DE102022113486A1

DE102022113486A1 - Steuervorrichtung, motoransteuervorrichtung und motoransteuersystem

Info

Publication number: DE102022113486A1
Application number: DE102022113486.5A
Authority: DE
Inventors: Masaki Hirakata
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2023-01-19
Also published as: US11894791B2; JP2023013220A; JP7424407B2; JP2023013955A; CN115700960A; US20230020544A1; JP7115601B1

Abstract

Eine Steuervorrichtung weist auf: eine Steuerschaltung, die eingerichtet ist, um eine Wechselrichterschaltung, die einen Motor ansteuert, durch mehrere Schaltelemente, die zwischen DC-Bussen gekoppelt sind, zu steuern, ein erstes Energiezuführsystem, das als Energiezufuhr eine Spannungsquelle verwendet, die sich von den DC-Bussen unterscheidet, ein zweites Energiezuführsystem, das als Energiezufuhr die DC-Busse verwendet, und eine Umschaltschaltung, die eingerichtet ist, um ein Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem auf das zweite Energiezuführsystem umzuschalten, wenn eine Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem erfasst wird. Die Steuerschaltung setzt eine Steuerung der Wechselrichterschaltung mit einem Energieverbrauch fort, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem erfasst wird, wenn die Anomalie erfasst wird.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft Steuervorrichtungen, Motoransteuervorrichtungen und Motoransteuersysteme.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In einem Motoransteuersystem zum Ansteuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs, wie etwa eines Hybridfahrzeugs oder dergleichen, unter Verwendung einer Wechselrichtervorrichtung ist es bekannt, eine Fail-Safe-Schaltung („fail-safe“ für Ausfallsicherheit) im Falle einer Art von Fehler einer Komponente des Systems, im Falle eines Notfalls wie etwa einer Kollision des Fahrzeugs oder dergleichen zu betreiben. Diese Fail-Safe-Schaltung betreibt zum Beispiel ein Halbleiterschaltelement einer Wechselrichter-Hauptschaltung, um Wicklungen des Motors kurzzuschließen, oder entlädt einen Kondensator, der zwischen einen positiven und einen negativen DC-Bus (DC für Direct Current; Gleichstrom) geschaltet ist. Die Fail-Safe-Schaltung muss eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, um das System kontinuierlich vor Schäden zu schützen und um die Sicherheit der Insassen sicherzustellen.
Bei dieser Art von Motoransteuersystem wird einer Wechselrichter-Steuerschaltung, welche die Fail-Safe-Schaltung aufweist, im Allgemeinen eine Energie von einer Niederspannungs-Energiezufuhr (im Folgenden auch als „erste Energiezufuhr“ bezeichnet) von beispielsweise 12 [V] zugeführt, die als Hilfsenergiezufuhr dient. Die Wechselrichter-Steuerschaltung weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU für Central Processing Unit) zur Motorsteuerung, einen Stromsensor für den Motor oder dergleichen auf. Wenn die vorangehend beschriebene erste Energiezufuhr aufgrund eines Ausfalls oder dergleichen nicht verfügbar ist, wird die Energiezufuhr zu der Fail-Safe-Schaltung unterbrochen und die Fail-Safe-Schaltung außer Betrieb gesetzt. Als Gegenmaßnahme offenbart beispielsweise Patentdokument 1 (Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2000-14184) zum Beispiel eine Technik zum Bereitstellen einer Redundanz der Energie, die der Wechselrichter-Steuerschaltung zugeführt wird, welche die Fail-Safe-Schaltung aufweist.
13 ist ein Schaltbild eines Motoransteuersystems, das in Patentdokument 1 beschrieben wird. In 13 kennzeichnet 51 eine Hauptbatterie (im Folgenden auch als „zweite Energiezufuhr“ bezeichnet) von beispielsweise 400 [V], 52 kennzeichnet einen isolierten Gleichstromwandler, 53 eine Betriebszustand-Erfassungseinrichtung, 54 eine erste Energiezufuhr, 60 eine Wechselrichter-Steuerschaltung mit einer Fail-Safe-Schaltung, 61 ein Schaltelement zum Entladen eines Kondensators 63, der mit DC-Bussen verbunden ist, 62 eine Brückenschaltung, die durch Halbleiterschaltelemente 62a bis 62f gebildet ist, und M einen Drehstrommotor.
In diesem Stand der Technik werden der Wechselrichter-Steuerschaltung 60 unter einer ODER-Bedingung eine Spannung der ersten Energiezufuhr 54 und eine Spannung, die durch Isolieren und Herabsetzen der Spannung der zweiten Energiezufuhr 51 durch den Gleichstromwandler 52 erhalten wird, (beide Spannungen betragen 12 [V]) zugeführt. Auf diese Weise wird die Redundanz der Energie, die der Fail-Safe-Schaltung innerhalb der Wechselrichter-Steuerschaltung 60 zugeführt wird, geschaffen. Folglich wird die Zuverlässigkeit eines Ausfallsicherheitsbetriebs im Falle eines Notfalls verbessert (wie etwa bei einem Kurzschluss der Wicklungen des Motors M, der durch Einschalten der Schaltelemente 62a bis 62c auf einem oberen Arm oder die Schaltelemente 62d bis 62f auf einem unteren Arm ausgelöst wird, bei einer Entladung des Kondensators 63, die durch Einschalten des Schaltelements 61 ausgelöst wird, oder dergleichen).
Wenn eine Anomalie, wie etwa ein Ausfall oder dergleichen, in dem ersten Energiezuführsystem stattfindet, wird der Fail-Safe-Schaltung innerhalb der Wechselrichter-Steuerschaltung von dem zweiten Energiezuführsystem, das sich von dem ersten Energiezuführsystem unterscheidet, Energie zugeführt, wodurch möglich ist, das System durch den Ausfallsicherheitsbetrieb zu schützen. Wenn jedoch eine Energiezufuhrkapazität des zweiten Energiezuführsystems einer Energiezufuhrkapazität des ersten Energiezuführsystems entspricht, sodass der Motor im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem weiter betrieben werden kann, kann das zweite Energiezuführsystem sehr groß werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Steuervorrichtung, eine Motoransteuervorrichtung und ein Motoransteuersystem bereit, die in der Lage sind, den Motor im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem weiter zu betreiben, während ermöglicht wird, dass die Größe des zweiten Energiezuführsystems reduziert wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Steuervorrichtung auf: eine Steuerschaltung, die eingerichtet ist, um eine Wechselrichterschaltung, die einen Motor ansteuert, durch mehrere Schaltelemente, die zwischen DC-Bussen gekoppelt sind, zu steuern; ein erstes Energiezuführsystem, das als Energiezufuhr eine Spannungsquelle verwendet, die sich von den DC-Bussen unterscheidet; ein zweites Energiezuführsystem, das als Energiezufuhr die DC-Busse verwendet; und eine Umschaltschaltung, die eingerichtet ist, um ein Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem auf das zweite Energiezuführsystem umzuschalten, wenn eine Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem erfasst wird, wobei die Steuerschaltung eine Steuerung der Wechselrichterschaltung mit einem Energieverbrauch fortsetzt, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem erfasst wurde, wenn die Anomalie erfasst wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Motoransteuervorrichtung die Steuervorrichtung und die Wechselrichterschaltung auf.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Motoransteuersystem die Motoransteuervorrichtung und den Motor auf.
Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, werden weitere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung hervorgehen.
