DE102023103532A1

DE102023103532A1 - Motorantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102023103532A1
Application number: DE102023103532.0A
Authority: DE
Inventors: Young-Kwan Ko; Yong Jae Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2023-02-14
Publication date: 2024-02-01
Also published as: CN117458948A; US20240039447A1; KR20240014898A

Abstract

Eine Motorantriebsvorrichtung, welche einen Motor (100), welcher eine Mehrzahl von Wicklungen (L1 bis L3), welche jeweilig zugeordnet zu mehreren Phasen gehören, aufweist, betreibt, weist auf: einen ersten Inverter (10), welcher eine Mehrzahl von ersten Schaltelementen (S11 bis S16) aufweist und mit einem ersten Ende jeder der Wicklungen verbunden ist, einen zweiten Inverter (20), welcher eine Mehrzahl von zweiten Schaltelementen (S21 bis S26) aufweist und mit einem zweiten Ende jeder der Wicklungen verbunden ist, und eine Steuervorrichtung (30), welche dazu eingerichtet ist, den Spannungsbefehl des ersten Inverters (10) auf Grundlage eines Spannungsbefehls des Motors (100) und eines aktiven Zeigers, welcher mit einer Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) korrespondiert, zu ermitteln und die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) durch Pulsweitenmodulation auf Grundlage des Spannungsbefehls des ersten Inverters (10) zu steuern.

Description

Hintergrund der vorliegenden Offenbarung
Gebiet der vorliegenden Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung und Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung und insbesondere auf eine Motorantriebsvorrichtung nach einem Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren des Verbindens jedes Inverters mit einem jeweiligen Ende der Wicklung des (Elektro-)Motors.
Beschreibung der bezogenen Technik
Im Allgemeinen sind Wicklungen für jeweilige Phasen, welche in einem (Elektro-)Motor vorhanden sind, an einem Ende mit einem Inverter verbunden und an dem anderen Enden miteinander verbunden, um eine Sternschaltung (auch Y-Verbindung genannt) zu bilden.
Wenn der Motor betrieben wird, werden Schaltelemente innerhalb des Inverters durch eine Pulsweitenmodulation eingeschaltet oder ausgeschaltet und wird ein Wechselstrom erzeugt durch Anlegen einer Leitungsspannung an die Wicklungen des sternverschalteten Motors, um Drehmoment zu erzeugen.
Da die Energieeffizienz (z.B. Kraftstoffeffizienz oder elektrische Effizienz) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Elektroautos, welches das durch den Motor erzeugte Drehmoment als Leistung nutzt, durch den Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung zwischen Inverter und Motor bestimmt wird, ist es wichtig, die Leistungsumwandlungseffizienz des Inverters und den Motorwirkungsgrad zu maximieren, um die Energieeffizienz zu verbessern.
Die Effizienz des Inverter-Motor-Systems wird weitgehend durch den Spannungsausnutzungsgrad (auch Spannungsausnutzungsverhältnis) des Inverters bestimmt. Die Energieeffizienz (z.B. Kraftstoffeffizienz oder elektrische Effizienz) des Fahrzeugs kann verbessert werden, wenn ein durch das Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Drehmoment bestimmter Fahrzeugbetriebspunkt in einem Bereich mit einem hohen Spannungsausnutzungsgrad gebildet wird.
Da jedoch eine Erhöhung der Anzahl der Motorwicklungen, um das maximale Motordrehmoment zu steigern, den Bereich mit einem hohen Spannungsausnutzungsgrad weg von einem Niedrigdrehmoment-Bereich, welcher ein Hauptbetriebspunkt des Fahrzeugs ist, bewegt, gibt es ein Problem dahingehend, dass die Effizienz verschlechtert werden kann. Wenn im Hinblick auf die Energieeffizienz ein Hauptbetriebspunkt so ausgestaltet wird, dass er in den Bereich mit einem hohen Spannungsausnutzungsgrad gelegt wird, gibt es ein Problem dahingehend, dass die Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs verschlechtert sein kann, was durch das begrenzte Maximaldrehmoment des Motors verursacht wird.
Um diese Probleme zu lösen, wurde eine Motorantriebstechnik mit einem Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren (auch „Verfahren mit Wicklung mit offenem Ende“ oder fachsprachlich „Open-End-Wicklung-Verfahren“, Englisch „open-end winding method“, kurz OEW-Verfahren) vorgesehen, bei welchem zwei Inverter betrieben werden, indem jeder Inverter mit einem der beiden Enden der Wicklung des Motors verbunden wird, anstatt ein Ende der Wicklung des Motors kurzzuschließen.
Die OEW-Motorantriebstechnik hat den Vorteil, dass sie die Spannungsausnutzung verbessert und eine hohe Leistung durch Erhöhung der Phasenspannung im Vergleich zum Betrieb eines Motors mit einer herkömmlichen Sternschaltung ermöglicht.
Allerdings kann die Motorantriebstechnik nach dem OEW-Verfahren die Gleichtaktspannung (auch Common-Mode-Spannung, Englisch „common mode voltage“) nicht so steuern, dass sie während einer Inverterschaltperiode eine durchschnittliche Gleichtaktspannung von Null erzeugt, wenn eine gemeinsame Gleichstromquelle an die Inverter, welche jeweils mit einem der beiden Enden der Wicklung des Motors verbunden sind, angelegt wird, wodurch ein Gleichtaktstrom (auch Common-Mode-Strom, Englisch „common mode current“) erzeugt wird. Der Gleichtaktstrom kann zu Verlusten wie Kupferverlusten und Eisenverlusten führen, während er durch die Wicklung des Motors fließt, was den Wirkungsgrad des Motors verringert und in schweren Fällen zum Durchbrennen des Motorsystems führt.
Die obigen Informationen, welche in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrundes der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann (schon) bekannt ist, gehören, angesehen werden.
Erläuterung der Erfindung
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung (nachfolgend kurz: Offenbarung) sind darauf gerichtet, eine Motorantriebsvorrichtung bereitzustellen, welche dazu eingerichtet ist, den Motorwirkungsgrad zu verbessern, indem die Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente so eingestellt wird, dass der Ein-Perioden-Mittelwert der Gleichtaktspannung mit dem Gleichtakt-Spannungsbefehl übereinstimmt, wenn der Motor durch ein Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren, bei welchem jeder Inverter mit einem der beiden Enden der Motorwicklung verbunden wird, betrieben wird, um Gleichtaktspannung und -strom zu beseitigen.
Technische Ziele, welche durch eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erreicht werden sollen, sind nicht auf die oben beschriebenen technischen Ziele beschränkt, und weitere technische Ziele, welche nicht beschrieben sind, werden von den Fachleuten auf dem Gebiet, zu welchem eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört, klar verstanden werden.
Gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zur Lösung des oben beschriebenen Problems ist die beanspruchte Motorantriebsvorrichtung eine Motorantriebsvorrichtung, welche den Motor, welcher eine Mehrzahl von Wicklungen, welche jeweilig zugeordnet zu mehreren Phasen gehören, aufweist, betreibt und aufweist: einen ersten Inverter, welcher eine Mehrzahl von ersten Schaltelementen aufweist und mit einem ersten Ende jeder der Wicklungen verbunden ist, einen zweiten Inverter, welcher eine Mehrzahl von zweiten Schaltelementen aufweist und mit einem zweiten Ende jeder der Wicklungen verbunden ist, und eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, den Spannungsbefehl des ersten Inverters auf Grundlage eines Spannungsbefehls des Motors und eines aktiven Zeigers, welcher mit der Betriebszeit (z.B. in Form eines Tastgrads, eines Einschaltverhältnisses und dergleichen - Englisch „duty“) der zweiten Schaltelemente korrespondiert (z.B. diesen entspricht / zu diesen gehört), zu ermitteln und die ersten Schaltelemente durch Pulsweitenmodulation auf Grundlage des Spannungsbefehls des ersten Inverters zu steuern, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, den aktiven Zeiger, welcher die gleiche Gleichtaktspannung wie die Mehrzahl der zweiten Schaltelemente aufweist, für die Betriebszeit der Mehrzahl der ersten Schaltelemente bei der Pulsweitenmodulation der ersten Schaltelemente zu ermitteln und die Betriebszeit der Mehrzahl der ersten Schaltelemente so einzustellen, dass der Ein-Perioden-Mittelwert der ausgegebenen Gleichtaktspannung mit dem Gleichtakt-Spannungsbefehl übereinstimmt.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, die ersten Schaltelemente durch Fernzustand-Pulsweitenmodulation (kurz RSPWM - Englisch „remote state pulse width modulation“) zu steuern.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, die ersten Schaltelemente durch symmetrische RSPWM zu steuern.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, den Spannungsbefehl des ersten Inverters unter Verwendung mehrerer aktiver Zeiger zu ermitteln, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente korrespondiert (z.B. dieser entspricht / zu dieser gehört), aufweisen.
Beispielsweise können die Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente, der Gleichtakt-Spannungsbefehl und die an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegte Gleichspannung eine Beziehung, wie in der folgenden FORMEL 1 dargestellt, aufweisen: ${Duty}_{vn} = 1 / n \times V_{n} * / (V_{dc} / n),$
wobei Duty_vn = Betriebszeit einer Mehrzahl von ersten Schaltelementen,
V_n* = Spannungsbefehl des Motors,
V_dc = Gleichspannung, welche an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegt wird, und
n = Anzahl der Schaltelemente, welche den ersten Inverter bilden.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, die ersten Schaltelemente durch die Pulsweitenmodulation mittels einer Rückkopplungssteuerung (bzw. Regelung) oder einer Vorsteuerung zu steuern.
Die Steuervorrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Spannungsbefehl des ersten Inverters unter Verwendung einer Mehrzahl von aktiven Zeigern zu ermitteln, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente korrespondiert (z.B. dieser entspricht / zu dieser gehört), aufweisen.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung die ersten Schaltelemente so schalten, dass sich eine Mehrzahl von aktiven Zeigern, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente korrespondiert (z.B. dieser entspricht / zu dieser gehört), aufweisen, in einer festen Reihenfolge wiederholt.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung die ersten Schaltelemente so schalten, dass eine Mehrzahl von Zeigern, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente korrespondiert (z.B. dieser entspricht / zu dieser gehört), aufweisen, symmetrisch in Bezug auf einen Mittelpunkt einer Schaltperiode auftritt.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung die ersten Schaltelemente so schalten, dass ein Schaltzustand mit der längsten Betriebszeit unter einer Mehrzahl von aktiven Zeigern, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente korrespondiert (z.B. dieser entspricht / zu dieser gehört), aufweisen, kontinuierlich vor und nach dem Mittelpunkt auftritt.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, einen aktiven Zeiger, welcher am nächsten zu dem Spannungszeiger, welcher mit dem Spannungsbefehl des Motors korrespondiert (z.B. diesem entspricht / zu diesem gehört), ist, als Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (z.B. anhand einer entsprechenden Umwandlung) zu ermitteln.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, einen 3-Phasen-Spannungsbefehl zu erzeugen, indem der Spannungsbefehl des Motors in Rückwärtsrotation, insbesondere mittels inverser Transformation (z.B. inverser dq-Transformation), transformiert wird, und den aktiven Zeiger, welcher am nächsten zu dem Spannungszeiger, welcher mit dem Spannungsbefehl des Motors korrespondiert ist, zu ermitteln, um die Betriebszeit der zweiten Schaltelemente auf Grundlage des 3-Phasen-Spannungsbefehls zu ermitteln.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, den Spannungsbefehl des ersten Inverters zu bestimmen, indem sie das Ergebnis der Rotationstransformation (z.B. inverser dq-Transformation) des aktiven Zeigers, welcher zu der Betriebszeit der ersten Schaltelemente gehört, und des aktiven Zeigers, welcher zu der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente gehört, zu dem Spannungsbefehl des Motors addiert.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung den Spannungssollwert des Motors auf eine voreingestellte Obergrenze und Untergrenze begrenzen.
Gemäß den zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung kann, wenn der Motor durch das Offene-Ende-Wicklung-Verfahren, bei welchem jeder Inverter mit einem der beiden Enden der Motorwicklung verbunden ist, betrieben wird, der Motorwirkungsgrad verbessert werden, indem die Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente so eingestellt wird, dass der Ein-Perioden-Mittelwert der Gleichtaktspannung dem Gleichtakt-Spannungsbefehl entspricht, um die Gleichtaktspannung und den Gleichtaktstrom zu beseitigen.
Ferner kann verhindert werden, dass der Gleichtaktstrom den Motorphasenstrom verzerrt, wodurch die Steuerung des Motorstroms vereinfacht wird und Verluste, wie zum Beispiel Eisenverluste und Kupferverluste des Motors, welche durch den Kreisstrom bzw. Ausgleichsstrom (Englisch „circulating current“) verursacht werden, im Voraus vermieden werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Schaltplan einer Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine herkömmliche Steuervorrichtung zur Steuerung eines Motors durch ein Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren darstellt.
3 ist ein Spannungszeigerdiagramm zur Beschreibung einer Motorsteuerungstechnik, welche in einer konventionellen Steuervorrichtung gemäß 2 angewendet wird.
4 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung jedes Inverters darstellt, welche erzeugt wird, wenn ein Motor von der in 2 dargestellten konventionellen Steuervorrichtung gesteuert wird.
5 ist ein Blockdiagramm, welches einen Raumzeigermodulator in der in 2 dargestellten konventionellen Steuervorrichtung detaillierter darstellt.
6 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
7 ist ein Blockdiagramm, in welchem ein Raumzeigermodulator in einer Steuervorrichtung für eine Motorantriebsvorrichtung gemäß der in 6 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung detaillierter dargestellt ist.
8 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung jedes Inverters darstellt, welche durch die Steuerung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß der in 6 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
9 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
10 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung, eine gemeinsame Spannungskomponente (z.B. Gleichtaktspannungskomponente) und einen Gleichtaktstrom jedes Inverters darstellt, welche durch die Steuerung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche in 9 dargestellt ist, erzeugt werden.
11 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
12 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung, welche einen in 11 dargestellten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator detaillierter darstellt.
13 ist ein Blockdiagramm, welches ein Modifikationsbeispiel einer Steuervorrichtung der in 11 dargestellten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
14 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
15 ist ein Spannungszeigerdiagramm zur Beschreibung einer Spannung jedes Inverters und einer Motorspannung, welche durch die in 14 dargestellten zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen ermittelt werden.
16 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung jedes Inverters darstellt, welche durch die Steuerung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß den zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen von 14 erzeugt wird.
17, 18 und 19 sind Wellenformdiagramme, welche zahlreiche Verfahren der Steuerung eines ersten Inverters darstellen, die durch den Pulsweitenmodulator für den in 14 dargestellten ersten Inverter erzeugt werden können.
20 ist ein Blockdiagramm, welche eine Steuervorrichtung einer Motorantriebsvorrichtung im Detail gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
21 ist eine Logikschaltung, welche eine Gleichtaktstromsteuerung durch eine Steuervorrichtung unter Verwendung eines Rückkopplungssteuerung-Verfahrens (bzw. Regelung) und eines Vorsteuerungsverfahrens gemäß 20 darstellt.
22 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung jedes Inverters, die von einer Steuervorrichtung gemäß 20 erzeugt wird, darstellt.

Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der vorliegenden Offenbarung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, einschließlich z.B. konkrete Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden (zumindest) teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
In den Figuren beziehen sich durchgehend durch mehrere Figuren der Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Offenbarung
Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung/Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Offenbarung/Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Offenbarung/Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Offenbarung/Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Umfang der Offenbarung/Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können.
Spezifische strukturelle oder funktionale Beschreibungen der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, welche in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung enthalten sind, sind nur anschauliche Beispiele zur Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in verschiedenen Ausgestaltungen ausgeführt werden und sind nicht als auf die in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt zu interpretieren.
Da die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung diverse Modifikationen unterliegen und unterschiedliche Ausgestaltungen annehmen können, werden spezifische Ausführungsformen in den Zeichnungen veranschaulicht und in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung im Detail beschrieben. Dies soll jedoch nicht dazu dienen, die beispielhaften Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Offenbarung auf die vorgegebenen enthaltenen Ausgestaltungen zu beschränken, und die beispielhaften Ausführungsformen sind so zu verstehen, dass sie alle Modifikationen, Äquivalente oder Ersetzungen umfassen, welche im Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe, einschließlich technischer oder wissenschaftlicher Begriffe, die gleiche Bedeutung, wie sie allgemein von denjenigen Fachleuten auf dem Gebiet, zu dem eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört, verstanden wird. Begriffe wie jene, welche allgemein verwendet werden und bereits definiert sind, sind so auszulegen, dass sie eine Bedeutung haben, welche mit der Bedeutung im Kontext des zugehörigen Fachgebiets übereinstimmt, und sind nicht so auszulegen, dass sie eine ideale oder übermäßig formale Bedeutung haben, sofern dies nicht ausdrücklich in der vorliegenden Beschreibung definiert ist.
Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.

1 ist ein Schaltplan, welcher eine Motorantriebsvorrichtung gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.

