DE102013103017A1

DE102013103017A1 - Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102013103017A1
Application number: DE102013103017A
Authority: DE
Inventors: Makoto Taniguchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US20130264981A1; CN103368478A; CN103368478B; US8928264B2

Abstract

Gemäß typischen Beispielen ist die erste Statorwicklung (14) mit der niedrigeren Nennspannung mit der zweiten Gleichstromspannungsquelle (22) nur dann verbunden, wenn die Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine (10) hoch wird. Daher kann eine Abgabe in einem hohen Drehbereich sichergestellt werden, während vermieden wird, dass die zweite Statorwicklung (16) eine Wärmeerzeugungsbeschränkung erreicht. Außerdem können solche Schaltvorgänge durch den ersten Schalter (30) und den zweiten Schalter (32) verwirklicht werden. Daher kann eine Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine mit Hilfe einer relativ einfache Konfiguration verwirklicht werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine, die das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine durch das Betreiben eines Inverters steuert.
Beschreibung des Stands der Technik
In den vergangenen Jahren sind bürstenlose Motoren oft als Antriebsmotoren in Hybridautos, elektrischen Autos und dergleichen verwendet worden. Allerdings sehen Automobile im Gegensatz zu industriellem Equipment (z. B., Aufzüge, Seinbahn und dergleichen) und andere elektrische Autos (z. B., Eisenbahnfahrzeuge, Trolleys und dergleichen) ein Beschleunigungsdrehmoment zum Anlaufen aus einem gestoppten Zustand und Leistung zum Erzeugen eines Drehmoments bis zum Fahren mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung von Leistung vor, welche ausschließlich aus einer Batterie stammt, die in einem begrenzten Betrag von Raum befestigt ist. Daher ist es erforderlich, dass extrem breit gefächerte Betriebscharakteristiken in einer kompakten Größe verwirklicht werden.
Hier, um die breit gefächerten Betriebscharakteristiken zu verwirklichen, wird beispielsweise, wie in der JP-A-2010-207010 gezeigt, eine Technologie vorgeschlagen, bei welcher ein elektrischer Motor durch das Ändern der Anzahl von Windungen in einer Starterwicklung nach Bedarf betrieben wird. Wie in der JP-A-2010-207010 beschrieben, sind solche Ideen aus der Vergangenheit bekannt. Allerdings, um diese Technologie zu verwirklichen, ist eine große Anzahl von Halbleiterschaltern mit einer hohen (Strom-)Kapazität erforderlich, und die Steuervorrichtung wird komplex.
Das Befestigen wird schwierig, wenn die Technologie, die in der JP-A-2010-207010 beschrieben ist, innerhalb eines beschränkten Betrags von Raum verwendet wird, wie zu Beispiel in einem Personenkraftwagen. In der Tat muss die Technologie für die praktische Verwendung in Automobilen noch umgesetzt werden, obwohl die praktische Anwendung der Technologie, welche in der JP-A-2010-207010 beschrieben ist, in Bereiche voranschreitet, in denen die Beschränkungen bezüglich des Befestigungsraums relativ gering sind.
Daher ist eine Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine gewünscht, die geeignet ist, die Charakteristiken einer Statorwicklung mit einer einfachen Konfiguration zu ändern.
Kurzfassung
Als eines der typischen Beispiele sieht die vorliegende Anmeldung eine Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine 10 mit einer ersten Statorwicklung 14 und einer zweiten Statorwicklung 16, die eine größere Nennspannung als die erste Statorwicklung aufweist, vor, wobei die erste Statorwicklung und die zweite Statorwicklung voneinander isoliert sind. Die Steuervorrichtung beinhaltet: einen ersten Inverter INV1, der mit der ersten Statorwicklung verbunden ist; einen zweiten Inverter INV2, der mit der zweiten Statorwicklung verbunden ist; einen Controller 40, der den ersten Inverter und den zweiten Inverter derart betreibt, dass dieser einen Strom und eine Spannung (d. h., das Drehmoment) der drehenden elektrischen Maschine 10 steuert; einen ersten Schalter 30 zum Umschalten eines ersten Zustands und eines zweiten Zustands, wobei der erste Zustand ein Zustand ist, bei dem der erste Inverter und der zweite Inverter elektrisch mit einer zweiten Gleichspannungsquelle 22 verbunden ist, und der zweite Zustand ein Zustand ist, bei dem nur der zweite Inverter mit der zweiten Gleichspannungsquelle 22 elektrisch verbunden ist; und einem zweiten Schalter 32 zum Verbinden oder Trennen des ersten Inverters zu und von einer ersten Gleichstromspannungsquelle 20, deren Potenzialspannung niedriger ist, als die der zweiten Gleichstromspannungsquelle 22. Bei der Steuervorrichtung führt der Controller 40 einen Betrieb durch, um i) den ersten Schalter 30 in einen offenen Zustand zu schalten und den zweiten Schalter 32 in einen geschlossenen Zustand zu schalten, wenn eine Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine niedrig ist, und ii) einen Betrieb durch, um den ersten Schalter 30 in einen geschlossenen Zustand zu schalten und den zweiten Schalter in einen offnen Zustand zu schalten, wenn die Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine hoch wird (eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung).
Zusätzlich, als ein anderes typisches Beispiel, sieht die vorliegende Anmeldung eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine 10 mit einer ersten Statorwicklung 14 und einer zweiten Statorwicklung 16 vor, welche eine größere Nennspannung aufweist, als die erste Statorwicklung. Die Steuervorrichtung beinhaltet: einen ersten Inverter (INV1), der mit der ersten Statorwicklung verbunden ist; einen zweiten Indertier (INV2), der mit der zweiten Statorwicklung verbunden ist; einen Controller 40, der den ersten Inverter und den zweiten Inverter betreibt, um das Drehmoment der drehenden elektrischen Maschine zu steuern; und einen ersten Schalter 30, der sich zwischen einem neutralen Punkt der ersten Statorwicklung und einem neutralen Punkt in der zweiten Statorwicklung öffnet oder schließt. Bei der Steuervorrichtung sind die erste Statorwicklung und die zweite Statorwicklung von einander isoliert und innerhalb der drehenden elektrischen Maschine eingehaust. Es wird eine elektrisch verdrahtete Verbindung entweder zwischen einem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters und einem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp2 des zweiten Inverters, oder zwischen einem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln1 des ersten Inverters und einem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln2 des zweiten Inverters hergestellt. Der Controller 40 i) stellt den ersten Schalter 30 auf einen geöffneten Zustand ein, legt eine Wechselspannung basierend auf der Spannung der ersten Gleichstromspannungsquelle 20 an die erste Statorwicklung 14 von dem ersten Inverter INV1 an und wendet eine Wechselspannung basierend auf einer Spannung von der zweiten Gleichstromspannungsquelle 22 an die zweite Statorwicklung 16 von dem zweiten Inverter INV2 an, wenn eine Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine niedrig ist, und ii) schaltet den Schalter 30 in einen geschlossenen Zustand, und führt einen AN und AUS Betrieb der ersten Schaltelementgruppe Sαn1 (¥ := α = u, v, w), welche mit dem elektrisch verdrahteten Bus des ersten Inverters INV1 verbunden ist, und einer zweiten Schaltelementgruppe Sαp2 (α = u, v, w), welche nicht mit dem elektrisch verdrahteten Bus des zweiten Inverters verbunden ist, durch, wenn die Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine hoch wird (eine Steuervorrichtung der drehenden elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung).
