DE102020214682A1

DE102020214682A1 - Motorantriebsvorrichtung und verfahren

Info

Publication number: DE102020214682A1
Application number: DE102020214682.9A
Authority: DE
Inventors: Kang Ho Jeong; Sang Cheol Shin; Yong Jae Lee; Jung Ik Ha; Hyeong Gyu Choi; Jae Hoon Shim
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Seoul National University R&DB Foundation
Current assignee: Hyundai Motor Co; SNU R&DB Foundation; Kia Corp
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2022-03-10
Also published as: KR20220031308A; CN114142787A; US20220077807A1; US11863095B2

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung treibt einen Motor an, der eine Vielzahl von Windungen entsprechend einer Vielzahl von Phasen aufweist. Die Motorantriebsvorrichtung beinhaltet: einen ersten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von ersten Schaltelementen zu enthalten, und verbunden mit ersten Stufen der Vielzahl von Windungen; einen zweiten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen zu enthalten, die mit zweiten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden sind; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, Schaltzustände der zweiten Schaltelemente zu fixieren und die ersten Schaltelemente zu schalten, um Zielspannungsvektoren aufzubauen, falls der Motor in einem Offenend-Windungstyp angetrieben wird, durch Betreiben des ersten Inverters und des zweiten Inverters in einem Raumvektor im Pulsbreiten-Modulationsmodus.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung, genauer gesagt auf eine Motorantriebsvorrichtung, die zum Umwandeln eines Monitorantriebsmodus in einen Y-verbundenen Monitorantriebsmodus und einen Offenend-Windungsmotor-Antriebsmotor in der Lage ist, gemäß einer erforderlichen Abgabe eines Motors, um so die Effizienz eines Inverters zum Antreiben des Motors zu verbessern.
2. Basis verwandten Stands der Technik
Im Allgemeinen sind Wicklungen von Phasen eines Motors mit einem Inverter an ersten Enden desselben und miteinander an zweiten Enden desselben verbunden, wodurch eine Y-Verbindung gebildet wird.
Wenn der Motor angetrieben wird, legt ein Schaltelement innerhalb des Inverters eine Leitungsspannung an die Y-verbundenen Windungen des Motors an, um einen Wechselstrom (AC) zu erzeugen, während er durch Impulsbreiten-Modulationssteuerung ein/aus-geschaltet wird, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird.
Die Kraftstoff-Ökonomie (oder Leistungs-Ökonomie) eines ökologisch freundlichen Fahrzeugs, wie etwa eines Elektrofahrzeugs, welches das durch den Motor erzeugte Drehmoment auf diese Weise verwendet, wird durch Inverter-Motorleistungs-Umwandlungseffizienz bestimmt. Aus diesem Grund, um die Kraftstoff-Ökonomie zu verbessern, ist es wichtig, die Leistungsumwandlungs-Effizienz des Inverters und die Effizienz des Motors zu maximieren.
Die Effizienz eines Inverter-Motorsystems wird hauptsächlich durch einen Spannungseinsatzfaktor des Inverters bestimmt. In dem Fall, bei dem ein Betriebspunkt des Fahrzeugs, welcher durch eine Beziehung zwischen einer Motorgeschwindigkeit und Drehmoment in einem hohen Abschnitt des Spannungseinsatzfaktors bestimmt wird, gebildet wird, kann die Kraftstoff-Ökonomie des Fahrzeugs verbessert werden.
Jedoch, da die Anzahl von Wicklungen des Motors ansteigt, um ein Maximaldrehmoment des Motors zu erhöhen, wird ein hoher Abschnitt des Spannungseinsatzfaktors entfernt von einer Niedrigdrehmoment-Region, die ein Hauptbetriebspunkt des Fahrzeugs ist. Als Ergebnis kann ein Problem auftreten, dass die Kraftstoff-Ökonomie beeinträchtigt wird. Zusätzlich, in einem Fall, bei dem ein Hauptbetriebspunkt entworfen ist, in dem hohen Abschnitt des Spannungseinsatzfaktors enthalten zu sein, gibt es im Hinblick auf die Kraftstoff-Ökonomie eine Beschränkung beim Maximaldrehmoment des Motors. Somit kann das Problem auftreten, dass Beschleunigungsabfahrt-Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs verschlechtert ist.
Daher ist eine Motorantriebs-Technologie auf dem technischen Gebiet erforderlich, die in der Lage ist, die Effizienz eines Systems zu verbessern, während sowohl Niedrig- als auch Hoch-Abgabeabschnitte unter Verwendung eines Motors abgedeckt werden.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur dem Verbessern des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung und sollte nicht als Zugeständnis oder jegliche Form von Suggestion, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der bereits Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet bekannt wäre, genommen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Daher ist das durch die vorliegende Offenbarung zu lösende technische Problem die Bereitstellung einer Motorantriebsvorrichtung, die zum Umwandeln eines Motorantriebsmodus in einen Y-verbundenen Motorantriebsmodus und einen Offenend-Windungs-Motorantriebsmodus in der Lage ist, gemäß einer erforderlichen Abgabe eines Motors, um so die Effizienz eines Inverters zum Antreiben des Motors zu verbessern.
Um das technische Problem zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung eine Motorantriebsvorrichtung bereit, die einen Motor mit einer Vielzahl von Windungen entsprechend einer Vielzahl von Phasen antreibt, und beinhaltet: einen ersten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl erster Schaltelemente zu enthalten und mit ersten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist; einen zweiten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen zu enthalten, und mit zweiten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, Schaltzustände der zweiten Schaltelemente zu fixieren und die ersten Schaltelemente zu schalten, um Zielspannungsvektoren zu komponieren, falls der Motor in einem Offenend-Windungstyp angetrieben wird, durch Betreiben des ersten Inverters und des zweiten Inverters in einen Raumvektor-Impulsbreiten-Modulationsmodus.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung die Zielspannungsvektoren unter Ausschluss von Spannungsvektoren aufbauen, in welchen eine Differenz zwischen einer gemeinsamen Modusspannung des ersten Inverters und einer gemeinsamen Modusspannung des zweiten Inverters nicht Null ist, von Spannungsvektoren, welche durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung die Zielspannungsvektoren durch Fixieren von Ein/Aus-Zuständen der zweiten Schaltelemente und Umschalten der ersten Schaltelemente anhand jeder Region von Spannungsvektoren, die durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind, aufbauen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung Punkte, in welchen Schaltzustände des ersten Inverters gleich sind, in einem Vektordiagramm, welches die Spannungsvektoren illustriert, die durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind, verbinden, und die Regionen vorläufig einstellen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung die Zielspannungsvektoren durch Fixieren von Schaltzuständen der zweiten Schaltelemente entsprechend einer Region, innerhalb welcher die Zielspannungsvektoren fallen, und Umschalten der ersten Schaltelemente, um Schaltzustände der ersten Schaltelemente in einem gegebenen Muster zu wiederholen, aufbauen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Schaltverlust der ersten Schaltelemente kleiner sein als derjenige der zweiten Schaltelemente.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können die ersten Schaltelemente Feldeffekttransistoren (FETs) sein, die aus SiC gebildet sind, und können die zweiten Schaltelemente isolierte Gatter-Bipolartransistoren (IGBTs) sein, die aus Si gebildet sind.
