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Die vorliegende Erfindung betrifft grundsätzlich einen Leistungsstromrichter zum Umwandeln einer elektrischen Energie.
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Im Allgemeinen ist der Leistungsstromrichter zum Umwandeln einer elektrischen Energie, mit welcher ein Motor mit zwei Sätzen von Wicklungsgruppen versorgt wird, im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel hat in einem Patentdokument
JP 2011-188674 A (Patentdokument 1) der Einfachheit einer Verteilung einer Wärmeerzeugung auf jede der Wicklungsgruppen halber der Leistungsstromrichter zwei Wechselrichter, welche den zwei Sätzen von Wicklungsgruppen zugeordnet sind, und die Verschieberichtung des Einschaltdauerinstruktionssignals betreffend die Ansteuerung von jedem der Wechselrichter wird in voreingestellten Intervallen umgeschaltet.
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Wie in Patentdokument 1 offenbart, kann, wenn die Verschieberichtung des Einschaltdauerinstruktionssignals umgeschaltet wird, ein solches Umschalten eine Drehmomentwelligkeit sowie eine Vibration und ein Geräusch verursachen.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Leistungsstromrichter der vorliegenden Erfindung, welcher eine elektrische Energie, welche einer rotierenden elektrischen Maschine bereitgestellt wird, die eine erste Wicklungsgruppe und eine zweite Wicklungsgruppe hat, umwandelt, einen ersten Wechselrichter, einen zweiten Wechselrichter und eine Steuerung.
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Der erste Wechselrichter hat ein erstes Schaltelement, welches jeder von mehreren Phasen in der ersten Wicklungsgruppe zugeordnet ist.
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Der zweite Wechselrichter hat ein zweites Schaltelement, welches jeder von mehreren Phasen in der zweiten Wicklungsgruppe zugeordnet ist.
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Die Steuerung beinhaltet einen Instruktionsrechner. Der Instruktionsrechner berechnet einen ersten Spannungsinstruktionswert, welcher auf die erste Wicklungsgruppe angewandt wird, und einen zweiten Spannungsinstruktionswert, welcher auf die zweite Wicklungsgruppe angewandt wird.
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Eine Anlegespannung an die erste Wicklungsgruppe wird in der folgenden Weise in einer ersten Periode und in einer zweiten Periode gesteuert. Das heißt, (i) in der ersten Periode verschiebt sich eine erste Neutralpunktspannung, welche an die erste Wicklungsgruppe angelegt wird, unter einen mittigen Ausgangswert eines ausgebbaren Bereichs des Wechselrichters und eine zweite Neutralpunktspannung, welche an die zweite Wicklungsgruppe angelegt wird, verschiebt sich über den mittigen Ausgangswert des ausgebbaren Bereichs des Wechselrichters. Ebenso (ii) verschiebt sich in der zweiten Periode die erste Neutralpunktspannung über den mittigen Ausgangswert des ausgebbaren Bereichs und die zweite Neutralpunktspannung verschiebt sich unter den mittigen Ausgangswert des ausgebbaren Bereichs des Wechselrichters.
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Ferner berechnet der Instruktionsrechner den ersten Instruktionswert und den zweiten Instruktionswert zum Ermöglichen eines Umschaltens zwischen der ersten Periode und der zweiten Periode nach einem Verstreichen (d. h. in einem Intervall) einer Schaltperiode, welche variabel basierend auf einer voreingestellten physikalischen Größe berechnet wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Umschalten zwischen den zwei Zuständen durchgeführt (das heißt, (i) ein Zustand, in welchem die erste Neutralpunktspannung unter den mittigen Ausgangswert verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung über den mittigen Ausgangswert verschoben wird, und (ii) der andere Zustand, in welchem die erste Neutralpunktspannung über den mittigen Ausgangswert verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung unter den mittigen Ausgangswert verschoben wird, durchgeführt wird). Dadurch wird die Ungleichförmigkeit einer Wärmeerzeugung in den Schaltelementen reduziert.
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Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung, welche mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht wird, deutlicher werden, in welchen:
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1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Lenkhilfevorrichtung bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein Schaltbild einer elektrischen Ausgestaltung eines Leistungsstromrichters bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein Blockdiagramm einer Steuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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4 ein Flussdiagramm eines Instruktionsberechnungsprozesses bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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5 ein Diagramm einer Beziehung einer Drehgeschwindigkeit und einer Schaltperiode bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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6A/B Zeitdiagramme einer Beziehung der Drehgeschwindigkeit und der Schaltperiode bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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7 ein Diagramm einer Beziehung eines elektrischen Stroms und der Schaltperiode bei einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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8 ein Diagramm einer Beziehung einer Spannung und der Schaltperiode bei einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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9 ein Diagramm einer Beziehung eines Drehmoments und der Schaltperiode bei einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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10 ein Diagramm einer Beziehung einer Wechselrichtertemperatur und der Schaltperiode bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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11A/B Diagramme einer Beziehung einer Resonanzfrequenz und einer Schaltperiode bei einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; und
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12 ein Diagramm einer Beziehung der Drehgeschwindigkeit und der Schaltperiode bei einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
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Nachstehend wird der Leistungsstromrichter der vorliegenden Erfindung basierend auf den Zeichnungen beschrieben werden. In den folgenden Ausführungsbeispielen haben gleiche Teile gleiche Bezugsziffern und die Beschreibung des gleichen Teils wird nicht wiederholt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Der Leistungsstromrichter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf 1–5 beschrieben.
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Ein Leistungsstromrichter 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in einem nicht dargestellten Fahrzeug zusammen mit einem Motor 10 angeordnet und wird auf eine elektrische Lenkhilfevorrichtung 5 zum Unterstützen einer Lenkbedienung, welche von dem Fahrer durchgeführt wird, mit dem Motor 10, welcher auch als eine rotierende elektrische Maschine beschrieben wird, angewandt.
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1 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Lenksystems 90, welches mit der elektrischen Lenkhilfevorrichtung 5 versehen ist.
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Das Lenksystem 90 umfasst ein Lenkrad (d. h. ein Steuerrad) 91, eine Lenkachse 92, ein Zahnradgetriebe 96, eine Zahnstangenwelle 97, Räder 98, die elektrische Lenkhilfevorrichtung 5 und Ähnliches.
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Das Lenkrad 91 ist mit der Lenkachse 92 verbunden. An der Lenkachse 92 ist ein Drehmomentsensor 94, welcher das durch die Bedienung des Fahrers von dem Lenkrad 91 an die Lenkachse 92 eingegebene Lenkdrehmoment detektiert, angeordnet. Das Zahnradgetriebe 96 ist an der Spitze der Lenkachse 92 angeordnet, und das Zahnradgetriebe 96 greift in die Zahnstangenwelle 97 ein. Ein Paar Räder 98 ist mit beiden Enden der Zahnstangenwelle 97 über eine Spurstange etc. verbunden.
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Wenn der Fahrer das Lenkrad 91 dreht, dreht sich dadurch die mit dem Lenkrad 91 verbundene Lenkachse 92. Die Drehbewegung der Lenkachse 92 wird in die lineare Bewegung der Zahnstangenwelle 97 mittels des Zahnradgetriebes 96 umgewandelt, und die Räder 98 werden um einen Winkel in Abhängigkeit von der Menge einer Verschiebung der Zahnstangenwelle 97 gelenkt.
