DE102020214679A1

DE102020214679A1 - Motorantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020214679A1
Application number: DE102020214679.9A
Authority: DE
Inventors: Kang Ho Jeong; Jong Kyong Lim; Suk Hyun LIM; Ji Woong Jang; Beom Sik Kim; Sang Cheol Shin
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US20210305928A1; CN113472265A; KR20210122343A; US20220321048A1; US11909343B2; US11418142B2

Abstract

Vorgesehen ist eine Motorantriebsvorrichtung zum Antrieb eines Motors mit einer Vielzahl Wicklungen, die jeweils einer Vielzahl Phasen entsprechen. Die Motorantriebsvorrichtung umfasst einen ersten Wechselrichter, der eine Vielzahl erste Schaltvorrichtungen aufweist und mit ersten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist, und einen zweiten Wechselrichter, der eine Vielzahl zweite Schaltvorrichtungen aufweist und mit zweiten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist. Eine dritte Schaltvorrichtung ist eingerichtet, selektiv Punkte zu verbinden und zu trennen, an denen eine Anzahl Windungen jeder der Wicklungen in einem voreingestellten Verhältnis geteilt sind. Eine Steuerung ist eingerichtet, einen Ein/Aus-Zustand der ersten bis dritten Schaltvorrichtung auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung des Motors einzustellen.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Motorantriebsvorrichtung und insbesondere eine Motorantriebsvorrichtung zur Umwandlung eines Strommodus in einen Motorantriebsmodus, einen Y-verbundenen Motorantriebsmodus und einen Motorantriebsmodus mit offener Wicklung auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung eines Motors, wodurch der Wirkungsgrad eines Wechselrichters zum Antrieb des Motors verbessert ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen werden die Enden der einen Seite einer Wicklung in den jeweiligen Phasen, die in einem Motor umfasst sind, an einen Wechselrichter angeschlossen, und die Enden der anderen Seite der Wicklungen sind miteinander verbunden, um eine Y-Verbindung auszubilden. Wenn ein Motor angetrieben wird, erzeugt eine Schaltvorrichtung im Wechselrichter ein Drehmoment, indem eine Leitungsspannung an eine Wicklung eines Y-verbundenen Motors angelegt wird, um Wechselstrom (AC) zu erzeugen, während dieser über eine Pulsweitenmodulationssteuerung eingeschaltet/ausgeschaltet wird.
Die Kraftstoffeffizienz eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, wie z.B. eines Elektrofahrzeugs, welches das von einem solchen Motor erzeugte Drehmoment als Leistung nutzt, wird zum Teil durch den Leistungsumwandlungswirkungsgrad des Wechselrichters und des Motors bestimmt, und daher ist es wichtig, den Leistungsumwandlungswirkungsgrad des Wechselrichters und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Der Wirkungsgrad eines Wechselrichter-Motor-Systems wird hauptsächlich durch den Spannungsausnutzungsgrad des Wechselrichters bestimmt, und in dieser Hinsicht wird die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert, wenn ein Fahrpunkt eines Fahrzeugs, der auf der Beziehung zwischen Motordrehzahl und Drehmoment basiert, in einem Bereich mit einem hohen Spannungsausnutzungsgrad gebildet wird.
Wenn jedoch die Anzahl der Wicklungen des Motors erhöht wird, um das maximale Drehmoment eines Motors zu erhöhen, ist ein Abschnitt mit einem hohen Spannungsausnutzungsgrad von einem Bereich mit niedrigem Drehmoment entfernt, welcher der Hauptantriebspunkt des Fahrzeugs ist, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verschlechtert wird. Wenn das System in Hinblick auf die Kraftstoffeffizienz so ausgelegt ist, dass dieses einen Hauptantriebspunkt in einem Bereich mit hohem Spannungsausnutzungsgrad abdeckt, wird außerdem die Beschleunigungs- und Antriebsleistung des Fahrzeugs aufgrund der Beschränkung des maximalen Drehmoments des Motors verschlechtert. Dementsprechend besteht ein Bedarf an Motorantriebstechnologie zur Verbesserung des Wirkungsgrads eines Systems bei gleichzeitiger Abdeckung sowohl von Bereichen mit niedriger als auch von Bereichen mit hoher Ausgangsleistung unter Verwendung eines Motors auf dem Gebiet des Standes der Technik.