Um das technische Problem zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung eine Motorantriebsvorrichtung bereit, die einen Motor mit einer Vielzahl von Windungen entsprechend einer Vielzahl von Phasen antreibt und beinhaltet: einen ersten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von ersten Schaltelementen zu enthalten, und mit ersten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist, einen zweiten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen zu enthalten, und der mit zweiten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist; eine Vielzahl von dritten Schaltelementen, deren erste Enden mit Punkten verbunden sind, welche die Anzahl von Wicklungen der Vielzahl von Windungen in einem vorgegebenen Verhältnis teilen und deren zweite Enden miteinander verbunden sind; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, die dritten Schaltelemente auszuschalten, falls eine erforderliche Abgabe des Motors größer als oder gleich einem voreingestellten Referenzwert ist; und den ersten Inverter und den zweiten Inverter in einem Raumvektor-Impulsbreiten-Modulationsmodus zu betreiben, durch Fixieren von Schaltzuständen der zweiten Schaltelemente und Schalten der ersten Schaltelemente zum Aufbauen von Zielspannungsvektoren.
Gemäß der Motorantriebsvorrichtung kann die Motorantriebsvorrichtung bestimmen, ob ein Wicklungsverhältnis der Windungen des Motors zu unterteilen ist, auf Basis der erforderlichen Abgabe des Motors, die Anzahl von Wicklungen der Windungen in einer Niedrigausgaberegion so unterteilen, dass die Hauptantriebspunkte des Fahrzeugs in einer Hocheffizienz-Region des Motorinvertersystems enthalten sind, um die Effizienz des Motorinvertersystems zu verbessern, und hohes Drehmoment mit einem niedrigen Strom unter Verwendung der Gesamtanzahl von Wicklungen der Windungen in einer Hochabgaberegion realisieren.
Gemäß der Motorantriebsvorrichtung kann die Motorantriebsvorrichtung die Effizienz in einer gesamten Drehmomentregion verbessern, um zum Verbessern der Kraftstoff-Ökonomie des Fahrzeugs beizutragen, im Vergleich zu einem Fall, bei dem ein konventioneller Y-verbundener Motor durch einen Inverter angetrieben wird.
Zusätzlich, gemäß der Motorantriebsvorrichtung, während des Offenend-Windungstyp-Antriebs, der simultan die zwei mit entgegengesetzten Enden der Windungen des Motors verbundenen Inverter betreibt und den Motor antreibt, wird Umschalten des Inverters unter Verwendung der Schaltelemente mit einem großen Schaltverlust, wenn Spannungsvektoren für Raumvektor-Impulsbreitenmodulation aufgebaut sind, minimiert und wird das Umschalten des Inverters unter Verwendung der Schaltelemente mit einem relativ kleinen Schaltverlust durchgeführt. Dadurch kann ein Schaltverlust reduziert werden und kann die Effizienz des Gesamtsystems verbessert werden.
Effekte, die aus der vorliegenden Offenbarung erhaltbar sind, sind nicht auf die oben erwähnten Effekte beschränkt und andere unerwähnte Effekte können klar aus der nachfolgenden Beschreibung durch Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet verstanden werden, an welche sich die vorliegende Offenbarung wendet.
Figurenliste
Die obigen und anderen Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden, in welchen:

Fig. lein Schaltungsdiagramm ist, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert;
2 ein Graph ist, der eine Motordrehzahl (UPM)-Motordrehmomentkurve und eine Hocheffizienz-Region, die sich auf jeden Motorantriebsmodus der Motorantriebsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht, illustriert;
3 ein Diagramm ist, das Spannungsvektoren illustriert, die durch zwei Inverter aufgebaut werden, die an einen Offenend-Windungsmotor angelegt werden;
4 ein Diagramm ist, das Spannungsvektoren illustriert, die durch zwei Inverter aufgebaut sind, wenn ein Offenend-Windungstypmotor angetrieben wird;
5 ein Vektordiagramm ist, das Spannungsvektoren ausschließt, die eine Differenz zwischen zwei gemeinsamen Modusspannungen von zwei Invertern aus dem in 4 illustrierten Vektordiagramm erzeugen;
6 ein Diagramm ist, das Schaltbeispiele von regionsspezifischen ersten und zweiten Invertern, die in 5 illustriert sind, illustriert;
7 ein Diagramm ist, das Schaltzustände von Schaltelementen in einem ersten Inverter und Schaltzustände der Schaltelemente in einem zweiten Inverter gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert; und
8 ein Diagramm ist, das Schaltzustände von Schaltelementen in einem ersten Inverter und Schaltzuständen der Schaltelemente in einem zweiten Inverter illustriert, wenn ein konventioneller Offenend-Windungstypmotor angetrieben wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-,, oder ähnlicher Ausdruck, wie hierin verwendet, Mehrfahrzugriffe Im Allgemeinen beinhaltet, wie etwa PKWs einschließlich Sports Utility Fahrzeugen (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Gewerbefahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Alternativ-Kraftstoff-Fahrzeuge (zum Beispiel aus anderen Ressourcen als Erdöl abgeleitete Kraftstoffe) beinhaltet. Wie hierin Bezug genommen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Kraftquellen aufweist, beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Die hierin verwendete Terminologie dient dem Zweck des Beschreibens nur bestimmter Ausführungsformen und soll nicht die Offenbarung beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen enthalten, wenn nicht anders klar im Kontext ausgesagt. Weiter versteht sich, dass die Ausdrücke „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei Verwendung dieser Spezifikation die Anwesenheit genannter Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber die Anwesenheit oder Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen derselben nicht ausschließt. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Ausdruck „und/oder“ jegliche und alle Kombinationen von einer oder mehrerer der assoziierten, aufgelisteten Elemente. In der gesamten Beschreibung, wenn nicht explizit das Gegenteil ausgesagt ist, verstehen sich das Wort „umfassen“ und Variationen wie etwa „umfasst“ oder „umfassend“ als den Einschluss genannter Elemente implizierend, aber nicht den Ausschluss jeglicher anderer Elemente. Zusätzlich bedeuten die Ausdrücke „Einheit“, „-er“, „-or“ und „Modul“, die in der Spezifikation beschrieben sind, Einheiten zum Verarbeiten zumindest einer Funktion und des Betriebs und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und Kombinationen davon implementiert werden.