Bei jedem typischen Beispiel ist die erste Statorwicklung 14 mit der niedrigeren Nennspannung mit der zweiten Gleichstromsspannungsquelle 22 nur dann verbunden, wenn die Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine hoch wird. Daher kann eine Abgabe in einem hohen Drehbereich sichergestellt werden, während vermieden wird, dass die zweite Statorwicklung 16 ein Wärmeerzeugungslimit bzw. eine Wärmeerzeugungsbeschränkung erreicht. Außerdem können solche Schaltvorgänge durch den ersten Schalter 30 und den zweiten Schalter 32 verwirklicht werden. Daher kann eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine mittels einer relativ einfachen Konfiguration verwirklicht werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigt/Es zeigen:
1 ein Diagramm einer Systemkonfiguration gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein Zeitdiagramm von Abläufen in einem Schaltverfahren eines Controllers gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein Diagramm der Effekte (Beziehung zwischen Drehkraft und Drehmoment) gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ein Diagramm der Charakteristika der Spannung und der erzeugten Leistung bei einem Fall, bei dem die drehende elektrische Maschine ein Leistungsgenerator ist;
5 ein Diagramm der Charakteristika der Drehkraft und der erzeugten Leistung in einem Fall, bei dem die drehende elektrische Maschine ein Leistungsgenerator ist;
6 ein Diagramm einer Systemkonfiguration gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 ein Zeitdiagramm von Abläufen in einem Schaltverfahren eines Controllers gemäß der zweiten Ausführungsform; und
8A und 8B Diagramme zum Beschreiben der Prinzipien gemäß der zweiten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(erste Ausführungsform)
Eine Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden. Gemäß der ersten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf eine Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine, die in einem elektrischen Servolenksystem befestigt ist, angewandt.
Eine drehende elektrische Maschine (elektrischer Motor 10), welche in 1 gezeigt ist, ist in einem elektrischen Servolenksystem angebracht. Hier wird angenommen, dass die drehende elektrische Maschine ein Synchronmotor mit einem Permanentmagneten ist. Der elektrische Motor 10 beinhaltet einen Rotor 12, eine erste Statorwicklung 14 und eine zweite Statorwicklung 16. Hier beinhaltet die erste Statorwicklung 14 drei Statorwicklungen, d. h., eine U-Phasenwicklung wu1, eine V-Phasenwicklung wv1, und eine W-Phasenwicklung ww1, die gegenseitig mit einem Neutralpunkt verbunden sind. Zusätzlich beinhaltet die zweite Statorwicklung 16 drei Statorwicklungen, d. h., eine U-Phasenwicklung wu2, eine V-Phasenwicklung wv2, und eine W-Phasenwicklung ww2, die gegenseitig an einem Neutralpunkt verbunden sind. Die erste Statorwicklung 14 und die zweite Statorwicklung 16 sind um den gleichen Statorkern gewickelt, während diese voneinander isoliert sind.
Insbesondere sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Statorwicklung 14 und die zweite Statorwicklung 16 solchermaßen verbunden, dass bei beiden eine 3-Phasensymmetrie beibehalten ist (solchermaßen, dass jede davon eine Phasendifferenz von 120 Grad aufweist). Zusätzlich sind jede Phase der ersten Statorwicklung 14 und die entsprechende Phase der zweiten Statorwicklung 15 um eine vorbestimmte Phase versetzt. Die vorbestimmte Phase ist vorzugsweise ein elektrischer Winkel von 30 Grad.
Hier ist eine Nennspannung (konstantes Rating) der zweiten Statorwicklung 16 größer (um N-Male, wobei N eine ganze Zahl ist) als die Nennspannung der ersten Statorwicklung 14. Gemäß der ersten Ausführungsform wird dieses Setting durch die zweite Statorwicklung 16 mit einer größeren Anzahl von Windungen als die erste Statorwicklung 14 verwirklicht. Beispielsweise wird dieses Setting in einem Fall, bei dem die Nennspannung der ersten Statorwicklung 14 „12 Volt” und die Nennspannung der zweiten Statorwicklung 16 „48 Volt” ist, durch die Anzahl von Windungen der zweiten Statorwicklung 16, welche viermal diejenige der ersten Statorwicklung 14 ist, verwirklicht.
Die vorstehend beschriebene erste Statorwicklung 14 ist mit einer ersten Gleichstromsspannungsquelle (erste Batterie 12) durch einen ersten Inverter INV1 verbunden. Der erste Inverter INV1 beinhaltet drei Sätze von seriell verbundenen Elementen, welche aus Schaltelementen Sαp1 und Sαn1 gebildet werden (hier, α = u, v, w; das gleiche gilt nachstehend). Die Verbindungspunkte der seriell verbundenen Elemente sind jeweils mit der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase der ersten Statorwicklung 14 verbunden. Eine Diode Dα#1 (α = u, v, w; # = p, n) ist invers parallel mit dem Schaltelement Sα#1 verbunden. Gemäß der ersten Ausführungsform ist ein N-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter (MOS) Feldeffekttransistor als ein Beispiel des Schaltelements Sα#1 gegeben. Daher kann die Diode Dα#1 eine Body-Diode des Schaltelements Sα#1 sein.
Die vorstehend beschriebene zweite Statorwicklung 16 ist durch einen zweiten Inverter INV2 mit einer Gleichstromspannungsquelle (zweite Batterie 22) verbunden. Der zweite Inverter INV2 beinhaltet 3 Sätze von seriell verbundenen Elementen, die aus Schaltelementen Sαp2 und Sαn2 gebildet werden (hier, α = u, v, w). Die Verbindungspunkte der seriell verbundenen Elemente sind jeweils mit der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase der zweiten Statorwicklung 16 verbunden. Eine Diode Dα#2 (α = u, v, w; # = p, n) ist invers parallel mit dem Schaltelement Sα#2 verbunden. Gemäß der ersten Ausführungsform ist ein N-Kanal MOS Feldeffekttransistor als ein Beispiel des Schaltelements Sα#2 gegeben. Daher kann die Diode Dα#2 eine Body-Diode des Schaltelements Sα#2 sein.