Es wird davon ausgegangen, dass die oben genannten Sachverhalte im Stand der Technik lediglich der Förderung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung dienen und nicht als Stand der Technik anerkannt werden sollten, der dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Daher bietet die vorliegende Offenbarung eine Motorantriebsvorrichtung zur Umwandlung eines Strommodus in einen Motorantriebsmodus, einen Y-verbundenen Motorantriebsmodus und einen Motorantriebsmodus mit offener Wicklung auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung eines Motors und zur Verbesserung des Wirkungsgrads eines Wechselrichters zum Antrieb des Motors.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung können die obigen und andere Ziele durch die Bereitstellung einer Motorantriebsvorrichtung zum Antrieb eines Motors mit einer Vielzahl Wicklungen, die jeweils einer Vielzahl Phasen entsprechen, erreicht werden, umfassend einen ersten Wechselrichter, der eine Vielzahl erste Schaltvorrichtungen aufweist und mit ersten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist, einen zweiten Wechselrichter, der eine Vielzahl zweite Schaltvorrichtungen aufweist und mit zweiten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist, eine dritte Schaltvorrichtung, die eingerichtet ist, selektiv Punkte zu verbinden und zu trennen, an denen eine Anzahl Windungen jeder der Wicklungen in einem voreingestellten Verhältnis geteilt sind, und eine Steuerung, die eingerichtet ist, einen Ein/Aus-Zustand der ersten bis dritten Schaltvorrichtungen auf der Grundlage einer erforderlichen Ausgangsleistung des Motors zu steuern.
Die dritte Schaltvorrichtung kann eine Vielzahl Schaltvorrichtungen umfassen, deren Enden einer Seite (z.B. Enden einer ersten Seite) mit Punkten verbunden sind, an denen jeweils eine Anzahl Windungen jeder der Vielzahl Wicklungen in einem voreingestellten Verhältnis geteilt sind, und die Enden der anderen Seite (z.B. Enden einer zweiten Seite) miteinander verbunden sind. Wenn die erforderliche Ausgangsleistung des Motors kleiner als ein voreingestellter Referenzwert ist, kann die Steuerung eingerichtet sein, die dritte Schaltvorrichtung einzuschalten und den Motor anzutreiben, indem diese eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an der ersten Schaltvorrichtung durchführt. Das voreingestellte Verhältnis kann N1:N2 sein und eine Spule mit einer Anzahl Windungen, die N1 entspricht, kann durch Einschalten der dritten Schaltvorrichtung in Form einer Y-Verbindung mit dem ersten Wechselrichter verbunden sein.
N1 kann so bestimmt sein, dass ein Bereich, der einem Hauptantriebspunkt eines Fahrzeugs entspricht, an dem der Motor angewendet wird, zu einem Bereich gehört, in dem der Spannungsausnutzungsgrad des Wechselrichters gleich oder größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, bei dem der Spannungsausnutzungsgrad des Wechselrichters bestimmt wird, optimiert zu werden, und zwar in einem Verhältnis Motorumdrehungen pro Minute (U/min)/Motordrehmoment. Wenn die erforderliche Ausgangsleistung des Motors größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, kann die Steuerung eingerichtet sein, die dritte Schaltvorrichtung abzuschalten und den Motor anzutreiben, indem diese eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung durchführt.
Das voreingestellte Verhältnis kann N1:N2 sein, und gegenüberliegende Enden einer Spule mit einer Anzahl Windungen entsprechend N1+N2 können durch Abschalten der dritten Schaltvorrichtung mit dem ersten und zweiten Wechselrichter verbunden werden, und der Motor kann als Motor mit offener Wicklung betrieben werden. Die erste Schaltvorrichtung kann aus einem Material gebildet sein, das durch einen relativ geringen Schaltverlust im Vergleich zur zweiten Schaltvorrichtung gekennzeichnet ist. Die erste Schaltvorrichtung kann ein MOSFET aus SiC und die zweite Schaltvorrichtung kann ein IGBT aus Si sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors mit einer Vielzahl Wicklungen, die jeweils einer Vielzahl Phasen entsprechen, einen ersten Wechselrichter mit einer Vielzahl ersten Schaltvorrichtungen umfassen, der mit ersten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist, einen zweiten Wechselrichter mit einer Vielzahl zweiten Schaltvorrichtungen, der mit zweiten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist, eine Vielzahl dritte Schaltvorrichtungen mit Enden einer ersten Seite, die mit Punkten verbunden sind, an denen jeweils eine Anzahl Windungen der Vielzahl Wicklungen in einem voreingestellten Verhältnis geteilt ist, und mit Enden einer anderen Seite, die miteinander verbunden sind, und einer Steuerung, die eingerichtet ist, eine Y-Verbindung zu bilden, indem diese die Vielzahl dritte Schaltvorrichtungen einschaltet und den Motor antreibt, indem diese eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an den Vielzahl ersten Schaltvorrichtungen durchführt, wenn eine erforderliche Ausgangsleistung des Motors kleiner als ein voreingestellter Referenzwert ist, und die dritte Schaltvorrichtung ausschaltet und den Motor als einen Motor mit offener Wicklung antreibt, indem diese eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an den ersten und zweiten Schaltvorrichtungen durchführt, wenn die erforderliche Ausgangsleistung des Motors gleich oder größer als der Referenzwert ist.
