DE102016119892B4

DE102016119892B4 - Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102016119892B4
Application number: DE102016119892.7A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Fujii; Ryosuke Utaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: US9762156B2; US20170117834A1; DE102016119892A1

Abstract

Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart (10) angewendet ist,wobei die rotierende elektrische Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart aufweist:einen Stator (12), der eine Ankerwicklung aufweist, wobei die Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklungsgruppen (13a, 13b; 15a, 15b) aufweist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine Vielzahl von Spulen (Lua, Lva, Lwa, Lub, Lvb, Lwb; L1ua bis L1wa, L1ub bis L1wb, L2ua bis L2wa, L2ub bis L2wb) aufweist, die mit einem tatsächlichen Neutralpunkt (M1, M2; CA1 bis CA3, CB1 bis CB3) verbunden sind, der für jede Wicklungsgruppe vorgesehen ist, undeinen Rotor (11), der eine Feldwicklung und/oder einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, wobei die Feldwicklung und/oder der Permanentmagnet Charakteristiken eines Magnetflusses einer nichtsinusförmigen Wellenform in Bezug auf einen Drehwinkel des Rotors aufweist,wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine erste Wicklungsgruppe (13a; 15a) und eine zweite Wicklungsgruppe (13b; 15b) aufweist, die eine Phasendifferenz aufweisen,wobei das Steuerungsgerät die rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage des Drehwinkels steuert, wobei das Steuerungsgerät aufweist:eine Drehwinkelerfassungseinrichtung (40; 41a; 41b; 40c) zur Erfassung des Drehwinkels auf der Grundlage einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe, wobeidie Ankerwicklung eine Drei-Phasen-Wicklung ist,das Steuerungsgerät weiterhin aufweist:eine erste Widerstandsschaltung (R1), die einen ersten virtuellen Neutralpunkt (N1) und eine Vielzahl von Widerständen (Rua, Rva, Rwa; R1ua, R1va, R1wa) aufweist, die mit dem ersten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die erste Widerstandsschaltung parallel zu der ersten Wicklungsgruppe geschaltet ist, undeine zweite Widerstandsschaltung (R2), die einen zweiten virtuellen Neutralpunkt (N2) und eine Vielzahl von Widerständen (Rub, Rvb, Rwb; R2ua, R2va, R2wa) aufweist, die mit dem zweiten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die zweite Widerstandsschaltung mit der zweiten Wicklungsgruppe verbunden ist,die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel auf der Grundlage einer ersten Spannungsdifferenz und einer zweiten Spannungsdifferenz erfasst,wobei die erste Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der ersten Widerstandsschaltung ist, unddie zweite Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der zweiten Widerstandsschaltung ist.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine, die eine synchrone rotierende elektrische Maschine steuert. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Erfassung eines Drehwinkels eines Rotors.
Stand der Technik
Die JP 2000 – 041 392 A offenbart eine Steuerung für einen Synchronmotor mit zweifachem Drei-Phasen-Wicklungssystem, bei dem eine Kommutierung mittels Hall-Sensorsignalen durchgeführt wird.
Die DE 101 57 900 A1 offenbart eine Kommutierungsschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem zum Motor analogen, aus Widerständen gebildeten virtuellen Stern, mit einer Einrichtung zum fortlaufenden Vergleichen der Spannungen der beiden Sternmittelpunkte des Motorsterns und des virtuellen Sterns bei allen Phasen, sowie einer Einrichtung zur Erzeugung eines Signals aus den gewonnen Vergleichswerten zwecks Steuerung der Kommutierung.
Ein Steuerungsgerät für eine synchrone rotierende Maschine wie einen bürstenlosen Gleichstrom- (DC-) Motor steuert die rotierende elektrische Maschine durch Beeinflussen einer an die rotierende elektrische Maschine angelegten Spannung auf der Grundlage eines Drehwinkels eines Rotors. Eine Konfiguration des Steuerungsgeräts einer synchronen rotierenden elektrischen Maschine ist bekannt, bei der der Drehwinkel des Rotors auf der Grundlage von periodischen Änderungen in einer Spannung an einem Neutralpunkt einer Ankerwicklung erfasst wird. Beispielsweise ist in einer Konfiguration, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP 3 424 307 B2 beschrieben ist, eine Widerstandsschaltung, die eine Drei-Phasen-Sternverbindung aufweist, parallel zu einer Ankerwicklung vorgesehen, die eine Drei-Phasen-Sternschaltung aufweist. Eine induzierte Spannung, die in der Ankerwicklung erzeugt wird, wird auf der Grundlage einer Abweichung zwischen der Spannung an dem Neutralpunkt der Ankerwicklung und der Spannung an dem Neutralpunkt der Widerstandsschaltung beschafft. Der Drehwinkel des Rotors wird dann auf der Grundlage der erfassten induzierten Spannung erfasst.
In den letzten Jahren sind rotierende elektrische Maschinen der Doppelschichtwicklungsbauart verwendet worden. In rotierenden elektrischen Maschinen der Doppelschichtwicklungsbauart sind Drei-Phasen-Wicklungen doppelt mit einer Phasendifferenz von 30 Grad angeordnet, um Komponenten der sechsten Ordnung einer magnetomotorischen Reaktionskraft aufzuheben, die ein Hauptgrund für magnetische Störungen in einer rotierenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge ist. Es ist wünschenswert, dass ein Vorschlag für eine neue Technik für diese rotierenden elektrische Maschinen der Mehrschichtwicklungsbauart auf eine Konfiguration anwendbar ist, bei der ein Drehwinkel eines Rotors auf der Grundlage von periodischen Änderungen in der Spannung an einem Neutralpunkt der Ankerwicklung erfasst wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Technik für eine rotierende elektrische Maschine der Mehrschichtwicklungsbauart bereitzustellen, die auf eine Konfiguration anwendbar ist, bei der ein Drehwinkel eines Rotors auf der Grundlage von periodischen Änderungen in einer Spannung an einem Neutralpunkt eines Ankers erfasst wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungsgerät, wie es in Patentanspruch 1 oder 6 angegeben ist, oder durch eine rotierende elektrische Maschine, wie sie in Patentanspruch 10 angegeben ist, oder weiter alternativ durch ein Steuerungsverfahren gelöst, wie es in Patentanspruch 11 angegeben ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
In der rotierenden elektrischen Maschine, die als eine Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklungsgruppen aufweist, wird der Drehwinkel der rotierenden elektrischen Maschine auf der Grundlage der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe erfasst. Insbesondere wird eine Spannung, die der Differenz zwischen dem Durchschnittswert der Spannungen, die an die Vielzahl der Spulen angelegt werden, die die Wicklungsgruppe konfigurieren, und dem Durchschnittswert der induzierten Spannungen, die in der Vielzahl der Spulen, die die Wicklungsgruppe konfigurieren, erzeugt werden, an dem tatsächlichen Neutralpunkt angelegt. Da die induzierte Spannung sich in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Rotors ändert, kann der Drehwinkel des Rotors auf der Grundlage der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt berechnet werden. Weiterhin wird in der vorliegenden Konfiguration eine Winkelerfassung unter Verwendung von zwei tatsächlichen Neutralpunkten durchgeführt, die sich voneinander unterscheiden. Als Ergebnis können Effekte wie eine Verbesserung der Genauigkeit der Winkelerfassung und eine Erhöhung von Gelegenheiten zur Winkelerfassung während eines einzelnen Drehzyklus der rotierenden elektrischen Maschine erzielt werden.
Figurenliste
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

1 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Beschaffung eines Drehwinkels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine Darstellung von induzierten Spannungen und Spannungsdifferenzen zwischen tatsächlichen Neutralpunktspannungen und virtuellen Neutralpunktspannungen,
4 eine Darstellung von Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 zwischen den tatsächlichen Neutralpunktspannungen und den virtuellen Neutralpunktspannungen in einer ersten Wicklungsgruppe und einer zweiten Wicklungsgruppe,
5 eine Darstellung einer Entsprechung zwischen den tatsächlichen Werten und erfassten Werten des Drehwinkels gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
6 eine Modellzeichnung eines Verfahrens zur Beschaffung eines Drehwinkels gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 eine Darstellung von Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 zwischen tatsächlichen Neutralpunktspannungen und virtuellen Neutralpunktspannungen in einer ersten Wicklungsgruppe und einer zweiten Wicklungsgruppe,
8 eine Darstellung einer Entsprechung zwischen tatsächlichen Werten und erfassten Werten des Drehwinkels gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
9 eine Modellzeichnung eines Verfahrens zur Beschaffung eines Drehwinkels gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
10 eine Darstellung einer Spannungsdifferenz zwischen einer Spannungsdifferenz ΔV1 und einer Spannungsdifferenz ΔV2,
11 eine Darstellung einer Entsprechung zwischen tatsächlichen Werten und erfassten Werten des Drehwinkels gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
12 eine Modellzeichnung eines Verfahrens zur Beschaffung eines Drehwinkels gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
13 eine Darstellung eine Spannungsdifferenz zwischen einer tatsächlichen Neutralpunktspannung VM1 einer ersten Wicklungsgruppe und einer tatsächlichen Neutralpunktspannung VM2 einer zweiten Wicklungsgruppe,
14 eine Modellzeichnung eines Verfahrens zur Beschaffung eines Drehwinkels gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, und
15 eine Modellzeichnung eines Verfahrens zur Beschaffung eines Drehwinkels gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist ein erstes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, gemäß dem ein Steuerungsgerät der vorliegenden Offenbarung auf ein Fahrzeug angewendet ist. Das Fahrzeug weist eine Kraftmaschine als eine fahrzeugeigene Hauptkraftmaschine auf.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist ein Motor 10 eine rotierende elektrische Maschine, die eine Mehr-Phasen-, Mehr-Schicht-Wicklung aufweist. Insbesondere ist der Motor 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Synchronmotor, der eine Drei-Phasen-, Doppel-Schicht-Wicklung aufweist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Motor 10 ein integrierter Startergenerator (ISG) ist, in dem die Funktionen eines Starters und eines Alternators (Leistungsgenerators) integriert sind. Insbesondere fungiert gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Motor 10 als der Starter, nicht nur für den anfänglichen Start der Kraftmaschine 20, sondern ebenfalls, wenn eine Leerlaufstoppfunktion durchgeführt wird. In der Leerlaufstoppfunktion wird die Kraftmaschine 20 automatisch gestoppt, wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung erfüllt ist, und wird die Kraftmaschine 20 daraufhin automatisch erneut gestartet, wenn eine vorbestimmte Neustartbedingung erfüllt ist.
