DE102019107874A1

DE102019107874A1 - Bordeigene Strömungsmaschine und Verfahren zur Steuerung einer bordeigenen Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE102019107874A1
Application number: DE102019107874.1A
Authority: DE
Inventors: Masashi Kubota; Takashi Kawashima; Kazuki Najima
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2019-10-02
Also published as: US11316466B2; CN110323985A; JP2019180223A; JP7014014B2; KR102260154B1; KR20190114837A; US20190305711A1; CN110323985B

Abstract

Eine Drehwinkelschätzeinheit (70) berechnet einen Drehwinkel (θ) eines Rotors (24) anhand eines d-Achsen-Stroms (Id) und eines q-Achsen-Stroms (Iq), die in einen Motor (23) einer bordeigenen Strömungsmaschine (20) fließen, und anhand eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vd*) und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vq*). Eine Korrektureinheit (72; 90; 95a) einer Wechselrichtervorrichtung (31) legt eine Impulsspannung (Vdc×δT) an den Motor (23) an, wenn der Motor (23) in einem gestoppten Zustand ist. Weiterhin korrigiert die Korrektureinheit einen Parameter (Vin; Vd*, Vq; Ldin, Lqin) zur Steuerung des Motors (23) entsprechend einem Ergebnis eines Vergleichs des d-Achsen-Stroms (Id) und des q-Achsen-Stroms (Iq), die in den Motor fließen, wenn die Impulsspannung angelegt wird.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine bordeigene Strömungsmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer bordeigenen Strömungsmaschine.
Eine Motorsteuerung weist eine positionssensorlose Steuerung zur Steuerung eines Motors auf, während der Drehwinkel (die Drehposition) des Rotors geschätzt wird. Die Japanische Offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2016-185040 beschreibt ein Beispiel für eine Steuerungseinrichtung, die eine sensorlose Steuerung durchführt. Die Steuerungseinrichtung legt eine Spannung mit einer vorbestimmten Pulsbreite an Phasenspulen in einer positiven Richtung und einer negativen Richtung an, um die Position des Rotors auf der Grundlage des zugeführten Stroms zu erhalten, wenn die Spannung angelegt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine bordeigene Strömungsmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer bordeigenen Strömungsmaschine anzugeben, die in der Lage sind, die Größe eines Motors zu reduzieren.
Nachstehend sind Beispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Beispiel 1: Es ist eine bordeigene Strömungsmaschine mit einer Wechselrichtervorrichtung und einem Motor bereitgestellt. Die Wechselrichtervorrichtung weist eine Wechselrichterschaltung mit einem Schaltelement, wobei die Wechselrichterschaltung konfiguriert ist, dem Motor Wechselstromleistung zuzuführen, eine Stromsteuerungseinrichtung, die konfiguriert ist, einen d-Achsen-Spannungsbefehlswert und einen q-Achsen-Spannungsbefehlswert zu berechnen, und eine Drehwinkelschätzeinheit auf, die konfiguriert ist, einen Drehwinkel eines Rotors des Motors anhand eines d-Achsen-Stroms und eines q-Achsen-Stroms, die in den Motor fließen, und anhand des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts und des q-Achsen-Spannungsbefehls-werts zu berechnen. Die Wechselrichtervorrichtung weist weiterhin eine Korrektureinheit auf. Die Korrektureinheit ist konfiguriert, eine Impulsspannung an den Motor anzulegen, wenn der Motor in einem gestoppten Zustand ist, und einen Parameter zur Steuerung des Motors entsprechend einem Ergebnis eines Vergleichs des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms zu korrigieren, die in den Motor fließen, wenn die Impulsspannung angelegt wird.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration werden, wenn der Motor in einem gestoppten Zustand ist, Impulsspannungen an den Motor angelegt. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird das Schenkeligkeitsverhältnis (q-Achsen-Induktivität /d-Achsen-Induktivität) entsprechend dem Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms geschätzt, die in den Motor fließen, wenn die Impulsspannungen angelegt werden. Dies erfasst indirekt die Induktivität des Motors. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird der Parameter für die Steuerung des Motors auf der Grundlage des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses korrigiert. Somit werden die statischen Fehler zwischen der Steuerungsphase und der Maximaldrehmomentphase bei der Drehung des Rotors reduziert. Dies begrenzt Verringerungen des Ausgangsdrehmoments, stellt den Drehmomentspielraum auf klein ein und reduziert die Größe des Motors. Die vorstehend beschriebene Schenkeligkeitsverhältnisschätzung dient zum indirekten Erfassen der Induktivität des Motors. Die vorstehend beschriebene Schätzung des Schenkeligkeitsverhältnisses involviert die Verwendung größerer Änderungen in der q-Achsen-Induktivität als in der d-Achsen-Induktivität entsprechend den Änderungen in der Größe der Magnetflüsse der Magneten. Zusätzlich wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms zur Korrektur des Parameters für die Steuerung des Motors verwendet. Dies ermöglicht ein Löschen von Fehlern in der Verstärkung der Stromsensoren. Als Ergebnis können Korrekturwerte genauerer berechnet werden.
In der Produktion der Magneten von Innenpermanentmagnetmotoren tritt eine Variation in der Größe der Magnetflüsse der Magneten auf. Aufgrund des Einflusses von magnetischer Sättigung verringert sich die Induktivität des Motors proportional zu der Größe der Magnetflüsse der Magneten. Somit führt eine Variation in der Größe der Magnetflüsse der Magneten zu dem nachfolgenden Problem. Das heißt, dass, wenn eine positionssensorlose Steuerung zum Schätzen des Drehwinkels des Rotors anhand eines Motorstroms und einer Wechselrichterausgangsspannung (an den Motor angelegten Spannung) verwendet wird, die geschätzte Position des Rotors aufgrund der Induktivität ungenau wird. Genauer verringert sich, wie es in 11A der vorliegenden Anmeldung gezeigt ist, wenn die Steuerungsphase in der Drehung des Rotors in Bezug auf die Maximaldrehmomentphase des Motors verschoben ist, das Ausgangsdrehmoment des Motors. Ein Drehmomentspielraum ist zum Kompensieren der Verringerung in dem Drehmoment erforderlich. Dies vergrößert den Motor. Die vorstehend beschriebene Konfiguration löst ein derartiges Problem.
Beispiel 2: In der bordeigene Strömungsmaschine Beispiel 1 ist die Drehwinkelschätzeinheit konfiguriert, einen Winkel des Rotors anhand eines U-Phasen-Stroms, eines V-Phasen-Stroms und eines W-Phasen-Stroms zu schätzen, die in den Motor fließen, wenn die Impulsspannung angelegt wird. In dieser Konfiguration werden der U-Phasen-Strom, der V-Phasen-Strom und der W-Phasen-Strom, die zum Erhalt des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms benötigt werden, zum Schätzen des Drehwinkels des Rotors verwendet. Somit kann, wenn einmal eine Impulsspannung angelegt wird, das Schenkeligkeitsverhältnis und der Drehwinkel beide geschätzt werden. Der Motor kann durch Durchführung einer erweiterten Schätzung des Drehwinkels des Rotors in einem gestoppten Zustand schnell reaktiviert werden.
Beispiel 3: In der bordeigene Strömungsmaschine nach Beispiel 1 oder 2 ist die Korrektureinheit konfiguriert, einen Leistungsspannungserfassungswert der Wechselrichterschaltung zu korrigieren, der als der Parameter für die Steuerung dient.
Beispiel 4: In der bordeigene Strömungsmaschine nach Beispiel 1 oder 2 ist die Korrektureinheit konfiguriert, den d-Achsen-Spannungsbefehlswert und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert zu korrigieren, die als der Parameter für die Steuerung dienen.
Beispiel 5: In der bordeigene Strömungsmaschine nach Beispiel 1 oder 2 ist die Korrektureinheit konfiguriert, eine d-Achsen-Induktivität und eine q-Achsen-Induktivität zu korrigieren, die als die Parameter für die Steuerung dienen.