Das voreingestellte Verhältnis kann N1:N2 sein, und eine Spule mit einer Anzahl Windungen, die N1 entspricht, kann durch Einschalten der dritten Schaltvorrichtung in Form einer Y-Verbindung an den ersten Wechselrichter angeschlossen sein. N1 kann so bestimmt sein, dass ein Bereich, der einem Hauptantriebspunkt eines Fahrzeugs entspricht, an dem der Motor angewendet wird, zu einem Bereich gehört, in dem die Spannungsausnutzungsrate des Wechselrichters gleich oder größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, bei dem die Spannungsausnutzungsrate des Wechselrichters bestimmt wird, optimiert zu werden, und zwar in einem Verhältnis Motorumdrehungen pro Minute (U/min)/Motordrehmoment. Das voreingestellte Verhältnis kann N1:N2 sein, und gegenüberliegende Enden einer Spule mit einer Anzahl Windungen entsprechend N1+N2 werden durch Abschalten der dritten Schaltvorrichtung mit dem ersten und zweiten Wechselrichter verbunden, und der Motor wird als Motor mit offener Wicklung betrieben.
Figurenliste
Die oben genannten und andere Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, klarer verstanden, wobei:

1 ein Schaltplan einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; und
2 ein Diagramm ist, das eine Motorumdrehung pro Minute (U/min)/Motordrehmoment-Kurve und einen Hocheffizienzbereich für jeden Motorantriebsmodus einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugartig“ oder ein anderer ähnlicher Begriff, wie dieser hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen einschließt, wie Personenkraftwagen einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl Boote und Schiffe, Flugzeuge und dergleichen, und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennung, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden).
Obwohl die exemplarische Ausführungsform so beschrieben wird, dass eine Vielzahl Einheiten zur Durchführung des exemplarischen Prozesses verwendet werden, wird davon ausgegangen, dass die exemplarischen Prozesse auch von einem oder mehreren Modulen durchgeführt werden können. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass sich der Begriff Steuerung/Steuereinheit auf eine Hardware-Einheit bezieht, die einen Speicher und einen Prozessor umfasst und speziell zur Ausführung der hierin beschriebenen Prozesse programmiert ist. Der Speicher ist eingerichtet, die Module zu speichern, und der Prozessor ist speziell eingerichtet, dass dieser die genannten Module ausführt, um einen oder mehrere Prozesse auszuführen, die weiter unten beschrieben werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Beschränkung der Offenbarung gedacht. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Es wird ferner davon ausgegangen, dass die Begriffe „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn diese in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. In der hierin verwendeten Form schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Punkte ein.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext offensichtlich, wie hierin verwendet, wird der Begriff „etwa“ so verstanden, dass dieser innerhalb eines im Gebiet üblichen Toleranzbereichs liegt, z.B. innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. Der Begriff „etwa“ kann so verstanden werden, dass dieser innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes liegt. Sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt, werden alle hierin angegebenen Zahlenwerte durch den Begriff „etwa“ modifiziert.
Im Folgenden wird eine Motorantriebsvorrichtung gemäß exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schaltplan einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Unter Bezugnahme auf 1 kann die Motorantriebsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet sein, einen Motor 100 mit einer Vielzahl Wicklungen C1 bis C3, die einer Vielzahl Phasen entsprechen, mit Antriebsleistung zu versorgen, und kann einen ersten Wechselrichter 10 umfassen, der eine Vielzahl erste Schaltvorrichtungen S11 bis S16 umfasst und mit einem ersten Ende jeder der Wicklungen des Motors 100 verbunden sein kann, einen zweiten Wechselrichter 20, der eine Vielzahl zweite Schaltvorrichtungen S21 bis S26 umfasst und mit einem zweiten Ende jeder der Wicklungen des Motors 100 verbunden sein kann, dritte Schaltvorrichtungen S31 bis S33 zum selektiven Verbinden oder Trennen von Punkten, an denen die Anzahl der Windungen jeder der Wicklungen des Motors 100 in einem voreingestellten Verhältnis (N1:N2) geteilt sind, und eine Steuerung 40, die eingerichtet ist, einen Ein/Aus-Zustand der ersten Schaltvorrichtungen S11 bis S16, der zweiten Schaltvorrichtungen S21 bis S26 und der dritten Schaltvorrichtungen S31 bis S33 auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung des Motors 100 auszuführen.
Der erste Wechselrichter 10 und der zweite Wechselrichter 20 können eingerichtet sein, Gleichstrom (DC), der in einer Batterie 200 gespeichert ist, in Wechselstrom mit drei Phasen umzuwandeln und können eingerichtet sein, die umgewandelte Wechselstromleistung dem Motor 100 bereitzustellen oder die regenerative Bremsenergie, die durch die Erzeugung des regenerativen Bremsmoments des Motors 100 während des regenerativen Bremsens erzeugt wird, in Gleichstromleistung umzuwandeln, und können eingerichtet sein, die umgewandelte Gleichstromleistung an der Batterie 200 bereitzustellen. Eine solche Umwandlung zwischen Gleichstromleistung und Wechselstromleistung kann durch Pulsbreitenmodulationssteuerung der Vielzahl ersten Schaltvorrichtungen S11 bis S16 und der Vielzahl zweiten Schaltvorrichtungen S21 bis S26 erfolgen, die im ersten Wechselrichter 10 und im zweiten Wechselrichter 20 umfasst sind.