Ein Rotor 11, der den Motor 10 konfiguriert, weist einen Permanentmagneten 14 zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf. Zusätzlich kann eine Leistungsübertragung zwischen dem Rotor 11 und einer Kurbelwelle 20a der Kraftmaschine 20 durchgeführt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotor 11 mit der Kurbelwelle 20 durch einen Riemen 21 verbunden (genauer gesagt direkt verbunden).
Der Permanentmagnet 14 zur Erzeugung eines Magnetfeldes, der in dem Rotor 11 vorgesehen ist, weist Charakteristiken eines Magnetflusses einer nichtsinusförmigen Wellenform in Bezug auf einen Drehwinkel von 0 Grad des Rotors 11 auf. Insbesondere ist der Permanentmagnet 14 durch eine Trapezwellenmagnetisierung magnetisiert. Zusätzlich ist der Permanentmagnet 14 auf der Oberfläche des Rotors 11 vorgesehen. Der Motor 10 ist ein Oberflächen-Permanentmagnet-Synchronmotor (SPMSM). Zur Vereinfachung der Beschreibung ist der Permanentmagnet 14 zur Erzeugung eines Magnetfeldes derart angegeben, dass er zwei Pole aufweist. Jedoch kann die Anzahl der Pole derart modifiziert werden, dass der Permanentmagnet 14 vier oder sechs Pole aufweist.
Zwei Ankerwicklungsgruppen (nachstehend eine erste Wicklungsgruppe 13a und eine zweite Wicklungsgruppe 13b) sind um den Stator 12 des Motors 10 gewickelt. Die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b konfigurieren eine Ankerwicklung. Die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b weisen eine Phasendifferenz von 30 Grad auf. Der Rotor 11 wird von der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b gemeinsam verwendet. Die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b sind jeweils aus Drei-Phasen-Wicklungen zusammengesetzt und weisen unterschiedliche Neutralpunkte auf. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Anzahl der Windungen T1 für jede der Wicklungen, die die erste Wicklungsgruppe 13a konfigurieren, und eine Anzahl von Windungen T2 jeder der Wicklungen, die die zweite Wicklungsgruppe 13b konfigurieren, derart eingestellt, dass sie gleich sind.
Zwei Wechselrichter (nachstehend ein erster Wechselrichter INV1 und ein zweiter Wechselrichter INV2) sind elektrisch mit dem Motor 10 verbunden. Der erste Wechselrichter INV1 und der zweite Wechselrichter INV2 entsprechen jeweils der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b. Insbesondere ist der erste Wechselrichter INV1 mit der ersten Wicklungsgruppe 13a verbunden. Der zweite Wechselrichter INV2 ist mit der zweiten Wicklungsgruppe 13b verbunden. Eine Hochspannungsbatterie 22 ist parallel zu sowohl dem ersten Wechselrichter INV1 als auch dem zweiten Wechselrichter INV2 geschaltet. Die Hochspannungsbatterie 22 dient als gemeinsame Gleichstromleistungsversorgung. Eine Ausgangsspannung einer Niedrigspannungsbatterie 24, die durch einen Gleichspannungsaufwärtswandler 23 angehoben worden ist, kann an die Hochspannungsbatterie 22 angelegt werden. Die Ausgangsspannung der Niedrigspannungsbatterie 24 (wie einer Bleispeicherbatterie) ist derart eingestellt, dass sie niedriger als die Ausgangsspannung der Hochspannungsbatterie 22 ist (wie eine Lithiumionenspeicherbatterie).
Der erste Wechselrichter INV1 weist drei Sätze von Reihenschaltungsanordnungen auf, die aus ersten hochspannungsseitigen U-, V- und W-Phasen-Schaltern SUp1, SVp1 und SWp1 sowie ersten niedrigspannungsseitigen U-, V- und W-Phasen-Schaltern Sun1, SVn1 und SWn1 zusammengesetzt sind. Verbindungspunkte der U-, V- und W-Phasen-Reihenschaltungsanordnungen sind jeweils mit U-, V- und W-Phasen-Anschlüssen der ersten Wicklungsgruppe 13a verbunden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETS) als die Schalter SUp1 bis SWn1 verwendet. Die Dioden DUp1 bis DWn1 sind jeweils umgekehrt parallel mit den Schaltern SUp1 bis SWn1 verbunden. Die Dioden DUp1 bis SWn1 können Körperdioden der Schalter SUp1 bis SWn1 sein. Außerdem sind die Schalter SUp1 bis SWn1 nicht auf N-Kanal-MOSFETS begrenzt, und können beispielsweise Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) sein.
In einer zu dem ersten Wechselrichter INV1 ähnlichen Weise weist der zweite Wechselrichter INV2 drei Sätze von Reihenschaltungsanordnungen auf, die aus zweiten hochspannungsseitigen U-, V- und W-Phasen-Schaltern SUp2, SVp2 und SWp2 sowie zweiten niedrigspannungsseitigen U-, V- und W-Phasen-Schaltern SUn2, SVn2 und SWn2 zusammengesetzt sind. Verbindungspunkte der U-, V- und W-Phasen-Reihenschaltungsanordnungen sind jeweils mit U-, V- und W-Phasen-Anschlüssen der zweiten Wicklungsgruppe 13b verbunden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden N-Kanal-MOSFETS als die Schalter SUp2 bis SWn2 verwendet. Die Dioden DUp2 bis DWn2 sind jeweils umgekehrt parallel mit den Schaltern SUp2 bis SWn2 verbunden. Die Dioden DUp2 bis DWn2 können Körperdioden der Schalter SUp2 bis SWn2 sein. Außerdem sind die Schalter SUp2 bis SWn2 nicht auf N-Kanal-MOSFETS begrenzt und können beispielsweise IGBTs sein.
Ein positiver Elektrodenanschluss der Hochspannungsbatterie 22 ist mit den hochspannungsseitigen Anschlüssen der Wechselrichter INV1 und INV2 (drainseitigen Anschlüsse der hochspannungsseitigen Schalter) verbunden. Ein negativer Elektrodenanschluss der Hochspannungsbatterie 22 ist mit den niedrigspannungsseitigen Anschlüssen (source-seitigen Anschlüsse der niedrigspannungsseitigen Schalter) verbunden.
Ein Steuerungssystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist einen Spannungssensor 31 und eine Phasenstromerfassungseinheit 32 auf. Der Spannungssensor 31 erfasst Leistungsversorgungsspannungen der Wechselrichter INV1 und INV2. Die Phasenstromerfassungseinheit 32 erfasst jeden Phasenstrom der ersten Wicklungsgruppe 13a (durch die erste Wicklungsgruppe 13a fließender Strom in einem festen Koordinatensystem) und jeden Phasenstrom der zweiten Wicklungsgruppe 13b. Außerdem kann beispielsweise eine Komponente, die einen Stromtransformator oder einen Widerstand aufweist, als die Phasenstromerfassungseinheit 33 verwendet werden.
Erfassungswerte der verschiedenen Sensoren, die vorstehend beschrieben worden sind, werden einem Steuerungsgerät 40 zugeführt. Das Steuerungsgerät 40 weist eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher auf. Die Steuerungseinheit 40 entspricht einer Softwareverarbeitungseinrichtung, in der Programme, die in dem Speicher gespeichert sind, durch die CPU ausgeführt werden. Das Steuerungsgerät 40 erzeugt Betriebssignale zum Betreiben des ersten Wechselrichters INV1 und des zweiten Wechselrichters INV2 auf der Grundlage der Erfassungswerte der verschiedenen Sensoren und gibt diese aus, um eine Regelgröße des Motors 10 auf einen Befehlswert zu regeln. Dabei ist die Regelgröße des Motors 10 während des Motorbetriebs ein Ausgangsdrehmoment T, das von der Kurbelwelle 20a ausgegeben wird. Der Befehlswert ist ein Drehmomentbefehlswert T*.
Weiterhin beschafft das als Drehwinkelerfassungseinrichtung arbeitende Steuerungsgerät 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Drehwinkel θ des Rotors 11 auf der Grundlage einer Spannung an dem Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe 13a und einer Spannung an dem Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe 13b. Das Steuerungsgerät 40 führt dann eine Vektorregelung des Motors 10 auf der Grundlage des Drehwinkels θ zusätzlich zu den Erfassungswerten des Spannungssensors 31 und der Phasenstromerfassungseinrichtung 32 durch.