Weiter kann die Steuerlogik der vorliegenden Offenbarung als nicht-transitorische computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das durch einen Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen ausgeführte ausführbare Programmanweisungen enthält. Beispiele von computerlesbaren Medien beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf ROM, RAM, Compact Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppy-Discs, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Medium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen distributiert werden, so dass die computerlesbaren Medien in einer verteilten Weise gespeichert und ausgeführt werden, zum Beispiel durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Netzwerk (CAN).
Nachfolgend wird eine Motorantriebsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert.
Bezug nehmend auf 1, ist eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Motorantriebsvorrichtung, die Antriebsleistung einem Motor 100 zuführt, der eine Vielzahl von Windungen C1 bis C3 entsprechend einer Vielzahl von Phasen aufweist, und kann konfiguriert sein, einen ersten Inverter 10 zu enthalten, der eine Vielzahl von ersten Schaltelementen S11 bis S16 beinhaltet und mit ersten Stufen der Windungen des Motors 100 verbunden ist, einen zweiten Inverter 20, der eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen S21 bis S26 enthält und mit zweiten Stufen der Windungen des Motors 100 verbunden ist, dritte Schaltelemente S31 bis S33, die die Anzahl von Wicklungen der Windungen des Motors 100 durch ein voreingestelltes Verhältnis von N1:N2 unterteilen, selektiv verbinden/trennen und eine Steuerung 40, die Ein/Aus-Zustände der ersten Schaltelemente S11 bis S16, der zweiten Schaltelemente S21 bis S26 und der dritten Schaltelemente S31 bis S33 auf Basis einer erforderlichen Ausgabe des Motors 100 steuert.
Der erste Inverter 10 und der zweite Inverter 20 können Gleichstrom (DC), der in einer Batterie 200 gespeichert ist, in Dreiphasen-Wechselstrom (AC) umwandeln und den Dreiphasen-AC-Strom dem Motor 100 zuführen, oder regenerative Bremsenergie, die aufgrund des Auftretens eines Regenerativ-Bremsdrehmoments des Motors 100 während regenerativen Bremsens erzeugt wird, in einen Gleichstrom umwandeln und den Gleichstrom der Batterie 200 bereitstellen. Die Umwandlung zwischen DC-Strom und AC-Strom kann durch Impulsbreiten-Modulationssteuerung der Vielzahl von ersten Schaltelementen S11 bis S16 und der Vielzahl von zweiten Schaltelementen S21 bis S26, die am ersten Inverter 10 bzw. dem zweiten Inverter 20 vorgesehen sind, durchgeführt werden.
Der erste Inverter 10 kann eine Vielzahl von Teilstrecken 11 bis 13 enthalten, an welche eine DC-Spannung, die an einem DC-Verbindungskondensator 300, der zwischen entgegengesetzten Enden der Batterie 200 verbunden ist, angelegt wird. Die Teilstrecken 11 bis 13 können der Vielzahl von Phasen des Motors 100 entsprechen, um elektrische Verbinder zu erhalten. Insbesondere kann eine erste Teilstrecke 11 zwei Schaltelemente S11 und S12, die in Reihe zwischen entgegengesetzten Enden des DC-Verbindungskondensators 300 verbunden sind, beinhalten, und ein verbundener Knoten zwischen den zwei Schaltelementen S11 und S12 kann mit einem Ende der Windung C1 für eine Phase des Motors 100 so verbunden sein, dass AC-Strom entsprechend einer der Vielzahl von Phasen eingegeben/ausgegeben wird. Gleichermaßen kann eine zweite Teilstrecke 12 zwei Schaltelemente S13 und S14 beinhalten, die in Reihe zwischen den entgegengesetzten Enden des DC-Verbindungskondensators 300 verbunden sind und ein verbundener Knoten zwischen den zwei Schaltelementen S13 und S14 kann mit einem Ende der Windung C2 für eine Phase im Motor 100 so verbunden sein, dass AC-Strom, der einer der Vielzahl von Phasen entspricht, eingegeben/ausgegeben wird. Zusätzlich kann eine dritte Teilstrecke 13 zwei Schaltelemente S15 und S16 beinhalten, die in Reihe zwischen den entgegengesetzten Enden des DC-Verbindungskondensators 300 verbunden sind und ein verbundener Knoten zwischen den zwei Schaltelementen S15 und S16 kann mit einem Ende der Windung C3 für eine Phase des Motors 100 so verbunden sein, dass AC-Strom entsprechend einer der Vielzahl von Phasen eingegeben/ausgegeben wird.
Der zweite Inverter 20 kann auch eine Konfiguration ähnlich zu derjenigen des ersten Inverters 10 aufweisen. Der zweite Inverter 20 kann eine Vielzahl von Teilstrecken 21 bis 23 enthalten, an welche die im DC-Verbindungskondensator 300, der zwischen den entgegengesetzten Enden der Batterie 200 verbunden ist, gebildete DC-Spannung angelegt wird. Die Teilstrecken 21 und 23 können der Vielzahl von Phasen des Motors 100 entsprechen, um elektrische Verbindung zu erhalten. Insbesondere kann eine erste Teilstrecke 21 zwei Schaltelemente S21 und S22 enthalten, die in Reihe zwischen den entgegengesetzten Enden des DC-Verbindungskondensators 300 verbunden sind, und ein verbundener Knoten zwischen den zwei Schaltelementen S21 und S22 kann mit dem zweiten Ende der Windung C1 für eine Phase im Motor 100 so verbunden sein, dass AC-Strom entsprechend einer der Vielzahl von Phasen eingegeben/ausgegeben wird. Gleichermaßen kann eine zweite Teilstrecke 22 zwei Schaltelemente S23 und S24 beinhalten, die in Reihe zwischen den entgegengesetzten Enden des DC-Verbindungskondensators 300 verbunden sind, und ein verbundener Knoten zwischen den zwei Schaltelementen S23 und S24 kann mit dem zweiten Ende der Windung C2 für eine Phase im Motor 100 so verbunden sein, dass AC-Strom entsprechend einer der Vielzahl von Phasen eingegeben/ausgegeben wird. Zusätzlich kann eine dritte Teilstrecke 23 zwei Schaltelemente S25 und S26 beinhalten, die in Reihe zwischen den entgegengesetzten Enden des DC-Verbindungskondensators 300 verbunden sind und ein verbundener Knoten zwischen den zwei Schaltelementen S25 und S26 kann mit dem zweiten Ende der Windung C3 für eine Phase im Motor 100 so verbunden sein, dass AC-Strom entsprechend einer der Vielzahl von Phasen eingegeben/ausgegeben wird.
Der erste Inverter 10 ist mit ersten Enden der Windungen C1 bis C3 des Motors 100 verbunden und der zweite Inverter 20 ist mit zweiten Enden der Windungen C1 bis C3 des Motors 100 verbunden. D.h., dass eine elektrische Verbindung vom Offenend-Windungstyp gebildet werden kann, in der entgegengesetzten Enden der Windungen C1 bis C3 des Motors 100 jeweils mit dem ersten Inverter 10 und dem zweiten Inverter 20 verbunden sind.