Eine Anschlussspannung der vorstehend beschriebenen ersten Batterie 20 wird basierend auf der Nennspannung der ersten Statorwicklung 14 festgelegt. Eine Anschlussspannung der vorstehend beschriebenen zweiten Batterie 22 wird basierend auf der Nennspannung der zweiten Statorwicklung 22 festgelegt. In anderen Worten, ist die Anschlussspannung der vorstehend beschriebenen zweiten Batterie 22 höher als die Anschlussspannung der ersten Batterie 20. Insbesondere ist gemäß der ersten Ausführungsform die Anschlussspannung der zweiten Batterie 22 N-Male die Anschlussspannung der ersten Batterien 20.
Ein negativ-seitiger Gleichstrombus Ln1 des ersten Inverters INV1 und ein negativseitiger Gleichstrombus Ln2 des zweiten Inverters INV2 sind kurzgeschlossen. Auf der anderen Seite sind ein positiv-seitiger Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und ein positiv-seitiger Gleichstrombus Lp2 des zweiten Inverters INV2 durch einen ersten Schalter 30 verbunden. Gemäß der ersten Ausführungsform ist ein seriell verbundenes Element, welches aus einem paar N-Kanal MOS Feldeffekttransistoren gebildet wird, deren jeweiligen Sources kurzgeschlossen sind, als ein Beispiels des ersten Schalters 30 gegeben.
Der positiv-seitige Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und ein positiver Anschluss der ersten Batterie 20 sind durch einen zweiten Schalter 32 verbunden. Gemäß der ersten Ausführungsform ist ein seriell verbundenes Element, welches auf einem paar aus N-Kanal MOS Feldeffekttransistoren gebildet wird, deren jeweiligen Sources kurzgeschlossen sind, als ein Beispiel des zweiten Schalters 32 gegeben.
Ein Controller 40 betreibt den ersten Inverter INV1 und den zweiten Inverter INV2, um den Strom und die Spannung (d. h., das Drehmoment) des elektrischen Motors 10 zu steuern (erster Aspekt der vorliegenden Funktionen des Controllers 40). Beispielsweise verwendet der Controller 40 einen bekannten Vektorsteuerbetrieb, einen Rechteckwellen-Leitsteuerbetrieb, oder dergleichen, wobei dadurch ein Betriebssignal gα#1 des Schaltelements Sα#1, welches den ersten Inverter INV1 konfiguriert, erzeugt und ausgegeben wird, und ein Betriebssignal gα#1 des Schaltelements Sα#2, welches den zweiten Inverter INV2 konfiguriert, erzeugt und ausgegeben wird.
Der Controller 40 öffnet und schließt ferner den ersten Schalter 30 durch das Ausgeben eines Betriebssignals M1 an den ersten Schalter 30. Der Controller 40 öffnet und schließt den zweiten Schalter 32 ebenso durch das Ausgeben eines Betriebssignals M2 an den zweiten Schalter 32. In andern Worten, führt gemäß der ersten Ausführungsform der Controller 40 den Schaltbetrieb des Schalters durch (zweiter funktionaler Aspekt der Funktionen des Controllers 40).
2 zeigt ein Verfahren zum Öffnen und Schließen des ersten Schalters 30 und des zweiten Schalters 32 durch den Controller 40. Wir in 2 gezeigt, schaltet der Controller 40 gemäß der ersten Ausführungsform im Ergebnis dessen, das die Drehgeschwindigkeit ω des elektrischen Motors 10 einen ersten Grenzwert th1 erreicht oder höher wird, das Betriebssignal M1 für den ersten Schalter 30 in einen AN-Betriebsbefehl und schaltet das Betriebssignal M2 für den zweiten Schalter 32 in einen AUS-Betriebsbefehl. Auf der anderen Seite schaltet der Controller 40 als Ergebnis dessen, das die Drehgeschwindigkeit ω des elektrischen Motors 10 einen zweiten Grenzwert th2 (< th1) erreicht oder niedriger als dieser wird, das Betriebssignal M1 für den ersten Schalter 30 auf einen AUS-Betriebsbefehl und schaltet das Betriebssignal M2 für den zweiten Schalter 32 auf einen AN-Betriebsbefehl. Hier sind die zwei Grenzwerte (der erste Grenzwert th1 und der zweite Grenzwert th2) vorgesehen, um eine bekannte Hysterese festzulegen, wobei dadurch das Auftreten eines Nachlaufphänomens (hunting phenomenon) vermieden wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit ω den ersten Grenzwert th1 erreicht oder höher wird, wird die Anschlussspannung der zweiten Batterie 22 an die erste Statorwicklung 14 angelegt. Wie vorstehend beschrieben, ist die Anschlussspannung der zweiten Batterie basierend auf der Nennspannung der zweiten Statorwicklung 16, welche höher ist, als die Nennspannung der ersten Statorwicklung 14, festgelegt. Unabhängig davon ist es der Anschlussspannung der zweiten Batterie 22 erlaubt, an die erste Statorwicklung 14 angelegt zu werden, da dieser Fall darauf beschränkt ist, dass sich der elektrische Motor 10 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht. In anderen Worten, sogar, wenn die konstante Nennspannung der ersten Statorwicklung 14 niedriger ist, als die Anschlussspannung der zweiten Batterie 22, erreicht die erste Statorwicklung 14 nicht dessen Wärmeerzeugungsbegrenzung, falls die Zeitdauer, während der die Anschlussspannung der zweiten Batterie angelegt wird, relativ niedrig ist. Gemäß der ersten Ausführungsform wird das Verfahren, welches in 2 gezeigt wird, mit Fokus auf diesen Punkt durchgeführt.
Dieses Verfahren ermöglicht es, dass ein Drehmoment von einem niedrigen Bereich bis zu einem hohen Bereich der Drehgeschwindigkeit ω des elektrischen Motors 10 in Koordination mit den Einstellungen der ersten Statorwicklung 14 und der zweiten Statorwicklung 16 sichergestellt wird. Dies wird nachstehend beschrieben werden.
Hier ist die Anschlussspannung der ersten Batterie 20 die Spannung Vbatt. Die Spannung, die an der ersten Statorwicklung 14 induziert wird, ist eine Rückwärtsspannung Erev. Die Impedanz der ersten Statorwicklung 14 ist Z. In diesem Fall wird ein Stromwert I1, welcher als Ergebnis dessen, das die erste Batterie 20 verwendet wird, durch die erste Statorwicklung 14 fließt, durch folgenden Ausdruck (c1) ausgedrückt. I1 = (Vbatt – Erev)/Z (c1)
Auf der anderen Seite ist gemäß der ersten Ausführungsform die Impedanz der zweiten Statorwicklung 16 N^2 (N zum Quadrat) mal die Impedanz Z der ersten Statorwicklung 14. Dies rührt daher, dass gemäß der ersten Ausführungsform die Nennspannung der zweiten Statorwicklung 16 N-Mal die Nennspannung der ersten Statorwicklung 14 ein Ergebnis dessen ist, dass die Anzahl der Wicklungen der zweiten Statorwicklung 16 N-Mal die Anzahl die Anzahl der Windungen der ersten Statorwicklung 14 ist, und, dass der Bereich des Gehäuseraums der zweiten Statorwicklung 16 und der ersten Statorwicklung 14 derart festgelegt sind, dass diese gleich sind. In anderen Worten ist die Induktivität der Spule proportional zu der Anzahl der Windungen erhöht um die zweite Potenz. Der Widerstandswert der Spule ist proportional zu der Länge und invers proportional zu dem Querschnittsbereich. Hier, falls der Bereich des Gehäuseraums der zweiten Statorwicklung 16 und der ersten Statorwicklung 14 derart festgelegt sind, dass diese gleich sind, ist die Länge der Spule der zweiten Statorwicklung 16 N-Mal so lang. Daher ist der Querschnittsbereich bzw. die Querschnittsfläche der Spule der zweiten Statorwicklung 16 1/N-Mal der Querschnittsbereich bzw. die Querschnittsfläche der Spule der ersten Statorwicklung 14. Deshalb ist der Widerstandswert ebenso groß N^2 (N zur zweiten Potenz) mal so groß.