2 zeigt eine Modelldarstellung eines Verfahrens, durch das das Steuerungsgerät 40 den Drehwinkel θ beschafft.
Die erste Wicklungsgruppe 13a ist derart konfiguriert, dass Spulen Lua, Lva und Lwa an einem Neutralpunkt M1 (tatsächlichem Neutralpunkt) in einer Drei-Phasen-Sternschaltung verbunden sind. Außerdem ist die zweite Wicklungsgruppe 13b derart konfiguriert, dass Spulen Lub, Lvb und Lwb an einem Neutralpunkt M2 (tatsächlichem Neutralpunkt) in einer Drei-Phasen-Sternschaltung verbunden sind. Der tatsächliche Neutralpunkt M1 der ersten Wicklungsgruppe 13a und der tatsächliche Neutralpunkt M2 der zweiten Wicklungsgruppe 13b sind voneinander isoliert.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine erste Widerstandsschaltung R1 zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und dem ersten Wechselrichter INV1 vorgesehen. Eine zweite Widerstandsschaltung R2 ist zwischen der zweiten Wicklungsgruppe 13b und dem zweiten Wechselrichter INV2 vorgesehen. Die Widerstandsschaltung R1 weist einen ersten virtuellen Neutralpunkt N1 und eine Vielzahl von Widerständen Rua, Rva und Rwa auf, die mit dem ersten virtuellen Neutralpunkt N1 verbunden sind. Die Widerstandsschaltung R1 ist parallel zu der ersten Wicklungsgruppe 13a geschaltet. Insbesondere sind die Widerstände Rua, Rva und Rwa in einer Drei-Phasen-Sternschaltung verbunden.
In einer ähnlichen Weise weist die Widerstandsschaltung R2 einen zweiten virtuellen Neutralpunkt N2 und eine Vielzahl von Widerständen Rub, Rvb und Rwb auf, die mit dem zweiten virtuellen Neutralpunkt N2 verbunden sind. Die Widerstandsschaltung R2 ist parallel zu der zweiten Wicklungsgruppe 13b geschaltet. Genauer sind die Widerstände Rub, Rvb und Rwb durch eine Drei-Phasen-Sternschaltung verbunden.
Dabei sind jeweilige Anschlussspannungen des U-Phasen-Anschlusses, des V-Phasen-Anschlusses und des W-Phasen-Anschlusses der mit dem Wechselrichter INV1 verbundenen ersten Wicklungsgruppe 13a VU1, VV1 und VW1. Jeweilige induzierte Spannungen der U-Phasen-Spule, der V-Phasen-Spule und der W-Phasen-Spule der ersten Wicklungsgruppe 13a sind EU1, EV1 und EW1. Eine Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt M1 der ersten Wicklungsgruppe 13a ist VM1. Eine Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt N1 der ersten Widerstandsschaltung R1 ist VN1. In diesem Fall werden die Neutralpunktspannungen VM1 und VN1 jeweils ausgedrückt durch: VM1 = (1/3)(VU1 - EU1 + VV1 - EV1 + VW1 - EW1) und VN1 = (1/3)(VU1 + VV1 + VW1). Das heißt, dass eine Spannungsdifferenz ΔV1 (erste Spannungsdifferenz) zwischen den Neutralpunktspannungen VN1 und VM1 ausgedrückt wird durch: ΔV1 = VN1 - VM1 = (1/3((EU1 + EV1 + EW1).
In einer ähnlichen Weise sind jeweilige Anschlussspannungen des U-Phasen-Anschlusses, des V-Phasen-Anschlusses und des W-Phasen-Anschlusses der mit dem Wechselrichter INV2 verbundenen zweiten Wicklungsgruppe 13b VU2, VV2 und VW2. Jeweilige induzierte Spannungen der U-Phasen-Spule, der V-Phasen-Spule und der W-Phasen-Spule der zweiten Wicklungsgruppe 13b sind EU2, EV2 und EW2. Eine Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt M2 der zweiten Wicklungsgruppe 13b ist VM2. Eine Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt N2 der zweiten Widerstandsschaltung R2 ist VN2. In diesem Fall werden die Neutralpunktspannungen VM2 und VN2 jeweils ausgedrückt durch: VM2 = (1/3)(VU2 - EU2 + VV2 - EV2 + VW2 - EW2) und VN2 = (1/3)(VU2 + VV2 + VW2). Das heißt, dass eine Spannungsdifferenz ΔV2 (zweite Spannungsdifferenz) zwischen den Neutralpunktspannungen VN2 und VM2 ausgedrückt wird durch: ΔV2 = VN2 - VM2 = (1/3((EU2 + EV2 + EW2).
Die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b weisen eine Phasendifferenz von 30 Grad auf. Folglich werden die Komponenten der sechsten Ordnung (und die Komponente der 6n-ten Ordnung, wobei n eine natürliche Zahl von 2 oder größer ist) der induzierten Spannungen EU1, EV1 und EW1, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt werden, und Komponenten der sechsten Ordnung (und Komponenten der 6n-ten Ordnung, wobei n eine natürliche Zahl von 2 oder größer ist) der induzierten Spannungen EU2, EV2 und EW2, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt werden, gegenseitig aufgehoben. Daher werden die Komponenten der dritten Ordnung der induzierten Spannungen EU1, EV1, EW1, EU2, EV2 und EW2 hauptsächlich als die Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 ausgegeben. Wie es in 3 gezeigt ist, weisen die Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 im Wesentlichen Sinuswellen mit dem Dreifachen der Frequenz der induzierten Spannungen EU1, EV1, EW1, EU2, EV2 und EW2 auf, die im Wesentlichen trapezförmige Wellenformen aufweisen.
Dabei weisen die induzierten Spannungen EU1, EV1 und EW1 der ersten Wicklungsgruppe 13a und die induzierten Spannungen EU2, EV2 und EW2 der zweiten Wicklungsgruppe 13b eine Phasendifferenz auf, die äquivalent zu derjenigen zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b ist, das heißt, eine Phasendifferenz von 30 Grad (elektrischer Winkel). Die Phasendifferenzen ΔV1 und ΔV2 weisen jeweils eine Frequenz auf, die das Dreifache einer Grundwelle ist. Daher beträgt, wie es in 4 gezeigt ist, die Phasendifferenz zwischen der Spannungsdifferenz ΔV1 und der Spannungsdifferenz ΔV2 90 Grad.
Das heißt, dass, wenn die Spannungsdifferenz ΔV1 als ΔV1 =Amp × sin3θ ausgedrückt wird, die Spannungsdifferenz ΔV2 als ΔV2 = Amp × sin3 (θ + 30°) = Amp × sin (3θ + 90°) = Amp × cos 3θ ausgedrückt werden kann. Dabei bezeichnet Amp eine Amplitude der Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2. Das heißt, dass ein Verhältnis ΔV1/ΔV2 der Spannungsdifferenz ΔV1 und der Spannungsdifferenz ΔV2 gleich ΔV1/ΔV2 = sin3θ/cos3θ =tan3θ ist. Das heißt, dass als Ergebnis eines Arkustangens des Verhältnisses ΔV1/ΔV2 der berechneten Spannungsdifferenzen 3θ als ein kontinuierlicher Wert erhalten werden kann. 5 zeigt einen Winkel 3θ, der auf der Grundlage des Verhältnisses ΔV1/ΔV2 der Spannungsdifferenzen berechnet wird, und einen tatsächlichen Wert (wahren Wert) θr des Drehwinkels θ.
Das als Drehwinkelbeschaffungseinrichtung dienende Steuerungsgerät 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist eine Arkustangensberechnungseinheit 41 auf (2). Die Arkustangensberechnungseinheit 41 ist eine Einrichtung zur Berechnung des Arkustangens des Verhältnisses ΔV1/ΔV2 der Spannungsdifferenzen. Die Arkustangensberechnungseinheit 41 berechnet das Verhältnis ΔV1/ΔV2 der Spannungsdifferenzen und berechnet dann den Drehwinkel θ durch Berechnen des Arkustangens des berechneten Verhältnisses (d. h. atan(ΔV1/ΔV2) = 30). Weiterhin beschafft gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Divisionseinheit 42 des Steuerungsgeräts 40 den Drehwinkel θ durch Multiplizieren des Arkustangens des Verhältnisses ΔV1/ΔV2 (d.h. atan(ΔV1/ΔV2)) der Spannungsdifferenzen mit 1/3.
Massespannungen der Wechselrichter INV1 und INV2 sowie des Motors 10 unterscheiden sich von einer Massespannung des Steuerungsgeräts 40. Dabei werden die tatsächlichen Neutralpunktspannungen VM1 und VM2 und die virtuellen Neutralpunktspannungen VN1 und VN2 dem Steuerungsgerät 40 durch eine (nicht gezeigte) Differenzialverstärkungsschaltung zugeführt. Als Ergebnis davon, dass die Differenzialverstärkungsschaltung und das Steuerungsgerät 40 eine gemeinsame Massespannung aufweisen, beschafft das Steuerungsgerät 40 die Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2.
Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
In einer Konfiguration, in der die Ankerwicklung aus Drei-Phasen-Wicklungen zusammengesetzt ist, wird die Komponente der dritten Ordnung einer induzierten Spannung mit einer Sinuswellenform in der Ankerwicklung erzeugt. Hier werden die jeweiligen Differenzen ΔV1 und ΔV2 zwischen den Spannungen VN1 und VN2 an den virtuellen Neutralpunkten N1 und N2 (Neutralpunkte der Widerstandsschaltungen), in denen die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung nicht erzeugt wird, und den Spannungen VM1 und VM2 an den tatsächlichen Neutralpunkten M1 und M2 der Wicklungsgruppen 13a und 13b erfasst. Der Drehwinkel θ wird dann auf der Grundlage der Erfassungswerte erfasst.
Wenn die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b eine Phasendifferenz von 30 Grad aufweisen, weisen die Komponente der dritten Ordnung (3θ) der induzierten Spannung, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt wird, und die Komponente der dritten Ordnung (3 (θ + 30°)) der induzierten Spannung, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt wird, eine Phasendifferenz von 90 Grad (3(θ + 30°) - 3θ = 90°) auf. Dabei kann der Drehwinkel (ein Wert, der das Dreifache des Drehwinkels θ ist) dadurch berechnet werden, dass das Verhältnis der Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt wird, und der Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt wird, berechnet wird, und der Arkustangens des Verhältnisses, das aus der Berechnung resultiert, berechnet wird. Auf diese Weise kann in der Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu einer herkömmlichen Konfiguration, bei der der Drehwinkel θ alle 60 Grad beschafft wird (japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 3 424 307 B2 ), der Drehwinkel θ als ein kontinuierlicher Wert beschafft werden. Als Ergebnis davon, dass der Drehwinkel θ als ein kontinuierlicher Wert beschafft wird, kann ein Fehler, der aufgrund einer plötzlichen Laständerung an dem Motor 10 auftritt, unterdrückt werden. Eine Verringerung im Leistungswirkungsgrad und eine Verschlechterung von Vibrationsgeräuschen kann unterdrückt werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
6 zeigt eine Modelldarstellung eines Verfahrens, durch das ein Steuerungsgerät 40a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel den Drehwinkel θ beschafft. Eine elektrische Konfiguration gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist dieselbe wie diejenige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 1 veranschaulicht ist. Das als Drehwinkelerfassungseinrichtung arbeitende Steuerungsgerät 40a gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfasst den Drehwinkel θ bei einem Nulldurchgang der jeweiligen Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2.
Insbesondere weist die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Vergleicher CMP1 auf, dem die Neutralpunktspannung VM1 der ersten Wicklungsgruppe 13a und die Neutralpunktspannung VN1 der ersten Widerstandsschaltung R1 zugeführt werden. Wenn die Neutralpunktspannung VM1 höher als die Neutralpunktspannung VN1 ist, gibt der Vergleicher CMP1 ein hochpegeliges Signal aus. Wenn die Neutralpunktspannung VM1 niedriger als die Neutralpunktspannung VN1 ist, gibt der Vergleicher CMP1 ein niedrigpegeliges Signal aus.
Zusätzlich weist die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Vergleicher CMP2 auf, dem die Neutralpunktspannung VM2 der zweiten Wicklungsgruppe 13b und die Neutralpunktspannung VN2 der zweiten Widerstandsschaltung R2 zugeführt werden. Wenn die Neutralpunktspannung VN2 höher als die Neutralpunktspannung VM2 ist, gibt der Vergleicher CMP2 ein hochpegeliges Signal aus. Wenn die Neutralpunktspannung VN2 niedriger als die Neutralpunktspannung VM2 ist, gibt der Vergleicher CMP2 ein niedrigpegeliges Signal aus.
Eine Nulldurchgangserfassungseinheit 43 des Steuerungsgeräts 40a beschafft die Zeiten bei einem Nulldurchgang der jeweiligen Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 auf der Grundlage der Ausgangssignale aus den Vergleichern CMP1 und CMP2. Das heißt, dass die Nulldurchgangerfassungseinheit 43 Winkel auf der Grundlage der Zeitpunkte beschafft, an denen die Ausgangssignale aus den Vergleichern CMP1 und CMP2 sich von hoch auf niedrig und von niedrig auf hoch ändern.
Wie es in 7 gezeigt ist, weisen die Spannungsdifferenz ΔV1 und die Spannungsdifferenz ΔV2 eine Phasendifferenz von 90 Grad und einen Nulldurchgang bei jedem Intervall von 60 Grad auf. Das heißt, dass entweder die Spannungsdifferenz ΔV1 oder die Spannungsdifferenz ΔV2 einen Nulldurchgang bei jedem Intervall von 30 Grad aufweist. Dabei erhöht, wie es in 8 gezeigt ist, das Steuerungsgerät 40a den Wert des Drehwinkels θ um 30 Grad jedes Mal, wenn der Pegel des Ausgangssignals aus den Vergleichern CMP1 und CMP2 sich ändert, wodurch der Wert des Drehwinkels θ aktualisiert wird.
Die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung jeder Phase weist einen Nulldurchgang zweimal während eines einzelnen Zyklus auf, der einen elektrischen Winkel von 120 Grad aufweist. Das heißt, dass der Drehwinkel θ als ein diskreter Wert zu jedem Intervall von 60 Grad auf der Grundlage eines Nulldurchgangszeitpunkts der Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung erfasst werden kann. Dabei weisen die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt wird, und die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt wird, eine Phasendifferenz von 90 Grad auf. Daher ist eine Erfassung des Drehwinkels θ bei 0 Grad, 60 Grad, 120 Grad, 180 Grad, 240 Grad und 300 Grad auf der Grundlage der Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt wird, möglich. Eine Erfassung des Drehwinkels θ bei 30 Grad, 90 Grad, 150 Grad, 210 Grad, 270 Grad und 330 Grad ist auf der Grundlage der Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung möglich, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt wird. Das heißt, dass der Drehwinkel θ alle 30 Grad erfasst werden kann.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
9 zeigt eine Modelldarstellung eines Verfahrens, durch das ein Steuerungsgerät 40b gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel den Drehwinkel θ beschafft. Eine elektrische Konfiguration gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist dieselbe wie diejenige gemäß dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Das als Drehwinkelerfassungseinrichtung arbeitende Steuerungsgerät 40b gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfasst den Drehwinkel θ bei einem Nulldurchgang einer Differenz zwischen den Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2.
Insbesondere weist die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Vergleicher CMP3 auf, dem die Spannungsdifferenz ΔV1 und die Spannungsdifferenz ΔV2 jeweils zugeführt werden. Wenn die Spannungsdifferenz ΔV1 größer als die Spannungsdifferenz ΔV2 ist, gibt der Vergleicher CMP3 ein hochpegeliges Signal aus. Wenn die Spannungsdifferenz ΔV1 kleiner als die Spannungsdifferenz ΔV2 ist, gibt der Vergleicher CMP3 ein niedrigpegeliges Signal aus.
Eine Nulldurchgangserfassungseinheit 44 des Steuerungsgeräts 40b beschafft die Zeiten bei einem Nulldurchgang der Differenz zwischen den Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 auf der Grundlage des Ausgangssignals aus dem Vergleicher CMP3. Das heißt, dass die Nulldurchgangserfassungseinheit 44 Winkel auf der Grundlage der Zeitpunkte beschafft, an denen ein Pegel des Ausgangssignals aus dem Vergleicher CMP3 sich von hoch auf niedrig und von niedrig auf hoch ändert.
Wie es in 10 gezeigt ist, weist die Differenz zwischen den Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 einen Nulldurchgang bei jedem Intervall von 60 Grad auf. Dabei erhöht, wie es in 11 gezeigt ist, das Steuerungsgerät 40b den Wert des Drehwinkels θ um 60 Grad jedes Mal, wenn das Ausgangssignal aus dem Vergleicher CMP3 sich ändert, wodurch der Wert des Drehwinkels θ aktualisiert wird.
In der Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Wirkungen eines Versatzfehlers (Offset-Fehlers), der zwischen der Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt wird, und der Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt wird, aufgehoben werden. Die Erfassungsgenauigkeit des Drehwinkels θ kann verbessert werden. Zusätzlich kann im Vergleich zu der Konfiguration gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Anzahl der Vergleicher reduziert werden. Die Anzahl der Komponenten, die in dem Gerät verwendet werden, kann reduziert werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
12 zeigt eine Modelldarstellung eines Verfahrens, durch das ein Steuerungsgerät 40c gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel den Drehwinkel θ beschafft. Eine elektrische Konfiguration gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist dieselbe wie diejenige gemäß dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Das als Drehwinkelerfassungseinrichtung arbeitende Steuerungsgerät 40c gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfasst den Drehwinkel θ auf der Grundlage einer Differenz (VM1 - VM2) zwischen der Spannung VM1 an dem tatsächlichen Neutralpunkt M1 der ersten Wicklungsgruppe 13a und der Spannung VM2 an dem tatsächlichen Neutralpunkt M2 der zweiten Wicklungsgruppe 13b.
Insbesondere weist die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Vergleicher CMP4 auf, dem die Spannung VM1 und die Spannung VM2 zugeführt werden. Wenn die Spannung VM1 höher als die Spannung VM2 ist, gibt der Vergleicher CMP4 ein hochpegeliges Signal aus. Wenn die Spannung VM1 niedriger als die Spannung VM2 ist, gibt der Vergleicher CMP4 ein niedrigpegeliges Signal aus.
Eine Nulldurchgangserfassungseinheit 45 des Steuerungsgeräts 40c beschafft die Zeiten an einem Nulldurchgang der Differenz zwischen den Spannungen VM1 und VM2 auf der Grundlage des Ausgangssignals aus dem Vergleicher CMP4. Die Nulldurchgangserfassungseinheit 45 beschafft Winkel auf der Grundlage der Zeitpunkte, an denen das Ausgangssignal aus dem Vergleicher CMP4 sich von hoch auf niedrig und von niedrig auf hoch ändert.