In der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das dritte Schaltelement 30 konfiguriert, um selektiv Punkte, welche die Anzahl von Wicklungen der Vielzahl von Windungen C1 bis C3, die im Motor 100 enthalten sind, durch ein voreingestelltes Verhältnis von N1:N2 unterteilen, zu verbinden/trennen. Beispielsweise kann das dritte Schaltelement 30 aus insgesamt drei Schaltelementen S31 bis S33 aufgebaut sein. Erste Enden der Schaltelemente S31 bis S33 können mit einem Punkt verbunden sein, an welchem die Anzahl von Wicklungen der Vielzahl von Windungen C1 bis C3 durch ein voreingestelltes Verhältnis von N1:N2 unterteilt wird und die zweiten Enden der Schaltelemente S31 bis S33 können verbunden sein (hier sind N1 und N2 die echte Anzahl von Wicklungen).
In dieser Verbindungsstruktur, in dem Fall, bei dem das dritte Schaltelement 30 ausgeschaltet wird, kann der Motor 100 mit den Windungen betrieben werden, welche die Anzahl von Wicklungen N1 + N2 aufweist. In dem Fall, bei dem das dritte Schaltelement 30 eingeschaltet wird, bilden die Windungen C1 bis C3 des Motors 100 eine Y-Verbindung an einer Position, an welcher das dritte Schaltelement 30 verbunden ist. Beispielsweise in dem Fall, bei dem das dritte Schaltelement 30 eingeschaltet wird, werden alle der Vielzahl von Schaltelementen S21 bis S26 innerhalb des zweiten Inverters 20 ausgeschaltet und nicht betrieben, und wird der erste Inverter 10 zum Antreiben des Motors 100 betrieben, so dass der Motor 100 als ein Motor mit der Anzahl von Wicklungen von N1 angetrieben werden kann.
Als die dritten Schaltelemente S31 bis S33 können verschiedene in dem Stand der Technik bekannte Schaltvorrichtungen, wie etwa ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), ein Isolationsgatter-Bipolartransistor (IGBT), ein Thyristor und ein Relais eingesetzt werden.
Die Steuerung 40 ist ein Element, das im Wesentlichen Impulsbreiten-Modulationssteuerung über die Schaltelemente S11 bis S16 und S21 bis S26, die im ersten Inverter 10 und dem zweiten Inverter 20 enthalten sind, aufweist, so dass der Motor 100 auf Basis der erforderlichen Abgabe des Motors 100 angetrieben werden kann. Insbesondere kann in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Steuerung 40 einen Inverter bestimmen, der verwendet wird, um den Motor auf Basis der erforderlichen Abgabe des Motors 100 anzutreiben, somit einen Ein/Aus-Zustand des dritten Schaltelements 30 bestimmen und eine Impulsbreiten-Modulationssteuerung über die Schaltelemente des Inverters, der festgelegt ist, den Motor anzutreiben, aufweisen.
Insbesondere, falls die erforderliche Abgabe des Motors 100 kleiner als ein voreingestellter Referenzwert ist, kann die Steuerung 40 eine Impulsbreiten-Modulationssteuerung über die Schaltelemente S11 bis S16 des ersten Inverters 10 aufweisen, ohne den zweiten Inverter 20 zu betreiben, und den Motor 100 antreiben (für die Bequemlichkeit der Beschreibung, als „erster Antriebsmodus“ bezeichnet). In diesem Fall kann die Steuerung 40 die dritten Schaltelemente S31 bis S33 steuern, im EIN-Zustand zu sein. Entsprechend bilden die Windungen C1 bis C3 des Motors 100 eine Y-Verbindung, für welche die Punkte, an welchen die Anzahl von Wicklungen ab ersten Enden derselben, die mit dem ersten Inverter 20 verbunden sind, N1 beträgt, miteinander verbunden sind, und somit der Motor 100 als ein Motor betrieben wird, dessen Windungen die Anzahl von Wicklungen von N1 aufweist.
Auf diese Weise wird im ersten Antriebsmodus das dritte Schaltelement 30 durch Betreiben des ersten Inverters 10 eingeschaltet, und dadurch kann die Steuerung des Antriebs des Motors 100, dessen Windungen die Anzahl von Wicklungen von N aufweisen und die Y-verbunden sind, durchgeführt werden. Das Antreiben des Motors im ersten Antriebsmodus kann auf solche Weise erreicht werden, dass eine DC-Spannung des ersten Inverters 10, ein durch einen Stromsensor 50 detektierter und dem Motor 100 bereitgestellter Phasenstrom, und ein durch einen (nicht illustrierten) Motorrotorsensor, der am Motor 100 installiert ist, detektierter Motorwinkel in die Steuerung 40 eingegeben werden, und dann hat die Steuerung 40 Impulsbreiten-Modulationssteuerung über die ersten Schaltelemente S11 bis S16 des ersten Inverters 10. Da verschiedene Techniken zum Ausüben von Impulsbreiten-Modulationssteuerung über einen Inverter und Antreiben des Motors 100 bereits im Stand der Technik bekannt sind, wird eine detaillierte Beschreibung einer Technik für die Impulsbreiten-Modulationssteuerung des Inverters, die im ersten Antriebsmodus durchgeführt wird, weggelassen.
Falls die erforderliche Abgabe des Motors 100 größer als ein voreingestellter Referenzwert ist, kann die Steuerung 40 sowohl den ersten Inverter 10 als auch den zweiten Inverter 20 betreiben, um den Motor 100 anzutreiben (aus Gründen der bequemen Beschreibung als „zweiter Antriebsmodus“ bezeichnet). In diesem Fall kann die Steuerung 40 die dritten Schaltelemente S31 bis S33 steuern, in einem AUS-Zustand zu sein. Entsprechend weisen die Windungen C1 bis C3 des Motors 100 dieselbe Anzahl von Wicklungen von N1+N2 auf, sind erste Enden derselben mit dem ersten Inverter verbunden und sind zweite Enden derselben mit dem zweiten Inverter 20 verbunden.
Das heißt, dass der Motor 100 im zweiten Antriebsmodus ein Offenenden-Windungsmotor wird, bei dem entgegengesetzte Enden der Windungen C1 bis C3 in einem offenen Zustand sind und angetrieben werden kann, indem Impulsbreiten-Modulationssteuerung über die zwei Inverter 10 und 20 ausgeübt wird, die mit den entgegengesetzten Enden der Windungen C1 bis C3 verbunden sind.