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Die elektrische Lenkhilfevorrichtung 5 hat einen Motor 10, welcher ein Hilfsdrehmoment zum Unterstützen einer Lenkbedienung des Lenkrads 91 durch den Fahrer ausgibt, einen Leistungsstromrichter 1 für eine Ansteuerungssteuerung des Motors, ein Untersetzungsgetriebe 9, welches eine Drehgeschwindigkeit des Motors 10 zum Ausgeben der Drehung an die Lenkachse 92 oder an die Zahnstangenwelle 97 reduziert, und Ähnliches.
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Der Motor 10 wird durch Empfangen einer Versorgung von elektrischer Energie von einer Batterie 30 (siehe 2) angetrieben, welche eine Gleichstromenergieversorgung ist, und dreht das Untersetzungsgetriebe 9 zurück und vorwärts (d. h. reziprok).
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Wie in 2 gezeigt, ist der Motor 10 ein dreiphasiger bürstenloser Motor und hat einen Rotor und einen Stator (nicht dargestellt). Der Rotor ist eine zylindrische Komponente, und der Permanentmagnet ist an der Oberfläche angebracht und hat den magnetischen Pol. Der Stator hat Wicklungsgruppen 11 und 12, welche auf den Stator gewickelt sind. Die erste Wicklungsgruppe 11 umfasst eine U1-Wicklung 111, eine V1-Wicklung 112 und eine W1-Wicklung 113. Die zweite Wicklungsgruppe 12 umfasst eine U2-Wicklung 121, eine V2-Wicklung 122 und eine W2-Wicklung 123.
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Der Leistungsstromrichter 1 beinhaltet einen ersten Wechselrichter 21, einen zweiten Wechselrichter 22, einen ersten Stromdetektor 26, einen zweiten Stromdetektor 27, einen Drehwinkelsensor 29, ein erstes Leistungsrelais 31, ein zweites Leistungsrelais 32, einen ersten Kondensator 33, einen zweiten Kondensator 34, einen Ansteuerungsschaltkreis (Voransteuerung) 35, eine Steuerung 40 und Ähnliches.
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Der erste Wechselrichter 21 hat sechs erste Schaltelemente 211–216 (das „Schaltelement” kann nachstehend als das „SW-Element” bezeichnet werden) und schaltet die Energieversorgung der Spulen 111, 112 und 113 der ersten Wicklungsgruppe 11.
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Der Drain der hochpotenzialseitigen SW-Elemente 211, 212 und 213, welche auf der Hochpotenzialseite vorgesehen sind, ist jeweils mit der positiven Elektrode der Batterie 30 über eine erste hochseitige Busleitung 218 verbunden.
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Die Source der hochpotenzialseitigen SW-Elemente 211, 212 und 213 ist jeweils mit dem Drain der niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 214, 215 und 216 verbunden, welche auf der Niedrigpotenzialseite vorgesehen sind.
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Die Source der niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 214, 215 und 216 ist jeweils mit der negativen Elektrode der Batterie 30 über eine erste niedrigseitige Busleitung 219 verbunden.
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Der Knotenpunkt der hochpotenzialseitigen SW-Elemente 211, 212 und 213 und der niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 214, 215 und 216 ist jeweils mit einem Ende der U1-Wicklung 111, der V1-Wicklung 112 bzw. der W1-Wicklung 113 verbunden.
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Der zweite Wechselrichter 22 hat sechs zweite SW-Elemente 221–226 und schaltet die Energieversorgung der Spulen 121, 122 und 123 der zweiten Wicklungsgruppe 12.
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Der Drain der hochpotenzialseitigen SW-Elemente 221, 222 und 223 ist jeweils mit der positiven Elektrode der Batterie 30 über eine zweite hochseitige Busleitung 228 verbunden.
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Die Source der hochpotenzialseitigen SW-Elemente 221, 222 und 223 ist jeweils mit dem Drain der niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 224, 225 und 226 verbunden.
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Die Source der niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 224, 225 und 226 ist jeweils mit der negativen Elektrode der Batterie 30 über eine zweite niedrigseitige Busleitung 229 verbunden.
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Der Knotenpunkt der hochpotenzialseitigen SW-Elemente 221, 222 und 223 und der niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 224, 225 und 226 ist jeweils mit einem Ende der U2-Wicklung 121, der V2-Wicklung 122 bzw. der W2-Wicklung 123 verbunden.
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Obwohl die SW-Elemente 211–216, 221–226 des vorliegenden Ausführungsbeispiels alle Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) sind, können auch ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), ein Thyristor etc. als die SW-Elemente verwendet werden.
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Der erste Stromdetektor 26 umfasst Stromdetektionselemente 261, 262 und 263.
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Das Stromdetektionselement 261 ist auf der Niedrigpotenzialseite des SW-Elements 214 angeordnet und detektiert den der U1-Wicklung 111 bereitgestellten elektrischen Strom. Das Stromdetektionselement 262 ist auf der Niedrigpotenzialseite des SW-Elements 215 angeordnet und detektiert den der V1-Wicklung 112 bereitgestellten elektrischen Strom. Das Stromdetektionselement 263 ist auf der Niedrigpotenzialseite des SW-Elements 216 angeordnet und detektiert den der W1-Wicklung 113 bereitgestellten elektrischen Strom. Die Elektrischer-Strom-Detektionswerte, welche von dem ersten Stromdetektor 26 betreffend den den jeweiligen Phasen der ersten Wicklungsgruppe 11 bereitgestellten elektrischen Strom detektiert werden, werden nachstehend als erste Stromdetektionswerte Iu1, Iv1 und Iw1 bezeichnet.
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Der zweite Stromdetektor 27 umfasst Stromdetektionselemente 271, 272 und 273.
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Das Stromdetektionselement 271 ist auf der Niedrigpotenzialseite des SW-Elements 224 angeordnet und detektiert den der U2-Wicklung 121 bereitgestellten elektrischen Strom. Das Stromdetektionselement 272 ist auf der Niedrigpotenzialseite des SW-Elements 225 angeordnet und detektiert den der V2-Wicklung 122 bereitgestellten elektrischen Strom. Das Stromdetektionselement 273 ist auf der Niedrigpotenzialseite des SW-Elements 226 angeordnet und detektiert den der W2-Wicklung 123 bereitgestellten elektrischen Strom. Die Elektrischer-Strom-Detektionswerte, welche von dem zweiten Stromdetektor 27 betreffend den den jeweiligen Phasen der zweiten Wicklungsgruppe 12 bereitgestellten elektrischen Strom detektiert werden, werden nachstehend als zweite Stromdetektionswerte Iu2, Iv2 und Iw2 bezeichnet.
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Die Stromdetektionselemente 261–263, 271–273 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind Shunt-Widerstände.
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Der Drehwinkelsensor 29 detektiert den Drehwinkel des Motors 10.
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Ein elektrischer Winkel θ des Motors 10, welcher von dem Drehwinkelsensor 29 detektiert wird, wird an die Steuerung 40 ausgegeben.