Beispiel 6: Ein Steuerungsverfahren zur Steuerung einer bordeigenen Strömungsmaschine ist bereitgestellt. Die bordeigene Strömungsmaschine weist eine Wechselrichtervorrichtung und einen Motor auf. Das Steuerungsverfahren weist auf: Zuführen einer Wechselstromleistung zu dem Motor durch eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltelement aufweist, Berechnen eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts durch eine Stromsteuerungseinrichtung, Berechnen eines Drehwinkels eines Rotors des Motors anhand eines d-Achsen-Stroms und eines q-Achsen-Stroms, die in den Motor fließen, und anhand des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts und des q-Achsen-Spannungsbefehls-werts durch eine Drehwinkelschätzeinheit, Anlegen einer Impulsspannung an den Motor, wenn der Motor in einem gestoppten Zustand ist, durch eine Korrektureinheit der Wechselrichtervorrichtung, und Vergleichen des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die in den Motor fließen, wenn die Impulsspannung angelegt wird, durch die Korrektureinheit, und Korrigieren, durch die Korrektureinheit, eines Parameters zur Steuerung des Motors entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs.
Beispiel 7: Es ist ein nichtflüchtiger computerlesbarer Speicherträger bereitgestellt, der ein Programm speichert, das einen Prozessor veranlasst, einen Steuerungsprozess zur Steuerung einer bordeigenen Strömungsmaschine auszuführen. Der Steuerungsprozess weist auf: Zuführen einer Wechselstromleistung zu dem Motor durch eine Wechselrichterschaltung, die ein Schaltelement aufweist, Berechnen eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts durch eine Stromsteuerungseinrichtung, Berechnen eines Drehwinkels eines Rotors des Motors anhand eines d-Achsen-Stroms und eines q-Achsen-Stroms, die in den Motor fließen, und anhand des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts und des q-Achsen-Spannungsbefehls-werts durch eine Drehwinkelschätzeinheit, Anlegen einer Impulsspannung an den Motor, wenn der Motor in einem gestoppten Zustand ist, durch eine Korrektureinheit der Wechselrichtervorrichtung, und Vergleichen des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die in den Motor fließen, wenn die Impulsspannung angelegt wird, durch die Korrektureinheit, und Korrigieren, durch die Korrektureinheit, eines Parameters zur Steuerung des Motors entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Größe eines Motors zu reduzieren.
Andere Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, die als Beispiel die Prinzipien der Offenbarung veranschaulichen.
Figurenliste
Die Offenbarung, zusammen mit Aufgaben und Vorteilen davon, können am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, in denen zeigen:

1 eine teilweise weggeschnittene Ansicht, die schematisch einen bordeigenen motorbetriebenen Verdichter veranschaulicht,
2 eine Darstellung, die die Konfiguration einer Motorantriebswechselrichtervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
3 eine Darstellung, die die Konfiguration einer Spannungswertkorrektureinheit in der in 2 gezeigten Wechselrichtervorrichtung veranschaulicht,
4 einen Graphen, der ein Kennfeld in der in 3 gezeigten Spannungswertkorrektureinheit veranschaulicht,
5 ein Flussdiagramm, das den Betrieb der in 3 gezeigten Spannungswertkorrektureinheit veranschaulicht,
6 ein Zeitverlaufsdiagramm, das Abschnitte (a) bis (f) aufweist, die den Betrieb der in 3 gezeigten Spannungswertkorrektureinheit veranschaulichen,
7 eine Darstellung, die die Konfiguration einer Motorantriebswechselrichtervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
8A eine Darstellung, die die Konfiguration einer Spannungsbefehlswertkorrektureinheit in der in 7 gezeigten Wechselrichtervorrichtung veranschaulicht,
8B einen Graphen, der ein Kennfeld in der in 8A gezeigten Wechselrichtervorrichtung veranschaulicht,
9 eine Darstellung, die die Konfiguration einer Motorantriebswechselrichtervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
10A eine Darstellung, die die Konfiguration einer Induktivitätskorrektureinheit in der in 9 gezeigten Wechselrichtervorrichtung veranschaulicht,
10B einen Graphen, der ein Kennfeld in der in 10A gezeigten Induktivitätskorrektureinheit veranschaulicht,
10C einen Graphen, der ein Kennfeld in der in 10A gezeigten Induktivitätskorrektureinheit veranschaulicht,
11A einen Graphen der Kennlinien und des erforderlichen Ausgangsdrehmoments des Motors, um das zu lösende Problem zu veranschaulichen, und
11B einen Graphen der Kennlinien und des erforderlichen Ausgangsdrehmoments des Motors, um das erste Ausführungsbeispiel zu veranschaulichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein bordeigener motorbetriebener Verdichter 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 6, 11A und 11B beschrieben.
Der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beispielsweise für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet. Das heißt, dass das durch den bordeigenen motorbetriebenen Verdichter gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zu verdichtende Fluid ein Kühlmittel ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, weist eine bordeigene Klimaanlage 10 den bordeigenen motorbetriebenen Verdichter 20 und einen externen Kühlmittelkreislauf 100 auf, der den bordeigenen motorbetriebenen Verdichter 20 mit Kühlmittel versorgt. Der externe Kühlmittelkreislauf 100 weist beispielsweise einen Wärmetauscher und ein Expansionsventil auf. Der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20 verdichtet Kühlmittel und der externe Kühlmittelkreislauf 100 führt einen Wärmeaustausch des Kühlmittels durch und expandiert das Kühlmittel. Dies ermöglicht der bordeigenen Klimaanlage 10, das Innere des Fahrzeugs zu kühlen und zu wärmen.
Der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20 weist eine Klimaanlagen-ECU 100 auf, die die gesamte bordeigene Klimaanlage 10 steuert. Die Klimaanlagen-ECU 100 ist konfiguriert, beispielsweise die Temperatur der Fahrgastzelle und eine vorgegebene Temperatur zu erhalten. Auf der Grundlage der Informationen überträgt die Klimaanlagen-ECU 100 verschiedene Befehle, wie einen Ein-Aus-Befehl, zu dem bordeigenen motorbetriebenen Verdichter 20.
Der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20 weist ein Gehäuse 21 mit einem Ansauganschluss 21a auf, in den Kühlmittel aus dem externen Kühlmittelkreislauf 100 angesaugt wird. Der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20 weist ebenfalls eine Verdichtungseinheit 22 und einen Drei-Phasen-Motor 23 auf, die in dem Gehäuse 21 untergebracht sind.
Das Gesamtgehäuse 21 ist im Wesentlichen zylindrisch. Das Gehäuse 21 weist einen Ausstoßanschluss 21b auf, aus dem Kühlmittel ausgestoßen wird.
Die Verdichtungseinheit 22 bewirkt, dass Kühlmittel, das in das Gehäuse 21 aus dem Ansauganschluss 21a angesaugt wird, verdichtet wird, und das verdichtete Kühlmittel kann aus dem Ausstoßanschluss 21b ausgestoßen werden. Die spezifische Struktur der Verdichtungseinheit 22 kann von einer beliebigen Bauart sein, wie eine Scroll-Bauart, eine Kolbenbauart oder eine Schaufelbauart.
Der Drei-Phasen-Motor 23 treibt die Verdichtungseinheit 22 an. Ein Innenpermanentmagnetmotor (IPM-Motor) wird für den Drei-Phasen-Motor 23 verwendet. Der Drei-Phasen-Motor 23 weist beispielsweise eine zylindrische Drehwelle 26, die derart gestützt ist, dass sie in Bezug auf das Gehäuse 21 drehbar ist, einen zylindrischen Rotor 24, der an der Drehwelle 26 befestigt ist, und einen Stator 25 auf, der an dem Gehäuse 21 befestigt ist. Der Rotor 24 weist einen zylindrischen Rotorkern 24b auf, in den Magnete 24a eingebettet sind. Die Magnete 24a sind Permanentmagnete. Die axiale Richtung der Drehwelle 26 fällt mit der axialen Richtung des Gehäuses 21 zusammen, das zylindrisch ist. Der Stator 25 weist einen zylindrischen Statorkern 25a und Spulen 25b auf, die um die Zähne des Statorkerns 25a gewickelt sind. Der Rotor 24 liegt dem Stator 25 in der radialen Richtung der Drehwelle 26 gegenüber.