Das Antreiben des Motors im zweiten Antriebsmodus kann auf solche Weise erreicht werden, dass eine DC-Spannung des ersten Inverters 10, eine DC-Spannung des zweiten Inverters 20, ein durch den Stromsensor 50 detektierter und dem Motor 100 bereitgestellter Phasenstrom und ein durch den (nicht illustrierten) Motorrotorsensor, der am Motor 100 installiert ist, detektierter Motorwinkel in die Steuerung 40 eingegeben werden, und dann die Steuerung 40 Impulsbreiten-Modulationssteuerung über die ersten Schaltelemente S11 bis S16 des ersten Inverters 10 und die zweiten Schaltelemente S21 bis S26 des zweiten Inverters 20 ausübt. Da verschiedene Techniken zur Ausübung von Impulsbreiten-Modulationssteuerung über zwei Inverter, die mit entgegengesetzten Enden der Windungen des Offenend-Windungsmotors verbunden sind, und Antreiben des Motors, bereits im Stand der Technik bekannt sind, wird eine detailliertere Beschreibung einer Technik für die Impulsbreiten-Modulationssteuerung der Inverter, die im zweiten Antriebsmodus durchgeführt wird, weggelassen.
2 ist ein Graph, der eine Motordrehzahl (RPM)-Motordrehmomentkurve und eine Hocheffizienzregion, die sich auf jeden Motorantriebsmodus der Motorantriebsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht, illustriert.
Wie oben beschrieben, treibt die Motorantriebsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den Y-verbundenen Motor mit der Anzahl von Wicklungen von N1 im ersten Antriebsmodus an, durch Steuern des ersten Inverters 10, und treibt den Offenend-Windungsmotor mit der Anzahl von Wicklungen von N1+N2 im zweiten Antriebsmodus an, durch Steuern des ersten Inverters 10 und des zweiten Inverters 20.
Wie in 2 illustriert, in dem Fall, bei dem der Motor 100 auf das Antreiben eines Fahrzeugs angewendet wird, wird ein Hauptantriebspunkt des Fahrzeugs in einen Antriebspunkt Y1 während des Stadtfahrens (zum Beispiel Stopp- und Go-Bedingungen) und ein Antriebspunkt Y2 während des Autobahnfahrens klassifiziert, und werden die Antriebspunkte Y1 und Y2 vorzugsweise in einer Hocheffizienzregion eines Motorinvertersystems eingeschlossen.
In der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird in dem Fall, bei dem der Motor 100 auf ein Fahrzeug angewendet wird, die Anzahl von Wicklungen von N1 vorzugsweise so bestimmt, dass die Hocheffizienzregion des Motorinvertersystems die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 im ersten Antriebsmodus enthält. Da die Effizienz des Motorinvertersystems durch einen Spannungseinsatzfaktors des Inverters bestimmt ist, wird die Anzahl von Wicklungen von N1 der Windungen C1 bis C3 des Motors 100 im ersten Antriebsmodus vorzugsweise so bestimmt, dass eine Region R1, wo der Spannungseinsatzfaktor des Inverters größer als oder gleich einem voreingestellten Referenzwert ist, durch welchen der Spannungseinsatzfaktor exzellent ist, kann bestimmt werden, in den Hauptantriebspunkten Y1 und Y2 des Fahrzeugs enthalten zu sein.
Der zweite Antriebsmodus ist ein Modus zum Antreiben des Offenend-Windungsmotors. Es ist bekannt, dass im Vergleich zu dem Fall, bei dem ein Motor für Y verbundene Windungen mit derselben Anzahl von Wicklungen einfach durch einen Inverter angetrieben wird, die Ausgabe des Inverters eingestellt sein kann, um etwa das √3-fache in einem Offenend-Windungsantriebstyp hoch zu sein. Das heißt, dass in dem Fall, bei dem der Offenend-Windungsantriebstyp, der für den zweiten Antriebsmodus ist, angewendet wird, die Anzahl von Wicklungen des Motors um das √3-fache gesteigert werden kann, und somit die Stromausgabe für den Motor, der dieselbe Ausgabe erzeugt, um das √3-fache reduziert werden kann.
Auf diese Weise, in dem Fall, bei dem der Offenend-Windungsantriebstyp angewendet wird, kann ein Strom des Inverters reduziert werden, um die Effizienz im Vergleich zum Antriebsmodus des Y-verbundenen Motors zu steigern, um dieselbe Ausgabe zu erzeugen, und die Materialkosten können reduziert werden, aufgrund einer Reduktion bei der Menge der Verwendung von Leistungshalbleitern, die als Schaltelemente angewendet werden.
Wie in 2 illustriert, in dem Fall, bei dem der zweite Antriebsmodus angewendet wird, kann eine Region R2, die mehr als oder gleich einem voreingestellten Referenzwert ist, durch welchen, wenn die Ausgabe des Motors ansteigt, ein Spannungseinsatzfaktor des Motorinvertersystems als exzellent bestimmt werden kann, kaum die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 beinhaltet. Daher, wie oben beschrieben, wird bevorzugt, dass der Motor 100 vorzugsweise betrieben wird, um relativ einen Ausgabestrom des Inverters zu reduzieren und die Menge von Verwendung der Leistungshalbleiter durch Antreiben des Motors 100 zu reduzieren, um die Effizienz im ersten Antriebsmodus in einer Niederdrehmomentregion innerhalb welcher die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 fallen, zu verbessern, und um den Motor 100 im zweiten Antriebsmodus in einer Region, in der eine hohe Abgabe erforderlich ist, anzutreiben.
Zusätzlich, um die Effizienz des ersten Antriebsmodus, der in der Niederdrehmomentregion betrieben wird, innerhalb welcher die Hauptantriebspunkte Y1 und Y2 fallen, zu verbessern, werden MOSFETs aus SiC gebildet, das ein Material ist, das einen relativ kleinen Schaltverlust hat, bevorzugterer als die Schaltelemente S11 bis S16 eingesetzt werden, die auf dem ersten Inverter 10 angewendet werden. Im Gegensatz dazu werden IGBTs, die aus Si gebildet sind, das ein preisgünstiges Material ist, vorzugsweise als die Schaltelemente S21 bis S26 verwendet, die auf den in einer Hochabgaberegion betriebenen zweiten Inverter 20 angewendet werden.
Wie oben beschrieben, kann die Motorantriebsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bestimmen, ob ein Wicklungsverhältnis der Windungen des Motors auf Basis der erforderlichen Abgabe des Motors zu unterteilen ist, die Anzahl von Wicklungen der Windungen in einer niedrigen Abgaberegion zu unterteilen ist, so dass die Hauptantriebspunkte des Fahrzeugs in einer Hocheffizienzregion des Motorinvertersystems enthalten sind, um die Effizienz des Motorinvertersystems zu verbessern, und hohes Drehmoment mit einem niedrigen Strom unter Verwendung der gesamten Anzahl von Wicklungen der Windungen in einer Hochabgaberegion zu realisieren.
Entsprechend kann die Motorantriebsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Effizienz in einer gesamten Drehmomentregion verbessern, um zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs beizutragen im Vergleich zu dem Fall, bei dem der konventionelle Y-verbundene Motor durch einen Inverter angetrieben wird.
