DE102010027705A1

DE102010027705A1 - Elektromotorantriebsvorrichtung, Steuerverfahren für Elektromotorantriebsvorrichtung und elektrisch angetriebene Vorrichtung

Info

Publication number: DE102010027705A1
Application number: DE102010027705A
Authority: DE
Inventors: Koji Kariya-city Sakai; Akitomo Kariya-city Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2011-03-03
Also published as: US8278859B2; US20110031922A1; JP5493568B2; JP2011041336A

Abstract

Eine Elektromotorantriebsvorrichtung (1 oder 21 bis 23) hat einen Inverter (3), der die an einen elektrischen Wechselstrommotor (10) angelegte Spannung einstellt, um den elektrischen Wechselstrommotor (10) anzutreiben, einen Kondensator, der durch einen Strom geladen wird, der von einer Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, die Gleichspannung zwischen einem Sternpunkt, an dem mehrere Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden sind, und einer positiven Schiene oder negativen Schiene eines Inverters (3) liefert, und der durch den Inverter (3) läuft, und eine Steuerschaltung (7), die den Inverter (3) steuert, so dass der elektrische Wechselstrommotor (10) sich mit einer bestimmten Drehzahl dreht. Ferner verwendet die Steuerschaltung (7) selektiv die Feldschwächungssteuerung und die Spannungsverstärkungssteuerung für die Steuerung des Inverters (3) entsprechend den Bedingungen der induzierten Spannung, die an dem elektrischen Wechselstrommotor (10) erzeugt wird, der Gleichstromversorgung (2) und der Spannung des Kondensators (4).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen Elektromotor steuert, der mit elektrischem Mehrphasen-Wechselstrom angetrieben wird, ein Steuerverfahren einer Elektromotorantriebsvorrichtung und eine elektrisch angetriebene Vorrichtung, in der eine derartige Elektromotorantriebsvorrichtung eingebaut ist.
Hintergrundtechnik
In der Vergangenheit wurde die Technik entwickelt, einen Inverter zu verwenden, um elektrische Gleichstromleistung in elektrische Dreiphasenwechselstromleistung umzuwandeln und diese Dreiphasenwechselstromleistung zu verwenden, um einen elektrischen Wechselstrommotor anzutreiben. Als ein Beispiel für das Antriebsverfahren eines Elektromotors unter Verwendung dieser Technik ist die „Feldschwächungssteuerung”, die das Magnetfeld schwächt, welches ein Feldsystem erzeugt, um die in einem Elektromotor erzeugte induzierte Spannung zu der Zeit des Hochgeschwindigkeitsbetriebs zu senken, bekannt. Ferner ist als ein anderes Antriebsverfahren die „Spannungserhöhungssteuerung” bekannt, die einen zwischen eine positive Schiene und negative Schiene des Inverters geschalteten Kondensator lädt und entlädt, das heißt, welches die Spannung zwischen der positiven Schiene und der negativen Schiene des Inverters schwanken lässt. Um ferner den Energieumwandlungswirkungsgrad eines Elektromotors zu verbessern, wurde die Technik des Umschaltens zwischen diesen beiden Steuerverfahren vorgeschlagen (siehe zum Beispiel die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2007-159368 und die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2006-311768 ).
In der in der ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2007-159368 und der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2006-311768 offenbarten Technik wird ein Schaltungsteil zum Laden des Kondensators notwendig, das von dem Schaltungsteil zum Antreiben des Elektromotors getrennt ist. Aus diesem Grund wird die Anzahl der in der Schaltung enthaltenen Teile größer, so ist dies nicht erwünscht. Im Gegensatz dazu wurde die Technik des Schaltens einer Stromversorgung zwischen einen Sternpunkt eines Elektromotors und eine negative Schiene eines Inverters und das Nutzen des durch den Elektromotor und den Inverter fließenden Stroms, wenn der Elektromotor arbeitet, um die elektrische Leistung umzuwandeln und dadurch die Notwendigkeit einer Erhöhungsschaltung zu beseitigen, vorgeschlagen (siehe zum Beispiel die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 10-337047 ).
Zusammenfassung der Erfindungen
Jedoch wird in der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 10-337047 offenbarten Technik der gleiche Schaltkreis für die Spannungserhöhungssteuerung und die Elektromotorantriebssteuerung verwendet, so war der Energieumwandlungswirkungsgrad abhängig von den Antriebsbedingungen des Elektromotors anfällig dafür, schließlich abzufallen.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektromotorantriebsvorrichtung, ein Steuerverfahren für eine Elektromotorantriebsvorrichtung und eine elektrisch angetriebene Vorrichtung bereitzustellen, die fähig ist, die Anzahl von Teilen zu verringern, während der Energieumwandlungswirkungsgrad verbessert wird.
Als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Elektromotorantriebsvorrichtung (1 oder 21 bis 23) bereitgestellt, die einen elektrischen Wechselstrommotor (10) antreibt, der mehrere Spulen umfasst, die in einer Sternkonfiguration geschaltet sind. Eine derartige Elektromotorantriebsvorrichtung (1 oder 21 bis 23) umfasst einen Inverter (3) mit mehreren Armen (31 bis 33), wobei jeder der mehreren Arme (31 bis 33) irgendeiner der mehreren Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) entspricht, und eine erste Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3), die mit einer positiven Schiene verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6), die in Reihe zwischen die ersten Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW3) und eine negative Schiene geschaltet ist, wobei der Mittelpunkt der ersten Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3) und der zweiten Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6) für jeden der mehreren Arme (31 bis 33) mit einem Ende der entsprechenden Spule des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden ist; einen Kondensator (4), der mit einem Strom geladen wird, der von einer Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, die Gleichspannung zwischen einen Sternpunkt, mit dem die Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden sind, und eine positive Schiene oder negative Schiene des Inverters (3) liefert und den Inverter (3) durchfließt; und eine Steuerschaltung (7), welche die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) steuert, so dass der elektrische Wechselstrommotor (10) mit einer bestimmten Drehzahl rotiert. Ferner verwendet die Steuerschaltung (7) die Feldschwächungssteuerung, welche die induzierte Spannung senkt, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die an dem elektrischen Wechselstrommotor (10) erzeugte induzierte Spannung größer als die Stromversorgungsspannung ist, die von der Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, und verwendet andererseits die Spannungsverstärkungssteuerung, welche die Lademenge des Kondensators (4) ändert, um die an den elektrischen Wechselstrommotor (10) angelegte Spannung zu ändern, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die induzierte Spannung kleiner als die Stromversorgungsspannung ist. Aufgrund dieses Aufbaus kann diese Elektromotorantriebsvorrichtung die Anzahl von Teilen verringern, während der Energieumwandlungswirkungsgrad verbessert wird.
Ferner verwendet die Steuerschaltung (7) bevorzugt die vorgegebene Steuerung aus der Feldschwächungssteuerung und der Spannungserhöhungssteuerung, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn eine Differenz der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist. Wenn die Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung klein ist, wird die Steuerung mit dem höherem Energieumwandlungswirkungsgrad aus der Feldschwächungssteuerung und der Spannungserhöhungssteuerung durch den Einbaufehler des elektrischen Wechselstrommotors und andere Faktoren bestimmt. Daher kann diese Elektromotorantriebsvorrichtung durch Untersuchen, welche Steuerung aus der Feldschwächungssteuerung und der Spannungserhöhungssteuerung einen höheren Energieumwandlungswirkungsgrad ergeben wird, wenn die Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist, die Steuerung geeignet auswählen, die den höheren Energieumwandlungswirkungsgrad ergibt.
Ferner umfasst die Elektromotorantriebsvorrichtung (1 oder 21 bis 23) ferner ein Amperemeter, das den Strom misst, der durch den elektrischen Wechselstrommotor (10) fließt, und wenn die Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist, verwendet die Steuerschaltung (7) die Feldschwächungssteuerung, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) in dem Fall, in dem der Wert des Stroms höher als ein vorgegebener Wert ist, zu steuern, und verwendet die Spannungserhöhungssteuerung, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) in dem Fall zu steuern, in dem der Wert des Stroms dieser vorgegebene Wert oder weniger ist. Aufgrund dessen kann diese Elektromotorantriebsvorrichtung das Steuerverfahren basierend auf den Messergebnissen des Stroms, der tatsächlich durch den elektrischen Wechselstrommotor fließt, auswählen, so ist es möglich, ein Steuerverfahren mit höherem Wirkungsgrad in Echtzeit auszuwählen.
Außerdem verwendet die Steuerschaltung (7) bevorzugt die Feldschwächungssteuerung, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die induzierte Spannung kleiner als die Stromversorgungsspannung ist und der Gesamtbetrag der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung niedriger als die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators (4) ist. Aufgrund dessen wählt diese Elektromotorantriebsvorrichtung die Feldschwächungssteuerung aus, wenn die Lademenge des Kondensators gerade zunimmt, selbst wenn die an den elektrischen Wechselstrommotor gelieferte Spannung steigt, und kann so den Energieumwandlungswirkungsgrad stärker verbessern.
Außerdem schätzt die Steuerschaltung (7) bevorzugt die Stromversorgungsspannung durch Teilen der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators (4) durch ein Verhältnis einer Zeitspanne, während welcher Strom von dem Inverter (3) zu dem Kondensator (4) fließt, in einer Periode von Schaltsignalen für die Steuerung der Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3). Aufgrund dessen braucht diese Elektromotorantriebsvorrichtung nicht mit einem Sensor zum Messen der Stromversorgungsspannung versehen sein. Beachten Sie, dass die Steuerschaltung auch das Verhältnis der Zeitspanne, während welcher der Strom von dem Inverter zu dem Kondensator fließt, in einer Periode der Schaltsignale mit der Stromversorgungsspannung multiplizieren kann, um die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators zu schätzen.