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Das erste Leistungsrelais 31 kann die elektrische Energieversorgung von der Batterie 30 zu dem ersten Wechselrichter 21 unterbrechen. Ebenso kann das zweite Leistungsrelais 32 die elektrische Energieversorgung von der Batterie 30 zu dem zweiten Wechselrichter 22 unterbrechen.
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Obwohl die Leistungsrelais 31 und 32 der gleiche MOSFET wie SW-Element 211 und Ähnliche sind, können die Leistungsrelais 31, 32 auch IGBTs, mechanische Relais oder Ähnliches sein.
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Ferner ist es, wenn die Leistungsrelais 31 und 32 als MOSFET etc. realisiert sind, vorzuziehen, ein Schutzrelais betreffend ein verpoltes Anschließen (nicht dargestellt) zu verwenden, welches in Reihe mit den Leistungsrelais 31 und 32 zum Schutz der Leistungsrelais 31, 32 gegen ein versehentliches verpoltes Anschließen der Batterie 30 oder Ähnliches verbunden ist.
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Der erste Kondensator 33 ist parallel zu der Batterie 30 und dem ersten Wechselrichter 21 angeschlossen. Der zweite Kondensator 34 ist parallel zu der Batterie 30 und dem zweiten Wechselrichter 22 angeschlossen.
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Die Kondensatoren 33 und 34 unterstützen die Versorgung der elektrischen Energie der Wechselrichter 21 und 22 und steuern die Rauschkomponente (z. B. den Spitzenstrom) durch Speichern elektrischer Ladung.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die erste Wicklungsgruppe 11, und der erste Wechselrichter 21, der erste Stromdetektor 26, das erste Leistungsrelais 31 und der erste Kondensator 33 zum Steuern der Energieversorgung der ersten Wicklungsgruppe 11 gemeinsam als ein „erstes System 101” bezeichnet; und die zweite Wicklungsgruppe 12 ebenso wie der zweite Wechselrichter 22, der zweite Stromdetektor 27, das zweite Leistungsrelais 32 und der zweite Kondensator 34 zum Steuern der Energieversorgung der zweiten Wicklungsgruppe 12 werden gemeinsam als ein „zweites System 102” bezeichnet. Im Folgenden kann die Ziffer „1” als ein Index der eine Steuerung des ersten Systems 101 involvierenden Komponente verwendet werden, und die Ziffer „2” kann als ein Index der eine Steuerung des zweiten Systems 102 involvierenden Komponente verwendet werden.
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Die Steuerung 40 führt eine Steuerung des Leistungsstromrichters 1 als ein Ganzes durch und wird von einem Mikrocomputer etc. gebildet, welcher verschiedene Operationen und Berechnungen durchführt. Jeder Prozess in der Steuerung 40 kann ein Softwareprozess durch eine Ausführung eines vorab gespeicherten Programms durch eine zentralen Prozessoreinheit (CPU) sein oder kann ein durch einen elektronischen Schaltkreis, welcher einem solchen Prozess gewidmet ist, verwirklichter Hardwareprozess sein.
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Die Steuerung 40 erzeugt ein Steuersignal, welches EIN- und AUS-Schalten der SW-Elemente 211–216, 221–226 basierend auf dem von dem Drehmomentsensor 94 erhaltenen Lenkdrehmoment, dem von dem Drehwinkelsensor 29 erhaltenen elektrischen Winkel θ etc. steuert. Das erzeugte Steuersignal wird an das Gate der SW-Elemente 211–216, 221–226 über den Ansteuerungsschaltkreis (Voransteuerung) 35 ausgegeben.
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Wie in 3 gezeigt, hat die Steuerung 40 einen ersten Instruktionsrechner 41, welcher ein Steuern des ersten Systems 101 betrifft, und einen zweiten Instruktionsrechner 42, welcher ein Steuern des zweiten Systems 102 betrifft.
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Da der Funktionsblock des ersten Instruktionsrechners 41, welchem eine Ziffer 41x zugeordnet ist, und der Funktionsblock des zweiten Instruktionsrechners 42, welchem eine Ziffer 42x zugeordnet ist, im Wesentlichen die gleichen sind (z. B. 411 = 421), werden im Folgenden nur die Funktionsblöcke 41x beschrieben.
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Der erste Instruktionsrechner 41 beinhaltet einen 3-zu-2-Phasen-Umformer 410, Subtrahierer 411 und 412 und einen Steuerteil 413, einen 2-zu-3-Phasen-Umformer 414 und einen Einschaltdauerrechner 415.
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Der 3-zu-2-Phasen-Umformer 410 führt basierend auf dem elektrischen Winkel θ eine dq-Umwandlung der Elektrischer-Strom-Detektionswerte Iu1, Iv1 und Iw1, welche von dem ersten Stromdetektor 26 detektiert und, was einen Offset-Fehler, einen Verstärkungsfehler etc. angeht, korrigiert werden, durch und berechnet einen d-Achsen-elektrischer-Strom-Detektionswert Id1 und einen q-Achsen-elektrischer-Strom-Detektionswert Iq1.
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Der d-Achsen-Subtrahierer 411 berechnet eine d-Achsen-elektrischer-Strom-Abweichung ΔId1, welche eine Abweichung zwischen einem d-Achsen-elektrischer-Strom-Instruktionswert Id*1 und dem d-Achsen-elektrischer-Strom-Detektionswert Id1 ist.
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Der q-Achsen-Subtrahierer 412 berechnet eine q-Achsen-elektrischer-Strom-Abweichung ΔIq1, welche eine Abweichung zwischen einem q-Achsen-elektrischer-Strom-Instruktionswert Iq*1 und dem q-Achsen-elektrischer-Strom-Detektionswert Iq1 ist.
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Der Steuerteil 413 berechnet einen d-Achsen-Spannungsinstruktionswert Vd*1 und einen q-Achsen-Spannungsinstruktionswert Vq*1 durch eine PI-Berechnung etc., so dass die Elektrischer-Strom-Abweichungen ΔId1 und ΔIq1 jeweils gegen null konvergieren.
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Der 2-zu-3-Phasen-Umformer 414 führt basierend auf dem elektrischen Winkel θ eine invertierte dq-Umwandlung des d-Achsen-Spannungsinstruktionswerts Vd*1 und des q-Achsen-Spannungsinstruktionswerts Vq*1 durch und berechnet Spannungsinstruktionswerte Vu*1, Vv*1 und Vw*1.
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Der Einschaltdauerrechner 415 berechnet Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1 und Dw1 basierend auf den Spannungsinstruktionswerten Vu*1, Vv*1 und Vw*1.
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Ein Einschaltdauerrechner 425 des zweiten Instruktionsrechners 42 berechnet Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2 und Dw2 basierend auf den Spannungsinstruktionswerten Vu*2, Vv*2 und Vw*2.