Auf der anderen Seite ist die Rückwärtsspannung der Statorwicklung proportional zu der Anzahl der Windungen. Daher ist die Rückwärtsspannung der zweiten Statorwicklung 16 N-Mal die Rückwärtsspannung Erev der ersten Statorwicklung 14. Auf diese Weise wird ein Stromwert 12, der durch die zweite Statorwicklung 16 als ein Ergebnis dessen, das du die zweite Batterie verwendet wird, fließt, derjenige, der durch folgenden Ausdruck (c2) ausgedrückt wird. I2 = (N·Vbatt – N·Erev)/N·N·Z = (Vbatt – Erev)/N·Z (c2)
Wie der Ausdruck (c2) klar angibt, ist der Stromwert I2, der zu der zweiten Statorwicklung 16 geschickt werden kann, „1/N”-Mal der Stromwert I1 der zu der ersten Statorwicklung 14 geschickt werden kann. Allerdings ist das Drehmoment proportional zu „Strom × Anzahl der Windungen”. Daher werden das Drehmoment, das in der ersten Statorwicklung 14 als ein Ergebnis der Verwendung der ersten Batterie 20 erzeugt wird, und das Drehmoment, das in der zweiten Statorwicklung 16 als ein Ergebnis der Verwendung der zweien Batterie 22 verwendet wird, gleich. Auf der anderen Seite, wenn die Anschlussspannung der zweiten Batterie an die erste Statorwicklung 14 angelegt wird, wird ein Stromwert I1', der der ersten Statorwicklung 14 zugeführt wird, durch folgenden Ausdruck (c3) ausgedrückt. I1' = (N·Vbatt – Erev)/Z (c3)
Daher, wie in 3 gezeigt, kann ein Drehmoment, welches größer ist, als das Drehmoment, das in der zweiten Statorwicklung 16 erzeugt wird, als ein Ergebnis der Verwendung der zweiten Batterie 22 durch die erste Statorwicklung 14 erzeugt werden. In 3 gibt die durchgezogene Linie das Drehmoment, das in der ersten Statorwicklung 14 als Ergebnis der Verwendung der ersten Batterie 20 erzeugt wird, und das Drehmoment, das in der zweiten Statorwicklung 16 als Ergebnis der Verwendung der zweiten Batterie 22 erzeugt wird, an. Andererseits gibt die gestrichelte Linie das Drehmoment, das in der ersten Statorwicklung 14 unter Verwendung der zweiten Batterie erzeugt wird, an. Ein maximales Drehmoment Trqmax wird durch die Normalströme der Inverter INV1 und INV2 und dergleichen bestimmt.
Wie vorstehend beschrieben kann gemäß der ersten Ausführungsform die maximale Abgabe des elektrischen Motors 10 erhöht werden. Außerdem kann die Abgabe des elektrischen Motors 10 als ein Ergebnis des Ansteuerns von beiden Invertern INV1 und INV2 weiter verbessert werden. Außerdem kann die Welligkeit des Drehmoments in dem elektrischen Motor 10 innerhalb eines Bereichs reduziert werden, indem das Drehmoment in der zweiten Statorwicklung 16 erzeugt werden kann. Dies rührt daher, wie vorstehend beschrieben, dass eine Phasendifferenz zwischen jeder Phase der ersten Statorwicklung 14 und der entsprechenden Phase der zweiten Statorwicklung 16 vorgesehen ist. Insbesondere, wenn die Phasendifferenz „30 Grad” entspricht, ist der Reduzierungseffekt bezüglich der Welligkeit des Drehmoments signifikant.
Der zweite Schalter 32 wird auf einen offenen Zustand festgelegt, wenn der erste Schalter 30 auf einen geschlossenen Zustand festgelegt wird, um zu vermeiden, dass an die erste Batterie 20 eine exzessiv hohe Spannung angelegt wird.
Variationsbeispiele gemäß der ersten Ausführungsform
Die vorstehend beschriebene vorliegende Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden.
Verfahren zum Betrieb der drehenden elektrischen Maschine
Der Betriebsgegenstand der drehenden elektrischen Maschine ist nicht auf das Fließen von Leistung beschränkt. Das Setting gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist ebenso in Sachen der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz während einer Leistungserzeugung besonders exzellent (d. h., in einem elektrischen Leistungsregenerationsmodus). In anderen Worten, bei einem Fall, bei dem der elektrische Motor 10 ein Synchrongenerator ist, kann die erzeugte Leistung erhöht werden, wenn die erzeugte Spannung erhöht wird, sowie sich die Drehgeschwindigkeit erhöht, wie in 4 gezeigt, unter der Bedingung, dass der erzeugte Strom der Nennstrom oder niedriger ist. Daher, innerhalb eines Hochgeschwindigkeitsdrehbereichs, kann die erzeugte Leistung erhöht werden, wie in 5 gezeigt, als ein Ergebnis dessen, dass die Anschlussspannung der zweiten Batterie 22 an die erste Statorwicklung 14 angelegt wird. In anderen Worten, wenn die Drehgeschwindigkeit ω niedriger ist, als der erste Grenzwert th1, wird die Anschlussspannung der ersten Batterie 20 an die erste Statorwicklung 14 angelegt. Daher wird eine Drehgeschwindigkeit ω1 bei dem Start der Leistungserzeugung in dem Fall niedriger als eine Drehgeschwindigkeit ω2 bei dem Start der Leistungserzeugung, bei dem die Anschlussspannung der zweiten Batterie 22 an die erste Statorwicklung 14 konstant angelegt wird. Als ein Ergebnis dessen, dass die Drehgeschwindigkeit ω den ersten Grenzwert th1 erreicht, kann die erzeugte Leistung von einer Leistung W1 auf eine Leistung W2 dadurch erhöht werden, dass die zweite Batterie 22 mit der ersten Statorwicklung 14 verbunden ist.