Figurenliste

1 ist ein Schaltbild, das ein Konfigurationsbeispiel eines Motoransteuersystems gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen zweiphasig modulierten Spannungsbefehl veranschaulicht;
3 ist ein Schaltbild, das ein erstes Konfigurationsbeispiel einer Gate-Ansteuerschaltung veranschaulicht;
4 ist ein Schaltbild, das ein Konfigurationsbeispiel des Motoransteuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
5 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine Erfassungsschaltung veranschaulicht, welche unter drei Phasen eine Phase erfasst, in der ein absoluter Wert eines Augenblickswerts eines Motorstroms maximal ist;
6 ist ein Wellenformdiagramm, das ein erstes Betriebsbeispiel des Motoransteuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
7 ist ein Schaltbild zur Erläuterung eines Einschaltwiderstands eines Schaltelements;
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung des ersten Betriebsbeispiels des Motoransteuersystems gemäß der zweiten Ausführungsform, einer Gate-Ansteuerspannung des Schaltelements und des Einschaltwiderstands des Schaltelements veranschaulicht;
9 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine Erfassungsschaltung zum Erfassen unter drei Phasen einer Phase, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms minimal ist, veranschaulicht;
10 ist ein Wellenformdiagramm, das ein zweites Betriebsbeispiel des Motoransteuersystems gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
11 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel des Motoransteuersystems gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht;
12 ist ein Schaltbild, das ein zweites Konfigurationsbeispiel der Gate-Ansteuerschaltung veranschaulicht; und
13 ist ein Schaltbild eines Motoransteuersystems, das in Patentdokument 1 offenbart wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
1 ist ein Schaltbild, das ein Konfigurationsbeispiel eines Motoransteuersystems gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Ein in 1 veranschaulichtes Motoransteuersystem 301 steuert einen Motor 100 unter Verwendung von Energie an, die von der Hauptbatterie 1 über einen Hauptschalter 2 zugeführt wird. Die Hauptbatterie 1 ist eine Energiezufuhr, die eine Spannung zuführt, die höher ist als eine Spannung, die von einer Hilfsbatterie 6, die an späterer Stelle beschrieben wird, zugeführt wird, und kann eine Hochspannungsbatterie sein, die beispielsweise eine Spannung von ungefähr 400 [Volt (V)] zuführt.
Das Motoransteuersystem 301 ist in einem Fahrzeug vorgesehen und steuert den Motor 100 an, der verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Das Motoransteuersystem 301 treibt das Fahrzeug durch Energie an, die durch Ansteuern des Motors 100 erzeugt wird. Es kann sein, dass mehr als ein Motoransteuersystem 301 in dem Fahrzeug vorgesehen ist, um mehrere Räder durch mehrere Motoren 100 in Drehung zu versetzen.
Das Motoransteuersystem 301 weist einen Motor 100 und eine Motoransteuervorrichtung 201 auf. Die Motoransteuervorrichtung 201 steuert den Drehstrommotor 100 durch einen dreiphasigen Wechselstrom (AC für Alternating Current) an. Die Motoransteuervorrichtung 201 weist eine Wechselrichterschaltung 4 und eine Steuervorrichtung 101 auf.
Die Wechselrichterschaltung 4 ist eine Brückenschaltung, die durch mehrere Schaltelemente u, v, w, x, y und z gebildet ist, die zwischen DC-Busse 5p und 5n geschaltet sind. Die Wechselrichterschaltung 4 wandelt eine Gleichspannung des Kondensators 3, der zwischen die DC-Busse 5p und 5n geschaltet ist, in eine Wechselspannung um, indem sie die mehreren Schaltelemente u, v, w, x, y und z umschaltet, um dadurch den Motor 100 durch den dreiphasigen AC anzusteuern. Der Kondensator 3 wird durch die Energie, die von der Hauptbatterie 1 zugeführt wird, oder Energie, die von dem Motor 100 über die Wechselrichterschaltung 4 zurückgewonnen wird, geladen.
Die Steuervorrichtung 101 steuert die Wechselrichterschaltung 4, um den Motor 100 anzusteuern. Die Steuervorrichtung 101 weist beispielsweise eine Steuerschaltung 7, ein erstes Energiezuführsystem 21, ein zweites Energiezuführsystem 22 und eine Umschaltschaltung 30 auf.
Die Steuerschaltung 7 ist eine Wechselrichter-Steuerschaltung, die eingerichtet ist, um die Wechselrichterschaltung 4 zu steuern. Die Steuerschaltung 7 veranlasst, dass ein Drehmoment entsprechend einem Drehmomentbefehl τ* erzeugt wird, indem sie einen Strom (Motorstrom), der dem Motor 100 durch die Wechselrichterschaltung 4 zugeführt wird, gemäß dem Drehmomentbefehl τ*, der von außen zugeführt wird, steuert. Der Motorstrom ist ein Strom, der zwischen der Wechselrichterschaltung 4 und dem Motor 100 fließt.
Das erste Energiezuführsystem 21 verwendet als Energiezufuhr eine Spannungsquelle, die sich von den DC-Bussen 5p und 5n unterscheidet. In diesem Beispiel wird die Hilfsbatterie 6 als die Energiezufuhr des ersten Energiezuführsystems 21 verwendet. Das erste Energiezuführsystem 21 führt internen Abschnitten der Steuervorrichtung 101 Gleichstromenergie von der Hilfsbatterie 6 zu. Die Hilfsbatterie 6 ist eine Spannungsenergiezufuhr, die Spannung zuführt, die niedriger ist als die Spannung, die von der Hilfsbatterie 1 zugeführt wird, und kann eine Niederspannungs-Batterie sein, die beispielsweise eine Energiezufuhrspannung V_L von ungefähr 12 [V] zuführt. Das erste Energiezuführsystem 21 kann eine Spannungsumwandlungsschaltung (nicht dargestellt) aufweisen, welche die Spannung der Hilfsbatterie 6 herabsetzt und die herabgesetzte Spannung den internen Abschnitten der Steuervorrichtung 101 zuführt.
Das zweite Energiezuführsystem 22 verwendet die DC-Bus-Leitungen 5p und 5n als Energiezufuhr. In diesem Beispiel wird der Kondensator 3 als die Energiezufuhr des zweiten Energiezuführsystems 22 verwendet. Das zweite Energiezuführsystem 22 setzt die Gleichstromenergie von dem Kondensator 3 herunter und führt die herabgesetzte Energie den internen Abschnitten der Steuervorrichtung 101 zu. In diesem Beispiel weist das zweite Energiezuführsystem 22 eine Energiezuführschaltung 15 auf, welche die Gleichstromenergie von dem Kondensator 3 herabsetzt und die herabgesetzte Energie den internen Abschnitten der Steuervorrichtung 101 zuführt.
Die Energiezuführschaltung 15 führt den internen Abschnitten der Steuervorrichtung 101 eine Gleichstromenergie einer Energiezufuhrspannung V_H zu, die niedriger ist als die Spannung des Kondensators 3. Die Energiezufuhrspannung V_H ist beispielsweise eine Gleichspannung von 12 [V], die größer als eine Mindestbetriebsspannung der Steuerschaltung 7 und der Umschaltschaltung 30 und kleiner oder gleich der Energiezufuhrspannung V_L ist. Die Energiezuführschaltung 15 ist beispielsweise ein isolierter Gleichstromwandler.
Die Umschaltschaltung 30 schaltet das Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung 7 Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem 21 auf das zweite Energiezuführsystem 22 um, wenn eine Anomalie wie etwa ein Ausfall oder dergleichen des ersten Energiezuführsystems 21 erfasst wird. Folglich kann der Steuerschaltung 7 eine Energie von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt werden, selbst wenn eine Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erzeugt wird, sodass die Energiezufuhr zu der Steuerschaltung 7 sichergestellt wird. Selbst wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erzeugt wird, kann die Steuerschaltung 7 folglich einen Ausfallsicherheitsbetrieb durch die Wechselrichterschaltung 4 ausführen, welche die Energie nutzt, die von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, um den Motor 100 sicher anzuhalten.
