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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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In dem Stand der Technik wird bei einem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine, wenn ein Drehmoment oder eine Ausgabe der elektrischen Rotationsmaschine gesteuert wird, ein Strombefehlswert oder ein Spannungsbefehlswert, welcher für ein von der elektrischen Rotationsmaschine angefordertes Drehmoment oder eine Ausgabe optimal ist, bestimmt und eine Elektrizitätsmenge der elektrischen Rotationsmaschine wird von einer Steuervorrichtung der elektrischen Rotationsmaschine basierend auf dem bestimmten Strombefehlswert oder einen Spannungsbefehlswert gesteuert. Allerdings ist bekannt, dass der optimal Strombefehlswert oder Spannungsbefehlswert einen unterschiedlichen Wert in Abhängigkeit nicht nur von dem von der elektrischen Rotationsmaschine geforderten Drehmoment oder der Ausgabe sondern ebenso von einer Gleichstromspannung von einer Energiequelle und einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Rotationsmaschine annimmt.
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Indessen ist ein Verfahren zum theoretischen Bestimmen des Strombefehlswerts oder des Spannungsbefehlswerts unter Berücksichtigung der Gleichstromspannung und der Rotationsgeschwindigkeit bekannt. Allerdings ist das Verfahren kompliziert und es ist schwierig während einem Ausführen einer Steuerungsrückkopplungsschleife zu berechnen. Allerdings aufgrund von Beschränkungen für einen Speicher und einer Rechengeschwindigkeit einer Steuereinheit ist es schwierig zum Zweck eines Berechnens des benötigten Drehmoments oder einer Ausgabe Abbildungen zu erzeugen, welche einen Strombefehlswert oder einen Spannungsbefehlswert zugehörend zu einer Gleichstromspannung oder einer Rotationsgeschwindigkeit für alle Bedingungen angibt, diese Abbildungen auf dem Speicher der Steuereinheit zu speichern und Berechnungen in der Steuerungsrückkopplungsschleife zum Berechnen des Strombefehlswerts oder des Spannungsbefehlswerts sequenziell auszuführen.
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In Anbetracht der oben genannten Umstände wird in der
japanischen Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2004-80896 eine Vielzahl von Konversionsabbildungen, welche einen von der elektrischen Rotationsmaschine angefordertes Drehmoment oder eine Ausgabe angeben, vorbereitet, um zu Gleichstromspannungen oder Rotationsgeschwindigkeiten zu korrespondieren, und wird eine Interpolation dazwischen ausgeführt. Beispielsweise wird eine Interpolation zwischen Betriebspunkten eines Graphen einer Drehmomentrotationsgeschwindigkeitseigenschaft für eine Spannung Va und einem Graphen einer Drehmomentrotationsgeschwindigkeitseigenschaft für eine Spannung Vb (Va > Vb) zum Bestimmen eines Betriebspunkt für eine Spannung Vc (Va > Vc > Vb) ausgeführt.
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Ebenso wird in der
japanischen Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2015-201979 beschrieben, zu bestimmen, in Graphen von Drehmomentrotationsgeschwindigkeitseigenschaften, wenn es einen Betriebspunkt für die Spannung Va gibt, allerdings keinen Betriebspunkt für die Spannung Vb in Konversionsabbildungen gibt, eine Interpolation zwischen den Betriebspunkt, welcher bei der Spannung Va betreibbar ist, und einem Betriebspunkt für die Spannung Vb bei derselben Rotationsgeschwindigkeit mit einem Verhältnis zwischen den Spannungen ausgeführt wird, um einen Betriebspunkt für eine Spannung Vc beispielsweise zu bestimmen.
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Bei der oben beschriebenen
japanischen Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2004-80896 gibt es beim Ausführen der Interpolation zwischen den Spannungen keinen Wert, welcher in der Nähe einer konstanten Energieleitung zu Interpolieren ist, wobei es keine Änderung bei einem Wert gibt, oder in anderen solchen Regionen. Daher, wenn die Notwendigkeit besteht einen Befehlswert in der Nähe einer konstanten Energieleitung einzustellen, ist es unmöglich die Berechnung auszuführen. Darüber hinaus, um eine Korrektur in der Nähe der oben genannten konstanten Energieleitung genau auszuführen, ist eine große Anzahl von Drehmomentstrombefehlsabbildungen notwendig.