1 zeigt, dass die Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Motorantriebsvorrichtung (auch z.B. Motoransteuervorrichtung oder Motorbetriebsvorrichtung, insbesondere für Elektromotoren) ist, welche einen (z.B. Elektro-)Motor 100 mit mehreren Wicklungen L1-L3, welche zu mehreren Phasen gehören, mit Betriebsleistung (z.B. Energie) versorgt und aufweist: einen ersten Inverter 10, welcher eine Mehrzahl von ersten Schaltelementen S11-S16 aufweist und mit einem ersten Ende jeder Wicklung des Motors 100 verbunden ist, einen zweiten Inverter 20, welcher eine Mehrzahl von zweiten Schaltelementen S21-S26 aufweist und mit einem zweiten Ende jeder Wicklung des Motors 100 verbunden ist, und eine Steuervorrichtung 30, welche die ersten Schaltelemente S11-S16 und die zweiten Schaltelemente S21-S26 durch Pulsweitenmodulation auf Grundlage einer geforderten Ausgangsleistung des Motors 100 steuert.
Der erste Inverter 10 und der zweite Inverter 20 können die in einer Batterie 200 gespeicherte Gleichstrom-Leistung (auch DC-Leistung genannt) in eine dreiphasige Wechselstrom-Leistung (auch AC-Leistung genannt) umwandeln und den Motor 100 mit der dreiphasigen AC-Leistung versorgen, oder Regeneratives-Bremsen-Leistung, welche aufgrund der Erzeugung des Bremsmoments des Motors 100 erzeugt wird, in Gleichstrom umwandeln und den Gleichstrom an die Batterie 200 liefern. Eine solche Umwandlung zwischen der DC-Leistung und der AC-Leistung kann durch Pulsweitenmodulation (kurz: PWM) der ersten Schaltelemente S11-S16 und der zweiten Schaltelemente S21-S26, welche jeweilig zugeordnet im ersten Inverter 10 und im zweiten Inverter 20 vorgesehen sind, umgesetzt werden.
Der erste Inverter 10 kann eine Mehrzahl von Zweigen 11-13 aufweisen, an welche Gleichspannung (auch DC-Spannung) angelegt wird. Die Zweige 11-13 können jeweilig zugeordnet einer Mehrzahl von Phasen des Motors 100 entsprechen, um eine elektrische Verbindung zu bilden. Der erste Zweig 11 kann zwei Schaltelemente S11, S12, welche miteinander in Reihe geschaltet sind, aufweisen und der Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S11, S12 (z.B. zwischen den beiden Schaltelementen S11, S12) kann mit einem Ende einer Wicklung L1 einer Phase im Motor 100 verbunden sein, so dass ein Wechselstrom, welcher zu einer Phase aus der Mehrzahl von Phasen gehört, eingegeben und ausgegeben wird.
In ähnlicher Weise kann der zweite Zweig 12 zwei Schaltelemente S13, S14, welche miteinander in Reihe geschaltet sind, aufweisen und der Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S13, S14 (z.B. zwischen den beiden Schaltelementen S13, S14) kann mit einem Ende einer Wicklung L2 einer Phase im Motor 100 verbunden sein, so dass ein Wechselstrom, welcher zu einer Phase aus der Mehrzahl von Phasen gehört, eingegeben und ausgegeben wird. Darüber hinaus kann der dritte Zweig 13 zwei Schaltelemente S15, S16 aufweisen, so dass der Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S15, S16 (z.B. zwischen den beiden Schaltelementen S15, S16) mit einem Ende einer Wicklung L3 der Phase der Mehrzahl von Phasen im Motor 100 verbunden sin kann, so dass der Wechselstrom, welcher zu einer Phase aus der Mehrzahl von Phasen gehört, eingegeben und ausgegeben wird.
Der zweite Inverter 20 kann ebenfalls eine Konfiguration ähnlich der des ersten Inverters 10 aufweisen. Der zweite Inverter 20 kann eine Mehrzahl von Zweigen 21-23 aufweisen, an welche eine Gleichspannung der Batterie 200 angelegt wird. Die Zweige 21-23 entsprechen jeweilig zugeordnet einer Mehrzahl von Phasen des Motors 100, um eine elektrische Verbindung zu bilden. Der erste Zweig 21 kann zwei Schaltelemente S21, S22, die in Reihe zueinander geschaltet sind, aufweisen und der Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S21, S22 (z.B. zwischen den beiden Schaltelementen S21, S22) kann mit dem anderen Ende einer Wicklung L1 einer Phase im Motor 100 verbunden sein, so dass der Wechselstrom, welcher zu einer Phase aus der Mehrzahl von Phasen gehört, der beiden Schaltelementen S21, S22 eingespeist und ausgegeben wird.
In ähnlicher Weise kann der zweite Zweig 22 zwei Schaltelemente S23, S24, welche in Reihe miteinander verbunden sind, aufweisen und der Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S23, S24 (z.B. zwischen den beiden Schaltelementen S23, S24) kann mit dem anderen Ende einer Wicklung L2 einer Phase im Motor 100 verbunden sein, so dass der Wechselstrom, welcher zu einer Phase aus der Mehrzahl von Phasen gehört, der beiden Schaltelemente S23, S24 eingegeben und ausgegeben wird.
Ferner kann der dritte Zweig 23 zwei Schaltelemente S25, S26, welche in Reihe zueinander geschaltet sind, aufweisen und der Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S25, S26 (z.B. zwischen den beiden Schaltelementen S25, S26) kann mit dem einen Ende einer Wicklung L3 einer Phase im Motor 100 verbunden sein, so dass der Wechselstrom, welcher zu einer Phase aus der Mehrzahl von Phasen gehört, eingegeben und ausgegeben wird.
Der erste Inverter 10 ist mit einem Ende der Wicklungen L1-L3 des Motors 100 verbunden, und der zweite Inverter 20 ist mit dem anderen Ende der Wicklungen L1-L3 des Motors 100 verbunden. Das heißt, dass eine elektrische Verbindung vom Offenes-Ende-Wicklung-Typ (auch „Wicklung mit offenem Ende“-Typ oder fachsprachlich Open-End-Wicklung-Typ, Englisch „open-end winding type“, kurz OEW-Typ), bei welcher ein jeweiliges Ende der Wicklungen L1-L3 jeweilig zugeordnet mit dem ersten Inverter 10 und dem zweiten Inverter 20 des Motors 100 verbunden ist, gebildet werden kann.
Die Steuervorrichtung 30 ist ein Element, welches dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente S11-S16, S21-S26, welche in dem ersten Inverter 10 und dem zweiten Inverter 20 vorhanden sind, durch Pulsweitenmodulation zu steuern, so dass der Motor 100 auf Grundlage der für den Motor 100 geforderten Ausgangsleistung betrieben werden kann.
Die Steuervorrichtung 30 kann den Motor 100 betreiben, indem die ersten Schaltelemente S11-S16 des ersten Inverters 10 und die zweiten Schaltelemente S21-S26 des zweiten Inverters 20 durch Pulsweitenmodulation geschaltet werden, wenn eine an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegte Gleichspannung Vdc, ein von einem Stromsensor erfasster und dem Motor 100 zugeführter Phasenstrom und ein von einem im Motor 100 vorgesehenen Rotorsensor erfasster elektrischer Winkel des Motors 100 empfangen werden. Die Steuervorrichtung 30 kann die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation (kurz SVPWM) bei der Steuerung der ersten Schaltelemente S11 -S16 des ersten Inverters 10 und der zweiten Schaltelemente S21-S26 des zweiten Inverters 20 anwenden.
Zum besseren Verständnis der Motorantriebsvorrichtung mit der obigen Konfiguration gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird zunächst eine Technik zur Steuerung einer Motorantriebsvorrichtung mit einer herkömmlichen Wicklung mit offenem Ende beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine herkömmliche Steuervorrichtung zur Steuerung eines Motors durch ein Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren darstellt, und 3 ist ein Spannungszeigerdiagramm zur Beschreibung einer Motorsteuerungstechnik, welche in einer konventionellen Steuervorrichtung gemäß 2 angewendet wird. 4 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung jedes Inverters darstellt, welche erzeugt wird, wenn ein Motor von der in 2 dargestellten konventionellen Steuervorrichtung gesteuert wird, und 5 ist ein Blockdiagramm, welches einen Raumzeigermodulator in der in 2 dargestellten konventionellen Steuervorrichtung detaillierter darstellt.
Wie in 2 dargestellt, kann eine Steuervorrichtung eines herkömmlichen Motorantriebssystems ein Strombefehlskennfeld 41, eine Stromsteuereinrichtung (z.B. einen Stromregler) 42, einen ersten Betriebszeitgenerator 43 und einen zweiten Betriebszeitgenerator 44 aufweisen.
Das Strombefehlskennfeld kann einen Strombefehl I_d*, I_q* erzeugen, welcher mit der geforderten Motorausgangsleistung (gefordertes Motordrehmoment T_e* und gegenelektromotorische Kraft λ^-1 des Motors) korrespondiert (z.B. zu dieser gehört / dieser entspricht), die durch die Bedienung durch einen Fahrer erzeugt wird. Das Strombefehlskennfeld 41 erzeugt einen Strombefehl für den Motor, welcher die geforderte Motorausgangsleistung widerspiegelt. Das Beispiel in 2 zeigt ein Kennfeld, welches auf der geforderten Motorausgangsleistung und der gegenelektromotorischen Kraft basiert, aber es kann auch ein Kennfeld verwendet werden, welches einen Strombefehl des Motors auf Grundlage anderer Faktoren erzeugt.
Die Stromsteuereinrichtung 42 kann den Strombefehl I_d*, I_q* empfangen und einen Spannungsbefehl V_d*, V_q*, Vn* erzeugen, welcher dazu eingerichtet ist, die Differenz zwischen dem empfangenen Strombefehl und dem Wert, welcher durch Erfassen des dem Motor tatsächlich zugeführten Stroms erhalten wird, zu verringern. Der Spannungsbefehl kann eine d-Achsen-Komponente V_d*, eine q-Achsen-Komponente V_q* und eine Null-Phasen-Komponente V_n* aufweisen.
Der erste Betriebszeitgenerator 43 ist ein Element zur Erzeugung der Betriebszeit (z.B. in Form eines Tastgrads, eines Einschaltverhältnisses und dergleichen - Englisch „duty“) der Schaltelemente im ersten Inverter 10, welcher in 1 dargestellt ist, und kann aufweisen: einen Multiplizierer 431, welcher den Spannungsbefehl V_d*, V_q*, V_n* mit 1/2 multipliziert, um einen an den ersten Inverter 10 anzulegenden ersten Inverter-Spannungsbefehl V_d1*, V_q1*, V_n1* zu erzeugen, einen Koordinatenwandler 432, welcher den ersten Inverter-Spannungsbefehl V_d1*, V_q1*, V_n1* in einen ersten Inverter-Phasenspannungsbefehl V_as1*, V_bs1*, V_cs1*, welche zu jeder Phase des Motors gehören, umwandelt, und einen ersten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 433, welcher eine Raumzeiger-Pulsweitenmodulation auf Grundlage des ersten Inverter-Phasenspannungsbefehls V_as1*, V_bs1*, V_cs1* und des Gleichtakts V_n1* unter den ersten Inverter-Spannungsbefehlen durchführt, um die Betriebszeit des Schaltelements im ersten Inverter 10 zu erzeugen.
Der zweite Betriebszeitgenerator 44 ist wie der erste Betriebszeitgenerator 43 ein Element zur Erzeugung der Betriebszeit der Schaltelemente im zweiten Inverter 20, welcher in 1 dargestellt ist, und kann aufweisen: einen Multiplizierer 441, welcher den Spannungsbefehl V_d*, V_q*, V_n* mit -1/2 multipliziert, um einen an den zweiten Inverter 20 anzulegenden zweiten Inverter-Spannungsbefehl V_d2*, V_q2*, V_n2* zu erzeugen, einen Koordinatenwandler 442, welcher den zweiten Inverter-Spannungsbefehl V_d2*, V_q2*, V_n2* in einen zweiten Inverter-Phasenspannungsbefehl V_as2*, V_bs2*, V_cs2*, welche zu jeder Phase des Motors gehören, umwandelt, und einen zweiten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 443, der eine Raumzeiger-Pulsweitenmodulation auf Grundlage eines Gleichtaktes V_n2* und dem zweiten Inverter-Phasenspannungsbefehl V_as2*, V_bs2*, V_cs2* unter den zweiten Inverter-Spannungsbefehl durchführt, um die Betriebszeit der Schaltelemente in dem zweiten Inverter 20 zu erzeugen.
Die Koordinatentransformation durch die Koordinatenwandler 432, 442 bezieht sich hier auf eine Transformation von dq-Synchronkoordinaten in abc-Koordinaten, welche den drei Phasen des Motors entsprechen, und entspricht einer Technik, welche in der Technik allgemein als inverse Clarke/Park-Transformation bekannt ist. Die inverse Clarke/Park-Transformation, welche das Gegenteil der Clarke/Park-Transformation ist, ist ebenfalls in der Technik bekannt und eine separate detaillierte Beschreibung davon wird im Folgenden weggelassen.
Wie in 2 dargestellt, wird der Spannungsbefehl des Motors bei der Motorsteuerungstechnik des herkömmlichen Offenes-Ende-Wicklung-Verfahrens gleichmäßig auf den ersten Inverter und den zweiten Inverter verteilt.
Das heißt, wie in 3 dargestellt, dass bei der Motorsteuerung der Struktur mit offener Wicklung die Motorspannung V_MOT, welche im Zeigerdiagramm, welches durch Zusammensetzen des Schaltzeigerdiagramms für den ersten Inverter und des Schaltzeigerdiagramms für den zweiten Inverter erlangt wird, gezeigt ist, durch die Differenz zwischen der Spannung V_INV1 des ersten Inverters und der Spannung V_INV2 des zweiten Inverters, die die gleiche Höhe wie die Spannung V_INV1 des ersten Inverters in der entgegengesetzten Richtung aufweist, ausgedrückt werden kann. Jedes Zeigerdiagramm wird in der dq-Ebene dargestellt. Die dq-Ebene und das Zeigerdiagramm für die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation sind in der Technik wohlbekannt, so dass auf eine separate detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Eine in 4 dargestellte Inverterausgangsspannung-Wellenform kann durch die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation der ersten Inverterspannung (z.B. Spannung des ersten Inverters) und der zweiten Inverterspannung (z.B. Spannung des zweiten Inverters) erlangt werden, welche die gleiche Höhe in entgegengesetzten Richtungen haben. T_sw ist eine Schaltperiode eines Schaltelements im Inverter, V_a1, V_b1, V_c1, V_n1 bezeichnen die jeweiligen Phasenspannungen und die Gleichtaktspannung des ersten Inverters, V_a2, V_b2, V_c2, V_n2 bezeichnen die jeweiligen Phasenspannungen und die Gleichtaktspannung des zweiten Inverters, und V_n bezeichnet die Differenz zwischen der Gleichtaktspannung des ersten Inverters und der Gleichtaktspannung des zweiten Inverters und bezeichnet die Gleichtaktspannung, welche durch den ersten Inverter und den zweiten Inverter an den Motor angelegt wird.
Wie in 4 dargestellt, haben die erste Inverterspannung und die zweite Inverterspannung die gleiche Höhe auf der dq-Ebene, aber unterschiedliche Phasen, so dass sie unterschiedliche gemeinsame Spannungen (z.B. Gleichtaktspannungen) haben. Dementsprechend kann es vorkommen, dass die Höhe der an den Motor angelegten Gleichtaktspannung im Durchschnitt während einer Periode nicht auf Null gehalten wird.
Der Raumzeigermodulator 433 oder 443 in einer in 2 dargestellten konventionellen Steuervorrichtung kann einen Versatzspannung-Generator 51, einen Klemmenspannungsbefehl-Generator 52, einen Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 53, einen Dividierer 54 und einen Addierer 55 aufweisen, wie in 5 dargestellt.
Der Versatzspannung-Generator 51 erzeugt einen Klemmenspannungsbefehl V_ns* auf der Grundlage eines 3-Phasen-Spannungsbefehls V_as*, V_bs*, V_cs*, und der Klemmenspannungsbefehl-Generator 52 erzeugt einen Klemmenspannungsbefehl V_an*, V_bn*, V_cn*, indem er von dem 3-Phasen-Spannungsbefehl V_as*, V_bs*, V_cs* den Wert, welcher durch Subtraktion der Gleichtaktspannung Vn* von dem Versatzspannungsbefehl V_ns* erhalten wird, subtrahiert.
Wenn der Motor nach dem herkömmlichen Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren gesteuert wird, wird der Versatzspannungsbefehl V_ns* auf der Grundlage des 3-Phasen-Spannungsbefehls V_as*, V_bs*, V_cs* erzeugt und unterscheidet sich daher von der Versatzspannung, welcher von jedem Inverter ausgegeben wird, wenn der Motor tatsächlich von zwei Invertern betrieben wird. Der erste Inverter und der zweite Inverter erzeugen unterschiedliche Versatzspannungsbefehle V_ns*, und folglich wird die dem Versatzspannungsbefehl entsprechende Versatzspannung nicht tatsächlich von jedem Inverter ausgegeben.
Dies wird durch die nachstehende GLEICHUNG 1 ausgedrückt: $\begin{array}{l} V_{ns1} = V_{n1} * - V_{ns1} * = 0,5 V_{n} * - V_{ns1} * \\ V_{ns2} = V_{n2} * - V_{ns2} * = 0,5 V_{n} * - V_{ns2} * \end{array}$
Dementsprechend wird die schließlich an den Motor angelegte gemeinsame Spannung durch die nachstehende GLEICHUNG 2 ausgedrückt, und die Gleichtaktspannung kann möglicherweise nicht wie gewünscht gesteuert werden: $V_{ns1} - V_{ns2} = V_{n} * - V_{ns1} * + V_{ns2} *$
Wenn es nicht gelingt, die Gleichtaktspannung während einer Schaltperiode im Durchschnitt auf Null zu regeln, kann dies den Gleichtaktstrom des Motors erzeugen, den im Motor aufgrund des Gleichtaktstromflusses auftretenden Verlust erhöhen und in schweren Fällen ein Durchbrennen des Motors bewirken.
In 5 kann der Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 53 den Klemmenspannungsbefehl auf einen Bereich von ±0,5 der an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegten Gleichspannung V_DC begrenzen, kann der Dividierer 54 den begrenzten Klemmenspannungsbefehl durch die an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegte Gleichspannung V_DC dividieren und kann der Addierer 55 0,5 zu dem von dem Dividierer 54 erhaltenen Ergebnis addieren, um die Betriebszeit (z.B. in Prozentanteilen, insbesondere den Tastgrad) D_a, D_b, D_e der Schaltelemente in dem Inverter zu ermitteln.
Da der Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 53, der Dividierer 54 und der Addierer 55 der bekannten Technik, welcher zur Implementierung der Pulsweitenmodulation verwendet wird, entsprechen und der detaillierte Betrieb von Fachleuten durchgeführt werden kann, wird auf eine weitere detaillierte Beschreibung verzichtet.
6 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
6 zeigt, dass die Steuervorrichtung 30, welche auf die Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, ein Strombefehlskennfeld 61, eine Stromsteuereinrichtung (z.B. einen Stromregler) 62, einen ersten Betriebszeitgenerator 63 und einen zweiten Betriebszeitgenerator 64 aufweisen kann.
Das Strombefehlskennfeld 61 kann einen Strombefehl I_d*, I_q* erzeugen, welcher mit der geforderten Motorausgangsleistung (gefordertes Motordrehmoment T_e* und gegenelektromotorische Kraft λ^-1 des Motors), auf welcher die Erzeugung beruht, korrespondiert (z.B. zu dieser gehört / dieser entspricht).
Die Stromsteuereinrichtung 62 kann den Strombefehl (I_d*, I_q*) empfangen und einen Spannungsbefehl V_d*, V_q*, V_n* erzeugen, welcher dazu eingerichtet ist, die Differenz zwischen dem empfangenen Strombefehl und dem Wert, welcher durch Erfassen des dem Motor tatsächlich zugeführten Stroms erhalten wird, zu verringern. Der Spannungsbefehl kann eine d-Achsen-Komponente V_d*, eine q-Achsen-Komponente V_q* und eine Null-Phasen-Komponente V_n* aufweisen.
Das Strombefehlskennfeld 61 und die Stromsteuereinrichtung 62 können im Wesentlichen dieselben wie jene, welche bei der in 2 dargestellten konventionellen Motorsteuerungstechnik verwendet werden, sein.
Der erste Betriebszeitgenerator 63 ist ein Element zur Erzeugung der Betriebszeit der Schaltelemente im ersten Inverter 10 und kann aufweisen: einen Multiplizierer 631, der den Spannungsbefehl V_d*, V_q*, V_n* mit 1/2 multipliziert, um einen ersten Inverter-Spannungsbefehl (V_d1*, V_q1*, V_n1*), welcher an den ersten Inverter 10 anzulegen ist, zu erzeugen, einen Koordinatenwandler 632, welcher den ersten Inverter-Spannungsbefehl V_d1*, V_q1*, V_n1* in einen ersten Phasenspannungsbefehl V_as1*, V_bs1*, V_cs1*, welcher zu jeder Phase des Motors gehört, umwandelt, und einen ersten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 633, welcher die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation auf Grundlage des Gleichtakts V_n1* aus dem ersten Inverter-Spannungsbefehl, des ersten Versatzspannungsbefehls V_ns1*, welcher auf Grundlage des ersten Inverter-Phasenspannungsbefehls (V_as1*, V_bs1*, V_cs1*) erzeugt wird, und dem zweiten Versatzspannungsbefehl V_ns2*, welche durch den zweiten Betriebszeitgenerator 64 erzeugt wird, durchführt, um die Betriebszeit (D_a1, D_b1, D_e1) der Schaltelemente im ersten Inverter 10 zu erzeugen.
Der zweite Betriebszeitgenerator 64 ist wie der erste Betriebszeitgenerator 63 ein Element zur Erzeugung der Betriebszeit der Schaltelemente im zweiten Inverter 20 und kann aufweisen: einen Multiplikator 641, welcher den Spannungsbefehl V_d*, V_q*, V_n* mit -1/2 multipliziert, um einen zweiten Inverter-Spannungsbefehl V_d2*, V_q2*, V_n2*, welcher an den zweiten Inverter 20 anzulegen ist, zu erzeugen, einen Koordinatentransformator 642, welcher den zweiten Inverter-Spannungsbefehl V_d2*, V_q2*, V_n2* in einen zweiten Inverter-Phasenspannungsbefehl V_as2*, V_bs2*, V_cs2*, welcher zu jeder Phase des Motors gehört, umwandelt, und einen zweiten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 643, der eine Raumzeiger-Pulsweitenmodulation auf Grundlage des zweiten Versatzspannungsbefehls V_ns2*, welcher auf Grundlage des zweiten Inverter-Phasenspannungsbefehls V_as2*, V_bs2*, V_cs2* erzeugt wird, des Gleichtakts V_n2* aus dem zweiten Inverter-Spannungsbefehl und des ersten Versatzspannungsbefehls V_ns1*, welcher von dem ersten Betriebszeitgenerator 63 erzeugt wird, durchführt, um die Betriebszeit D_a2, D_b2, D_c2 der Schaltelemente in dem zweiten Inverter 20 zu erzeugen.
Gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung tauschen der erste Betriebszeitgenerator 63 und der zweite Betriebszeitgenerator 64 die Versatzspannungsbefehle, welches jeweils gemäß der Ausgangsspannung des ersten Inverters 10 und des zweiten Inverters 20 ermittelt werden, untereinander aus, so dass die beiden Inverter die gleiche Gleichtaktspannung aufweisen. Das heißt, dass der erste Betriebszeitgenerator 63 zur Steuerung des ersten Inverters 10 den ersten Versatzspannungsbefehl V_ns1* unter Verwendung des ersten Phasenspannungsbefehls des Inverters (V_as1*, V_bs1*, V_cs1*), welcher der Ausgangsspannung des ersten Inverters 10 entspricht, erzeugen kann und dann den erzeugten ersten Versatzspannungsbefehl V_ns1* an den zweiten Betriebszeitgenerator 64 liefern kann, und dass der zweite Steuergenerator 64 zur Steuerung des zweiten Inverters 20 den zweiten Versatzspannungsbefehl V_ns2* unter Verwendung des zweiten Phasenspannungsbefehls (V_as2*, V_bs2*, V_cs2*), welcher der Ausgangsspannung des zweiten Inverters 20 entspricht, erzeugen kann und den erzeugten zweiten Versatzspannungsbefehl V_ns2* an den ersten Steuergenerator 63 liefern kann.
Der erste Betriebszeitgenerator 63 und der zweite Betriebszeitgenerator 64 können zusammengesetzte Versatzspannungsbefehle, welche denselben Wert aufweisen, erzeugen, indem der erste Versatzspannungsbefehl V_ns1* und der zweite Versatzspannungsbefehl V_ns2* zusammengesetzt werden und die Klemmenspannungsbefehle für jeden Inverter erzeugt werden, indem der zusammengesetzte Versatzspannungsbefehl und der Gleichtaktspannungsbefehl V_n1*, V_n2* jedes Inverters auf den Phasenspannungsbefehl jedes Inverters angewendet werden.
7 ist ein Blockdiagramm, in welchem ein Raumzeigermodulator in einer Steuervorrichtung für eine Motorantriebsvorrichtung gemäß der in 6 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung detaillierter dargestellt ist. 7 zeigt den ersten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 633 in dem ersten Betriebszeitgenerator 63 im Detail. Der zweite Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 643 im zweiten Betriebszeitgenerator 64 kann entsprechend ausgestaltet sein, ist aber nicht separat dargestellt.
7 zeigt, dass der erste Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 633 im ersten Betriebszeitgenerator 63 einen Versatzspannung-Generator 71, einen Versatzspannungsbefehl-Synthetisierer 711, einen Klemmenspannungsbefehl-Generator 72, einen Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 73, einen Dividierer 74 und einen Addierer 75 aufweisen kann.
Der Versatzspannung-Generator 71 kann den Versatzspannungsbefehl V_ns1* auf Grundlage des dreiphasigen Spannungsbefehls V_as1*, V_bs1*, V_cs1* des ersten Inverters erzeugen.
In dem in 7 dargestellten Beispiel ermittelt der Versatzspannung-Generator den Mittelwert des Maximalwerts und des Minimalwerts der 3-Phasen-Spannungsbefehle, um den Versatzspannungsbefehl V_ns1* des ersten Inverters 10 zu erhalten, wobei dies ist nur ein Beispiel ist. Der Versatzspannungsbefehl kann auf verschiedene in der Technik bekannte Arten ermittelt werden.
Der Versatzspannungsbefehl-Synthetisierer 711 kann den vom Versatzspannung-Generator 71 erzeugten Offsetspannungsbefehl V_ns1* des ersten Inverters 10 und den vom zweiten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 644 im zweiten Betriebszeitgenerator 64 erzeugten Offsetspannungsbefehl V_ns2* des zweiten Inverters 20 synthetisieren (z.B. miteinander verknüpfen bzw. zusammensetzen), um einen synthetisierten (bzw. zusammengesetzten - nachfolgend nur noch „synthetisierten“) Versatzspannungsbefehl (V_ns,f*) zu erzeugen.
Der Versatzspannungsbefehl-Synthetisierer 711 kann den synthetisierten Versatzspannungsbefehl V_ns,f* auf verschiedene Weise erzeugen. Beispielsweise kann der Versatzspannungsbefehl-Synthetisierer 711 den Versatzspannungsbefehl V_ns,f* erzeugen, indem er den jeweils gewichteten Versatzspannungsbefehl V_ns1* des ersten Inverters 10 und Versatzspannungsbefehl V_ns2* des zweiten Inverters 20 addiert. Ferner kann der Versatzspannungsbefehl-Synthetisierer 711 den Versatzspannungsbefehl V_ns,f* als den Mittelwert des Versatzspannungsbefehls V_ns1* des ersten Inverters 10 und des Versatzspannungsbefehls V_ns2* des zweiten Inverters 20 ermitteln.
Unabhängig davon, wie der Versatzspannungsbefehl-Synthetisierer 711 den synthetisierten Versatzspannungsbefehl (V_ns,f*) erzeugt, sind die synthetisierten Versatzspannungsbefehle V_ns,f*, welche jeweilig von dem ersten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 634 und dem zweiten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 644 erzeugt werden, so zu implementieren, dass sie denselben Wert haben.
Wenn der Versatzspannungsbefehl-Synthetisierer 711 den synthetisierten Versatzspannungsbefehl als den Mittelwert des Versatzspannungsbefehls V_ns1* des ersten Inverters 10 und des Versatzspannungsbefehls V_ns2* des zweiten Inverters 20 ermittelt, wird die von jedem Inverter ausgegebene Gleichtaktspannung in der folgenden GLEICHUNG 3 ausgedrückt: $\begin{array}{l} V_{ns1} = V_{n1} * - V_{ns,f} * = 0,5 V_{n} * - 0,5 * (V_{ns1} * + V_{ns2} *) \\ V_{ns2} = V_{n2} * - V_{ns,f} * = - 0,5 V_{n} * - 0,5 * (V_{ns1} * + V_{ns2} *) \end{array}$
Gemäß GLEICHUNG 3 kann die Differenz V_ns1-V_ns2 zwischen den Gleichtaktspannungen der beiden Inverter als der durch die Stromsteuereinrichtung 62 eingestellte Gleichtaktspannungsbefehl V_n* ausgegeben werden. In diesem Fall, wenn der synthetisierte Versatzspannungsbefehl V_ns,f*, der schließlich auf die Modulation der beiden Inverter angewendet wird, als der Mittelwert der beiden Versatzspannungsbefehle V_ns1*, V_ns2* ermittelt wird, ist die ausgegebene Betriebszeitspanne der beiden Inverter gleich, so dass der synthetisierte Versatzspannungsbefehl V_ns,f* als der Mittelwert der beiden Versatzspannungsbefehle V_ns1*, V_ns2* bestimmt wird.
In 7 kann der Klemmenspannungsbefehl-Generator 72 den Klemmenspannungsbefehl V_an1*, V_bn1*, V_cn1* des ersten Inverters 10 erzeugen, indem der Wert, welcher durch Subtraktion des Gleichtaktspannungsbefehls V_n1* unter den Spannungsbefehlen des ersten Inverters 10 von dem synthetisierten Versatzspannungsbefehl V_ns,f* erhalten wird, von dem 3-Phasen-Spannungsbefehl V_as1*, V_bs1*, V_cs1* des ersten Inverters 10 subtrahiert wird.
In 7 kann der Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 73 den Klemmenspannungsbefehl auf einen Bereich von ±0,5 der an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegten Gleichspannung V_DC begrenzen, kann der Dividierer 74 den begrenzten Klemmenspannungsbefehl durch die an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegte Gleichspannung V_DC teilen und kann der Addierer 75 die Betriebszeit D_a, D_b, D_c der Schaltelemente in dem Inverter ermitteln, indem 0,5 zu dem durch den Dividierer 74 erhaltenen Ergebnis addiert wird.
Da der Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 73, der Dividierer 74 und der Addierer 75 der bekannten Technik, welche zur Implementierung der Pulsweitenmodulation verwendet wird, entsprechen und der detaillierte Betrieb von Fachleuten durchgeführt werden kann, wird auf eine weitere detaillierte Beschreibung verzichtet.
Ferner zeigt 7 die detaillierte Konfiguration des Raumzeiger-Pulsweitenmodulators 633 im ersten Betriebszeitgenerator 63, aber der Fachmann kann leicht auf eine detaillierte Konfiguration des Raumzeiger-Pulsweitenmodulators 643 des zweiten Betriebszeitgenerators 64 schließen. Dementsprechend wird auf eine separate Beschreibung des Raumzeiger-Pulsweitenmodulators 643 im zweiten Betriebszeitgenerator 64 verzichtet.
8 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung jedes Inverters darstellt, welche durch die Steuerung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß der in 6 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
Verglichen mit der Wellenform der konventionellen Motorantriebsvorrichtung, die in 4 dargestellt ist, zeigt 8, dass bestätigt werden kann, dass die Gleichtaktspannung V_n des Motors gemäß dem Motorantriebssystem nach zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Ein-Perioden-Mittelwert von Null aufweist.
Daher kann gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Motorantriebsvorrichtung die gewünschte Steuerung durchführen, so dass die Gleichtaktspannung nicht durch die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation verzerrt wird, und somit kann der im Motor erzeugte Gleichtaktstrom unterdrückt werden, wodurch vermeidbare Verluste des Motors reduziert werden und ein Durchbrennen des Motors verhindert wird.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche oben beschrieben und in den 6 bis 8 dargestellt ist, wird der Mittelwert der Gleichtaktspannung während einer Schaltperiode auf Null geregelt. In einer solchen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Gleichtaktspannung im Durchschnitt während einer Periode auf Null geregelt werden. Die Gleichtaktspannung kann jedoch schlagartig pulsieren und einen Gleichtaktstrom erzeugen, und der schlagartig Gleichtaktstrom kann auch zu einem Ausfall des Motors führen. Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche dazu eingerichtet ist, den schlagartigen Gleichtaktstrom durch Unterdrückung des Pulsierens der Gleichtaktspannung zu beseitigen, wird im Folgenden beschrieben.
9 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
9 zeigt, dass die Steuervorrichtung 30 des Motorantriebssystems gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Strombefehlskennfeld 81, eine Stromsteuereinrichtung 82, einen ersten Betriebszeitgenerator 83 und einen zweiten Betriebszeitgenerator 84 aufweisen kann.
Das Strombefehlskennfeld 81 kann Strombefehle I_d*, I_q* erzeugen, welche mit der geforderten Motorausgangsleistung (gefordertes Motordrehmoment T_e* und gegenelektromotorische Kraft λ^-1 des Motors) korrespondieren (z.B. zu diesen gehören / diesen entsprechen), auf welcher die Strombefehlserzeugung basiert.
Die Stromsteuereinrichtung 82 kann den Strombefehl I_d*, I_q* empfangen und einen Spannungsbefehl V_d*, V_q*, V_n* erzeugen, welcher dazu eingerichtet ist, die Differenz zwischen dem empfangenen Strombefehl und dem Wert, welcher durch Erfassen des dem Motor tatsächlich zugeführten Stroms erhalten wird, zu verringern. Der Spannungsbefehl kann eine d-Achsen-Komponente V_d*, eine q-Achsen-Komponente V_q* und eine Null-Phasen-Komponente V_n* aufweisen.
Das Strombefehlskennfeld 81 und die Stromsteuereinrichtung 82 können im Wesentlichen die gleichen sein wie jene, welche auf die in 2 dargestellte konventionelle Motorsteuerungstechnik angewendet werden.
Der erste Betriebszeitgenerator 83 ist ein Element zur Erzeugung der Betriebszeit der Schaltelemente im ersten Inverter 10 und kann aufweisen: einen Multiplikator 831, welcher den d-Achsen-Spannungsbefehl V_d* und den q-Achsen-Spannungsbefehl V_q* des Spannungsbefehls V_d*, V_q*, V_n* mit $1 /^{\sqrt{3}}$
multipliziert, um einen ersten Inverter-d-Achsen-Spannungsbefehl V_d1* und einen ersten Inverter-q-Achsen-Spannungsbefehl V_q1* zu erzeugen, welche an den ersten Inverter 10 anzulegen sind, einen zweiten Multiplizierer 832, welcher den Gleichtaktspannungsbefehl des Spannungsbefehls V_d*, V_q*, V_n* mit P₁ multipliziert, um einen ersten Inverter-Gleichtaktspannungsbefehl V_n1* zu erzeugen, einen Koordinatenwandler 833, welcher den ersten Inverter-Spannungsbefehl V_d1*, V_q1*, V_n1* in einen ersten Phasenspannungsbefehl V_an1*, V_bn1*, V_cn1* entsprechend jeder Phase des Motors transformiert, so dass der erste Inverter-Phasenspannungsbefehl dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad vorauseilt oder nacheilt, und den ersten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 834, welcher die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation auf Grundlage des ersten Inverter-Phasenspannungsbefehls V_an1*, V_bn1*, V_cn1* durchführt, um die Betriebszeit (D_a1, D_b1, D_c1) der Schaltelemente im ersten Inverter 10 zu erzeugen.
Der zweite Betriebszeitgenerator 84 ist ein Element zur Erzeugung der Betriebszeit der Schaltelemente im zweiten Inverter 20 und kann aufweisen: einen dritten Multiplikator 841, welcher den d-Achsen-Spannungsbefehl V_d* und den q-Achsen-Spannungsbefehl V_q* des Spannungsbefehls V_d*, V_q*, V_n* mit $1 /^{\sqrt{3}}$
multipliziert, um einen zweiten Inverter-d-Achsen-Spannungsbefehl V_d2* und einen zweiten Inverterq-Achsen-Spannungsbefehl V_q2* zu erzeugen, welche an den zweiten Inverter 20 anzulegen sind, einen vierten Multiplizierer 842, welcher den Gleichtakt-Spannungsbefehl des Spannungsbefehls V_d*, V_q*, V_n* mit -P₂ multipliziert (hier: P₁ + P₂ = 1), um den zweiten Inverter-Gleichtakt-Spannungsbefehl V_n2* zu erzeugen, einen Koordinatenwandler 843, welcher den zweiten Inverter-Spannungsbefehl V_d1*, V_q2*, V_n2* in den zweiten Phasenspannungsbefehl V_as1*, V_bs2*, V_cs2* entsprechend jeder Phase des Motors transformiert, so dass der zweite Inverter-Phasenspannungsbefehl dem Drehwinkel θ des Motors um 150 Grad vorauseilt oder nacheilt, und einen zweiten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 844, der die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation auf Grundlage des zweiten Inverter-Phasenspannungsbefehls V_as1*, V_bs2*, V_cs2* durchführt, um die Betriebszeit D_a2, D_b2, D_c2 der Schaltelemente im zweiten Inverter 20 zu erzeugen.
Hier ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass der Drehwinkel θ des Motors von einem im Motor vorgesehenen Drehwinkelsensor erlangt werden kann.
Gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung führen der erste Betriebszeitgenerator 83 und der zweite Betriebszeitgenerator 84 bei einem Vorgang der Umwandlung des d-Achsen-Spannungsbefehls und des q-Achsen-Spannungsbefehls in einen 3-Phasen-Spannungsbefehl die Koordinatentransformation so durch, dass sich die beiden Spannungsbefehle um 120 Grad voneinander unterscheiden.
Wie in 10 dargestellt, kann bestätigt werden, dass die gleichen Gleichtaktkomponentenspannungen V_n1, V_n2 schlagartig auftreten, wenn die eine Modulation unter Verwendung von zwei Spannungszeigern durchgeführt wird, wenn die von den beiden Invertern ausgegebenen Spannungszeigern einen Unterschied von 120 Grad aufweisen. Daher kann bestätigt werden, dass die Differenz V_n zwischen den Gleichtaktspannungen von zwei Invertern augenblicklich zu 0 wird, und die Gleichtaktstromwelligkeit (Gleichtaktstrom) aufgrund der Differenz der Gleichtaktspannungen wird ebenfalls zu 0.
Andererseits können gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unterschiedliche Gleichtaktspannungsbefehle V_n* für jeden Inverter verteilt werden. Das heißt, dass in 9 der Multiplikatorwert P₁ für den ersten Inverter und der Multiplikatorwert P₂ für den zweiten Inverter, welche durch den zweiten Multiplikator 832 und den vierten Multiplikator 842 gesetzt werden, unterschiedliche Höhen haben können. Hier sollte die Summe der Höhen der beiden Multiplikatorwerte 1 sein (P₁ + P₂ = 1).
Da die Verteilung des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* keinen Einfluss auf die Motorleistung hat, spielt sie für den Motor keine Rolle.
Wenn beispielsweise die Gleichtaktkomponentenspannung gleichmäßig verteilt ist (wenn die Beträge von P₁ und P₂ gleich groß sind), kann die endgültige Ausgangs-Betriebszeit der beiden Inverter aufgrund eines Fehlers, wie z.B. der Schalttotzeit und der Kompensation dafür, welche im Inverter vorhanden ist, unterschiedlich sein, und ein Inverter kann dementsprechend zuerst einer Betriebszeitbegrenzung unterliegen.
Wenn andererseits die beiden Inverter bei der Verteilung des Gleichtaktspannungsbefehls freie Hand haben, kann ein Mittel zum Ausgleich der Maximalwerte der Betriebszeit, welche aufgrund eines im Inverter vorhandenen Fehlers, wie z.B. der Totzeit, voneinander abweichen, vorgesehen werden, wodurch die Leistung des Motors erhöht werden kann. Das heißt: die Abstimmung der Multiplikatorwerte P₁, P₂ ermöglicht eine geeignete Lösung des Problems, das durch einen im Inverter vorhandenen Fehler verursacht wird, wodurch die Leistung des Motors verbessert wird.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, welche unter Bezugnahme auf 9, 10, 11 und 12 beschrieben wird, kann die gemeinsame Ausgangsspannung aufgrund der Raumzeiger-Pulsweitenmodulation (SWPWM) der beiden Inverter gleichartig erzeugt werden, indem die Phasen der Spannungszeiger der beiden Inverter auf eine Differenz von 120 eingestellt werden, wodurch die gemeinsame Schaltpulsation zwischen den beiden Invertern beseitigt wird.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird jedoch ein Verfahren angewendet, bei welchem die Spannung für den Betrieb jedes Inverters vom Spannungsbefehl V_dqn* des gesamten Motorantriebssystems getrennt wird und dann die Vorgänge zum Betrieb jedes Inverters durch Raumzeiger-Pulsweitenmodulation durchgeführt werden. Das Problem des vorliegenden Verfahrens ist es, dass viele Vorgänge (Operationen) für die Koordinatentransformation, die Größenbegrenzung und ähnliches erforderlich sind und dass die Ausgangsspannung des Inverters einem Fehler, der durch diskrete Fehler bei Sinus- und Kosinusoperationen verursacht wird. unterliegt.
Daher sind zahlreiche Aspekte der vorliegenden Offenbarung darauf gerichtet, zahlreiche beispielhafte Ausführungsformen bereitzustellen, welche dazu eingerichtet sind, die durch die gemeinsame Spannung (z.B. Gleichtaktspannung) verursachte Schaltpulsation durch einen einfacheren Betrieb zu beheben.
11 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, und 12 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung, welche einen in 11 dargestellten Raumzeiger-Pulsweitenmodulator detaillierter darstellt.
11 und 12 zeigen, dass die Steuervorrichtung 30 der Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Koordinatenwandler 91, einen Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 92, einen Multiplizierer 94, einen ersten Klemmenspannungsbefehl-Generator 961 und einen zweiten Klemmenspannungsbefehl-Generator 962 aufweisen kann. Das in 11 dargestellte Beispiel der Steuervorrichtung kann natürlich auch das Strombefehlskennfeld 81 und die Stromsteuereinrichtung 82 aufweisen, welche in der in 9 dargestellten beispielhaften Ausführungsform vorhanden sind. Das heißt, dass der Koordinatenwandler 91 in der beispielhaften Ausführungsform von 11 den Spannungsbefehl (dq-Spannungsbefehl des synchronen Koordinatensystems) V_dr*, V_qr* des Motors, welcher von der Stromsteuereinrichtung 82 der in 9 dargestellten beispielhaften Ausführungsform für den Betrieb erzeugt wird, empfangen kann.
Der Koordinatenwandler 91 kann den von der Stromsteuereinrichtung erzeugten Spannungsbefehl V_d ^r*, V_q ^r* des Motors empfangen und den Phasenspannungsbefehl V_as ⁺*, V_bs ⁺*, V_cs ⁺*, welcher dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, erzeugen, indem der empfangene Spannungsbefehl V_d ^r*, V_q ^r* so transformiert wird, dass der empfangene Spannungsbefehl V_d ^r*, V_q ^r* dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt. Die vom Koordinatenwandler 91 durchgeführte Koordinatentransformation kann durch Anwendung einer bekannten Technik, der inversen Clarke/Park-Transformation, erreicht werden.
Der Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 92 kann einen Phasenspannungsbefehl V_as ⁺*, V_bs ⁺*, V_cs ⁺*, welcher dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt und von dem Koordinatenwandler 91 ausgegeben wird, empfangen und einen begrenzten Klemmenspannungsbefehl V_{am_lim} ⁺*, V_{bm_lim} ⁺*, V_{cm_lim} ⁺*, welcher dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, erzeugen durch Durchführen der Raumzeiger-Pulsweitenmodulation auf Grundlage des empfangenen Phasenspannungsbefehls V_as ⁺*, V_bs ⁺*, V_cs ⁺* durchführt.
Der Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 92 kann aufweisen: den Versatzspannung-Generator 921, welcher die Versatzspannung, die dem Mittelwert des Maximalwerts und des Minimalwerts des Phasenspannungsbefehls V_as ⁺*, V_bs ⁺*, V_cs ⁺*, welcher dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, entspricht, erzeugt, den Klemmenspannungsbefehl-Generator 922, welcher den Klemmenspannungsbefehl V_am ⁺*, V_bm ⁺*, V_cm ⁺*, welcher dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, erzeugt durch Subtrahieren der Versatzspannung von dem Phasenspannungsbefehl V_am ⁺*, V_bm ⁺*, V_cm ⁺*, welcher dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, und den Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 923, welcher den Klemmenspannungsbefehl V_am ⁺*, V_bm ⁺*, V_cm ⁺*, welcher von dem Klemmenspannungsbefehl-Generator 922 erzeugt wird und dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, begrenzt, um den Klemmenspannungsbefehl V_{am_lim} ⁺*, V_{bm_lim} ⁺*, V_{cm_lim} ⁺*, welcher 30 Grad hinter dem Drehwinkel θ des Motors nacheilt, zu erzeugen.
Es ist bekannt, dass das Betreiben eines Motors durch das Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren, bei welchem zwei Inverter, die jeweils mit einem der beiden Ende der Wicklungen des Motors verbunden sind, geschaltet werden, die $\sqrt{3} - fach$
so hohe Leistung erzielen kann im Vergleich zum Betrieben des Motors durch das Geschlossenes-Ende-Wicklung-Verfahren, bei welchem die Wicklungen des Motors an einem Ende miteinander verbunden sind und ein Inverter am anderen Ende geschaltet wird. Dementsprechend kann der Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 923 in der beispielhaften Ausführungsform in 11 und 12 den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert des Klemmenspannungsbefehls auf $(^{\sqrt{3}} / 2) * V_{dc}$
anstelle der Zwischenkreisspannung V_dc des Inverters begrenzen. Das heißt, der vom Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 923 festgelegte obere Grenzwert kann $.. + (^{\sqrt{3}} / 2) * V_{dc}''$

sein und der untere Grenzwert kann $,, - (^{\sqrt{3}} / 2) * V_{dc}''$
sein.
Wenn andererseits der Klemmenspannungsbefehl-Begrenzer 923 den oberen Grenzwert auf $,, + (^{\sqrt{3}} / 2) * V_{dc}''$
und den unteren Grenzwert auf $,, - (^{\sqrt{3}} / 2) * V_{dc}''$
festlegt, kann der Bereich für das Addieren und Subtrahieren des 0,5-fachen des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* am hinteren Ende nicht ausreichend sein. Dementsprechend kann, wenn der Grenzwert eines virtuellen Klemmenspannungsbefehls auf $\pm {(^{\sqrt{3}} / 2) * V_{dc} - amp (V_{n} *)}$
geändert wird (hier ist amp ein Operator, welcher die Höhe (z.B. Amplitude) repräsentiert), der Bereich für den später zu addierenden Gleichtaktspannungsbefehls V_n* sichergestellt werden, indem der Spannungsgrenzwert um den hinten dazu addierten Gleichtaktspannungsbefehls V_n* reduziert wird.
Wenn die Schaltelemente im ersten Inverter 10 und die Schaltelemente im zweiten Inverter 20 durch Erzeugen einer Betriebszeit auf Grundlage der jeweilig vom ersten Klemmenspannungsbefehl-Generator 961 und vom zweiten Klemmenspannungsbefehl-Generator 962 ausgegebenen Klemmenspannungsbefehl geschaltet werden, dann eilt die Spannung des ersten Inverters um 30 Grad hinter dem Motorspannungsbefehl nach, wie in der in 9 dargestellten beispielhaften Ausführungsform, und die Spannung des zweiten Inverters weist eine Phasendifferenz von 120 Grad zur Spannung des ersten Inverters auf, so dass der Gleichtaktstrom entfernt werden kann.
Da die in 11 und 12 dargestellte beispielhafte Ausführungsform zuerst die Raumzeiger-Pulsweitenmodulation basierend auf dem Motorspannungsbefehls durchführt und dann den Klemmenspannungsbefehl für jeden Inverter auf Grundlage des ausgegebenen Ergebnisses erzeugt, kann mit Anzahl an Vorgängen (Operationen) für die Koordinatentransformation im Vergleich zu der in 9 dargestellten beispielhaften Ausführungsform minimiert werden und kann entsprechend der diskrete Fehler, welcher durch Sinus- und Kosinusoperationen während des Spannungsmodulationsvorgangs verursacht wird, minimiert werden.
Andererseits wird der Multiplikator 95 zum Multiplizieren des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* mit 0,5 in 11 und 12 verwendet, wobei jedoch die verschiedenen Gleichtaktspannungsbefehle V_n* für jeden Inverter auch verteilt werden können, wie in 13 dargestellt.
13 ist ein Blockdiagramm, welches ein Modifikationsbeispiel einer Steuervorrichtung der in 11 dargestellten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
13 zeigt, dass der Multiplikatorwert P₁ für den Gleichtaktspannungsbefehl, welcher zum ersten Klemmenspannungsbefehl-Generator 961 addiert wird, und der Multiplikatorwert P₂ für den Gleichtaktspannungsbefehl, welcher zum zweiten Klemmenspannungsbefehl-Generator 962 addiert wird, so festgelegt sein können, dass sie unterschiedliche Größen haben. Dabei sollte die Summe der beiden Multiplikatorwerte 1 (P₁ + P₂ = 1) betragen.
Wie bereits bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels in 9 erwähnt, da die Verteilung des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* die Motorausgangsleistung nicht beeinflusst, spielt sie für den Motor keine Rolle. Wenn den beiden Invertern bei der Verteilung des Gleichtaktspannungsbefehls freie Hand gelassen wird, kann ein Mittel zum Ausgleich der Maximalwerte der Betriebszeit, welche sich aufgrund eines im Inverter vorhandenen Fehlers, wie z. B. der Totzeit, voneinander unterscheiden, vorgesehen werden, wodurch die Ausgangsleistung des Motors erhöht werden kann.
Das heißt, dass die Abstimmung der Multiplikatorwerte P₁, P₂ eine geeignete Lösung der Probleme, welche durch einen dem Inverter selbst innewohnenden Fehler verursacht werden, ermöglicht, wodurch die Motorausgangsleistung verbessert wird.
Andererseits bezeichnet das Bezugszeichen „93“ einen Anti-Windup-Operator zur Erzeugung eines Signals, welches an einen Integral-Regler (welcher der Stromsteuereinrichtung 82 in 9 entspricht) zurückgeführt wird.
Gemäß dem in 11, 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Spannungsbefehl V_d ^r*, V_q ^r* des Motors, welcher der Ausgabe der Stromsteuereinrichtung 82 entspricht, durch den Klemmenspannungsbefehl 923 im Raumzeiger-Pulsweitenmodulator 92 begrenzt, und dann wird jeder Inverter durch den begrenzten Befehl geschaltet. Das heißt, dass die Stromsteuereinrichtung 82 eine Rückmeldung darüber erhalten muss, inwieweit der von der Stromsteuereinrichtung 82 ausgegebene Spannungsbefehl während der tatsächlichen Anwendung auf die Inverter-Steuerung begrenzt wird, um eine genaue Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung durchzuführen.
Der Anti-Windup-Operator 93 kann den begrenzten Klemmenspannungsbefehl V_{am_lim} ⁺*, V_{bm_lim} ⁺*, V_{cm_lim} ⁺*, welcher hinter dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, durch die Clarke/Park-Transformation in einen Klemmenspannungsbefehl, welcher hinter dem Drehwinkel θ des Motors um 30 Grad nacheilt, umwandeln und ihn an die Stromsteuereinrichtung zurückführen.
Ferner kann gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Spannung des ersten Inverters 10 dem Spannungsbefehl des Motors um 30 Grad vorauseilen. Dabei kann die Spannung des zweiten Inverters 20 der Spannung des ersten Inverters 10 um 120 Grad vorauseilen. Dementsprechend kann der zweite Klemmenspannungsbefehl-Generator 962 jeweils die Hälfte des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* zu den vom Multiplizierer 94 ausgegebenen Werten addieren (oder subtrahieren) und den Wert, welcher sich aus der Addition (oder Subtraktion) der Hälfte des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* zu dem zu der a-Phase gehörenden Wert der vom Multiplizierer 94 ausgegebenen Werte ergibt, als den c-Phase-Klemmenspannungsbefehl des zweiten Inverters 20 ermitteln, den Wert, welcher sich aus der Addition (oder Subtraktion) der Hälfte des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* zu dem zu der b-Phase gehörenden Wert der vom Multiplizierer 94 ausgegebenen Werte ergibt, als den a-Phase-Klemmenspannungsbefehl des zweiten Inverters 20 ermitteln, und den Wert, welcher sich aus der Addition (oder Subtraktion) der Hälfte des Gleichtaktspannungsbefehls V_n* zu dem zu der c-Phase gehörenden Wert der vom Multiplizierer 94 ausgegebenen Werte ergibt, als den b-Phase-Klemmenspannungsbefehl des zweiten Inverters 20 ermitteln.
Gemäß der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform führt das Schaltelement, welches zu jeder Phase gehört, des ersten Inverters 10 und des zweiten Inverters 20 einmal während einer Schaltperiode eine Schaltung durch. Einmaliges Schalten bedeutet hier, dass das Schaltelement von einem AUS-Zustand in einen EIN-Zustand umschaltet und dann wieder in einen AUS-Zustand umschaltet, oder von einem EIN-Zustand in einen AUS-Zustand umschaltet und dann wieder in einen EIN-Zustand umschaltet.
Dieses Verfahren des Schaltens der Schaltelemente im Inverter ist effizient, wenn die ersten Schaltelemente S11-S16 im ersten Inverter 10 und die zweiten Schaltelemente S21-S26 im zweiten Inverter 20 vom gleichen Schaltelemente-Typ sind.
Wenn die ersten Schaltelemente S11-S16 im ersten Inverter 10 und die zweiten Schaltelemente S21-S26 im zweiten Inverter 20 jedoch unterschiedliche Arten von Schaltelementen sind, beispielsweise wenn die ersten Schaltelemente S11-S16 Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) aus SiC, welches ein Material mit relativ niedrigen Schaltverlusten ist, sind, und die zweiten Schaltelemente S21-S26 Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) aus Si, welches ein relativ kostengünstiges Material mit relativ hohen Schaltverlusten ist, sind, dann ist das gleich häufige Schalten der ersten Schaltelemente S11-S16 und der zweiten Schaltelemente S21-S26 ineffizient, was zu hohen Schaltverlusten bei der Motorsteuerung führt, obwohl ein Raum zur Verringerung der Schaltverluste vorhanden ist.
Dementsprechend sind zahlreiche Aspekte der vorliegenden Offenbarung darauf gerichtet, eine neue Steuerungstechnik bereitzustellen, welche dazu eingerichtet ist, die Schaltverluste zu reduzieren und die Systemeffizienz zu verbessern, wenn die ersten Schaltelemente S11-S16 im ersten Inverter und die zweiten Schaltelemente S21-S26 im zweiten Inverter verschiedene Arten von Schaltelementen, die aus verschiedenen Materialarten ausgebildet sind, sind.
14 ist ein Blockdiagramm, welches im Detail eine Steuervorrichtung darstellt, welche auf eine Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet wird. Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem die zweiten Schaltelemente S21-S26, welche den zweiten Inverter 20 bilden, Elemente mit hohen Schaltverlusten, wie zum Beispiel IGBT aus Si sind, und die ersten Schaltelemente S11-S16, welche den ersten Inverter 10 bilden, Elemente mit niedrigen Schaltverlusten, wie zum Beispiel MOSFET aus SiC sind.
14 zeigt, dass die Steuervorrichtung 30 der Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Strombefehlskennfeld 1010, eine Stromsteuereinrichtung (z.B. Stromregler) 1020, einen Spannungsbegrenzer 1030, einen Betriebszeitgenerator für den zweiten Inverter 1040, einen Koordinatenwandler 1050 und einen Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 aufweisen kann.
Das Strombefehlskennfeld 1010 und die Stromsteuereinrichtung 1020 können im Wesentlichen dieselben sein wie das Strombefehlskennfeld und die Stromsteuereinrichtung, welche auf die in 6 oder 9 dargestellte beispielhafte Ausführungsform angewendet werden.
Das heißt, dass das Strombefehlskennfeld 1010 auf Grundlage der geforderten Motorleistung (gefordertes Motordrehmoment T_e* und gegenelektromotorische Kraft λ^-1 des Motors), welche durch die Bedienung durch den Fahrer erzeugt wird, einen zugehörigen Strombefehl I_d*, I_q* erzeugen kann. Ferner kann die Stromsteuereinrichtung 1020 den Strombefehl I_d*, I_q* empfangen und den Spannungsbefehl V_d*, V_q*, V_n* erzeugen, welcher dazu ausgestaltet ist, die Differenz zwischen dem empfangenen Strombefehl I_d*, I_q* und dem Wert, der sich aus der Erfassung des dem Motor tatsächlich zugeführten Stroms ergibt, zu verringern. Der Spannungsbefehl kann eine d-Achsen-Komponente V_d*, eine q-Achsen-Komponente V_q* und eine Null-Phasen-Komponente V_n* aufweisen.
Der Spannungsbegrenzer 1030 kann die obere Grenze und die untere Grenze des durch die Stromsteuereinrichtung 1020 erzeugten Spannungsbefehls V_d*, V_q*, V_n* begrenzen, um einen begrenzten Spannungsbefehl V_d,lim*, V_q,lim*, V_n,lim* zu erzeugen. Der Spannungsbegrenzer 1030 kann eine voreingestellte obere Grenze und untere Grenze für den Spannungsbefehl im Voraus speichern, und die obere Grenze und untere Grenze können im Voraus gemäß der oberen Grenze und der unteren Grenze der Motorspannung, welche durch Steuerung der Schaltelemente im ersten Inverter 10 und im zweiten Inverter 20 erzeugt werden kann, ermittelt (z.B. bestimmt, festgelegt) werden.
Der Betriebszeitgenerator für den zweiten Inverter 1040 kann die Betriebszeit der zweiten Schaltelemente S21-S26 im zweiten Inverter 20 basierend auf dem begrenzten Spannungsbefehl V_d,lim*, V_q,lim* ermitteln.
Die in 14 dargestellte beispielhafte Ausführungsform zeigt ein Beispiel für eine Steuervorrichtung 30, welche eingesetzt wird, wenn die zweiten Schaltelemente S21-S26, welche in dem zweiten Inverter 20 verwendet werden, höheren Schaltverlusten im Vergleich zu den ersten Schaltelementen S11-S16, welche in dem ersten Inverter 10 verwendet werden, unterliegen. Das heißt, dass die in 14 dargestellte beispielhafte Ausführungsform einen Fall veranschaulicht, in welchem die Schaltverluste der zweiten Schaltelemente S21-S26 mit relativ höheren Schaltverlusten reduziert werden können durch Schalten nur der ersten Schaltelemente S11-S16 des ersten Inverters 10 ohne Schalten der zweiten Schaltelemente S21-S26 des zweiten Inverters 20 während einer Schaltperiode.
Der Betriebszeitgenerator für den zweiten Inverter 1040 kann die zweite Betriebszeit auf Grundlage eines aktiven Spannungszeigers, welcher dem Wert, der sich aus einem negativen Wert des begrenzten Spannungsbefehls V_d,lim*, V_q,lim* ergibt, am nächsten liegt, erzeugen.
15 ist ein Spannungszeigerdiagramm zur Beschreibung einer Spannung jedes Inverters und einer Motorspannung, welche durch die in 14 dargestellten zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen ermittelt werden.
15 zeigt, dass, wie oben veranschaulicht, die Spannung des Motors der Spannung des ersten Inverters minus der Spannung des zweiten Inverters entspricht, so dass der Spannungszeiger V_ref, welcher zu dem Spannungsbefehl V_d,lim*, V_q,lim* gehört, durch Subtraktion des Spannungszeigers V_INV2 des zweiten Inverters 20 vom Spannungszeiger V_INV1 des ersten Inverters 10 erzeugt werden kann.
Der Betriebszeitgenerator für den zweiten Inverter 1040 kann einen aktiven Spannungszeiger, welcher einem der Eckpunkte des Sechsecks im Zeigerdiagramm entspricht, als den Spannungszeiger des zweiten Inverters ermitteln. Der Betriebszeitgenerator für den zweiten Inverter 1040 kann einen aktiven Zeiger ([001] in 15), welcher dem Spannungszeiger, welcher dem negativen Wert des Spannungszeigers V_ref, der zu Spannungsbefehl V_d,lim*, V_q,lim* gehört, entspricht, am nächsten liegt, als den Spannungszeiger des zweiten Inverters für den optimalen Betrieb ermitteln. Dementsprechend kann nur die c-Phasenspannung während einer Schaltperiode im zweiten Inverter einen Hoch-Zustand beibehalten (die oberen Schaltelemente S21, S23 des a-Phase-Zweigs und des b-Phase-Zweigs des zweiten Inverters 20 befinden sich im AUS-Zustand, die unteren Schaltelemente S22, S24 des a-Phase-Zweigs und des b-Phase-Zweigs des zweiten Inverters 20 befinden sich im EIN-Zustand, das obere Schaltelement S25 des c-Phase-Zweigs des zweiten Inverters 20 befindet sich im EIN-Zustand und das untere Schaltelement S26 des c-Phase-Zweigs des zweiten Inverters 20 befindet sich im AUS-Zustand).
Es kann viele Techniken geben, mit denen der Betriebszeitgenerator für den zweiten Inverter 1040 einen aktiven Zeiger, der dem Spannungsbefehl V_ref, der zu dem Befehlszeiger V_d,lim*, V_q,lim* gehört, am nächsten liegt, ermittelt. Das Verfahren des Ermittelns unter Verwendung des Vorzeichens von jeder zu dem Spannungsbefehl V_d,lim*, V_q,lim* gehörendne 3-Phasen-Spannung ist das einfachste und effektivste.
Der Betriebszeitgenerator des zweiten Inverters 1040 kann den Spannungsbefehl in abc-Koordinaten, welche den drei Phasen des Motors entsprechen, unter Verwendung der umgekehrten Clarke/Park-Transformation umwandeln und den Spannungszeiger des zweiten Inverters 20, d.h. die Betriebszeit des zweiten Inverters 20, gemäß den umgewandelten abc-Koordinaten ermitteln, wie in der nachfolgenden GLEICHUNG 4 gezeigt: $D_{abc,INV2} = sign (V_{abcn,lim} *),$
wobei: wenn x >= 0, sign(x) = 1; wenn x < 0, sign (x) = 0.
Der Koordinatenwandler 1050 kann den Spannungszeiger, welcher der Betriebszeit des zweiten Inverters 20 entspricht, durch Clarke/Park-Transformation zurück in dq-Koordinaten transformieren.
Der Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 kann den Wert, welcher durch Summation der Werte, die durch Transformation des Spannungszeigers entsprechend der Betriebszeit des zweiten Inverters 20, welche aus dem Spannungsbefehl V_d,lim*, V_q,lim*, V_n,_lim* transformiert wurde, durch den Koordinatentransformator 1050 erhalten werden, als den Spannungsbefehl V_d,INV1*, V_q, _INV2*, V_n,INV3* des ersten Inverters empfangen und die Betriebszeit D_a1, D_b1, D_c1 des ersten Inverters durch Ausführen der Pulsweitenmodulation auf Grundlage des Spannungsbefehls V_d,INV1*, V_q,INV2*, V_n,INV3* des ersten Inverters ermitteln.
Der Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 kann die Fernzustand-Pulsweitenmodulation (kurz RSPWM - Englisch „remote state pulse width modulation“) anwenden, welche dazu eingerichtet ist, das Schalten unter Verwendung des aktiven Zeigers mit der gleichen Gleichtaktspannung zu implementieren, so dass der erste Inverter und der zweite Inverter die gleiche Gleichtaktspannung beibehalten können.
Das Sechseck im unteren Abschnitt von 15 zeigt den Bereich der ersten Inverterspannung, welche durch den aktiven Zeiger mit den Schaltzuständen [010], [001] und [100] im ersten Inverter durch eine gepunktete Linie synthetisiert bzw. zusammengesetzt werden kann. Wenn der Spannungsbereich des ersten Inverters, in dem die 0-Phasen-Spannung so bestimmt werden kann, dass sie dieselbe ist wie die des zweiten Inverters gemäß dem aktiven Zeiger, welcher durch die Betriebszeit des zweiten Inverters 20 bestimmt wird, auf die gesamte synthetisierte Motorspannung des ersten Inverters und des zweiten Inverters angewendet wird, kann die Motorspannung in dem Bereich innerhalb der gestrichelten Linie, welche im obersten Sechseck in 15 dargestellt ist, bestimmt werden.
Der Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 kann die Betriebszeit für den Schaltzustand, welcher die gleiche 0-Phasen-Spannung wie der Schaltzustand des zweiten Inverters aufweist, ermitteln, so dass die Spannung V_INV1 des ersten Inverters 10 synthetisiert bzw. zusammengesetzt werden kann.
16 ist ein Wellenformdiagramm, welches eine Ausgangsspannung jedes Inverters darstellt, welche durch die Steuerung einer Motorantriebsvorrichtung gemäß den zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen von 14 erzeugt wird.
Wie in 16 dargestellt, kann bestätigt werden, dass der zweite Inverter 20 nur den Zustand von [001] während einer Betriebszeit T_sw beibehält und dass das Schalten, welches [001], [100] und [010] einschließlich der gleichen 0-Phasen-Spannung wie [001] mit einer festen Betriebszeit repräsentiert, im ersten Inverter 10 durchgeführt wird. Es kann bestätigt werden, dass, da die 0-Phasen-Spannungen V_n1, V_n2 der beiden Inverter gleich sind, die 0-Phasen-Spannung V_n des gesamten Motorantriebssystems, welche der Differenz zwischen den beiden 0-Phasen-Spannungen entspricht, ebenfalls 0 ist und dass dementsprechend kein 0-PhasenStrom I_n erzeugt wird.
17, 18 und 19 sind Wellenformdiagramme, welche zahlreiche Verfahren der Steuerung eines ersten Inverters darstellen, die durch den Pulsweitenmodulator für den in 14 dargestellten ersten Inverter erzeugt werden können.
Der Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 kann die Betriebszeit des ersten Inverters 10 unter Verwendung des Schaltzustands von drei aktiven Spannungszeigern, welche die gleiche 0-Phasen-Spannung wie die Betriebszeit des zweiten Inverters 20 aufweisen, ermitteln, sobald die Betriebszeit des zweiten Inverters 20 ermittelt ist.
Zunächst kann der Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060, wie in 17 dargestellt, ein Verfahren zum Schalten der ersten Schaltelemente S11-S16 des ersten Inverters 10 anwenden, wobei die drei ermittelten Schaltzustände in einer festen Reihenfolge wiederholt werden.
Wie in 18 dargestellt, kann der Pulsweitenmodulator für den zweiten Inverter 1060 außerdem ein Verfahren des Verteilens der drei ermittelten Schaltzustände symmetrisch bezogen auf den Mittelpunkt einer Schaltperiode anwenden.
Wie in 19 dargestellt, kann der Pulsweitenmodulator für den zweiten Inverter 1060 außerdem das Verfahren des symmetrischen Verteilens der drei ermittelten Schaltzustände bezogen auf den Mittelpunkt einer Schaltperiode anwenden, kann aber ein Verfahren zur Verringerung der Schaltverluste durch Verringerung der Anzahl des Schaltens durchführen, wobei der Schaltzustand mit der längsten Betriebszeit kontinuierlich vor und nach dem Mittelpunkt einer Schaltperiode auftritt.
Wie oben beschrieben, kann in der beispielhaften Ausführungsform, welche durch die 17 bis 19 beschrieben wird, das Schalten des Inverters, in welchem Schaltelemente mit einem hohen Schaltverlust verwendet werden, minimiert werden, wenn die Schaltelemente, welche jeden der beiden Inverter, die auf das Offenes-Ende-Wicklung-Verfahren angewendet werden, bilden, unterschiedlich sind, wodurch die Schaltverluste reduziert werden und der Systemwirkungsgrad entsprechend deutlich verbessert wird.
Gemäß der bisher beschriebenen Motorantriebsvorrichtung ist die vom Inverter erzeugte Gleichtaktspannung „0“, wobei aber Gleichtaktspannung und -strom, welche tatsächlich an den Motor 100 angelegt werden, aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Schaltperiode und der gegenelektromotorischen Kraft des Motors 100 nicht „0“ sind. Da der Strom einen Verlust für den Inverter und den Motor verursachen kann, ohne wesentlich zum Drehmoment beizutragen, und einen Überstrom erzeugt, ist die Gleichtaktstromsteuerung erforderlich, um das Problem zu lösen.
Die Motorantriebsvorrichtung mit der Steuervorrichtung 30, welche den Gleichtaktstrom steuert, wird im Folgenden beschrieben.
20 ist ein Blockdiagramm, welches die Steuervorrichtung 30 der Motorantriebsvorrichtung gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die Steuervorrichtung 30 der Motorantriebsvorrichtung kann ein Strombefehlskennfeld 1010, eine Stromsteuereinrichtung (z.B. einen Stromregler) 1020, einen Spannungsbegrenzer 1030, einen Betriebszeitgenerator für den zweiten Inverter 1040, einen Koordinatenwandler 1050, einen Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 und eine Gleichtaktspannungssteuereinrichtung 1070 aufweisen.
Da die detaillierten technischen Merkmale der Motorantriebsvorrichtung gemäß 20 mit den technischen Merkmalen der oben beschriebenen Motorantriebsvorrichtung identisch oder diesen ähnlich sind, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
21 stellt eine logische Schaltung, welche die Gleichtaktstromsteuerung durch ein Rückkopplungssteuerung-Verfahren (bzw. eine Regelung) und ein Vorsteuerungsverfahren der Steuervorrichtung 30 gemäß 20 veranschaulicht. Der Motor 100 kann durch Schalten der ersten Schaltelemente S11-S16 des ersten Inverters 10 und der zweiten Schaltelemente S21-S26 des zweiten Inverters 20 durch Pulsweitenmodulation betrieben werden. Der Gleichtaktstrom kann einen Überstrom erzeugen, welcher Verluste, wie zum Beispiel Eisen- und Kupferverluste des Motors 100, verursacht. Um dies zu unterdrücken, kann die Stromsteuereinrichtung 1020 eine durch eine externe Störung verursachte Änderung des Steuerbetrags und die Rückkopplungssteuerung (bzw. Regelung), bei welcher ein Teil des Ausgangssignals zurückgeführt wird, vorhersagen und den Gleichtaktstrom durch ein Vorsteuerungsverfahren auf 0 steuern.
Wie in 20 dargestellt ist, kann der Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 die Betriebszeit D_a1', D_b1', D_c1' der ersten Schaltelemente S11-S16 ermitteln durch Durchführen einer Pulsweitenmodulation auf Grundlage des Spannungsbefehls V_d,INV1*, V_q,INV2*, V_n,INV3* des ersten Inverters 10, wenn der Spannungsbefehl V_d,INV1*, V_q,INV2*, V_n,INV3* des ersten Inverters 10 empfangen wird als der Wert, welcher durch Summation der Werte, die durch Transformieren des Spannungszeigers entsprechend der Betriebszeit des zweiten Inverters 20, in welche der Spannungsbefehl V_d,lim*, V_q,lim*, V_n,lim* transformiert wird, durch den Koordinatenwandler 1050 erlangt werden, erlangt wird.
Als nächstes kann die Stromsteuereinrichtung 1070 die Betriebszeit (D_a1', D_b1', D_c1') der ersten Schaltelemente S11-S16 einstellen und die Betriebszeit (D_a1', D_b1', D_c1') der ersten Schaltelemente S11-S16 so ermitteln, dass der Ein-Perioden-Mittelwert der ausgegebenen Gleichtaktspannung dem Gleichtakt-Spannungsbefehl entspricht.
Die Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente S11-S16, der Gleichtakt-Spannungsbefehl und die an den Inverter angelegte Gleichspannung können eine Beziehung aufweisen, welche in der nachstehenden FORMEL 1 ausgedrückt wird.
Dies wird in FORMEL 1 unten ausgedrückt: ${Duty}_{vn} = 1 / n \times V_{n} * / (V_{dc} / n),$
wobei
Duty_vn = Betriebszeit einer Mehrzahl von ersten Schaltelementen,
V_n* = Spannungsbefehl des Motors,
V_dc = Gleichspannung, welche an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegt wird, und
n = Anzahl der Schaltelemente, welche den ersten Inverter bilden.
FORMEL 1 zeigt, dass die Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente S11-S16 als der Wert, welcher sich aus der Division des Spannungsbefehls des Motors 100 durch die an den ersten Inverter und den zweiten Inverter angelegte Gleichspannung ergibt, ermittelt werden kann, unabhängig von der Anzahl der Schaltelemente S11-S16, die den ersten Inverter 10 bilden.
Andererseits ist es bekannt, dass die Gleichtaktspannung für jeden Schaltmodus wie in der nachstehenden Tabelle angegeben ermittelt wird. TABELLE 1

Schaltmodus Gleichtaktspannung

V₀[000] -0.5*V_dc

V₁[100] -1/6*V_dc

V₂[110] 1/6*V_dc

V₃[010] -1/6*V_dc

V₄[011] 1/6*V_dc

V₅[001] -1/6*V_dc

V₆[101] 1/6*V_dc

V₇[111] 0.5*V_dc
Wenn beispielsweise die Betriebszeit oder der Spannungsbefehl des zweiten Inverters 20 als [001] ermittelt wird, kann der Spannungsbefehl des ersten Inverters 10 unter Verwendung von [010], [001] und [100], welche die gleiche Gleichtaktspannung wie die Gleichtaktspannung gemäß dem Schaltzustand des zweiten Inverters 20 aufweisen, ermittelt werden. Der Pulsweitenmodulator für den ersten Inverter 1060 kann die Betriebszeit für den Schaltmodus, welcher die gleiche Gleichtaktspannung wie der Schaltzustand des zweiten Inverters 20 aufweist, ermitteln, um die Spannung V_INV1 des ersten Inverters 10 zu synthetisieren.
22 ist ein Wellenformdiagramm, welches die Ausgangsspannung jedes Inverters, die von der Steuervorrichtung 30 gemäß 20 erzeugt wird, darstellt. In 22 bezeichnet T_sw eine Schaltperiode der Schaltelemente S11-S16, S21-S26 in den Invertern, bezeichnen V_a1, V_b1, V_c1, V_n1 die jeweiligen Phasenspannungen und Gleichtaktspannung des ersten Inverters 10, bezeichnen V_a2, V_b2, V_c2, V_n2 die jeweiligen Phasenspannungen und Gleichtaktspannung des zweiten Inverters 20, und bezeichnet V_n die Differenz zwischen der Gleichtaktspannung des ersten Inverters 10 und der Gleichtaktspannung des zweiten Inverters 20, was die Gleichtaktspannung angibt, die der erste Inverter 10 und der zweite Inverter 20 an den Motor 100 anlegen.
Eine Inverterausgangsspannung-Wellenform, wie in 22 dargestellt, kann erlangt werden durch Anpassen der Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente S11-S16, so dass der Ein-Perioden-Mittelwert der ausgegebenen Gleichtaktspannung dem Gleichtakt-Spannungsbefehl entspricht. Die Betriebszeit D_a1', D_b1', D_c1' der mehreren ersten Schaltelemente S11-S16 wird angepasst, während die Betriebszeit D_a2, D_b2, D_c2 der mehreren zweiten Schaltelemente S21-S26 beibehalten wird. Ein von „0“ verschiedener Wert der Gleichtaktspannung wird in einem Teil, in welchem die Betriebszeit Duty_vn zum momentanen Zeitpunkt angepasst wird, ausgegeben. Der Betriebszeitanpassungswert der mehreren ersten Schaltelemente S11-S16 kann so ermittelt werden, dass der Ein-Perioden-Mittelwert der ausgegebenen Gleichtaktspannung mit dem Gleichtakt-Spannungsbefehl V_n* zum momentanen Zeitpunkt übereinstimmt. Im Fall von 22 ist die durch die Betriebszeitanpassung (Anpassung von Duty_vn) erzeugte Gleichtaktspannung V_dc/3, und der Betriebszeitanpassungswert, welcher den Spannungsbefehl V_n* des Motors 100, der die geforderte Ausgangsspannung der Steuervorrichtung 30 ist, erfüllt, kann durch die oben beschriebene FORMEL 1 als Duty_vn = 1/3 × V_n* / (V_dc/3) ermittelt werden.
Infolgedessen kann, wenn der Motor durch das Offene-Ende-Wicklung-Verfahren, bei welchem jeder Inverter mit beiden Enden der Motorwicklung verbunden wird, betrieben wird, gemäß zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung der Motorwirkungsgrad verbessert werden, indem die Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente so eingestellt wird, dass der Ein-Perioden-Mittelwert der Gleichtaktspannung mit dem Gleichtakt-Spannungsbefehl übereinstimmt, um die Gleichtaktspannung und -strom zu entfernen. Ferner wird verhindert, dass der Gleichtaktstrom den Motorphasenstrom verzerrt, wodurch die Steuerung des Motorstroms erleichtert wird und Verluste, wie zum Beispiel Eisenverluste und Kupferverluste des Motors, welche durch den Kreisstrom bzw. Ausgleichsstrom (Englisch „circulating current“) verursacht werden, im Voraus verhindert werden.
Ferner bezieht sich der Begriff, welcher eine Steuerungsvorrichtung betrifft, wie zum Beispiel „Steuereinrichtung, „Steuervorrichtung“, „Steuereinheit“, „Steuerungsvorrichtung“, „Steuermodul“ oder „Server“, auf eine Hardwareeinrichtung mit einem Speicher und einem Prozessor, welcher dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere Schritte auszuführen, die als eine Algorithmusstruktur interpretiert werden. Der Speicher speichert Algorithmusschritte, und der Prozessor führt die Algorithmusschritte aus, um einen oder mehrere Prozesse eines Verfahrens gemäß zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auszuführen. Die Steuerungsvorrichtung gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann durch einen nichtflüchtigen Speicher, welcher dazu eingerichtet ist, Algorithmen zum Steuern des Betriebs zahlreicher Komponenten eines Fahrzeugs oder Daten über Softwarebefehle zum Ausführen der Algorithmen zu speichern, und durch einen Prozessor, der welcher dazu eingerichtet ist, einen vorstehend beschriebenen Betriebsablauf unter Verwendung der im Speicher gespeicherten Daten auszuführen, umgesetzt sein. Der Speicher und der Prozessor können individuelle Chips sein. Alternativ können der Speicher und der Prozessor in einen einzigen Chip integriert sein. Der Prozessor kann als ein oder mehrere Prozessoren umgesetzt sein. Der Prozessor kann zahlreiche Logikschaltungen und Betriebsschaltungen aufweisen, kann Vorgänge gemäß einem aus dem Speicher bereitgestellten Programm verarbeiten und kann ein Steuersignal gemäß dem Verarbeitungsergebnis erzeugen.
Die Steuerungsvorrichtung kann mindestens ein Mikroprozessor sein, welcher anhand eines vorbestimmten Programms betrieben wird, das eine Reihe von Befehlen zum Ausführen des in den vorgenannten zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbarten Verfahrens enthalten kann.
Die vorstehende Offenbarung/Erfindung kann auch als computerlesbare Codes auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium realisiert sein. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium ist beispielsweise jegliche Datenspeichervorrichtung, welche Daten, die anschließend mittels eines Computersystems gelesen werden können, speichern kann. Beispiele des computerlesbaren Aufzeichnungsmediums umfassen ein Festplattenlaufwerk (HDD), ein Halbleiterlaufwerk (sog. Solid-State-Laufwerk, SSD), ein Siliziumlaufwerk (SDD), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), CD-ROMs, Magnetbänder, Disketten, optische Datenspeichervorrichtungen und so weiter sowie die Implementierung als Trägerwellen (z. B. die Übertragung über das Internet). Beispiele für Programmbefehle umfassen sowohl Maschinensprache-Code, wie er zum Beispiel von einem Compiler erzeugt wird, als auch Höhere-Programmiersprache-Code, welcher von einem Computer mit Hilfe eines Interpreters oder ähnlichem ausgeführt werden kann.
In zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann jeder oben beschriebene Vorgang von einer Steuerungsvorrichtung ausgeführt werden, und die Steuerungsvorrichtung kann durch eine Mehrzahl von Steuerungsvorrichtungen oder eine integrierte einzelne Steuerungsvorrichtung ausgestaltet sein.
In zahlreichen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Steuerungsvorrichtung in Form von Hardware oder Software oder in einer Kombination von Hardware und Software umgesetzt sein.
Darüber hinaus bezeichnen die in der Beschreibung offenbarten Begriffe, wie zum Beispiel „Einheit“, „Modul“ usw. Einheiten zur Verarbeitung mindestens einer Funktion oder eines Vorgangs, welche durch Hardware, Software oder eine Kombination draus realisiert sein können.
Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „ober...“, „unter...“, „inner...“, „äußer...“, „hoch“, „runter“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorder...“, „hinter...“, „vorne“, „hinten“ „nach innen / einwärts“, „nach außen / auswärts“, „innerhalb, „außerhalb“, „innen“, „außen“, „nach vorne / vorwärts“ und „nach hinten / rückwärts“ dazu verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren Positionen, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben. Es ist ferner zu verstehen, dass der Begriff „verbinden“ oder seine Abwandlungen" sich sowohl auf eine direkte als auch eine indirekte Verbindung beziehen.
Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienten dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.

Claims

Motorantriebsvorrichtung, welche einen Motor (100), welcher eine Mehrzahl von Wicklungen (L1 bis L3), welche jeweilig zugeordnet zu mehreren Phasen gehören, aufweist, betreibt, wobei die Vorrichtung aufweist: einen ersten Inverter (10), welcher eine Mehrzahl von ersten Schaltelementen (S11 bis S16) aufweist und mit einem ersten Ende jeder der Wicklungen verbunden ist, einen zweiten Inverter (20), welcher eine Mehrzahl von zweiten Schaltelementen (S21 bis S26) aufweist und mit einem zweiten Ende jeder der Wicklungen verbunden ist, und eine Steuervorrichtung (30), welche dazu eingerichtet ist, den Spannungsbefehl des ersten Inverters (10) auf Grundlage eines Spannungsbefehls des Motors (100) und eines aktiven Zeigers, welcher mit einer Betriebszeit, beispielsweise einem Tastgrad, der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) korrespondiert, zu ermitteln und die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) durch Pulsweitenmodulation auf Grundlage des Spannungsbefehls des ersten Inverters (10) zu steuern, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den aktiven Zeiger, welcher die gleiche Gleichtaktspannung wie die Mehrzahl der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) aufweist, für eine Betriebszeit, beispielsweise einen Tastgrad, der Mehrzahl der ersten Schaltelemente (S11 bis S16) bei der Pulsweitenmodulation der ersten Schaltelemente (S11 bis S16) zu ermitteln und die Betriebszeit der Mehrzahl der ersten Schaltelemente (S11 bis S16) so einzustellen, dass der Ein-Perioden-Mittelwert der ausgegebenen Gleichtaktspannung mit dem Gleichtakt-Spannungsbefehl übereinstimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) durch Fernzustand-Pulsweitenmodulation, kurz RSPWM, zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) durch symmetrische RSPWM zu steuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den Spannungsbefehl des ersten Inverters (10) unter Verwendung mehrerer aktiver Zeiger zu ermitteln, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie aktive Zeiger, welche mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) korrespondieren, aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Betriebszeit der mehreren ersten Schaltelemente (S11 bis 16), der Gleichtakt-Spannungsbefehl und die an den ersten Inverter (10) und den zweiten Inverter (20) angelegte Gleichspannung eine Beziehung, wie in der folgenden FORMEL 1 dargestellt, aufweisen: ${Duty}_{vn} = 1 / n \times V_{n} * / (V_{dc} / n),$
wobei Duty_vn = Betriebszeit mehrerer erster Schaltelemente (S11 bis S16), V_n* = Spannungsbefehl des Motors (100), V_dc = Gleichspannung, welche an den ersten Inverter (10) und den zweiten Inverter (20) angelegt wird, und n = Anzahl der Schaltelemente (S11 bis S16), welche den ersten Inverter (10) bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) durch die Pulsweitenmodulation mittels einer Rückkopplungssteuerung oder einer Vorsteuerung zu steuern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den Spannungsbefehl des ersten Inverters (10) unter Verwendung einer Mehrzahl von aktiven Zeigern zu ermitteln, welche eine gleiche Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) korrespondiert, aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) so zu schalten, dass sich die Mehrzahl von aktiven Zeigern, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S126) korrespondiert, aufweisen, in einer festen Reihenfolge wiederholt.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) so zu schalten, dass die Mehrzahl von aktiven Zeigern, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S126) korrespondiert, aufweisen, symmetrisch bezogen auf einen Mittelpunkt einer Schaltperiode auftritt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, die ersten Schaltelemente (S11 bis S16) so zu schalten, dass ein Schaltzustand mit der längsten Betriebszeit unter einer Mehrzahl von aktiven Zeigern, welche dieselbe Gleichtaktspannung wie der aktive Zeiger, welcher mit der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) korrespondiert, aufweisen, kontinuierlich vor und nach dem Mittelpunkt auftritt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, einen aktiven Zeiger, welcher am nächsten zu einem Spannungszeiger, welcher mit dem Spannungsbefehl des Motors (100) korrespondiert, ist, als die Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, einen 3-Phasen-Spannungsbefehl zu erzeugen, indem der Spannungsbefehl des Motors (100) in Rückwärtsrotation, insbesondere mittels inverser Transformation, transformiert wird, und den aktiven Zeiger, welcher am nächsten zu dem Spannungszeiger, welcher mit dem Spannungsbefehl des Motors (100) korrespondiert ist, zu ermitteln, um die Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) auf Grundlage des 3-Phasen-Spannungsbefehls zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den Spannungsbefehl des ersten Inverters (10) zu ermitteln, indem sie das Ergebnis der Rotationstransformation des aktiven Zeigers, welcher zu der Betriebszeit der ersten Schaltelemente (S11 bis S16) gehört, und des aktiven Zeigers, welcher zu der Betriebszeit der zweiten Schaltelemente (S21 bis S26) gehört, zu dem Spannungsbefehl des Motors (100) addiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Steuervorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den Spannungssollwert des Motors (100) auf eine voreingestellte Obergrenze und Untergrenze zu begrenzen.