DE102017110568A1

DE102017110568A1 - Steuerungsgerät für eine rotierende maschine

Info

Publication number: DE102017110568A1
Application number: DE102017110568.9A
Authority: DE
Inventors: Sukhwa JUNG
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2017-11-23
Also published as: JP2017208901A; US20170338756A1; JP6536479B2; US9985559B2

Abstract

Ein Steuerungsgerät steuert eine rotierende elektrische Maschine, die einen Stator mit Gruppen von Phasenwicklungen aufweist, zu Steuerung einer Stromzufuhr zu den Gruppen. Das Steuerungsgerät weist Leistungswandler, die empfangene Leistung in Wechselstrom Leistung umwandeln und die Wechselstromleistung der rotierenden Maschine zu führen, einen Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt, der eine auf eine Grundwellenkomponente überlagerte Oberschwingungskomponente durch einen Aufhebungsprozess in einem geschätzten rotierenden Koordinatensystem für Spannung und/oder Strom jedes Systems reduziert, wenn eine Einheit einer Gruppe von Komponenten, die eine Stromzufuhr zu einer spezifischen Gruppe der Wicklungen steuert, als ein System definiert ist, einen Induktionsspannungsschätzabschnitt, der eine induzierte Spannung auf der Grundlage von Informationen schätzt, die für die Systeme gemeinsam sind, einschließlich eines Spannungswerts und eines Stromwerts, die durch den Aufhebungsprozess berechnet werden, und einen Magnetpolpositionsschätzabschnitt auf, der eine Magnetpolposition eines Rotors auf der Grundlage der geschätzten induzierten Spannung schätzt.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht Priorität aus der früheren japanischen Patentanmeldung Nr.: 2016-98677 , die am 17. Mai 2016 eingereicht worden ist, wobei deren Beschreibung hiermit durch Bezugnahme einbezogen ist.
HINTERGRUND
(Technisches Gebiet)
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine. Das Steuerungsgerät führt eine sensorlose Positionssteuerung durch.
(Stand der Technik)
Herkömmlich ist ein Steuerungsgerät bekannt, dass eine rotierende Mehrwicklungs-Synchronmaschine durch Verwendung einer Vielzahl von Wechselrichtern antreibt, und das eine sensorlose Positionssteuerung durchführt, die eine Position eines Magnetpols anhand von Spannungs- oder Strominformationen schätzt.
Beispielsweise berechnet ein sensorloses Positionsteuerungsgerät für eine Synchronmaschine, das in dem japanischen Patent Nr.: 5527025 offenbart ist, geschätzte Phasenwinkel individuell durch Verwendung eines Master-Wechselrichters und eines Slave-Wechselrichters, und berechnet danach eine geschätzte Drehzahl auf der Grundlage des Durchschnitts der geschätzten Phasenwinkel.
Das Steuerungsgerät gemäß dem japanischen Patent Nr.: 5527025 hat ein Problem dahingehend, dass das Berechnungsausmaß ansteigt, da eine erweiterte induzierte Spannung und ein geschätzter Phasenwinkel individuell die Verwendung der zwei Wechselrichter berechnet wird.
Zusätzlich ist es bekannt, dass während der Steuerung eines Mehrphasenwechselstrommotors Oberschwingungskomponenten auf eine Grundwellenkomponente eines Phasenstroms aufgrund von Magnetisierungsungleichförmlichkeiten eines Rotormagneten, Formen oder dergleichen eines Rotors und eines Stators oder einer Störung überlagert werden. Pulsierungen der harmonischen Komponenten können die Genauigkeit der Positionsschätzung verringern. Jedoch beschreibt das japanische Patent Nr.: 5527025 keine Reduktion derartiger harmonischer Komponenten.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Ausführungsbeispiel stellt ein Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine mit einer Vielzahl von Gruppen von mehreren Phasenwicklungen bereit. Für die rotierende Maschine reduziert das Steuerungsgerät in geeigneter Weise harmonische Komponenten, während sie das Berechnungsausmaß der Positionsschätzung bei einer sensorlosen Positionssteuerung reduziert.
Gemäß einer Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels ist ein Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine bereitgestellt. Das Steuerungsgerät steuert die rotierende Maschine, die einen Stator mit einer Vielzahl von Gruppen von Drei-Phasen- oder mehr Mehr-Phasen-Wicklungen aufweist, um eine Stromzufuhr zu den Gruppen von Wicklungen durch Verwendung einer sensorlosen Positionssteuerung zu steuern. Das Steuerungsgerät weist auf: eine Vielzahl von Leistungswandlern, die empfangene elektrische Leistung in Wechselstromleistung umwandeln und die Wechselstromleistung der rotierenden Maschine zuführen; einen Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt, der eine auf eine Grundwellenkomponente überlagerte Oberschwingungskomponente durch einen Aufhebungsprozess in einem geschätzten rotierenden Koordinatensystem für eine Spannung und/oder einen Strom jedes Systems reduziert, wenn eine Einheit einer Gruppe von Komponenten, die eine Stromzufuhr zu einer spezifischen Gruppe der Wicklungen steuert, als ein System definiert ist; einen Induktionsspannungsschätzabschnitt, der eine induzierte Spannung auf der Grundlage von Informationen schätzt, die für die Systeme gemeinsam sind, einschließlich eines Spannungswerts und eines Stromwerts, die durch den Aufhebungsprozess berechnet werden; und einen Magnetpolpositionsschätzabschnitt, der eine Magnetpolposition eines Rotors der rotierenden Maschine auf der Grundlage der durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt geschätzten induzierten Spannung schätzt.
KURZE BESCHREIBUBNG DER ZEICHNUNGEN
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
1 ein Steuerungsgerätblockschaltbild, das eine Konfiguration eine Steuerungsgeräts für eine rotierende Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
2A eine schematische Darstellung einer Feldschaltung,
2B eine Teilquerschnittsansicht eines Stators einer rotierenden Zwei-System-Maschine,
3 eine schematische Darstellung von Wicklungen einer rotierenden Drei-Phasen-Zwei-System-Maschine,
3 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen Achsen eines festen Koordinatensystems, eines rotierenden Koordinatensystems und eines geschätzten rotierenden Koordinatensystems veranschaulicht,
5A ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Wicklungstemperatur und einem Widerstandswert veranschaulicht,
5B ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen Strom und Induktivität veranschaulicht,
6 eine Darstellung, die eine Aufhebung einer sechsten Oberschwingung durch die Addition eines Drei-Phasen-Zwei-System-Stroms veranschaulicht,
7 ein Steuerungsblockschaltbild, das eine Konfiguration eines Steuerungsgeräts für eine rotierende Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
8 ein Steuerungsblockschaltbild, das eine Konfiguration eines Steuerungsgeräts für eine rotierende Maschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
9 eine schematische Darstellung von Wicklungen einer rotierenden Drei-Phasen-Drei-System-Maschine,
10 eine Darstellung, die eine Aufhebung einer sechsten Oberschwingung durch die Addition eines Drei-Phasen- Drei-System-Stroms veranschaulicht,
11 ein Steuerungsblockschaltbild, das eine Konfiguration eines Steuerungsgeräts für eine rotierende Maschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
12A die Addition einer fünften Oberschwingung in einem festen Drei-Phasen-Zwei-System-Koordinatensystem veranschaulicht (Vergleichsbeispiel), und
12B die Addition einer siebten Oberschwingung in dem festen Drei-Phasen-Zwei-System-Koordinatensystem veranschaulicht (Vergleichsbeispiel).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele für ein Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsbeispielen sind im Wesentlichen gleiche Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und werden deren Beschreibungen entfallen. Im Prinzip können die in einem früheren Ausführungsbeispiel beschriebenen Gegenstände zu späteren Ausführungsbeispielen gemeinsam angewendet werden, solange wie nichts anderes angegeben ist.