erster Schalter 30
Der erste Schalter 30 ist nicht auf etwas beschränkt, was zwischen dem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und dem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp2 des zweiten Inverters INV2 öffnet oder schließt. Beispielsweise kann der erste Schalter 30 zwischen dem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln1 des ersten Inverters INV1 und dem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln2 des zweiten Inverters INV2 öffnen oder schließen. Außerdem kann der erste Schalter 30 zwischen sowohl dem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und dem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp2 des zweiten Inverters INV2 und dem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln1 des ersten Inverters INV1 und dem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln2 des zweiten Inverters INV2 öffnen oder schließen. Zusätzlich ist der erste Schalter 30 nicht auf einen Halbleiterrelais beschränkt, sondern kann beispielsweise ein elektromagnetisches Relais sein.
zweiter Schalter 32
Der zweite Schalter 32 ist nicht auf etwas beschränkt, was zwischen dem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und dem positiven Anschluss der ersten Batterie 20 öffnet oder schließt. Beispielsweise kann der zweite Schalter 32 zwischen dem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln1 des ersten Inverters INV1 und dem negativen Anschluss der ersten Batterie 20 öffnen oder schließen. Zusätzlich ist der zweite Schalter 32 nicht auf ein Halbleiterrelais beschränkt, sondern kann beispielsweise ein elektromagnetisches Relais sein.
Statorwicklung
Die Statorwicklungen, die miteinander verbunden sind, sind nicht auf Drei-Phasenwicklungen beschränkt und können vier Phasen oder mehr aufweisen, wie zum Beispiel fünf Phasen. Zusätzlich ist das Verfahren zum Verbinden jeder Phase nicht auf eine sternförmige Verbindung beschränkt, und kann eine Delta-Verbindung sein. Zusätzlich kann die Phasendifferenz zwischen entsprechenden Phasen der Statorwicklungen, die miteinander verbunden sind, Null sein.
drehende elektrische Maschine
Die drehende elektrische Maschine ist nicht darauf beschränkt, dass diese in einem elektrischen Servolenksystem angebracht ist, so kann diese auf eine drehende elektrische Maschine als „Hauptantriebsmaschine” (d. h., einen Motorgenerator), welche in einem Hybridauto befestigt ist, anwendbar sein: wobei eine Benzinmaschine in solchen Hybridautos eine „unterstützende Antriebsmaschine” genannt wird.
Controller
Der Controller ist nicht auf etwas beschränkt, was sowohl den ersten Inverter INV1 als auch den zweiten Inverter INV2 ansteuert. Beispielsweise kann der Controller den zweiten Inverter INV2 bei der Rotationsgeschwindigkeit ω, bei welcher das Drehmoment, welches durch die durchgezogene Linie in 3 wie vorstehend beschrieben, angegeben ist, einen spezifizierter Wert erreicht oder niedriger als dieser wird, stoppen. Allerdings kann in diesem Fall als ein Ergebnis des zirkulierenden Stroms, der aufgrund der Rückwärtsspannung, die in der zweiten Statorwicklung 16 erzeugt wird, durch die Diode Dα#2 des zweiten Inverters INV2 fließt, ein Lastdrehmoment erzeugt werden. Daher ist in diesem Fall vorzugsweise zusätzlich ein Schalter zum Öffnen und Schließen zwischen der zweiten Statorwicklung 16 und dem zweiten Inverter INV2 beinhaltet und auf einen offenen Zustand eingestellt.
erster Inverter INV1 und zweiter Inverter INV2
Die Schaltelemente Sα#1 und Sα#2 sind nicht auf die MOS Feldeffekttransistoren beschränkt und können beispielsweise insulated-gate Bipolartransistoren (IGBT) sein.
(zweite Ausführungsform)
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben werden. 6 ist ein Diagramm einer Systemkonfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform. Bei der Konfiguration von 6 sind den Komponenten, welche identisch zu denen der 1 sind, die gleichen Bezugszeichen zugeteilt.
Charakteristiken der Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform sind die gleichen, wie diejenigen gemäß der ersten Ausführungsform, dadurch dass das der negativ-seitige Gleichstrombus Ln1 des ersten Inverters INV1 und der negativ-seitige Gleichstrombus Ln2 des zweiten Inverters INV2 kurzgeschlossen sind. Allerdings unterscheidet sich die Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform von der gemäß der ersten Ausführungsform, dadurch dass ein elektrischer Pfad, welcher den positiv-seitigen Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und den positiv-seitigen Gleichstrombus Lp2 des zweiten Inverters INV2 verbindet, nicht vorgesehen ist.
Ein Neutralpunkt der ersten Statorwicklung 14 und ein Neutralpunkt der zweiten Statorwicklung 16 sind durch den ersten Schalter 30 verbunden. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein seriell verbundenes Element, welches aus einem Paar von N-Kanal MOS Feldeffekttransistoren gebildet ist, deren jeweiligen Sources kurzgeschlossen sind, als ein Beispiel des ersten Schalters 30 gegeben.
Hier werden in einem Fall, in dem der erste Schalter 30 auf einen offenen Zustand eingestellt ist und der zweite Schalter 32 auf einen geschlossenen Zustand eingestellt ist, der erste Inverter INV1 und zweite Inverter INV2 jeweils durch ein bekanntes Verfahren betreiben. In anderen Worten werden also die jeweiligen Ausgangsspannungsvektoren die jeweiligen Spannungsvektoren V1 bis V7 ein Ergebnis von irgendeiner der bekannten Schaltmodi 0 bis 7, welche für sowohl den ersten Inverter INV1 als auch den zweiten Inverter INV2 getrennt ausgewählt werden.
Auf der anderen Seite werden in einem Fall, indem der erste Schalter 30 auf einen geschlossenen Zustand eingestellt ist und der zweite Schalter 32 auf einen offenen Zustand eingestellt ist AN und AUS Betriebe eines Schaltelements Sαn1 („erstes Schaltelement” in den Ansprüchen) eines unteren Zweigs des ersten Inverters INV1 und eines Schaltelements Sαp2 („zweites Schaltelement” in den Ansprüchen) eines oberen Zweigs des zweiten Inverters INV2 durchgeführt. Bei diesem Zeitpunkt sind ein Schaltelement Sαp1 („drittes Schaltelement” in den Ansprüchen) eines oberen Zweigs des ersten Inverters INV1 und eines Schaltelements Sαn2 („viertes Schaltelement” in dem Umfang der Ansprüche) eines unteren Zweigs des zweiten Inverters INV2 auf den AUS-Zustand festgelegt.
Acht Arten von Betriebszuständen des Inverters INV1 und INV2 sind in diesem Zustand verwirklicht. Genauer gesagt können bei einem Fall, bei dem das Schaltelement Sαn1 des unteren Zweigs des ersten Inverters INV1 und das Schaltelement Sαp2 des oberen Zweigs des zweiten Inverters INV2 als ein einzelner Inverter betrachtet werden, Betriebszustände entsprechend den Schaltmodus 0 bis 7 verwirklicht werden. In anderen Worten korrespondiert ein Zustand, indem alle Schaltelemente Sun1, Svn1, Swn1 des unteren Zweigs des Inverters INV1 auf den AN-Zustand festgelegt sind, dem Schaltmodus 0. Ein Zustand, bei dem alle Schaltelemente Sup2, Svp2, Swp2 des oberen Zweigs des Inverters INV2 auf den AN-Zustand eingestellt sind, entspricht dem Schaltmodus 7.