Der erste Wechselrichter 10 kann mehrere Zweige 11 bis 13 umfassen, an die eine Gleichspannung angelegt ist, die in einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 300 gebildet wird, der die gegenüberliegenden Enden der Batterie 200 verbindet. In den Zweigen 11 bis 13 können elektrische Verbindungen gebildet sein, die jeweils einer der Vielzahl Phasen des Motors 100 entsprechen. Insbesondere kann der erste Zweig 11 die beiden Schaltvorrichtungen S11 und S12 umfassen, die zwischen gegenüberliegenden Enden des Gleichstrom-Zwischenkreiskondensators 300 in Reihe miteinander verbunden sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltvorrichtungen S11 und S12 kann mit einem Ende (z.B. einem ersten Ende) einer Einphasenwicklung C1 im Motor 100 verbunden sein, um Wechselstromleistung entsprechend einer Phase aus der Vielzahl der Phasen einzugeben und auszugeben.
In ähnlicher Weise kann der zweite Zweig 12 die beiden Schaltvorrichtungen S13 und S14 umfassen, die zwischen den gegenüberliegenden Enden (z.B. zweiten Enden) des Gleichstrom-Zwischenkreiskondensators 300 in Reihe miteinander verbunden sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltvorrichtungen S13 und S14 kann mit einem Ende (z.B. einem ersten Ende) einer Einphasenwicklung C2 im Motor 100 zum Eingeben und Ausgeben von Wechselstromleistung entsprechend einer Phase unter der Vielzahl Phasen verbunden sein. Der dritte Zweig 13 kann die beiden Schaltvorrichtungen S15 und S16 umfassen, die zwischen den gegenüberliegenden Enden (z.B. zweiten Enden) des Gleichstrom-Zwischenkreiskondensators 300 in Reihe zueinander geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltvorrichtungen S15 und S16 kann an ein Ende (z.B. ein erstes Ende) einer Einphasenwicklung C3 im Motor 100 zum Eingeben und Ausgeben von Wechselstromleistung entsprechend einer Phase unter der Vielzahl Phasen angeschlossen sein.
Der zweite Wechselrichter 20 kann ebenso einen ähnlichen Aufbau wie der erste Wechselrichter 10 aufweisen. Der zweite Wechselrichter 20 kann mehrere Zweig 21 bis 23 umfassen, an die eine Gleichspannung angelegt ist, die im Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator 300 gebildet wird, der die gegenüberliegenden Enden der Batterie 200 verbindet. In den Zweigen 21 bis 23 können elektrische Verbindungen gebildet sein, die jeweils einer der mehreren Phasen des Motors 100 entsprechen. Insbesondere kann der erste Zweig 21 die zwei Schaltvorrichtungen S21 und S22 umfassen, die zwischen gegenüberliegenden Enden des Gleichstrom-Zwischenkreiskondensators 300 in Reihe zueinander geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der zwei Schaltvorrichtungen S21 und S22 kann mit dem anderen Ende (z.B. zweiten Ende) der Einphasenwicklung C1 im Motor 100 verbunden sein, um Wechselstromleistung einzugeben und auszugeben, die einer Phase aus der Vielzahl der Phasen entspricht.
In ähnlicher Weise kann der zweite Zweig 22 die zwei Schaltvorrichtungen S23 und S24 umfassen, die zwischen den gegenüberliegenden Enden des Gleichstrom-Zwischenkreiskondensators 300 in Reihe zueinander geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der zwei Schaltvorrichtungen S23 und S24 kann mit dem anderen Ende (z.B. zweiten Ende) der Einphasenwicklung C2 im Motor 100 verbunden seien, um Wechselstromleistung entsprechend einer Phase unter der Vielzahl Phasen einzugeben und auszugeben. Der dritte Zweig 23 kann die zwei Schaltvorrichtungen S25 und S26 umfassen, die zwischen den gegenüberliegenden Enden des Gleichstrom-Zwischenkreiskondensators 300 in Reihe zueinander geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der zwei Schaltvorrichtungen S25 und S26 kann mit einem Ende der Einphasenwicklung C3 im Motor 100 verbunden sein, um Wechselstromleistung entsprechend einer Phase unter der Vielzahl Phasen einzugeben und auszugeben.
Der erste Wechselrichter 10 kann mit Enden einer Seite (z.B. Enden einer ersten Seite) der Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100 verbunden sein, und der zweite Wechselrichter 20 kann mit Enden einer anderen Seite (z.B. Enden einer zweiten Seite) der Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100 verbunden sein. Mit anderen Worten, die gegenüberliegenden Enden der Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100 können jeweils elektrisch mit dem ersten Wechselrichter 10 und dem zweiten Wechselrichter 20 in einem offenem Wicklungsverfahren verbunden sein.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine dritte Schaltvorrichtung 30 eingerichtet sein, selektiv Punkte zu verbinden oder zu trennen, an denen die Anzahl der Windungen jeder der Vielzahl Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100 in einem voreingestellten Verhältnis (N1:N2) geteilt sind. Beispielsweise kann die dritte Schaltvorrichtung 30 insgesamt drei Schaltvorrichtungen S31 bis S33 umfassen, wobei Enden der einen Seite der Schaltvorrichtungen S31 bis S33 mit jeweiligen Punkten verbunden sein können, an denen die Anzahl Windungen der Vielzahl Wicklungen C1 bis C3 in einem voreingestellten Verhältnis (N1:N2) geteilt sind, und die Enden der anderen Seite der Schaltvorrichtungen S31 bis S33 können miteinander verbunden sein (wobei N1 und N2 eine tatsächliche Anzahl Windungen ist).