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Nachstehend werden die Berechnung der ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1, welche Instruktionen/Befehle betreffend eine Steuerung des ersten Wechselrichters 21 sind, und die Berechnung der zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2, Dw2, welche Instruktionen/Befehle betreffend eine Steuerung des zweiten Wechselrichters 22 sind, jeweils in vollen Details beschrieben.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden basierend auf einer ersten Neutralpunktspannung Vn1, welche eine Neutralpunktspannung der an die erste Wicklungsgruppe 11 angelegten Spannungen Vu1, Vv1, Vw1 ist, und einer zweiten Neutralpunktspannung Vn2, welche eine Neutralpunktspannung der an die zweite Wicklungsgruppe 21 angelegten Spannungen Vu2, Vv2, Vw2 ist, die Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1, Du2, Dv2, Dw2 berechnet, so dass einer von Vn1 und Vn2 über einen mittigen Ausgangswert VM, welcher ein mittlerer Wert eines ausgebbaren Spannungsbereichs ist, verschoben wird und der andere von Vn1 und Vn2 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine erste Periode P1 als eine Periode definiert, in welcher die erste Neutralpunktspannung Vn1 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung Vn2 über den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird; und eine zweite Periode P2 ist als eine Periode definiert, in welcher die erste Neutralpunktspannung Vn1 über den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung Vn2 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird.
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Die Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1, Du2, Dv2 und Dw2 werden berechnet, unter Berücksichtigung einer benötigten Elektrischer-Strom-Detektionszeit der Stromdetektoren 26 und 27 innerhalb eines voreingestellten Wertbereichs zu sein. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein unterer Grenzwert DL der Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1, Du2, Dv2 und Dw2 auf 4[%] eingestellt und ein oberer Grenzwert DH wird auf 93[%] eingestellt. Ferner wird der Einschaltdauerumwandlungswert des mittigen Ausgangswerts VM als eine mittige Ausgangseinschaltdauer DM eingestellt. Die mittige Ausgangseinstelldauer DM ist 50[%].
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Durch Verschieben von einer der ersten Neutralpunktspannung Vn1 und der zweiten Neutralpunktspannung Vn2 über den mittigen Ausgangswert VM und durch Verschieben der anderen unter den Wert VM werden der Vektorerzeugungszeitpunkt des ersten Wechselrichters 21 (das heißt, wenn ein Nullspannungsvektor und ein Effektivspannungsvektor in dem ersten Wechselrichter 21 erzeugt werden) und der Vektorerzeugungszeitpunkt des zweiten Wechselrichters 22 (das heißt, wenn ein Nullspannungsvektor und ein Effektivspannungsvektor in dem zweiten Wechselrichter 22 erzeugt werden) jeweils unterschiedliche Zeitpunkte. Auf diese Weise wird der Welligkeitsstrom der Kondensatoren 33 und 34 reduziert.
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Wenn die erste Neutralpunktspannung Vn1 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird, tritt in dem ersten Wechselrichter 21 eine längere EIN-Periode für die niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 214–216 als für die hochpotenzialseitigen SW-Elemente 211–213 auf.
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Gleichermaßen tritt, wenn die zweite Neutralpunktspannung Vn2 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird, in dem zweiten Wechselrichter 22 eine längere EIN-Periode für die niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 224–226 als für die hochpotenzialseitigen SW-Elemente 221–223 auf.
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Wenn die erste Neutralpunktspannung Vn1 über den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird, tritt in dem ersten Wechselrichter 21 eine längere EIN-Periode für die hochpotenzialseitigen SW-Elemente 211–213 als für die niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 214–216 auf.
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In ähnlicher Weise tritt, wenn die zweite Neutralpunktspannung Vn2 über den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird, in dem zweiten Wechselrichter 22 eine längere EIN-Periode für die hochpotenzialseitigen SW-Elemente 221–223 als für die niedrigpotenzialseitigen SW-Elemente 224–226 auf.
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Daher werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, um ein Überhitzen eines Teils der SW-Elemente 211–216, 221–226 zu vermeiden, zwei Zustände geschaltet (das heißt, ein erster Zustand, in welchem die erste Neutralpunktspannung Vn1 abwärts verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung Vn2 aufwärts verschoben wird, und ein zweiter Zustand, in welchem die erste Neutralpunktspannung Vn1 aufwärts verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung Vn2 abwärts verschoben wird). Dadurch wird eine Erzeugung von Wärme von den SW-Elementen 211–216, 221–226 auf zwei Systeme 101 und 102 verteilt.
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In einem solchen Fall können, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 niedrig ist, die SW-Elemente 211–216, 221–226 leicht untereinander uneinheitliche EIN-Zeiten und AUS-Zeiten haben, wodurch sie einen großen Temperaturunterschied untereinander haben. Auf der anderen Seite, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 hoch ist, kann es schwierig für eine solche Uneinheitlichkeit von EIN/AUS-Zeiten sein aufzutreten. Deshalb wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel basierend auf der Drehgeschwindigkeit des Motors 10 die Schaltperiode Pc variabel definiert. In diesem Fall kann die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 die Anzahl von Umdrehungen in einer Einheit von „rpm” oder Ähnlichem sein oder sie kann eine Drehwinkelgeschwindigkeit oder Ähnliches sein.
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Ein Instruktionsberechnungsprozess des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird basierend auf dem in 4 gezeigten Flussdiagramm beschrieben. Der Prozess von 4 wird in vorbestimmten Intervallen durch den Einschaltdauerrechner 415 durchgeführt. Die Berechnung der ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 und die Berechnung der zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2, Dw2 sind der gleiche Prozess, weswegen eine Beschreibung der Berechnung von Du2–Dw2 weggelassen wird.
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In dem ersten Schritt (S) S101 wird unter den Vor-Verschiebe-Einschaltdauerinstruktionswerten Du1_b, Dv1_b, Dw1_b, welche die Einschaltdauerumwandlungswerte der Spannungsinstruktionswerte Vu*1, Vv*1, Vw*1 sind, der größte Wert als „D1_max” und der kleinste Wert als „D1_min” bezeichnet.
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In S102 wird die Schaltperiode Pc basierend auf der Drehgeschwindigkeit des Motors 10 berechnet. Die Schaltperiode Pc wird als eine längere Periode, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 niedrig ist, wie in 5 gezeigt, und als eine kürzere Periode, wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist, berechnet.
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In S103 wird ermittelt, ob ein Zählwert Cnt eines Zählers, welcher eine Verstreichungszeit von einem Umschalten der Verschieberichtungen zählt, größer als ein Zählbestimmungswert Cth ist, welcher ein vorbestimmter Zählwert in Abhängigkeit von der Schaltperiode Pc ist.
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Wenn der Zählwert Cnt ermittelt wird, gleich zu oder weniger als der Zählbestimmungswert Cth zu sein (das heißt, wenn die Schaltperiode Pc nach dem Umschalten der Verschieberichtungen nicht verstrichen ist) (S103: NEIN), schreitet der Prozess zu S106 fort. Das Verschiebe-Flag wird zu einer solchen Zeit als der vorherige Wert beibehalten.
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Wenn ermittelt wird, dass der Zählwert Cnt größer als der Zählbestimmungswert Cth ist (das heißt, wenn die Schaltperiode Pc nach dem Umschalten der Verschieberichtungen verstrichen ist) (S103: JA), schreitet der Prozess zu S104 fort.