Wie es in 13 gezeigt ist, weist die Differenz zwischen den Spannungen VM1 und VM2 einen Nulldurchgang zu jedem Intervall von 60 Grad auf. Hier erhöht in einer Weise, die ähnlich zu derjenigen gemäß 11 ist, das Steuerungsgerät 40c den Wert des Drehwinkels θ um 60 Grad jedes Mal, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals aus dem Vergleicher CMP3 ändert, wodurch der Wert des Drehwinkels θ aktualisiert wird.
Zusätzlich ist eine Phasendifferenz von 30 Grad zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b vorhanden. Daher ist eine Phasendifferenz von 30 Grad ebenfalls zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters INV1, der eine Spannung an die erste Wicklungsgruppe 13a anlegt, und der Ausgangsspannung des Wechselrichters INV2, der eine Spannung an die zweite Wicklungsgruppe 13b anlegt, vorhanden. Dabei wird ein Schalten zwischen einem Antriebsmuster eines Schalters SW in dem Wechselrichter INV1 und einem Antriebsmuster eines Schalters SW in dem Wechselrichter INV2 jedes Mal durchgeführt, wenn die jeweiligen Drehwinkel θ sich um 60 Grad ändern. Das heißt, dass die Antriebsmuster der Schalter SW der Wechselrichter INV1 und INV2 während einer halben Periode, während der der Drehwinkel θ sich um 60 Grad ändert, übereinstimmen. Die Antriebsmuster der Schalter SW der Wechselrichter INV1 und INV2 unterscheiden sich während der restlichen Hälfte der Periode.
Daher bestimmt, wie es in 13 gezeigt ist, eine Schaltmusterbestimmungseinheit 46 des Steuerungsgeräts 40c, ob die Antriebsmuster der Schalter SW der Wechselrichter INV1 und INV2 übereinstimmen oder nicht, und die an die erste Wicklungsgruppe 13a angelegte Spannung und die an die zweite Wicklungsgruppe 13a angelegte Spannung gleich sind. Dann erfasst die Nulldurchgangserfassungseinheit 45 den Drehwinkel θ unter einer Bedingung, dass die Schaltmusterbestimmungseinheit 46 bestimmt hat, dass die Schaltmuster übereinstimmen. Anders ausgedrückt unterbindet das Steuerungsgerät 40c eine Erfassung des Drehwinkels θ unter einer Bedingung, dass sich die Antriebsmuster der Schalter SW der Wechselrichter INV1 und INV2 unterscheiden und sich die an die erste Wicklungsgruppe 13a angelegte Spannung und die an die zweite Wicklungsgruppe 13b angelegte Spannung sich unterscheiden.
Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
In der Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können im Gegensatz zu den Konfigurationen gemäß den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen sowie den Konfigurationen des Stands der Technik die Widerstandsschaltungen entfallen. Eine Erhöhung in der physikalischen Größe des Geräts kann unterdrückt werden.
Eine Phasendifferenz von 30 Grad ist zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b vorhanden. Daher ist ebenfalls eine Phasendifferenz von 30 Grad zwischen den Spannungen vorhanden, die an die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b angelegt werden. Das heißt, wenn eine Spannungsvektorregelung durchgeführt wird, eine Periode, während der die an die erste Wicklungsgruppe 13a angelegte Spannung und die an die zweite Wicklungsgruppe 13b angelegte Spannung übereinstimmen, und eine Periode, während der an die zweite Wicklungsgruppe 13b angelegte Spannung nicht übereinstimmen, mit einem Intervall von 30 Grad wiederholt werden. Dabei kann als Ergebnis einer Konfiguration, bei der der Drehwinkel auf der Grundlage der induzierten Spannung während der Periode, während der die angelegten Spannungen übereinstimmen, eine Verschlechterung in der Erfassungsgenauigkeit des Drehwinkels θ unterdrückt werden.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
14 zeigt eine Modelldarstellung eines Verfahrens, durch das das Steuerungsgerät 40 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel den Drehwinkel θ beschafft.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen eine erste Wicklungsgruppe 15a und eine zweite Wicklungsgruppe 15b Dreieck-Stern-Schaltungen auf. Zusätzlich weisen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste Wicklungsgruppe 15a und die zweite Wicklungsgruppe 15b eine Phasendifferenz von 30 Grad auf.
Die erste Wicklungsgruppe weist erste U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L1ua, L1va und L1wa auf, die in einer Dreieckschaltung verbunden sind. Die erste Wicklungsgruppe 15a weist ebenfalls erste U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L1ub, L1vb und L1wb auf.
Ein erstes Ende der ersten U-Phasen-Verbindungsspule L1ub ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der ersten U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1ua und der ersten V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1va verbunden. Daher sind die erste U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1ua, die erste V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1va und die erste U-Phasen-Verbindungsspule L1ub durch eine Sternschaltung an einem ersten tatsächlichen Neutralpunkt CA1 der ersten Wicklungsgruppe 15a verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten hochspannungsseitigen U-Phasen-Schalter SUp1 und dem ersten niedrigspannungsseitigen U-Phasen Schalter SUn1 ist mit einem zweiten Ende der ersten U-Phasen-Verbindungsspule L1ub verbunden.
Ein erstes Ende der ersten V-Phasen-Verbindungsspule L1vb ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der ersten V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1va und der ersten W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1wa verbunden. Daher sind die erste V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1va, die erste W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1wa und die erste V-Phasen-Verbindungsspule L1vb durch eine Sternschaltung an einem zweiten tatsächlichen Neutralpunkt CA2 der ersten Wicklungsgruppe 15a verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten hochspannungsseitigen V-Phasen-Schalter SVp1 und dem ersten niedrigspannungsseitigen V-Phasen-Schalter SVn1 ist mit einem zweiten Ende der ersten V-Phasen-Verbindungsspule L1vb verbunden.
Ein erstes Ende der ersten W-Phasen-Verbindungsspule L1wb ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der ersten U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1ua und der ersten W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1wa verbunden. Daher sind die erste U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1ua, die erste W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L1wa und die erste W-Phasen-Verbindungsspule L1wb durch eine Sternschaltung an einem dritten tatsächlichen Neutralpunkt CA3 der ersten Wicklungsgruppe 15a verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten hochspannungsseitigen W-Phasen-Schalter SWp1 und dem ersten niedrigspannungsseitigen W-Phasen-Schalter SWn1 ist mit einem zweiten Ende der ersten W-Phasen-Verbindungsspule L1wb verbunden.
Demgegenüber weist die zweite Wicklungsgruppe 15b zweite U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L2ua, L2va und L2wa auf. Die zweite Wicklungsgruppe 15b weist ebenfalls zweite U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L2ub, L2vb und L2wb auf.
Ein erstes Ende der zweiten U-Phasen-Verbindungsspule L2ub ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der zweiten U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2ua und der zweiten V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2va verbunden. Daher sind die zweite U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2ua, die zweite V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2va und die zweite U-Phasen-Verbindungsspule L2ub durch eine Sternschaltung an einem ersten tatsächlichen Neutralpunkt CB1 der zweiten Wicklungsgruppe 15b verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem zweiten hochspannungsseitigen U-Phasen-Schalter SUp2 und dem zweiten niedrigspannungsseitigen U-Phasen Schalter SUn2 ist mit einem zweiten Ende der zweiten U-Phasen-Verbindungsspule L2ub verbunden.
Ein erstes Ende der zweiten V-Phasen-Verbindungsspule L2vb ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der zweiten V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2va und der zweiten W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2wa verbunden. Daher sind die zweite V-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2va, die zweite W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2wa und die zweite V-Phasen-Verbindungsspule L2vb durch eine Sternschaltung an einem zweiten tatsächlichen Neutralpunkt CB2 der zweiten Wicklungsgruppe 15b verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem zweiten hochspannungsseitigen V-Phasen-Schalter SVp2 und dem zweiten niedrigspannungsseitigen V-Phasen Schalter SVn2 ist mit einem zweiten Ende der zweiten V-Phasen-Verbindungsspule L2vb verbunden.
Ein erstes Ende der zweiten W-Phasen-Verbindungsspule L2wb ist mit einem Verbindungspunkt zwischen der zweiten U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2ua und der zweiten W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2wa verbunden. Daher sind die zweite U-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2ua, die zweite W-Phasen-Dreieckabschnittsspule L2wa und die zweite W-Phasen-Verbindungsspule L2wb durch eine Sternschaltung an einem dritten tatsächlichen Neutralpunkt CB3 der zweiten Wicklungsgruppe 15b verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem zweiten hochspannungsseitigen W-Phasen-Schalter SWp2 und dem zweiten niedrigspannungsseitigen W-Phasen Schalter SWn2 ist mit einem zweiten Ende der zweiten U-Phasen-Verbindungsspule L2wb verbunden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Anzahl der Windungen von jeder der Dreieckabschnittsspulen L1ua, L1va und L1wa, die die erste Wicklungsgruppe 15a konfigurieren, und die Anzahl der Windungen von jeder der Dreieckabschnittsspulen L2ua, L2va und L2wa, die die zweite Wicklungsgruppe 15b konfigurieren, derart eingestellt, dass sie gleich sind.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Bezugszeichen der Widerstände, die die erste Widerstandsschaltung R1 bilden, R1ua, Riva und R1wa. Zusätzlich sind die Bezugszeichen der Widerstände, die die zweite Widerstandsschaltung R2 konfigurieren, R2ua, R2va und R2wa.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine erste Motorwiderstandsschaltung Rm1 entsprechend der ersten Wicklungsgruppe 15a vorgesehen. Die erste Motorwiderstandsschaltung Rm1 weist erste U-, V- und W-Phasen-Widerstände R1ub, R1vb und R1wb auf, die eine Drei-Phasen-Sternschaltung aufweisen. Insbesondere sind erste Enden der ersten U-, V- und W-Phasen-Widerstände R1ub, R1vb und R1wb mit einem ersten Motorneutralpunkt Nm1 verbunden, der als virtueller Neutralpunkt dient. Die ersten, zweiten und dritten Neutralpunkte CA1, CA2 und CA3 sind jeweils mit den zweiten Enden der ersten U-, V- und W-Phasen-Widerstände R1ub, R1vb und R1wb verbunden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine zweite Motorwiderstandsschaltung Rm2 entsprechend der zweiten Wicklungsgruppe 15b vorgesehen. Die zweite Motorwiderstandsschaltung Rm2 weist erste U-, V- und W-Phasen-Widerstände R2ub, R2vb und R2wb auf, die eine Drei-Phasen-Sternschaltung aufweisen. Insbesondere sind erste Enden der zweiten U-, V- und W-Phasen-Widerstände R2ub, R2vb und R2wb mit einem zweiten Motorneutralpunkt Nm2 verbunden, der als virtueller Neutralpunkt dient. Die ersten, zweiten und dritten Neutralpunkte CB1, CB2 und CB3 sind jeweils mit den zweiten Enden der zweiten U-, V- und W-Phasen-Widerstände R2ub, R2vb und R2wb verbunden.
Hier sind die Spannungen an dem zweiten Ende der ersten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L1ub, L1vb und L1wb jeweils VU1, VV1 und VW1. Zusätzlich sind Induktionsspannungen der ersten U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L1ua, L1va und L1wa jeweils EUT1, EVT1 und EWT1. Induktionsspannungen der ersten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L1ub, L1vb und L1wb sind jeweils EUP1, EVP1 und EWP1. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Induktionsspannungen EUT1, EVT1 und EWT1 der ersten U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L1ua, L1va und L1wa und die Induktionsspannungen EUP1, EVP1 und EWP1 der ersten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L1ub, L1vb und L1wb jeweils ausgedrückt durch: EUT1 = α × EU1; EVT1 = α × EV1; EWT1 = α × EW1; EUP1 = (1 - α) × EU1; EVP1 = (1 - α) × EV1 und EWP1 = (1 - α) × EW1.
Die Spannungen EU1, EV1 und EW1 sind induzierte Spannungen mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Wellenform. Induktionsspannungen auf der Grundlage der Induktionsspannungen, die in den ersten U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L1ua, L1va und L1wa erzeugt werden, werden in den ersten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L1ub, L1vb und L1wb erzeugt. Dabei wird der Koeffizient α in der nachfolgenden Weise unter Verwendung einer Anzahl von Windungen Ntm der Dreieckabschnittsspule und einer Anzahl von Windungen Nts der Verbindungsspule ausgedrückt. $α = Nts/ (Ntm + Nts)$
Zusätzlich sind Potenzialdifferenzen der ersten U-, V- und W-Phasen-Widerstände R1ub, R1vb und R1wb jeweils Vua, Vva und Vwa. Dabei werden eine Spannung VC1 an dem ersten Motorneutralpunkt Nm1 und die Spannung VN1 an dem virtuellen Neutralpunkt N1 der ersten Widerstandsschaltung R1 jeweils ausgedrückt durch: VC1 = (1/3) [VU1 - Vua - (1 - α) EU1 + VV1 = Vva - (1 - α) EV1 + VW1 = Vwa - (1 - α) EW1] und VN1 = (1/3) (VU1 + VV1 + VW1).
In der vorstehend beschriebenen Spannung VC1 gibt beispielsweise VU1 - Vua - (1 - α) EU1 der U-Phase die Potenzialdifferenz von dem ersten Motorneutralpunkt Nm1 zu dem zweiten Ende der ersten U-Phasen-Verbindungsspule L1ub über den ersten U-Phasen-Widerstand R1ub und den ersten tatsächlichen Neutralpunkt CA1 an.
Die Potenzialdifferenz zwischen der Spannung VC1 an dem ersten Motorneutralpunkt Nm1 und der Spannung VN1 an dem virtuellen Neutralpunkt N1 der ersten Widerstandsschaltung R1 wird ausgedrückt durch ΔV1 = VN1 - VC1 = (1/3) (1 - α) × [(EU1 + EV1 + EW1) + (Vua + Vva + Vwa)] = (1/3) (1 - α) (EU1 + EV1 + EW1). Dabei wird die Beziehung Vua + Vva + Vwa = 0 verwendet.
In einer ähnlichen Weise sind die Spannungen an dem zweiten Ende der zweiten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L2ub, L2vb und L2wb jeweils VU2, VV2 und VW2. Zusätzlich sind Induktionsspannungen der zweiten U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L2ua, L2va und L2wa jeweils EUT2, EVT2 und EWT2. Induktionsspannungen der zweiten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L2ub, L2vb und L2wb sind jeweils EUP2, EVP2 und EWP2. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Induktionsspannungen EUT2, EVT2 und EWT2 der zweiten U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L2ua, L2va und L2wa und die Induktionsspannungen EUP2, EVP2 und EWP2 der zweiten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L2ub, L2vb und L2wb jeweils ausgedrückt durch: EUT2 = α × EU2; EVT2 = α × EV2; EWT2 = α × EW2; EUP2 = (1 - α) × EU2; EVP2 = (1 - α) × EV2; und EWP2 = (1 - α) × EW2.
Die Spannungen EU2, EV2 und EW2 sind induzierte Spannungen mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Wellenform. Induktionsspannungen auf der Grundlage der Induktionsspannungen, die in den zweiten U-, V- und W-Phasen-Dreieckabschnittsspulen L2ua, L2va und L2wa erzeugt werden, werden in den zweiten U-, V- und W-Phasen-Verbindungsspulen L2ub, L2vb und L2wb erzeugt.
Zusätzlich sind Potenzialdifferenzen der zweiten U-, V- und W-Phasen-Widerstände R2ub, R2vb und R2wb jeweils Vub, Vvb und Vwb. Dabei werden eine Spannung VC2 an dem zweiten Motorneutralpunkt Nm2 und die Spannung VN2 an dem virtuellen Neutralpunkt N2 der zweiten Widerstandsschaltung R2 jeweils ausgedrückt durch: VC2 = (1/3) [VU2 - Vub - (1 - α) EU2 + VV2 = Vvb - (1 - α) EV2 + VW2 = Vwb - (1 - α) EW2] und VN2 = (1/3) (VU2 + VV2 + VW2).
Daher wird die Potenzialdifferenz zwischen der Spannung VC2 an dem zweiten Motorneutralpunkt Nm2 und der Spannung VN2 an dem virtuellen Neutralpunkt N2 der zweiten Widerstandsschaltung R2 ausgedrückt durch ΔV2 = VN2 - VC2 = (1/3) (1 - α) × [(EU2 + EV2 + EW2) + (Vub + Vvb + Vwb)] = (1/3) (1 - α) (EU2 + EV2 + EW2). Dabei wird die Beziehung Vub + Vvb + Vwb = 0 verwendet.
Dabei wird die Summe der Induktionsspannungen EU1, EV1 und EW1 für die Spannungsdifferenz ΔV1 Null mit der Ausnahme für die Komponente der dritten Ordnung, in der eine Gleichgewichtsbeziehung der drei Phasen beibehalten wird. Daher werden in einer Weise, die ähnlich zu derjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist, die Komponenten der dritten Ordnung der induzierten Spannungen EU1, EV1 und EW1 hauptsächlich als die Spannungsdifferenz ΔV1 ausgegeben. Die Spannungsdifferenz ΔV1 ist im Wesentlichen eines Sinuswelle mit der dreifachen Frequenz der induzierten Spannungen EU1, EV1 und EW1, die im Wesentlichen trapezförmige Wellenformen aufweisen.
In einer ähnlichen Weise wird die Summe der Induktionsspannungen EU2, EV2 und EW2 für die Spannungsdifferenz ΔV2 Null mit Ausnahme für die Komponenten der dritten Ordnung, in denen eine Gleichgewichtsbeziehung der drei Phasen beibehalten wird. Daher werden die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannungen EU2, EV2 und EW2 hauptsächlich als die Spannungsdifferenz ΔV2 ausgegeben. Die Spannungsdifferenz ΔV2 ist im Wesentlichen eine Sinuswelle mit der dreifachen Frequenz der induzierten Spannungen EU2, EV2 und EW2, die im Wesentlichen trapezförmige Wellenformen aufweisen.