Derweil können im zweiten Antriebsmodus, oder einem Modus, in welchem der Offenend-Windungsmotor durch Öffnen aller dritten Schaltelemente angetrieben wird, um simultan den ersten Inverter und den zweiten Inverter 20 zu betreiben, die in dem zweiten Inverter 20 enthaltenen zweiten Schaltelemente S21 bis S26 beispielsweise aus Si mit einem großen Schaltverlust gebildet werden und somit kann die Gesamt-Motorantriebseffizienz reduziert sein. Im zweiten Antriebsmodus sollten Größen der zweiten Schaltelemente S21 bis S26 vergrößert werden, um mit denselben Strömen wie die ersten Schaltelemente S11 bis S16 des ersten Inverters 10 angetrieben zu werden, die aus SiC gebildet sind, und somit kann ein Anstieg bei den Materialkosten verursacht werden.
Daher wird eine Steuertechnik benötigt, die in der Lage ist, einen Schaltverlust zu reduzieren, welcher durch die zweiten Schaltelemente S21 bis S26 verursacht wird, um die Effizienz zu steigern, und den zweiten Antriebsmodus zu implementieren, oder die Größen der zweiten Schaltelemente S21 bis S26 zu vergrößern.
Nachfolgend wird der Modus, in welchem der Motor 100 als der Offenend-Windungsmotor durch Öffnen aller dritter Schaltelemente N31 bis N33, um simultan den ersten Inverter 10 und den zweiten Inverter 20 zu betreiben, angetrieben wird, detaillierter beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das Spannungsvektoren illustriert, die aus zwei Invertern aufgebaut sind, die auf einen Offenend-Windungsmotor angewendet werden, und 4 ist ein Diagramm, das Spannungsvektoren illustriert, die durch zwei Inverter gebildet sind, wenn ein Offenend-Windungstypmotor angetrieben wird.
In der in 1 illustrierten Schaltungsstruktur können der erste Inverter 10 und der zweite Inverter 20 die Vielzahl von Paaren von Schaltelementen S11 und S12, S13 und S14, S15 und S16, und S21 und S22, S23 und S24 und S25 und S26 der Teilstrecken entsprechenden Phasen des Motors beinhalten, und können die Schaltelemente jeder Teilstrecke komplementär zueinander betrieben werden.
In dem in 3 illustrierten Vektordiagramm repräsentieren die Ecken und der Ursprung eines Sechsecks Spannungsvektoren gemäß den Zuständen der Schaltelemente jedes Inverters. Beispielsweise repräsentiert ein durch einen Index A angegebener Punkt einen (100)-Spannungsvektor des ersten Inverters 10. Hier bedeutet der (100)-Spannungsvektor, dass die oberen Schaltelemente S11 der Schaltelemente S11 und S12, die in der Teilstrecke entsprechend einer Phase A des ersten Inverters entsprechenden Teilstrecke enthalten sind, in einem EIN-Zustand ist, und die oberen Schaltelemente S13 und S15 der in der, den anderen Phasen entsprechenden Teilstrecken enthaltenen Schaltelemente in einem AUS-Zustand sind.
Weiter entspricht das Zentrum des Hexagons einem (000) oder (111)-Spannungsvektor, was bedeutet, dass alle oberen Schaltelemente der Teilstrecken des Inverters in einem EIN- oder AUS-Zustand sind.
Wie in 3 illustriert, können die Spannungsvektoren, die durch jeden Inverter aufgebaut werden können, insgesamt acht Spannungsvektoren sein, durch Komposition der EIN- und AUS-Zustände der sechs Schaltelemente.
Falls der Motor 100 in einem Offenend-Windungstyp angetrieben wird, nachdem das dritte Schaltelement 30 ausgeschaltet ist, weist der Motor 100 eine Struktur auf, in welcher die Teilstrecken des ersten Inverters 10 und des zweiten Inverters 20 mit entgegengesetzten Enden der Windungen entsprechend den Phasen des Motors 100 verbunden sind, und somit wird eine Phasenspannung jeder an den Motor angelegten Phase durch eine Differenz zwischen der Phasenspannung des ersten Inverters und der Phasenspannung des zweiten Inverters angelegt. Weiter, weil der erste Inverter 10 und der zweite Inverter 20 unabhängig gesteuert werden, können die Spannungsvektoren, die tatsächlich an den Motor angelegt werden, insgesamt 64 Spannungsvektoren bilden, wie in 4 illustriert, durch eine Kombination von acht Spannungsvektoren, die durch den ersten Inverter 10 aufgebaut werden können und acht Spannungsvektoren, die durch den zweiten Inverter 20 aufgebaut werden können.
Derweil kann eine gemeinsame Modusspannung in jedem der Inverter 10 und 20 als ein Wert definiert werden, der durch Dividieren der Summe der Phasenspannungen der Phasen durch 3 ermittelt wird, und ein Spannungsvektor, in welchem eine Differenz zwischen den gemeinsamen Modusspannungen der zwei Inverter nicht Null ist, wenn der Offenend-Windungstypmotor angetrieben wird, wird nicht vorzugsweise verwendet, wenn der Motor angetrieben wird. Dies liegt daran, dass ein Stromfluss, welcher durch die Differenz zwischen den gemeinsamen Modusspannungen der zwei Inverter 10 und 20 erzeugt wird, zu einem Verlust von Leistung im Motor führt.
Spannungsvektoren, welche durch die Referenzsymbole „51“ bis „56“ in 4 angegeben sind, sind Spannungsvektoren, in welchen die Differenz zwischen den gemeinsamen Modusspannungen der zwei Inverter nicht Null ist.
Da beispielsweise ein OS-Vektor (ein 13'-Vektor) in 4 einen Schaltzustand des ersten Inverters aufweist, der (100) ist, und einen Schaltzustand des zweiten Inverters, der (010) ist, kann die gemeinsame Modusspannung des ersten Inverters wie „{(Vdc/2) + 0 + 0}/3 = Vdc/6“ berechnet werden und kann die gemeinsame Modusspannung des zweiten Inverters wie „{0 + (Vdc/2) + 0}/3 = Vdc/6“ berechnet werden. Daher wird die Differenz zwischen zwei gemeinsamen Modusspannungen 0.
Im Gegensatz dazu, da ein OG-Vektor (ein 14' Vektor) in 4 einen Schaltzustand des ersten Inverters aufweist, der (100) ist, und einen Schaltzustand des zweiten Inverters, der (011) ist, kann die gemeinsame Modusspannung des ersten Inverters wie „{(Vdc/2) + 0 + 0}/3 = Vdc/6“ berechnet werden und kann die gemeinsame Modusspannung des zweiten Inverters wie „{0 + (Vdc/2) + (Vdc/2)}/3 = Vdc/3“ berechnet werden. Daher wird die Differenz zwischen den zwei gemeinsamen Modusspannungen „-Vdc/6“.