Wenn die Anomalie wie etwa der Ausfall oder dergleichen des ersten Energiezuführsystems 21 erfasst wird, setzt die Steuerschaltung 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 mit einem Energieverbrauch fort, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie erfasst wurde. Aus diesem Grund ist es möglich, den Betrieb des Motors 100 im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 fortzusetzen, um somit die Zeit zu verlängern, in welcher der Betrieb des Motors 100 fortgesetzt wird, da die Energie, die der Steuerschaltung 7 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 abnimmt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 mit dem Energieverbrauch fortgesetzt, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wurde. Es ist daher selbst ohne eine Erhöhung einer Energiezufuhrkapazität des zweiten Energiezuführsystems 22 möglich, den Betrieb des Motors 100 im Falle der Anomalie des ersten Energiezuführsystems 21 fortzusetzen, um dadurch die Zeit zu verlängern, in welcher der Betrieb des Motors 100 fortgesetzt wird. Es ist zudem selbst ohne die Erhöhung einer Energiezufuhrkapazität des zweiten Energiezuführsystems 22 möglich, den Betrieb des Motors 100 im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 fortzusetzen. Aus diesem Grund ist es möglich, die Größe des zweiten Energiezuführsystems 22 (insbesondere der Energiezuführschaltung 15) zu reduzieren und folglich dadurch die Größe der Steuervorrichtung 101, der Motoransteuervorrichtung 201 und des Motoransteuersystems 301 zu reduzieren.
In Anwendungen wie etwa einem Antriebsstrang des Fahrzeugs oder dergleichen ist die Kontinuität des Betriebs (Notlauffunktion) erforderlich, die die Leistung der Wechselrichterschaltung 4 und des Motors 100 im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 oder dergleichen reduziert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Zeit zu verlängern, in welcher der Betrieb des Motors 100 fortgesetzt wird, um dadurch die Aktivierung der Notlauffunktion zu erleichtern, da die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 mit dem Energieverbrauch fortgesetzt wird, der niedriger ist der, bevor die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wurde.
Die Umschaltschaltung 30 überwacht die Energiezufuhrspannung V_L des ersten Energiezuführsystems 21 und erfasst als Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 beispielsweise einen anomalen Abfall der Energiezufuhrspannung V_L. Wenn folglich der anomale Abfall der Energiezufuhrspannung V_L in dem ersten Energiezuführsystem 21 erzeugt wird, setzt die Steuerschaltung 7 die Steuerung der
Wechselrichterschaltung 4 in einem Energiesparmodus fort, in dem der Energieverbrauch niedriger ist als der, bevor der anomale Abfall erzeugt wurde, und daher ist es möglich, den Betrieb des Motors 100 für eine relativ lange Zeit fortzusetzen. Zu spezifischen Beispielen für den anomalen Abfall der Energiezufuhrspannung V_L gehört die Nichtverfügbarkeit der Hilfsbatterie 6 aufgrund eines Ausfalls oder dergleichen (wozu auch die Unterbrechung eines Energiekabelbaums von der Hilfsbatterie 6 zu der Steuereinheit 101 zählen kann). In dieser Spezifikation bezieht sich eine Anomalie auf eine Abweichung der Spannung oder des Stroms, die einen Toleranzbereich überschreitet, und sie bezieht sich beispielsweise auf einen Abfall oder eine Änderung (anomaler Abfall) der Spannung oder des Stroms auf einen Wert, der niedriger ist als ein Schwellenwert, innerhalb einer vorbestimmten Zeit.
Die Umschaltschaltung 30 nimmt die Zufuhr von Energie von dem ersten Energiesystem 21 und/oder dem zweiten Energiesystem 22 auf. Aus diesem Grund kann die Umschaltschaltung 30 die Energie, die von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, nutzen und das Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung 7 die Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem 21 auf das zweite Energiezuführsystem 22 umschalten, selbst wenn die Energiezufuhr von dem ersten Energiezuführsystem 21 aufgrund einer Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 unterbrochen wird.
Das Energiezuführsystem, das der Umschaltschaltung 30 Energie zuführt, kann von dem ersten Energiezuführsystem 21 auf das zweite Energiezuführsystem 22 umgeschaltet werden, wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird. Daher kann die Umschaltschaltung 30 die Energie nutzen, die von dem ersten Energiezuführsystem 21 zugeführt wird, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 zu überwachen. Wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, kann die Umschaltschaltung 30 die Energie nutzen, die von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, und das Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung 7 Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem 21 auf das zweite Energiezuführsystem 22 umschalten.
Die Umschaltschaltung 30 weist beispielsweise eine Anomalie-Erfassungsschaltung 33, einen ersten Schalter 31 und einen zweiten Schalter 32 auf.
Die Anomalie-Erfassungsschaltung 33 nutzt die Energie, die von dem ersten Energiezuführsystem 21 oder dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 zu überwachen. Die Anomalie-Erfassungsschaltung 33 schaltet den ersten Schalter 31 aus und den zweiten Schalter 32 ein, wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird. Ein Energiezuführpfad zwischen dem ersten Energiezuführsystem 21 und der Steuerschaltung 7 wird getrennt, wenn der erste Schalter 31 ausgeschaltet wird, und ein Energiezuführpfad zwischen dem zweiten Energiezuführsystem 22 und der Steuerschaltung 7 wird verbunden, wenn der zweite Schalter 32 eingeschaltet wird. Wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, kann das Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung 7 die Energie zuführt, daher von dem ersten Energiezuführsystem 21 auf das zweite Energiezuführsystem 22 umgeschaltet werden.
Die Anomalie-Erfassungsschaltung 33 kann die Energiezufuhrspannung V_L des ersten Energiezuführsystems 21 überwachen, indem sie die Energie nutzt, die von dem ersten Energiezuführsystem 21 oder dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird. Wenn die Anomalie-Erfassungsschaltung 33 eine Energiezufuhrspannung V_L erfasst, die niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, kann die Anomalie-Erfassungsschaltung 33 einen Umschaltvorgang ausführen, um den ersten Schalter 31 auszuschalten und den zweiten Schalter 32 einzuschalten.
In einer Phase, bevor die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, beträgt eine Energiezufuhrspannung V_in der Steuerschaltung 7 die Energiezufuhrspannung V_L, die von dem ersten Energiezuführsystem 21 über den ersten Schalter 31 zugeführt wird. In einer Phase, nachdem die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wurde, beträgt die Energiezufuhrspannung V_in der Steuerschaltung 7 die Energiezufuhrspannung V_H, die von dem zweiten Energiezuführsystem 22 über den zweiten Schalter 32 zugeführt wird.
Wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, schaltet die Umschaltschaltung 30 das Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung 7 Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem 21 auf das zweite Energiezuführsystem 22 um und gibt ein Anomalie-Erfassungssignal EM des ersten Energiezuführsystems 21 von der Anomalie-Erfassungsschaltung 33 aus. Das Anomalie-Erfassungssignal EM ist ein Signal, das angibt, dass eine Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wurde. Das Anomalie-Erfassungssignal EM wird der Steuerschaltung 7 zugeführt. Die Steuerschaltung 7 erkennt als Reaktion auf die Eingabe des Anomalie-Erfassungssignals EM, dass die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wurde. Wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM eingegeben wird, setzt die Steuerschaltung 7 die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 in einem Energiesparmodus fort, in dem der Energieverbrauch niedriger ist als der, bevor die Anomalie erfasst wurde.