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Das Verschiebe-Flag wird in S104 geändert. Insbesondere wird, wenn der vorherige Wert des Verschiebe-Flags „eine Aufwärtsverschiebung” ist, das Verschiebe-Flag zu „einer Abwärtsverschiebung” geändert. Wenn der vorherige Wert des Verschiebe-Flags „die Abwärtsverschiebung” ist, wird das Verschiebe-Flag zu „der Aufwärtsverschiebung” geändert.
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Der Zählwert Cnt wird in S105 initialisiert.
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Der Zählwert Cnt wird in S106 hochgezählt.
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In S107 wird ermittelt, ob das Verschiebe-Flag die Abwärtsverschiebung anzeigt. Wenn ermittelt wird, dass das Verschiebe-Flag die Abwärtsverschiebung nicht anzeigt (das heißt, wenn das Verschiebe-Flag die Aufwärtsverschiebung ist) (S107: NEIN), schreitet der Prozess zu S111 fort. Wenn ermittelt wird, dass das Verschiebe-Flag die Abwärtsverschiebung anzeigt (S107: JA), schreitet der Prozess zu S108 fort.
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In S108 wird die Verschiebemenge Sft berechnet. Die Verschiebemenge Sft ist eine Differenz zwischen dem Einschaltdauerumwandlungswert Dn1 und der mittigen Ausgangseinschaltdauer DM der Neutralpunktspannung Vn1 in der vorliegenden Amplitude und wird durch eine Gleichung (1) repräsentiert. Im Folgenden kann eine „Gleichung” entweder eine Gleichung oder eine Ungleichung angeben. Sft = |Dn1 – DM| Gleichung (1)
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Die Verschiebemenge Sft wird in S109 begrenzt.
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Der obere Grenzwert der Verschiebemenge Sft wird auf 0 gesetzt. Der untere Grenzwert der Verschiebemenge Sft wird durch eine Gleichung (2) repräsentiert. D1_min – Sft ≥ DL
Sft ≤ D1_min – DL
Sft ≤ D1_min – 4 Gleichung (2)
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In S110 werden die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 berechnet. Die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 werden durch Gleichungen (3-1) bis (3-3) repräsentiert. Du = Du1_b – Sft Gleichung (3-1) Dv = Dv1_b – Sft Gleichung (3-2) Dw = Dw1_b – Sft Gleichung (3-3)
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In S111, welcher durchgeführt wird, wenn das Verschiebe-Flag die Aufwärtsverschiebung ist (S107: NEIN), wird die Verschiebemenge Sft durch eine Gleichung (1) genau wie S108 berechnet.
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Die Verschiebemenge Sft wird in S112 begrenzt. Der untere Grenzwert der Verschiebemenge Sft wird auf 0 gesetzt. Der obere Grenzwert der Verschiebemenge Sft wird durch eine Gleichung (4) repräsentiert. D1_max + Sft ≤ DH
Sft ≤ DH – D1_max
Sft ≤ 93 – D1_max Gleichung (4)
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In S113 werden die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 berechnet. Die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 sind durch Gleichungen (5-1) bis (5-3) gegeben. Du = Du1_b + Sft Gleichung (5-1) Dv = Dv1_b + Sft Gleichung (5-2) Dw = Dw1_b + Sft Gleichung (5-3)
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Schaltzyklus oder eine Schaltperiode verkürzt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 niedrig ist. Dadurch wird die Ungleichförmigkeit der Wärmeerzeugung zwischen den Elementen reduziert.
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Wenn zum Beispiel ein integrierter Wert des elektrischen Stroms als ein Parameter betreffend das Umschalten zwischen der Aufwärtsverschiebung und der Abwärtsverschiebung verwendet wird, ist das Ansteigen des integrierten Werts des elektrischen Stroms langsam, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 niedrig ist. Hier braucht das Umschalten mehr Zeit, um den Grenzwert zu erreichen, was es möglich macht, eine ungleichförmige Wärmeerzeugung unter vielen SW-Elementen zu haben.
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Unter Berücksichtigung des Obigen ist der Schaltzyklus konfiguriert, kurz zu sein, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 in dem obigen Ausführungsbeispiel niedrig ist, wie oben erwähnt. Dadurch wird die Ungleichförmigkeit der Wärmeerzeugung in den SW-Elementen angemessen reduziert.
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Ferner wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 hoch ist, der Schaltzyklus ausgedehnt, eine längere Periode zu sein, weil es schwierig ist, die Ungleichförmigkeit der Wärmeerzeugung in den SW-Elementen bei einer solchen Bedingung zu verursachen. Dadurch wird die das Umschalten der Aufwärtsverschiebung und der Abwärtsverschiebung begleitende Drehmomentwelligkeit reduziert.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Schaltzyklus basierend auf der Drehgeschwindigkeit des Motors 10 variabel eingestellt. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 kann als ein „momentaner Wert einer physikalischen Größe, welche die Ansteuerung des Motors betrifft” angesehen werden, welcher im Vergleich zu dem integrierten Wert des elektrischen Stroms, welcher mehr Speicher und andere Berechnungsressourcen zum Speichern und zum Berechnen eines integrierten Werts des elektrischen Stroms und Ähnlichem benötigt, einfacher berechenbar ist. Das heißt, eine Steuerung der Schaltperiode basierend auf der Motordrehgeschwindigkeit ermöglicht eine Reduzierung von Systemressourcen wie beispielsweise einem Speicherbereich und Ähnlichem.
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Wie oben in vollen Details beschrieben, wandelt der Leistungsstromrichter 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die elektrische Energie für den Motor 10, welcher die erste Wicklungsgruppe 11 und die zweite Wicklungsgruppe 12 hat, um und der Stromrichter 1 ist mit dem ersten Wechselrichter 21, dem zweiten Wechselrichter 22 und der Steuerung 40 versehen.
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Der erste Wechselrichter 21 beinhaltet die ersten SW-Elemente 211–216, welche in entsprechender Weise für jede der mehreren Phasen der ersten Wicklungsgruppe 11 vorgesehen sind.
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Der zweite Wechselrichter 22 beinhaltet die zweiten SW-Elemente 221–226, welche in entsprechender Weise für jede der mehreren Phasen der zweiten Wicklungsgruppe 12 vorgesehen sind.
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Die Steuerung 40 hat die Einschaltdauerrechner 415 und 425, welche (i) die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 betreffend die an die erste Wicklungsgruppe 11 angelegte Spannung und (ii) die zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2 und Dw2 berechnen.
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Ferner verschiebt sich in der ersten Periode P1 die erste Neutralpunktspannung Vn1, welche an die erste Wicklungsgruppe 11 angelegt wird, unter den mittigen Ausgangswert VM des ausgebbaren Bereichs des Wechselrichters (21) und die zweite Neutralpunktspannung Vn2, welche an die zweite Wicklungsgruppe 12 angelegt wird, verschiebt sich über den mittigen Ausgangswert VM des ausgebbaren Bereichs des Wechselrichters (22).
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Ferner verschiebt sich in der zweiten Periode P2 die erste Neutralpunktspannung Vn1 über den mittigen Ausgangswert VM und die zweite Neutralpunktspannung Vn2 verschiebt sich unter den mittigen Ausgangswert VM.