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Darüber hinaus wird bei der oben beschriebenen
japanischen Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 2015-20197 , wenn die Graphen einer Drehmomentrotationsgeschwindigkeitseigenschaft verwendet werden, dass Drehmoment reduziert, um die Rotationsgeschwindigkeit beizubehalten, und somit wird die Drehmomentgenauigkeit reduziert. Darüber hinaus, um die Drehmomentgenauigkeit nicht zu reduzieren, ist eine große Anzahl von Drehmomentstrombefehlsabbildungen notwendig.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und daher ist es eine Aufgabe ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine zu erhalten, mit welchem die elektrische Rotationsmaschine genau gesteuert werden kann, selbst in der Nähe einer konstanten Energieleistung, ohne eine große Anzahl von Abbildungen zu verwenden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine bereitgestellt, welches ausgebildet ist einen elektrischen Steuerbetrag an eine Energie-Umwandlungseinheit zuzuführen, welche ausgebildet ist eine Gleichstromspannung von einer Energiequelle in eine Betriebsspannung der elektrischen Rotationsmaschine entsprechend dem elektrischen Steuerbetrag umzuwandeln, wobei das Verfahren umfasst: Verwenden einer Konversionsabbildung, welche zum Berechnen des elektrischen Steuerbetrags basierend auf einer Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Rotationsmaschine bei einer bestimmten Gleichstromspannung der elektrischen Rotationsmaschine und eines benötigten Befehlswerts verwendet wird; und Berechnen des elektrischen Steuerbetrags entsprechend einem Verhältnis zwischen der bestimmten Gleichstromspannung und der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Rotationsmaschine bei dem Bestimmen des elektrischen Steuerbetrags entsprechend der Konversionsabbildung.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich die elektrische Rotationsmaschine zu steuern, selbst in der Nähe der konstanten Energieleistung, ohne eine große Anzahl von Abbildungen zu verwenden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist ein funktionales Blockdiagramm zum Darstellen einer schematischen Konfiguration eines Steuersystems einer elektrischen Rotationsmaschine, bei welchem ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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2 ist ein Graph zum Zeigen eines Beispiels einer Drehmomentstrombefehlsabbildung für eine Hochspannung, um den Stand der Technik zu beschreiben.
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3 ist ein Graph zum Zeigen eines Beispiels einer Drehmomentstrombefehlsabbildung für eine Niederspannung, um den Stand der Technik zu beschreiben.
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4 ist ein Graph zum Zeigen einer Berechnung eines Strombefehlswerts für eine Zwischenspannung, um den Stand der Technik zu beschreiben
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5 ist ein Graph zum Zeigen eines Beispiels einer Stromvektorortskurve für eine Niederspannung, um eine Beschreibung einer Drehmomentberechnung bei der Steuerung einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zu geben.
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6 ist ein Graph zum Zeigen eines Beispiels einer Stromvektorortskurve für eine Hochspannung, um eine Beschreibung der Drehmomentberechnung bei der Steuerung einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zu geben.
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7 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines elektrischen Steuerbetragskonverters, wenn eine Konversionsabbildung für eine bestimmte Spannung bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird
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8 an 8B sind Graphen zum Zeigen eines Verfahrens zum Berechnen eines elektrischen Steuerbefehlswerts bei der Steuerung einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines elektrischen Steuerbetragskonverters, wenn eine Konversionsabbildung für eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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10 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines elektrischen Steuerbetragskonverters, wenn Konversionsabbildungen für eine Vielzahl von bestimmten Gleichstromspannungen bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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11 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm für einen Fall, bei welchem das Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch einen Computer ausgeführt wird.
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12 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines elektrischen Steuerbetragskonverters, wenn Konversionsabbildungen für eine Vielzahl von bestimmten Rotationsgeschwindigkeiten bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Zuerst wird eine kurze Beschreibung eines Beispiels eines Interpolationsverfahrens bei der oben beschriebenen
japanischen Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2004-80896 gegeben. In
2 ist ein Beispiel einer Drehmomentstrombefehlsabbildung zum Zeigen eines Graphen einer Drehmomentrotationsgeschwindigkeitseigenschaft für eine Hochspannung Va gezeigt und in
3 ist ein Beispiel einer Drehmoments Strombefehlsabbildung für eine Niederspannung Vb (Va > Vb) gezeigt. In
4 ist eine Beziehung zwischen einem Drehmoment und einer Rotationsgeschwindigkeit für eine Zwischenspannung Vc, welche zwischen der Hochspannung Va und der Niederspannung Vb liegt, gezeigt. Um das Verständnis einer Beziehung zwischen
2,
3 und
4 zu vereinfachen, werden in den jeweiligen Figuren maximale Energieleitungen
202,
302 und
402 gezeigt. Für den Fall von
4, wenn ein d-Achsenkomponentenstrom Id und ein q-Achsenkomponentenstrom Iq eines Betriebspunkts
408 zu bestimmen sind, wird eine Interpolation zwischen Betriebspunkten bei den Graphen aus
2 und
3 ausgeführt, um den Betriebspunkt zu bestimmen.