In dem in 1 veranschaulichten Beispiel weist die Steuerschaltung 7 eine Motor-Steuerschaltung 8 und eine Gate-Ansteuerschaltung 12 auf, die Gate-Ansteuerschaltungen 12u, 12v, 12w, 12x, 12y und 12z umfasst.
Die Motor-Steuerschaltung 8 gibt gemäß dem externen Drehmomentbefehl τ* von außen Ansteuerbefehle Gu_LV, Gv_LV, Gw_LV, Gx_LV, Gy_LV und Gz_LV in Bezug auf die Gate-Ansteuerschaltungen 12u, 12v, 12w, 12x, 12y bzw. 12z aus. Der Ansteuerbefehl in Bezug auf die Gate-Ansteuerschaltung ist beispielsweise ein Signal einer Pulsbreitenmodulation (PWM für Pulse Width Modulation) . Die Gate-Ansteuerschaltungen 12u, 12v, 12w, 12x, 12y und 12z geben Gate-Ansteuerspannungen Gu_O, Gv_O, Gw_O, Gx_O, Gy_O und Gz_O gemäß den entsprechenden Ansteuerbefehlen Gu_LV, Gv_LV, Gw_LV, Gx_LV, Gy_LV bzw. Gz_LV aus, die ihnen zugeführt werden. Die Gate-Ansteuerschaltungen 12u, 12v, 12w, 12x, 12y, 12z steuern Gates der entsprechenden Schaltelemente u, v, w, x, y und z mit den Gate-Ansteuerspannungen Gu_O, Gv_O, Gw_O, Gx_O, Gy_O bzw. Gz_O an. Folglich wird ein Drehmoment entsprechend dem Drehmomentbefehl τ* erzeugt.
Die Motor-Steuerschaltung 8 kann Erfassungswerte iu_det, iv_det und iw_det des Motorstroms jeder Phase für die Erzeugung der Ansteuerbefehle Gu_LV, Gv_LV, Gw_LV, Gx_LV, Gy_LV und Gz_LV verwenden. Die Motor-Steuerschaltung 8 erfasst die Erfassungswerte iu_det, iv_det und iw_det des Motorstroms jeder Phase von Stromsensoren 11u, 11v und 11w, die jeweils den Motorstrom jeder Phase erfassen.
Die Motor-Steuerschaltung 8 weist beispielsweise einen Speicher und einen Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) auf. Funktionen der Motor-Steuerschaltung 8 werden durch Vorgänge des Prozessors realisiert, der ein in dem Speicher gespeichertes Programm ausführt. Die Motor-Steuerschaltung 8 ist ein Mikrocomputer, der beispielsweise einen Speicher und einen Prozessor aufweist.
Die Gate-Ansteuerschaltung 12u weist eine Pufferschaltung 10u auf, die eingerichtet ist, um die Gate-Ansteuerspannung Gu_O basierend auf dem Ansteuerbefehl Gu_LV auszugeben, und eine Gate-Energiezuführschaltung 9u, die eingerichtet ist, um eine Gate-Energiezufuhrspannung zu erzeugen, welche von der Pufferschaltung 10u benötigt wird, um die Gate-Ansteuerspannung Gu_O auszugeben. Die anderen Gate-Ansteuerschaltungen 12v, 12w, 12x, 12y und 12z haben die gleiche Konfiguration wie die Gate-Ansteuerschaltungen 12u und weisen Pufferschaltungen 10v, 10w, 10x, 10y bzw. 10z und Gate-Energiezuführschaltungen 9v, 9w, 9x, 9y bzw. 9z auf.
Wenn eine Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, kann die Steuerschaltung 7 die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 mit einem Modulationsschema fortsetzen, das einen Energieverbrauch aufweist, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie erfasst wurde. Da die Energie, die der Steuerschaltung 7 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 reduziert ist, kann die Steuerschaltung 7 folglich die Energiezufuhrkapazität der Energiezuführschaltung 15 kleiner realisieren als die des ersten Energiezuführsystems 21. Aus diesem Grund ist es möglich, die Größe der Energiezuführschaltung 15 zu reduzieren. Zum Beispiel setzt die Motor-Steuerschaltung 8, wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM in die Motor-Steuerschaltung 8 eingegeben wird, die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 mit einem Modulationsschema fort, das einen Energieverbrauch aufweist, der niedriger ist als der, bevor das Anomalie-Erfassungssignal EM eingegeben wurde.
Wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, kann die Motor-Steuerschaltung 8 der Steuerschaltung 7 die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 mit einem Pulsbreitenmodulationsschema fortsetzen, das eine Frequenz aufweist, die niedriger ist als die, bevor die Anomalie erfasst wurde (Steuerverfahren 1). Wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, kann die Motor-Steuerschaltung 8 der Steuerschaltung 7 die Steuerung der Wechselrichterschaltung 4 mit einem Zwei-Phasen-Modulationsschema (oder Binärphasen-Modulationsschema) steuern, das einen Energieverbrauch aufweist, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie erfasst wurde (Steuerverfahren 2). Wenn das Steuerverfahren 2 eingesetzt wird, schaltet die Motor-Steuerschaltung 8 das Modulationsschema der Wechselrichterschaltung 4 von dem Drei-Phasen-Modulationsschema auf das Zwei-Phasen-Modulationsschema, wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird.
Eine Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 durch das zweite Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, kann durch die folgende Formel [1] dargestellt werden, in der Q_g eine Gate-Kapazität des Schaltelements der Wechselrichterschaltung 4 kennzeichnet, V_g eine Gate-Ansteuerspannung, T eine Periode einer Grundwelle des Ausgangsstroms der Wechselrichterschaltung 4 und n eine Anzahl von Malen, die ein Umschalten in einer Periode der Grundwelle des Ausgangsstroms der Wechselrichterschaltung 4 ausgeführt wird. $P = Q_{g} \times V_{g} \times n/T$
Gemäß der Formel [1] kann die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, reduziert werden, indem die Anzahl von Malen, die ein Umschalten durch das Schaltelement pro Zeiteinheit ausgeführt wird, reduziert wird. Mit anderen Worten wird die Anzahl von Malen, die das Umschalten pro Zeiteinheit ausgeführt wird, reduziert, indem das Steuerverfahren 1 zum Reduzieren einer Trägerfrequenz der PWM oder das Steuerverfahren 2 zum Ausführen der Zwei-Phasen-Modulation implementiert wird, und somit kann die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, reduziert werden.
2 veranschaulicht ein Beispiel für den zweiphasig modulierten Spannungsbefehl. Das Zwei-Phasen-Modulationsschema ist ein Verfahren, bei dem eine Signalwelle mit einer Phase unter Signalwellen mit drei Phasen, die mit der Modulationswelle verglichen werden, auf 1 (hoher Pegel) oder 0 (niedriger Pegel) festgelegt wird, und die Signalwellen der übrigen zwei Phasen in einer PWM-Steuerung moduliert werden. Da das Zwei-Phasen-Modulationsschema die Anzahl von Malen, die das Umschalten pro Zeiteinheit ausgeführt wird, im Vergleich zu dem DreiPhasen-Modulationsschema reduziert, kann folglich die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, reduziert werden.