Der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20 weist eine Wechselrichtereinheit 30 auf. Die Wechselrichtereinheit 30 weist eine Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31, die den Drei-Phasen-Motor 23 antreibt, und einen Kasten 32 auf, in dem die Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31 untergebracht ist. Die Spulen 25b des Drei-Phasen-Motors 23 sind elektrisch mit der Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31 verbunden. Der Kasten 32 ist an dem Gehäuse 21 durch Bolzen 33 befestigt, die als Befestigungseinrichtungen dienen. Das heißt, dass gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31 mit dem bordeigenen motorbetriebenen Verdichter 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel integriert ist.
Die Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31 weist eine Leiterplatte 34 und ein Leistungsmodul 35 auf, das elektrisch mit der Leiterplatte 34 verbunden ist. Verschiedene elektronische Komponenten sind auf der Leiterplatte 34 montiert.
Ein Verbinder 36 ist an der äußeren Oberfläche des Kastens 32 angeordnet. Die Leiterplatte 34 ist elektrisch mit dem Verbinder 36 verbunden. Der Verbinder 36 versorgt die Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31 mit Leistung und verbindet die Klimaanlagen-ECU 101 und die Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31 elektrisch.
Auf diese Weise weist der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20 die Verdichtungseinheit 22, die in dem Gehäuse 21 angeordnet ist, und den Drei-Phasen-Motor 23 auf, der in dem Gehäuse 21 angeordnet ist und die Verdichtungseinheit 22 antreibt, wobei der fahrzeugeigene motorbetriebene Verdichter 20 mit der Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31, die den Drei-Phasen-Motor 23 mit Leistung versorgt, integriert ist.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Motorantriebswechselrichtervorrichtung 31 eine Wechselrichterschaltung 40 und eine Wechselrichtersteuerungseinrichtung 50 auf. Die Wechselrichtersteuerungseinrichtung 50 weist eine Antriebsschaltung 55 und eine PWM-Steuerungseinrichtung 60 auf. Die Wechselrichterschaltung 40 weist sechs Schaltelemente Q1 bis Q6 und sechs Dioden D1 bis D6 auf. Ein IGBT wird für jedes der Schaltelemente Q1 bis Q6 verwendet. Das Schaltelement 1, das einen U-Phasen-Oberzweig konfiguriert, und das Schaltelement Q2, das einen U-Phasen-Unterzweig konfiguriert, sind in Reihe zwischen einer positiven Elektrodenstromschiene und einer negativen Elektrodenstromschiene geschaltet. Das Schaltelement Q3, das einen V-Phasen-Oberzweig konfiguriert, und das Schaltelement Q4, das einen V-Phasen-Unterzweig konfiguriert, sind in Reihe zwischen der positiven Elektrodenbusstromschiene und der negativen Elektrodenbusstromschiene geschaltet. Das Schaltelement Q5, das einen W-Phasen-Oberzweig bildet, und das Schaltelement Q6, das einen W-Phasen-Unterzweig konfiguriert, sind in Reihe zwischen der positiven Elektrodenstromschiene und der negativen Elektrodenstromschiene geschaltet. Die Dioden D1 bis D6 sind jeweils antiparallel zu den Schaltelementen Q1 bis Q6 geschaltet. Eine Batterie B, die als eine Gleichstromleistungsversorgung dient, ist mit der positiven Elektrodenstromschiene und der negativen Elektrodenstromschiene über einen Glättungskondensator C verbunden.
Ein U-Phasen-Anschluss des Drei-Phasen-Motors 23 (der nachstehend als Motor 23 bezeichnet ist) ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement Q1 und dem Schaltelement Q2 verbunden. Ein V-Phasen-Anschluss des Motors 23 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement Q3 und dem Schaltelement Q4 verbunden. Ein W-Phasen-Anschluss des Motors 23 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement Q5 und dem Schaltelement Q6 verbunden. Wenn die Schaltelemente Q1 bis Q6 Schaltoperationen durchführen, wandelt die Wechselrichterschaltung 40, die die Schaltelemente Q1 bis Q6 aufweist, die die oberen und unteren Zweige konfigurieren, eine Gleichspannung, die die Spannung an der Batterie B ist, in eine Wechselspannung um, und führt die Wechselspannung dem Motor 13 zu. Das heißt, dass die Wechselrichterschaltung 40 die Schaltelemente Q1 bis Q6 aufweist und den Motor 23 mit Wechselstromleistung versorgt.
Die Antriebsschaltung 55 ist mit allen Gate-Anschlüssen der Schaltelemente Q1 bis Q6 verbunden. Die Antriebsschaltung 55 führt Schaltoperationen mit den Schaltelementen Q1 bis Q6 auf der Grundlage von Steuerungssignalen durch.
Ein Stromsensor 41 ist zwischen dem Emitter des Schaltelements Q2 und der negativen Elektrodenstromschiene angeschlossen. Ein Stromsensor 42 ist zwischen dem Emitter des Schaltelements Q4 und der negativen Elektrodenstromschiene angeschlossen. Ein Stromsensor 43 ist zwischen dem Emitter des Schaltelements Q6 und der negativen Elektrodenstromschiene angeschlossen. Ein Spannungssensor S1 erfasst die Spannungen (Batteriespannungen) an den zwei Enden der Batterie B, d.h. die Leistungsspannung, als eine Gleichspannung.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird kein Drehwinkelsensor verwendet. Stattdessen ist die Anzahl der Positionssensoren reduziert. Eine (später beschriebene) Drehwinkelschätzeinheit 70 berechnet den Drehwinkel θ (Drehposition) des Rotors 24 anhand eines d-Achsen-Stroms Id und eines q-Achsen-Stroms Iq, die in den Motor 23 fließen, und anhand eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vd* und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vq*.
Die PWM-Steuerungseinrichtung 60 weist eine Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung 61, Subtraktionseinheiten 62, 63 und 68, eine Stromsteuerungseinrichtung 64, Koordinatenwandler 65 und 66, einen PWM-Generator 67, die Drehwinkelschätzeinheit 70 und eine Spannungswertkorrektureinheit 72 auf, die als eine Korrektureinheit dient.
Der Koordinatenwandler 65 wandelt den U-Phasen-Strom Iu, den V-Phasen-Strom Iv und den W-Phasen-Strom Iw in den d-Achsen-Strom Id (Erregungskomponentenstrom) und den q-Achsen-Strom Iq (Drehmomentkomponentenstrom) auf der Grundlage des U-Phasen-Stroms Iu, des V-Phasen-Stroms Iv und des W-Phasen-Stroms Iw, die jeweils durch die Stromsensoren 41, 42 und 43 berechnet werden und in den Motor 23 fließen, und auf der Grundlage des geschätzten Drehwinkels θ (der geschätzten Drehposition) des Rotors 24, der (die) durch die Drehwinkelschätzeinheit 70 berechnet wird. In dem Strom, der in den Motor 23 fließt, ist der d-Achsen-Strom Id (Erregungskomponentenstrom) eine Stromvektorkomponente in der gleichen Richtung wie Magnetflüsse, die durch die Magneten 24a erzeugt werden, und ist der q-Achsen-Strom Iq (Drehmomentkomponentenstrom) eine Stromvektorkomponente, die orthogonal zu der d-Achse ist.
Die Subtraktionseinheit 68 berechnet die Differenz zwischen einem Drehgeschwindigkeitsbefehlswert, der von außerhalb eingegeben wird, und einer geschätzten Drehgeschwindigkeit. Die geschätzte Drehgeschwindigkeit wird durch Verwendung der Drehwinkelschätzeinheit 70 zum Differenzieren des geschätzten Winkels (θ), der zu berechnen ist, erhalten.
Auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Drehgeschwindigkeitsbefehlswert, der von außerhalb eingegeben wird, und der geschätzten Drehgeschwindigkeit berechnet die Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung 61 einen d-Achsen-Strombefehlswert Id* in Bezug auf den d-Achsen-Strom Id und einen q-Achsen-Strombefehlswert Iq* in Bezug auf den q-Achsen-Strom Iq.
Die Subtraktionseinheit 62 berechnet eine Differenz ΔId zwischen dem d-Achsen-Strombefehlswert Id* und dem d-Achsen-Strom Id. Die Subtraktionseinheit 63 berechnet eine Differenz ΔIq zwischen dem q-Achsen-Strombefehlswert Iq* und dem q-Achsen-Strom Iq. Die Stromsteuerungseinrichtung 64 berechnet den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq* auf der Grundlage der Differenz ΔIq und der Differenz ΔIq. Der Koordinatenwandler 66 wandelt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq* in Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw, die an den Motor 23 angelegte Spannungen sind, auf der Grundlage des geschätzten Drehwinkels θ (der geschätzten Drehposition) des Rotors 24 um, der (die) durch die Drehwinkelschätzeinheit 70 berechnet wird.
Der PWM-Generator 67 normalisiert die Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw mit einem Leistungsspannungswert (Vdc) der Wechselrichterschaltung 40 und gibt ein PWM-Steuerungssignal auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs des normalisierten Spannungsbefehlswerts mit einer Dreieckwelle aus. Das PWM-Steuerungssignal ist ein Steuerungssignal zum Ein- und Ausschalten der Schaltelemente Q1 bis Q6 der Wechselrichterschaltung 40.
Genauer verwendet die PWM-Steuerungseinrichtung 60 den U-Phasen-Strom Iu, den V-Phasen-Strom Iv und den W-Phasen-Strom Iw, die in den Motor 23 fließen, zur Steuerung der Schaltelemente Q1 bis Q6, die auf dem Strompfad des Motors 23 angeordnet sind, so dass der d-Achsen-Strom (der Erregungskomponentenstrom) und der q-Achsen-Strom (der Drehmomentkomponentenstrom) des Motors 23 Sollwerte erreichen. Signale aus dem PWM-Generator 67 werden zu der Antriebsschaltung 55 übertragen.
Die Drehwinkelschätzeinheit 70 berechnet (schätzt) den geschätzten Drehwinkel θ und eine Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 23 auf der Grundlage des d-Achsen-Stroms Id, des q-Achsen-Stroms Iq, des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vd* und des q-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vq*.
In die Spannungswertkorrektureinheit 72 wird einen Gleichspannungserfassungswert, der durch den Spannungssensor S1 erhalten wird, als einen Eingangswert Vin eingeben. Dann korrigiert die Spannungswertkorrektureinheit 72 eine Leistungsspannung Vdc der Wechselrichterschaltung 40 und gibt die Leistungsspannung Vdc als den Ausgangswert Vout aus. Die korrigierte Gleichspannung (Vout) wird zu dem PWM-Generator 67 übertragen. Der PWM-Generator 67 normalisiert die Spannungsbefehlswerts Vu, Vv und Vw zur Berechnung eines PWM-Steuerungssignals auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses der normalisierten Spannungsbefehlswerte und der Dreieckwelle.
3 veranschaulicht die Konfiguration der Spannungswertkorrektureinheit 72.
Die Spannungswertkorrektureinheit 72 weist eine Multiplikationseinheit 80 und eine Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 auf. Die Multiplikationseinheit 80 empfängt eine Gleichspannung (Eingangswert Vin), um die Gleichspannung Vin mit einem Korrekturkoeffizienten Ka zu multiplizieren. Das heißt, dass die Multiplikationseinheit 80 KaxVin als die korrigierte Gleichspannung (Ausgangswert Vout) ausgibt. Die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 berechnet den Korrekturkoeffizienten Ka unter Verwendung eines in 4 gezeigten Kennfeldes. In 4 gibt die horizontale Achse ein Schenkeligkeitsverhältnis an, gibt die vertikale Achse den Korrekturkoeffizienten Ka (K-Wert) an, und ist eine Kennlinie L1 definiert. Die Kennlinie L1 ist derart definiert, dass, je größer das Schenkeligkeitsverhältnis ist, umso größer der Korrekturkoeffizient Ka wird. Die in 3 gezeigte Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 schätzt ein Schenkeligkeitsverhältnis Lq/Ld, das das Verhältnis einer d-Achsen-Induktivität Ld zu einer q-Achsen-Induktivität Lq ist, anhand des Vergleichsergebnisses des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq. Dann berechnet die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 den Korrekturkoeffizienten Ka anhand des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses unter Verwendung des in 4 gezeigten Kennfeldes. Unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten Ka, der auf diese Weise berechnet wird, berechnet die Multiplikationseinheit 80 KaxVin als die korrigierte Gleichspannung (Ausgangswert Vout).
Der Betrieb des bordeigenen motorbetriebenen Verdichters 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nachstehend beschrieben.
Wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, schätzt die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 das Schenkeligkeitsverhältnis (Lq/Ld) des Motors 23 anhand des Vergleichsergebnisses des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq und berechnet den Korrekturkoeffizienten Ka anhand des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses unter Verwendung des in 4 gezeigten Kennfeldes. Der Korrekturkoeffizient Ka wird als ein optimaler Wert, d.h. als ein Korrekturkoeffizient Ka der Maximaldrehmomentphase bestimmt. Darauffolgend wird der auf diese Weise bestimmte Korrekturkoeffizient Ka zur Steuerung des Motors 23 verwendet.
Der Prozess der Berechnung des Korrekturkoeffizienten Ka, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, d.h. der Prozess der Bestimmung einer Verstärkung (Korrekturkoeffizient Ka), die durch die Multiplikationseinheit 80 verwendet wird, ist nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben.
Wie es in 5 gezeigt ist, legt in Schritt S100 die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 aufeinanderfolgend für mehrere Winkel mehrere Spannungsimpulse, bei denen VdcxδT dasselbe ist, an den Motor 23 an. Genauer schaltet die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 das obere U-Phasen-Schaltelement Q1 gemäß 6A, das untere U-Phasen-Schaltelement Q2 gemäß 6B, das obere V-Phasen-Schaltelement Q3 gemäß 6C, das untere V-Phasen-Schaltelement Q4 gemäß 6D, das obere W-Phasen-Schaltelement Q5 gemäß 6E und das untere W-Phasen-Schaltelement Q6 gemäß 6F für vorbestimmte Schaltmuster zu vorbestimmten Zeitpunkten t1, t2, t3, t4, t5 und t6 um eine Mikrozeit δT ein. Die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 bestimmt die Mikrozeit δT jedes Mal, wenn ein Schalten durchgeführt wird, derart, dass die Spannungsimpulse dieselbe Fläche (Vdc×δT) aufweisen, selbst wenn die Leistungsspannung Vdc sich ändert. Beispielsweise bestimmt die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 die Mikrozeit δT innerhalb eines Bereichs der kleiner als 100 µs eines Zyklus eines Trägersignals ist, der ein Steuerungszyklus ist. Auf diese Weise wird Strom dem Motor 23 zugeführt, indem eine Spannung zwischen der positiven Elektrodenstromschiene und der negativen Elektrodenstromschiene in der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase angelegt wird.