Das Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine ist beispielsweise bei einem System angewendet, das eine Stromzufuhr zu einem ISG (integrierten Startergenerator) steuert, in dem Funktionen eines Starters und einer Lichtmaschine in einem Fahrzeug mit einer als eine Antriebsquelle dienenden Kraftmaschine integriert sind.
Gemäß den nachfolgenden Ausführungsbeispielen entspricht die rotierende Maschine einem Motor, und entspricht das Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine einem Motorsteuerungsgerät. Zusätzlich sind die ersten bis vierten Ausführungsbeispiele einschließlich als das vorliegende Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Motorsteuerungsgeräte gemäß den Ausführungsbeispielen steuern einen Motor, der einen Stator mit einer Vielzahl von Gruppen von drei Phasen oder mehreren Mehr-Phasen-Wicklungen aufweist, um eine Stromzufuhr aus einer Vielzahl von Leistungswandlern zu der entsprechenden Gruppe von Wicklungen zu steuern. Nachstehend ist eine Einheit von einer Gruppe von Komponenten, die eine Stromzufuhr zu einer spezifischen Gruppe von Wicklungen steuert, als ein System (Linie) definiert. Insbesondere beträgt die Anzahl der Phasen jeder der Motoren gemäß den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen drei. Die Anzahl der Systeme ist wie folgt: das erste und das zweite Ausführungsbeispiel verwenden zwei Systeme, das dritte Ausführungsbeispiel verwendet drei Systeme, und das vierte Ausführungsbeispiel verwendet verallgemeinerte N-Systeme. Unter der Annahme derartiger Konfigurationen führt das Motorsteuerungsgerät gemäß jedem der Ausführungsbeispiele eine sensorlose Positionssteuerung durch, um eine Ausgangsspannung des Leistungswandlers der entsprechenden Systeme zu steuern.
Das Bezugszeichen eines Motorsteuerungsgeräts gemäß jedem der Ausführungsbeispiele ist 10, der die Zahl des Ausführungsbeispiels folgt. Das Bezugszeichen eines Motors gemäß jedem der Ausführungsbeispiele ist 80, dem 2 im Falle von zwei Systemen folgt, 3 in einem Fall von drei Systemen folgt oder 9 in einem Falle von N-Systemen folgt. Gleichermaßen folgt den Bezugszeichen von Spannungsaddieren, Stromaddieren und Teilern, die als ein Oberwellenkomponentenaufhebungsabschnitt dienen, 2, 3 oder 9 entsprechend der Anzahl der Systeme.
Leistungswandler, Stromsensoren und dergleichen, die Komponenten des Systems sind, weisen zweistellige oder dreistellige Bezugszeichen auf, deren letzte Zahl die Zahl der Systeme ist. Beispielsweise ist die letzte Zahl des Bezugszeichens der Komponente des ersten Systems 1, ist die letzte Zahl des Bezugszeichens der Komponente des zweiten Systems 2 und ist die letzte Zahl des Bezugszeichens der Komponente des N-ten Systems 9.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein Drei-Phasen- und Zwei-System-Motorsteuerungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, ist ein Motorsteuerungsgerät 101 bei einem System angewendet, bei dem Wechselstromleistung aus zwei Leistungswandlern 61 und 62 einem Motor 802 zugeführt wird, der Gruppen von Drei-Phasen-Wicklungen von zwei Systemen (zwei Gruppen der Drei-Phasen-Wicklungen) aufweist.
Der Motor 802 ist beispielsweise ein Permanentmagnet-Synchron-Drei-Phasen-Wechselstrommotor. Der Motor 802 ist nicht mit einem Drehwinkelsensor versehen, der eine Position eine Magnetpols (Magnetpolposition) eines Rotors erfasst.
Wie es in 2A gezeigt ist, ist in der Nähe des Motors 802 eine Feldschaltung 87 vorgesehen, die eine Feldwicklung 88 mit einer Induktivität Mf aufweist und durch die ein Feldstrom if fließt. Es sei bemerkt, dass eine Steuerungseinrichtung, die den Feldstrom if steuert, nicht gezeigt ist.
Wie es in 2B gezeigt ist, ist in dem Permanentmagnet-Synchronmotor 802 ein Rotor 85, in dem Magnetpole 86 in der Umlaufsrichtung angeordnet sind, innerhalb von und in der radialen Richtung eines Stators 84 drehbar gestützt. 2B zeigt ein Beispiel, bei dem zwei Paare eines N-Pols und eines S-Pols (d. h. insgesamt vier Pole) in dem Rotor 85 vorgesehen sind.
In Bezug auf die Wicklungen, die um den Stator 84 gewickelt sind, gibt beispielsweise U1 eine U-Phasen-Wicklung eines ersten Systems an und gibt V2 eine V-Phasen-Wicklung eines zweiten Systems an. Gleichphasige Spulen des ersten Systems und des zweiten Systems sind abwechselnd in der Umlaufsrichtung des Stators 84 angeordnet.
3 zeigt erste Systemwicklungen 81 mit durchgezogene Linien und zweite Systemwicklungen 82 mit gestrichelten Linien, um schematisch eine Anordnung der Wicklungen des Drei-Phasen- und Zwei-System-Motors 802 zu zeigen. Phasen der Phasenwicklungen des Drei-Phasen- und Zwei-System-Motors 802 zwischen dem ersten System den zweiten System sind voneinander um einem elektrischen Winkel von 30 (d. h. 60/2)° versetzt.
Zusätzlich sind αβ-Achsen eines festen Zwei-Phasen-Koordinatensystems derart definiert, dass α-Achsen α1 und α2 mit U-Phasen-Achsen U1 und U2 übereinstimmen.
Und erneuter Bezugnahme 1 entsprechen die Leistungswandler 61, 62 der ersten und zweiten Systeme jeweils der ersten Systemwicklung 81 und der zweiten Systemwicklung 82. Sätze von drei schrägen Linien, die zu Schrägliniensignalleitungen und ausgangsseitigen Leistungspfaden der Leistungswandler 61 und 62 hinzugefügt sind, geben drei Phasen an. Typischerweise sind die Leistungswandler 61, 62 Wechselrichter, die Gleichstromleistung, die aus einer Gleichstromleistungsversorgung wie einer Batterie empfangen wird, in Wechselstromleistung durch Betrieb einer Vielzahl von Schaltelementen umwandeln.
1 zeigt eingangsseitige Leistungspfade der Leistungswandler 61, 62 nicht. Gleichspannungswandler oder dergleichen können zwischen der Gleichstromleistungsversorgung und den Leistungswandlern 61, 62 vorgesehen sein.