Wenn die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, kann die Steuerschaltung 7 in 1 die Gate-Ansteuerung der mehreren Schaltelemente u, v, w, x, y und z mit einer Gate-Energiezufuhrspannung fortsetzen, die niedriger ist als die, bevor die Anomalie erfasst wurde (Steuerverfahren 3). Gemäß der Formel [1], die vorangehend beschrieben wurde, kann die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, reduziert werden, indem die Gate-Ansteuerspannung V_g verringert wird. Wenn die Anomalie erfasst wird, verringert folglich die Gate-Ansteuerschaltung 12 der Steuerschaltung 7 die Gate-Energiezufuhrspannung für die Gate-Ansteuerung der mehreren Schaltelemente u, v, w, x, y und z im Vergleich zu der, bevor die Anomalie erfasst wurde. Wenn die Gate-Energiezufuhrspannung abnimmt, nimmt auch die Gate-Ansteuerspannung V_g ab, wodurch die Energie P reduziert wird, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird.
Wenn das Steuerverfahren 3 eingesetzt wird, reduziert die Motor-Steuerschaltung 8 vorzugsweise einen Stromgrenzwert oder einen Drehmomentgrenzwert des Motors 100, wenn eine Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird (zum Beispiel, wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM eingegeben wird). Durch Verringern der Gate-Energiezufuhrspannung, das heißt der Gate-Ansteuerspannung, nimmt im Allgemeinen ein Verlust der Schaltelemente u, v, w, x, y und z zu und steigt eine Temperatur der Schaltelemente. Aus diesem Grund ist es möglich, einen Anstieg der Temperatur der Schaltelemente zu verhindern, indem der Stromgrenzwert oder der Drehmomentgrenzwert reduziert wird.
3 ist ein Schaltbild, das ein erstes Konfigurationsbeispiel der Gate-Ansteuerschaltung und eine Gate-Ansteuerschaltung 12x, die eine der mehreren Gate-Ansteuerschaltungen ist, veranschaulicht. Andere Gate-Ansteuerschaltungen, wie etwa die Gate-Ansteuerschaltung 12u oder dergleichen, haben eine Konfiguration, die der der Gate-Ansteuerschaltung 12x ähnelt. Die in 3 veranschaulichte Gate-Ansteuerschaltung 12x weist eine Pufferschaltung 10x, die mit einer Isolierfunktion zwischen Eingang und Ausgang vorgesehen ist, und eine Gate-Energiezuführschaltung 9x, die eine Energiezufuhr für die Pufferschaltung 10x ist, auf.
Die Gate-Energiezuführschaltung 9x ist in diesem Beispiel durch einen Sperrwandler gebildet. Die Gate-Zuführschaltung 9x teilt eine Ausgangsspannung von ihr und führt eine Rückkopplungssteuerung aus, um eine Gate-Energiezufuhrspannung Egx auf einen ersten Wert einzustellen. Die Pufferschaltung 10x führt dem Gate des Schaltelements x der Wechselrichterschaltung 4 die Gate-Energiezufuhrspannung Egx als Gate-Ansteuerspannung Gx_O zu. Die Gate-Energiezuführschaltung 9x schaltet die Gate-Energiezufuhrspannung Egx auf einen zweiten Wert, der niedriger ist als der erste Wert, wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM in sie eingegeben wird. Wenn folglich die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem 21 erfasst wird, kann die Gate-Ansteuerschaltung 12x die Gate-Ansteuerung des Schaltelements x mit der Gate-Energiezufuhrspannung Egx (Gate-Ansteuerspannung Gx_O) fortsetzen, die niedriger ist als die, bevor die Anomalie erfasst wurde.
Die Gate-Energiezuführschaltung 9x weist eine in der Ansteuerung integrierte Schaltung (IC für Integrated Circuit) 90, einen Transistor 91, einen Transformator 92, eine Diode 93, einen Kondensator 94, eine Rückkopplungsschaltung 95, eine Spannungsteilerschaltung 96 und einen Schalter 97 auf. Die Rückkopplungsschaltung 95 weist eine Spule 95a, eine Diode 95b und einen Kondensator 95c auf. Die Spannungsteilerschaltung 96 weist mehrere Widerstandselemente 96a, 96b und 96c auf, die in Reihe geschaltet sind. Der Schalter 97 ist zu dem Widerstandselement 96a in einer Weise parallel geschaltet, in der er in der Lage ist, das Widerstandselement 96a zu umgehen. Die Ansteuerungs-IC 90 weist einen Gate-Anschluss G zum Ausgeben eines Gate-Signals, das den Transistor 91 ansteuert, und einen Rückkopplungsanschluss FB zum Aufnehmen einer Rückkopplungsspannung, die durch Teilen einer Spannung, die von der Rückkopplungsschaltung 95 ausgegeben wird, durch eine Widerstandsspannung in der Spannungsteilerschaltung 96 erhalten wird, auf.
Die Ansteuerungs-IC 90 steuert den Transistor 91 derart an, dass die Rückkopplungsspannung auf einer Referenzspannung gehalten wird, wodurch die Gate-Energiezufuhrspannung Egx auf den ersten Wert eingestellt wird. Wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM eingegeben wird, wird der Schalter 97 eingeschaltet und daher variiert ein Spannungteilungsverhältnis der Spannungsteilerschaltung 96. In diesem Beispiel steuert die Ansteuerungs-IC 90 den Transistor 91 derart an, dass die Gate-Energiezufuhrspannung Egx abnimmt, da die Rückkopplungsspannung steigt, wenn der Schalter 97 von dem AUS-Zustand in den EIN-Zustand geschaltet wird. Folglich kann die Gate-Energiezuführschaltung 9x die Gate-Energiezufuhrspannung Egx auf den zweiten Wert schalten, der niedriger ist als der erste Wert, wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM eingegeben wird.
Die Pufferschaltung 10x weist einen Optokoppler 13, der eingerichtet ist, um den Eingang und den Ausgang zu isolieren, und eine komplementäre Ausgabeschaltung 14, die eingerichtet ist, um die Gate-Ansteuerspannung Gx_O von dem Signal, das von dem Optokoppler 13 ausgegeben wird, gemäß dem eingegebenen Ansteuerbefehl Gx_LV auszugeben, auf. Die Pufferschaltung 10x gibt die Gate-Energiezufuhrspannung Egx, die von der Gate-Energiezuführschaltung 9x zugeführt wird, als Gate-Ansteuerspannung Gx_O mit hohem Pegel aus, die von der komplementären Ausgabeschaltung 14 ausgegeben wird.
4 ist ein Schaltbild, das ein Konfigurationsbeispiel des Motoransteuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. In der zweiten Ausführungsform wird eine Beschreibung der Konfiguration und Wirkungen, die denen der ersten Ausführungsform ähneln, weggelassen oder vereinfacht, indem auf die vorangehend gegebene Beschreibung verwiesen wird.
Die Motor-Steuerschaltung 8 reduziert den Stromgrenzwert oder den Drehmomentgrenzwert basierend auf dem Anomalie-Erfassungssignal EM. Wenn die Motor-Steuerschaltung 8 das Anomalie-Erfassungssignal EM empfängt, erfasst die Motor-Steuerschaltung 8 unter den drei Phasen eine Phase, in der ein absoluter Wert eines Augenblickswerts des Motorstroms maximal ist. Die Gate-Ansteuerschaltung 12 steuert das Gate des Schaltelements, das zu der Phase gehört, in der der absolute Wert maximal ist, mit einer ersten Gate-Energiezufuhrspannung an und sie steuert das Gate des Schaltelements, das zu einer Phase gehört, die sich von der Phase unterscheidet, in der der absolute Wert maximal ist, mit einer zweiten Gate-Energiezufuhrspannung an, die niedriger ist als die erste Gate-Energiezufuhrspannung (Steuerverfahren 4A). In diesem Fall betragen die Gate-Energiezufuhrspannungen der zwei Phasen unter den drei Phasen immer den zweiten Wert, der niedriger ist als der erste Wert. Da die Gate-Ansteuerspannung Vg auch abnimmt, wenn die Gate-Energiezufuhrspannung abnimmt, kann die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, gemäß der vorangehend beschriebenen Formel [1] reduziert werden.