Hier kann Vdc eine DC-Eingangsspannung des Inverters oder eine Spannung der Batterie 200 sein. Falls die Differenz zwischen den gemeinsamen Modusspannungen der zwei Inverter in der mittels Beispiel oben gegebenen Weise berechnet wird, kann aufgefunden werden, dass die Spannungsvektoren, welche durch diese Referenzsymbole „51“ und „56“ in 4 angegeben sind, die Spannungsvektoren sind, in welchen die Differenz zwischen den gemeinsamen Modusspannungen der zwei Inverter nicht Null ist.
5 ist ein Vektordiagramm, das Spannungsvektoren ausschließt, welche die Differenz zwischen den zwei gemeinsamen Modusspannungen von zwei Invertern aus dem in 4 illustrierten Vektordiagramm erzeugen.
Wie in 5 illustriert, falls verwendbare komposite Spannungsvektoren ausschließlich der Spannungsvektoren, welche die Differenz zwischen den zwei gemeinsamen Modusspannungen der zwei Inverter erzeugen, verbunden werden, werden sie durch ein Sechseck repräsentiert. Sechs durch Diagonalen des Sechsecks unterteilte Regionen können Schaltzustände des zweiten Inverters auf dieselbe Weise steuern.
Beispielsweise weist eine erste Region in 5 eine Konfiguration auf, in der ein Schaltzustand des zweiten Inverters durch 4' oder (011) implementiert werden kann und weist eine zweite Region eine Konfiguration auf, in der ein Schaltzustand des zweiten Inverters durch 5' oder (001) implementiert werden kann. Weiter weist eine dritte Region eine Konfiguration auf, in der ein Schaltzustand des zweiten Inverters durch 6' oder (101) implementiert werden kann, und weist eine vierte Region eine Konfiguration auf, in der ein Schaltzustand des zweiten Inverters durch 1' oder (100) implementiert werden kann. Zusätzlich weist eine fünfte Region eine Konfiguration auf, in welcher ein Schaltzustand des zweiten Inverters durch 2' oder (110) implementiert werden kann und weist eine sechste Region eine Konfiguration auf, in welcher ein Schaltzustand des zweiten Inverters durch 3' oder (010) implementiert werden kann. Jede der ersten bis sechsten Regionen ist eine Region entsprechend einem elektrischen Winkel von 60°, und alle ersten bis sechsten Regionen können einem elektrischen Winkel von 360° entsprechen.
Im Hinblick auf diesen Punkt ist die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung so konfiguriert, dass, um den Schaltverlust des zweiten Inverters 20 unter Verwendung der aus Si gebildeten Schaltelemente mit einem großen Schaltverlust zu minimieren, die Schaltelemente des zweiten Inverters gemäß jeder Region gesteuert werden, kontinuierlich den Schaltzustand entsprechend der relevanten Region zu halten, und ist konfiguriert, die Schaltelemente des ersten Inverters 10 umzuschalten, um gewünschte Spannungsvektoren aufzubauen. Als Ergebnis dämpft die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Schalten der Schaltelemente mit einem großen Schaltverlust auf das Äußerste ein, um den Schaltverlust zu minimieren, und kann dadurch die Effizienz des Systems verbessern.
6 ist ein Diagramm, das Schaltbeispiele in den in 5 illustrierten regionsspezifischen ersten und zweiten Invertern illustriert.
Bezug nehmend auf 6, in dem Fall, bei dem der Spannungsvektor intendiert ist, in der ersten Region von 5 aufgebaut zu sein, während einer Raumvektor-Impulsbreitenmodulation zum Antreiben des Motors 100, werden die Schaltelemente im zweiten Inverter INV2 umgeschaltet, um eine (011)-Zustand zu halten, der ein Schaltzustand entsprechend 4' ist, und werden die Schaltelemente im ersten Inverter INV1 umgeschaltet, um Schaltzustände entsprechend 2, 4 und 6 auszugeben, und dadurch kann ein gewünschter Spannungsvektor aufgebaut werden. Eine Schaltlast jeder Phase im ersten Inverter kann angemessen justiert werden, anhand einer Position des aufzubauenden Spannungsvektors.
Weiter, in einem Fall, bei dem beabsichtigt ist, dass der Spannungsvektor in der zweiten Region von 5 während der Raumvektor-Impulsbreitenmodulation zum Antreiben des Motors 100 aufgebaut ist, werden die Schaltelemente im zweiten Inverter INV2 geschaltet, um einen (001) Zustand zu halten, der ein Schaltzustand entsprechend 5' ist, und werden die Schaltelemente im ersten Inverter INV1 geschaltet, um Schaltzustände entsprechend 1, 3 und 5 auszugeben. Dadurch kann ein gewünschter Spannungsvektor aufgebaut werden.
Zusätzlich, in dem Fall, bei dem der Spannungsvektor intendiert ist, in der dritten Region von 5 aufgebaut zu werden, während der Raumvektor-Impulsbreitenmodulation zum Antreiben des Motors 100, werden die Schaltelemente im zweiten Inverter INV2 umgeschaltet, um einen (101) Zustand zu halten, der ein Schaltzustand entsprechend 6' ist, und werden die Schaltelemente im ersten Inverter INV1 geschaltet, um Schaltzustände entsprechend 2, 4 und 6 auszugeben. Dadurch kann ein gewünschter Spannungsvektor aufgebaut werden.
In dem Fall, bei dem der Spannungsvektor intendiert ist, in der vierten Region von 5 während der Raumvektor-Impulsbreitenmodulation zum Antreiben des Motors 100 aufgebaut zu sein, werden die Schaltelemente im zweiten Inverter INV2 geschaltet, um einen (100)-Zustand zu erhalten, der ein Schaltzustand entsprechend 1' ist, und werden die Schaltelemente im ersten Inverter INV1 geschaltet, um Schaltzustände entsprechend 1, 3 und 5 auszugeben. Dadurch kann ein gewünschter Spannungsvektor aufgebaut werden.
In dem Fall, bei dem der Spannungsvektor intendiert ist, in der fünften Region von 5 während der Raumvektor-Impulsbreitenmodulation zum Antreiben des Motors 100 aufzubauen, werden die Schaltelemente im zweiten Inverter INV2 geschaltet, einen (101)-Zustand zu halten, der ein Schaltzustand entsprechend 2' ist, und werden die Schaltelemente im ersten Inverter INV1 umgeschaltet, um Schaltzustände entsprechend 2, 4 und 6 auszugeben. Dadurch kann ein gewünschter Spannungsvektor aufgebaut werden.
In dem Fall, bei dem es beabsichtigt ist, dass der Spannungsvektor in der sechsten Region von 5 während der Raumvektor-Impulsbreitenmodulation zum Antreiben des Motors 100 aufzubauen, werden die Schaltelemente im zweiten Inverter INV2 geschaltet, um einen (101)-Zustand zu halten, der ein Schaltzustand entsprechend 3' ist, und werden die Schaltelemente im ersten Inverter INV1 geschaltet, um Schaltzustände entsprechend 1, 3 und 5 auszugeben. Dadurch kann ein gewünschter Spannungsvektor aufgebaut werden.