In einer Art und Weise, die der ersten Ausführungsform ähnlich ist, ermöglicht es dieses Verfahren, dass von einem niedrigen Bereich bist zu einem hohen Bereich der Drehgeschwindigkeit ω des elektrischen Motors 10 in Koordination mit den Einstellungen der ersten Statorwicklung 14 und der zweiten Statorwicklung 16 ein Drehmoment sichergestellt wird. Dies wird nachstehend beschrieben werden.
Hier ist die Anschlussspannung der ersten Batterie 20 die Spannung Vbatt. Die Spannung, die in jeder Phase der ersten Statorwicklung 14 induziert wird, ist die Rückwärtsspannung Erev. Die Impedanz der ersten Statorwicklung 14 ist die Impedanz Z. In diesem Fall wird ein Stromwert I₁₀, welcher durch die erste Statorwicklung 14 als ein Ergebnis der Verwendung der ersten Batterie 20 fließt, durch folgenden Ausdruck (c10) ausgedrückt. I₁₀ = (Vbatt – (√3)·Erev)/Z (c10)
In dem Ausdruck (c10), drückt ”(√3)·Erev” eine Rückwärtsspannung zwischen den Leitungen aus. ”(√3)” wird dem Winkel zugeordnet, der zwischen den Leitungen ausgebildet ist und auf 120° festgelegt ist.
Auf der anderen Seite ist gemäß der zweiten Ausführungsform die Impedanz der zweiten Statorwicklung 16 N^2 (N zum Quadrat) mal der Impedanz Z der ersten Statorwicklung 14. Dies rührt daher, dass gemäß der zweiten Ausführungsform die Nennspannung der zweiten Statorwicklung 16 N-mal die Nennspannung der ersten Statorwicklung 14 als ein Ergebnis dessen ist, dass die Anzahl der Windungen der zweiten Statorwicklung 16 N-mal die Anzahl der Windungen der ersten Statorwicklung 14 ist, und dass der Bereich des Gehäuseraums der zweiten Statorwicklung 16 und der ersten Statorwicklung 14 derart festgelegt sind, dass diese gleich sind. In anderen Worten ist die Induktivität der Spule proportional zu der Anzahl der Windungen, erhöht um die zweite Potenz. Der Widerstandswert der Spule ist proportional zu der Länge und invers proportional zu der Querschnittsfläche bzw. dem Querschnittsbereich. Hier ist die Länge der Spule der zweiten Statorwicklung 16 N-mal so lang, falls der Bereich des Gehäuseraums der zweiten Statorwicklung 16 und der ersten Statorwicklung 14 derart festgelegt wird, dass diese gleich sind. Daher ist der Querschnittsbereich der Spule der zweiten Statorwicklung 16 1/N-mal der Querschnittsbereich der Spule der ersten Statorwicklung 14. Auf diese Weise ist der Widerstandswert ebenso N^2 (N zur zweiten Potenz) mal so groß.
Auf der anderen Seite ist die Rückwärtsspannung der Statorwicklung proportional zu der Anzahl der Windungen. Daher ist die Rückwärtsspannung der zweiten Statorwicklung 16 N-mal die Rückwärtsspannung Erev der ersten Statorwicklung 14. Auf diese Weise wird ein Stromwert I₂₀, welcher als ein Ergebnis der Verwendung der zweiten Batterie 22 durch die zweite Statorwicklung 16 fließt, derjenige, der durch folgenden Ausdruck (c20) ausgedrückt wird. I₂₀ = (N·Vbatt – (√3)·N·Erev)/N·N·Z = (Vbatt – (√3)^.Erev)/N·Z (c20)
Wie aus dem Ausdruck (c20) klar wird, ist der Stromwert I₂₀, der zu der zweiten Statorwicklung 16 geschickt wird, ”1/N”-mal der Stromwert I₁₀, der zu der ersten Statorwicklung 14 geschickt werden kann. Allerdings ist das Drehmoment proportional zu ”Strom × Anzahl der Windungen”. Daher werden das Drehmoment, das in der ersten Statorwicklung 14 als ein Ergebnis der Verwendung der ersten Batterie 20 erzeugt wird, und das Drehmoment, das in der zweiten Statorwicklung 16 als ein Ergebnis der Verwendung der zweiten Batterie 22 erzeugt wird, gleich.
Auf der anderen Seite wird bei dem vorstehend beschriebenen Fall, bei dem der erste Schalter 30 auf einen geschlossenen Zustand eingestellt ist, ein Stromwert I, der zu dem elektrischen Motor 10 geschickt werden kann, durch folgenden Ausdruck (c30) ausgedrückt. I = (N·Vbatt – {√(1 + N + N^2)}·Erev)/{(1 + N^2)·Z/2} (c30)
Der Ausdruck (c30) verwendet die Rückwärtsspannung zwischen den Leitungen, welche ”{√(1 + N + N^2)}·Erev”, wie in 8B gezeigt, als ein Ergebnis des elektrischen Pfads wird, der derjenige ist, der in 8A gezeigt ist. Zusätzlich, obwohl die Impedanz eine Summe der Impedanz Z der ersten Statorwicklung 14 und der Impedanz (= (N^2)·Z) der zweiten Statorwicklung 16 wird, wird die Impedanz auf ”1/2”-mal davon festgelegt, um die Konsistenz mit dem vorstehend beschriebenen Ausdruck (c20) zu wahren.
Bei Ausdruck (c30) sind sowohl die Rückwärtsspannung zwischen den Leitungen als auch die Impedanz kleiner als diejenigen, die in dem vorstehend beschriebenen Ausdruck (c20) angegeben sind. Daher ist der Stromwert I größer als derjenige, der in dem Ausdruck (c20) angegeben ist. Im Ergebnis kann das Drehmoment des elektrischen Motors 10 erhöht werden.
In anderen Worten kann gemäß der ersten Ausführungsform in einer Art und Weise, die ähnlich derjenigen ist, die in 3 gezeigt ist, ein größeres Drehmoment durch das Festlegen des ersten Schalters 30 auf einen geschlossenen Schalter im Vergleich dazu erzeugt werden, wenn der erste Schalter 30 auf einen offenen Zustand festgelegt ist (d. h., wenn der erste Inverter INV1 und der zweite Inverter INV2 unabhängig gesteuert werden). Gemäß der zweiten Ausführungsform gibt die durchgezogene Linie in 3 das Drehmoment, welches in der ersten Statorwicklung 14 als ein Ergebnis der Verwendung der ersten Batterie 20 erzeugt wird, und das Drehmoment, welches in der zweiten Statorwicklung 16 als ein Ergebnis der Verwendung der zweiten Batterie 22 erzeugt wird, an. Auf der anderen Seite gibt die gestrichelte Linie das Drehmoment, das durch das Einstellen des ersten Schalters 30 auf einen geschlossenen Zustand erzeugt wird, und die Durchführung von AN- und AUS-Betrieben der Schaltelemente Sαn1 des unteren Zweigs des ersten Inverters INV1 und des Schaltelements Sαp2 des oberen Zweigs des zweiten Inverters INV2 an. Ein maximales Drehmoment Trqmax wird durch die Nennströme der Inverter INV1 und INV2 und dergleichen bestimmt.