5 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für die Erfassungsschaltung veranschaulicht, welche unter drei Phasen eine Phase erfasst, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms maximal ist. Die Motor-Steuerschaltung 8 weist eine Erfassungsfunktion auf, die durch eine in 5 veranschaulichte Erfassungsschaltung 84 dargestellt ist. Die Erfassungsschaltung 84 weist eine Absolutwert-Schaltung 80, eine Vergleicherschaltung 81 und eine Logikschaltung 82 auf. Die Absolutwert-Schaltung 80 erfasst den absoluten Wert des Augenblickswerts des Motorstroms jeder Phase, indem der absolute Wert der Erfassungswerte (iu_det, iv_det und iw_det) des Motorstroms jeder Phase berechnet wird, die von den Stromsensoren 11u, 11v und 11w erfasst werden. Die Vergleicherschaltung 81 weist mehrere Vergleichseinrichtungen 81a, 81b, 81c, 81d, 81e und 81f auf, die Ausgaben der Absolutwert-Schaltung 80 in einer in 5 veranschaulichten Weise empfangen. Die Logikschaltung 82 weist eine Logikprodukt-Schaltung 82u, die eingerichtet ist, um ein logisches Produkt von Ausgaben der Vergleichseinrichtungen 81a und 81b auszugeben, eine Logikprodukt-Schaltung 82v, die eingerichtet ist, um ein logisches Produkt von Ausgaben der Vergleichseinrichtungen 81c und 81d auszugeben, und eine Logikprodukt-Schaltung 82w, die eingerichtet ist, um ein logisches Produkt von Ausgaben der Vergleichseinrichtungen 81e und 81f auszugeben, auf. Die Logikprodukt-Schaltungen 82u, 82v und 82w der Logikschaltung 82 geben Auswahlsignale U_Sel, V_Sel bzw. W_Sel aus. Die Erfassungsschaltung 84 weist eine derartige Konfiguration auf, dass das Auswahlsignal, das unter den drei Phasen der Phase entspricht, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms maximal ist, einen hohen Pegel aufweist und die Auswahlsignale, die den anderen Phasen entsprechen, einen niedrigen Pegel aufweisen.
6 ist ein Wellenformdiagramm, das ein erstes Betriebsbeispiel des Motoransteuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die Motor-Steuerschaltung 8 erfasst unter den drei Phasen die Phase, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms maximal ist, basierend auf dem Erfassungswert (iu_det, iv_det und iw_det) des Motorstroms jeder Phase. Die Motor-Steuerschaltung 8 legt die Auswahlsignale U_Sel, V_Sel und W_Sel, die der Phase entsprechen, in der der absolute Wert maximal ist, auf den hohen Pegel fest. Unter den mehreren Gate-Ansteuerschaltungen 12 legen zwei Gate-Ansteuerschaltungen (die Gate-Ansteuerschaltungen des oberen und des unteren Arms der Phase, in der der absolute Wert maximal ist), die das Auswahlsignal mit hohem Pegel empfangen, die Gate-Energiezufuhrspannung auf den ersten Wert fest und die übrigen vier Gate-Ansteuerschaltungen legen die Gate-Energiezufuhrspannung auf den zweiten Wert fest, der niedriger ist als der erste Wert (Steuerverfahren 4A) .
Die Gate-Ansteuerspannung Vg nimmt auch ab, wenn die Gate-Energiezufuhrspannung abnimmt. Gemäß der vorangehend beschriebenen Formel [1] kann daher die Energie, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, reduziert werden, indem die Steuerung gemäß dem Steuerverfahren 4A ausgeführt wird. Als Nächstes wird dieser Punkt ausführlicher unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben.
7 ist ein Schaltbild zur Erläuterung eines Einschaltwiderstands des Schaltelements. 8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung des ersten Betriebsbeispiels des Motoransteuersystems gemäß der zweiten Ausführungsform, der Gate-Ansteuerspannung des Schaltelements und des Einschaltwiderstands des Schaltelements veranschaulicht. Das Schaltelement kann in einem Zustand, in dem das Gate eingeschaltet ist (das heißt, sich in einem Gate-EIN-Zustand befindet) als Widerstandselement mit einem Einschaltwiderstandswert Ron in 7 betrachtet werden. In 8 kennzeichnet R_ON1 einen Einschaltwiderstandswert unter einer Bedingung, in der eine erste Gate-Spannung Vg1 angelegt wird, und R_ON2 einen Einschaltwiderstandswert unter einer Bedingung, in der eine zweite Gate-Spannung Vg2, die niedriger ist als die erste Gate-Spannung Vg1 (das heißt Vg1 > Vg2), angelegt wird. Im Allgemeinen weisen Halbleiterschaltelemente Eigenschaften auf, sodass der Einschaltwiderstandswert R_ON1 niedriger ist als der Einschaltwiderstandswert R_ON2. Andererseits kann ein Augenblicksverlust dθP_RON, der durch einen sinusförmigen Strom Iu·sinθ, der durch das Widerstandselement fließt, erzeugt wird, durch die folgende Formel [2] dargestellt werden. $d θ_{PRON} = {(Iu \cdot sin θ)}^{2} \cdot d θ \cdot Ron$
Wie aus der Formel [2] hervorgeht, ist der Augenblicksverlust proportional zum Quadrat des Augenblickswerts (Augenblicksstroms) des sinusförmigen Stroms.
Als Nächstes wird, wie in 8 veranschaulicht, im Falle eines U-Phasenstroms in spezifischen Zeiträumen von (1/3)π bis (2/3)π und von (4/3)π bis (5/3)π unter den absoluten Werten der Augenblickswerte der Ströme aller Phasen der absolute Wert des Augenblickswerts des U-Phasenstroms maximal.
Folglich ist es durch Ansteuern mit der Gate-Spannung Vg1 nur in diesen spezifischen Zeiträumen möglich, die Energie P (vgl. Formel [1]), die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, zu reduzieren, während ein durchschnittlicher Verlust wirksam reduziert wird, im Vergleich zu einem Ansteuern mit der Gate-Spannung Vg2 in allen Zeiträumen. Das Gleiche gilt für die V-Phase und die W-Phase.
Als Nächstes wird ein weiteres Betriebsbeispiel in der zweiten Ausführungsform in 4 beschrieben.
Die Motor-Steuerschaltung 8 verringert den Stromgrenzwert oder den Drehmomentgrenzwert basierend auf dem Anomalie-Erfassungssignal EM. Wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM empfangen wird, erfasst die Motor-Steuerschaltung 8 unter den drei Phasen die Phase, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms minimal ist. Die Gate-Ansteuerschaltung 12 steuert das Gate des Schaltelements, das zu der Phase gehört, in der der absolute Wert minimal ist, mit der ersten Gate-Energiezufuhrspannung an und sie steuert das Gate des Schaltelements, das zu einer Phase gehört, die sich von der Phase unterscheidet, in der der absolute Wert minimal ist, mit der ersten Gate-Energiezufuhrspannung an, die höher ist als die erste Gate-Energiezufuhrspannung (Steuerverfahren 4B). In diesem Fall beträgt die Gate-Energiezufuhrspannung einer Phase unter den drei Phasen immer den zweiten Wert, der niedriger ist als der erste Wert. Da die Gate-Ansteuerspannung Vg auch abnimmt, wenn die Gate-Energiezufuhrspannung abnimmt, kann die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, gemäß der vorangehend beschriebenen Formel [1] reduziert werden.
9 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für die Erfassungsschaltung zum Erfassen unter drei Phasen der Phase, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms minimal ist, veranschaulicht. Die Motor-Steuerschaltung 8 weist eine Erfassungsfunktion auf, die durch eine in 9 veranschaulichte Erfassungsschaltung 85 dargestellt ist. Die Erfassungsschaltung 85 weist eine Absolutwert-Schaltung 80, eine Vergleicherschaltung 81 und eine Logikschaltung 82 auf. Die in 9 veranschaulichte Erfassungsschaltung 85 weicht von der in 5 veranschaulichten Erfassungsschaltung 84 dahingehend ab, dass die in 9 veranschaulichte Logikschaltung 82 ferner Wechselrichterschaltungen 83u, 83v und 83w aufweist. Die Wechselrichterschaltungen 83u, 83v und 83w geben ausgewählte Signale U_Sel, V_Sel und W_Sel aus, die durch Invertieren von Pegeln der Signale erhalten werden, die von den entsprechenden Logikprodukt-Schaltungen 82u, 82v bzw. 82w ausgegeben werden. Die Erfassungsschaltung 84 weist eine derartige Konfiguration auf, dass das Auswahlsignal, das unter den drei Phasen der Phase entspricht, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms minimal ist, einen niedrigen Pegel aufweist und die Auswahlsignale, die den anderen Phasen entsprechen, einen hohen Pegel aufweisen.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das ein zweites Betriebsbeispiel des Motoransteuersystems gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die Motor-Steuerschaltung 8 erfasst unter den drei Phasen die Phase, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms minimal ist, basierend auf dem Erfassungswert (iu_det, iv_det und iw_det) des Motorstroms jeder Phase. Die Motor-Steuerschaltung 8 legt die Auswahlsignale U_Sel, V_Sel und W_Sel, die der Phase entsprechen, in der der absolute Wert minimal ist, auf den niedrigen Pegel fest. Unter den mehreren Gate-Ansteuerschaltungen 12 legen zwei Gate-Ansteuerschaltungen (die Gate-Ansteuerschaltungen des oberen und des unteren Arms der Phase, in der der absolute Wert minimal ist), die das Auswahlsignal mit niedrigem Pegel empfangen, die Gate-Energiezufuhrspannung auf den zweiten Wert fest und die übrigen vier Gate-Ansteuerschaltungen legen die Gate-Energiezufuhrspannung auf den ersten Wert fest, der höher ist als der zweite Wert (Steuerverfahren 4B).
Die Gate-Ansteuerspannung Vg nimmt auch ab, wenn die Gate-Energiezufuhrspannung abnimmt. Gemäß der vorangehend beschriebenen Formel [1] kann daher die Energie, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, reduziert werden, indem die Steuerung gemäß dem Steuerverfahren 4B ausgeführt wird. Genauer gesagt ist es durch Ansteuern mit der Gate-Spannung Vg1 nur während spezifischer Zeiträume möglich, die Energie P (vgl. Formel [1]), die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, zu reduzieren, während der durchschnittliche Verlust wirksam reduziert wird, im Vergleich zu einem Ansteuern mit der Gate-Spannung Vg2 in allen Zeiträumen.
11 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Konfiguration des Motoransteuersystems gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. In der dritten Ausführungsform wird eine Beschreibung der Konfiguration und Wirkungen, die denen der ersten und der zweiten Ausführungsform ähneln, weggelassen oder vereinfacht, indem auf die vorangehend gegebene Beschreibung verwiesen wird.
In der dritten Ausführungsform sind die mehreren Schaltelemente u, v, w, x, y und z die Elemente, die durch eine Mehrzahl von Schaltelementen gebildet sind, die jeweils parallel geschaltet sind. In diesem Beispiel ist das Schaltelement u durch eine Mehrzahl von Schaltelementen u1 und u2 gebildet, die parallel geschaltet sind. Die Mehrzahl von Schaltelementen u1 und u2 weist eine zueinander gleiche Konfiguration auf. Andere Schaltelemente u, v, w, x, y und z weisen die gleiche Konfiguration wie das Schaltelement u auf. Das Schaltelement v ist durch eine Mehrzahl von Schaltelementen v1 und v2 gebildet und das Schaltelement w ist durch eine Mehrzahl von Schaltelementen w1 und w2 gebildet. Das Schaltelement x ist durch eine Mehrzahl von Schaltelementen x1 und x2 gebildet, das Schaltelement y ist durch eine Mehrzahl von Schaltelementen y1 und y2 gebildet und das Schaltelement z ist durch eine Mehrzahl von Schaltelementen z1 und z2 gebildet.
Die Motor-Steuerschaltung 8 reduziert den Stromgrenzwert oder den Drehmomentgrenzwert basierend auf dem Anomalie-Erfassungssignal EM. Wenn die Motor-Steuerschaltung 8 das Anomalie-Erfassungssignal EM in einem Zustand empfängt, in dem ein oder mehrere Schaltelemente der Mehrzahl von Schaltelementen in jedem der mehreren Schaltelemente u, v, w, x, y und z ausgeschaltet sind, schaltet die Steuerschaltung 8 übrige Schaltelemente der Mehrzahl von Schaltelementen in jedem der mehreren Schaltelemente u, v, w, x, y und z um (Steuerverfahren 5A). Da die Gate-Kapazität Qg in der vorangehend beschriebenen Formel [1] abnimmt, wenn die Anzahl von Schaltelementen, die parallel angesteuert werden, reduziert wird, ist es möglich, die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, zu reduzieren.
12 ist ein Schaltbild, das ein zweites Konfigurationsbeispiel der Gate-Ansteuerschaltung veranschaulicht. 12 veranschaulicht eine Gate-Ansteuerschaltung 12x, die eine der mehreren Gate-Ansteuerschaltungen ist. Andere Gate-Ansteuerschaltungen, wie etwa die Gate-Ansteuerschaltung 12u oder dergleichen, haben eine Konfiguration, die der der Gate-Ansteuerschaltung 12x ähnelt. Die in 12 veranschaulichte Gate-Ansteuerschaltung 12x weist eine Pufferschaltung 10x, die mit einer Isolierfunktion zwischen Eingang und Ausgang vorgesehen ist, und eine Gate-Energiezuführschaltung 9x, die eine Energiezufuhr für die Pufferschaltung 10x ist, auf. Die in 12 veranschaulichte Gate-Ansteuerschaltung 12x weicht von der in 3 veranschaulichten Gate-Ansteuerschaltung 12x dahingehend ab, dass die in 12 veranschaulichte Gate-Ansteuerschaltung 12x einen Schalter 16 aufweist. Ferner weicht die Konfiguration von 12 von der Konfiguration von 3 dahingehen ab, dass der Schalter 97 und das Widerstandselement 96a, die in 3 veranschaulicht sind, in 12 nicht vorgesehen sind.
In 12 wird, wenn das Anomalie-Erfassungssignal EM eingegeben wird, die Zufuhr der Gate-Ansteuerspannung Gx2_0 von der Pufferschaltung 10x zu dem Gate des Schaltelements x2 durch den Schalter 16 unterbrochen. Daher wird das Schaltelement x2 auf den AUS-Zustand festgelegt, während das Schaltelement gemäß der Gate-Ansteuerspannung Gx1_O x1 ein- oder ausgeschaltet (umgeschaltet) wird. Gemäß dem Steuerverfahren 5A kann daher, da die Anzahl von Schaltelementen, die parallel angesteuert werden, reduziert ist, die Energie P, die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, reduziert werden.
Das Steuerverfahren 5A kann die Schaltelemente, die zu spezifischen Phasen des AUS-Zustands gehören, festlegen, anstatt einen Teil der Schaltelemente, die zu allen Phasen des AUS-Zustand gehören, einheitlich festzulegen. Zum Beispiel kann ein Teil der Schaltelemente, die auf den AUS-Zustand festgelegt sind, unter der Mehrzahl von Schaltelementen, die parallel geschaltet sind, Schaltelemente sein, die zu einer Phase gehören, die sich von der Phase unterscheidet, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms maximal ist (Steuerverfahren 5B). Alternativ kann ein Teil der Schaltelemente, die auf den AUS-Zustand festgelegt sind, unter der Mehrzahl von Schaltelementen, die parallel geschaltet sind, Schaltelemente sein, die zu der Phase gehören, in der der absolute Wert des Augenblickswerts des Motorstroms minimal ist (Steuerverfahren 5C). Gemäß dem Steuerverfahren 5B oder 5C ist es möglich, die Energie P (vgl. Formel [1]), die der Gate-Ansteuerschaltung 12 von dem zweiten Energiezuführsystem 22 zugeführt wird, zu reduzieren, während der durchschnittliche Verlust wirksam reduziert wird, im Vergleich zu dem Steuerverfahren 5A, bei dem ein Teil der Schaltelemente, die zu allen Phasen des AUS-Zustands gehören, einheitlich festgelegt werden.
Gemäß jedem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Motor im Falle der Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem einen Betrieb fortsetzen.
Obgleich Ausführungsformen beschrieben wurden, sind die Techniken der vorliegenden Offenbarung nicht auf die der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Abwandlungen und Modifizierungen, wie etwa Kombinationen und Substitutionen eines Teils oder der Gesamtheit der anderen Ausführungsformen, sind möglich.
Beispielsweise kann die Steuerschaltung 7 eine Kombination aus zumindest einem Teil der mehreren vorangehend beschriebenen Steuerverfahren ausführen. Zudem ist der Motor 100 nicht auf den Motor für das Fahrzeug beschränkt, sondern kann ein Motor für eine andere industrielle Anwendung, wie etwa ein Motor für Aufzüge oder dergleichen, sein.

Claims

Steuervorrichtung, umfassend: eine Steuerschaltung, die eingerichtet ist, um eine Wechselrichterschaltung, die einen Motor ansteuert, durch mehrere Schaltelemente, die zwischen DC-Bussen gekoppelt sind, zu steuern; ein erstes Energiezuführsystem, das als Energiezufuhr eine Spannungsquelle verwendet, die sich von den DC-Bussen unterscheidet; ein zweites Energiezuführsystem, das als Energiezufuhr die DC-Busse verwendet; und eine Umschaltschaltung, die eingerichtet ist, um ein Energiezuführsystem, das der Steuerschaltung Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem auf das zweite Energiezuführsystem umzuschalten, wenn eine Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem erfasst wird, wobei die Steuerschaltung eine Steuerung der Wechselrichterschaltung mit einem Energieverbrauch fortsetzt, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem erfasst wurde, wenn die Anomalie erfasst wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Umschaltschaltung Energie von dem ersten Energiezuführsystem und/oder dem zweiten Energiezuführsystem aufnimmt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Energiezuführsystem, das der Umschaltschaltung Energie zuführt, von dem ersten Energiezuführsystem auf das zweite Energiezuführsystem umgeschaltet wird, wenn die Anomalie erfasst wird.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Umschaltschaltung aufweist: eine Anomalie-Erfassungsschaltung, die eingerichtet ist, um die Anomalie zu erfassen, einen ersten Schalter, der eingerichtet ist, um einen Energiezuführpfad zwischen dem ersten Energiezuführsystem und der Steuerschaltung zu trennen, wenn die Anomalie durch die Anomalie-Erfassungsschaltung erfasst wird, und einen zweiten Schalter, der eingerichtet ist, um einen Energiezuführpfad zwischen dem zweiten Energiezuführsystem und der Steuerschaltung zu verbinden, wenn die Anomalie durch die Anomalie-Erfassungsschaltung erfasst wird.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Umschaltschaltung als die Anomalie in dem ersten Energiezuführsystem einen anomalen Abfall einer Spannung des ersten Energiezuführsystems erfasst.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerschaltung die Steuerung der Wechselrichterschaltung mit einem Modulationsschema fortsetzt, das einen Energieverbrauch aufweist, der niedriger ist als der, bevor die Anomalie erfasst wurde, wenn die Anomalie erfasst wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Modulationsschema ein Pulsbreitenmodulationsschema ist, das eine niedrigere Frequenz aufweist als die, bevor die Anomalie erfasst wurde.
Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Modulationsschema ein Zwei-Phasen-Modulationsschema ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jedes der mehreren Schaltelemente durch eine Mehrzahl von parallel gekoppelten Schaltelementen gebildet ist, und in einem Zustand, in dem ein oder mehrere Schaltelemente der Mehrzahl von Schaltelementen in jedem der mehreren Schaltelemente ausgeschaltet sind, die Steuerschaltung übrige Schaltelemente der Mehrzahl von Schaltelementen in jedem der mehreren Schaltelemente umschaltet, wenn die Anomalie erfasst wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei das eine oder die mehreren Schaltelemente der Mehrzahl von Schaltelementen zu einer Phase gehören, die sich von einer Phase unterscheidet, in der ein absoluter Wert eines Augenblickswerts eines Stroms, der zwischen der Wechselrichterschaltung und dem Motor fließt, maximal ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei das eine oder die mehreren Schaltelemente der Mehrzahl von Schaltelementen zu einer Phase gehören, in der ein absoluter Wert eines Augenblickswerts eines Stroms, der zwischen der Wechselrichterschaltung und dem Motor fließt, minimal ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuerschaltung eine Gate-Ansteuerung der mehreren Schaltelemente mit einer Gate-Energiezufuhrspannung fortsetzt, die niedriger ist als die, bevor die Anomalie erfasst wurde, wenn die Anomalie erfasst wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerschaltung Gates von Schaltelementen, die zu einer Phase gehören, in der ein absoluter Wert eines Augenblickswerts eines Stroms, der zwischen der Wechselrichterschaltung und dem Motor fließt, maximal ist, mit einer ersten Gate-Energiezufuhrspannung ansteuert und Gates von Schaltelementen, die zu einer Phase gehören, die sich von der Phase unterscheidet, in der der absolute Wert des Augenblickswerts maximal ist, mit einer zweiten Gate-Energiezufuhrspannung ansteuert, die niedriger ist als die erste Gate-Energiezufuhrspannung, wenn die Anomalie erfasst wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerschaltung Gates von Schaltelementen, die zu einer Phase gehören, in der ein absoluter Wert eines Augenblickswerts eines Stroms, der zwischen der Wechselrichterschaltung und dem Motor fließt, minimal ist, mit einer zweiten Gate-Energiezufuhrspannung ansteuert und Gates von Schaltelementen, die zu einer Phase gehören, die sich von der Phase unterscheidet, in der der absolute Wert des Augenblickswerts minimal ist, mit einer ersten Gate-Energiezufuhrspannung ansteuert, die höher ist als die zweite Gate-Energiezufuhrspannung, wenn die Anomalie erfasst wird.
Motoransteuervorrichtung, umfassend: die Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14; und die Wechselrichterschaltung.
Motoransteuersystem, umfassend: die Motoransteuervorrichtung nach Anspruch 15; und den Motor.
Motoransteuersystem nach Anspruch 16, wobei der Motor ein Motor ist, der zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet wird.