In einer solchen Verbindungsstruktur kann der Motor 100 bei geöffneter dritter Schaltvorrichtung 30 mit einer Wicklung mit der Anzahl Windungen N1+N2 betrieben werden, und bei eingeschalteter dritter Schaltvorrichtung 30 können die Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100 an der Position, an der die dritte Schaltvorrichtung 30 angeschlossen ist, miteinander Y-verbunden sein. Wenn z.B. die dritte Schaltvorrichtung 30 eingeschaltet wird, können alle der Vielzahl zweite Schaltvorrichtungen S21 bis S26 im zweiten Wechselrichter 20 ausgeschaltet sein und nicht arbeiten, und der erste Wechselrichter 10 kann betrieben werden, um den Motor 100 anzutreiben, der Motor 100 kann als Motor mit der Anzahl Windungen N1 betrieben werden. Die dritten Schaltvorrichtungen S31 bis S33 können verschiedene Schaltvorrichtungen verwenden, die im Stand der Technik, welchen die vorliegende Offenbarung betrifft, bekannt sind, wie z.B. ein MOSFET, ein IGBT, ein Thyristor oder ein Relais.
Die Steuerung 40 kann eine Vorrichtung zur Pulsbreitenmodulationssteuerung der Schaltvorrichtungen S11 bis S16 und S21 bis S21 sein, die im ersten Wechselrichter 10 und im zweiten Wechselrichter 20 umfasst sind, um den Motor 100 auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung des Motors 100 grundsätzlich anzutreiben. Insbesondere kann gemäß exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Steuerung 40 eingerichtet sein, einen zum Antreiben des Motors zu verwendenden Wechselrichter auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung des Motors 100 zu Bestimmen und kann dementsprechend eingerichtet sein, den Ein/Aus-Zustand der dritten Schaltvorrichtung 30 zu bestimmen und kann eingerichtet sein, eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an der Schaltvorrichtung eines zum Antreiben bestimmten Wechselrichters durchzuführen.
Insbesondere wenn die erforderliche Leistung des Motors 100 kleiner als ein voreingestellter Referenzwert ist, kann die Steuerung 40 den zweiten Wechselrichter 20 nicht betreiben und kann eingerichtet sein, den Motor 100 über die Pulsbreitenmodulationssteuerung der Schaltvorrichtungen S11 bis S16 des ersten Wechselrichters 10 anzutreiben (zur Vereinfachung der Beschreibung als „erster Antriebsmodus“ bezeichnet). Die Steuerung 40 kann eingerichtet sein, die dritten Schaltvorrichtungen S31 bis S33 in einem Ein-Zustand zu betreiben. So können die Enden der einen Seite der Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100, die mit dem ersten Wechselrichter 10 verbunden sind, elektrisch mit einem Punkt verbunden werden, an dem die Anzahl Windungen N1 beträgt, um eine Y-Verbindung zu bilden, und der Motor 100 kann als Motor mit einer Wicklung mit der Anzahl Windungen N1 betrieben werden.
Dementsprechend kann im ersten Antriebsmodus der erste Wechselrichter 10 betrieben werden, um die dritte Schaltvorrichtung 30 einzuschalten, und entsprechend kann die Steuerung des Antriebs des Motors 100, bei dem eine Wicklung mit der Anzahl Windungen N1 Y-verbunden ist, durchgeführt werden. Der Motor kann im ersten Antriebsmodus betrieben werden, indem der am Motor 100 bereitgestellte Phasenstrom, der von einem Gleichspannungs- und Stromsensor 50 des ersten Wechselrichters 10 erfasst wird, und ein Motorwinkel usw., der von einem im Motor 100 installierten Motorrotorsensor (nicht abgebildet) erfasst wird, empfangen wird und Pulsbreitenmodulationssteuerung an den ersten Schaltvorrichtungen S11 bis S16 des ersten Wechselrichters 10 durch die Steuerung 40 durchgeführt wird. Verschiedene Schemata zum Antreiben des Motors 100 mittels Pulsbreitenmodulationssteuerung an einem Wechselrichter sind im Stand der Technik, welchen die vorliegende Offenbarung betrifft, bereits bekannt, so dass eine detaillierte Beschreibung eines Schemas der Pulsbreitenmodulationssteuerung des Wechselrichters im ersten Antriebsmodus nicht mehr angegeben wird.