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Wenn die Schaltperiode Pc, welche basierend auf der voreingestellten physikalischen Größe variabel berechnet wird, verstrichen ist, berechnen die Einschaltdauerrechner 415 und 425 die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 und die zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2, Dw2, so dass die erste Periode P1 und die zweite Periode P2 umgeschaltet werden.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zwei Zustände in einem Intervall der Schaltperiode Pc geschaltet (d. h. alterniert) (das heißt, ein Zustand, in welchem die erste Neutralpunktspannung Vn1 über den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung Vn2 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird; und der andere Zustand, in welchem die erste Neutralpunktspannung Vn1 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird und die zweite Neutralpunktspannung Vn2 über den mittigen Ausgangswert VM verschoben wird). Auf diese Weise wird die ungleichförmige Wärmeerzeugung unter den SW-Elementen 211–216 und 221–226 reduziert.
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Ferner wird basierend auf der voreingestellten physikalischen Größe die Schaltperiode Pc variabel festgelegt. Dadurch werden die Vibration und das Geräusch, welche das Umschalten zwischen der ersten Periode P1 und der zweiten Periode P2 begleiten, reduziert.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die voreingestellte physikalische Größe die Drehgeschwindigkeit des Motors 10. Insbesondere wird der Schaltzyklus umso kürzer gemacht, umso niedriger die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 ist, was darauf beruht, wie die Schaltperiode Pc berechnet wird.
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Deshalb wird die Ungleichförmigkeit der Wärmeerzeugung in den SW-Elementen reduziert, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 niedrig ist. Ferner wird die Drehmomentwelligkeit, welche das Umschalten zu einer Zeit, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 hoch ist, begleitet, reduziert.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die Einschaltdauerrechner 415 und 425 einem „Instruktionsrechner”. Die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1 entsprechen einem „ersten Spannungsinstruktionswert” und die zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2, Dw2 entsprechen einem „zweiten Spannungsinstruktionswert”. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 entspricht einer „voreingestellten physikalischen Größe”.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf 6A/B beschrieben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt der Einschaltdauerrechner 415 des ersten Instruktionsrechners 41 einen Modulationsprozess der Spannungsinstruktionswerte Vu*1, Vv*1, Vw*1 durch und berechnet die ersten Einschaltdauerinstruktionswerte Du1, Dv1, Dw1, und der Einschaltdauerrechner 425 des zweiten Instruktionsrechners 42 führt den Modulationsprozess der Spannungsinstruktionswerte Vu*2, Vv*2, Vw*2 durch und berechnet die zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2 und Dw2.
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Hier wird der Modulationsprozess beschrieben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein „ein niedriges Ende einstellender Modulationsprozess” als ein Modulationsprozess definiert, in welchem einer der kleinsten unter den ersten Einschaltdauerinstruktionswerten Du1, Dv1 und Dw1 auf einen voreingestellten Wert eingestellt wird. Gleichermaßen ist der „ein niedriges Ende einstellende Modulationsprozess” als ein Modulationsprozess definiert, in welchem einer der kleinsten unter den zweiten Einschaltdauerinstruktionswerten Du2, Dv2 und Dw2 auf einen voreingestellten Wert eingestellt wird. Durch Durchführen des ein niedriges Ende einstellenden Modulationsprozesses werden die Neutralpunktspannungen Vn1 und Vn2 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben.
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Ferner ist ein „ein hohes Ende einstellender Modulationsprozess” als ein Modulationsprozess definiert, in welchem einer der höchsten unter den ersten Einschaltdauerinstruktionswerten Du1, Dv1 und Dw1 auf einen voreingestellten Wert eingestellt wird. Gleichermaßen ist der „ein hohes Ende einstellende Modulationsprozess” als ein Modulationsprozess definiert, in welchem einer der höchsten unter den zweiten Einschaltdauerinstruktionswerten Du2, Dv2 und Dw2 auf einen voreingestellten Wert eingestellt wird. Durch Durchführen des ein hohes Ende einstellenden Modulationsprozesses werden die Neutralpunktspannungen Vn1 und Vn2 über den mittigen Ausgangswert verschoben. Das heißt, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden durch Durchführen des ein hohes Ende einstellenden Modulationsprozesses die Neutralpunktspannungen Vn1 und Vn2 über den mittigen Ausgangswert VM verschoben.
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Durch Durchführen des Modulationsprozesses wird der Spannungsnutzungsgrad verbessert.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel macht einer von den ersten Einschaltdauerinstruktionswerten Du1, Dv1, Dw1 und von den zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte Du2, Dv2, Dw2 den ein niedriges Ende einstellenden Modulationsprozess durch und der andere macht den ein hohes Ende einstellenden Modulationsprozess durch. Dadurch wird eine der ersten Neutralpunktspannung Vn1 und der zweiten Neutralpunktspannung Vn2 unter den mittigen Ausgangswert VM verschoben und der andere wird über den mittigen Ausgangswert VM verschoben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltperiode Pc basierend auf der Drehgeschwindigkeit des Motors 10 variabel festgelegt, genau wie in dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel. Das Berechnungsverfahren der Schaltperiode Pc ist das gleiche wie das von dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 6A/B gezeigt, die Schaltperiode Pc1 zu einer Zeit, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 niedrig ist, kürzer als die Schaltperiode Pc2, wenn die Drehgeschwindigkeit hoch ist. Das heißt, Pc1 < Pc2. Auf diese Weise werden die gleichen Wirkungen wie bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel erzielt.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf 7 beschrieben.
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Das Berechnungsverfahren der Schaltperiode Pc ist in den dritten bis sechsten Ausführungsbeispielen unterschiedlich zu den obigen Ausführungsbeispielen. Die anderen Punkte, welche die gleichen wie bei den obigen Ausführungsbeispielen sind (d. h. der Modulationsprozess), können genau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden oder können nicht durchgeführt werden, so wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltperiode Pc basierend auf den Stromdetektionswerten Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2 und Iw2, welche von den Stromdetektoren 26 und 27 detektiert werden, berechnet.
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Der den Schaltlementen 211–216, 221–226 bereitgestellte elektrische Strom ist groß, wenn die Stromdetektionswerte Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2 und Iw2 groß sind. Deshalb wird die Schaltperiode Pc verkürzt, wenn zum Beispiel die Amplitude der Stromdetektionswerte Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2 und Iw2 groß wird, wie in 7 gezeigt.
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Ferner kann als ein den elektrischen Strom, welcher zu den Wicklungsgruppen 11 und 12 fließt, betreffender Wert, anstatt die Stromdetektionswerte Iu1, Iv1, Iw1, Iu2, Iv2 und Iw2 zu verwenden, die Schaltperiode Pc unter Verwendung des Elektrischer-Strom-Instruktionswerts oder des Elektrischer-Strom-Schätzwerts berechnet werden.
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Die Elektrischer-Strom-Detektionswerte und/oder die Elektrischer-Strom-Instruktionswerte, welche für eine solche Berechnung verwendet werden, können von jeder der drei Phasen abgeleitet werden oder sie können von jeder der d/q-Achsen abgeleitet werden.