Wie vorstehend beschrieben kann gemäß der zweiten Ausführungsform die maximale Abgabe des elektrischen Motors 10 durch die Durchführung der Steuerung erhöht werden, welche den ersten Schalter 30 auf einen geschlossenen Zustand einstellt.
Wenn die Drehgeschwindigkeit ω den ersten Grenzwert th1 erreicht oder höher wird, wird eine Spannung, die höher ist, als die der ersten Batterie 20, an die erste Statorwicklung 14 angelegt. Unabhängig davon ist es dem ersten Schalter 30 erlaubt, auf den geschlossenen Zustand eingestellt zu werden, da dieser Fall beschränkt ist, wenn sich der elektrische Motor 10 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht. In anderen Worten, sogar wenn sich die konstante Nennspannung der ersten Statorwicklung 14 in der Nähe der Anschlussspannung der ersten Batterie 20 befindet, erreicht die erste Statorwicklung 14 nicht dessen Wärmeerzeugungslimit, falls die Zeitdauer, über die eine Spannung, welche höher ist, als die konstante Nennspannung, angelegt ist, relativ kurz ist. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird das Verfahren, das in 7 gezeigt ist, mit Fokus auf diesen Punkt durchgeführt.
Der zweite Schalter 32 wird auf einen offenen Zustand eingestellt, wenn der erste Schalter 30 auf einen geschlossenen Zustand eingestellt ist, um zu vermeiden, dass eine exzessiv hohe Spannung an die erste Batterie 20 angelegt wird.
Variationsbeispiele gemäß der zweiten Ausführungsform
Die vorstehend beschriebene vorliegende Erfindung gemäß der zweiten Ausführungsform kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden.
Verfahren zum Betrieb der drehenden elektrischen Maschine
Das Verfahren zum Betreiben der drehenden elektrischen Maschine ist nicht auf einen Leistungsbetrieb beschränkt. In einer Art und Weise, die derjenigen gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich ist, ist die zweite Ausführungsform ebenso insbesondere exzellent in Sachen der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz während einer Leistungserzeugung (d. h., einem elektrischen Leistungsregenerationsmodus). In anderen Worten kann unter einer Bedingung, dass der erzeugte Strom der Nennstrom oder niedriger ist, bei einem Synchrongenerator die erzeugte Leistung erhöht werden, wenn die erzeugte Spannung erhöht wird, sowie sich die Drehgeschwindigkeit erhöht. Daher kann die erzeugte Leistung innerhalb eines Hochgeschwindigkeitsdrehbereichs als ein Ergebnis des Schließens des ersten Schalters 30 und des Anlegens der Anschlussspannung der zweiten Batterie 22 an den elektrischen Motor 10 erhöht werden, während der Strom erhöht wird, der zu dem elektrischen Motor 10 geschickt wird.
Erster Schalter 30
Der erste Schalter 30 ist nicht auf ein Halbleiterrelais beschränkt, und kann beispielsweise ein elektromagnetisches Relais sein.
Zweiter Schalter 32
Der zweite Schalter 32 ist nicht auf etwas beschränkt, was zwischen dem positiv-seitigen Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und dem positiven Anschluss der ersten Batterie 20 öffnet oder schließt. Beispielsweise kann der zweite Schalter 32 zwischen dem negativ-seitigen Gleichstrombus Ln1 des ersten Inverters INV1 und dem negativen Anschluss der ersten Batterie 20 öffnen oder schließen. Zusätzlich ist der zweite Schalter 32 nicht auf ein Halbleiterrelais beschränkt, sondern kann beispielsweise ein elektromagnetisches Relais sein.
Statorwicklung
Die Statorwicklungen, die miteinander verbunden sind, sind nicht auf Drei-Phasenwicklungen beschränkt, und können vier Phasen oder mehr, wie z. B. fünf Phasen aufweisen.
Das Festlegen der Richtungen der Axial-Leitungen zwischen Statorwicklungen, die miteinander verbunden sind, ist nicht darauf beschränkt, was als ein Beispiel gemäß der zweiten Ausführungsform gegeben ist.
Drehende elektrische Maschine
Die drehende elektrische Maschine ist nicht darauf beschränkt, dass diese in einem elektrischen Servolenksystem angebracht ist, so kann diese auf eine drehende elektrische Maschine als „Hauptantriebsmaschine” (d. h., einen Motorgenerator), welche in einem Hybridauto befestigt ist, anwendbar sein: wobei eine Benzinmaschine in solchen Hybridautos eine „unterstützende Antriebsmaschine” genannt wird.
Controller
Gemäß der zweiten Ausführungsform, falls der zweite Schalter 32 auf einen offenen Zustand eingestellt ist, wenn der erste Schalter 30 auf den geschlossenen Zustand eingestellt ist, wird die Spannung der ersten Batterie 20 nicht an den positiv-seitigen Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 angelegt. Daher ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass die Schaltelemente Sαp1 des oberen Zweigs des ersten Inverters INV1 auf den AUS-Zustand festgelegt werden.
Zusätzlich wird beispielsweise das Betriebsverfahren wie folgt in einem Fall geändert, in dem der positiv-seitige Gleichstrombus Lp1 des ersten Inverters INV1 und der positiv-seitige Gleichstrombus Lp2 des zweiten Inverters INV2 kurzgeschlossen sind, und der elektrische Pfad zwischen dem negativ-seitigem Gleichstrombus Ln1 der ersten Inverters INV1 und des negativ-seitigen Gleichstrombuses Ln2 des zweiten Inverters INV2 eliminiert ist. In anderen Worten, wenn der erste Schalter 30 auf einen geschlossenen Zustand eingestellt ist, werden AN- und AUS-Betriebe des Schaltelements Sαp1 des oberen Zweigs des ersten Inverters INV1 und des Schaltelements Sαn2 des unteren Zweigs des zweiten Inverters INV2 durchgeführt. Bei diesem Zeitpunkt sind das Schaltelement Sαn1 des unteren Zweigs des ersten Inverters INV1 und das Schaltelement Sαp2 des oberen Zweigs des zweiten InvertersINV2 vorzugsweise auf den AUS-Zustand festgelegt.