Wenn die erforderliche Leistung des Motors 100 größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, kann die Steuerung 40 für den Betrieb sowohl des ersten Wechselrichters 10 als auch des zweiten Wechselrichters 20 und für den Betrieb des Motors 100 eingerichtet sein (zur Vereinfachung der Beschreibung als „zweiter Antriebsmodus“ bezeichnet). Insbesondere kann die Steuerung 40 eingerichtet sein, die dritten Schaltvorrichtungen S31 bis S33 so zu betreiben, dass diese sich in einem Aus-Zustand befinden. So kann jede der Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100 die Anzahl Windungen N1+N2 aufweisen, Enden der einen Seite der Wicklungen C1 bis C3 können an den ersten Wechselrichter 10 angeschlossen sein, Enden der anderen Seite der Wicklungen C1 bis C3 können an den zweiten Wechselrichter 20 angeschlossen sein. Mit anderen Worten, im zweiten Antriebsmodus kann der Motor 100 in dem Zustand, in dem die gegenüberliegenden Enden aller Wicklungen C1 bis C3 offen sind, ein Motor mit offener Wicklung sein und über eine Pulsbreitenmodulationssteuerung der beiden Wechselrichter 10 und 20 angetrieben werden, die jeweils mit den gegenüberliegenden Enden der Wicklungen C1 bis C3 verbunden sind.
Der Motor kann im zweiten Antriebsmodus betrieben werden, indem der dem Motor 100 bereitgestellte Phasenstrom, der von dem Gleichspannungs- und Stromsensor 50 des ersten Wechselrichters 10 und des zweiten Wechselrichters 20 erfasst wird, und ein Motorwinkel usw., der von einem im Motor 100 installierten Motorrotorsensor (nicht dargestellt) erfasst wird, empfangen wird und eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an den ersten Schaltvorrichtungen S11 bis S16 des ersten Wechselrichters 10 und den zweiten Schaltvorrichtungen S21 bis S26 des zweiten Wechselrichters 20 durch die Steuerung 40 durchgeführt wird. Verschiedene Schemata zur Ansteuerung eines Motors durch Pulsbreitenmodulationssteuerung an zwei Wechselrichtern, die mit gegenüberliegenden Enden einer Wicklung eines Motors mit offener Wicklung verbunden sind, sind im Stand der Technik, welchen die vorliegende Offenbarung betrifft, bereits bekannt, so dass eine detaillierte Beschreibung der Pulsbreitenmodulationssteuerung des Wechselrichters im zweiten Antriebsmodus nicht mehr angegeben wird.
2 ist ein Diagramm, das eine Motorumdrehungen pro Minute (U/min)/Motordrehmomentkurve und einen Hocheffizienzbereich für jeden Motorantriebsmodus einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Wie oben beschrieben, kann die Motorantriebsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingerichtet sein, einen Y-verbundenen Motor mit einer Anzahl Windungen N1 anzutreiben, indem der erste Wechselrichter 10 im ersten Antriebsmodus betrieben wird, und kann eingerichtet sein, einen Motor mit offener Wicklung mit einer Anzahl Windungen N1+N2 anzutreiben, indem der erste Wechselrichter 10 und der zweite Wechselrichter 20 im zweiten Antriebsmodus betrieben werden.
Wie in 2 gezeigt, kann, wenn der Motor 100 zum Antrieb eines Fahrzeugs eingesetzt wird, ein Hauptantriebspunkt des Fahrzeugs durch einen Antriebspunkt Y1 bei der Fahrt in einer Stadt und einen Antriebspunkt Y2 bei der Fahrt auf einer Schnellstraße dargestellt werden, und die Antriebspunkte Y1 und Y2 können zu einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad eines Motor-Wechselrichtersystems gehören. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann bei Anwendung des Motors 100 auf ein Fahrzeug die Anzahl der Windungen N1 so bestimmt sein, dass die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 im ersten Fahrmodus in einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad des Motor-Wechselrichtersystems liegen. Der Wirkungsgrad des Motor-Wechselrichtersystems kann durch den Spannungsausnutzungsgrad des Wechselrichters bestimmt sein, und somit kann die Anzahl Windungen N1 der Wicklungen C1 bis C3 des Motors 100 im ersten Fahrmodus so bestimmt sein, dass die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 des Fahrzeugs zu einem Bereich R1 gehören, in dem ein Spannungsausnutzungsgrad des Wechselrichters gleich oder größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, bei dem der Spannungsausnutzungsgrad des Wechselrichters als zu optimieren bestimmt wird.
Der zweite Antriebsmodus kann ein Modus für den Antrieb eines Motors mit offener Wicklung sein, und wie bekannt, kann beim Antrieb mit offener Wicklung die Ausgangsleistung eines Wechselrichters so eingestellt sein, dass diese $\sqrt{3}$
mal größer ist als in dem Fall, in dem ein Motor aus Y-verbundenen Wicklungen mit der gleichen Anzahl Windungen einfach mit einem Wechselrichter angetrieben wird. Mit anderen Worten, wenn der Antrieb mit offener Wicklung, welcher der zweite Antriebsmodus ist, angewendet wird, kann es möglich sein, die Anzahl Windungen des Motors um $\sqrt{3}$
mal zu erhöhen, und somit kann der Strom, der zur Erzielung der gleichen Motorleistung erforderlich ist, um $\sqrt{3}$
mal reduziert werden.
Dementsprechend kann bei Anwendung des Modus für den Antrieb mit offener Wicklung der Strom des Wechselrichters reduziert werden, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird, und die Materialkosten können aufgrund der geringeren Verwendung eines Leistungshalbleiters, der als Schaltvorrichtung zur Ausgabe derselben Ausgangsleistung verwendet wird, im Vergleich zum Antrieb des Y-verbundenen Motors gesenkt werden.
Wie in 2 gezeigt, kann es bei Anwendung des zweiten Antriebsmodus schwierig sein, die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 so einzustellen, dass diese in einen Bereich R2 fallen, in dem die Spannungsausnutzungsrate des Motor-Wechselrichtersystems gleich oder größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, bei dem die Spannungsausnutzungsrate des Motor-Wechselrichtersystems bestimmt wird, optimiert zu werden, wenn die Ausgangsleistung des Motors erhöht wird. So kann, wie oben beschrieben, in dem Bereich mit niedrigem Drehmoment, zu dem die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 gehören, im ersten Antriebsmodus der Motor 100 angetrieben werden und dessen Wirkungsgrad verbessert werden, und im zweiten Antriebsmodus kann der Motor 100 in einem Bereich angetrieben werden, der eine hohe Leistung erfordert, und dementsprechend kann der Motor 100 angetrieben werden, um den Ausgangsstrom des Wechselrichters zu reduzieren und den Einsatz eines Leistungshalbleiters zu verringern.
Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des ersten Antriebsmodus, der in dem Bereich mit niedrigem Drehmoment ausgeführt wird, zu dem die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 gehören, können die Schaltvorrichtungen S11 bis S16, die an den ersten Wechselrichter 10 angewendet sind, einen MOSFET aus SiC verwenden, einem Material, das durch einen relativ geringen Schaltverlust gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu können die Schaltvorrichtungen S21 bis S26, die an den zweiten Wechselrichter 20 angewendet sind, der in einem Bereich mit hoher Ausgangsleistung betrieben wird, einen IGBT aus Si verwenden, bei dem es sich um ein kostengünstiges Material handelt.
Wie oben beschrieben, kann die Motorantriebsvorrichtung gemäß verschiedener exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eingerichtet sein, festzustellen, ob eine Anzahl Windungen der Wicklungen des Motors auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung des Motors geteilt ist, den Systemwirkungsgrad zu verbessern, indem die Anzahl Windungen der Wicklungen in einem Bereich mit niedriger Leistung geteilt ist, um einen Hauptantriebspunkt des Fahrzeugs so einzustellen, dass dieser innerhalb eines Bereichs des Motor-Wechselrichtersystems mit hohem Wirkungsgrad liegt, und eingerichtet sein kann, dass ein hohes Drehmoment bei relativ niedrigem Strom unter Verwendung der gesamten Anzahl Windungen der Wicklungen in einem Bereich mit hoher Leistung realisiert ist. Somit kann die Motorantriebsvorrichtung gemäß verschiedener exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen und zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs im gesamten Drehmomentbereich beitragen, verglichen mit dem herkömmlichen Fall, bei dem ein allgemeiner Y-verbundener Motor mit einem Wechselrichter angetrieben wird.
Die Motorantriebsvorrichtung kann eingerichtet sein festzustellen, ob die Anzahl der Windungen der Wicklungen des Motors auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung des Motors geteilt ist, kann die Systemeffizienz verbessern, indem die Anzahl der Windungen der Wicklungen in einem Bereich mit geringer Leistung geteilt sind, so dass der Hauptantriebspunkt des Fahrzeugs zu einem Bereich des Motor-Wechselrichtersystems mit hohem Wirkungsgrad gehört, und kann ein hohes Drehmoment bei geringem Strom unter Verwendung der Gesamtzahl der Windungen der Wicklungen in einem Bereich mit hoher Leistung realisieren. Somit kann die Motorantriebsvorrichtung einen verbesserten Wirkungsgrad haben und zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs im gesamten Drehmomentbereich beitragen, verglichen mit einem herkömmlichen Fall, in dem ein allgemeiner Y-verbundener Motor mit einem Wechselrichter angetrieben wird.
Der Fachmann wird zu schätzen wissen, dass die durch die vorliegende Offenbarung erzielbaren Effekte nicht auf diejenigen beschränkt sind, die oben besonders beschrieben wurden, und dass andere, nicht erwähnte Effekte der vorliegenden Offenbarung durch die obige detaillierte Beschreibung klarer verstanden werden.
Obwohl die exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zur Veranschaulichung offenbart wurden, wird der Fachmann, zu schätzen wissen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Umfang und dem Geist der Erfindung abzuweichen, wie dieser in den begleitenden Ansprüchen offenbart sind.

Claims

Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors mit einer Vielzahl Wicklungen, die jeweils einer Vielzahl Phasen entsprechen, aufweisend: einen ersten Wechselrichter, der eine Vielzahl erste Schaltvorrichtungen umfasst und mit ersten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist; einen zweiten Wechselrichter, der eine Vielzahl zweite Schaltvorrichtungen umfasst und mit zweiten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist; eine dritte Schaltvorrichtung, die eingerichtet ist, selektiv Punkte zu verbinden und zu trennen, an denen eine Anzahl Windungen jeder der Wicklungen in einem voreingestellten Verhältnis geteilt sind; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, einen Ein/Aus-Zustand der ersten bis dritten Schaltvorrichtungen auf der Grundlage einer erforderlichen Ausgangsleistung des Motors einzustellen.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dritte Schaltvorrichtung eine Vielzahl Schaltvorrichtungen mit Enden einer ersten Seite umfasst, die mit Punkten verbunden sind, an denen jeweils eine Anzahl Windungen jeder der Vielzahl Wicklungen in dem voreingestellten Verhältnis geteilt sind, und die Enden einer zweiten Seite miteinander verbunden sind.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn die erforderliche Ausgangsleistung des Motors kleiner als ein voreingestellter Referenzwert ist, die Steuerung eingerichtet ist, die dritte Schaltvorrichtung einzuschalten und den Motor anzutreiben, indem diese eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an der ersten Schaltvorrichtung durchführt.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das voreingestellte Verhältnis N1:N2 ist und eine Spule mit einer Anzahl Windungen entsprechend N1 mit dem ersten Wechselrichter in Form einer Y-Verbindung durch Einschalten der dritten Schaltvorrichtung verbunden ist.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei N1 bestimmt ist, dass ein Bereich, der einem Hauptantriebspunkt eines Fahrzeugs entspricht, in dem der Motor angewendet wird, zu einem Bereich gehört, in dem eine Spannungsausnutzungsrate des Wechselrichters gleich oder größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, bei dem die Spannungsausnutzungsrate des Wechselrichters bestimmt wird, optimiert zu werden, in einem Verhältnis Motorumdrehungen pro Minute (U/min)/Motordrehmoment.
Motorantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die erforderliche Ausgangsleistung des Motors größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, die Steuerung eingerichtet ist, die dritte Schaltvorrichtung abzuschalten und den Motor anzutreiben, indem diese eine Pulsbreitenmodulationssteuerung an der ersten Schaltvorrichtung und der zweiten Schaltvorrichtung durchführt.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das voreingestellte Verhältnis N1:N2 ist und gegenüberliegende Enden einer Spule mit einer Anzahl Windungen entsprechend N1+N2 durch Abschalten der dritten Schaltvorrichtung mit dem ersten und zweiten Wechselrichter verbunden sind und der Motor als ein Motor mit offener Wicklung angetrieben ist.
Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors mit einer Vielzahl Wicklungen, die jeweils einer Vielzahl Phasen entsprechen, aufweisend: einen ersten Wechselrichter, der eine Vielzahl erste Schaltvorrichtungen umfasst und mit ersten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist; einen zweiten Wechselrichter, der eine Vielzahl zweite Schaltvorrichtungen umfasst und mit zweiten Enden der Vielzahl Wicklungen verbunden ist; eine Vielzahl dritter Schaltvorrichtungen mit Enden einer ersten Seite, die mit Punkten verbunden sind, an denen jeweils eine Anzahl Windungen der Vielzahl Wicklungen in einem voreingestellten Verhältnis geteilt ist, und mit Enden einer zweiten Seite, die miteinander verbunden sind; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, eine Y-Verbindung durch Einschalten der Vielzahl dritte Schaltvorrichtungen zu bilden und den Motor durch Ausführen einer Pulsbreitenmodulationssteuerung an der Vielzahl erste Schaltvorrichtungen durchzuführen, wenn eine erforderliche Ausgangsleistung des Motors kleiner als ein voreingestellter Referenzwert ist, und die dritte Schaltvorrichtung auszuschalten und den Motor als einen Motor mit offener Wicklung durch Ausführen einer Pulsbreitenmodulationssteuerung an den ersten und zweiten Schaltvorrichtungen anzutreiben, wenn die erforderliche Ausgangsleistung des Motors gleich oder größer als der Referenzwert ist.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das voreingestellte Verhältnis N1:N2 ist und eine Spule mit einer Anzahl Windungen entsprechend N1 mit dem ersten Wechselrichter in Form einer Y-Verbindung durch Einschalten der dritten Schaltvorrichtung verbunden ist.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei N1 so bestimmt ist, dass ein Bereich, der einem Hauptantriebspunkt eines Fahrzeugs entspricht, in dem der Motor angewendet ist, zu einem Bereich gehört, in dem eine Spannungsausnutzungsrate des Wechselrichters gleich oder größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, bei dem die Spannungsausnutzungsrate des Wechselrichters bestimmt wird, optimiert zu werden, in einem Verhältnis Motorumdrehungen pro Minute (U/min)/Motordrehmoment.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das voreingestellte Verhältnis N1:N2 ist und gegenüberliegende Enden einer Spule mit einer Anzahl Windungen entsprechend N1+N2 durch Abschalten der dritten Schaltvorrichtung mit dem ersten und zweiten Wechselrichter verbunden sind und der Motor als Motor mit offener Wicklung angetrieben ist.