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Ebenso wird in der oben beschriebenen
japanischen Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 2015-201979 ein Interpolationsverfahren beschrieben, falls es einen Betriebspunkt für die Hochspannung Va gibt, es allerdings keinen Betriebspunkt für die Niederspannung Vb bei den Konversionsabbildungen gibt. Beispielsweise wird eine Interpolation zwischen einem Betriebspunkt
409, welche bei der Hochspannung Va betreibbar ist, und einem Betriebspunkt
410 für die Niederspannung Vb bei derselben Rotationsgeschwindigkeit mit einem Verhältnis zwischen den Spannungen ausgeführt.
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Allerdings war es bei der oben beschriebenen
japanischen Patentoffenlegungsschrift mit der Nummer 2004-80896 unmöglich eine Berechnung auszuführen, wenn es notwendig ist einen Befehlswert in der Nähe der konstanten Energieleistung einzustellen. Daher war, um eine Korrektur in der Nähe der konstanten Energieleistung genauer auszuführen, eine große Anzahl von Drehmomentstrombefehlsabbildungen notwendig.
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Darüber hinaus wurde bei der oben beschriebenen
japanischen Patentveröffentlichungsschrift mit der Nummer 2015-201979 das Drehmoment reduziert, um dieselbe Rotationsgeschwindigkeit beizubehalten, und somit wurde die Drehmomentgenauigkeit reduziert. Darüber hinaus, um die Drehmomentgenauigkeit nicht zu reduzieren, war eine große Anzahl von Drehmomentstrombefehlsabbildungen notwendig.
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Ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Dieselben oder entsprechende Elemente werden durch dieselben oder entsprechende Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird ausgelassen.
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Erste Ausführungsform
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1 ist ein funktionales Blockdiagramm zum Darstellen einer schematischen Konfiguration eines Steuersystems einer elektrischen Rotationsmaschine, bei welcher ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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In 1 ist eine Energiequelle 3, welches eine Gleichstromenergiequelle ist, ausgebildet zum Zuführen von elektrischer Energie an eine Energieumwandlungseinheit 2.
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Die Energie-Umwandlungseinheit 2, welche aus einem Inverter oder etwas Ähnlichem gebildet ist, ist ausgebildet zum Umwandeln entsprechend einem elektrischen Steuerbefehlswert ECC, welcher einen elektrischen Steuerbetrag angibt, von einem elektrischen Steuerbetragskonverter 1, eine Gleichstromspannung V von der Energiequelle 3 in Phasenströme Iu, Iv und Iw einer U Phase, einer V Phase und einer W Phase jeweils, beispielsweise für den Fall einer elektrischen Dreiphasen-Rotationsmaschine.
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Ein Koordinatenkonverter 4 ist ausgebildet zum Umwandeln der Phasenströme Iu, Iv und Iw in einen d-Achsenkomponentenstrom Id und einen q-Achsenkomponentenstrom q. Eine elektrische Rotationsmaschine 5, welche beispielsweise aus einem Permanentmagnetmotor gebildet ist, wird entsprechend den Phasenströme Iu, Iv Iw von der Energie-Umwandlungseinheit 2 betrieben.
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Ein Rotationssensor (RS) 6, welcher aus einem Tachometer oder etwas Ähnlichem gebildet ist, ist ausgebildet zum Detektieren einer realen Rotationsgeschwindigkeit ωreal der elektrischen Rotationsmaschine 5.
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Der elektrische Steuerbetragskonverter 1 ist ausgebildet zum Übertragen des elektrischen Steuerbefehlswert ECC, welcher den elektrischen Steuerbetrag angibt, an die Energie-Umwandlungseinheit 2 entsprechend einem benötigten Befehlswert RCO, welcher ein Drehmoment oder eine Ausgabe der elektrischen Rotationsmaschine ist, von einem übergeordneten Niveau des Steuersystems, einer realen Gleichstromspannung Vreal der Energiequelle 3, des d-Achsenkomponentenstroms Id und des q-Achsenkomponentenstrom Iq von dem Koordinatenkonverter 4 und der realen Rotationsgeschwindigkeit ωreal der elektrischen Rotationsmaschine 5 von dem Rotationssensor (RS) 6.
