts groß ist
und ΔVp
ebenfalls groß ist,
der Drehmomentreaktionsermittler 110 dann mit SCHRITT12
fort. Der Drehmomentreaktionsermittler 110 schaltet die Betätigungskennzeichnung
F1 des Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittlers 93 aus
oder deaktiviert sie, während
er die Betätigungskennzeichnung
F2 des Gleichspannungssteuerwertermittlers 120 und die Betätigungskennzeichnung
F3 des Feldschwächungsstromkorrekturwertrechners 121 einschaltet
oder aktiviert und fährt
dann mit SCHRITT13 fort.
-
Mit
dieser Einstellung wird die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung durch den Gleichspannungssteuerwertermittler 120 und
die dritte Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung durch den Feldschwächungsstromkorrekturwertrechner 121 vor
der ersten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung durch den Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 ausgeführt. Ferner
wird die zweite Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung
durch den Gleichspannungssteuerwertermittler 120 vor der
ersten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung durch
den Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 ausgeführt.
-
Die
zweite Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, die dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung und die zweite Verarbeitung zur Reduzierung einer
Klemmenspannung, die elektrische Verarbeitungen sind, die eine schnelle
Reaktion erlauben, ermöglichen
es, den Betrieb des Motors 1 mit Priorität auf die
Reaktionsfähigkeit
einer Änderung
des Drehmomentsteuerwerts Tr_c zu steuern.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform
wurde die Höhe
von ΔTr_c
in SCHRITT10 bestimmt und die Höhe
von ΔVp
wurde in SCHRITT11 bestimmt, um die Ausführungsreihenfolge der ersten
Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung und der dritten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung festzulegen, und um die Ausführungsreihenfolge der ersten
Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung und der zweiten
Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung festzulegen.
Alternativ kann jedoch lediglich die Höhe entweder von ΔTr_c oder von ΔVp bestimmt
werden, um die Ausführungsreihenfolge
der Verarbeitung festzulegen.
-
In 5 wird
nun entsprechend dem in 11 dargestellten
Flussdiagramm eine Erläuterung
des Betriebs des Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittlers 93,
des Gleichspannungssteuerwertermittlers 120 und des Feldschwächungsstromkorrekturwertrechners 121 gegeben,
wenn alle der zuvor genannten Kennzeichnungen F1, F2 und F3 auf
EIN stehen. In 11 wird die Verarbeitung in
SCHRITT30 bis SCHRITT32 und SCHRITT40 bis SCHRITT41 durch den Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 ausgeführt und
die Verarbeitung in SCHRITT32 und SCHRITT50 bis SCHRITT51 wird durch
den Gleichspannungssteuerwertermittler 120 ausgeführt. Die
Verarbeitung in SCHRITT 60 wird durch den Feldschwächungsstromkorrekturwertrechner 121 ausgeführt.
-
In
SCHRITT30 in 11 ermittelt der Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93,
ob das durch den Subtrahierer 91 (siehe 5)
berechnete ΔVp
(ΔVp_soll – Vp) Null
oder größer ist
(0 ≤ ΔVp). Wenn ΔVp kleiner
ist als Null (ΔVp < 0), das heißt, wenn
der in 8(a) dargestellte, oben beschriebene
resultierende Vektor V außerhalb
des Sollspannungskreises C liegt, verzweigt der Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 dann
zu SCHRITT40. Der Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 ermittelt
in SCHRITT40, ob der mit dem Induktionsspannungskonstantensteuerwert
Ke_c verknüpfte
Rotorphasendifferenzsteuerwert θd_c,
der durch proportionale Integrationssteuerung (PI) über ΔVp berechnet
wird, nicht kleiner als ein Grenzwert θd_max (180 Grad) auf der Feldschwächungsseite
durch den Aktor 30 ist. Wenn θd_c kleiner ist als θd_max (θd_c < θd_max),
dann fährt
der Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 mit SCHRITT41
fort, worin er Ke_c an den Rotorphasendifferenzerfasser 95 ausgibt.
-
Der
Rotorphasendifferenzerfasser 95 wendet Ke_c auf die in 12 dargestellte
Ke/θd-Abbildung
an, um die mit Ke_c verknüpfte
Rotorphasendifferenz θd_c1
zu ermitteln. Dann wird die durch den Subtrahierer 96 berechnete
Differenz Δθd zwischen θd_c1 und θd_e an den
Rotorphasendifferenzsteuerwertermittler 97 ausgegeben.
Der Rotorphasendifferenzsteuerwertermittler 97 gibt einen
Steuerwert θd_c2
der durch die PI-Steuerung über Δθd ermittelten
Phasendifferenz an den Aktor 25 aus.