In Schritt S101 gemäß 5 erhält die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 den d-Achsen-Strom Id und den q-Achsen-Strom Iq durch Umwandeln des U-Phasen-Stroms, des V-Phasen-Stroms und des W-Phasen-Stroms, die zugeführt werden, wenn Impulse angelegt werden, in d-q-Achsen-Koordinaten. In Schritt S102 schätzt die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 das Schenkeligkeitsverhältnis anhand des Vergleichsergebnisses des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq. Genauer wird das Schenkeligkeitsverhältnis anhand der Gesamtsumme Σ|Id| der absoluten Werte des d-Achsen-Stroms und der Gesamtsumme Σ|Iq| der absoluten Werte des q-Achsen-Stroms, die anhand der Schaltmuster erhalten werden, unter Verwendung der Schenkeligkeitsverhältnis-Schätzgleichung (Σ|Id|/Σ|Iq|) geschätzt. Alternativ dazu wird das Schenkeligkeitsverhältnis anhand der Quadratsumme ΣId^2 des d-Achsen-Stroms und der Quadratsumme ΣIq^2 des q-Achsen-Stroms, die anhand der Schaltmuster erhalten werden, unter Verwendung der Schenkeligkeitsverhältnis-Schätzgleichung (ΣId^2/ΣIq^2) geschätzt. Beispielsweise wird in Bezug auf die in 6 gezeigten Schaltmuster ein Phasenstrom für jedes Schaltmuster erhalten. Die Phasenströme werden alle in den d-Achsen-Strom und den q-Achsen-Strom umgewandelt und dann in die vorstehend beschriebene Schenkeligkeitsverhältnis-Schätzgleichung zum Schätzen des Schenkeligkeitsverhältnisses eingesetzt. In Schritt S103 berechnet die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 den K-Wert (den Korrekturkoeffizienten Ka) durch Zugreifen auf das in 4 gezeigte Kennfeld. Das heißt, dass die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 81 die Abweichungsgröße des Schenkeligkeitsverhältnisses von einem Entwurfswert durch Vergleichen des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses mit dem Schenkeligkeitsverhältnis des Entwurfswerts berechnet.
In Schritt S104 korrigiert die Multiplikationseinheit 80 den Eingangswert Vin anhand des K-Werts, wenn der Motor 23 läuft. Anders ausgedrückt korrigiert die Multiplikationseinheit 80 die Gleichspannung (den Eingangswert Vin), der ein Steuerungsparameter ist, auf der Grundlage der Abweichungsgröße des Schenkeligkeitsverhältnisses von dem Entwurfswert. Das heißt, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, korrigiert die Spannungswertkorrektureinheit 72 den Leistungsspannungswert des Wechselrichters, der als ein Parameter zur Steuerung dient, d.h. den Gleichspannungserfassungswert (Vin), der durch den Spannungssensor S1 erhalten wird, entsprechend dem Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, die in den Motor 23 fließen, wenn Impulsspannungen an den Motor 23 angelegt werden.
Somit können Verringerungen des Ausgangsdrehmoments, die aus der Abweichung der Steuerungsphase resultieren, gelöst werden. Dementsprechend kann der Drehmomentspielraum des Motors 23 reduziert werden, wodurch Größe und Kosten des Motors 23 reduziert werden können.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf 11A und 11B.
Der Fall, in dem die Justierung, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist, nicht durchgeführt wird, ist nachstehend unter Bezugnahme auf 11A beschrieben. Wenn der geschätzte Winkel in der Beziehung zwischen den Kennlinien und den Stromphasen des Motors 23 korrekt ist, kann die Steuerungsphase den Spitzenwert der Kennlinie des Motors 23 erreichen. Wenn jedoch die Schätzung der Rotordrehposition ungenau ist, kann die Steuerungsphase den Spitzenwert der Kennlinie des Motors 23, d.h. die Maximaldrehmomentphase (Stromphase, die als Drehmomentspitzenwert) nicht erreichen, und wird nach links und rechts in 11A von der Maximaldrehmomentphase verschoben. Die Weise der Abweichung (des Verschiebens) der Steuerungsphase variiert in Abhängigkeit von der Toleranz der Magneten des Motors 23 oder der Hardware des Wechselrichters.
Die Justierung, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wird, ist in 11B gezeigt. In dem anfänglichen Zustand der Magnetflüsse der Magnete 24a tritt eine Abweichung in dem geschätzten Wert der Rotordrehposition auf. Obwohl es unbekannt ist, welche Art von Variation in den Magnetflüssen der anfänglichen Magnete 24a auftritt, erlaubt es die Justierung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, den optimalen Punkt der Stromphasen, der der Drehmomentspitzenwert wird, zu verstehen. Die Spitzenwertposition des Drehmoments kann zu dem optimalen Punkt durch Abweichen der Steuerungsparameter verschoben werden. Das heißt, wenn ein automatisches Einstellen (Auto-Tuning) von der anfänglichen Stromphase durchgeführt wird, kann die geschätzte Abweichung von der Maximaldrehmomentphase (die Stromphase, die als Drehmomentspitzenwert dient) korrigiert werden.
Zusätzlich wird, wenn der Drehwinkel θ des Motors 23 auf der Grundlage des U-Phasen-Stroms Iu, des V-Phasen-Stroms Iv, des W-Phasen-Stroms Iw und der Gleichspannung ohne Verwendung der Spannungswertkorrektureinheit 72 berechnet wird, das Verhältnis zwischen der Kennlinie des Motors 23 und des erforderlichen Ausgangsdrehmoments dasjenige, das in 11A gezeigt ist. In 11A ist, obwohl die Kennlinie des Motors 23 den Spitzenwert angibt, das erforderliche Ausgangsdrehmoment ein fester Wert. Wenn die Steuerungsphase von dem Spitzenwert (Maximaldrehmomentphase) der Kennlinie des Motors 23 abweicht, muss ein Motor 23 mit einer höheren Ausgangsleistung verwendet werden, um das erforderliche Ausgangsdrehmoment zu gewährleisten.
Gemäß 11B wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spannungswertkorrektureinheit 72 zur Korrektur der Abweichung zwischen der anfänglichen Stromphase und dem Spitzenwert der Kennlinie des Motors 23 verwendet. Dies ermöglicht, dass die Steuerungsphase mit dem Spitzenwert der Kennlinie des Motors 23 übereinstimmt. Somit kann ein Motor mit einer kleineren Ausgangsleistung als der Motor 23 verwendet werden, der das erforderliche Ausgangsdrehmoment gewährleisten kann.
Die Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann wie folgt zusammengefasst werden.
Eine Motorsteuerung weist eine positionssensorlose Steuerung auf. In der positionssensorlosen Steuerung werden die erhaltene Eingangsspannung und der Strom des Motors 23 zum Schätzen des Drehwinkels des Rotors 24 durch Berechnung verwendet. Das ausgegebene maximale Drehmoment des Motors 23 kann durch Einstellen der Parameter derart, dass der Motor bei dem maximalen Drehmoment betrieben wird, auf der Grundlage der geschätzten Position des Motors 23 erhalten werden. Wenn eine Variation in dem Motor 23 auftritt (beispielsweise wenn eine Variation in den Magnetflüssen der Permanentmagnete 24a auftritt), ändern sich die Kennlinien des Motors 23. Da die positionssensorlose Steuerung durch Änderungen in den Kennlinien des Motors 23 beeinträchtigt wird, können Fehler in der geschätzten Position des Motors 23 auftreten. In diesem Fall kann es sein, dass das abgegebene maximale Drehmoment nicht erzeugt werden kann.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können Verringerungen in dem Ausgangsdrehmoment, die aus Variationen in dem Motor 23 resultieren, überwunden werden.