Erster Inverter INV1 und zweiter Inverter INV2
Die Schaltelemente Sα#1 und Sα#2 sind nicht auf die MOS Feldeffekttransistoren beschränkt und können beispielsweise insulated-gate Bipolartransistoren (IGBT) sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-207010 A [0003, 0003, 0004, 0004]

Claims

Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine (10), wobei eine Steuervorrichtung mit einer ersten Statorwicklung (14) und einer zweiten Statorwicklung (16), die eine größere Nennspannung als die erste Statorwicklung aufweist, vorgesehen ist, wobei die erste Statorwicklung und die zweite Statorwicklung voneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, dass: die Steuervorrichtung weiter Folgendes aufweist: einen ersten Inverter (INV1), der mit der ersten Statorwicklung verbunden ist; einen zweiten Inverter (INV2), der mit der zweiten Statorwicklung verbunden ist; einen Controller (40), der den ersten Inverter und den zweiten Inverter betreibt, um einen Strom und eine Spannung der drehenden elektrischen Maschine (10) zu steuern; einen ersten Schalter (30) zum Schalten eines ersten Zustands und eines zweiten Zustands, wobei der erste Zustand ein Zustand ist, bei dem erste Inverter und der zweite Inverter elektrisch mit einer zweiten Gleichstromspannungsquelle (22) verbunden sind, und der zweite Zustand ein Zustand ist, bei dem nur der zweite Inverter mit der zweiten Gleichspannungsquelle (22) verbunden ist; und ein zweiter Schalter (32) zum Verbinden oder Trennen des ersten Inverters zu und von einer ersten Gleichstromspannungsquelle (22), deren Potentialspannung niedriger ist, als die der zweiten Gleichstromspannungsquelle (22); wobei der Controller (40) i) einen Betrieb durchführt, um den ersten Schalter (30) in einen offenen Zustand zu schalten und den zweiten Schalter (32) in einen geschlossenen Zustand zu schalten, wenn eine Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine niedrig ist, und ii) einen Betrieb durchführt, um den ersten Schalter (30) in einen geschlossenen Zustand zu schalten und den zweiten Schalter in einen offenen Zustand zu schalten, wenn die Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine hoch wird.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1, wobei der erste Schalter entweder in einer Position zwischen einem positiv-seitigen Gleichstrombus des zweiten Inverters oder zwischen einem negativ-seitigen Gleichstrombus des ersten Inverters und einem negativ-seitigen Gleichstrombus des zweiten Inverters vorgesehen ist, und der zweite Schalter in einer Position zwischen dem ersten Inverter und der ersten Gleichstromspannungsquelle vorgesehen ist.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei wenn ein Zustand erreicht ist, in dem der erste Schalter (30) auf den offenen Zustand eingestellt ist und der zweite Schalter (32) auf den geschlossenen Zustand eingestellt ist, der Controller (40) Schaltelemente, welche Hauptelemente von sowohl dem ersten Inverter als auch dem zweiten Inverter sind, solchermaßen betreibt, dass eine Wechselspannung basierend auf der ersten Gleichstromspannungsquelle (20) an die erste Statorwicklung von dem ersten Inverter angelegt wird und eine Wechselspannung basierend auf der zweiten Gleichstromspannungsquelle (22) an die zweite Statorwicklung von dem zweiten Inverter angelegt wird.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine (10), wobei die Steuervorrichtung mit einer ersten Statorwicklung (14), in der eine Mehrzahl von Spulen verbunden ist, und mit einer zweiten Statorwicklung (16), in der eine Mehrzahl von Spulen verbunden ist und welche eine größere Nennspannung als die erste Statorwicklung aufweist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass: die Steuervorrichtung weiter aufweist: einen ersten Inverter (INV1), der mit der ersten Statorwicklung verbunden ist; einen zweiten Inverter (INV2), der mit der zweiten Statorwicklung verbunden ist; einen Controller (40), der den ersten Inverter und den zweiten Inverter betreibt, um einen Strom und eine Spannung der drehenden elektrischen Maschine zu steuern; und einen ersten Schalter (30), der sich zwischen einem Neutralpunkt der ersten Statorwicklung und einem Neutralpunkt der zweiten Statorwicklung öffnet oder schließt; wobei die erste Statorwicklung und die zweite Statorwicklung voneinander isoliert sind und innerhalb der drehenden elektrischen Maschine eingehaust sind, eine elektrisch verdrahtete Verbindung zwischen einem positiv-seitigen Gleichstrombus (Lp1) des ersten Inverters und einem positiv-seitigen Gleichstrombus (Lp2) des zweiten Inverters oder zwischen einem negativ-seitigen Gleichstrombus (Ln1) der ersten Inverters und einem negativ-seitigen Gleichstrombus (Ln2) des zweiten Inverters hergestellt ist, und der Controller (40) i) den ersten Schalter (30) auf einen offenen Zustand festlegt, eine Wechselspannung basierend auf einer Spannung einer ersten Gleichstromspannungsquelle (20) an die erste Statorwicklung (14) von dem ersten Inverter (INV1) anlegt und eine Wechselspannung basierend auf einer Spannung einer zweiten Gleichstromspannungsquelle (22) an die zweite Statorwicklung (16) von dem zweiten Inverter (INV2) anlegt, wenn eine Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine niedrig ist, und ii) dieser den Schalter (30) in einen geschlossenen Zustand schaltet, und einen AN- und AUS-Betrieb einer ersten Schaltelementgruppe (Sαn1; α = u, v, w), welche mit dem elektrisch verdrahteten Bus des ersten Inverters (INV1) verbunden ist, und einer zweiten Schaltelementgruppe (Sαp2: α = u, v, w), welche nicht mit dem elektrisch verdrahteten Bus des zweiten Inverters verbunden ist, durchführt, wenn die Drehgeschwindigkeit der drehenden elektrischen Maschine hoch wird.
Steuervorrichtung eines drehenden elektrischen Motors gemäß Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung ferner Folgendes beinhaltet: einen zweiten Schalter (32) zum Verbinden oder Trennen des ersten Inverters zu und von einer ersten Gleichspannungsquelle (20), wobei der Controller (40) den zweiten Schalter (32) in einen geschlossenen Zustand einstellt, wenn der erste Schalter (30) in einen offenen Zustand eingestellt wird, und dieser den zweiten Schalter (32) in einen offenen Zustand einstellt, wenn der erste Schalter (30) in einen geschlossenen Zustand eingestellt wird.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß Anspruch 4, wobei der Controller (40) sowohl eine dritte Schaltelementgruppe (Sαp1; α = u, v, w), die nicht mit dem elektrisch verdrahteten Bus des ersten Inverters verbunden ist, als auch eine vierte Schaltelementgruppe (Sαn2; α = u, v, w), die mit dem elektrisch verdrahteten Bus des zweiten Inverters verbunden ist, während einer Zeitdauer in einem AUS-Zustand beibehält, in der der erste Schalter (30) in einen geschlossenen Zustand eingestellt ist.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuervorrichtung für eine drehende elektrische Maschine für eine elektrische Servolenkung eines Fahrzeugs oder für eine Hauptantriebsmaschine, die in einem Hybridauto angebracht ist, verwendet wird.