Zusätzlich ist, da die Konfiguration eines Drei-Phasen-Wechselrichters mit sechs Schaltelementen von dreiphasigen oberen und unteren Zweigen ebenfalls bekannt ist, dies nicht gezeigt.
Dreieckwellensymbole, die auf den Leistungspfaden zwischen den Leistungswandlern 61, 62 und dem Motor 802 gezeigt sind, geben Stromsensoren 71, 72 an, die Phasenströme der jeweiligen Systeme erfassen. Die Stromsensoren 71, 72 können für alle der drei Phasen vorgesehen sein. Alternativ dazu können die Stromsensoren 71, 72 für zwei der drei Phasen vorgesehen sein, und kann ein Strom der verbleibenden einen Phase durch das Kirchhoff'sche Gesetz berechnet werden.
Das Motorsteuerungsgerät 101 weist eine Grundkonfiguration für eine Vektorsteuerung auf, die eine sensorlose Positionssteuerung verwendet, die eine bekannte Technik ist, die beispielsweise in dem japanischen Patent Nr.: 3411878 offenbart ist. Die Beziehung zwischen Achsen von Koordinatensystemen, die in der Vektorsteuerung verwendet werden, ist in 4 gezeigt. Die αβ-Achsen sind orthogonal zueinander in einem festen Zwei-Phasen-Koordinatensystem. Die dq-Achsen sind orthogonal zueinander in einem rotierenden Zwei-Phasen-Koordinatensystem. Aufgrund der Drehung des Rotors 85 ändert sich ein elektrischer Winkel θ, das heißt, ändern sich die sich Phasen der dq-Achsen in Bezug auf die αβ-Achsen im Verlaufe der Zeit.
In der sensorlosen Positionssteuerung, die nicht direkt einen tatsächlichen elektrischen Winkel θ erfasst, sind γδ-Achsen eines rotierenden Zwei-Phasen-Schätzkoordinatensystems zusätzlich zu den dq-Achsen definiert. Die Differenz zwischen einer geschätzten Magnetpolposition θγ auf den γδ-Achsen und dem tatsächlichen elektrischen Winkel θ ist durch einen Achsenversatz Δθ angegeben. Unter der sensorlosen Positionssteuerung wird eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω durch eine PI-Steuerung oder dergleichen derart berechnet, dass der Achsenversatz Δθ auf 0 konvergiert. Dadurch wird ein Steuerungsbetrieb unter der Annahme durchgeführt, dass die geschätzte Magnetpolposition θγ ein tatsächlicher elektrischer Winkel θ ist.
Hier und in den Zeichnungen bezeichnet das Zeichen i_γδ einen γ-Achsen-Strom i_γ und einen δ-Achsen-Strom i_δ. In den Ausdrücken sind der γ-Achsen-Strom i_γ und der δ-Achsen-Strom i_δ individuell in Matrizenformen gezeigt. Diese sind in V_γδ und e_δγ gemeinsam. Es sei bemerkt, dass in δγ der normale Buchstabe von γ anstelle des tiefgestellten Buchstabens von γ verwendet wird.
Und erneuter Bezugnahme auf 1 ist das Motorsteuerungsgerät 101 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel charakterisiert durch Steuern einer Stromzufuhr zu dem Motor 802, der Gruppen von Drei-Phasen-Wicklungen von zwei Systemen (zwei Gruppen von Drei-Phasen-Wicklungen) aufweist, durch Verwendung der sensorlosen Positionssteuerung. Es wird angenommen, dass irgendeine bekannte Technik bei der Konfiguration zur Berechnung von γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerten v*_γδ1 und v*_γδ2 von zwei Systemen angewendet werden kann. Somit ist diese Konfiguration nicht gezeigt. Beispielsweise können die γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte v*_γδ1 und v*_γδ2 durch eine Stromregelung berechnet werden, um zu bewirken, dass ein erfasster Ist-Strom mit einem Strombefehlswert übereinstimmt. Alternativ dazu können die γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte v*_γδ1 und v*_γδ2 durch eine Drehmomentregelung berechnet werden, um zu bewirken, dass ein erfasstes Ist-Drehmoment oder ein Schätzdrehmoment, das anhand eines Ist-Stroms geschätzt wird, mit einem Drehmomentbefehlswert übereinstimmt.
Das Motorsteuerungsgerät 101 weist einen Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 171 und einen Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 181 des ersten Systems, einen Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 172 und einen Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 182 des zweiten Systems, einen Spannungsaddierer 352, einen Teiler 362, einen Stromaddierer 452, einen Teiler 462, einen Parameteränderungsabschnitt 55, einen Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 und einen Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 auf. Der Spannungsaddierer 352 und der Stromaddierer 452 entsprechen einem Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt und führen einen Aufhebungsprozess durch, indem Spannungen und Ströme der zwei Systeme in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem addiert werden, um Oberschwingungskomponenten aufzuheben, die auf einer Grundwellenkomponente überlagert sind.
Alternativ dazu können ein Satz der Kombination des Spannungsaddierers 352 und des Teilers 362 und der Kombination des Stromaddierers 452 und des Teilers 462 als ein Oberwellenkomponentenaufhebungsabschnitt angenommen werden, und können interpretiert werden, Durchschnittswerte von Spannungen und Strömen der zwei Systeme in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem zu berechnen, um den Aufhebungsprozess durchzuführen.
Die Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 171, 172 der jeweiligen Systeme wandeln γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte V*_γδ1 und V*_γδ2 in Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte V*_UVW1 und V*_VW2 um und geben die Drei-Phasen-Spannungsbefehlswerte V*_UVW1 und V*_VW2 zu den Leistungswandlern 61, 62 aus. Die Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 181, 182 der jeweiligen Systeme erhalten Phasenströme i_UVW1 und i_VW2, die durch die Stromsensoren 71, 72 erfasst werden, und wandeln die Phasenströme i_UVW1 und i_UVW2 in γδ-Achsen-Stromerfassungswerte i_γδ1 und i_γδ2 um.
Der Spannungsaddierer 352 berechnet die Summe der γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte v*_γδ1 und v*_γδ2 der zwei Systeme. Der Teiler 362 gibt einen Durchschnittswert v*_γδ, der durch Teilen der Summe durch 2 erhalten wird, zu dem Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 aus.
Der Stromaddierer 452 berechnet die Summe der γδ-Achsen-Stromerfassungswerte v*_γδ1 und v*_γδ2 der zwei Systeme. Der Teiler 462 gibt einen Durchschnittswert i_γδ, der durch Dividieren der Summe durch 2 erhalten wird, zu dem Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 aus.
Der Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 geschätzt eine erweiterte induzierte Spannung e_γδ auf der Grundlage des Durchschnittswerts v*_γδ der Spannungsbefehlswerte und eines Durchschnittswert i_γδ der Stromerfassungswerte, die Informationen sind, die für die Systeme gemeinsam sind.
Der Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 berechnet Funktionen des Achsenvorsatzes Δθ, –sinΔθ und cosΔθ, auf der Grundlage der erweiterten induzierten Spannung e_γδ und schätzt weiterhin die geschätzte Magnetpolposition θγ durch eine PI-Steuerungsoperation, die bewirkt, dass der Achsenversatz Δθ auf 0 konvergiert oder dergleichen. Typischerweise wird die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω geschätzt, während die Magnetpolposition θγ geschätzt wird. Das heißt, dass der Magnetpolpositionsschätzabschnitt genau als ein Magnetpolposition- und Drehzahlschätzabschnitt fungiert.
Ausdrücke für eine Schätzberechnung durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 und den Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 sind nachstehend beschrieben. Zeichen sind wie nachstehend beschrieben angegeben. Indizes 1 und 2 der Zeichen geben Werte des ersten Systems und des zweiten Systems an.

R:: Widerstandswert
L_d, L_q:: d-Achsen-, q-Achsen-Selbstinduktivität
M_d, M_q:: d-Achsen-, q-Achsen-Gegeninduktivität
ω:: elektrische Winkelgeschwindigkeit
Mf:: Induktivität der Feldschaltung
if:: Feldstrom

Eine Spannungsgleichung des geschätzten rotierenden Koordinatensystems des ersten Systems und einer erweiterten induzierten Spannung eγδ1 ist durch den nachfolgenden Ausdruck 1 ausgedrückt. [Ausdruck 1]
Eine Spannungsgleichung des geschätzten rotierenden Koordinatensystems des zweiten Systems und einer erweiterten induzierten Spannung eγδ2 ist durch die nachfolgenden Ausdruck 2 ausgedrückt. [Ausdruck 2]
Durchschnittswerte von Spannungen, Strömen und erweiterten induzierten Spannungen des ersten Systems und des zweiten Systems sind durch den nachfolgenden Ausdruck 3 definiert. [Ausdruck 3]
Zusätzlich sei angenommen, dass die Selbstinduktivitäten der zwei Systeme die Beziehungen in dem nachfolgenden Ausdruck 4 erfüllen.
[Ausdruck 4]

L_d1 = L_d2 = L_d, L_q1 = L_q2 = L_q

Eine Spannungsgleichung, die Spannungs- und Stromdurchschnittswerte der zwei Systeme und erweiterte induzierte Spannungen e_γδ0 verwendet, ist durch den nachfolgenden Ausdruck 5 ausgedrückt. [Ausdruck 5]
Der Achsenversatz Δθ wird durch den nachfolgenden Ausdruck 6 auf der Grundlage von –sinΔθ und cosΔθ berechnet, die anhand der Ausdrücke 1, 2 und 5 erhalten werden. [Ausdruck 6]
Gemäß 1 sind der Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 und der Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 gemeinsam als ein Schätzabschnitt 56 bezeichnet. Der Schätzabschnitt 56 empfängt die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω und den Feldstrom if, die in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors 802 variieren. Es sei bemerkt, dass entsprechend der Konfiguration, bei der die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω innerhalb des Magnetpolpositionsschätzabschnitts 58 geschätzt wird, der Pfeil, der die Eingabe der elektrischen Windgeschwindigkeit ω angibt, nicht notwendigerweise erforderlich ist, sondern als Eingangsinformationen der Einfachheit halber gezeigt ist. Zusätzlich können der Widerstandswert R und die Induktivitäten L, M, die Parameter des Motors 802 sind, als feste Werte gespeichert sein.
Es sei bemerkt, dass beispielsweise, wie es in 5A angezeigt ist, der Widerstandswert R eine positive Korrelation mit der Wicklungstemperatur Tm aufweist. Zusätzlich weisen, wie es 5B gezeigt ist, die Induktivitäten L, M eine umgekehrt proportionale negative Korrelation in Bezug auf den Phasenstrom i_UVW auf. Es sei bemerkt, dass die Region, die gleich wie oder kleiner als ein kritischer Strom i0 ist, einer magnetischen Sättigungsregion entspricht.
Somit weist das Motorsteuerungsgerät 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Parameteränderungsabschnitt 55 auf, der einen Parameterwert des Motors 802 in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors 802 wie der Wicklungstemperatur Tm und des Phasenstroms i_UVW ändert. Der Parameteränderungsabschnitt 45 kann Kennlinienkennfelder, die in 5A und 5B gezeigt sind, speichern und kann Parameter anhand von Ausdrücken berechnen.
Der Schätzabschnitt 56 führt eine Schätzberechnung der erweiterten induzierten Spannungen e_γ und e_δ und des Achsenversatzes Δθ durch Verwendung von Parameterwerten durch, die in geeigneter Weise durch den Parameteränderungsabschnitt 55 geändert werden. Dadurch kann die Genauigkeit beim Schätzen einer Position in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors 802 ungeachtet einer magnetischen Sättigung, einer Temperaturänderung und dergleichen gewährleistet werden.
Es sei bemerkt, dass der Parameteränderungsabschnitt 55 direkt die Wicklungstemperatur Tm anhand eines Temperatursensors erhalten kann, der an dem Motor 802 vorgesehen ist. Alternativ dazu kann die Wicklungstemperatur Tm auf der Grundlage von Informationen wie eine Temperatur eines anderen Abschnitts und der Phasenströme i_UVW geschätzt werden.
Zusätzlich ist beispielsweise die Zeitkonstante einer Änderung der Wicklungstemperatur Tm viel länger als eine Steuerungsbetriebsperiode. Somit kann der Parameteränderungsabschnitt 55 die Periode des Änderns des Werts des Widerstandswerts R beispielsweise einmal alle einige 100- bis einige 1000-mal der Steuerungsperiode oder einmal alle einige Sekunden einstellen, um das Berechnungsausmaß zu reduzieren.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, schätzt der Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 die Magnetpolposition θγ. Die Magnetpolposition θγ gibt beispielsweise eine Magnetpolposition des ersten Systems durch die Definition des Ursprungs der Achse an. Die Magnetpolposition des zweiten Systems wird durch Addieren einer vorbestimmten Phasendifferenz in Bezug auf die Magnetpolposition des ersten Systems angegeben. Somit wird die Magnetpolposition θγ, die durch den Magnetpolpositionsschätzabschnitt 48 geschätzt wird, in geeigneter Weise als Referenzmagnetpolposition θγ bezeichnet.
Die Referenzmagnetpolposition θγ, die durch den Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 berechnet wird, wird zu den Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandlern 171, 172 und den Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandlern 181, 182 übertragen.
Dabei empfangen der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 171 und der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 181 des ersten Systems die Referenzmagnetpolposition θγ. Der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 172 und der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 182 des zweiten Systems empfangen Informationen bezüglich einer Position, die durch Addieren eines elektrischen Winkels von 30° zu der Referenzmagnetpolposition θγ durch Winkeladdierer 272, 282 erhalten wird. Die Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 171, 172 und die Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 181, 182 der jeweiligen Systeme führen eine Koordinatenumwandlungsberechnung durch Verwendung der empfangenen Positionsinformationen durch.
Im Übrigen ist es bekannt, dass beispielsweise fünfte, siebte, elfte und dreizehnte Oberschwingungskomponenten, das heißt, (6k ± 1)-te (wobei k eine natürliche Zahl ist) Oberschwingungskomponenten typischerweise auf erste Komponenten der Drei-Phasen-Ströme i_UVW1 und i_VW2 überlagert sind, die durch die Stromsensoren 71, 72 erfasst werden. Die Oberschwingungskomponenten werden beispielsweise durch einen strukturellen Faktor aufgrund einer Magnetisierungsungleichförmigkeit eines Rotormagneten eines IPM-Motors oder Formen des Rotors und des Stators oder Störungen erzeugt, die verursacht werden, während der Motor in Betrieb ist. Die (6k ± 1)-te Komponente, die auf einer ersten Komponente des Drei-Phasen-Stroms überlagert wird, wird durch eine Koordinatenumwandlung eine (6k)-te Komponente wie eine sechste und eine zwölfte Komponente, die auf einer nullten Komponente (d. h. einer Gleichstromkomponente) eines γδ-Achsen-Stroms überlagert werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel fokussiert sich hauptsächlich auf einen Fall von k = 1, das heißt, eine sechste Komponente, die auf eine nullte Komponente eines γδ-Achsen-Stroms überlagert wird, wobei die sechsten Komponenten erscheinen, wenn fünfte und siebte Komponenten, die auf einer ersten Komponente eines Phasenstroms überlagert sind, in einem rotierenden Koordinatensystem umgewandelt werden. Wirkungen der sechsten Komponente sind gleichermaßen auf beispielsweise achtzehnte und dreizigste Komponenten entsprechend einem Fall anwendbar, in dem k eine ungerade Zahl ist.
Zunächst sind als ein Vergleichsbeispiel Variationen in Oberschwingungskomponenten in einem Fall, in dem Ströme von zwei Systemen, zwischen denen Phasen voneinander mit einem elektrischen Winkel von 30° auf den αβ-Achsen eines festen Zwei-Phasen-Koordinatensystems versetzt sind, hinzugefügt sind, unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Wenn fünfte und siebte Oberschwingungskomponenten auf einen α-Achsen-Strom i_α1 und einen β-Achsen-Strom i_β1 des ersten Systems und einen α-Achsen-Strom i_α2 und einen β-Achsen-Strom i_β2 des zweiten Systems in den αβ-Achsen des festen Koordinatensystems überlagert werden, werden der α-Achsen-Strom i_α1, der β-Achsen-Strom i_β1, der α-Achsen-Strom i_α2 und der β-Achsen-Strom i_β2 durch den Ausdruck 7 ausgedrückt. [Ausdruck 7]
Wie es in 12A gezeigt ist, bleiben, wenn fünfte Oberschwingungskomponenten i_{α1_fifth} und i_{α2_fifth} der α-Achsen-Ströme der zwei System in dem festen Koordinatensystem hinzugefügt werden, obwohl die Amplituden klein werden, die fünften Oberschwingungskomponenten, deren Phasen voneinander versetzt sind. Wie es in 12B gezeigt ist, treten, wenn siebte Oberschwingungskomponenten i_{α1_seventh} und i_{α1_seventh} der α-Achsen-Ströme der zwei Systeme in dem festen Koordinatensystem hinzugefügt werden, ähnliche Phänomene auf. Das heißt, selbst wenn Werte der zwei Systeme in dem festen Koordinatensystem addiert werden, Oberschwingungskomponenten nicht aufgehoben werden können.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.: 2014-138530 eine Technik, bei der eine induzierte Spannung und ein elektrischer Winkel auf der Grundlage eines Spannungsvektors und eines Stromvektors der zwei Systeme berechnet werden, die in dem festen Zwei-Phasen-Koordinatensystem addiert werden.
Jedoch werden, wie es vorstehend beschrieben worden ist, selbst wenn Werte der zwei Systeme in dem festen Koordinatensystem addiert werden, Oberschwingungskomponenten nicht aufgehoben. Somit wird eine Variation in einem geschätzten elektrischen Winkel verursacht. Zusätzlich wird, da eine Grundwellenkomponente des festen Koordinatensystems eine abwechselnde Größe ist, ein Diskretisierungsfehler in dem Mikrocomputerprozess signifikant, wenn die Drehzahl ansteigt. Als Ergebnis wird der Fehler in dem geschätzten elektrischen Winkel groß.
Somit werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Spannungswerte oder Stromwerte der Systeme in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem addiert, und wird der erhaltene Wert durch die Anzahl der Systeme dividiert, um einen Durchschnittswert zu erhalten. Dann wird die induzierte Spannung eγδ durch Verwendung des Durchschnittswerts der Systeme berechnet, um eine Position eines Magnetpols zu schätzen.
Insbesondere ist ein Fall beschrieben, bei dem eine sechste Oberschwingungskomponente auf eine nullte Komponente (d. h. Gleichstromkomponente) in dem rotierenden Koordinatensystem überlagert wird. Die γδ-Achsen-Ströme i_γδ1 und i_γδ2 der zwei Systeme, in denen die sechste Oberschwingungskomponente auf der nullte Komponente überlagert ist, werden durch den Ausdruck 8 ausgedrückt. [Ausdruck 8]
6 veranschaulicht γ-Achsen-Ströme i_γ1 und i_γ2 der zwei Systeme und den Durchschnittswert davon. Es ist angenommen, dass die Werte der nullten Komponente der γ-Achsen-Ströme der zwei Systeme dieselben sind, und dass die Amplituden der sechsten Komponenten der γ-Achsen-Ströme der zwei Systeme dieselben sind.
In Bezug auf die sechste Komponente, bei der eine Priode einem elektrischen Winkel von 60° entspricht, werden die γ-Achsen-Ströme i_γ1 und i_γ2 der zwei Systeme, deren Phasen voneinander um einen elektrischen Winkel von 30° versetzt sind, gegenphasig, wobei der Spitzenwert und der Minimalwert invertiert sind.
Somit hebt ein Addieren der γ-Achsen-Ströme i_γ1 und i_γ2, die eine zueinander gegenphasig sind, die sechsten Oberschwingungskomponenten davon auf.
Es sei bemerkt, dass tatsächlich die Werte der nullten Komponente des γ-Achsen-Stroms der Systeme oder die Amplituden der sechsten Oberschwingungskomponenten des γ-Achsen-Stroms des Systems kleine Fehler aufgrund von beispielsweise Fehlern von Komponenten wie Wicklungen oder Zusammenbaufehler des Systems aufweisen können. Auch in diesem Fall kann in Betracht gezogen werden, dass Addieren von Werten der zwei Systeme im Wesentlichen die sechste Oberschwingungskomponente aufhebt.
Wie es auf der Grundlage von 1 beschrieben worden ist, schätzt das Motorsteuerungsgerät 101 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erweiterte induzierte Spannung e_γδ und die Referenzmagnetpolposition θδ durch Verwendung des Durchschnittswert v*_γδ der γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte v*_γδ1 und v*_γδ2 und des Durchschnittswert i_γδ der γδ-Achsen-Stromerfassungswerte i_γδ1 und i_γδ2.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden durch Verwendung des Spannungswerts und des Stromwerts, deren Grundwellenkomponenten die Gleichstromgröße wird, in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem Diskretisierungsfehler beseitigt, und kann die Positionsschätzung mit hoher Genauigkeit selbst während einer Drehung mit hoher Drehzahl durchgeführt werden.
Zusätzlich können durch Schätzen der Referenzmagnetpolposition θγ durch Verwendung der Durchschnittswerte v*_γδ1 und i_γδ der Spannung und des Stroms der Systeme die Oberschwingungskomponenten effektiv im Vergleich zu einer Konfiguration aufgehoben werden, die die Magnetpolposition für jedes der Systeme anhand der Spannung und des Stroms geschätzt. Somit kann die Genauigkeit beim Schätzen einer Position verbessert werden, während eine Pulsierungskomponente der Magnetpolposition θγ reduziert wird.
In dem japanischen Patent Nr.: 5527025 werden die erweiterte induzierte Spannung und der geschätzte Phasenwinkel individuell durch Verwendung der zwei Wechselrichter berechnet. Im Gegensatz dazu schätzt der Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die gleichförmige erweiterte induzierte Spannung e_γδ auf der Grundlage von Informationen, die für die Systeme gemeinsam sind. Dann schätzt der Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 eine Magnetpolposition auf der Grundlage der gleichförmigen induzierten Spannung eγδ, die durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 geschätzt wird.
Somit können gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Oberschwingungskomponenten in geeigneter Weise reduziert werden, während das Berechnungsausmaß der Positionsschätzung reduziert wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein Drei-Phasen- und Zwei-System-Motorsteuerungsgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Ein in 7 gezeigt ist Motorsteuerungsgerät 102 weist zusätzlich zu der Konfiguration des in 1 gezeigten Motorsteuerungsgeräts 101 einen Stromsubtrahierer 14 und eine Stromsteuerungseinrichtung 15 auf, die weiterhin als eine Konfiguration für eine Stromregelung vorgesehen sind. Der durch den Teiler 462 berechnete Durchschnittswert i_γδ der γδ-Achsen-Ströme wird durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt 47 erhalten und wird zu einem γδ-Achsen-Strombefehlswert i*_γδ zurückgeführt, der gemeinsam für die beiden Systeme ist. Dann wird die Differenz zwischen dem Durchschnittswert iγδ und dem γδ-Achsen-Strombefehlswert i*_γδ durch den Stromsubtrahierer 14 berechnet.
Die Stromsteuerungseinrichtung 15 berechnet γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte V*_γδ, die gemeinsam für die zwei Systeme sind, durch eine PI-Steuerung oder dergleichen, so dass die Differenz zwischen dem Strombefehlswert i*_γδ und einem Rückkopplungsstrom i_γδ auf 0 konvergiert. Im Prinzip werden Werte V*_δ1 und V*_δ2, die dieselben wie der γδ-Achsen-Spannungsbefehlswert V*_γδ sind, jeweils zu den Leistungswandlern 61 und 62 des ersten Systems und des zweiten Systems ausgegeben.
Zusätzlich werden die γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte V*_γδ direkt durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 erhalten. Das heißt, dass gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Spannungsaddierer, der als ein Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt dient, nicht vorgesehen ist. Auf diese Weise kann der Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt derart vorgesehen werden, dass der Aufhebungsprozess für die Spannung und/oder den Strom von jedem der Systeme durchgeführt wird.
In dem Motorsteuerungsgerät 102 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden der Durchschnittswert i_γδ der γδ-Achsen-Ströme i_γδ1 und i_γδ2 der zwei Systeme als ein Rückkopplungsstrom der Stromregelung verwendet.
Gemäß einer Konfiguration eines Vergleichsbeispiels des vorstehend beschriebenen Falls werden die γδ-Achsen-Ströme i_γδ1 und i_γδ2 der Systeme direkt zu Strombefehlswerten des Systems zurückgeführt. In diesem Fall kann aufgrund des Einflusses der auf den Strömen der Systeme überlagerten Oberschwingungskomponenten eine Pulsierung in der durch die Stromsteuerungseinrichtung 15 berechneten Ausgangsspannung verursacht werden. Zusätzlich steigt das Berechnungsausmaß an, da die Rückkopplungsberechnung für jedes der Systeme durchgeführt wird.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Genauigkeit bei der Positionsschätzung wie in dem Fall gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden. Zusätzlich können im Vergleich zu der Konfiguration des Vergleichsbeispiels Oberschwingungskomponenten, die auf einen Rückkopplungsstrom überlagert sind, effektiv durch eine einfache Berechnung ohne Verwendung eines Filters und dergleichen entfernt werden. Somit kann eine Pulsierung in der Ausgangsspannung, die durch die Stromregelung verursacht wird, unterdrückt werden. Zusätzlich kann das Berechnungsausmaß reduziert werden, da die gemeinsame Rückkopplungsberechnung für jedes der Systeme durchgeführt wird.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein Drei-Phasen- und Drei-System-Motorsteuerungsgerät gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 8, 9 und 10 beschrieben, die jeweils 1, 3 und 6 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen.
Wie es in 8 gezeigt ist, wird ein Motorsteuerungsgerät 103 bei einem System angewendet, bei dem eine Wechselstromleistung aus drei Leistungswandlern 61, 62 und 63 einem Motor 803 zugeführt wird, der Gruppen von Drei-Phasen-Wicklungen von drei Systemen (drei Gruppen von Drei-Phasen-Wicklungen) aufweist.
9 zeigt die ersten Systemwicklung 81 mit einer durchgezogenen Linie, die zweite Systemwicklung 82 mit einer gestrichelten Linie und eine dritte Systementwicklung 83 mit einer fein gestrichelten Linien, um schematisch eine Anordnung der Wicklungen des Drei-Phasen- und Drei-System-Motors 803 zu zeigen. Phasen der Phasenwicklungen des Drei-Phasen- und Drei-System-Motors 803 zwischen dem ersten System den zweiten System und zwischen dem zweiten System und dem dritten System sind voneinander um einen elektrischen Winkel von 20 (d. h. 60/3)° versetzt.
Das Motorsteuerungsgerät 103 weist zusätzlich zu der Konfiguration des Motorsteuerungsgeräts 101 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 173 und einen Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 183 des dritten Systems auf. Der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 173 des dritten Systems wandelt einen γδ-Achsen-Spannungsbefehlswert V*_γδ3 in einen Drei-Phasen-Spannungsbefehlswert V*_UVW3 um und gibt den Drei-Phasen-Spannungsbefehlswert V*_UVW3 zu dem Leistungswandler 63 aus. Der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 183 des dritten Systems erhält einen Phasenstrom i_UVW3 des dritten Systems, der durch einen Stromsensor 63 erfasst wird, und wandelt die Phasenströme i_UVW3 in einen γδ-Achsen-Stromerfassungswert i_γδ3 um.
Der Spannungsaddierer 353 addiert die Summe der γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte V*_γδ1, V*_γδ2 und V*_γδ3 der drei Systeme. Der Teiler 363 gibt einen Durchschnittswert, der durch Dividieren der Summe durch 3 erhalten wird, zu dem Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 aus.
Der Stromaddierer 453 berechnet die Summe der γδ-Achsen-Stromerfassungswerte i_γδ1, i_γδ2 und i_γδ3 der drei Systeme. Der Teiler 463 gibt einen Durchschnittswert, der durch Dividieren der Summe durch 3 erhalten wird, zu dem Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 aus.
Gegenstände in Bezug auf eine Parametereinstellung durch den Parameteränderungsabschnitt 55 und der Schätzberechnung durch den Schätzabschnitt 46 sind dieselben wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Referenzmagnetpolposition θγ, die durch den Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 geschätzt wird, wird zu den Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandlern 171, 172, 173, und den Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandlern 181, 182, 183 ausgegeben.