Außerdem umfasst die Elektromotorantriebsvorrichtung (1 oder 21 bis 23) ferner bevorzugt eine Zustandssignalerfassungseinheit (12), die ein Zustandssignal erfasst, das einen Zustand der Betriebsumgebung der Elektromotorantriebsvorrichtung ausdrückt, und wobei die Steuerschaltung (7) Werte aus den Werten, die eine vorgegebene Anzeige der induzierten Spannung für eine Kombination des Zustandssignals und der Drehzahl ergeben, verwendet, die dem Zustandssignal und der bestimmten Drehzahl entsprechen, um die induzierte Spannung zu schätzen. Aufgrund dessen kann diese Elektromotorantriebsvorrichtung die induzierte Spannung genau schätzen, selbst wenn sich die Betriebsumgebung des elektrischen Wechselstrommotors ändert.
Außerdem wird als ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Steuerverfahren für eine Elektromotorantriebsvorrichtung (1 oder 21 bis 23) bereitgestellt, um einen elektrischen Wechselstrommotor (10) anzutreiben, der mehrere Spulen umfasst, die in einer Sternkonfiguration geschaltet sind. Die Elektromotorantriebsvorrichtung, auf die dieses Steuerverfahren angewendet wird, umfasst einen Inverter (3), der mehrere Arme umfasst, wobei jeder der mehreren Arme (31 bis 33) irgendeiner der mehreren Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) entspricht, und umfasst eine erste Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3), die mit einer positiven Schiene verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6), die in Reihe zwischen die ersten Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW3) und eine negative Schiene geschaltet ist, wobei der Mittelpunkt der ersten Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3) und der zweiten Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6) für jeden der mehreren Arme (31 bis 33) mit einem Ende der entsprechenden Spule des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden ist; und einen Kondensator (4), der mit einem Strom geladen wird, der von einer Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, die Gleichspannung zwischen einen Sternpunkt, mit dem die anderen Enden der Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden sind, und eine positive Schiene oder negative Schiene des Inverters (3) liefert und den Inverter (3) durchfließt. Ferner umfasst dieses Steuerverfahren das Vergleichen der an dem elektrischen Wechselstrommotor (10) erzeugten induzierten Spannung mit der von der Gleichstromversorgung (2) gelieferten Stromversorgungsspannung und die Verwendung der Feldschwächungssteuerung, welche die induzierte Spannung senkt, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, so dass der elektrische Wechselstrommotor (10) mit einer bestimmten Drehzahl rotiert, wenn die an dem elektrischen Wechselstrommotor (10) erzeugte induzierte Spannung größer als die Stromversorgungsspannung ist, die von der Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, und es verwendet andererseits die Spannungsverstärkungssteuerung, welche die Lademenge des Kondensators (4) ändert, um die an den elektrischen Wechselstrommotor (10) angelegte Spannung zu ändern, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die induzierte Spannung kleiner als die Stromversorgungsspannung ist. Durch Aufnehmen einer derartigen Prozedur kann dieses Verfahren zum Antreiben eines Elektromotors die Anzahl von Teilen verringern, während der Energieumwandlungswirkungsgrad verbessert wird.
Außerdem wird als ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung eine elektrisch angetriebene Vorrichtung bereitgestellt. Diese elektrisch angetriebene Vorrichtung umfasst einen elektrischen Wechselstrommotor (103), in dem mehrere Spulen in einer Sternkonfiguration geschaltet sind, wobei jede der vorstehenden Elektromotorantriebsvorrichtungen (104) zum Steuern des elektrischen Wechselstrommotors (103) dient, und eine Betriebseinheit (102), die unter Verwendung des von dem elektrischen Wechselstrommotor (103) gelieferten Stroms eine vorgegebene Arbeit durchführt.
Beachten Sie, dass die Bezugsnummern in Klammern, die nach den vorstehenden Einrichtungen angehängt sind, Beispiele sind, welche die Entsprechung zu spezifischen Einrichtungen zeigen, die in den später erklärten Ausführungsformen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale der hier gezeigten vorliegenden Erfindung und andere Merkmale und Vorteile werden unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung besser verstanden.
1 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Betriebsflussdiagramm der Antriebsverarbeitung eines Elektromotors, die durch eine Steuerschaltung der Elektromotorantriebsvorrichtung ausgeführt wird.
3A ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Trägerwelle und den Spannungssteuersignalen für die verschiedenen Phasen abbildet.
3B ist ein Zeitablaufdiagramm, das Schaltsignale abbildet, die basierend auf der Trägerwelle und Spannungssteuersignalen, die in 3A abgebildet sind, erzeugt werden.
4 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Fahrzeugklimatisierungssystems mit einem elektrischen Kompressor, der von einem Elektromotor angetrieben wird, der von einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß irgendeiner der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Bezug nehmend auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt. Jedoch ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgende Erklärung beschränkt und erstreckt sich auf Äquivalente der in den Ansprüchen beschriebenen Aspekte der Erfindung, was bemerkt werden sollte.
Nachstehend wird eine Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Diese Elektromotorantriebsvorrichtung treibt einen elektrischen Wechselstrommotor mit mehreren Spulen an. Die Spulen sind an einem Rotor oder Stator bereitgestellt, um dem Rotor eine Antriebskraft zu verleihen und durch den Fluss der verschiedenen Phasen des Stroms des Dreiphasenwechselstroms ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Ferner verwendet diese Elektromotorantriebsvorrichtung die Ergebnisse des Vergleichs einer Gleichspannung, die zwischen einem Sternpunkt, wo die mehreren Spulen in einer Sternkonfiguration verbunden sind, und einer positiven Schiene oder negativen Schiene des Inverters geleifert wird, und einer an dem elektrischen Wechselstrommotor erzeugten induzierten Spannung als die Basis, um entweder die Feldschwächungssteuerung zum Verringern der induzierten Spannung oder die Spannungserhöhungssteuerung auszuwählen. Hier wird der Bequemlichkeit halber auf die Steuerung, die den Strom erhöht, der in eine Richtung fließt, welche eine der Schwächung des Magnetfelds, die durch das Feldsystem erzeugt wird, ähnliche Wirkung hervorruft, und daher äquivalent zu der Feldschwächungssteuerung ist, ebenfalls als „Feldschwächungssteuerung” Bezug genommen. Beachten Sie, dass der elektrische Wechselstrommotor, der von der Elektromotorantriebsvorrichtung angetrieben wird, in der vorliegenden Ausführungsform ein synchroner Dreiphasenelektromotor ist. In einer anderen Ausführungsform kann der von der Elektromotorantriebsvorrichtung angetriebene elektrische Wechselstrommotor jedoch auch ein elektrischer Dreiphaseninduktionsmotor sein. Ferner kann der von der Elektromotorantriebsvorrichtung angetriebene elektrische Wechselstrommotor in einer anderen Ausführungsform auch ein anderer elektrischer Mehrphasensynchronmotor oder elektrischer Mehrphaseninduktionsmotor als ein dreiphasiger sein.
1 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus, der den Gesamtaufbau einer Elektromotorantriebsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 hat einen Inverter 3, einen Kondensator 4, Voltmeter 5, 6 und eine Steuerschaltung 7 zum Antreiben eines Elektromotors 10.
Um ferner den elektrischen Gleichstrom zum Antreiben des Elektromotors 10 zu liefern, ist der Elektromotor 10 mit einer Gleichstromversorgung 2 verbunden. Insbesondere ist eine Anode der Gleichstromversorgung 2 mit einem Sternpunkt des Elektromotors 10 verbunden, an dem die verschiedenen Phasen der an dem Stator bereitgestellten Spulen L₁ bis L₃ in einer Sternkonfiguration verbunden sind, während die Kathode der Gleichstromversorgung 2 mit der negativen Schiene 35 des Inverters 3 verbunden und geerdet ist. Beachten Sie, dass als die Gleichstromversorgung 2 verschiedene Stromversorgungen, die elektrischen Gleichstrom liefern, verwendet werden können. Zum Beispiel kann als die Gleichstromversorgung 2 eine Bleispeicherbatterie, Lithiumionenbatterie oder Nickelwasserstoffbatterie verwendet werden.
Der Inverter 3 wandelt elektrische Gleichstromleistung, die von der Gleichstromversorgung 2 geliefert und durch den Elektromotor 10 eingegeben wird, entsprechend einem Steuersignal, das von der Steuerschaltung 7 eingegeben wird, in die elektrische Dreiphasenwechselstromleistung um. Aus diesem Grund hat der Inverter 3 drei Sätze von Armen 31, 32 und 33, die der U-Phase, V-Phase und W-Phase des Elektromotors 10 entsprechen. Diese Arme 31, 32 und 33 sind parallel geschaltet. Ferner hat der Arm 31 in Reihe geschaltete Schaltvorrichtungen SW1 und SW4. Ähnlich haben die Arme 32 und 33 jeweils in Reihe geschaltete Schaltvorrichtungen SW2 und SW5 und Schaltvorrichtungen SW3 und SW6. Beachten Sie, dass hier die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW3 der Bequemlichkeit halber die „oberen Schaltvorrichtungen” genannt werden, während die Schaltvorrichtungen SW4 bis SW6 die „unteren Schaltvorrichtungen” genannt werden.
Die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 haben zum Beispiel Transistoren und Dioden, die parallel zu den Transistoren geschaltet sind, so dass Strom in die entgegengesetzte Richtung zu der Fließrichtung von Strom durch die Transistoren (zum Beispiel sind die Emitteranschlüsse der NPN-Transistoren und die Anodenanschlüsse der Dioden verbunden, und die Kollektoranschlüsse der Transistoren und die Kathodenanschlüsse der Dioden sind verbunden) fließt. Beachten Sie, dass als die Transistoren der Schaltvorrichtungen zum Beispiel Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) oder Leistungs-MOSFETS (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) verwendet werden können. Beachten Sie, dass die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 auch einen anderen Aufbau haben können, der das Ein-/Ausschalten entsprechend der Drehzahl des Elektromotors 10 ermöglicht.
Ferner ist für den Arm 31 ein Ende der Schaltvorrichtung SW1 (Kathodenanschlussseite der Diode) mit der positiven Schiene 34 des Inverters 3 verbunden. Andererseits ist das andere Ende der Schaltvorrichtung SW1, das heißt, der Mittelpunkt der Schaltvorrichtungen SW1 und SW4, mit dem U-Phasenanschluss des Elektromotors 10 verbunden. Ferner ist ein Ende der Schaltvorrichtung SW4 (Anodenanschlussseite der Diode) mit der negativen Schiene 35 des Inverters 3 verbunden. Ähnlich ist für den Arm 32 ein Ende der Schaltvorrichtung SW2 mit der positiven Schiene 34 des Inverters 3 verbunden. Andererseits ist der Mittelpunkt der Schaltvorrichtungen SW2 und SW5 mit dem V-Phasenanschluss des Elektromotors 10 verbunden. Ferner ist ein Ende der Schaltvorrichtung SW5 mit der negativen Schiene 35 des Inverters 3 verbunden.
Außerdem ist für den Arm 33 ein Ende der Schaltvorrichtung SW3 mit der positiven Schiene 34 des Inverters 3 verbunden. Andererseits ist der Mittelpunkt der Schaltvorrichtungen SW3 und SW6 mit dem W-Phasenanschluss des Elektromotors 10 verbunden. Ferner ist ein Ende der Schaltvorrichtung SW6 mit der negativen Schiene 35 des Inverters verbunden.
Ferner werden die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 von einem Steuersignal von der Steuerschaltung 7 ein- oder ausgeschaltet. Ferner fließt Strom durch den Elektromotor 10, indem die obere Schaltvorrichtung irgendeines Arms und die unteren Schaltvorrichtungen der anderen Arme eingeschaltet werden und die anderen Schaltvorrichtungen ausgeschaltet werden, und daher dreht sich der Motor 10. Ferner dreht sich der Elektromotor 10 stabil mit einer bestimmten Drehzahl, indem die Schaltvorrichtungen für die Arme sukzessive umgestellt werden.
Der Kondensator 4 verwendet den zu dem Elektromotor 10 fließenden Strom, um die Spannung zwischen der positiven Schiene 34 und der negativen Schiene 35 zu erhöhen und den Elektromotor anzutreiben. Zu diesem Zweck wird der Kondensator 4 durch die Spannung, die von der Gleichstromversorgung 2 geliefert wird, geladen oder entlädt sich durch den Elektromotor 10 und den Inverter 3. Aus diesem Grund ist ein Ende des Kondensators 4 mit der positiven Schiene 34 des Inverters 3 verbunden, während das andere Ende des Kondensators 4 mit der negativen Schiene 35 des Inverters 3 verbunden ist. Wenn ferner der Elektromotor 10 durch die Spannungserhöhungssteuerung gesteuert wird, wird der Kondensator 4 entsprechend der durch den Inverter 3 zugeführten Spannung geladen oder entladen. Aufgrund dessen wird die Spannung zwischen der positiven Schiene 34 und der negativen Schiene 35 des Inverters 3 vergrößert und der Elektromotor 10 angetrieben. Wenn andererseits der Elektromotor durch eine Feldschwächungssteuerung gesteuert wird, wird der Kondensator 4 so geladen und entladen, dass die Spannung des Kondensators 4 auf einer konstanten Spannung gehalten wird, und dadurch der Elektromotor 10 angetrieben wird. Beachten Sie, dass der Kondensator 4 zum Beispiel ein Elektrolytkondensator, ein Folienkondensator oder ein Keramikkondensator sein kann.
Das Voltmeter 5 misst die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4. Ferner meldet das Voltmeter 5 diese Messspannung V_dc an die Steuerschaltung 7. Ferner misst das Voltmeter 6 die Stromversorgungsspannung der Gleichstromversorgung 2, das heißt, die Spannung V_L zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der negativen Schiene 35 des Inverters 3. Ferner meldet das Voltmeter 6 diese Messspannung V_L an die Steuerschaltung 7. Beachten Sie, dass es, anstatt das Voltmeter 5 die Spannung V_dc direkt zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 messen zu lassen, auch möglich ist, ein Voltmeter zu verwenden, um die Spannung V_H zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und den verschiedenen Phasen der Anschlüsse, das heißt, dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der positiven Schiene des Inverters 3, zu messen und die Steuerschaltung 7 die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 entsprechend der folgenden Formel berechnen zu lassen: V_dc = V_H + V_I (1)
Die Steuerschaltung 7 steuert die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 des Inverters 3, um den Elektromotor 10 zu veranlassen, sich mit einer Drehzahl, die von einer anderen Vorrichtung angewiesen wird, zu drehen. Ferner wählt die Steuerschaltung 7 basierend auf der induzierten Spannung, die aus der angewiesenen Drehzahl und den Messspannungen V_dc, V_L der Voltmeter 5, 6 geschätzt wird, entweder die Spannungserhöhungssteuerung oder die Feldstärkeschwächungssteuerung aus, um den Energieumwandlungswirkungsgrad des Elektromotors 10 zu verbessern. Aus diesem Grund hat die Steuerschaltung 7 eine Sensorsignalempfangseinheit 11, eine Schnittstelleneinheit 12, eine Steuereinheit 13, eine Impulswellenformerzeugungseinheit 14 und eine Impulsausgabeeinheit 15.
Die Sensorsignalempfangseinheit 11 hat eine Schnittstellenschaltung zum Verbinden der Steuerschaltung 7 mit den Voltmetern 5, 6. Ferner empfängt die Sensorsignalempfangseinheit 11 Messspannungen von den Voltmetern 5, 6 und überträgt die Messspannungen an die Steuereinheit 13.
Die Schnittstelleneinheit 12 hat eine Schnittstellenschaltung, um die Steuerschaltung 7 durch ein Kommunikationsnetz mit einer anderen Steuervorrichtung, welche die Vorrichtung steuert, in welcher der Elektromotor 10 befördert wird, zum Beispiel einer Steuervorrichtung eines Fahrzeugs, in dem der Elektromotor 10 befördert wird, zu verbinden. Ferner überträgt die Schnittstelleneinheit 12 ein Steuersignal, das durch dieses Kommunikationsnetz empfangen wird, zum Beispiel ein Drehzahlanweisungssignal, das die Zieldrehzahl des Elektromotors 10 anweist, ein Startanweisungssignal, das den Start des Elektromotors 10 anweist, oder ein Stoppanweisungssignal, das den Elektromotor 10 anhalten lässt, an die Steuereinheit 13.
Die Steuereinheit 13 hat einen oder mehrere Prozessoren, einen Speicher und periphere Schaltungen. Ferner steuert die Steuereinheit 13 die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 des Inverters 3 entsprechend dem durch die Schnittstelleneinheit 12 empfangenen Steuersignal, um den Elektromotor 10 anzutreiben. Ferner wählt die Steuereinheit 13 basierend auf der von dem Drehzahlanweisungssignal und den Messspannungen V_dc, V_L der Voltmeter 5, 6 bestimmten Drehzahl entweder die Spannungserhöhungssteuerung oder die Feldschwächungssteuerung aus, um den Energieumwandlungswirkungsgrad des Elektromotors 10 so weit wie möglich zu erhöhen. Ferner bestimmt die Steuereinheit 13 die Zeitabläufe des Ein- oder Ausschaltens der Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 des Inverters 3 entsprechend dem ausgewählten Steuerverfahren und der von dem Drehzahlanweisungssignal bestimmten Drehzahl, um den Antriebsstrom einzustellen, der durch den Elektromotor 10 fließt.
2 ist ein Betriebsflussdiagramm der Antriebsverarbeitung des Elektromotors, die von der Steuereinheit 13 ausgeführt wird. Die Steuereinheit 13 führt die durch dieses Betriebsflussdiagramm dargestellte Verarbeitung mit einer voreingestellten vorgegebenen Periode wiederholt aus. Zuerst erfasst die Steuereinheit 13 die Spannung V_dc zwischen Anschlüssen des Kondensators und die Stromversorgungsspannung V_L von den Voltmetern 5, 6 durch die Sensorsignalempfangseinheit 11 (Schritt S101). Ferner erfasst die Steuereinheit 13 die mechanische Winkelgeschwindigkeit ω_rm (U/min) des Elektromotors 10, die von dem Drehzahlanweisungssignal bestimmt ist, das durch die Schnittstelleneinheit 12 empfangen wird (Schritt S102).
Als nächstes schätzt die Steuereinheit 13 die induzierte Spannung V_E, die an dem Elektromotor 10 erzeugt wird, aus der mechanischen Winkelgeschwindigkeit ω_rm (Schritt S103). Zum Beispiel berechnet die Steuereinheit 13 die induzierte Spannung gemäß der folgenden Formel. V_E = K_E × ω_re = K_E × ω_rm × p × 2π/60 (rad/s) (2)
Hier ist K_E eine induzierte Spannungskonstante, die im Voraus entsprechend dem Aufbau des Elektromotors 10 bestimmt wird. Ferner ist ω_re die elektrische Winkelgeschwindigkeit (Einheit rad/s). Außerdem ist p die Anzahl von Polpaaren des Elektromotors 10 (das heißt, die Anzahl von Polen, die in dem Feldsystem des Elektromotors 10 ausgebildet ist, geteilt durch zwei).
Die Steuereinheit 13 beurteilt, ob der Absolutwert der Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung V_L und der induzierten Spannung V_E kleiner als ein vorgegebener Wert V_off ist (Schritt S104). Beachten Sie, dass der vorgegebene Wert V_off zum Beispiel auf einen Wert festgelegt wird, durch den die Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung V_L und der induzierten Spannung V_E, wenn sie für einen idealen Elektromotor 10 0 wird, der Maximalwert der Spannungsdifferenz, die aufgrund von zulässigen Fertigungsunterschieden in dem Elektromotor 10 auftritt, das heißt, ein Wert von 0 oder mehr, ist. Wenn bei Schritt S104 der Absolutwert der Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung V_L und der induzierten Spannung V_E der vorgegebene Wert V_off oder mehr ist, beurteilt die Steuereinheit 13, ob die induzierte Spannung V_E der Wert der Stromversorgungsspannung V_L plus ein vorgegebener Versatzwert V_off2 oder mehr ist (Schritt S105). Beachten Sie, dass der vorgegebene Versatzwert V_off2 zum Beispiel entsprechend den Charakteristiken des Elektromotors 10 bestimmt wird und entweder ein positiver Wert oder ein negativer Wert sein kann. Beachten Sie, dass, wenn der Elektromotor 10 ein idealer Elektromotor frei von jeglichen Einflüssen aufgrund von Fertigungsschwankungen ist, der Versatzwert V_off2 auf 0 festgelegt ist. Wenn die induzierte Spannung V_E (V_L + V_off2) oder mehr ist, wählt die Steuereinheit 13 die Feldschwächungssteuerung aus (Schritt S106). Selbst, wenn in diesem Fall die Spannung V_H zwischen der positiven Schiene 34 des Inverters 3 und dem Sternpunkt des Elektromotors 10 erhöht wird, ist es nicht möglich, die Stromversorgungsspannung V_L höher als die induzierte Spannung V_E zu machen, folglich geht das Gleichgewicht zwischen der Spannung zwischen dem Sternpunkt und der positiven Schiene und der Spannung zwischen dem Sternpunkt und der negativen Schiene schließlich verloren. Aus diesem Grund werden schließlich Spannungsschwankungen verursacht, und der Energieumwandlungswirkungsgrad fällt. Daher wählt die Steuereinheit 13 die Feldschwächungssteuerung aus.
Wenn bei Schritt S105 andererseits V_E kleiner als (V_L + V_off2) ist, beurteilt die Steuereinheit 13, ob die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators höher als der Wert der induzierten Spannung V_E plus der Stromversorgungsspannung V_L und dem Versatzwert V_off2 ist (Schritt S107). Wenn die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators höher als (V_E + V_L + V_off2) ist, wählt die Steuereinheit 13 die Feldschwächungssteuerung (Schritt S106) aus. Selbst wenn in diesem Fall die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 die Spannungserhöhungssteuerung verwendet, wird die Lademenge des Kondensators 4 einfach zunehmen. Die Antriebskraft des Elektromotors 10 wird auch nicht größer werden, und der Energieumwandlungswirkungsgrad wird fallen. Wenn andererseits die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators (V_E + V_L + V_off2) oder kleiner ist, wählt die Steuereinheit 13 die Spannungserhöhungssteuerung aus (Schritt S108). In diesem Fall kann die Steuerschaltung 7 die Spannungserhöhungssteuerung verwenden, um die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4, das heißt, V_H, zu erhöhen oder zu verringern, um die Spannung zu ändern, die im Wesentlichen an die Differenzphasen der Spulen L₁ bis L₃ des Elektromotors 10 angelegt wird.
Wenn ferner bei Schritt S104 der Absolutwert der Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung V_L und der induzierten Spannung V_E kleiner als der vorgegebene Wert V_off ist, das heißt, die induzierte Spannung V_E und die Stromversorgungsspannung V_L im Wesentlichen gleich sind, beurteilt die Steuereinheit 13, ob das voreingestellte Steuerverfahren für diesen Fall die Feldschwächungssteuerung ist (Schritt S109). Wenn ferner das voreingestellte Steuerverfahren die Feldschwächungssteuerung ist, wählt die Steuereinheit 13 die Feldschwächungssteuerung aus (Schritt S106). Wenn andererseits das voreingestellte Steuerverfahren nicht die Feldschwächungssteuerung ist, das heißt, wenn es die Spannungserhöhungssteuerung ist, wählt die Steuereinheit 13 die Spannungserhöhungssteuerung aus (Schritt S108). Beachten Sie, dass, um das Steuerverfahren, das angewendet werden soll, wenn die induzierte Spannung V_E und die Stromversorgungsspannung V_L im Wesentlichen zum Beispiel gleich groß sind, im Voraus zu bestimmen, die Spannungserhöhungssteuerung und die Feldschwächungssteuerung jeweils angewendet werden, wenn die Stromversorgungsspannung V_L im Wesentlichen gleich groß wie die induzierte Spannung V_E ist, und die Ströme, die zwischen den verschiedenen Phasen der Anschlüsse des Elektromotors und des Inverters fließen, wenn der Elektromotor mit einer vorgegebenen Drehzahl angetrieben wird, im Voraus gemessen werden. Je kleiner der Strom, desto kleiner ist auch der Betrag des Energieverbrauchs und umso höher somit der Energieumwandlungswirkungsgrad des Elektromotors. Daher wird die Steuerung, welche die kleineren Messströme ergibt, im Voraus als das Steuerverfahren bestimmt, das ausgewählt wird, wenn die Stromversorgungsspannung V_L im Wesentlichen gleich groß wie die induzierte Spannung V_E ist. Ferner speichert ein Speicher der Steuereinheit 13 im Voraus eine Markierung zum Bestimmen des ausgewählten Steuerverfahrens. Wenn bei dem vorstehenden Schritt S109 die Stromversorgungsspannung V_L im Wesentlichen gleich groß wie die induzierte Spannung V_E ist, kann sich die Steuereinheit 13 auf die in dem Speicher gespeicherte Markierung beziehen und die Spannungserhöhungssteuerung oder Feldschwächungssteuerung auswählen. Außerdem kann das bei jeder Drehzahl ausgewählte Steuerverfahren durch Steuern des Inverters 3, so dass die Stromversorgungsspannung V_L im Wesentlichen gleich groß wie die induzierte Spannung V_E wird, und Im-Voraus-Messen des Messstroms, wenn die Spannungserhöhungssteuerung oder Feldschwächungssteuerung verwendet werden, während die Drehzahl geändert wird, im Voraus bestimmt werden. In diesem Fall wird eine für jede Drehzahl festgelegte Markierung zusammen mit der entsprechenden Drehzahl im Voraus in dem Speicher gespeichert. Ferner kann sich die Steuereinheit 13 bei dem vorstehenden Schritt S109 unter den in dem Speicher gespeicherten Drehzahlen auf die Markierung beziehen, welche der Drehzahl am nächsten zu der aktuellen Drehzahl entspricht, um die Spannungserhöhungssteuerung oder Feldschwächungssteuerung auszuwählen.
Nach dem Schritt S106 oder S108 bestimmt die Steuereinheit 13 die Zeitabläufe des Ein-/Ausschaltens der Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 des Inverters entsprechend dem ausgewählten Steuerverfahren und der von dem Drehzahlanweisungssignal bestimmten Drehzahl (Schritt S110). Ferner gibt die Steuereinheit 13 ein Spannungssteuersignal entsprechend diesem Zeitablauf an die Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 aus, um die Steuerverarbeitung zu beenden.
In der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Steuerschaltung 7 die Impulsbreitenmodulations-(PWM-)Steuerung, um die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 ein-/auszuschalten. Daher bestimmt die Steuereinheit 13 die Zeitabläufe zum Ein-/Ausschalten der Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 durch Ausgeben von Periodensignalen für den Vergleich mit der Trägerwelle, die von der Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 erzeugt wird, als Spannungssteuersignale, die den Phasen des Elektromotors 10 entsprechen, an die Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14. Die Steuereinheit 13 ändert zum Beispiel den Versatzwert, die Amplitude oder die Periode dieses Periodensignals, um zwischen der Spannungserhöhungssteuerung und der Feldschwächungssteuerung umzuschalten. Wenn der Elektromotor 10 ferner durch die Spannungserhöhungssteuerung gesteuert wird, ändert die Steuereinheit 13 zum Beispiel die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 entsprechend der Drehzahl des Elektromotors 10. Aus diesem Grund erzeugt die Steuereinheit 13 Spannungssteuersignale, um das Verhältnis der Zeitspanne, in der alle Schaltvorrichtungen SW1 bis SW3, die mit der positiven Schiene 34 des Inverters verbunden sind, aus werden, und der Zeitspanne, in der irgendwelche der Schaltvorrichtungen SW1 bis SW3 ein wird, entsprechend der geplanten Spannung zwischen den Anschlüssen V_dc des Kondensators 4 zu ändern. Wenn der Elektromotor 10 andererseits durch die Feldschwächungssteuerung gesteuert wird, erzeugt die Steuereinheit 13 Spannungssteuersignale, um das Verhältnis der Zeitspanne, in der alle Schaltvorrichtungen SW1 bis SW3 aus werden und der Zeitspanne, in der irgendeine der Schaltvorrichtungen SW1 bis SW3 ein wird, konstant zu halten, so dass die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 konstant gehalten wird.