Dabei weisen in einer Weise, die ähnlich zu derjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenem ersten Ausführungsbeispiel ist, die induzierten Spannungen EU1, EV1 und EW1 der ersten Wicklungsgruppe 15a und die induzierten Spannungen EU2, EV2 und EW2 der zweiten Wicklungsgruppe 15b eine Spannungsdifferenz von 30 Grad auf. Die Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 weisen jeweils eine Frequenz auf, die das Dreifache einer Grundwelle ist. Daher sind die Spannungsdifferenzen ΔV1 und ΔV2 wie in 4 gezeigt, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Als Ergebnis kann, wenn die Spannungsdifferenz ΔV1 als Amp × sin3θ ausgedrückt wird, in einer ähnlichen Weise wie gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel die Spannungsdifferenz ΔV2 als Amp × cos3θ ausgedrückt werden. Daher wird das Verhältnis ΔV1/ΔV2 der Spannungsdifferenz ΔV1 und der Spannungsdifferenz ΔV2 tan3θ. In einer ähnlichen Weise wie gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel kann der Drehwinkel θ auf der Grundlage des Verhältnisses ΔV1/ΔV2 der Spannungsdifferenzen berechnet werden.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
15 zeigt eine Modelldarstellung eines Verfahrens, durch das das Steuerungsgerät 40c gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel den Drehwinkel θ beschafft.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel werden die Schalter, die die Wechselrichter INV1 und INV2 konfigurieren, derart gesteuert, dass eine Phasendifferenz von 30 Grad zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters INV1, der eine Spannung an die erste Wicklungsgruppe 13a anlegt, und der Ausgangsspannung des Wechselrichters INV2, der eine Spannung an die zweite Wicklungsgruppe 13b anlegt, vorhanden ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Schalter, die die Wechselrichter INV1 und INV2 konfigurieren, derart gesteuert, dass die Phasendifferenz zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters INV1 und der Ausgangsspannung des Wechselrichters INV2 Null ist. Das heißt, dass das Antriebsmuster des Schalters, der den Wechselrichter INV1 konfiguriert, und das Antriebsmuster des Schalters, der den Wechselrichter INV2 konfiguriert, dieselben sind. Verschiedene Antriebsmuster können verwendet werden. Insbesondere kann beispielsweise ein Antriebsmuster, das auf der Grundlage eines dreiphasigen, 180-Grad-Leitungssystems vorgeschrieben ist, verwendet werden. Dieses Antriebsmuster ist derart, dass für jede Phase der hochspannungsseitige Schalter und der niedrigspannungsseitige Schalter abwechselnd zu jedem elektrischen Winkel von 180 Grad EIN-geschaltet werden, und die AUS-Betätigung des hochspannungsseitigen Schalters von jeder Phase voneinander um einen elektrischen Winkel von 120 Grad verschoben ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stimmen die Antriebsmuster der Schalter SW der Wechselrichter INV1 und INV2 stets überein. Die an die erste Wicklungsgruppe 13a angelegte Spannung und die an die zweite Wicklungsgruppe 13b angelegte Spannung sind stets gleich. Daher kann die Beschränkung für die Nulldurchgangserfassungseinheit 45, die eine Erfassung des Drehwinkels θ unterbindet, wie es in der vorstehend beschriebenen 13 gezeigt ist, beseitigt wird.
(Andere Ausführungsbeispiele)
Gemäß 6 und 9, die vorstehend beschrieben worden sind, können die Spannungen VM1 und VM2 auf die Spannungen VC1 und VC2 gemäß dem vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel geändert werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiel kann eine Verschiebung zwischen der Phase der induzierten Spannung der Dreieckabschnittsspule und der Phase der induzierten Spannung der Verbindungsspule auftreten. In diesem Fall kann ebenfalls der Drehwinkel θ erfasst werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Phasendifferenz zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b 30 Grad. Jedoch kann die Phasendifferenz derart modifiziert werden, dass die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b eine Phasendifferenz aufweisen, die ein ungradzahliges Vielfaches von 30 Grad ist. Beispielsweise kann die Phasendifferenz zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b 90 Grad sein. In diesem Fall weisen die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt wird, und die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt wird, eine Phasendifferenz von 270 Grad auf. Daher kann, wenn der Arkustangens des Verhältnisses ΔV1/ΔV2 der Spannungsdifferenzen berechnet wird, - 3θ beschafft werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Phasendifferenz zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b 30 Grad. Jedoch kann die Phasendifferenz derart modifiziert werden, dass die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b eine Phasendifferenz aufweist, die ein ungradzahliges Vielfaches von 30 Grad ist. Beispielsweise kann die Phasendifferenz zwischen der ersten Wicklungsgruppe 13a und der zweiten Wicklungsgruppe 13b 90 Grad sein. In diesem Fall weisen die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der ersten Wicklungsgruppe 13a erzeugt wird, und die Komponente der dritten Ordnung der induzierten Spannung, die in der zweiten Wicklungsgruppe 13b erzeugt wird, eine Phasendifferenz von 270 Grad auf.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Motor 10 ein Permanentmagnet-Synchronmotor. Jedoch kann der Motor 10 derart modifiziert werden, dass er ein Feldwicklungs-Synchronmotor ist, bei dem ein Rotor mit einer Feldwicklung vorgesehen ist.
Anstelle des SPMSM, in dem der Permanentmagnet 14 an der Oberfläche des Rotors 11 vorgesehen ist, kann der Motor 10 ein Innenpermanentmagnetsynchronmotor (IPMSM) sein, in dem ein Permanentmagnet innerhalb des Rotors eingebettet ist.
Eine Konfiguration wird verwendet, bei der eine Drei-Phasen-Ankerwicklung vorgesehen ist. Jedoch kann die Konfiguration derart modifiziert werden, dass beispielsweise eine Fünf-Phasen-Ankerwicklung vorgesehen ist.
Eine Konfiguration, bei der lediglich zwei Wicklungsgruppen, das heißt die erste Wicklungsgruppe 13a und die zweite Wicklungsgruppe 13b vorgesehen sind, wird als die Ankerwicklung verwendet. Jedoch kann die Konfiguration modifiziert werden. Das heißt, dass die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel eines Motors erfassen kann, der drei oder mehr Wicklungsgruppen aufweist. Die Drehwinkelerfassungseinrichtung kann den Drehwinkel des Motors auf der Grundlage der tatsächlichen Neutralpunktspannungen von zwei Wicklungsgruppen unter den drei oder mehr Wicklungsgruppen erfassen.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird eine rotierende elektrische Maschine bei einer rotierenden elektrischen Maschine einer Mehrschicht-Wicklungsbauart mit einem Stator und einem Rotor angewendet. Der Stator weist eine Ankerwicklung auf. Der Rotor weist eine Feldwicklung und/oder einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf, das Charakteristiken eines Magnetflusses einer nichtsinusförmigen Wellenform in Bezug auf einen Drehwinkel des Rotors aufweist. Die Ankerwicklung weist Wicklungsgruppen auf. Jede der Wicklungsgruppen weist Spulen auf, die mit einem tatsächlichen Neutralpunkt verbunden sind, der für jede Wicklungsgruppe vorgesehen ist, und weist eine erste Wicklungsgruppe und eine zweite Wicklungsgruppe auf, die eine Phasendifferenz aufweisen. Ein Steuerungsgerät erfasst einen Drehwinkel auf der Grundlage einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und eine Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe und steuert die rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage des Drehwinkels.

Claims

Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart (10) angewendet ist, wobei die rotierende elektrische Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart aufweist: einen Stator (12), der eine Ankerwicklung aufweist, wobei die Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklungsgruppen (13a, 13b; 15a, 15b) aufweist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine Vielzahl von Spulen (Lua, Lva, Lwa, Lub, Lvb, Lwb; L1ua bis L1wa, L1ub bis L1wb, L2ua bis L2wa, L2ub bis L2wb) aufweist, die mit einem tatsächlichen Neutralpunkt (M1, M2; CA1 bis CA3, CB1 bis CB3) verbunden sind, der für jede Wicklungsgruppe vorgesehen ist, und einen Rotor (11), der eine Feldwicklung und/oder einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, wobei die Feldwicklung und/oder der Permanentmagnet Charakteristiken eines Magnetflusses einer nichtsinusförmigen Wellenform in Bezug auf einen Drehwinkel des Rotors aufweist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine erste Wicklungsgruppe (13a; 15a) und eine zweite Wicklungsgruppe (13b; 15b) aufweist, die eine Phasendifferenz aufweisen, wobei das Steuerungsgerät die rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage des Drehwinkels steuert, wobei das Steuerungsgerät aufweist: eine Drehwinkelerfassungseinrichtung (40; 41a; 41b; 40c) zur Erfassung des Drehwinkels auf der Grundlage einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe, wobei die Ankerwicklung eine Drei-Phasen-Wicklung ist, das Steuerungsgerät weiterhin aufweist: eine erste Widerstandsschaltung (R1), die einen ersten virtuellen Neutralpunkt (N1) und eine Vielzahl von Widerständen (Rua, Rva, Rwa; R1ua, R1va, R1wa) aufweist, die mit dem ersten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die erste Widerstandsschaltung parallel zu der ersten Wicklungsgruppe geschaltet ist, und eine zweite Widerstandsschaltung (R2), die einen zweiten virtuellen Neutralpunkt (N2) und eine Vielzahl von Widerständen (Rub, Rvb, Rwb; R2ua, R2va, R2wa) aufweist, die mit dem zweiten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die zweite Widerstandsschaltung mit der zweiten Wicklungsgruppe verbunden ist, die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel auf der Grundlage einer ersten Spannungsdifferenz und einer zweiten Spannungsdifferenz erfasst, wobei die erste Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der ersten Widerstandsschaltung ist, und die zweite Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der zweiten Widerstandsschaltung ist.
Steuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Ankerwicklung als die Vielzahl der Spulen aufweist: Drei-Phasen-Dreieckabschnittsspulen (L1ua bis L1wa, L2ua bis L2wa), die durch eine Dreieckschaltung verbunden sind, und Verbindungsspulen (L1ub bis L1wb, L2ub bis L2wb), die mit Verbindungspunkten zwischen den Dreieckabschnittsspulen verbunden sind, und in denen eine induzierte Spannung auf der Grundlage einer induzierten Spannung erzeugt wird, die in der Dreieckabschnittsspule erzeugt wird, eine Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt (CA1 bis CA3) der ersten Wicklungsgruppe (15a) die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen der Dreieckabschnittsspule und der Verbindungsspule ist, die die erste Wicklungsgruppe konfigurieren, und eine Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe (15b) die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen der Dreieckabschnittsspule und der Verbindungsspule ist, die die zweite Wicklungsgruppe konfigurieren.
Steuerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Wicklungsgruppe und die zweite Wicklungsgruppe eine Phasendifferenz aufweisen, die ein ungradzahliges Vielfaches von 30 Grad ist, und die Drehwinkelerfassungseinrichtung einen Drehwinkel durch Berechnung eines Verhältnisses der ersten Spannungsdifferenz und der zweiten Spannungsdifferenz und Berechnen einen Arkustangens des berechneten Verhältnisses erfasst.
Steuerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Wicklungsgruppe und die zweite Wicklungsgruppe einen elektrischen Winkel bilden, der ein ungradzahliges Vielfaches von 30 Grad ist, und die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel bei einem Nulldurchgang von jeder der ersten Spannungsdifferenz und der zweiten Spannungsdifferenz erfasst.
Steuerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel bei einem Nulldurchgang einer Differenz zwischen der ersten Spannungsdifferenz und der zweiten Spannungsdifferenz berechnet.
Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart (10) angewendet ist, wobei die rotierende elektrische Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart aufweist: einen Stator (12), der eine Ankerwicklung aufweist, wobei die Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklungsgruppen (13a, 13b; 15a, 15b) aufweist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine Vielzahl von Spulen (Lua, Lva, Lwa, Lub, Lvb, Lwb; L1ua bis L1wa, L1ub bis L1wb, L2ua bis L2wa, L2ub bis L2wb) aufweist, die mit einem tatsächlichen Neutralpunkt (M1, M2; CA1 bis CA3, CB1 bis CB3) verbunden sind, der für jede Wicklungsgruppe vorgesehen ist, und einen Rotor (11), der eine Feldwicklung und/oder einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, wobei die Feldwicklung und/oder der Permanentmagnet Charakteristiken eines Magnetflusses einer nichtsinusförmigen Wellenform in Bezug auf einen Drehwinkel des Rotors aufweist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine erste Wicklungsgruppe (13a; 15a) und eine zweite Wicklungsgruppe (13b; 15b) aufweist, die eine Phasendifferenz aufweisen, wobei das Steuerungsgerät die rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage des Drehwinkels steuert, wobei das Steuerungsgerät aufweist: eine Drehwinkelerfassungseinrichtung (40; 41a; 41b; 40c) zur Erfassung des Drehwinkels auf der Grundlage einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe, wobei die Ankerwicklung eine Drei-Phasen-Wicklung ist, und die Drehwinkelerfassungseinrichtung einen Drehwinkel der rotierenden elektrischen Maschine auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Spannung an dem Neutralpunkt (M1) der ersten Wicklungsgruppe (13a) und der Spannung an dem Neutralpunkt (M2) der zweiten Wicklungsgruppe (13b) erfasst.
Steuerungsgerät nach Anspruch 6, wobei die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel der rotierenden elektrischen Maschine unter einer Bedingung erfasst, dass eine an die erste Wicklungsgruppe angelegte Spannung und eine an die zweite Wicklungsgruppe angelegte Spannung gleich sind.
Steuerungsgerät nach Anspruch 7, wobei das Steuerungsgerät Wechselrichter (INV1 und INV2), die jeweils mit der ersten Wicklungsgruppe und der zweiten Wicklungsgruppe verbunden sind, derart steuert, dass die an die erste Wicklungsgruppe angelegte Spannung und die an die zweite Wicklungsgruppe angelegte Spannung gleich sind.
Steuerungsgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel an einem Nulldurchgang einer Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe erfasst.
Rotierende elektrische Maschine, die bei einer rotierenden elektrischen Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart (10) angewendet ist, wobei die rotierende elektrische Maschine aufweist: einen Stator (12), der eine Ankerwicklung aufweist, wobei die Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklungsgruppen (13a, 13b; 15a, 15b) aufweist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine Vielzahl von Spulen (Lua, Lva, Lwa, Lub, Lvb, Lwb; L1ua bis L1wa, L1ub bis L1wb, L2ua bis L2wa, L2ub bis L2wb) aufweist, die mit einem tatsächlichen Neutralpunkt (M1, M2; CA1 bis CA3, CB1 bis CB3) verbunden sind, der für jede Wicklungsgruppe vorgesehen ist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine erste Wicklungsgruppe (13a; 15a) und eine zweite Wicklungsgruppe (13b; 15B) aufweist, die eine Phasendifferenz aufweisen; einen Rotor (11), der eine Feldwicklung und/oder einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, wobei die Feldwicklung und/oder der Permanentmagnet Charakteristiken eines Magnetflusses einer nichtsinusförmigen Wellenform in Bezug auf einen Drehwinkel des Rotors aufweist, und ein Steuerungsgerät, das die rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage des Drehwinkels steuert, wobei das Steuerungsgerät eine Drehwinkelerfassungseinrichtung (40; 41a; 41b; 40c) zur Erfassung des Drehwinkels auf der Grundlage einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe aufweist, wobei die Ankerwicklung eine Drei-Phasen-Wicklung ist, das Steuerungsgerät weiterhin aufweist: eine erste Widerstandsschaltung (R1), die einen ersten virtuellen Neutralpunkt (N1) und eine Vielzahl von Widerständen (Rua, Rva, Rwa; R1ua, R1va, R1wa) aufweist, die mit dem ersten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die erste Widerstandsschaltung parallel zu der ersten Wicklungsgruppe geschaltet ist, und eine zweite Widerstandsschaltung (R2), die einen zweiten virtuellen Neutralpunkt (N2) und eine Vielzahl von Widerständen (Rub, Rvb, Rwb; R2ua, R2va, R2wa) aufweist, die mit dem zweiten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die zweite Widerstandsschaltung mit der zweiten Wicklungsgruppe verbunden ist, die Drehwinkelerfassungseinrichtung den Drehwinkel auf der Grundlage einer ersten Spannungsdifferenz und einer zweiten Spannungsdifferenz erfasst, wobei die erste Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der ersten Widerstandsschaltung ist, und die zweite Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der zweiten Widerstandsschaltung ist.
Steuerungsverfahren für eine rotierende elektrische Maschine, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart (10) angewendet ist, wobei die rotierende elektrische Maschine der Mehrschicht-Wicklungsbauart aufweist: einen Stator (12), der eine Ankerwicklung aufweist, wobei die Ankerwicklung eine Vielzahl von Wicklungsgruppen (13a, 13b; 15a, 15b) aufweist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine Vielzahl von Spulen (Lua, Lva, Lwa, Lub, Lvb, Lwb; L1ua bis L1wa, L1ub bis L1wb, L2ua bis L2wa, L2ub bis L2wb) aufweist, die mit einem tatsächlichen Neutralpunkt (M1, M2; CA1 bis CA3, CB1 bis CB3) verbunden sind, der für jede Wicklungsgruppe vorgesehen ist, wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungsgruppen eine erste Wicklungsgruppe (13a; 15a) und eine zweite Wicklungsgruppe (13b; 15B) aufweist, die eine Phasendifferenz aufweisen; und einen Rotor (11), der eine Feldwicklung und/oder einen Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist, wobei die Feldwicklung und/oder der Permanentmagnet Charakteristiken eines Magnetflusses einer nichtsinusförmigen Wellenform in Bezug auf einen Drehwinkel des Rotors aufweist, wobei das Steuerungsverfahren aufweist: Erfassen eines Drehwinkels auf der Grundlage einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und einer Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe, und Steuern der rotierenden elektrischen Maschine auf der Grundlage des Drehwinkels, wobei die Ankerwicklung eine Drei-Phasen-Wicklung ist, die rotierende elektrische Maschine weiterhin aufweist: eine erste Widerstandsschaltung (R1), die einen ersten virtuellen Neutralpunkt (N1) und eine Vielzahl von Widerständen (Rua, Rva, Rwa; R1ua, R1va, R1wa) aufweist, die mit dem ersten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die erste Widerstandsschaltung parallel zu der ersten Wicklungsgruppe geschaltet ist, und eine zweite Widerstandsschaltung (R2), die einen zweiten virtuellen Neutralpunkt (N2) und eine Vielzahl von Widerständen (Rub, Rvb, Rwb; R2ua, R2va, R2wa) aufweist, die mit dem zweiten virtuellen Neutralpunkt verbunden sind, wobei die zweite Widerstandsschaltung mit der zweiten Wicklungsgruppe verbunden ist, wobei der Erfassungsschritt aufweist: Erfassen des Drehwinkels auf der Grundlage einer ersten Spannungsdifferenz und einer zweiten Spannungsdifferenz, wobei die erste Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der ersten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der ersten Widerstandsschaltung ist, und die zweite Spannungsdifferenz eine Differenz zwischen der Spannung an dem tatsächlichen Neutralpunkt der zweiten Wicklungsgruppe und der Spannung an dem virtuellen Neutralpunkt der zweiten Widerstandsschaltung ist.