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Darüber hinaus kann der elektrische Steuerbetragskonverter 1 und der Koordinatenkonverter 4 aus einem in 11 schematisch dargestellten Computer beispielsweise gebildet werden. Bei dem Computer 100 werden Eingaben und Ausgaben zu und von außerhalb des Computers 100 über eine Schnittstelle 101 ausgeführt. Beim Speicher 103, welcher eine Speichereinheit bildet, werden Programme zum Ausführen von verschiedenen Funktionen und Konversionsabbildungen, Gleichungen und für eine Verarbeitung benötigte Daten gespeichert. Ein Prozessor 102 ist ausgebildet zum Ausführen einer arithmetischen Verarbeitung an Signalen, welche über die Schnittstelle 101 eingegeben werden, entsprechend den verschiedenen Programmen, den Konversionsabbildungen, den Gleichungen und Daten, welche in dem Speicher 103 gespeichert sind, und zum Ausgeben von Verarbeitungsergebnissen über die Schnittstelle 101.
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Im Allgemeinen wird sich eine Rotationsgeschwindigkeit ω eines Motors, welcher die elektrische Rotationsmaschine 5 ist, mit der Zeit verändern und eine von der Energiequelle 3 an die Energie-Umwandlungseinheit 2 angelegte Gleichstromspannung V, welche aus dem Inverter oder etwas Ähnlichem gebildet ist, wird sich ebenso verändern. Darüber hinaus ist es denkbar, dass ein Drehmoment oder eine Ausgabe, welche der benötigte Befehlswert RCO an die elektrische Rotationsmaschine 5 ist, sich ebenso basierend auf einem Befehl von dem übergeordneten Niveau einer Steuerung verändern.
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Wie oben beschrieben verändern sich die Gleichstromspannung V, die Rotationsgeschwindigkeit ω und der benötigte Befehlswert RCO sequenziell. Daher führt eine geeignete Bestimmung des zu der Gleichstromspannung V zugehörigen elektrischen Steuerbefehlswerts ECC, der Rotationsgeschwindigkeit ω und des benötigten Befehlswerts RCO zu dem Zeitpunkt zu einer erhöhten Betriebsgenauigkeit und Effizienz der elektrischen Rotationsmaschine 5.
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Die Energie-Umwandlungseinheit 2 ist ausgebildet, um wie folgt zu arbeiten, wenn der elektrische Strom durch die Energie-Umwandlungseinheit 2 entsprechend dem elektrischen Steuerbefehlswert ECC gesteuert wird. Die Energie-Umwandlungseinheit 2 wandelt die Gleichstromspannung V in einer Wechselstromspannung durch eine Pulsweitenmodulation (PWM), eine Pulsamplitudenmodulation (P) oder etwas Ähnliches um. Dann steuert die Energie-Umwandlungseinheit 2 den elektrischen Strom beispielsweise durch Umwandeln, wenn der elektrische Steuerbefehlswert ECC ein Strombefehlswert ist, des Strombefehlswerts in einen Spannungsbefehlswert, welcher bei der Energie-Umwandlungseinheit 2 benötigt wird, oder steuert den elektrischen Strom basierend auf dem Spannungsbefehlswert, wenn der elektrische Strombefehlswert ECC der Spannungsbefehlswert ist. Darüber hinaus wird eine für eine Rückkopplung bei einer Proportional-Integral-Differenzial (PID) Steuereinheit benötigte Konstante ebenso verwendet.
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Daher, um zu beschreiben, wie die vorliegende Erfindung angewendet wird, wenn ein geeigneter elektrischer Steuerbefehlswert ECC bestimmt wird, falls ein benötigter Befehlswert RCO ein Drehmoment T ist, wird nachfolgend beschrieben, um das Verständnis des elektrischen Steuerbetragskonverters 1 zu vereinfachen, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, welches in 1 dargestellt ist. Wenn der benötigte Befehlswert RCO eine Ausgabe ONT ist, kann die Ausgabe ONT als äquivalent zu einem durch Multiplizieren des Drehmoments T mit der Rotationsgeschwindigkeit ω erhaltenen Wert betrachtet werden.