-
Der
Aktor 25 führt
die Verarbeitung des in 13 dargestellten
Flussdiagramms aus, um die Rotorphasendifferenz des Motors 1 zu ändern. Genauer
wandelt der Aktor 25 bei Empfang des Rotorphasendifferenzsteuerwerts θd_c2 von
dem Rotorphasendifferenzsteuerwertermittler 97 in SCHRITT1
der 13 θd_c2 in
einen mechanischen Winkel β in
SCHRITT2 um. Dann wandelt der Aktor 25 in dem nachfolgenden SCHRITT3
den mechanischen Winkel β in
einen Arbeitswinkel γ des
ersten Planetenträgers
C1 um und dreht den ersten Planetenträger C1 um den Arbeitswinkel γ in SCHRITT4.
Dies führt
dazu, dass die Rotorphasendifferenz um den Winkel basierend auf
dem Rotorphasendifferenzsteuerwert θd_c2 geändert wird und die magnetischen
Flüsse
der Felder des Motors 1 werden entsprechend geändert, was
somit die erste Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
ausführt,
um von dem in 8(a) dargestellten Zustand in
den in 8(b) dargestellten Zustand wie
oben beschrieben zu wechseln.
-
Währenddessen
verzweigt der Gleichspannungssteuerwertermittler 120 zu
SCHRITT50, wenn θd_c in
SCHRITT40 gleich θd_max
oder größer ist.
Der Gleichspannungssteuerwertermittler 120 ermittelt in SCHRITT50,
ob der durch die PI-Steuerung über ΔVp berechnete
Gleichspannungssteuerwert Vdc_c nicht kleiner als Vdc_max ist, das
eine Höchstspannung
darstellt, die durch den Gleichspannungswandler 101 ausgegeben
werden kann.
-
Wenn
Vdc_c kleiner ist als Vdc_max, dann fährt der Gleichspannungssteuerwertermittler 120 mit SCHRITT51
fort, worin er das durch die PI-Steuerung über ΔVp berechnete Vdc_c (Vdc_c wird
in diesem Fall erhöht)
an den Gleichspannungswandler 101 ausgibt und fährt mit
SCHRITT33 fort. Dies erhöht
die Ausgangsspannung Vdc der Gleichspannungsquelle 100 und
der Radius Vp_soll eines durch den Sollspannungskreisrechner berechneten
Versorgungs-Sollspannungskreises
erhöht
sich entsprechend. Dann wird die zweite Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung ausgeführt,
um von dem in 8(b) dargestellten Zustand in
den in 8(c) dargestellten Zustand wie
oben beschrieben zu wechseln.
-
Wenn
in SCHRITT50 Vdc_c gleich oder größer Vdc_max ist (Vdc_max ≤ Vdc_c), dann
verzweigt die Verarbeitung zu SCHRITT60. In diesem Fall kann die
Ausgangsspannung Vdc der Gleichspannungsquelle 100 nicht
weiter erhöht
werden. Folglich gibt der Feldschwächungsstromkorrekturwertrechner 121 den
durch die PI-Steuerung über der
Differenz ΔVdc
zwischen Vdc_c und Vdc_s berechneten Feldschwächungsstromkorrekturwert ΔId_vol an
den Addierer 51 aus. Dies führt dazu, dass der d-Achsen-Strom
zunimmt und die dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
ausgeführt
wird, um von dem in 8(c) dargestellten Zustand
in den in 8(d) dargestellten Zustand wie
oben beschrieben zu wechseln.
-
Somit
wird dann, wenn in SCHRITT30 bestimmt wird, dass Vp größer ist
als Vp_soll, die Verarbeitung, um Vp nahe an Vp_soll zu bringen,
in der folgenden Reihenfolge ausgeführt: die erste Verarbeitung
zur Erhöhung
einer Klemmenspannung → die
zweite Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung → die
dritte Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung.
-
Wenn
nachfolgend in SCHRITT30 ermittelt wird, dass Vp gleich Vp_soll
oder kleiner ist (der in 9(a) dargestellte
oben beschriebene Zustand), dann fährt die Verarbeitung mit SCHRITT31
fort. In SCHRITT31 ermittelt der Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93,
ob der mit dem Induktionsspannungskonstantensteuerwert Ke_c verknüpfte Rotorphasendifferenzsteuerwert θd_c, der
durch die PI-Steuerung über ΔVp berechnet
wurde, nicht größer als
ein Grenzwert θd_min
(Null Grad) auf der Feldstärkungsseite
durch den Aktor 30 ist.
-
Wenn θd_c größer als θd_min ist
(θd_min < θd_c), dann
fährt die
Verarbeitung mit SCHRITT32 fort, in dem der Induktionsspannungskonstantensteuerwertermittler 93 Ke_c
an den Rotorphasendifferenzerfasser 95 ausgibt. Dies führt dazu,
dass die Rotorphasendifferenz des Motors 1 auf dieselbe
Weise geändert
wird, wie bei der oben erläuterten
Verarbeitung in SCHRITT41 und die magnetischen Flüsse der
Felder des Motors 1 zunehmen, wodurch die Verarbeitung
zur Reduzierung einer Klemmenspannung ausgeführt wird, um von dem in 9(a) dargestellten Zustand in den in 9(b) wie oben beschrieben zu wechseln.
-
Währenddessen
verzweigt die Verarbeitung dann, wenn in SCHRITT31 festgestellt
wird, dass θd_c gleich θd_min oder
kleiner ist (θd_c ≤ θd_min),
zu SCHRITT70. In diesem Fall kann die Rotorphasendifferenz nicht
weiter verringert werden; daher gibt der Gleichspannungssteuerwertermittler 120 das
durch die PI-Steuerung über ΔVp berechnete
Vdc_c (Vdc_c wird in diesem Fall verringert) aus und fährt mit
SCHRITT33 fort.
-
Somit
verringert sich die Ausgangsspannung Vdc der Gleichspannungsquelle 100 und
der Radius Vp_soll des durch den Sollspannungskreisrechner berechneten
Versorgungs-Sollspannungskreises verringert sich entsprechend. Dann
wird die zweite Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung
ausgeführt, um
von dem in 9(b) dargestellten Zustand in
den in 9(c) dargestellten Zustand zu
wechseln.
-
Wie
oben beschrieben ist, wird, wenn in SCHRITT30 festgestellt wird,
dass Vp gleich Vp_soll oder kleiner ist, die Verarbeitung, um Vp
nahe an Vp_soll zu bringen, in der folgenden Reihenfolge ausgeführt: die
erste Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung → die zweite
Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform
wurde die Steuerung durch die in 11 dargestellte
Verarbeitung durchgeführt,
um den Betrag Vp durch Ausführen
der ersten Verarbeitung zur Erhöhung
einer Klemmenspannung, der zweiten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung und der dritten Verarbeitung zur Erhöhung einer
Klemmenspannung nahe an Vp_soll zu bringen, wenn Vp größer als
Vp_soll ist, und die Steuerung wurde durchgeführt, um Vp durch Ausführen der
ersten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung und der
zweiten Verarbeitung zur Reduzierung einer Klemmenspannung nahe
an Vp_soll zu bringen, wenn Vp gleich Vp_soll oder kleiner ist;
die Vorteile der vorliegenden Erfindung können jedoch ebenfalls erzielt
werden, wenn lediglich eine der zuvor genannten Steuerungen ausgeführt wird.
-
Ferner
wurde in der vorliegenden Ausführungsform
der Feldschwächungsstromkorrekturwertrechner 121 bereitgestellt,
um die dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung
auszuführen,
um die Felder des Motors 1 durch Vergrößern des d-Achsen-Stroms zu
schwächen;
die Vorteile der vorliegenden Erfindung können jedoch erzielt werden,
selbst wenn die dritte Verarbeitung zur Erhöhung einer Klemmenspannung nicht
ausgeführt
wird.
-
Zusätzlich wurde
in SCHRITT11 in 10 und in SCHRITT30 in 11 der
Betrag Vp des resultierenden Vektors V des d-Achsen-Spannungssteuerwerts
Vd_c und des q-Achsen-Spannungssteuerwerts Vq_c mit dem Sollspannungskreisradius
Vp_soll verglichen. Alternativ können
jedoch die Klemmenspannungen der Anker des Motors 1 erfasst
werden, um den Betrag des resultierenden Vektors der Klemmenspannungen
der einzelnen Phasen zu berechnen und der berechnete Betrag des
resultierenden Vektors (der dem Betrag des resultierenden Vektors
der Klemmenspannungen der Anker der einzelnen Phasen des Motors
in der vorliegenden Erfindung entspricht) und der Sollspannungskreisradius
Vp_soll können
verglichen werden.
-
Die
vorliegende Erfindung hat die Motorsteuerung dargestellt, die ausgelegt
ist, den Motor durch Umformen des Motors in eine Äquivalenzschaltung
basierend auf einem rotierenden 2-Phasengleichstromkoordinatensystem,
das aus der d-Achse und der q-Achse
zusammengesetzt ist, zu bedienen. Die vorliegende Erfindung kann
jedoch ebenfalls auf eine Motorsteuerung angewendet werden, die
ausgelegt ist, den Motor durch Umformen des Motors in eine Äquivalenzschaltung
basierend auf einem festen 2-Phasenwechselstromkoordinatensystem,
das aus einer α-Achse
und einer β-Achse
zusammengesetzt ist, zu bedienen oder auf eine Motorsteuerung, die
ausgelegt ist, einen 3-Phasenwechselstrommotor so wie er ist ohne
Umformung des Motors in eine Äquivalenzschaltung
zu bedienen.