Genauer wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, das Schenkeligkeitsverhältnis (Lq/Ld) des Motors 23 geschätzt, um das geschätzte Schenkeligkeitsverhältnis mit dem Schenkeligkeitsverhältnis des Entwurfswerts des Motors 23 zu vergleichen. Die zur Steuerung des Motors 23 verwendeten Parameter werden entsprechend der Abweichungsgröße des Entwurfswerts des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses korrigiert, die durch den Vergleich berechnet wird. Zum Schätzen des Schenkeligkeitsverhältnisses auf diese Weise werden, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, Spannungsimpulse in einer extrem kurzen Zeit, beispielsweise Spannungsimpulse für mehrere Winkel in einem Zyklus eines Trägersignals, der ein Steuerungszyklus ist, an den Motor 23 angelegt, um das Schenkeligkeitsverhältnis anhand des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms zu schätzen, die zu dem Motor 23 geführt worden sind. Die Schätzung des Schenkeligkeitsverhältnisses dient dazu, indirekt die Größe von Magnetflüssen der Magnete 24a des Rotors 24 unter Verwendung der Änderungen in der Induktivität des Motors 23 entsprechend den Änderungen in den Magnetflüssen der Magnete 24a zu erfassen. Die Kennfelder von Steuerungsparametern, die vorab zu korrigieren sind, werden in Software beibehalten, und die Abweichungsgröße des erfassten Schenkeligkeitsverhältnisses von dem Schenkeligkeitsverhältnis des Entwurfswerts wird berechnet. Entsprechend diesen Kennfeldern wird die Korrekturgröße (Ka) der Steuerungsparameter bestimmt. Auf diese Weise werden Verringerungen in dem maximalen Ausgangsdrehmoment, die aus Variationen in dem Motor 23 resultieren, reduziert. Weiterhin reduziert die Beseitigung eines Drehmomentspielraums die Größe und das Gewicht des Motors 23.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
(1) Der bordeigene motorbetriebene Verdichter 20, der als eine bordeigene Strömungsmaschine dient, weist die Wechselrichtervorrichtung 31 auf. Die Wechselrichtervorrichtung 31 weist die Wechselrichterschaltung 40, die Stromsteuerungseinrichtung 64 und die Drehwinkelschätzeinheit 70 auf. Die Wechselrichterschaltung 40 weist die Schaltelemente Q1 bis Q6 auf und führt dem Motor 23 Wechselstromleistung zu. Die Stromsteuerungseinrichtung 64 berechnet den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq*. Die Drehwinkelschätzeinheit 70 berechnet den Drehwinkel θ des Rotors 24 anhand des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, die in den Motor 23 fließen, und anhand des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vd* und des q-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vq*. Die Wechselrichtervorrichtung 31 weist weiterhin die Spannungswertkorrektureinheit 72 auf. Wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, legt die Spannungswertkorrektureinheit 72 Impulsspannungen an den Motor 23 an und korrigiert die Parameter zur Steuerung des Motors 23 entsprechend dem Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, die in den Motor 23 fließen, wenn das Anlagen durchgeführt wird.
Genauer korrigiert die Spannungswertkorrektureinheit 72 den Leistungsspannungserfassungswert der Wechselrichterschaltung 40, der als der Parameter für die Steuerung dient, d.h. den Gleichspannungserfassungswert (Vin), der durch den Spannungssensor S1 erhalten wird, entsprechend dem Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, die in den Motor 23 durch das Anlegen der Impulsspannungen an den Motor 23 fließen, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist.
Auf diese Weise wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, die Korrekturgröße (K) bestimmt, um eine Abweichung der Steuerungsphase bei der Drehung des Rotors 24 von der Maximaldrehmomentphase zu begrenzen. Dies begrenzt Verringerungen in dem Ausgangsdrehmoment und stellt somit den Drehmomentspielraum auf klein ein, wodurch die Größe des Motors 23 reduziert wird. Insbesondere ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Parameter für die Steuerung der Leistungsspannungserfassungswert der Wechselrichterschaltung 40. Ein Korrigieren des Leistungsspannungserfassungswerts des Wechselrichters, d.h. des Gleichspannungserfassungswerts (Vin), der durch den Spannungssensor S1 erhalten wird, ermöglicht ein stabiles Laufen des Motors 23.
Somit werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, Impulsspannungen an den Motor 23 angelegt, und wird das Schenkeligkeitsverhältnis (q-Achsen-Induktivität/d-Achsen-Induktivität) entsprechend dem Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms geschätzt, die in den Motor 23 fließen, wenn das Anlegen durchgeführt wird. Dies erfasst indirekt die Induktivität des Motors 23 und korrigiert den Parameter zur Steuerung des Motors 23 auf der Grundlage des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses. Somit werden die statischen Fehler zwischen der Steuerungsphase und der Maximaldrehmomentphase bei der Drehung des Rotors 24 reduziert. Dies begrenzt Verringerungen in dem Ausgangsdrehmoment, stellt den Drehmomentspielraum auf klein ein und reduziert die Größe des Motors 23. Die vorstehend beschriebene Schenkeligkeitsverhältnisschätzung dient zur indirekten Erfassung der Induktivität des Motors 23. Die Schätzung des Schenkeligkeitsverhältnisses involviert die Verwendung von größeren Änderungen in der q-Achsen-Induktivität als in der d-Achsen-Induktivität entsprechend den Änderungen in der Größe der Magnetflüsse der Magneten. Zusätzlich wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms zur Korrektur der Parameter für die Steuerung des Motors 23 verwendet. Dies ermöglicht ein Löschen von Fehlern in der Verstärkung der Stromsensoren. Als Ergebnis können Korrekturwerte genauerer berechnet werden.
(2) Die Drehwinkelschätzeinheit 70 schätzt den Winkel des Rotors 24 anhand des U-Phasen-Stroms, des V-Phasen-Stroms und des W-Phasen-Stroms, die in den Motor 23 fließen, wenn Impulsspannungen angelegt werden. Das heißt, dass der U-Phasen-Strom, der V-Phasen-Strom und der W-Phasen-Strom, die zum Erhalten des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms benötigt werden, zum Schätzen des Drehwinkels des Rotors 24 verwendet werden. Somit können, wenn Impulsspannungen einmal angelegt werden, das Schenkeligkeitsverhältnis und der Drehwinkel beide geschätzt werden. Der Motor 23 kann schnell reaktiviert werden, indem eine erweiterte Schätzung des Drehwinkels des Rotors 24 durchgeführt wird, wenn er in einem gestoppten Zustand ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 7 bis 8B beschrieben, wobei sich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird.
Die Wechselrichtervorrichtung 31 des bordeigenen motorbetriebenen Verdichters 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die in 7 gezeigte Konfiguration anstelle der gemäß 2 auf. Gemäß 7 weist die Wechselrichtervorrichtung 31 eine Spannungsbefehlswertkorrektureinheit 90 auf, die als eine Korrektureinheit dient. Die Spannungsbefehlswertkorrektureinheit 90 empfängt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq* aus der Stromsteuerungseinrichtung 64. Dann korrigiert die Spannungsbefehlswertkorrektureinheit 90 Vd* und Vq*, um diese zu der Drehwinkelschätzeinheit 70 auszugeben.
Wie es in 8A gezeigt ist, weist die Spannungsbefehlswertkorrektureinheit 90 Multiplikationseinheiten 91 und 92 und eine Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 93 auf. Die Multiplikationseinheit 91 empfängt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* (Eingangswert Vdin) zum Multiplizieren des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vd* mit dem Korrekturkoeffizienten Ka. Das heißt, dass die Multiplikationseinheit 91 KaxVdin als den korrigierten d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* (Ausgangswert Vdout) ausgibt. Die Multiplikationseinheit 92 empfängt den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq* (Eingangswert Vqin) zum Multiplizieren des q-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vq* mit dem Korrekturkoeffizienten Ka. Das heißt, dass die Multiplikationseinheit 92 KaxVqin als den korrigierten q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq* (Ausgangswert Vqout) ausgibt. Die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 93 verwendet ein in 8B gezeigtes Kennfeld zur Berechnung des Korrekturkoeffizienten Ka. In 8B gibt die horizontale Achse ein Schenkeligkeitsverhältnis an, gibt die vertikale Achse den Korrekturkoeffizienten Ka an und ist eine Kennlinie L10 definiert. Die Kennlinie L10 ist derart definiert, dass, je größer das Schenkeligkeitsverhältnis wird, umso größer der Korrekturkoeffizient Ka wird. Die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 93 gemäß 8A schätzt das Schenkeligkeitsverhältnis Lq/Ld, das das Verhältnis der d-Achsen-Induktivität Ld zu der q-Achsen-Induktivität Lq ist, anhand des Vergleichsergebnisses des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq. Dann berechnet die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 93 den Korrekturkoeffizienten Ka anhand des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses unter Verwendung des in 8B gezeigten Kennfeldes. Unter Verwendung des auf diese Weise berechneten Korrekturkoeffizienten Ka, berechnen die Multiplikationseinheiten 91 und 92 KaxVdin und KaxVqin als die korrigierten Spannungsbefehlswerte (Ausgangswert Vout), um den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq* zu korrigieren.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
(3) Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Parameter zur Steuerung des Motors 23 der d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq*. Wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist, werden Impulsspannungen an den Motor 23 gelegt. Zusätzlich werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq*, die als die Parameter für die Steuerung des Motors 23 dienen, entsprechend dem Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, die in den Motor 23 fließen, wenn die Impulsspannungen an den Motor 23 angelegt werden, korrigiert. Somit wird eine Abweichung der Steuerungsphase bei der Drehung des Rotors 24 von der Maximaldrehmomentphase begrenzt. Dies begrenzt Verringerungen in dem Ausgangsdrehmoment, stellt den Drehmomentspielraum auf klein ein, und reduziert die Größe des Motors 23.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf 9 bis 10C beschrieben, wobei sich auf die Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel konzentriert wird.