Dabei empfangen der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 171 und der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 181 des ersten Systems die Referenzmagnetpolposition θγ. Der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 172 und der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 182 des zweiten Systems empfangen Informationen bezüglich einer Position, die durch Addieren eines elektrischen Winkels von 20° zu der Referenzmagnetpolposition θγ durch die Winkeladdierer 272, 282 erhalten wird. Der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 173 und der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 183 des dritten Systems empfangen Informationen bezüglich einer Position, die durch Addieren eines elektrischen Winkels von 40° zu der Referenzmagnetpolposition θγ durch die Winkeladdierer 273, 283 erhalten wird.
Die γδ-Achsen-Ströme i_γδ1, i_γδ2 und i_γδ3 der drei Systeme, bei denen die sechste Oberschwingungskomponente auf die nullte Komponente überlagert ist, werden durch den Ausdruck 9 ausgedrückt.
[Ausdruck 9]
10 veranschaulicht γδ-Achsen-Ströme i_γ1, i_γ2 und i_γ3 der drei Systeme und den Durchschnittswert davon. Es wird angenommen, dass die nullten Komponenten der γ-Achsen-Ströme der Systeme dieselben sind. Ein Addieren der γ-Achsen-Ströme i_γ1, i_γ2 und i_γ3, zwischen denen die Phasen voneinander um einen elektrischen Winkel von 20° versetzt sind, hebt gegenseitig die sechsten Oberschwingungskomponenten davon auf.
Das Motorsteuerungsgerät 103 schätzt die erweiterte induzierte Spannung iγδ und die Referenzmagnetpolposition θγ durch Verwendung des Durchschnittswerts V*_γδ der γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte V*_γδ1, V*_γδ2 und V*_γδ3 der drei Systeme und des Durchschnittswerts iγδ der γδ-Achsen-Stromerfassungswerte i_γδ1, i_γδ2 und i_γδ3. Somit kann der Einfluss der sechsten Oberschwingungskomponente auf die Schätzberechnung beseitigt werden, um die Genauigkeit beim Schätzen der Position zu verbessern.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Ein Drei-Phasen- und N-System-Motorsteuerungsgerät gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und 11 beschrieben, die 8 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht. In 11 sind das erste System, das zweite System und das N-te-System gezeigt, und ein oder mehrere Systeme zwischen dem zweiten System und dem N-ten-System sind nicht gezeigt. Das heißt, dass N eine ganze Zahl von vier oder mehr ist.
Das Motorsteuerungsgerät 104 wird bei einem System angewendet, bei dem Wechselstromleistung aus N Leistungswandlern 61, 62, ..., 69 einem Motor 809 mit Drei-Phasen-Wicklungen von N Systemen zugeführt wird. Analog zu den Beispielen mit zwei Systemen und drei Systemen gemäß den ersten und dritten Ausführungsbeispielen sind Phasen der Gruppen der Wicklungen des Drei-Phasen- und N-ten-System-Motors 809 zwischen den Systemen voneinander um einen elektrischen Winkel von (60/N)° versetzt. Wenn θ_N = (60/N)° ist, ist die Phase des N-ten-Systems um (N – 1)θ_N von der Phase des ersten Systems versetzt.
Das Motorsteuerungsgerät 104 weist Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 171, 172, ..., 179 und Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 181, 182, ..., 189 auf. Der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 179 des N-ten-Systems wandelt einen γδ-Achsen-Spannungsbefehlswert V*γ_δN in einen Drei-Phasen-Spannungsbefehlswert V*_UVWN um und gibt den Drei-Phasen-Spannungsbefehlswert V*_UVWN zu dem Leistungswandler 69 aus. Der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 189 des N-ten-Systems erhält einen Phasenstrom i_UVWN des N-ten-Systems, der durch den Stromsensor 79 erfasst wird, und wandelt den Phasenstrom i_UVWN in einen γδ-Achsen-Stromerfassungswert i_γδN um.
Ein Spannungsaddierer 359 berechnet die Summe der γδ-Achsen-Spannungsbefehlswerte V*_γδ1, V*_γδ2, ..., und V*_γδN der N Systeme. Ein Teiler 362 gibt einen Durchschnittswert, der durch Dividieren der Summe durch N erhalten wird, zu dem Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 aus.
Ein Stromaddierer 459 berechnet die Summe der γδ-Achsen-Stromerfassungswerte i_γδ1, i_γδ2, ..., i_γδN der N Systeme. Ein Teiler 469 gibt einen Durchschnittswert iγδ, der durch Dividieren der Summe durch N erhalten wird, zu dem Induktionsspannungsschätzabschnitt 57 aus.
Gegenstände in Bezug auf die Parametereinstellung durch den Parameteränderungsabschnitt 55 und der Schätzberechnung durch den Schätzabschnitt 46 sind dieselben wie diejenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Die durch den Magnetpolpositionsschätzabschnitt 58 berechnete Referenzmagnetpolposition θδ wird zu den Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandlern 171, 172, ..., 179 und zu den Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandlern 181, 182, ..., 189 der Systeme übertragen. Dabei empfangen der Zwei-Phasen-Drei-Phasen-Wandler 179 und der Drei-Phasen-Zwei-Phasen-Wandler 189 des N-ten-Systems Informationen bezüglich einer Position, die durch Addieren eines elektrischen Winkels (N – 1)θ_N zu der Referenzmagnetpolposition θδ durch die Winkeladdierer 279, 289 erhalten wird.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel auf einen N-tes oder Mehr-System-Motorsteuerungsgerät angewendet werden.
(Andere Ausführungsbeispiele)

(a) Gemäß dem vorstehend beschriebenen wird der Aufhebungsprozess wird die sechste Komponente in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem hauptsächlich in der rotierenden Drei-Phasen-Maschine aufgehoben. Jedoch ist die Oberschwingungskomponente, die dem Aufhebungsprozess unterzogen wird, nicht auf die sechste Komponente begrenzt. Beispielsweise können analog zu 6 die Zwei-System-Motorsteuerungsgeräte 101, 102 zusätzlich zu einer sechsten Komponente beispielsweise achtzehnte und dreizigste Komponenten reduzieren. Zusätzlich kann analog zu 10 das Drei-System-Motorsteuerungsgerät 103 zusätzlich zu einer sechsten Komponente beispielsweise zwölfte und vierundzwanzigste Komponenten reduzieren.
(b) Die rotierende Maschine, die gemäß der vorliegenden Erfindung zu steuern ist, ist nicht auf eine rotierende Drei-Phasen-Maschine begrenzt und kann eine M-phasige (vierphasige oder mehr) rotierende Maschine sein. Das heißt, wenn N eine Ganzzahl von zwei oder mehr ist und M eine Ganzzahl von drei oder mehr ist, kann die vorliegende Erfindung typischerweise auf ein Steuerungsgerät für eine rotierende M-Phasen- und N-System-Maschine angewendet werden.

Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Konfigurationen begrenzt ist, sondern dass beliebige und alle Modifikationen, Variationen oder Äquivalente, die den Fachmann in den Sinn kommen können, als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet werden sollten.
Nachstehend ist eine Ausgestaltung der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zusammengefasst.