Die Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 verwendet zum Beispiel die von der Steuereinheit 13 empfangenen Steuerspannungssignale als die Basis, um Schaltsignale zum Ein-/Ausschalten der Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 des Inverters 3 zu erzeugen. Auf die vorstehende Weise verwendet die Steuerschaltung 7 in der vorliegenden Ausführungsform die PWM-Steuerung, um die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 ein-/auszuschalten. Daher vergleicht die Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 durch (nicht gezeigte) Vergleichsschaltungen die von der Steuereinheit 13 empfangenen Spannungssteuersignale, die den verschiedenen Phasen des Elektromotors 10 entsprechen, mit dem Periodensignal, das eine vorgegebene Periode hat, das von einer (nicht gezeigten) Oszillationsschaltung der Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 erzeugt wird, das heißt, der Trägerwelle. Wenn das Spannungssteuersignal ferner für jede Phase höher als die Trägerwelle ist, erzeugt die Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 Schaltsignale, welche die mit der positiven Schiene 34 des entsprechenden Arms des Inverters 3 verbundene Schaltvorrichtung einschalten und die mit der negativen Schiene 35 des entsprechenden Arms des Inverters 3 verbundene Schaltvorrichtung ausschalten.
3A ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Trägerwelle und die verschiedenen Phasen von Spannungssteuersignalen abbildet, während 3B ein Zeitablaufdiagramm ist, das Schaltsignale abbildet, die basierend auf der Trägerwelle und Spannungssteuersignalen, die in 3A gezeigt sind, erzeugt werden. In 3A und 3B zeigt die Abszisse die Zeit. Ferner zeigt die Sägezahnwelle 301 in 3A die Trägerwelle. Ferner zeigen die Sinuswellen 302 bis 304 jeweils die Spannungssteuersignale für die U-Phase, V-Phase und W-Phase. Außerdem zeigen die impulsartigen Wellen 311 bis 316 in 3B die Schaltsignale für die Schaltvorrichtungen, die links von den Wellen gezeigt sind. Wenn zum Beispiel die anfängliche Dreieckswelle der Trägerwelle 301 und das Spannungssteuersignal 302, das der U-Phase entspricht, in dem Intervall von der Zeit t₀ bis t₁ verglichen werden, ist die Trägerwelle 301 höher als das Spannungssteuerungssignal 302. Aus diesem Grund werden in dem Intervall in der Zeit t₀ bis t₁ Schaltsignale erzeugt, welche die Schaltvorrichtung SW1 ausschalten, die mit der positiven Schiene 34 verbunden ist, die in dem Arm 31 enthalten ist, welcher der U-Phase des Inverters 3 entspricht, und die Schaltvorrichtung SW4 einschalten, die mit der negative Schiene 34 verbunden ist.
Beachten Sie, dass die Trägerwelle nicht auf eine sägezahnförmige Welle beschränkt ist. Die Trägerwelle kann auch eine Welle einer Spannung, die sich wiederholt ändert, um mit dem Verlauf der Zeit monoton zuzunehmen und monoton abzunehmen, zum Beispiel eine Sinuswelle, sein. Die Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 übermittelt die Schaltsignale an die Impulsausgabeeinheit 15.
Die Impulsausgabeeinheit 15 hat eine Schnittstellenschaltung zum Verbinden der Steuerschaltung 7 und der Schaltvorrichtungen des Inverters 3. Ferner gibt die Impulsausgabeeinheit 15 die von der Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 empfangenen Schaltsignale an die entsprechenden Schaltvorrichtungen des Inverters 3 aus. Aufgrund dessen kann die Steuerschaltung 7 die Schaltvorrichtungen SW1 bis SW6 des Inverters 3 mit den gewünschten Zeitabläufen ein-/ausschalten. Aus diesem Grund kann die Steuerschaltung 7 den Elektromotor 10 entweder durch die Spannungserhöhungssteuerung oder die Feldschwächungssteuerung mit der von dem Drehzahlanweisungssignal bestimmten Drehzahl zum Drehen bringen.
Wie vorstehend erklärt, verwendet die Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vergleichsergebnisse der Stromversorgungsspannung, die zwischen den Sternpunkt des Elektromotors und die negative Schiene des Inverters geschaltet ist, und der induzierten Spannung als die Basis, um diejenige der Spannungsverstärkungssteuerung oder Feldschwächungssteuerung auszuwählen, die den höheren Energieumwandlungswirkungsgrad hat. Aufgrund dessen hat diese Elektromotorantriebsvorrichtung keine von dem Inverter getrennte Erhöhungsschaltung und kann den Energieumwandlungswirkungsgrad des Elektromotors verbessern.
4 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt, unterscheidet sich die Elektromotorantriebsvorrichtung 21 gemäß der zweiten Ausführungsform von der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in dem Punkt, dass ein Ende des Kondensators 4 mit dem Sternpunkt des Elektromotors 10 verbunden ist, an dem die verschiedenen Phasen der Spulen L₁ bis L₃ durch eine Sternkonfiguration verbunden sind, während das andere Ende des Kondensators 4 mit der positiven Schiene 34 des Inverters 3 verbunden ist. Wenn der Elektromotor 10 durch die Spannungserhöhungssteuerung gesteuert wird der Kondensator 4 jedoch auch in diesem Fall geladen oder entlädt sich entsprechend der Spannung zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der positiven Schiene 34 des Inverters 3, so dass dadurch die an den Elektromotor 10 gelieferte Spannung eingestellt wird. Beachten Sie, dass den Bestandteilen der Elektromotorantriebsvorrichtung 21 in 4 die gleichen Bezugsnummern zugewiesen sind wie den entsprechenden Bestandteilen der in 1 gezeigten Elektromotorantriebsvorrichtung 1.
Diese Elektromotorantriebsvorrichtung 21 betrachtend steuert die Steuereinheit 13 der Steuerschaltung 7 den Elektromotor 10 ebenfalls entsprechend dem in 2 gezeigten Betriebsflussdiagramm durch die Spannungserhöhungssteuerung oder die Feldschwächungssteuerung. Jedoch besteht in der Elektromotorantriebsvorrichtung 21 nicht die Beziehung der Formel (1) zwischen der Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 und der Spannung V_H zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der positiven Schiene 34 des Inverters 3. Ferner ist V_dc gleich groß wie V_H selbst. Wenn V_dc größer als die induzierte Spannung V_E ist, wird aus diesem Grund in der Beurteilungsverarbeitung von Schritt S107 in dem in dem in 2 gezeigten Betriebsflussdiagramm die Verarbeitung von Schritt S106 ausgeführt, während die Verarbeitung von S108 ausgeführt wird, wenn V_dc gleich der induzierten Spannung V_E oder weniger ist.
5 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 dargestellt, unterscheidet sich die Elektromotorantriebsvorrichtung 22 gemäß der dritten Ausführungsform von der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in dem Punkt, dass die Anode der Gleichstromversorgung 2 mit der positiven Schiene 34 des Inverters 3 verbunden ist und die Kathode der Gleichstromversorgung 2 mit dem Sternpunkt des Elektromotors 10 verbunden ist, an dem verschiedene Phasen der Spulen L₁ bis L₂ in einer Sternkonfiguration verbunden sind. Beachten Sie, dass den Bestandteilen der Elektromotorantriebsvorrichtung 22 in 5 die gleichen Bezugsnummern zugewiesen sind, wie entsprechenden Bestandteilen der in 1 gezeigten Elektromotorantriebsvorrichtung 1.
Diese Elektromotorantriebsvorrichtung 22 betrachtend steuert die Steuereinheit 13 der Steuerschaltung 7 den Elektromotor 10 ebenfalls entsprechend dem in 2 gezeigten Betriebsflussdiagramm durch die Spannungserhöhungssteuerung oder die Feldschwächungssteuerung. Jedoch wird in dieser Elektromotorantriebsvorrichtung 22 die Spannung V_H zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der positiven Schiene 34 des Inverters 3 gleich groß wie die Stromversorgungsspannung der Gleichstromversorgung 2. Wenn der Elektromotor 10 durch die Spannungserhöhungssteuerung gesteuert wird, schwankt die Spannung V_L zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der negativen Schiene 35 des Inverters 3. Ferner misst das Voltmeter 6 die Spannung V_H. Aus diesem Grund schaltet die Steuereinheit 13 V_L und V_H und führt die Verarbeitung der Schritte S104, S105 und S107 in dem in 2 gezeigten Betriebsflussdiagramm aus.
6 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 dargestellt, unterscheidet sich die Elektromotorantriebsvorrichtung 23 gemäß der vierten Ausführungsform von der Elektromotorantriebsvorrichtung 22 gemäß der dritten Ausführungsform in den Punkten, dass ein Ende des Kondensators 4 mit dem Sternpunkt des Elektromotors 10 verbunden ist, an dem die verschiedenen Phasen der Spulen L₁ bis L₂ bis in einer Sternkonfiguration verbunden sind, und dass das andere Ende des Kondensators 4 mit der negativen Schiene 35 des Inverters 3 verbunden ist. Wenn der Elektromotor 10 durch die Spannungserhöhungssteuerung gesteuert wird, wird der Kondensator 4 jedoch auch in diesem Fall geladen oder entlädt sich entsprechend der Spannung zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der negativen Schiene 35 des Inverters 3, um dadurch die an den Elektromotor 10 gelieferte Spannung einzustellen. Beachten Sie, dass den Bestandteilen der Elektromotorantriebsvorrichtung in 6 die gleichen Bezugsnummern zugeordnet sind wie den entsprechenden Bestandteilen der in 5 gezeigten Elektromotorantriebsvorrichtung 22 zugeordnet sind.
Diese Elektromotorantriebsvorrichtung 23 betrachtend steuert die Steuereinheit 13 der Steuerschaltung 7 den Elektromotor 10 ebenfalls entsprechend dem in 2 gezeigten Betriebsflussdiagramm durch die Spannungserhöhungssteuerung oder die Feldschwächungssteuerung. Jedoch sind in dieser Elektromotorantriebsvorrichtung 23 die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 und die Spannung V_L zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 10 und der negativen Schiene 35 des Inverters 3 gleich groß. Wenn V_dc größer als die induzierte Spannung V_E ist, wird aus diesem Grund in der Beurteilungsverarbeitung von Schritt S107 des in 2 gezeigten Betriebsflussdiagramms die Verarbeitung von Schritt S106 ausgeführt, während die Verarbeitung von Schritt S108 ausgeführt wird, wenn die Spannung V_dc die induzierte Spannung V_E oder weniger ist. Ferner ist die Stromversorgung V_H, somit schaltet die Steuereinheit 13 V_L und V_H und führt die Verarbeitungen der Schritte S104 und S105 de in 2 gezeigten Betriebsverfahrens aus.
Beachten Sie, dass in den vorstehenden Ausführungsformen die Verarbeitungen von Schritt S104 und S109 auch weggelassen werden können, wenn die Auswirkung von Herstellungsdifferenzen in dem Elektromotor etc. auf den Schätzwert der induzierten Spannung klein ist. In diesem Fall kann der Versatzwert V_off auch auf 0 gesetzt werden. Wenn ferner der Abfall in dem Energieumwandlungswirkungsgrad aufgrund der Differenz der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators minus der Gesamtsumme der Stromversorgungsspannung und induzierten Spannung klein ist, kann die Verarbeitung von Schritt S107 ebenfalls weggelassen werden.
Ferner kann in den vorstehenden Ausführungsformen im Voraus eine Referenztabelle, welche die Beziehung zwischen der von dem Drehzahlanweisungssignal bestimmten Drehzahl des Elektromotors (mechanische Winkelgeschwindigkeit ω_rm) und der induzierten Spannung, die dieser Geschwindigkeit entspricht, zeigt, zum Beispiel entsprechend Messergebnissen oder Simulationsergebnissen erzeugt werden. Ferner kann diese Referenztabelle im Voraus in einen Speicher der Steuereinheit 13 der Steuerschaltung 7 gespeichert werden. In diesem Fall kann sich die Steuereinheit 13 auf die Referenztabelle beziehen und die induzierte Spannung, die der durch das Drehzahlanweisungssignal bestimmten mechanischen Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors entspricht, schätzen. Aufgrund dessen ist es, selbst wenn Fertigungsunterschiede etc. des Elektromotors 10 bedeuten, dass die von dem Geschwindigkeitsanweisungssignal bestimmte Drehzahl des Elektromotors und die tatsächlich erzeugte induzierte Spannung nicht die Beziehung der Formel (2) erfüllen, möglich, die induzierte Spannung genau zu schätzen.
Ferner kann die Elektromotorantriebsvorrichtung in den vorstehenden Ausführungsform, anstatt die V_L oder V_H zu messen, die der gelieferten Spannung der Gleichstromversorgung entsprechen, auch Standardwerte der zugeführten Spannung der Gleichstromversorgung als V_L oder V_H verwenden. In diesem Fall können in der Elektromotorantriebsvorrichtung die Voltmeter zum Messen von V_L oder V_H auch weggelassen werden. Alternativ kann die Elektromotorantriebsvorrichtung in den vorstehenden Ausführungsformen, anstatt V_L oder V_H zu messen, auch V_L oder V_H aus der Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 und dem Schaltsignal schätzen, das von der Steuerschaltung 7 an den Inverter 3 ausgeben wird. Zum Beispiel wird in der ersten Ausführungsform während einer Periode des Schaltsignals die Gesamtsumme der Zeitspannen, wenn die unteren Schaltvorrichtungen SW4 bis SW6, die mit der negativen Schiene 35 des Inverters 3 verbunden sind, ein sind, als T_ein definiert, und die Gesamtsumme der Zeitspannen, wenn die unteren Schaltvorrichtungen SW4 bis SW6 aus sind, wird als T_aus definiert. Der Kondensator 4 wird während der Zeitspanne, in der die unteren Schaltvorrichtungen aus sind, durch diese unteren Schaltvorrichtungen und die entsprechenden oberen Schaltvorrichtungen geladen, so gilt die folgende Beziehung zwischen V_dc und V_L.
Daher kann die Steuereinheit 13 die Schaltsignale von der Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 erfassen, die Zeitspannen T_ein und T_aus aus den Schaltsignalen herausfinden und in die Formel (3) diese Zeitspannen und die von dem Drehzahlanweisungssignal und der Messspannung V_dc bestimmte Drehzahl in die Formel (3) eingeben, um V_L zu schätzen. Alternativ kann die Steuereinheit 13 durch Eingeben der Messwerte von V_L oder V_H des vorgeschriebenen Werts der Stromversorgungsspannung, die V_L oder V_H entsprechen, in die Formel (3) die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 schätzen. In diesem Fall kann das Voltmeter zum Messen der Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators 4 weggelassen werden.
Außerdem kann die Steuereinheit 13 auch anstelle der Zeitspannen T_ein und T_aus einen Parameter verwenden, der die Spannungssteuersignale definiert, um V_L und V_H zu schätzen. In dem Vorstehenden werden die Schaltsignale durch das Vergleichsergebnis der von der Impulswellenform-Erzeugungseinheit 14 erzeugten Trägerwelle und der Spannungssteuersignale bestimmt. Wenn die Trägerwelle fest ist, sind aus diesem Grund die Zeitspannen T_ein und T_aus eindeutig gemäß den Spannungssteuersignalen bestimmt. Das heißt, die Steuereinheit 13 kann anstelle der Zeitspannen T_ein und T_aus Parameter verwenden, welche die Spannungssteuersignale definieren, um V_L und V_H zu schätzen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 13 V_L für die erste Ausführungsform durch die folgende Formel berechnen, wobei der Betrag des Spannungsvektors, der dem Spannungssteuersignal für jede Phase entspricht, zu ”V” gemacht wird. V_L = A × (V_dc – V) wobei A ein Korrekturkoeffizient ist. Ferner kann der Spannungsvektor zu dem Effektivwert oder Wellenhöhenwert der Spannungssteuersignale gemacht wird, wenn zum Beispiel die Periode und Amplitude der Spannungssteuersignale bestimmt werden.
Ferner kann die Elektromotorantriebsvorrichtung den Strom messen, der während des Antriebsbetriebs des Elektromotors durch den Elektromotor fließt, und diesen Messstrom als eine Basis verwenden oder diesen Messstrom und V_dc oder eine andere Messspannung als die Basis für die Auswahl des verwendeten Steuerverfahrens verwenden. Um in diesem Fall zum Beispiel den durch den Elektromotor fließenden Strom zu messen, wird ein Amperemeter entweder an der positiven Schiene 34 oder der negativen Schiene 35 des Inverters 3, die mit einem Pol der Gleichstromversorgung 2 verbunden ist, bereitgestellt. Wenn zum Beispiel erneut Bezug auf 4 genommen wird, ist das Amperemeter 8 an der negativen Schiene 35 bereitgestellt. Ferner meldet das Amperemeter 8 den Messwert des Stroms an die Steuerschaltung 7. Die Steuereinheit 13 der Steuerschaltung 7 erfasst den von dem Amperemeter 8 gemessenen Stromwert durch die Sensorsignal-Empfangseinheit 11. Wenn die Stromversorgungsspannung im Wesentlichen gleich der induzierten Spannung V_E ist (Ja in Schritt S104 in dem in 2 gezeigten Betriebsflussdiagramm), wählt die Steuereinheit 13 die Feldschwächungssteuerung aus, wenn der gemessene Stromwert größer als ein voreingestellter vorgegebener Wert ist, während sie die Spannungserhöhungssteuerung auswählt, wenn der gemessene Stromwert dieser vorgegebene Wert oder kleiner ist. Beachten Sie, dass dieser vorgegebene Wert zum Beispiel auf den unteren Grenzwert festgelegt wird, bei dem der Energieumwandlungswirkungsgrad, wenn die Feldschwächungssteuerung angewendet wird, höher wird als der Energieumwandlungswirkungsgrad, wenn die Spannungserhöhungssteuerung angewendet wird. Außerdem wählt die Steuereinheit 13 ungeachtet der Beziehung von V_L und V_H und der induzierten Spannung V_E die Feldschwächesteuerung aus, wenn der gemessene Stromwert größer als ein voreingestellter vorgegebener Wert ist, während sie die Spannungserhöhungssteuerung auswählt, wenn der gemessene Stromwert dieser vorgegebene Wert oder kleiner ist. Auf diese Weise kann die Steuereinheit das optimale Steuerverfahren in Echtzeit auswählen, indem die Steuereinheit den Wert des durch den Elektromotor strömenden Stroms verwendet, um das Steuerverfahren des Elektromotors zu bestimmen.
Außerdem kann die Steuereinheit in den vorstehenden Ausführungsformen den Schätzwert der induzierten Spannung entsprechend Zustandssignalen, welche die Betriebsumgebung des Elektromotors zeigen, korrigieren. Beachten Sie, dass als ein Zustandssignal, das die Betriebsumgebung ausdrückt, zum Beispiel die Innentemperatur des Elektromotors, die von einem Temperatursensor erfasst wird, der im Inneren des Elektromotors eingerichtet ist, oder die Temperatur um den Elektromotor herum oder die Thermistortemperatur des Inverters, die von einem Temperatursensor erfasst wird, der die Temperatur um den Elektromotor herum erfasst, oder des Thermistors des Inverters verwendet werden kann. Ferner kann als ein anderes Beispiel für das Zustandssignal die Temperatur, die von einem Temperatursensor erfasst wird, der im Inneren oder um die Vorrichtung herum, in welcher der Elektromotor eingebaut ist, installiert ist, zum Beispiel die Innentemperatur eines Klimatisierungssystems, in dem der Elektromotor untergebracht ist, oder die Außenlufttemperatur, die von einem Außenlufttemperatursensor erfasst wird, der nahe dem Motorraum installiert ist, in dem der Elektromotor bereitgestellt ist, verwendet werden. In diesem Fall hat die Schnittstelleneinheit der Steuerschaltung zum Beispiel die Funktion als eine Zustandssignal-Erfassungseinheit, erfasst Temperaturinformationen als das Zustandssignal und übermittelt dieses Zustandssignal an die Steuereinheit.
Um den Korrekturwert für jedes der vorstehenden Zustandssignale oder eine Kombination von Zustandssignalen zu bestimmen, werden die mechanische Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors, die Spannung V_dc zwischen den Anschlüssen des Kondensators, die Stromversorgungsspannung und der Wert des durch den Elektromotor fließenden Stroms für verschiedene Zustandssignalwerte im Voraus gemessen, um die induzierte Spannung für die Kombinationen von Zustandssignalwerten und mechanischer Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors herauszufinden. Ferner wird die Differenz der durch die Formel (1) berechneten induzierten Spannung und dem Messwert zu dem Korrekturwert gemacht. Ferner wird der gefundene Korrekturwert zu einem Indikator gemacht, der für die Schätzung der induzierten Spannung verwendet wird, und ein Kennfeld, das die Indikatorwerte und die Kombinationen von Zustandssignalwerten und mechanischer Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors verknüpft, wird erzeugt. Dieses Kennfeld wird im Voraus in dem Speicher der Steuereinheit gespeichert. Wenn die induzierte Spannung während eines Antriebsbetriebs des Elektromotors geschätzt wird, erfasst die Steuereinheit die von dem Drehzahlanweisungssignal bestimmte mechanische Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors und den Zustandssignalwert. Ferner bezieht sich die Steuereinheit auf das in dem Speicher gespeicherte Kennfeld, um den Indikatorwert, der dieser mechanischen Winkelgeschwindigkeit und dem Zustandssignalwert entspricht, das heißt, den Korrekturwert, zu bestimmen. Ferner addiert die Steuereinheit diesen Korrekturwert zu der durch die Formel (1) berechneten induzierten Spannung, um dadurch den Schätzwert der induzieren Spannung herauszufinden. Alternativ kann sie induzierte Spannungen, die für Kombinationen der Zustandssignalwerte und mechanischer Winkelgeschwindigkeiten des Elektromotors gemessen werden, selbst als Indikatorwerte verwenden und diese Indikatorwerte in einem Kennfeld speichern lassen. Wenn in diesem Fall die induzierte Spannung während des Antriebsbetriebs des Elektromotors geschätzt wird, bezieht sich die Steuereinheit auf das in dem Speicher gespeicherte Kennfeld und verwendet dabei den Wert der induzierten Spannung, welcher der mechanischen Winkelgeschwindigkeit und dem Zustandssignalwert des Elektromotors entspricht, als den Schätzwert der induzierten Spannung.
Außerdem kann zum Beispiel durch Anwenden der Methode der kleinsten Quadrate auf die Messwerte der induzierten Spannung für eine Kombination der Zustandssignalwerte und der mechanischen Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors eine Funktion, welche die Beziehung der Kombination der Zustandssignalwerte und der mechanischen Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors zu der induzierten Spannung ausdrückt, im Voraus bestimmt werden. Wenn in diesem Fall die induzierte Spannung während des Antriebs des Elektromotors geschätzt wird, bestimmt die Steuereinheit die induzierte Spannung durch Eingeben der mechanischen Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors, die durch das Drehzahlanweisungssignal gezeigt ist, und des Zustandssignalwerts in die vorstehende Funktion.
Ferner schätzt die Steuerschaltung in den vorstehenden Ausführungsformen die induzierte Spannung aus dem Drehzahlanweisungssignal, aber die Steuerschaltung kann die induzierte Spannung auch aus der Spannungsanweisung zum Antreiben des Elektromotors berechnen. Beachten Sie, dass die Spannungsanweisung zum Antreiben des Elektromotors die Summe der induzierten Spannung und der Potentialdifferenz, die durch den Widerstand des Elektromotors und die Impedanz aufgrund der Spulen erzeugt wird, ausdrückt. Daher kann die Steuerschaltung den Messwert des durch den Elektromotor fließenden Stroms oder die Drehzahl des Elektromotors, die aus dem Drehzahlanweisungssignal berechnet wird, oder die Drehzahl des Elektromotors, die von dem Drehzahlsensor erhalten wird, als die Basis verwenden, um die aufgrund der Impedanz erzeugte Potentialdifferenz zu berechnen. Ferner kann die Steuerschaltung die durch die Impedanz erzeugte Potentialdifferenz von dem Spannungswert, der in der Spannungsanweisung ausgedrückt wird, subtrahieren, um die induzierte Spannung herauszufinden. Ferner ist die von der Impedanz erzeugte Potentialdifferenz äußerst klein. Aus diesem Grund kann die Steuereinheit die Potentialdifferenz, die sich aufgrund der Impedanz ergibt, als Fehler ignorieren und die Spannung, die durch die Spannungsanweisung selbst ausgedrückt wird, als die induzierte Spannung verwenden.
Ferner kann die Steuerschaltung in den vorstehenden Ausführungsformen die Verarbeitung der Schritte S104 bis S108 in dem Betriebsflussdiagramm von 2 ausführen und daher nur eines der beiden Steuerverfahren auswählen, wenn die induzierte Spannung V_E größer als V_L oder V_H ist, und kann den Elektromotor in anderen Fällen gemäß einem in der Vergangenheit verwendeten Steuerverfahren antreiben. Aufgrund dessen kann die Steuerschaltung die Verarbeitungslast, die zum Auswählen der Spannungserhöhungssteuerung oder der Feldschwächungssteuerung erforderlich ist, erleichtern.
Die Elektromotorantriebsvorrichtungen gemäß den vorstehenden Ausführungsformen oder ihre Modifikationen und Elektromotoren, die von diesen Elektromotorantriebsvorrichtungen gesteuert werden, können für verschiedene Vorrichtungen, wie etwa Kompressoren, Gebläseventilatoren oder andere Ventilatorvorrichtungen von Klimatisierungssystemen, Ölpumpen, die für die Zirkulation von Kühlwasser verwendet werden, und Antriebsquellen oder Lenkvorrichtungen von Fahrzeugen genutzt werden. 7 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Fahrzeugklimatisierungssystems mit einem elektrischen Kompressor, der von einem Elektromotor angetrieben wird, der von einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß irgendeiner der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gesteuert wird. Das Fahrzeugklimatisierungssystem 100 hat einen Wärmepumpenkreis 110 und eine Steuervorrichtung 120. Der Wärmepumpenkreis 110 hat einen elektrischen Kompressor 111, einen Kondensator 112, einen Sammler 113, ein Expansionsventil 114 und einen Verdampfer 115.
Der elektrische Kompressor 111 kann zum Beispiel als ein Kompressor mit variabler Kapazität mit einer Welle 101, einer Kompressionseinheit 102, an welcher die Welle 101 drehbar angebracht ist, einem Elektromotor 103 und einer Elektromotorantriebsvorrichtung 104 gefertigt sein. Der elektrische Kompressor 111 überträgt die Leistung des Elektromotors 103 durch einen Riemen oder eine Rolle auf die Welle 101, um die Welle 101 sich drehen zu lassen. Ferner wird das in die Kompressionseinheit 102 zugeführte Kältemittel durch einen (nicht gezeigten) Zylinder, der an der Welle 101 über eine (nicht gezeigte) Taumelscheibe, die sich in der Kompressionseinheit 101 bewegt, befestigt ist, komprimiert und wird zu Hochdruckgas. Ferner ist diese Kompressionseinheit 102 eine Betriebseinheit, die eine vorgegebene Arbeit unter Verwendung der Leistung von dem Elektromotor 103 durchführt. Der Elektromotor 103 ist ein elektrischer Mehrphasenwechselstrommotor. In der gleichen Weise wie die elektrischen Wechselstrommotoren der vorstehenden Ausführungsformen sind die Spulen der verschiedenen Phasen in einer Sternkonfiguration verbunden. Ferner wird zwischen dem Sternpunkt des Elektromotors 103 und der positiven Schiene oder negativen Schiene des Inverters der Elektromotorantriebsvorrichtung 104 elektrischer Gelichstrom von einer (nicht gezeigten) Gleichstromquelle zugeführt, wobei der Elektromotor 103 sich durch diesen elektrischen Gleichstrom dreht. Beachten Sie, dass die Gleichstromversorgung zum Beispiel eine Batterie sein kann, die in einem Fahrzeug befördert wird, oder eine Stromversorgungsschaltung, die von einer Batterie gelieferte Spannung in eine vorgegebene Spannung umwandelt und die umgewandelte Spannung ausgibt. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 104 ist eine Elektromotorantriebsvorrichtung irgendeiner der vorstehenden Ausführungsformen. Ferner wählt die Elektromotorantriebsvorrichtung 104 basierend auf der induzierten Spannung, die an dem Elektromotor 103 erzeugt wird, und der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators der Elektromotorantriebsvorrichtung 104 entweder die Spannungserhöhungssteuerung oder die Feldschwächungssteuerung aus und treibt den Elektromotor 103 gemäß dem ausgewählten Steuerverfahren an.
Der Kondensator 112 kühlt das Hochtemperatur-Hochdruckkältemittelgas, das von dem elektrischen Kompressor 111 befördert wird, und bewirkt, dass es sich verflüssigt. Der Sammler 113 lagert das verflüssigte Kältemittelgas. Ferner verhindert der Sammler 113 einen Abfall in der Kühlleistung durch Entfernen der in dem verflüssigten Kältemittel enthaltenen Gasblasen und lediglich Befördern des vollständig verflüssigten Kältemittels zu dem Expansionsventil 114. Das Expansionsventil 114 bewirkt, dass das verflüssigte Kältemittel durch adiabatische Expansion expandiert, um die Temperatur zu senken und den Druck zu senken und befördert das Ergebnis an den Verdampfer 115. Der Verdampfer 115 führt den Wärmeaustausch zwischen dem Niedertemperatur-Niederdruckkältemittel und der Luft, die von einem (nicht gezeigten) Gebläseventilator etc. in den Verdampfer 115 geblasen wird, durch, um diese Luft zu kühlen. Die gekühlte Luft wird in den Fahrzeugraum ausgeblasen und klimatisiert den Fahrzeugraum. Andererseits strömt das durch den Wärmeaustausch an dem Verdampfer 115 erwärmte Kältemittel erneut in den elektrischen Kompressor 111.
Auf die gleiche Weise wie der elektrische Kompressor 111 ist der Gebläseventilator ebenfalls eine Vorrichtung, die von dem elektrischen Wechselstrommotor angetrieben wird. Der Gebläseventilator überträgt die von dem elektrischen Wechselstrommotor gelieferte Antriebsleistung durch eine Direktantriebsverbindungswelle an den Betriebsteil, das heißt, den Ventilator, um den Ventilator sich drehen zu lassen. In diesem Gebläseventilator wird es ebenfalls durch Verwenden der Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß irgendeiner der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, den elektrischen Wechselstrommotor mit einem guten Energieumwandlungswirkungsgrad zu steuern.
Die Steuervorrichtung (auf die hier nachstehend als das „Klimatisierungs-ESG” Bezug genommen wird) besteht aus einem eingebauten Mikroprozessor, Speicher, einer Kommunikationsschaltung und ihren peripheren Schaltungen. Ferner steuert das Klimatisierungs-ESG 120 die Teile des Klimatisierungssystems 100 gemäß einem Programm, das auf dem Mikroprozessor betrieben wird, der Zielraumtemperatur, der Fahrzeugrauminnentemperatur, etc. Ferner kann das Klimatisierungs-ESG 120 durch ein Steuerbereichsnetzwerk (CAN) oder ein anderes derartiges im Auto montiertes Netzwerk mit einer Elektromotorantriebsvorrichtung 104 gemäß irgendeiner der vorstehenden Ausführungsformen zur Steuerung des Elektromotors 103 kommunizieren. Ferner bestimmt das Klimatisierungs-ESG 120 die Drehzahl des Elektromotors 103 (mechanische Winkelgeschwindigkeit) entsprechend der Zielraumtemperatur und der Fahrzeugrauminnenlufttemperatur. Ferner meldet das Klimatisierungs-ESG 120 die Drehzahl an die Elektromotorantriebsvorrichtung 104.
In der vorstehenden Weise könnten Fachleute der Technik innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung vielfältige Änderungen an den Ausführungsformen vornehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-159368 [0002, 0003]
JP 2006-311768 [0002, 0003]
JP 10-337047 [0003, 0004]

Claims

Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen elektrischen Wechselstrommotor (10) antreibt, der mehrere Spulen umfasst, die in einer Sternkonfiguration geschaltet sind, die umfasst: einen Inverter (3) mit mehreren Armen (31 bis 33), wobei jeder der mehreren Arme (31 bis 33) irgendeiner der mehreren Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) entspricht, und einer ersten Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3), die mit einer positiven Schiene verbunden ist, und einer zweiten Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6), die in Reihe zwischen die ersten Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW3) und eine negative Schiene geschaltet ist, wobei der Mittelpunkt der ersten Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3) und der zweiten Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6) für jeden der mehreren Arme (31 bis 33) mit einem Ende der entsprechenden Spule des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden ist; einen Kondensator (4), der mit einem Strom geladen wird, der von einer Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, die Gleichspannung zwischen einen Sternpunkt, mit dem die anderen Enden der Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden sind, und eine positive Schiene oder negative Schiene des Inverters (3) liefert und den Inverter (3) durchfließt; und eine Steuerschaltung (7), welche die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) steuert, so dass der elektrische Wechselstrommotor (10) mit einer bestimmten Drehzahl rotiert, wobei die Steuerschaltung (7) die Feldschwächungssteuerung verwendet, welche die induzierte Spannung senkt, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die an dem elektrischen Wechselstrommotor (10) erzeugte induzierte Spannung größer als die Stromversorgungsspannung ist, die von der Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, und andererseits die Spannungsverstärkungssteuerung verwendet, welche die Lademenge des Kondensators (4) ändert, um die an den elektrischen Wechselstrommotor (10) angelegte Spannung zu ändern, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die induzierte Spannung kleiner als die Stromversorgungsspannung ist.
Elektromotorantriebsvorrichtung wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei die Steuerschaltung (7) die vorgegebene Steuerung aus der Feldschwächungssteuerung und der Spannungserhöhungssteuerung verwendet, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn eine Differenz der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist.
Elektromotorantriebsvorrichtung wie in Anspruch 1 dargelegt, wobei: die Vorrichtung ferner ein Amperemeter umfasst, das den Strom misst, der durch den elektrischen Wechselstrommotor (10) fließt, und wenn die Differenz zwischen der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ist, die Steuerschaltung (7) die Feldschwächungssteuerung verwendet, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn der Wert des Stroms höher als ein vorgegebener Wert ist, und die Spannungserhöhungssteuerung verwendet, um die Schaltvorrichtungen zu steuern, wenn der Wert des Stroms dieser vorgegebene Wert oder weniger ist.
Elektromotorantriebsvorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 dargelegt, wobei die Steuerschaltung (7) die Feldschwächungssteuerung verwendet, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die induzierte Spannung kleiner als die Stromversorgungsspannung ist und der Gesamtbetrag der Stromversorgungsspannung und der induzierten Spannung niedriger als die Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators (4) ist.
Elektromotorantriebsvorrichtung wie in Anspruch 4 dargelegt, wobei die Steuerschaltung (7) die Stromversorgungsspannung durch Teilen der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators (4) durch ein Verhältnis einer Zeitspanne, während welcher Strom von dem Inverter (3) zu dem Kondensator (4) fließt, in einer Periode eines Schaltsignals für die Steuerung der Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) schätzt.
Elektromotorantriebsvorrichtung wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 dargelegt, wobei die Vorrichtung ferner eine Zustandssignalerfassungseinheit (12) umfasst, die ein Zustandssignal erfasst, das einen Zustand einer Betriebsumgebung des elektrischen Wechselstrommotors (10) ausdrückt, und wobei die Steuerschaltung (7) Werte aus den Werten, die eine vorgegebene Anzeige der induzierten Spannung für eine Kombination des Zustandssignals und der Drehzahl ergeben, verwendet, die dem Zustandssignal und der bestimmten Drehzahl entsprechen, um die induzierte Spannung zu schätzen.
Steuerverfahren einer Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen elektrischen Wechselstrommotor (10) antreibt, der mehrere Spulen umfasst, die in einer Sternkonfiguration geschaltet sind, wobei die Elektromotorantriebsvorrichtung umfasst: einen Inverter (3), der mehrere Arme umfasst, wobei jeder der mehreren Arme (31 bis 33) irgendeiner der mehreren Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) entspricht, und eine erste Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3), die mit einer positiven Schiene verbunden ist, und eine zweite Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6), die in Reihe zwischen die erste Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3) und eine negative Schiene geschaltet ist, umfasst, wobei der Mittelpunkt der ersten Schaltvorrichtung (SW1 bis SW3) und der zweiten Schaltvorrichtung (SW4 bis SW6) für jeden der mehreren Arme (31 bis 33) mit einem Ende der entsprechenden Spule des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden ist; und einen Kondensator (4), der mit einem Strom geladen wird, der von einer Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, die Gleichspannung zwischen einen Sternpunkt, mit dem die anderen Enden der Spulen des elektrischen Wechselstrommotors (10) verbunden sind, und eine positive Schiene oder negative Schiene des Inverters (3) liefert und den Inverter (3) durchfließt; wobei das Steuerverfahren die folgenden Schritte umfasst: Vergleichen der an dem elektrischen Wechselstrommotor (10) erzeugten induzierten Spannung mit der von der Gleichstromversorgung (2) gelieferten Stromversorgungsspannung und Verwenden der Feldschwächungssteuerung, welche die induzierte Spannung senkt, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, so dass der elektrische Wechselstrommotor (10) mit einer bestimmten Drehzahl rotiert, wenn die an dem elektrischen Wechselstrommotor (10) erzeugte induzierte Spannung größer als die Stromversorgungsspannung ist, die von der Gleichstromversorgung (2) geliefert wird, und andererseits die Verwendung der Spannungsverstärkungssteuerung, welche die Lademenge des Kondensators (4) ändert, um die an den elektrischen Wechselstrommotor (10) angelegte Spannung zu ändern, um die Schaltvorrichtungen (SW1 bis SW6) des Inverters (3) zu steuern, wenn die induzierte Spannung kleiner als die Stromversorgungsspannung ist.
Elektromotorantriebsvorrichtung, die umfasst: einen elektrischen Wechselstrommotor (103), der mehrere in einer Sternkonfiguration geschaltete Spulen umfasst, eine Elektromotorantriebsvorrichtung (104), wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 dargelegt, die den elektrischen Wechselstrommotor (103) steuert, und eine Betriebseinheit, die unter Verwendung des von dem elektrischen Wechselstrommotor gelieferten Stroms eine vorgegebene Arbeit durchführt.