7 ist ein Diagramm, das Schaltzustände von Schaltelementen in einem ersten Inverter und Schaltzustände von Schaltelementen in einem zweiten Inverter gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert. 8 ist ein Diagramm, das Schaltzustände der Schaltelemente in einem ersten Inverter und Schaltzustände von Schaltelementen in einem zweiten Inverter illustriert, wenn ein konventioneller Offenend-Windungstypmotor angetrieben wird.
Wie in 7 illustriert, kann gefunden werden, dass das Schalten des zweiten Inverters beachtlich in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reduziert ist. Das kann klarer gefunden werden aus den Schaltzuständen, wenn der konventionelle Offenend-Windungstypmotor von 8 angetrieben wird.
Wie in 8 illustriert, wenn der konventionelle Offenend-Windungstypmotor angetrieben wird, weisen die Schaltelemente im zweiten Inverter auch eine Hochgeschwindigkeits-Schaltregion b2 auf. In dem Fall, bei dem der zweite Inverter implementiert wird durch Schaltelemente mit einem großen Schaltverlust, wie die aus Si gebildeten Schaltelemente, wird ein Schaltverlust, der durch Schalten des zweiten Inverters verursacht wird, stark gesteigert, was zum Reduzieren einer Effizienz des Gesamtsystems führen kann.
Im Gegensatz dazu kann die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Effizienz des Gesamtsystems verbessern, durch Minimieren des Schaltens des zweiten Inverters mit den Schaltelementen mit einem große Schaltverlust, wie durch „b1“ repräsentiert, das eine Region entsprechend zu „b2“ von 8 ist, und Antreiben des ersten Inverters mit den Schaltelementen, die beispielsweise aus SiC mit einem relativ kleinen Schaltverlust gebildet sind.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben und illustriert worden sind, wird es für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass die vorliegende Offenbarung verschiedentlich modifiziert und geändert werden kann, innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche.

Claims

Motorantriebsvorrichtung, die einen Motor mit einer Vielzahl von Windungen entsprechend einer Vielzahl von Phasen antreibt, wobei die Motorantriebsvorrichtung umfasst: einen ersten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl erster Schaltelemente zu enthalten und mit ersten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist; einen zweiten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen zu enthalten und mit zweiten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, Schaltzustände der zweiten Schaltelemente zu fixieren und die ersten Schaltelemente zu schalten, um Zielspannungsvektoren aufzubauen, falls der Motor in einem Offenend-Windungstyp angetrieben wird, durch Betreiben des ersten Inverters und des zweiten Inverters in einen Raumvektor-Impulsbreiten-Modulationsmodus.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung die Zielspannungsvektoren unter Ausschluss von Spannungsvektoren aufbaut, in welchen eine Differenz zwischen einer gemeinsamen Modusspannung des ersten Inverters und einer gemeinsamen Modusspannung des zweiten Inverters nicht Null ist, aus Spannungsvektoren, welche durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung die Zielspannungsvektoren durch Fixieren von Ein/Aus-Zuständen der zweiten Schaltelemente und Umschalten der ersten Schaltelemente anhand jeder Region von Spannungsvektoren, die durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind, aufbaut.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung Punkte, in welchen Schaltzustände des ersten Inverters gleich sind, in einem Vektordiagramm, welches die Spannungsvektoren illustriert, die durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind, verbindet, und die Regionen vorläufig einstellt.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerung die Zielspannungsvektoren durch Fixieren von Schaltzuständen der zweiten Schaltelemente entsprechend einer Region, innerhalb welcher die Zielspannungsvektoren fallen, und Schalten der ersten Schaltelemente, um Schaltzustände der ersten Schaltelemente in einem gegebenen Muster zu wiederholen, aufbaut.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Schaltverlust der ersten Schaltelemente kleiner ist als derjenige der zweiten Schaltelemente.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Schaltelemente Feldeffekttransistoren (FETs) sind, die aus SiC gebildet sind, und die zweiten Schaltelemente isolierte Gatter-Bipolartransistoren (IGBTs) sind, die aus Si gebildet sind.
Motorantriebsvorrichtung, die einen Motor mit einer Vielzahl von Windungen entsprechend einer Vielzahl von Phasen antreibt, wobei die Motorantriebsvorrichtung umfasst: einen ersten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von ersten Schaltelementen zu enthalten, und mit ersten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist; einen zweiten Inverter, der konfiguriert ist, eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen zu enthalten, und der mit zweiten Stufen der Vielzahl von Windungen verbunden ist; eine Vielzahl von dritten Schaltelementen, deren erste Enden mit Punkten verbunden sind, welche die Anzahl von Wicklungen der Vielzahl von Windungen in einem vorgegebenen Verhältnis teilen und deren zweite Enden miteinander verbunden sind; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, die dritten Schaltelemente auszuschalten, falls eine erforderliche Abgabe des Motors größer als oder gleich einem voreingestellten Referenzwert ist; und den ersten Inverter und den zweiten Inverter in einem Raumvektor-Impulsbreiten-Modulationsmodus zu betreiben, durch Fixieren von Schaltzuständen der zweiten Schaltelemente und Schalten der ersten Schaltelemente zum Aufbauen von Zielspannungsvektoren.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerung die Zielspannungsvektoren unter Ausschluss von Spannungsvektoren aufbaut, in welchen eine Differenz zwischen einer gemeinsamen Modusspannung des ersten Inverters und einer gemeinsamen Modusspannung des zweiten Inverters nicht Null ist, aus Spannungsvektoren, welche durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerung die Zielspannungsvektoren durch Fixieren von Ein/Aus-Zuständen der zweiten Schaltelemente und Umschalten der ersten Schaltelemente anhand jeder Region von Spannungsvektoren, die durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind, aufbaut.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung Punkte, in welchen Schaltzustände des ersten Inverters gleich sind, in einem Vektordiagramm, welches die Spannungsvektoren illustriert, die durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter aufgebaut sind, verbindet, und die Regionen vorläufig einstellt.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerung die Zielspannungsvektoren durch Fixieren von Schaltzuständen der zweiten Schaltelemente entsprechend einer Region, innerhalb welcher die Zielspannungsvektoren fallen, und Schalten der ersten Schaltelemente, um Schaltzustände der ersten Schaltelemente in einem gegebenen Muster zu wiederholen, aufbaut.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Schaltverlust der ersten Schaltelemente kleiner ist als derjenige der zweiten Schaltelemente.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die ersten Schaltelemente Feldeffekttransistoren (FETs) sind, die aus SiC gebildet sind, und die zweiten Schaltelemente isolierte Gatter-Bipolartransistoren (IGBTs) sind, die aus Si gebildet sind.