Das Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel steuert die rotierende Maschine (802, 803, 809), die einen Stator (84) mit einer Vielzahl von Gruppen von Drei-Phasen- oder mehr Mehr-Phasen-Wicklungen aufweist, zur Steuerung einer Stromzufuhr zu den Gruppen der Wicklungen durch Verwendung einer sensorlosen Positionssteuerung. Das Steuerungsgerät weist eine Vielzahl von Leistungswandlern (61, 62, 63, 69), einen Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt (352, 452, 353, 453, 359, 459), einen Induktionsspannungsschätzabschnitt (57) und einen Magnetpolpositionsschätzabschnitt (58) auf.
Die Vielzahl der Leistungswandler wandeln empfangene elektrische Leistung in Wechselstromleistung um und führen die Wechselstromleistung der rotierenden Maschine zu.
Der Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt reduziert eine auf eine Grundwellenkomponente überlagerte Oberschwingungskomponente durch einen Aufhebungsprozess in einem geschätzten rotierenden Koordinatensystem für eine Spannung und/oder einen Strom jedes Systems, wenn eine Einheit einer Gruppe von Komponenten, die eine Stromzufuhr zu einer spezifischen Gruppe der Wicklungen steuert, als ein System definiert ist.
Der Induktionsspannungsschätzabschnitt schätzt eine induzierte Spannung auf der Grundlage von Informationen, die für die Systeme gemeinsam sind, einschließlich eines Spannungswerts und eines Stromwerts, die durch den Aufhebungsprozess berechnet werden.
Der Magnetpolpositionsschätzabschnitt schätzt eine Magnetpolposition eines Rotors (85) der rotierenden Maschine auf der Grundlage einer durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt induzierten Spannung.
Typischerweise weist der Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt, für den Aufhebungsprozess, einen Spannungsaddierer (352, 353, 359), der Spannungsbefehlswerte in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem der Systeme addiert, und/oder einen Stromaddierer (452, 453, 459), auf, der Stromerfassungswerte in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem der Systeme addiert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel führt der Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt den Aufhebungsprozess zum Reduzieren von Oberschwingungskomponente durch, die die Genauigkeit der Positionsschätzung beeinträchtigen.
In dem japanischen Patent Nr.: 5527925 werden die erweiterte induzierte Spannung und der geschätzte Phasenwinkel individuell durch Verwendung der zwei Wechselrichter berechnet. Im Gegensatz dazu schätzt der Induktionsspannungsschätzabschnitt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die einheitliche induzierte Spannung auf der Grundlage von Informationen, die für die Systeme gemeinsam sind. Dann schätzt der Magnetpolpositionsschätzabschnitt die Magnetpolposition auf der Grundlage der einheitlichen induzierten Spannung, die durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt geschätzt wird.
Somit können gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Oberschwingungskomponente in geeigneter Weise reduziert werden, während das Berechnungsausmaß der Positionsschätzung reduziert wird.
Das Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine führt vorzugsweise eine Stromregelung durch Verwendung eines Stroms durch, der dem Aufhebungsprozess des Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitts unterzogen worden ist. Somit können Oberschwingungskomponenten, die in einem Rückkopplungsstrom enthalten sind, in geeigneter Weise in der Stromregelung reduziert werden. Zusätzlich ist ein Filter zum Reduzieren der Oberschwingungskomponente nicht erforderlich.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, steuert ein Steuerungsgerät eine rotierende elektrische Maschine, die einen Stator mit Gruppen von Phasenwicklungen aufweist, zu Steuerung einer Stromzufuhr zu den Gruppen. Das Steuerungsgerät weist Leistungswandler, die empfangene Leistung in Wechselstrom Leistung umwandeln und die Wechselstromleistung der rotierenden Maschine zu führen, einen Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt, der eine auf eine Grundwellenkomponente überlagerte Oberschwingungskomponente durch einen Aufhebungsprozess in einem geschätzten rotierenden Koordinatensystem für Spannung und/oder Strom jedes Systems reduziert, wenn eine Einheit einer Gruppe von Komponenten, die eine Stromzufuhr zu einer spezifischen Gruppe der Wicklungen steuert, als ein System definiert ist, einen Induktionsspannungsschätzabschnitt, der eine induzierte Spannung auf der Grundlage von Informationen schätzt, die für die Systeme gemeinsam sind, einschließlich eines Spannungswerts und eines Stromwerts, die durch den Aufhebungsprozess berechnet werden, und einen Magnetpolpositionsschätzabschnitt auf, der eine Magnetpolposition eines Rotors auf der Grundlage der geschätzten induzierten Spannung schätzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-98677 [0001]
JP 5527025 [0004, 0005, 0006, 0085]
JP 3411878 [0042]
JP 2014-138530 [0074]
JP 5527925 [0123]

Claims

Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine, wobei das Steuerungsgerät die rotierende Maschine steuert, die einen Stator mit einer Vielzahl von Gruppen von Drei-Phasen- oder mehr Mehr-Phasen-Wicklungen aufweist, um eine Stromzufuhr zu den Gruppen von Wicklungen durch Verwendung einer sensorlosen Positionssteuerung zu steuern, wobei das Steuerungsgerät aufweist: eine Vielzahl von Leistungswandlern, die empfangene elektrische Leistung in Wechselstromleistung umwandeln und die Wechselstromleistung der rotierenden Maschine zuführen, einen Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt, der eine auf eine Grundwellenkomponente überlagerte Oberschwingungskomponente durch einen Aufhebungsprozess in einem geschätzten rotierenden Koordinatensystem für eine Spannung und/oder einen Strom jedes Systems reduziert, wenn eine Einheit einer Gruppe von Komponenten, die eine Stromzufuhr zu einer spezifischen Gruppe der Wicklungen steuert, als ein System definiert ist, einen Induktionsspannungsschätzabschnitt, der eine induzierte Spannung auf der Grundlage von Informationen schätzt, die für die Systeme gemeinsam sind, einschließlich eines Spannungswerts und eines Stromwerts, die durch den Aufhebungsprozess berechnet werden, und einen Magnetpolpositionsschätzabschnitt, der eine Magnetpolposition eines Rotors der rotierenden Maschine auf der Grundlage der durch den Induktionsspannungsschätzabschnitt geschätzten induzierten Spannung schätzt.
Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine nach Anspruch 1, wobei der Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitt für den Aufhebungsprozess einen Spannungsaddierer, der Spannungsbefehlswerte in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem der Systeme addiert und/oder einen Stromaddierer aufweist, der Stromerfassungswerte in dem geschätzten rotierenden Koordinatensystem der Systeme addiert.
Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine nach Anspruch 1, wobei der Induktionsspannungsschätzabschnitt und der Magnetpolpositionsschätzabschnitt eine Schätzberechnung durch Verwendung der Drehzahl der rotierenden Maschine und, als Parameter der rotierenden Maschine, eines Widerstandswerts, einer Selbstinduktivität und einer Gegeninduktivität durchführen.
Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine nach Anspruch 3, weiterhin mit einen Parameteränderungsabschnitt, der einen Wert des Parameters der rotierenden Maschine in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der rotierenden Maschine ändert.
Steuerungsgerät für eine rotierende Maschine nach Anspruch 1, wobei das Steuerungsgerät eine Stromregelung durch Verwendung des Stroms durchführt, der dem Aufhebungsprozess des Oberschwingungskomponentenaufhebungsabschnitts unterzogen worden ist.