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Ferner kann die Schaltperiode Pc basierend auf einem Wert, welcher den in nur einer der ersten Wicklungsgruppe 11 und der zweiten Wicklungsgruppe 12 fließenden elektrischen Strom betrifft, berechnet werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die voreingestellte physikalische Größe zumindest einer von dem elektrischen Strom, welcher in nur einer der ersten Wicklungsgruppe 11 und der zweiten Wicklungsgruppe 12 fließt. Dadurch wird die Ungleichförmigkeit der Wärmeerzeugung unter den SW-Elementen 211–216, 221–226 geeignet reduziert.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf 8 beschrieben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die an die erste Wicklungsgruppe 11 und die zweite Wicklungsgruppe 12 angelegten Spannungen detektiert, und die Schaltperiode Pc wird basierend auf dem Spannungsdetektionswert berechnet. Der Spannungsdetektionswert kann zum Beispiel ein Klemmenspannungsdetektionswert sein.
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Umso größer die an die erste Wicklungsgruppe 11 und die zweite Wicklungsgruppe 12 angelegten Spannungen sind, umso höher wird die Wahrscheinlichkeit einer hohen Wärmeerzeugung durch die Schaltelemente 211–216, 221–226. Daher wird zum Beispiel die Schaltperiode Pc umso kürzer gemacht, umso größer die Amplitude des Spannungsdetektionswerts ist, wie in 8 gezeigt.
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In einem solchen Fall kann die Schaltperiode Pc basierend auf dem Spannungsinstruktionswert berechnet werden anstelle einer Verwendung des Spannungsdetektionswerts.
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Ferner kann der Spannungsinstruktionswert ein Einschaltdauer-konvertierter Wert sein.
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Ferner können die für eine solche Berechnung verwendeten Elektrischer-Strom-Detektionswerte und/oder die Elektrischer-Strom-Instruktionswerte von jeder der drei Phasen abgeleitet werden, oder sie können von jeder der d/q-Achsen abgeleitet werden.
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Ferner kann die Schaltperiode Pc basierend auf dem entweder nur die der ersten Wicklungsgruppe 11 angelegten Spannung oder die der zweiten Wicklungsgruppe 12 angelegten Spannung betreffenden Wert berechnet werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die voreingestellte physikalische Größe zumindest entweder die der ersten Wicklungsgruppe 11 angelegte Spannung oder die der zweiten Wicklungsgruppe 12 angelegte Spannung. Dadurch wird die Ungleichförmigkeit der Wärmeerzeugung unter den SW-Elementen 211–216, 221–226 angemessen reduziert.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist basierend auf 9 beschrieben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltperiode Pc basierend auf dem Drehmoment des Motors 10 berechnet. Basierend zum Beispiel auf den Stromdetektionswerten oder den Strominstruktionswerten ist das Drehmoment des Motors 10 berechenbar. Umso größer das Drehmoment des Motors 10 ist, umso höher wird die Wahrscheinlichkeit einer hohen Wärmeerzeugung durch die Schaltelemente 211–216, 221–226. Deshalb wird die Schaltperiode Pc verkürzt, wenn zum Beispiel das Drehmoment des Motors 10 ansteigt, wie in 9 gezeigt.
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Ferner kann die Schaltperiode Pc anstelle einer Verwendung des Drehmoments des Motors 10 basierend auf dem Lenkdrehmoment, welches von dem Drehmomentsensor 94 detektiert wird, berechnet werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die voreingestellte physikalische Größe das Drehmoment des Motors 10. Dadurch wird die Ungleichförmigkeit einer Wärmeerzeugung unter den SW-Elementen 211–216, 221–226 angemessen reduziert.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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Das sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf 10 beschrieben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltperiode Pc basierend auf der Wechselrichtertemperatur, welche die Temperatur der Wechselrichter 21 und 22 ist, berechnet. Das heißt, ein Temperatursensor, welcher nicht dargestellt ist, kann an den Wechselrichtern 21 und 22 angeordnet sein, und die Schaltperiode Pc kann basierend auf dem Detektionswert des betreffenden Temperatursensors berechnet werden.
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Die Schaltperiode Pc kann auch basierend auf der geschätzten Temperatur, welche auf dem Elektrischer-Strom-Detektionswert oder dem Elektrischer-Strom-Instruktionswert basiert ist, berechnet werden. Das heißt, die Schaltperiode Pc kann, wie in 10 gezeigt, verkürzt werden, wenn die Temperatur der Wechselrichter 21 und 22 ansteigt.
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Die Schaltperiode Pc kann auch basierend auf der Temperatur von entweder dem ersten Wechselrichter 21 oder dem zweiten Wechselrichter 22 berechnet werden.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die voreingestellte physikalische Größe die Temperatur von zumindest einem von dem ersten Wechselrichter 21 und dem zweiten Wechselrichter 22. Dadurch wird basierend auf der Temperatur von dem ersten Wechselrichter 21 und dem zweiten Wechselrichter 22 die Ungleichförmigkeit einer Wärmeerzeugung unter den SW-Elementen 211–216, 221–226 angemessener reduziert.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
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Das siebte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf 11A/B beschrieben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leistungsstromrichter 1 in einem Fahrzeug angeordnet. Das heißt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht ein Fahrzeug einem „System, in welchem die rotierende elektrische Maschine installiert ist”. Wie in 11B gezeigt, ändert sich in einem Fahrzeug die Größe der Verstärkung in Abhängigkeit von der Frequenz. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden, wenn die Verstärkung einen Spitzenwert bei bestimmten Frequenzen einnimmt, solche Frequenzen als Resonanzfrequenzen X, Y und Z definiert.
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Ferner können bei dem Leistungsstromrichter 1, wenn das Umschalten zwischen der Aufwärtsverschiebung und der Abwärtsverschiebung in dem gleichen Zyklus durchgeführt wird wie die Resonanzfrequenzen X, Y und Z, die Vibration und/oder das Geräusch größer werden als bei einem Umschalten bei den anderen Zyklen.
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Daher wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schaltperiode Pc berechnet, so dass die Schaltperiode Pc nicht in einen Resonanzbereich Rx, Ry oder Rz fällt, welche jeweils als ein bestimmter Frequenzbereich, welcher eine Zeit Tx, eine Zeit Ty oder eine Zeit Tz beinhaltet, welche jeweils als ein bestimmter Zeitumwandlungswert der Resonanzfrequenz X, Y oder Z hergeleitet sind, definiert sind, wie in 11A gezeigt.
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Obgleich 11A/B ein Beispiel einer Berechnung der Schaltperiode Pc basierend auf der Drehgeschwindigkeit des Motors 10 darstellen, ist das gleiche Schema anwendbar, wenn die Schaltperiode Pc basierend auf dem elektrischen Strom, der Spannung, dem Drehmoment oder der Temperatur der Wechselrichter 21 und 22 berechnet wird. Das Gleiche gilt auch für das später erwähnte achte Ausführungsbeispiel.
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Obgleich 11A/B jeweils ein Beispiel darstellen, welches drei Resonanzbereiche Rx, Ry, Rz hat, kann die Anzahl von Resonanzbereichen willkürlich in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz des Fahrzeugs bestimmt werden. Ferner kann die Breite des Resonanzbereichs von Bereich zu Bereich unterschiedlich sein. Die Resonanzbereiche Rx, Ry, Rz können jeweils unterschiedliche Bereichsbreiten haben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltperiode Pc durch Vermeiden der Resonanzbereiche Rx, Ry, Rz, welche jeweils als Bereiche berechnet werden, welche die Zeitumwandlungswerte Tx, Ty, Tz der Resonanzfrequenzen X, Y, Z beinhalten, berechnet. Dadurch wird ein Ansteigen der Vibration und des Geräusches wegen der Resonanz vermieden.