Die Wechselrichtervorrichtung 31 des bordeigenen motorbetriebenen Verdichters 20 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die in 9 gezeigte Konfiguration anstelle der gemäß 2 auf. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient eine Induktivität als ein Steuerungsparameter.
Gemäß 9 weist die Drehwinkelschätzeinheit 95 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Induktivitätskorrektureinheit 95a auf, die als eine Korrektureinheit dient. Wie es in 10A gezeigt ist, weist die Induktivitätskorrektureinheit 95a Multiplikationseinheiten 96 und 97 sowie Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheiten 98 und 99 auf. Die Multiplikationseinheit 96 empfängt eine d-Achsen-Induktivität Ldin, um Ldin mit dem Korrekturkoeffizienten Ka zu multiplizieren. Das heißt, dass die Multiplikationseinheit 96 KaxLdin als die korrigierte d-Achsen-Induktivität Ldin (Ausgangswert Ldout) ausgibt. Die Multiplikationseinheit 97 empfängt eine q-Achsen-Induktivität Lqin, um Lqin mit einem Korrekturkoeffizienten Kb zu multiplizieren. Das heißt, dass die Multiplikationseinheit 97 KbxLqin als die korrigierte q-Achsen-Induktivität Lqin (Ausgangswert Lqout) ausgibt. Die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 98 verwendet ein in 10B gezeigtes Kennfeld, um den Korrekturkoeffizienten Ka zu berechnen. In 10B gibt die horizontale Achse ein Schenkeligkeitsverhältnis an, gibt die vertikale Achse den Korrekturkoeffizienten Ka an und ist eine Kennlinie L20 definiert. Die Kennlinie L20 ist derart definiert, dass, je größer das Schenkeligkeitsverhältnis wird, umso größer der Korrekturkoeffizient Ka wird. Die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheit 99 verwendet ein in 10C gezeigtes Kennfeld, um den Korrekturkoeffizienten Kb zu berechnen. In 10C gibt die horizontale Achse ein Schenkeligkeitsverhältnis an, gibt die vertikale Achse den Korrekturkoeffizienten Kb an, und ist eine Kennlinie L21 definiert. Die Kennlinie L21 ist derart definiert, dass, umso größer das Schenkeligkeitsverhältnis wird, umso größer der Korrekturkoeffizient Kb wird.
Die in 10A gezeigten Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheiten 98 und 99 schätzen das Schenkeligkeitsverhältnis Lq/Ld, das das Verhältnis der d-Achsen-Induktivität Ld zu der q-Achsen-Induktivität Lq ist, anhand des Vergleichsergebnisses des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq. Dann berechnen die Korrekturkoeffizienten-Bestimmungseinheiten 98 und 99 die Korrekturkoeffizienten Ka und Kb anhand des geschätzten Schenkeligkeitsverhältnisses unter Verwendung des in 10B gezeigten Kennfeldes und des in 10C gezeigten Kennfeldes. Unter Verwendung der auf diese Weise berechneten Korrekturkoeffizienten Ka und Kb berechnen die Multiplikationseinheiten 96 und 97 KaxLdin und KbxLqin als die korrigierte Induktivität (Ausgangswert Lout), um die d-Achsen-Induktivität Ld und die q-Achsen-Induktivität Lq zu korrigieren.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
(4) Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Parameter zur Steuerung des Motors 23 die d-Achsen-Induktivität Ldin und die q-Achsen-Induktivität Lqin. Die Induktivitätskorrektureinheit 95a legt Impulsspannungen an den Motor 23 an, wenn der Motor 23 in einem gestoppten Zustand ist. Zusätzlich korrigiert die Induktivitätskorrektureinheit 95a die d-Achsen-Induktivität Ldin und die q-Achsen-Induktivität Lqin, die als die Parameter der Steuerung des Motors 23 dienen, entsprechend dem Vergleichsergebnis des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, die in den Motor 23 fließen, wenn die Impulsspannungen an den Motor 23 angelegt werden. Somit wird eine Abweichung der Steuerungsphase bei der Drehung des Rotors 24 in Bezug auf die Maximaldrehmomentphase begrenzt. Dies begrenzt Verringerungen in dem Ausgangsdrehmoment, stellt den Drehmomentspielraum auf klein ein und reduziert die Größe des Motors 23.
Es sollte für den Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Offenbarung in vielen anderen spezifischen Formen ohne Abweichen von der Idee oder dem Umfang der Offenbarung verkörpert werden kann. Insbesondere sollte zu verstehen sein, dass die vorliegende Offenbarung in den nachfolgenden Formen verkörpert werden kann.
Die Steuerungsparameter müssen nicht Spannungswerte oder Induktivitäten sein. Stattdessen können die Steuerungsparameter beispielsweise Stromwerte oder gegenelektromotorische Kraftkonstanten sein.
Die Beziehung zwischen dem Schenkeligkeitsverhältnis und dem Korrekturkoeffizienten K muss nicht linear sein, wie es in 4 und dergleichen gezeigt ist. Zusätzlich muss, wenn das Schenkeligkeitsverhältnis größer wird, der Korrekturkoeffizient K nicht größer werden.
Die Schenkeligkeitsverhältnis-Schätzgleichung muss nicht diejenige sein, die gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist. Aus der Schenkeligkeitsverhältnis-Schätzgleichung muss lediglich das Ergebnis des Vergleichs des d-Achsen-Stroms mit dem q-Achsen-Strom zu erhalten sein, und Verstärkungsfehler in den Stromsensoren müssen lediglich aufgehoben werden können.
Die bordeigene Strömungsmaschine wird bei dem bordeigenen motorbetriebenen Verdichter angewendet. Stattdessen kann die bordeigene Strömungsmaschine beispielsweise auf eine bordeigene Wasserstoffpumpe oder eine bordeigene Wasserpumpe angewendet werden.
Die Steuerungseinrichtungen müssen nicht jeweils eine Vorrichtung sein, die eine ECU oder eine CPU und ein ROM aufweist und Software-Verarbeitung ausführt. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Prozesse, die durch die Software gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden, durch Hardware-Schaltungen ausgeführt werden, die zur Ausführung dieser Prozesse speziell ausgelegt sind (wie ASIC). Das heißt, dass jede der Steuerungseinrichtungen modifiziert werden kann, solange sie irgendeine der nachfolgenden Konfigurationen (a) bis (c) aufweisen. (a) Eine Konfiguration mit einem Prozessor, der alle der vorstehend beschriebenen Prozesse entsprechend den Programmen ausführt, und einer Programmspeichervorrichtung (einem nicht flüchtigen computerlesbaren Speichermedium) wie einem ROM, das die Programme speichert. (b) Eine Konfiguration mit einem Prozessor und einer Programmspeichervorrichtung, die einen Teil der vorstehend beschriebenen Prozesse entsprechend den Programmen ausführen, und eine spezielle Hardware-Schaltung, die die verbleibenden Prozesse ausführt. (c) Eine Konfiguration mit einer speziellen Hardware-Schaltung, die alle der vorstehend beschriebenen Prozesse ausführt. Es können mehrere Software-Verarbeitungsschaltungen vorhanden sein, die jeweils einen Prozessor und eine Programmspeichervorrichtung aufweisen und mehrere spezielle Hardware-Schaltungen vorhanden sein. Das heißt, dass die vorstehend beschriebenen Prozesse in beliebiger Weise ausgeführt werden können, solange die Prozesse durch Verarbeitungsschaltungen ausgeführt werden, die zumindest einen eines Satzes von einer oder mehreren softwareverarbeitenden Schaltungen und eines Satzes von einer oder mehreren speziellen Hardware-Schaltungen aufweisen.