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Ein Verfahren zum Bestimmen des Strombefehlswerts in Abhängigkeit von dem benötigten Drehmoment wird beschrieben. In Abhängigkeit von Eigenschaften des Motors, welcher die Elektrische Rotationsmaschine 5 ist,
d-Achsenkomponenten-Induktivität Ld,
q-Achsenkomponentenstrom-Induktivität Lq,
effektiver Wert φa einer Ankerflussverbindung von Permanentmagneten und
eine Anzahl Pn von Polpaaren
unterschiedlich sind und der Strombefehlswert in Abhängigkeit von dem benötigten Drehmoment unterschiedlich ist.
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Ein Drehmoment T wird durch die nachfolgende Gleichung bestimmt: T = Pn{φa·Iq + (Ld – Lq)Id·Iq} (1).
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In der Gleichung stellt
- Id
- den d-Achsenkomponentenstrom,
- Iq
- den q-Achsenkomponentenstrom,
- φa
- einen konstanten Wert, welcher ein durch die Permanentmagneten und deren Anordnung bespielsweise bestimmter fester Wert ist, und
- Pn
- einen durch ein Design unter Verwendung der Magneten bestimmten festen Wert dar.
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Darüber hinaus sind Ld und Lq unterschiedlich, in Abhängigkeit von Werten von Id und Iq. Daher werden Ld und Lq durch Simulieren einer Magnetanordnung und etwas Ähnlichem und Bestimmen einer magnetischen Analyse unter Verwendung eines Finite-Elemente-Verfahrens (FEM) als Abbildungen durch eine Simulation oder ein Experiment bestimmt. Beispielsweise, um Ld und Lq durch ein Experiment zu bestimmen, wird tatsächlich veranlasst, dass der Motor rotiert, und werden eine d-Achsenspannung Vd und eine q-Achsenspannung Vq gemessen, welche jeweils zu Id und Iq gehören.
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Aus der Spannungsgleichung werden die nachfolgenden Gleichungen erfüllt: Vd = Ra·Id – ω·Lq·Iq; and
Vq = Ra·Iq + ω·Ld·Id + ω·φa (2).
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Daher können Ld und Lq, welche jeweils zu Id und Iq gehören, basierend auf einer getrennt bestimmten Rotationsgeschwindigkeit ω und einem Widerstandswert R a der elektrischen Rotationsmaschine 5 bestimmt werden.
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Basierend auf der d-Achsenkomponenten-Induktivität Ld und der q-Achsenkomponenten-Induktivität Lq und der Gleichung (1), welche oben beschrieben wurde, kann ein zu dem d-Achsenkomponentenstrom Id und dem q-Achsenkomponentenstrom Iq gehöriges Drehmoment T berechnet werden. Beispiele davon sind in 5 und 6 gezeigt. In 5 ist ein Beispiel einer Stromvektorortskurve für eine Niederspannung gezeigt und in 6 ist ein Beispiel einer Stromvektorortskurve für eine Hochspannung gezeigt. In 5 und 6 geben die horizontalen Achsen den d-Achsenkomponentenstrom Id an und die vertikalen Achsen den q-Achsenkomponentenstrom Iq an. Dann, wenn ein zu den Id und Iq Befehlswert gehöriges Drehmoment T basierend auf der Gleichung (1) berechnet sind, können Linien mit demselben Drehmoment T gezeichnet werden und wird eine konstante Drehmomentslinie 504, 604 als ein Beispiel gezeichnet. Für die nachfolgende Beschreibung wird auf der mit Id und Iq gezeichneten Stromvektorortskurve eine konstante induzierte Spannungsellipse 502, 602 gezeichnet. Eine „induzierte Spannung“ bezeichnet eine Spannung, welche erzeugt wird, wenn eine Flussdichte einer Spule sich mit der Zeit ändert, da durch die sich mit Bezug zu der Spule rotierende Magneten magnetische Flüsse erzeugen, wenn der Motor rotiert. Die konstante induzierte Spannungsellipse 502, 602 gibt einen Grenzwert an, oberhalb welchem mit der Erzeugung der induzierten Spannung ein erwarteter Strom nicht zugelassen ist, gegen die induzierte Spannung zu fließen, selbst wenn eine Spannung zwischen Leitungen des Motors angelegt wird. Insbesondere bedeutet dies, dass Punkte, bei welchen der Strom mit der Steuervorrichtung steuerbar ist, nur innerhalb der konstanten induzierten Spannungsellipse 502, 602 liegen, welche auf der in jeweils der 5 und der 6 gezeichneten Stromvektorortskurve gezeichnet ist.
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Nun wird die konstante induzierte Spannungsellipse wie folgt ausgedrückt: (Ld·Id + φa)2 + (Lq·Iq)2 = (V/ω)2 (3).
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Basierend auf der obigen Gleichung wird eine Größe proportional zu Gleichstromspannung V/Rotationsgeschwindigkeit ω geändert.
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Darüber hinaus, wenn die konstante induzierte Spannungsellipse vernachlässigt wird, ist ein Punkt mit dem minimalen Strom 505, 506. Allerdings, wenn die konstante induzierte Spannungsellipse berücksichtigt wird, kann für den Fall aus 5 der Punkt 505 kein Betriebspunkt sein und somit wird die konstante Drehmomentkurve nachverfolgt, um einen optimalen Betriebspunkt auf den Punkt 506 zu verschieben. Indessen ist für den Fall aus 6 der optimale Betriebspunkt 605, bei welchem der Motor bei der minimalen Strombedingung arbeitet, innerhalb der konstanten induzierten Spannungsellipse positioniert und somit besteht keine Notwendigkeit den Punkt 606 als den optimalen Betriebspunkt einzustellen. Falls der Betriebspunkt bei der minimalen Strombedingung innerhalb der konstanten induzierten Spannungsellipse liegt, wie in 6, wird dieser Fall als „direkte Region“ bezeichnet und der Fall, wobei der Betriebspunkt nicht unter der minimalen Strombedingung liegt, wie in 5, wird als „abschwächende Region“ bezeichnet.
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Wenn die Gleichstromspannung V geändert wird, wird die Größe der oben beschriebenen konstanten induzierten Spannungsellipse verändert. Daher verändern sich die direkte Region und die abschwächende Region der Strombefehlsabbildungen in 2 und 3 und die Linie bei einem Verhältnis zwischen der Gleichstromspannung V und der Rotationsgeschwindigkeit ω ändert sich.
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7 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels des elektrischen Strombetragskonverters 1, wenn eine Konversionsabbildung für eine bestimmte Gleichstromspannung (Vα) bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein elektrischer Strombetragskonverter 1a, welche als ein Konversionsblock in 7 dargestellt ist, ist ausgebildet zum Verwenden einer in dem Speicher 103 gespeicherten Konversionsabbildung und die Konversionsabbildung ist eine Konfessionsabbildung mit der die Rotationsgeschwindigkeit ω zeichenangebenden horizontalen Achse und der das benötigte Drehmoment (T) angebenden vertikalen Achse für die bestimmte Gleichstromspannung Vα.
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Als ein Verfahren zum Erzeugen einer Konversionsabbildung für eine bestimmte Spannung kann eine mögliches Drehmoment, welches zum Betreiben mit dem minimalen Strom geeignet ist, durch Mapping basierend auf den Gleichungen (1) und (3) oder durch tatsächliches Betreiben der elektrischen Rotationsmaschine bestimmt werden. Darüber hinaus wird die Rotationsgeschwindigkeit ω auf der horizontalen Achse mit der bestimmten Gleichstromspannung Vα normalisiert, allerdings kann die Rotationsgeschwindigkeit ω durch die bestimmte Gleichstromspannung Vα bei der Berechnung ohne Normalisierung geteilt werden.
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In 7 ist der elektrische Steuerbetragskonverter 1a ausgebildet, um als eine Eingabe an den Drehmoment T* als den benötigten Befehlswert RCO, die reale Gleichstromspannung Vreal von der Energiequelle 3 und die reale Rotationsgeschwindigkeit ωreal der elektrischen Rotationsmaschine 5 von dem Rotationssensor 6 zu erhalten und als den elektrischen Steuerbefehlswert ECC, welche den elektrischen Steuerbetrag angibt, Befehlswerte des d-Achsenkomponentenstroms und des q-Achsenkomponentenstroms bei der realen Gleichstromspannung Vreal auszugeben.
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8A und 8B sind Graphen zum Zeigen eines Verfahrens zum Berechnen eines elektrischen Steuerbefehlswerts bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8A ist ein durch Dividieren der Rotationsgeschwindigkeit ω durch die bestimmte Gleichstromspannung Vα erhaltener normalisierter Graph. Dieser Fall ist ein Verfahren zum Bestimmen, wie durch einen Punkt 801 angegeben, eines elektrischen Steuerbefehlswerts (elektrischer Steuerbetrag) ECC aus der ursprünglichen Abbildung, wobei der elektrische Steuerbefehlwert ECC derselbe Wert wie ein durch Dividieren der realen Rotationsgeschwindigkeit ωreal der elektrischen Rotationsmaschine durch die Gleichstromspannung Vreal der elektrischen Rotationsmaschine erhaltener Wert, wie durch ω/Vα dargestellt, ist.
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In 8B wird ein Verfahren zum Bestimmen, wie durch einen Punkt 802 angegeben, eines elektrischen Steuerbefehlswerts ECC, bei welchem Vα·ωreal/Vreal denselben Wert wie ω annimmt, aus der ursprünglichen Abbildung durch Verwenden der horizontalen Linie, welche die Rotationsgeschwindigkeit ω, die reale Gleichstromspannung Vreal der elektrischen Rotationsmaschine, die reale Rotationsgeschwindigkeit ωreal und die bestimmte Gleichstromspannung Vα angibt, welche verwendet wird, wenn die Konversionsabbildung erzeugt wird, gezeigt.
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Wie oben beschrieben, kann das auf der vertikalen Achse verwendete benötigte Drehmoment T eine durch Multiplizieren des benötigten Drehmoments T mit der Rotationsgeschwindigkeit ω erhaltene Ausgabe sein. Darüber hinaus werden die Strombefehlswert Id und Iq in diesem Beispiel berechnet, allerdings können Id und Iq in Spannungsbefehlswerte Vd und Vq unter Verwendung der Gleichungen (2) umgewandelt werden.
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Darüber hinaus ist eine Austauschen der Gleichstromspannung V und der Rotationsgeschwindigkeit ω erhaltene Beziehung ebenso erfüllt, wie in einem Konversionsblock in 9. 9 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels des elektrischen Strombetragskonverters 1, wenn eine Konversionsabbildung für eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit (ωα) bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein elektrischer Steuerbetragskonverter 1b, welcher als der Konversionsblock in 9 dargestellt ist, ist ausgebildet zum Empfangen als eine Eingabe des Drehmoments T* als den benötigten Befehlswert RCO, der realen Gleichstromspannung Vreal von der Energiequelle 3 und der realen Rotationsgeschwindigkeit ωreal der elektrischen Rotationsmaschine 5 von dem Rotationssensor 6 und zum Ausgeben als die in den elektrischen Steuerbetrag angebenden elektrischen Steuerbefehlswerts ECC von Befehlswerten des d-Achsenkomponentenstroms und q-Achsenkomponentenstroms und bei der realen Rotationsgeschwindigkeit ωreal.
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Die obige Beschreibung wurde für die Fälle gegeben, wobei angenommen wird, dass der Widerstandswert Ra der elektrischen Rotationsmaschine sehr klein ist und somit vernachlässigbar ist. Allerdings, wenn der elektrische Steuerbefehlswert ECC, welcher der elektrische Steuerbetrag ist, in Genauigkeit zu verbessern ist, muss der Widerstandswert Ra der elektrischen Rotationsmaschine berücksichtigt werden. Um zu überprüfen, wie der Widerstandswert Ra der elektrischen Rotationsmaschine die Spannung beeinflusst, wird eine Spannung der Nutzungsrate m einer Gleichstromspannung Vdc, welche zu der Gleichstromspannung V gehört, wie folgt wiedergegeben.
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Bei den Gleichungen (4) ist das oben genannte ω/Vdc konstant und somit beeinflusst Ra die Ströme Id und Iq umgekehrt zu Vdc.
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Wie oben beschrieben kann unter Berücksichtigung des Widerstandswert Ra der elektrischen Rotationsmaschine eine Vielzahl von Widerstandswerten Ra bei unterschiedlichen Gleichstromspannungen berücksichtigenden Konversionsabbildungen vorbereitet werden.
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Darüber hinaus, wie oben beschrieben, beeinflusst Vdc die Ströme Id und Iq umgekehrt proportional und somit kann der Strombefehl durch Ausführen einer Interpolation zwischen umgekehrten Werten der Gleichstromspannungen des Strombefehls bestimmt werden.
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Ein bestimmtes Beispiel wird in 10 dargestellt. 10 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels des elektrischen Steuerbetragskonverters 1, wenn Konversionsabbildungen für eine Vielzahl von bestimmten Gleichstromspannungen bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein elektrischer Steuerbetragskonverter 1c, dargestellt in 10, ist ausgebildet zum Verwenden von 2 Konversionsabbildungen, welche als die 2 Konversionsblöcke 1c1 und 1c2 dargestellt sind, und durch Normalisieren der Rotationsgeschwindigkeit ω mit dem bestimmten Gleichstromspannungen V = Vα und Vβ 2 bestimmte Gleichstromspannungen und somit werden Kα und Kβ wie folgt wiedergegeben: Kα = (1/Vreal – 1/Vβ)/(1/Vα – 1/Vβ); and
Kβ = 1 – (1/Vreal – 1/Vβ)/(1/Vα – 1/Vβ) (5).
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Bei der Gleichung stellt Vreal die reale Gleichstromspannung der elektrischen Rotationsmaschine dar und Vα und Vβ stellen bestimmte Gleichstromspannungen dar, wenn die Gleichstromspannung V = Vα und Vβ jeweils ist. Darüber hinaus werden die zu den bestimmten Gleichstromspannungen Vα und Vβ gehörigen Konversionsabbildungen jeweils in den Konversionsblöcken 1c1 und 1c2 verwendet.
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Darüber hinaus, um die Gleichungen (5) zu vereinfachen, wenn angenommen wird, dass Vβ unendlich ist, das heißt der Widerstandswert der elektrischen Rotationsmaschine gleich 0Ω ist, können die Gleichungen (5) wie folgt umgeschrieben werden: Kα = Vα/Vreal; and
Kβ = 1 – Vα/Vreal (6).
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Die Gleichungen (5) werden verwendet, wenn eine detaillierte Anpassung jeweils auf die bestimmten Gleichstromspannungen Vα und Vβ ausgeführt wird, und die Gleichungen (6) können verwendet werden, wenn der Strombefehlswert im Wesentlichen mit einem theoretischen Ausdruck und etwas Ähnlichem berechnet wurde. Auf diese Weise können Id und Iq Strombefehlswerte, welche optimale elektrische Steuerbefehlswerte ECC sind, welche zu dem benötigten Drehmoment T gehören, berechnet werden.
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Die jeweils von den Verstärkungseinheiten 1c3 und 1c4 ausgegebenen Befehlswerte werden zusammen in eine Additionseinheit 1c5 zum Ausgeben addiert.
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In 10 ist das Beispiel dargestellt, bei welchem die Konversionsabbildungen für die bestimmten Gleichstromspannungen in 7 verwendet werden. Allerdings, selbst wenn die Konversionsabbildung für die bestimmte Rotationsgeschwindigkeit in 9 verwendet wird, kann eine Vielzahl der Konversionsabbildungen verwendet werden, um einen elektrischen Steuerbetragskonverter zu bilden, wie in 12 dargestellt.
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Ein bestimmtes Beispiel wird in 12 dargestellt. 12 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels des elektrischen Steuerbetragskonverters 1, wenn Konversionsabbildungen für eine Vielzahl von bestimmten Rotationsgeschwindigkeiten bei dem Verfahren zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein elektrischer Steuerbetragskonverter 1d, dargestellt in 12, ist ausgebildet zum Verwenden von 2 Konversionsabbildungen, welche als 2 Konversionsblöcke 1d1 und 1d2 dargestellt sind, und durch Normalisieren der Gleichstromspannung V mit den bestimmten Rotationsgeschwindigkeit ω = ωα und ωβ für 2 bestimmte Rotationsgeschwindigkeit erhalten sind. Eine Berechnung einer Verstärkung Kα und einer Verstärkung Kβ bei Verstärkungseinheiten 1d3 und 1d4 wird nachfolgend beschrieben.
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Basierend auf der Gleichung (3) ist die Rotationsgeschwindigkeit ω ein umgekehrter Wert der Gleichstromspannung V. Daher, im Gegensatz zu dem Beispiel in 10, besteht keine Notwendigkeit eine Interpolation zwischen den umgekehrten Werten auszuführen und somit werden Kα und Kβ wie folgt wiedergegeben: Kα = (ωreal – ωβ)/(ωα – ωβ); and
Kβ = (ωα – ωreal)/(ωα – ωβ) (7).
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Bei der Gleichung stellt ωreal die reale Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Rotationsmaschine dar und stellen ωα und ωβ bestimmte Rotationsgeschwindigkeiten dar, wenn die Rotationsgeschwindigkeit jeweils ω = ωα und ωβ ist. Darüber hinaus werden die zu den jeweiligen Rotationsgeschwindigkeiten ωα und ωβ gehörigen Konversionsabbildungen bei den Konversionsblöcken 1d1 und 1d2 jeweils verwendet.
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Die jeweils von den Verstärkungseinheiten 1d3 und 1d4 ausgegebenen Befehlswerte werden in einer Additionseinheit 1d5 zum Ausgeben auf addiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2004-80896 [0004, 0006, 0023, 0025]
- JP 2015-201979 [0005, 0024, 0026]
- JP 2015-20197 [0007]