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(Achtes Ausführungsbeispiel)
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Das achte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf 12 beschrieben.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Erzeugung eines für einen Menschen hörbaren Geräusches durch Einstellen der Schaltperiode Pc auf einen Frequenzbereich außerhalb eines für einen Menschen hörbaren Bereichs vermieden. Insbesondere kann, wenn die untere Grenzfrequenz des für einen Menschen hörbaren Bereichs Hmin (z. B. 20 Hz) ist, die Schaltperiode Pc eingestellt werden, gleich zu oder höher als ein unterer Grenzwert Tmin (z. B. 50 ms) zu sein, welcher ein Zeitumwandlungswert von Hmin ist.
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Das heißt, wenn die Drehgeschwindigkeit kleiner als ein Grenzwert Sth ist, wird die Schaltperiode Pc auf den unteren Grenzwert Tmin eingestellt, und, wenn die Drehgeschwindigkeit ansteigt (das heißt, den Grenzwert Sth überschreitet), kann die Schaltperiode Pc auch erhöht werden. In einer solchen Weise wird die Schaltperiode Pc gesteuert, gleich zu oder größer als der untere Grenzwert Tmin zu sein, eine Erzeugung von dem Geräusch, welches das Umschalten zwischen der Aufwärtsverschiebung und der Abwärtsverschiebung begleitet, wird vermieden.
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Wenn anstelle einer Verwendung der Drehgeschwindigkeit der elektrische Strom, die Spannung, das Drehmoment oder die Wechselrichtertemperatur verwendet wird, kann die Schaltperiode Pc auf den unteren Grenzwert Tmin eingestellt werden, wenn der oben beschriebene Parameter gleich zu oder größer als ein Grenzwert ist. Dadurch wird die berechnete Schaltperiode Pc gleich zu oder größer als der untere Grenzwert Tmin.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltperiode Pc berechnet, so dass sie nicht in einen für einen Menschen hörbaren Frequenzbereich fällt. In einer solchen Weise wird das Geräusch, welches das Umschalten zwischen der ersten Periode P1 und der zweiten Periode P2 begleitet, vermieden.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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(a) Instruktionsrechner
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Gemäß den oben erwähnten Ausführungsbeispielen entsprechen die von dem Einschaltdauerrechner berechneten ersten Einschaltdauerinstruktionswerte einem „ersten Spannungsinstruktionswert”, und die zweiten Einschaltdauerinstruktionswerte, welche von dem Einschaltdauerrechner berechnet werden, entsprechen einem „zweiten Spannungsinstruktionswert”.
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Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können Vor-Einschaltdauer-Umwandlungs-Spannungsinstruktionswerte einen Verschiebeprozess durchmachen, und die Nach-Verschiebe-Spannungsinstruktionswerte nach dem Verschiebeprozess können in die Einschaltdauer umgewandelt werden Das Gleiche kann für den Modulationsprozess gelten. Das heißt, die Spannungsinstruktionswerte vor der Einschaltdauerumwandlung können zum Beispiel als der erste Spannungsinstruktionswert und der zweite Spannungsinstruktionswert angesehen werden, und die Funktionsblöcke wie beispielsweise ein Modulationsprozessor und ein Verschiebeprozessor können an einer Position zwischen den Steuerungen 413 und 423 des ersten Ausführungsbeispiels und den Einschaltdauerrechnern 415 und 425 angeordnet sein. In einem solchen Fall entsprechen der Modulationsprozessor und der Verschiebeprozessor einem „Instruktionsrechner”.
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In dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel ist die Zeitkonstante des Tiefpassfilters, welcher ein Filtern der Zielverschiebemenge durchführt, die voreingestellte Zeitkonstante.
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Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann unter Berücksichtigung des Punkts, dass die Ansprechempfindlichkeit des Motors sich in Abhängigkeit von der Größe des elektrischen Stroms ändert, die Zeitkonstante ein in Abhängigkeit von der Größe des elektrischen Stroms variabler Wert sein. Hier kann „die Größe des elektrischen Stroms” einen Wert indizieren, welcher auf dem Elektrischer-Strom-Detektionswert basiert ist oder welcher auf dem Elektrischer-Strom-Instruktionswert basiert ist.
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Gemäß dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel wird die Zielverschiebemenge gefiltert.
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Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann durch Verwendung einer Nachfilterung anderer Parameter als der Zielverschiebemenge die Berechnung des ersten Spannungsinstruktionswerts und des zweiten Spannungsinstruktionswerts konfiguriert werden, die Zeitkonstante der Änderung der ersten Neutralpunktspannung und der zweiten Neutralpunktspannung zu steuern, größer als die voreingestellte Zeitkonstante zu sein.
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(b) Elektrischer-Strom-Detektor
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Gemäß den oben erwähnten Ausführungsbeispielen ist der Elektrischer-Strom-Detektor ein Shunt-Widerstand und ist an einer Position auf der Niedrigpotenzialseite des niedrigpotenzialseitigen SW-Elements angeordnet.
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Gemäß anderen Ausführungsbeispielen muss der Elektrischer-Strom-Detektor nicht notwendigerweise der Shunt-Widerstand sein, sondern kann zum Beispiel auch ein Hall-IC etc. sein.
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Ferner kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Elektrischer-Strom-Detektor an verschiedenen anderen Positionen als der Niedrigpotenzialseite des niedrigpotenzialseitigen SW-Elements angeordnet sein, wie beispielsweise einer Position an der Hochpotenzialseite des hochpotenzialseitigen SW-Elements, einer Position zwischen der Wicklungsgruppe und dem Wechselrichter oder Ähnlichem.
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(c) Rotierende elektrische Maschine
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In den oben erwähnten Ausführungsbeispielen ist die rotierende elektrische Maschine ein bürstenloser Motor, welcher drei Phasen hat.
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In anderen Ausführungsbeispielen kann auch die mehrphasige rotierende elektrische Maschine abgesehen von den drei Phasen habend (z. B. vier Phasen oder mehr habend) verwendbar sein.
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Ferner kann anders als der bürstenlose Motor auch irgendein Motor verwendbar sein.
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Ferner kann die rotierende elektrische Maschine nicht nur ein Motor, sondern auch ein Generator sein, und sie kann ein Motorgenerator sein, welcher die Funktionen des elektrischen Motors und des Generators hat.
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Gemäß den oben erwähnten Ausführungsbeispielen wird die rotierende elektrische Maschine bei einer elektrischen Lenkhilfevorrichtung eingesetzt.
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Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die rotierende elektrische Maschine bei anderen Vorrichtungen als der elektrischen Lenkhilfevorrichtung eingesetzt werden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsbeispielen davon mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, wird angemerkt, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen den Fachleuten offensichtlich werden werden, und solche Änderungen, Modifikationen und zusammengefassten Schemata sollen verstanden werden, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, zu sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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