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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Steuervorrichtungen von rotierenden elektrischen Maschinen und insbesondere auf eine Steuervorrichtung einer Wechselstrom (AC) rotierende elektrische Maschine mit einer Ankerwicklung und einer Feldwicklung, die hauptsächlich an einem Fahrzeug befestigt ist, mit einem Verbrennungsmotor und einer Batterie verbunden ist, als Elektromotor betrieben wird, der den Verbrennungsmotor startet und unterstützt, und auch als Elektromotor betrieben wird, der die Batterie auflädt.
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BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
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In den letzten Jahren wurden die Entwicklungen und praktischen Anwendungen eines Fahrzeugs, eines so genannten Hybridfahrzeugs, das mit einem Motor und einer anderen Energiequelle ausgestattet ist, z.B. einer rotierenden elektrischen Maschine, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern und/oder aus Umweltschutz Gründen, vorangetrieben. In einem solchen Fahrzeug ist eine getrennte Verwendung des Motors entsprechend eines Betriebszustands und der anderen Energiequelle sowie eine geeignete Zuordnung erforderlich.
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Um beispielsweise unnötigen Kraftstoffverbrauch durch Leerlauf des Motors zu vermeiden, wurde in vielen Fahrzeugen ein Leerlaufstopp eingeführt. Der Leerlauf stopp ist so ausgelegt, dass die rotierende elektrische Maschine einen Verbrennungsmotor im Falle der Erkennung einer Startabsicht eines Fahrers wieder startet, z.B. wenn der Verbrennungsmotor gestoppt wird, wenn das Fahrzeug aufgrund von Ampeln, Verkehrsstörungen o.ä. stoppt und dann ein Hebel betätigt und/oder eine Bremse gelöst wird.
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Da die an dem Fahrzeug befestigte rotierende elektrische Maschine mit dem Motor verbunden ist und in einem Zustand betrieben wird, in dem Drehmoment übertragen und empfangen werden kann, ist auch die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine aufgrund von Drehzahlschwankungen des Motors stark schwankend und ein erforderlicher Betriebsdrehzahlbereich ist ebenfalls groß. So handelt es sich nicht um eine rotierende elektrische Maschine mit Dauermagnet, in der Magneten in einen Rotor integriert sind, sondern eine rotierende elektrische Maschine mit Feldwicklung hat sich weithin durchgesetzt, die eine leichte Steuerung der induzierten Spannung in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit ermöglicht.
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Um den vorher genannten Leerlaufstopp zu bewältigen, muss die rotierende elektrische Maschine ein großes Drehmoment zum Zeitpunkt der niedrigen Drehzahl abgeben, bei dem der Wiederanlauf des Verbrennungsmotors erforderlich ist, und eine Leistungssteigerung wird durch Anheben einer Batteriespannung, die als Stromversorgung dient, auf eine höhere Spannung erreicht.
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Für die Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine mit Feldwicklung ist ein Verfahren bekannt, das z.B. in Patentdokument 1 beschrieben ist, bei dem ein Temperaturanstieg unterdrückt wird und eine übermäßige Unterdrückung des Stroms der Stromerzeugung verhindert wird, um einen normalen Stromerzeugungsbereich zu vergrößern, indem die Strommenge für die Feldrotorwicklung in Abhängigkeit von der Temperatur einer Stromrichtereinheit oder dergleichen und der Drehzahl geregelt wird.
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Patentdokument 1: JP-A-2012-223073
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Allerdings ist die Induktivität in einer Feldwicklung, wie im Patentdokument 1, größer als die Induktivität in einer Ankerwicklung, wenn die Feldstromregelung durch ein einzelnes Schaltelement erfolgt; und dementsprechend ist die Steuerungsreaktionsfähigkeit niedrig, und es muss gewartet werden, bis der Feldstrom, der in der Feldwicklung fließt, zu einem gewissen Grad abnimmt, sodass unbeabsichtigte Energieerzeugung, Fahrbetrieb und/oder schnelle Drehmomentänderung aufgrund des magnetischen Restflusses der Feldwicklung zum Zeitpunkt der Betriebsumschaltung nicht erzeugt wird, z.B. von der Energieerzeugung auf Antrieb und/oder von Antrieb auf die Energieerzeugung in der rotierenden elektrischen Maschine.
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Darüber hinaus kann der Strom der Feldwicklung nicht bei hoher Geschwindigkeit unterbrochen werden; und dementsprechend wird bei einer abnormalen Spannungsschwankung, wie z.B. einer Spannungspitze nach Lastabwurf, die Stromerzeugung aufgrund des magnetischen Restflusses der Feldwicklung und der Motordrehzahl fortgesetzt, und es ist wahrscheinlich, dass eine Batterie und/oder andere elektrische Verbraucher beschädigt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um das vorher genannte Problem zu lösen und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine zu erhalten, bei der die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms einer Feldwicklung beliebig geregelt werden kann, und als Ergebnis es nicht notwendig ist, zu warten, bis der Strom, der durch die Feldwicklung fließt, zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs abgenommen hat, z.B. vom Wechsel von Stromerzeugung zu Antrieb und/oder von Antrieb auf Stromerzeugung der rotierenden elektrischen Maschine, wodurch Umschalten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer Ankerwicklung und einer Feldwicklung zur Verfügung gestellt, wobei die Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine umfasst: eine Brückenschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie Schaltelemente auf einem Arm der positiven Polseite und Schaltelemente auf einem Arm der negativen Polseite umfasst, und um Wechselstrom, der als Ausgang der Ankerwicklung dient, in Gleichstrom umzuwandeln; eine Feldschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Stromleitungssteuerung der Feldwicklung unter Verwendung von Feldschaltelementen durchführt; und eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Brückenschaltungs-Steuerabschnitt und einen Feldschaltungs-Steuerabschnitt umfasst, die ein EIN und AUS der Schaltelemente der Brückenschaltung und der Feldschaltung steuern. Die Feldschaltung umfasst: ein Feldschaltelement auf der positiven Polseite, das konfiguriert ist, eine PWM-Steuerung des Feldstroms durchzuführen, der in der Feldwicklung fließt; und ein Feldschaltelement auf der negativen Polseite, das konfiguriert ist, den Feldstrom zu unterbrechen, der in der Feldwicklung fließt. Der Feldschaltungs-Steuerabschnitt der Steuereinheit umfasst: einen Feldstrom-Erfassungsblock, der konfiguriert ist, einen Feldstromwert aus Betriebszustandsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine zu erfassen; einen Feldstromsteuerungs-Berechnungsblock, der konfiguriert ist, einen Feldstrom-Sollwert der Feldschaltung aus dem Ausgang des Feldstrom-Erfassungsblocks und dem Solldrehmoment zu berechnen; einen Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock, der konfiguriert ist, einen Bestimmungswert auszugeben, ob eine Hochgeschwindigkeits-Unterbrechung des Feldstroms von der Ausgabe des Feldstrom-Erfassungsblocks und der Ausgabe des Feldstrom-Steuerungs-Berechnungsblocks erforderlich ist oder nicht; einen Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks, der konfiguriert ist, die Geschwindigkeit zu berechnen, die für die Unterbrechung des Feldstroms aus dem Ausgang des Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock erforderlich ist, und die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms als Reaktion auf ein Berechnungsergebnis davon zu steuern; und einen Feld-Gate-Steuerblock, der konfiguriert ist, Betriebssignale eines oberen (positive Polseite) Gates und eines unteren (negative Polseite) Gates der Feldschaltung als Reaktion auf den Ausgang des Feldstromsteuerungs-Berechnungsblocks und den Ausgang des Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks auszugeben. Der Feldstrom, der in der Feldwicklung fließt, durch Ausschalten der positiven und negativen polseitigen Schaltelemente der Feldwicklung als Reaktion auf die Ausgabe des Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblocks unterbrochen wird; und die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms, der in der Feldwicklung fließt, durch intermittierendes Antreiben des negativen polseitigen Schaltelements gesteuert wird.
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Gemäß der Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung, kann die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms einer Feldwicklung beliebig geregelt werden, wodurch es nicht notwendig ist zu warten bis der Strom, der durch die Feldwicklung fließt, zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs abgenommen hat, z.B. vom Wechsel von Stromerzeugung zu Antrieb und/oder von Antrieb auf Stromerzeugung der rotierenden elektrischen Maschine und dadurch wird Umschalten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht.
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Darüber hinaus, wenn es sich um eine schnelle Änderung handelt, wie z.B. eine Drehmomentabgabe und/oder eine Drehmomentdifferenz, die bei einer Unterbrechung des Feldstroms mit hoher Geschwindigkeit im Falle einer Betriebsumschaltung der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt werden, ist es möglich, die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms auf der Basis eines Drehmomentsollwertes von außen zu verändern, wodurch ein sanftes Umschalten des Betriebes in einem System wie der Bremskoordinationssteuerung möglich wird, bei dem die Drehmomentdifferenz direkt auf einen Fahrer Einfluss nehmen kann.
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Darüber hinaus kann auch bei einer abnormalen Spannungsschwankung, wie z.B. einer Spannungspitze nach Lastabwurf, der magnetische Restfluss der Feldwicklung mit hoher Geschwindigkeit reduziert werden, wodurch eine Beschädigung einer Batterie und/oder anderer elektrischer Verbraucher verhindert werden kann.
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Die vorher genannten und andere Ziele, Merkmale und vorteilhaften Effekte der vorliegenden Erfindung werden durch eine detaillierte Beschreibung in den folgenden Ausführungsbeispielen und durch eine Beschreibung in den begleitenden Zeichnungen verdeutlicht.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
- 3 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details einer Steuereinheit 210 der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 4 zeigt eine Wellenform, die einen Zustand bei dem ein unbeabsichtigt hohes Stromerzeugungs-Drehmoment erzeugt wird in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 5 zeigt einen Ablaufplan, der den Betrieb eines Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 6 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details eines Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 7 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details eines Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 8 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details eines Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 9 zeigt ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel der Hardware einer Steuereinheit zeigt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Im Übrigen stellen die gleichen Bezugsziffern wie in den jeweiligen Zeichnungen identische oder entsprechende Elemente dar.
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Ausführungsbeispiel 1.
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1 zeigt ein Konzeptdiagramm der gesamten Systemkonfiguration einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in 1 ist ein Verbrennungsmotor 101 mit einer rotierenden elektrischen Maschine 102 über eine Kraftübertragung 104 wie z.B. einen Riemen verbunden; und die in der rotierenden elektrischen Maschine 102 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 101 erzeugte Wechselspannung wird von einem Stromrichter (nicht in der Zeichnung dargestellt) in AC/DC umgewandelt, um elektrische Energie an eine Gleichstromvorrichtung (nicht in der Zeichnung dargestellt) zu liefern und die elektrische Energie in eine Batterie 103 (auch als Kondensator in der Zeichnung bezeichnet) zu laden. Andererseits wird die elektrische Energie der Batterie (Kondensator) 103 während eines gestoppten Verbrennungsmotors 101 durch einen Leerlaufstopp oder dergleichen, in Rotationsenergie durch den Stromrichter (nicht in der Zeichnung dargestellt) der rotierenden elektrischen Maschine 102 umgewandelt, um den Verbrennungsmotor 101 wieder zu starten.
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2 zeigt ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In 2 bildet eine Energieumwandlungsvorrichtung 110 und eine rotierende Maschineneinheit 200 die rotierende elektrische Maschine 102; und die Energieumwandlungsvorrichtung 110 umfasst eine Brückenschaltung 220, eine Feldschaltung 230 und eine Steuereinheit 210 die eine AN/AUS-Steuerung oder dergleichen der Schaltelemente durchführt.
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Die Brückenschaltung 220 umfasst: dreiphasige obere (positive Polseite) Armschaltelemente 223a, 223b, 223c, die jeweils eine parasitäre Diode umfassen und dreiphasige untere (negative Polseite) Armschaltelemente 224a, 224b, 224c, die jeweils auf ähnliche Weise eine parasitäre Diode umfassen. Nachfolgend entfallen die Suffixe „a“ bis „c“ wenn die Schaltelemente generisch bezeichnet werden.
Außerdem sind die dreiphasigen oberen Armschaltelemente 223 mit einem B-Pol des Plus-Versorgungseingangs der Batterie (Kondensator) 103 und jeweils mit den Polen der U-, V- und W-Phasen einer dreiphasigen Ankerwicklung 201 der rotierenden elektrischen Maschine 200 verbunden; und die dreiphasigen unteren Armschaltelemente 224 sind mit einem GND-Pol, der als Erdungseingang der Batterie (Kondensator) 103 dient, und jeweils den Polen der U-, V- und W-Phasen der dreiphasigen Ankerwicklung 201 verbunden.
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Die Feldschaltung 230 umfasst: ein Feldschaltelement auf der positiven Polseite 231, um PWM-Steuerung des Feldstroms durchzuführen, der in die Feldwicklung 202 fließt; eine Freilaufdiode 232, die in Reihe mit dem Schaltelement 231 geschaltet ist; ein Feldschaltelement auf der negativen Polseite 233, zur Unterbrechung des Feldstroms, der in die Feldwicklung 202 fließt, mit einer hohen Geschwindigkeit; und eine Freilaufdiode 234 die mit dem Schaltelement 233 in Reihe geschaltet ist.
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Im Übrigen, obwohl in 2 die dreiphasige Feldwicklungstyp rotierende elektrische Maschine zeigt, bei der die rotierende Maschine 200 die dreiphasige Ankerwicklung 201 und die Feldwicklung 202 aufweist, können ein Wicklungssystem und die Anzahl der Phasen unterschiedlich sein. Außerdem, obwohl eine rotierende elektrische Maschine 102 in integrierten Bauart dargestellt wird, in der die Energieumwandlungsvorrichtung 110 und die rotierende Maschineneinheit 200 integriert sind, kann die rotierende elektrische Maschine 102 eine separierte Bauart aufweisen, in der die Energieumwandlungsvorrichtung 110 und die rotierenden Maschineneinheit 200 physisch getrennt sind.
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3 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details der Steuereinheit 210 der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Steuereinheit 210 in 3 umfasst: einen Brückenschaltungs-Steuerabschnitt 310, der die Brückenschaltung 220 der dreiphasigen Ankerwicklung 201 der rotierenden elektrischen Maschine steuert; einen Gate-Treiber 320; einen Feldschaltungs-Steuerabschnitt 330, der die Feldschaltung 230 der Feldwicklung 202 der rotierenden elektrischen Maschine steuert; und einen Gate-Treiber 340. Der Feldschaltungs-Steuerabschnitt 330 umfasst ferner: einen Feldstrom-Erfassungsblock 331, der einen Feldstromwert aus Betriebszustandsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine erfasst; ein Feldstromsteuerungs-Berechnungsblock 332, der einen Steuerwert der Feldschaltung 230 aus der Ausgabe des Feldstrom-Erfassungsblocks 331 und Solldrehmoment berechnet; einen Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock 333, der einen Bestimmungswert ausgibt, ob eine Hochgeschwindigkeits-Unterbrechung des Feldstroms von der Ausgabe des Feldstrom-Erfassungsblocks 331 und der Ausgabe des Feldstrom-Steuerungs-Berechnungsblocks 332 erforderlich ist oder nicht; einen Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks 334, der die Unterbrechungsgeschwindigkeit berechnet, die für die Unterbrechung des Feldstroms erforderlich ist, aus dem Ausgang des Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock 333, und die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms als Reaktion auf ein Berechnungsergebnis davon steuert; und einen Feld-Gate-Steuerblock 335, der Betriebssignale eines oberen (positive Polseite) Gates und eines unteren (negative Polseite) Gates der Feldschaltung 230 als Reaktion auf den Ausgang des Feldstromsteuerungs-Berechnungsblocks 332 und den Ausgang des Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks 334 ausgibt.
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Die so konfigurierte Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 liefert Drehmoment an den Verbrennungsmotor 101 als ein Elektromotor zum Zeitpunkt des Starts des Verbrennungsmotors 101; und nach dem Start führt die Steuervorrichtung die Steuerung der rotierenden elektrischen Maschine 102 durch, um als Generator die Batterie 103 bei Bedarf aufzuladen.
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Da zum Beispiel eine Steuerung so durchgeführt wird, dass das Rotations-Drehmoment dem Soll-Drehmoment in einem Fahrmodus entspricht, in dem das Rotations-Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 102 gesteuert wird, erfolgt die Rückkopplungssteuerung zur Berechnung des Ankerstroms und des Feldstrombefehls unter Verwendung der als Betriebszustand dienenden Drehzahl der rotierenden Maschineneinheit 200, einer B-Klemmspannung, der Stromwerte der dreiphasigen Ankerwicklung 201 und der Feldwicklung 202 und dergleichen als Eingänge für den Brückenschaltungs-Steuerabschnitt 310 und den Feldschaltungs-Steuerabschnitt 330.
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Der Brückenschaltungs-Steuerabschnitt 310 berechnet einen Stromsollwert, der an die dreiphasige Ankerwicklung 201 ausgegeben werden soll, basierend auf der Drehzahl, die als Betriebszustand der rotierenden Maschineneinheit 200 dient, der B-Klemmspannung und dem Zieldrehmoment; und der Brückenschaltungs-Steuerabschnitt 310 gibt die PWM-Signale UHs, ULs, VHs, VLs, WHs, WLs an den Gate-Treiber 320 aus, um dem berechneten Stromsollwert zu folgen und die Gates UH, UL, VH, VL, WH, WL der Brückenschaltung 220 zu steuern.
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Andererseits, berechnet der Brückenschaltungs-Steuerabschnitt 330 einen Feldstrom-Sollwert, der an die Feldwicklung 202 ausgegeben werden soll, basierend auf der Drehzahl, die als Betriebszustand der rotierenden Maschineneinheit 200 dient, der B-Klemmspannung und dem Zieldrehmoment; und der Feldschaltungs-Steuerabschnitt 330 gibt die PWM-Signale FHs, FSs an den Gate-Treiber 340 aus, um dem berechneten Feldstrom-Sollwert zu folgen und die Gates FH, FS der Feldschaltung 230 zu steuern.
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Da die Feldwicklung 202 im Vergleich zur dreiphasigen Ankerwicklung 201 eine größere Induktivität aufweist, ist das Steuerungsreaktionsfähigkeit gering; und wie in 4 dargestellt, wird sie im Falle der Umschaltung des Solldrehmoments vom Antrieb auf Stromerzeugung zu einem Zustand, in dem der Feldstromwert zum Zeitpunkt des Solldrehmoment 0Nm nicht sinkt und in der Feldwicklung ein magnetischer Restfluss erzeugt wird. Dementsprechend ist es wahrscheinlich ein unbeabsichtigt großes Stromerzeugungsdrehmoment zu erzeugen und/oder das Drehmoment schnell zu ändern, wenn die dreiphasige Ankerwicklung 201 in einem solchen Zustand auf den Stromsollwert der Stromerzeugung geregelt wird.
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6 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details des Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 erfasst der Feldstrom-Erfassungsblock 331 dem Strom, der in die Feldwicklung fließt mittels einer A/D-Umwandlung, oder dergleichen, eines Signals eines Nebenschlusswiderstands 235 der 2 und gibt einen Feldstromwert Ifact aus.
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Der Feldstromsteuerungs-Berechnungsblock 332 umfasst: eine Drehmoment-Feldstrom (T-I)-Umwandlungstabelle 3321 die eine Feldstrom-Steuerungs-Sollwert (nachfolgend nur als „Feldstrom-Sollwert“ bezeichnet) Ifreq, der an die Feldwicklung angelegt wird, vom Zieldrehmoment und dem Betriebszustand der rotierenden elektrischen Maschine; und einen ersten proportional-integralen (PI) Steuerabschnitt 3322, der zur Ausgabe eines oberen (positive Polseite) Gatespannungs-Sollwertes FHvreq der Feldschaltung 230 aus der Differenz e zwischen dem Feldstrom-Sollwert Ifreq und dem Feldstromwert Ifact dient.
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Der Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock 333 umfasst einen Schalter 3331, der einen Absolutwert e' der Differenz ausgibt, wenn der Feldstrom-Sollwert Ifreq niedriger ist als der Feldstromwert Ifact von einem vordefinierten Schwellenwert und gibt 0 als e" aus wenn dieser davon abweicht.
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Der Feldstro-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks 334 enthält einen zweiten PI-Regelabschnitt 3341, der einen niedrigeren (negative Polseite) Gatespannungs-Sollwert FSvreq der Feldschaltung 230 ausgibt, so dass e"', das als Ausgang des Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock 333 dient, 0 wird.
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Der Feld-Gate-Steuerblock 335 umfasst die PWM-AN-AUS Tastverhältnis-Berechnungsanteile 3351, 3352, die die Signale FSs, FHs des intermittierenden Schaltens (PWM) der Feldschaltelemente generieren, um der Ausgabe FSvreq des Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks 334 und der Ausgabe FHvreq des Feldstromsteuerungs-Berechnungsblocks 332 respektive zu folgen.
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5 zeigt einen Ablaufplan, der den Betrieb des Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In Schritt S101 bezieht der Feldstrom-Erfassungsblock 331 den aktuellen Feldstromwert Ifact.
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In Schritt S102 berechnet der Feldstromsteuerungs-Berechnungsblock 332 den Feldstrom-Steuerungs-Sollwert, d.h. der Feldstrom-Sollwert Ifreq durch die T-I-Umwandlungstabelle 3321 vom Zieldrehmoment und der Eingabe des Betriebszustands der rotierenden elektrischen Maschine.
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In Schritt S103 erzeugt der erste PI-Regelabschnitt 3322 den Spannungssollwert FHvreq des oberen (positive Polseite) Gates FH der Feldschaltung 230, sodass der aktuelle Feldstromwert Ifact dem Feldstrom-Sollwert Ifreq folgt.
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Andererseits vergleicht in Schritt S104 der Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock 333 den aktuellen Feldstromwert Ifact, der als Ausgang des Feldstrom-Erfassungsblocks 331 dient, mit dem Feldstrom-Sollwert Ifreq, der als Ausgang des Feldstromsteuerungs-Berechnungsblock 332 dient; und wenn der aktuelle Feldstromwert Ifact nicht der fallenden Geschwindigkeit des Feldstrom-Sollwerts Ifreq folgt (genauer gesagt, die Differenz e' ist größer als der Schwellenwert), wird vom Schalter 3331 der „Bestimmungswert e“ der Durchführung der Feld-Hochgeschwindigkeitsunterbrechung = Differenzwert e'" ausgegeben und die Verarbeitung geht zu Schritt S105 über. Falls nicht wird „e“ =0" ausgegeben und die Verarbeitung geht zu Schritt S106 über.
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In Schritt S105 erzeugt der Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblock 334 den Spannungssollwert FSvreq des unteren (negative Polseite) Gates FS der Feldschaltung 230 mit den zweiten PI-Regelabschnitt 3341, sodass die Differenz e" zwischen dem Feldstrom-Sollwert Ifreq und dem aktuellen Feldstromwert Ifact 0 wird.
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Als Reaktion auf die Spannungssollwerte FHvreq, FSvreq, die als die Ausgaben des Feldstromsteuerungs-Berechnungsblocks 332 und des Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks 334 dienen, wandelt der Feld-Gate-Steuerblock 335 in Schritt S106 diese Ausgaben in die PWM-Signale FHs, FSs um, die jeweils dem Spannungssollwert-Tastverhältnis des oberen (positive Polseite) Gates FH und des unteren (negative Polseite) Gates FS der Feldschaltung 230 entsprechen und gibt die PWM-Signale FHs, FSs an die Gate-Treiber340 durch die PWM-AN-AUS Tastverhältnis-Berechnungsanteile 3351, 3352 respektive aus.
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Wie vorher beschrieben wird gemäß der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, das untere (negative Polseite) Gate FS normalerweise AN (Kurzschluss) und der Feldstrom während des normalen Zeitraums (die Ausgabe e" des Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblocks ist Null (e"=0)) wird der Stromrückkopplungssteuerung durch PWM intermittierendes Schalten durch das obere (positive Polseite) Gate FH unterworfen. Wenn der Feldstrom-Sollwert Ifreq schnell abgesenkt wird, um den Feldstrom mit hoher Geschwindigkeit zu reduzieren, wird sowohl in FH als auch in FS ein AUS-Betrieb erzeugt und beide Endgates der Feldwicklung befinden sich nahe eines AUS-Zustands, so dass der in der Feldwicklung fließende Strom mit hoher Geschwindigkeit unterbrochen werden kann.
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Außerdem kann der normale Feldstromwert beliebig gesteuert werden durch die Feldstrom-Rückkopplungssteuerung des Feldstromsteuerungs-Berechnungsblocks 332 und die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms der Feldwicklung kann beliebig durch Rückkopplung des Unterbrechungsgeschwindigkeits-Trennwerts des Feldstrom-Unterbrechungs-Geschwindigkeits-Steuerblocks 334 gesteuert werden; und deshalb ist es nicht notwendig zu warten bis der Strom, der durch die Feldwicklung fließt, zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs abgenommen hat, z.B. vom Wechsel von Stromerzeugung zu Antrieb und/oder von Antrieb auf Stromerzeugung der rotierenden elektrischen Maschine und dadurch ist Umschalten mit hoher Geschwindigkeit möglich.
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Darüber hinaus kann auch bei einer abnormalen Spannungsschwankung, wie z.B. einer Spannungspitze nach Lastabwurf, der magnetische Restfluss der Feldwicklung mit hoher Geschwindigkeit reduziert werden; und dadurch eine Beschädigung der Batterie und/oder anderer elektrischer Verbraucher verhindert werden kann.
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Ausführungsbeispiel 2.
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7 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details eines Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 7, umfasst ein Feldstrom-Erfassungsblock 331: ein Drehmomentsensor, z.B. eine Dehnungsmessstreifen, der einen aktuellen Drehmomentwert erfasst, der in einer Kraftübertragung 104 von einem eingegebenen Betriebszustand der rotierenden elektrischen Maschine erzeugt wird; und eine Drehmoment-Feldstrom (T-I)-Umwandlungstabelle 3311, die den Bestimmungswert des Drehmomentsensors in einen Feldstromwert umwandelt. Der Feldstrom-Erfassungsblock 331 ist konfiguriert, das erfasste aktuelle Drehmoment in einen aktuellen Feldstromwert Ifact umzuwandeln und den aktuellen Feldstromwert Ifact auszugeben. Im Übrigen ist die andere Konfiguration dieselbe wie in Ausführungsbeispiel 1.
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Wie vorher beschrieben, lassen sich die gleichen Effekte wie im Ausführungsbeispiel 1 erzielen, ebenso wie eine Konfiguration, die das Ausgangsdrehmoment des Rotors erfasst und die Unterbrechungsgeschwindigkeit des Feldstroms so steuert, dass das Ausgangsdrehmoment dem Solldrehmoment entspricht. Außerdem kann als Drehmomentsensor, wenn das Ausgangsdrehmoment des Rotors erfasst werden kann, ein anderer Drehmomentsensor und ein Verfahren wie die Berechnung der Drehmomentschätzung verwendet werden.
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Ausführungsbeispiel 3.
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8 zeigt ein Konfigurationsdiagramm, das Details eines Feldschaltungs-Steuerabschnitts 330 einer Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine in Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 8 erfasst ein Betriebsumschalt-Erkennungsblock 810 das Umschalten des Steuerungsbetriebs, z.B. Stromerzeugung ↔ Fahren, Bremsen, und Anhalten des Ausgangs aus einem eingegebenen Betriebszustand der rotierenden elektrischen Maschine. Als Verfahren ist es denkbar, eine Änderung des Referenzbuchstabens (Nulldurchgang) des Solldrehmoments zu erfassen und/oder durch den Empfang eines Schaltbefehls des Steuerungsbetriebs von einer übergeordneten Steuerung (nicht in der Zeichnung dargestellt) zu erfassen.
Wenn der Betriebsumschalt-Erkennungsblock 810 das Umschalten des Steuerungsbetriebs erfasst, gibt der Betriebsumschalt-Erkennungsblock 810 einen Logikwert Wahr aus und einen Fehler, wenn nicht umgeschaltet wird.
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Ein Feld-Hochgeschwindigkeits-Unterbrechungsbestimmungsblock 333 umfasst weiter einen zweiten Schalter 8331, der die Differenz e' zwischen einem aktuellen Feldstromwert Ifact und einem Feldstrom-Sollwert Ifreq ausgibt, wenn die Ausgabe des Betriebsumschalt-Erkennungsblocks 810 Fehler ist, und bei Wahr wird e' mit einem größeren Wert ausgegeben. Im Übrigen ist die andere Konfiguration dieselbe wie in Ausführungsbeispiel 1.
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Gemäß dem so konfigurierten Ausführungsbeispiel 3, ist ein sanftes Umschalten des Betriebes in einem System wie einer Bremskoordinationssteuerung, bei dem die Drehmomentdifferenz direkt auf einen Fahrer Einfluss nehmen kann, möglich, da der Feldstrom, im Falle eines Umschaltvorgangs der rotierenden elektrischen Maschine, mit höherer Geschwindigkeit unterbrochen werden kann.
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Im Übrigen kann die vorliegende Erfindung die jeweiligen Ausführungsbeispiele frei kombinieren und die jeweiligen Ausführungsbeispiele im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend modifizieren und/oder weglassen.
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9 zeigt ein Hardware-Beispiel einer Steuereinheit 210. Die Steuereinheit 210 umfasst einen Prozessor 2100 und eine Speichereinheit 2101, wie in 9 dargestellt. Die Speichereinheit 2101 umfasst, obwohl dies nicht dargestellt wird, eine flüchtige Speichervorrichtung, z.B. einen Arbeitsspeicher und eine nicht-flüchtige Hilfsspeichervorrichtung z.B. einen Flash-Speicher. Die Speichereinheit 2101 kann eine Hilfsspeichervorrichtung, anstatt eines Flash-Speichers, umfassen, z.B. eine Festplatte. Der Prozessor 2100 führt ein, aus der Speichereinheit 2101 geladenes, Programm aus. In diesem Fall wird das Programm aus der Hilfsspeichervorrichtung geladen und über die flüchtige Speichervorrichtung in den Prozessor 2100 geladen. Der Prozessor 2100 kann Daten des Berechnungsergebnisses und dergleichen an die flüchtige Speichervorrichtung der Speichereinheit 2101 ausgeben oder die Daten in der Hilfsspeichervorrichtung über die flüchtige Speichervorrichtung abspeichern.