Daher sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als veranschaulichend und nicht beschränkend anzusehen, und die Offenbarung ist nicht auf die hier gegebenen Einzelheiten begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfangs und der Äquivalenz der beigefügten Patentansprüche modifiziert werden.
Eine Drehwinkelschätzeinheit (70) berechnet einen Drehwinkel (θ) eines Rotors (24) anhand eines d-Achsen-Stroms (Id) und eines q-Achsen-Stroms (Iq), die in einen Motor (23) einer bordeigenen Strömungsmaschine (20) fließen, und anhand eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vd*) und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vq*). Eine Korrektureinheit (72; 90; 95a) einer Wechselrichtervorrichtung (31) legt eine Impulsspannung (Vdc×δT) an den Motor (23) an, wenn der Motor (23) in einem gestoppten Zustand ist. Weiterhin korrigiert die Korrektureinheit einen Parameter (Vin; Vd*, Vq; Ldin, Lqin) zur Steuerung des Motors (23) entsprechend einem Ergebnis eines Vergleichs des d-Achsen-Stroms (Id) und des q-Achsen-Stroms (Iq), die in den Motor fließen, wenn die Impulsspannung angelegt wird.

Claims

Bordeigene Strömungsmaschine (20) mit: einer Wechselrichtervorrichtung (31); und einem Motor (23), wobei die Wechselrichtervorrichtung (31) aufweist: eine Wechselrichterschaltung (40) mit einem Schaltelement (Q1 bis Q6), wobei die Wechselrichterschaltung (40) konfiguriert ist, dem Motor (23) Wechselstromleistung zuzuführen, eine Stromsteuerungseinrichtung (64), die konfiguriert ist, einen d-Achsen-Spannungsbefehlswert (Vd*) und einen q-Achsen-Spannungsbefehlswert (Vq*) zu berechnen, und eine Drehwinkelschätzeinheit (70), die konfiguriert ist, einen Drehwinkel (θ) eines Rotors (24) des Motors (23) anhand eines d-Achsen-Stroms (Id) und eines q-Achsen-Stroms (Iq), die in den Motor (23) fließen, und anhand des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vd*) und des q-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vq*) zu berechnen, und die Wechselrichtervorrichtung (31) weiterhin eine Korrektureinheit (72; 90; 95a) aufweist, wobei die Korrektureinheit (72; 90; 95a) konfiguriert ist, eine Impulsspannung (Vdc×δT) an den Motor (23) anzulegen, wenn der Motor (23) in einem gestoppten Zustand ist, und einen Parameter (Vin; Vd*, Vq; Ldin, Lqin) zur Steuerung des Motors (23) entsprechend einem Ergebnis eines Vergleichs des d-Achsen-Stroms (Id) und des q-Achsen-Stroms (Iq) zu korrigieren, die in den Motor (23) fließen, wenn die Impulsspannung (Vdc×δT) angelegt wird.
Bordeigene Strömungsmaschine (20) nach Anspruch 1, wobei die Drehwinkelschätzeinheit (70) konfiguriert ist, einen Winkel (θ) des Rotors (24) anhand eines U-Phasen-Stroms (Iu), eines V-Phasen-Stroms (Iv) und eines W-Phasen-Stroms (Iw) zu schätzen, die in den Motor (23) fließen, wenn die Impulsspannung (Vdc×δT) angelegt wird.
Bordeigene Strömungsmaschine (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrektureinheit (2 bis 6, 72) konfiguriert ist, einen Leistungsspannungserfassungswert (Vin) der Wechselrichterschaltung (40) zu korrigieren, der als der Parameter für die Steuerung dient.
Bordeigene Strömungsmaschine (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrektureinheit (7 bis 8B, 90) konfiguriert ist, den d-Achsen-Spannungsbefehlswert (Vd*) und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert (Vq*) zu korrigieren, die als der Parameter für die Steuerung dienen.
Bordeigene Strömungsmaschine (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrektureinheit (9 bis 10C, 95a) konfiguriert ist, eine d-Achsen-Induktivität (Ldin) und eine q-Achsen-Induktivität (Lqin) zu korrigieren, die als die Parameter für die Steuerung dienen.
Steuerungsverfahren zur Steuerung einer bordeigenen Strömungsmaschine (20), wobei die bordeigene Strömungsmaschine (20) eine Wechselrichtervorrichtung (31) und einen Motor (23) aufweist, wobei das Steuerungsverfahren aufweist: Zuführen einer Wechselstromleistung zu dem Motor (23) durch eine Wechselrichterschaltung (40), die ein Schaltelement (Q1 bis Q6) aufweist, Berechnen eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vd*) und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vq*) durch eine Stromsteuerungseinrichtung (64), Berechnen eines Drehwinkels (θ) eines Rotors (24) des Motors (23) anhand eines d-Achsen-Stroms (Id) und eines q-Achsen-Stroms (Iq), die in den Motor (23) fließen, und anhand des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vd*) und des q-Achsen-Spannungsbefehls-werts (Vq*) durch eine Drehwinkelschätzeinheit (70), Anlegen einer Impulsspannung (Vdc×δT) an den Motor (23), wenn der Motor (23) in einem gestoppten Zustand ist, durch eine Korrektureinheit (72; 90; 95a) der Wechselrichtervorrichtung (31), und Vergleichen des d-Achsen-Stroms (Id) und des q-Achsen-Stroms (Iq), die in den Motor (23) fließen, wenn die Impulsspannung (Vdc×δT) angelegt wird, durch die Korrektureinheit (72; 90; 95a), und Korrigieren, durch die Korrektureinheit (72; 90; 95a), eines Parameters (Vin; Vd*, Vq; Ldin, Lqin) zur Steuerung des Motors (23) entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs durch die Korrektureinheit (72; 90; 95a).
Nichtflüchtiger computerlesbarer Speicherträger, der ein Programm speichert, das einen Prozessor veranlasst, einen Steuerungsprozess zur Steuerung einer bordeigenen Strömungsmaschine (20) auszuführen, wobei der Steuerungsprozess aufweist: Zuführen einer Wechselstromleistung zu dem Motor (23) durch eine Wechselrichterschaltung (40), die ein Schaltelement (Q1 bis Q6) aufweist, Berechnen eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vd*) und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vq*) durch eine Stromsteuerungseinrichtung (64), Berechnen eines Drehwinkels (θ) eines Rotors (24) des Motors (23) anhand eines d-Achsen-Stroms (Id) und eines q-Achsen-Stroms (Iq), die in den Motor (23) fließen, und anhand des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts (Vd*) und des q-Achsen-Spannungsbefehls-werts (Vq*) durch eine Drehwinkelschätzeinheit (70), Anlegen einer Impulsspannung (Vdc×δT) an den Motor (23), wenn der Motor (23) in einem gestoppten Zustand ist, durch eine Korrektureinheit (72; 90; 95a) der Wechselrichtervorrichtung (31), und Vergleichen des d-Achsen-Stroms (Id) und des q-Achsen-Stroms (Iq), die in den Motor (23) fließen, wenn die Impulsspannung (Vdc×δT) angelegt wird, durch die Korrektureinheit (72; 90; 95a), und Korrigieren, durch die Korrektureinheit (72; 90; 95a), eines Parameters (Vin; Vd*, Vq; Ldin, Lqin) zur Steuerung des Motors (23) entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs.