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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Motorantriebsvorrichtung und ein Steuerverfahren derselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Motorantriebsvorrichtung, die den während eines Umschaltens eines Motorantriebsmodus auftretenden Stoß des Ausgangsdrehmoments eines Motors verringert, und ein Steuerverfahren derselben.
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HINTERGRUND
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Da in letzter Zeit eine Motorantriebstechnologie benötigt wird, die den Systemwirkungsgrad verbessert und gleichzeitig mit einem Motor sowohl Abschnitte mit niedriger als auch mit hoher Leistung abdeckt, wird eine Technologie eingeführt, die einen Motor unter Verwendung von zwei Wechselrichtern und einem Betriebsmodusumschalter in zwei verschiedenen Betriebsmodi ansteuert.
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Dabei handelt es sich zum einen um einen CEW(closed end winding - Wicklung mit geschlossenem Ende)-Modus, bei dem ein Motor unter Verwendung einer Y-Verbindungsanordnung von einem Wechselrichter angesteuert wird, und zum anderen um einen OEW(open end winding - Wicklung mit offenem Ende)-Modus, bei dem ein Motor von zwei Wechselrichtern angesteuert wird.
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Da der CEW-Modus und der OEW-Modus unterschiedliche Spannungsnutzungsraten eines Wechselrichters aufweisen, kann auch die Eingangsbedingung für die Steuerung der Feldschwächung für jeden Modus unterschiedlich sein. In diesem Fall kann der CEW-Modus die Steuerung der Feldschwächung bei einer niedrigeren Drehzahl als der OEW-Modus durchführen. Hierbei entspricht die Steuerung der Feldschwächung einem Verfahren des Steuerns eines Motors mit hoher Drehzahl durch Absenken des magnetischen Flusses des Motors in einem Abschnitt, in dem die Drehzahl des Motors gleich oder größer als eine Basisdrehzahl ist.
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Dementsprechend muss ein Modus-Umschaltkriterium zwischen dem CEW-Modus und dem OEW-Modus unter Berücksichtigung von Eingangsbedingungen für die Feldschwächungssteuerung, die sich voneinander unterscheiden, voreingestellt werden. Wenn das Modus-Umschaltkriterium beispielsweise ermöglicht, dass ein Motorantriebsmodus umgeschaltet wird, während eine Feldschwächungssteuerung in einem CEW-Modus durchgeführt wird, kann aufgrund einer plötzlichen Änderung des Strombefehls der Stoß des Ausgangsdrehmoments eines Motors auftreten. Im Gegensatz dazu kann der Wirkungsgrad eines Wechselrichter-Motorsystems sinken, wenn ein Umschaltkriterium derart eingestellt ist, dass ein Motorantriebsmodus umgeschaltet bzw. umgestellt wird, bevor eine Feldschwächungssteuerung in einem CEW-Modus durchgeführt wird.
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Die vorstehenden Ausführungen sollen lediglich zum Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung beitragen und sollen nicht bedeuten, dass die vorliegende Offenbarung in den Bereich des Standes der Technik fällt, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dementsprechend ist die vorliegende Offenbarung unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme, die im Stand der Technik auftreten, gemacht worden, und die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, eine Motorantriebsvorrichtung und ein Steuerverfahren derselben vorzuschlagen, wobei der Stoß des Ausgangsdrehmoments eines Motors, der während des Umschaltens eines Motorantriebsmodus auftritt, durch Durchführen einer Linearisierungssteuerung des Einstellens eines Spannungsnutzungsraten-Steuerwerts gemildert wird, so dass ein Wert des Strombefehls bzw. Stromsollwerts für den Motor linearisiert wird, selbst wenn der Motorantriebsmodus während einer Feldschwächungssteuerung umgeschaltet wird.
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Die technischen Zielsetzungen, die mit der vorliegenden Offenbarung erreicht werden sollen, sind nicht auf die oben genannte technische Zielsetzung beschränkt, und andere technischen Zielsetzungen, die oben nicht erwähnt wurden, werden von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, aus der folgenden Beschreibung klar ersichtlich.
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Um die obige Zielsetzung zu erreichen, wird gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung eine Motorantriebsvorrichtung bereitgestellt, umfassend: einen Motor mit einer Vielzahl von Wicklungen; einen ersten Wechselrichter, der mit einem ersten Ende von jeder der Vielzahl von Wicklungen verbunden ist und den Motor ansteuert; einen zweiten Wechselrichter, der mit einem zweiten Ende von jeder der Vielzahl von Wicklungen verbunden ist und den Motor wahlweise gemäß einem Motorantriebsmodus ansteuert; und eine Steuerung, die einen Strombefehl für den Motor gemäß einem Drehmomentbefehl und einem Spannungsnutzungsraten-Steuerwert erzeugt, bestimmt, ob eine Linearisierungssteuerung für den Strombefehl auf der Grundlage eines vorliegenden Gegenmagnetflusses des Motors und eines Schaltreferenz-Gegenmagnetflusses für den Motorantriebsmodus durchgeführt werden soll, und den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert derart einstellt bzw. anpasst, dass ein Wert des Strombefehls in einem Abschnitt, in dem die Linearisierungssteuerung durchgeführt wird, linearisiert wird.
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Um die obige Zielsetzung zu erreichen, wird außerdem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Steuerverfahren der Motorantriebsvorrichtung bereitgestellt, das Verfahren umfassend: Erzeugen eines Strombefehls für den Motor gemäß einem Drehmomentbefehl und einem Spannungsnutzungsraten-Steuerwert; Bestimmen, ob eine Linearisierungssteuerung auf der Grundlage eines vorliegenden Gegenmagnetflusses des Motors und eines Schaltreferenz-Gegenmagnetflusses für den Motorantriebsmodus durchgeführt werden soll; und Einstellen bzw. Anpassen des Spannungsnutzungsraten-Steuerwerts, so dass ein Wert des Strombefehls in einem Abschnitt, in dem die Linearisierungssteuerung durchgeführt wird,linearisiert wird.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, den Stoß des Ausgangsdrehmoments eines Motors, der während des Umschaltens eines Motorantriebsmodus auftritt, zu mildern, indem eine Linearisierungssteuerung bzw. Linearisierungsregelung durchgeführt wird, bei der ein Spannungsnutzungsraten-Steuerwert derart eingestellt wird, dass ein Strombefehl für den Motor linearisiert wird.
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Die mit der vorliegenden Offenbarung erzielbaren Wirkungen sind nicht auf die oben beschriebenen Wirkungen beschränkt, und andere, oben nicht beschriebene Wirkungen werden aus der folgenden Beschreibung für den Fachmann klar ersichtlich sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Zielsetzungen, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer. In den Figuren zeigen:
- 1 zeigt ein Schaltbild einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 zeigt ein Diagramm, das eine Spannungsnutzungsraten für jeden Motorantriebsmodus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 3 zeigt ein Diagramm, das eine Drehmomentgrenzkurve für jeden Motorantriebsmodus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 4 zeigt ein Diagramm, das eine Feldschwächungssteuerungs-Eingangsbedingung für jeden Motorantriebsmodus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 5 zeigt ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Steuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 6 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb einer Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 7 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb der Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit, die einen Bereich voreinstellt, in dem eine Linearisierungssteuerung auf der Grundlage eines Wertes eines Drehmomentbefehls durchgeführt wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 8 und 9 zeigen Diagramme, die den Betrieb der Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit, die den während des Umschaltens des Motorantriebsmodus auftretenden Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors durch die Linearisierungssteuerung mildert, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen; und
- 10 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren der Motorantriebsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
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Nachfolgend wird eine in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, wobei jedoch gleichen oder ähnlichen Bauteilen unabhängig von den Bezugszeichen die gleichen Bezugszeichen zugewiesen werden, und überlappende Beschreibungen davon werden weggelassen. Die Begriffe „Modul“ und „Einheit“ für die Komponenten, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, werden nur im Hinblick auf die Einfachheit des Schreibens der Patentschrift angegeben oder gemischt und weisen für sich genommen keine unterschiedlichen Bedeutungen oder Rollen auf. Wenn darüber hinaus bestimmt wird, dass detaillierte Beschreibungen zugehöriger bekannter Technologien den Kern der in dieser Patentschrift offenbarten Ausführungsform bei der Beschreibung der in der vorliegenden Patentschrift offenbarten Ausführungsform unklar machen könnten, wird auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet. Darüber hinaus dienen die beigefügten Zeichnungen nur zum leichteren Verständnis der in dieser Patentschrift offenbarten Ausführungsform und schränken die hierin offenbarte technische Idee nicht ein, und sollten derart verstanden werden, dass sie alle Modifikationen, Äquivalente oder Substitute abdecken, die in den Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Begriffe, die eine Ordnungszahl umfassen, wie z.B. erster/erste/erstes und zweiter/zweite/zweites usw., können zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden, aber die Elemente werden durch die Begriffe nicht eingeschränkt. Die Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden.
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Es versteht sich, dass, wenn ein Element als „gekoppelt“ oder „verbunden“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element gekoppelt oder verbunden sein kann, oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Andererseits versteht es sich, dass, wenn ein Element als „direkt gekoppelt“ oder „direkt verbunden“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden sind.
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Singularformen umfassen Pluralformen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt.
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In der vorliegenden Patentschrift versteht es sich, dass Begriffe wie „aufweist/weist auf“ oder „hat/haben“ zur Bezeichnung vorgesehen sind, dass in der Patentschrift beschriebene Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge/Operationen, Komponenten, Einheiten oder Kombinationen davon vorhanden sind, aber nicht die Möglichkeit des Vorhandenseins oder der Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge/Operationen, Komponenten, Einheiten oder Kombinationen davon ausschließen.
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Darüber hinaus ist eine Einheit oder Steuereinheit, die in Benennungen wie einer Motorsteuerungseinheit (motor control unit - MCU) und einer Hybridsteuerungseinheit (hybrid control unit - HCU) umfasst ist, nur ein Begriff, der bei der Benennung einer Steuerung bzw. eines Steuergeräts, die/das die bestimmte Funktion eines Fahrzeugs steuert, weit verbreitet ist, aber keine generische Funktionseinheit bedeutet. Um beispielsweise eine Funktion zu steuern, für die jede Steuerung zuständig ist, kann die Steuerung eine Kommunikationsvorrichtung, die mit anderen Steuerungen oder Sensoren kommuniziert, einen Speicher, der ein Betriebssystem, einen logischen Befehl und Eingabe-/Ausgabeinformationen speichert, sowie einen oder mehrere Prozessoren, die die zum Steuern der betreffenden Funktion erforderlichen Beurteilungen, Berechnungen und Bestimmungen durchführen, umfassen.
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1 zeigt ein Schaltbild einer Motorantriebsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Wie in 1 dargestellt, kann die Motorantriebsvorrichtung einen ersten Wechselrichter 10, einen zweiten Wechselrichter 20, den Motor 30 mit einer Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3, die jeweils einer Vielzahl von Phasen entsprechen, eine Modusumschalteinheit 40, eine Batterie 50 und eine Steuerung 100 umfassen.
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Der erste Wechselrichter 10 kann eine Vielzahl von ersten Schaltelementen S11 bis S16 umfassen, die jeweils mit ersten Enden der Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 verbunden sind, und der zweite Wechselrichter 20 kann eine Vielzahl von zweiten Schaltelementen S21 bis S26 umfassen, die jeweils mit zweiten Enden der Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 verbunden sind. Die Modusumschalteinheit 40 kann eine Vielzahl von Modusumschaltern S31 bis S33 umfassen, die zwischen dem zweiten Ende jeder der Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 und einem neutralen Anschluss bzw. einer Neutralklemme für die Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 angeordnet und damit ist. Die Steuerung 100 kann die Ein-/Aus-Zustände der ersten Schaltelemente S11 bis S16, der zweiten Schaltelemente S21 bis S26 und der Modusumschalter S31 bis S33 auf der Grundlage einer ausgegebenen Motoranforderung (d.h. eines Drehmomentbefehls für den Motor), einer Gleichspannung, eines Phasenstroms und eines Motorwinkels steuern.
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Der erste Wechselrichter 10 und der zweite Wechselrichter 20 können in der Batterie 50 gespeicherten Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom umwandeln und den Dreiphasen-Wechselstrom an den Motor 30 ausgeben, oder sie können regenerative Bremsenergie, die aufgrund eines regenerativen Bremsmoments des Motors 30 erzeugt wird, das während des regenerativen Bremsens erzeugt wird, in Gleichstrom umwandeln und den Gleichstrom an die Batterie 50 ausgeben. Diese Umwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom kann durch die Steuerung der Pulsweitenmodulation der Vielzahl von ersten Schaltelementen S11 bis S16 und der Vielzahl von zweiten Schaltelementen S21 bis S26 durchgeführt werden, die in dem ersten Wechselrichter 10 bzw. in dem zweiten Wechselrichter 20 vorgesehen sind.
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Der erste Wechselrichter 10 kann eine Vielzahl von Zweigen 11 bis 13 umfassen, an die eine Gleichspannung angelegt wird, die in einem Zwischenkreiskondensator (DC link capacitor - nicht gezeigt) gebildet wird, der zwischen gegenüberliegenden Enden der Batterie 50 angeschlossen ist. Die Zweige 11 bis 13 können jeweils einer Vielzahl von Phasen des Motors 30 entsprechen, um elektrische Verbindungen dazwischen zu bilden.
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Der zweite Wechselrichter 20 kann eine Vielzahl von Zweigen 21 bis 23 umfassen, an die eine Gleichspannung angelegt wird, die in einem Zwischenkreiskondensator (nicht gezeigt) gebildet wird, der zwischen gegenüberliegenden Enden der Batterie 50 angeschlossen ist. Die Zweige 21 bis 23 können jeweils einer Vielzahl von Phasen des Motors 30 entsprechen, um elektrische Verbindungen dazwischen zu bilden.
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Die Steuerung 100 kann den Ein/Aus-Zustand der Modusumschalter S31 bis S33, die in der Modusumschalteinheit 40 umfasst sind, gemäß einem Motorantriebsmodus steuern und bestimmen, ob der Motor 30 durch den zweiten Wechselrichter 20 angesteuert werden soll.
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Der Motorantriebsmodus kann einen Modus mit geschlossenem Wicklungsende (CEW) und einen Modus mit offenem Wicklungsende (OEW) umfassen.
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Genauer gesagt kann der CEW-Modus einem Modus entsprechen, in dem die Steuerung 100 die Modusumschalter S31 bis S33 derart steuert, dass sie eingeschaltet werden, so dass das zweite Ende jeder der Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 elektrisch mit dem neutralen Anschluss für die Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 verbunden ist und der Motor 30 durch den ersten Wechselrichter 10 der beiden Wechselrichter 10 und 20 angesteuert wird.
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Im Gegensatz dazu kann der OEW-Modus einem Modus entsprechen, in dem die Steuerung 100 die Modusumschalter S31 bis S33 derart steuert, dass sie ausgeschaltet werden, so dass das zweite Ende jeder der Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 elektrisch von dem neutralen Anschluss für die Vielzahl von Wicklungen C1 bis C3 getrennt ist und der Motor 30 durch die beiden Wechselrichter 10 und 20 angesteuert wird.
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Das heißt, der erste Wechselrichter 10 kann den Motor 30 unabhängig von dem Motorantriebsmodus ansteuern, während der zweite Wechselrichter 20 den Motor 30 gemäß dem Motorantriebsmodus wahlweise ansteuern kann.
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Die Steuerung 100 kann den Wirkungsgrad der Motorantriebsvorrichtung gemäß einem Betriebs- bzw. Arbeitspunkt maximieren, indem sie den Motorantriebsmodus, der den CEW-Modus und dem OEW-Modus mit unterschiedlichen Spannungsnutzungsraten MI für einen Wechselrichter umfasst, auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls für den Motor 30 und des Gegenmagnetflusses des Motors 30 gemäß dem Drehmomentbefehl umschaltet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung 100 einen Prozessor (z.B. Computer, Mikroprozessor, CPU, ASIC, Schaltungen, Logikschaltungen usw.) und einen zugehörigen nichtflüchtigen Speicher umfassen, der Softwarebefehle speichert, die bei Ausführung durch den Prozessor die Funktionalitäten der Steuerung 100 bereitstellen. Hierin können der Speicher und der Prozessor als separate Halbleiterschaltungen realisiert sein. Alternativ dazu können der Speicher und der Prozessor als eine einzige integrierte Halbleiterschaltung realisiert werden. Der Prozessor kann einen oder mehrere Prozessoren enthalten.
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Unterdessen weisen der CEW-Modus und der OEW-Modus aufgrund der unterschiedlichen Spannungsnutzungsraten MI für einen Wechselrichter voneinander verschiedene Eingangsbedingungen für die Feldschwächungssteuerung auf, so dass es beim Umschalten des Motorantriebsmodus zu einem Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors 30 kommen kann. Dies wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 ausführlich beschrieben.
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2 zeigt ein Diagramm, das eine Spannungsnutzungsrate MI für jeden Motorantriebsmodus gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Unter Bezugnahme auf 2 sind die Spannungsvektorsechsecke des CEW-Modus bzw. des OEW-Modus dargestellt, die durch eine D-Achsen-(Längsachsen-)Spannung Vd und eine Q-Achsen-(Querachsen-)Spannung Vq dargestellt werden. Der OEW-Modus kann ein Spannungsvektorsechseck aufweisen, das größer ist als das Spannungsvektorsechseck des CEW-Modus. Dementsprechend kann der OEW-Modus eine höhere Spannungsnutzungsrate MI aufweisen als die Spannungsnutzungsrate MI des CEW-Modus. Zum Beispiel kann der OEW-Modus eine Spannungsnutzungsrate MI aufweisen, die 13 mal höher ist als die Spannungsnutzungsrate des CEW-Modus.
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3 zeigt ein Diagramm, das eine Drehmomentgrenzkurve für jeden Motorantriebsmodus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 4 zeigt ein Diagramm, das eine Feldschwächesteuerungs-Eingangsbedingung für jeden Motorantriebsmodus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 3 sind ein Bereich zur Steuerung des maximalen Drehmoments pro Ampere (maximum torque per ampere - MTPA) und ein Bereich zur Steuerung der Feldschwächung sowohl für den CEW-Modus als auch für den OEW-Modus dargestellt. In einem Abschnitt, in dem eine Motordrehzahl niedriger als eine Basisdrehzahl ist, minimiert hier die MTPA-Steuerung einen in einem Stator eines Motors fließenden Strom gemäß der Kombination aus einem D-Achsen-(Längsachsen-)Strom und einem Q-Achsen-(Querachsen-)Strom und kann einem Verfahren entsprechen, bei dem das Drehmoment des Motors derart gesteuert bzw. geregelt wird, dass es maximal ausgegeben wird. In diesem Fall kann das Ausgangsdrehmoment des Motors in einem Abschnitt, in dem die MTPA-Steuerung durchgeführt wird, konstant sein. Die Feldschwächungssteuerung kann einem Verfahren des Steuerns des Motors bei hoher Drehzahl entsprechen, bei dem der magnetische Fluss des Motors durch Anlegen eines D-Achsen-(Längsachsen)Stroms an den Motor in einem Abschnitt, in dem die Motordrehzahl höher als eine Basisdrehzahl ist, verringert wird. In diesem Fall kann in einem Abschnitt, in dem die Feldschwächesteuerung durchgeführt wird, mit zunehmender Drehzahl des Motors das Ausgangsdrehmoment des Motors abnehmen oder die Ausgangsleistung des Motors konstant ausgegeben werden.
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Im CEW- und im OEW-Modus werden aufgrund voneinander verschiedener Spannungsnutzungsraten MI unterschiedliche Basisdrehzahlen voreingestellt, so dass eine Eingangsbedingung für die Feldschwächesteuerung für jeden Motorantriebsmodus unterschiedlich sein kann.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist die Änderung eines Längsstroms sowohl für den CEW-Modus als auch den OEW-Modus dargestellt. In dem CEW-Modus und in dem OEW-Modus kann die Feldschwächesteuerung durch Erhöhen des D-Achsen-(Längsachsen)Strom in negativer Richtung (-) bei jeder der verschiedenen Drehzahlen durchgeführt werden.
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Das heißt, da der CEW-Modus und der OEW-Modus voneinander verschiedene Eingangsbedingungen für die Feldschwächesteuerung aufweisen, kann während des Umschaltens des Motorantriebsmodus der Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors aufgrund einer schnellen Änderung eines Längsstroms auftreten. Wenn beispielsweise der Motorantriebsmodus von dem CEW-Modus (einem Feldschwächungssteuerungsbereich) in den OEW-Modus (einem MTPW-Steuerungsbereich oder einem Feldschwächungssteuerungsbereich) umgeschaltet wird, wird ein D-Achsen-(Längsachsen-)Strom schnell reduziert, so dass es zu einem Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors kommen kann. Als ein weiteres Beispiel, wenn der Motorantriebsmodus von dem OEW-Modus (einem MTPW-Steuerungsbereich oder einem Feldschwächungssteuerungsbereich) in den CEW-Modus (einem Feldschwächungssteuerungsbereich) umgeschaltet wird, wird ein D-Achsen-(Längsachsen-)Strom schnell erhöht, so dass es zu einem Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors kommen kann.
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Dementsprechend wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Drehmomentstoß, der während des Umschaltens des Motorantriebsmodus erzeugt wird, gemildert, indem die Linearisierungssteuerung des Einstellens bzw. Anpassens eines Spannungsnutzungsraten-Steuerwerts derart durchgeführt wird, dass der Wert des D-Achsen-(Längsachsen-)Strombefehls für den Motor linearisiert wird, selbst wenn der Motorantriebsmodus während eines Durchführens der Feldschwächungssteuerung umgeschaltet wird. Ein entsprechender Aufbau ist in 5 dargestellt.
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5 zeigt ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Steuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Wie in 5 dargestellt, kann die Steuerung 100 eine Einheit zur Erzeugung von Strombefehlen bzw. Strombefehls-Erzeugungseinheit 110, eine Einheit zur Erzeugung von Spannungsbefehlen bzw. Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 120 und eine Einheit zur Steuerung der Spannungsnutzungsrate bzw. Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 umfassen.
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Die Strombefehls-Erzeugungseinheit 110 kann umfassen eine Flussschwächungssteuerung 111, die einen Gegenmagnetflussbefehl λ-1 durch die PI-Regelung des vorliegenden Gegenmagnetflusses des Motors auf der Grundlage des Drehmomentbefehls TeRef und des Spannungsnutzungsraten-Steuerwerts miRef berechnet, und eine Stromabbild-Bestimmungseinheit 112, die den Strombefehl IdqRef für einen Motor entsprechend der Kombination aus dem Drehmomentbefehl TeRef und dem Gegenmagnetflussbefehl λ-1 unter Bezugnahme auf ein Stromabbild ausgibt. Dementsprechend kann die Strombefehls-Erzeugungseinheit 110 den Strombefehl IdqRef gemäß dem Drehmomentbefehl TeRef und dem Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef erzeugen.
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In diesem Fall entspricht der Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef einem Soll- bzw. Referenzwert zum Einstellen der Spannungsnutzungsrate eines Wechselrichters, und der Strombefehl IdqRef kann einen D-Achsen-(Längsachsen)Strombefehl und einen Q-Achsen-(Querachsen-)Strombefehl umfassen.
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Die Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 120 kann umfassen eine Stromsteuerung 121, die aus dem Strombefehl IdqRef einen DQ-Spannungsbefehl VdqnRef erzeugt, und eine PWM-Erzeugungseinheit 122, die den DQ-Spannungsbefehl VdqnRef empfängt und durch Pulsweitenmodulationssteuerung des DQ-Spannungsbefehls VdqnRef einen Phasenspannungsbefehl VabcnRef für einen Wechselstromanschluss eines Wechselrichters ausgibt.
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Die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 kann eine maximale Spannungsnutzungsrate entsprechend der aktuellen Drehzahl des Motors bestimmen, indem sie sich auf eine Tabelle bezieht, die Informationen über die maximale Spannungsnutzungsrate eines Wechselrichters für jede Drehzahl (z.B. U/min) des Motors umfasst, und kann den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef auf der Grundlage der maximalen Spannungsnutzungsrate voreinstellen.
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Zusätzlich kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 auf der Grundlage des vorliegenden Gegenmagnetflusses des Motors und eines Schaltreferenz-Gegenmagnetflusses für den Motorantriebsmodus bestimmen, ob eine Linearisierungssteuerung für einen D-Achsen-(Längsachsen-)Strombefehl durchgeführt werden soll, und kann den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef derart anpassen, dass der Wert des D-Achsen-Strombefehls in einem Abschnitt linearisiert wird, in dem die Linearisierungssteuerung durchgeführt wird. In diesem Fall kann der vorliegende Gegenmagnetfluss des Motors dem Verhältnis der aktuellen Drehzahl eines Motors zu einer Spannung des Gleichstromendes eines Wechselrichters entsprechen. Darüber hinaus kann der Motorantriebsmodus umgeschaltet werden, wenn der vorliegende Gegenmagnetfluss des Motors den Schaltreferenz-Gegenmagnetfluss erreicht.
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Ein Betriebsverfahren der Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 wird unter Bezugnahme auf 6 im Detail beschrieben.
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6 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb der Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf
6 kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130, wenn keine Linearisierungssteuerung durchgeführt wird, die maximale Spannungsnutzungsrate MImax gemäß der aktuellen Drehzahl des Motors als den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef wie in Gleichung 1 unten bezeichnet voreinstellen.
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Wenn der Motorantriebsmodus der OEW-Modus ist und wenn der vorliegende Gegenmagnetfluss des Motors λcur
-1 innerhalb eines voreingestellten Wertes MI_TransHys vom Schaltreferenz-Gegenmagnetfluss liegt λt
-1liegt, kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 eine Linearisierungssteuerung für einen D-Achsen-Strombefehl durchführen, indem sie den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef auf der Grundlage der maximalen Spannungsnutzungsrate MImax und eines verfügbaren Spannungsvielfachen a wie in der folgenden Gleichung 2 einstellt. In diesem Fall kann das verfügbare Spannungsvielfache a einem Verhältnis der verfügbaren Spannung des OEW-Modus zu der verfügbaren Spannung des CEW-Modus entsprechen. Zum Beispiel kann das verfügbare Spannungsvielfache als √3 voreingestellt werden.
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Unter Bezugnahme auf Gleichung 2, wenn der vorliegende Gegenmagnetfluss des Motors λcur-1 und der Schaltreferenz-Gegenmagnetfluss λt-1 in einem Abschnitt, in dem die Linearisierungssteuerung durchgeführt wird, gleich sind, kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 einen Wert, der sich durch Dividieren der maximalen Spannungsnutzungsrate MImax durch das verfügbare Spannungsvielfache a erhalten wird, als Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef voreinstellen.
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Dementsprechend kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130, wenn der Motorantriebsmodus von dem CEW-Modus in den OEW-Modus umgeschaltet wird, den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef bis zum Anhaltezeitpunkt der Linearisierungssteuerung linear von „MImax/a“ auf „MImax“ erhöhen, nachdem sie den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef zum Startzeitpunkt der Linearisierungssteuerung nichtlinear von „MImax“ auf „MImax/a“ verringert hat.
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Im Gegensatz dazu kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130, wenn der Motorantriebsmodus von dem OEW-Modus in den CEW-Modus umgeschaltet wird, den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef ab dem Startzeitpunkt der Linearisierungssteuerung linear von „MImax“ auf „MImax/a“ verringern und den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef zum Stoppzeitpunkt der Linearisierungssteuerung nichtlinear von „MImax/a“ auf „MImax“ erhöhen.
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Wenn jedoch eine hohe Motorleistung erforderlich ist (d.h. wenn eine hohe Spannungsnutzungsrate eines Wechselrichters erforderlich ist), kann ein Absenken des Spannungsnutzungsraten-Steuerwerts miRef in einem Abschnitt, in dem die Linearisierungssteuerung durchgeführt wird, zu einem Problem führen, dass das Ausgangsdrehmoment des Motors nicht schnell ansteigt.
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Dementsprechend kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 zusätzlich den Motorantriebsmodus, den vorliegenden Gegenmagnetfluss des Motors λcur-1 und den Wert des Drehmomentbefehls TeRef als eine Bedingung zum Bestimmen, ob die Linearisierungssteuerung durchgeführt werden soll, berücksichtigen. Dies wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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7 zeigt ein Diagramm, das einen Betrieb der Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit, die einen Bereich voreinstellt, in dem eine Linearisierungssteuerung auf der Grundlage eines Wertes eines Drehmomentbefehls durchgeführt wird, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 7 ist in einem Betriebspunktabbild für den Motor eine Modusumschalt-Referenzlinie für die Modus CEW und die Modus OEW dargestellt. In dem OEW-Modus kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 eine Linearisierungssteuerung durchführen, wenn der vorliegende Gegenmagnetfluss des Motors, der proportional zur aktuellen Motordrehzahl ist, innerhalb eines voreingestellten Wertes des Schaltreferenz-Gegenmagnetflusses für die Modusumschalt-Referenzlinie liegt und ein Wert des Drehmomentbefehls niedriger als ein voreingestellter Drehmomentgrenzwert Tq_Limit ist. Das heißt, wenn der Wert des Drehmomentbefehls der voreingestellte Drehmomentgrenzwert Tq_Limit oder mehr ist, blockiert die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 eine Ausführung der Linearisierungssteuerung, wodurch verhindert wird, dass die Spannungsnutzungsrate eines Wechselrichters aufgrund der Linearisierungssteuerung in einem Bereich gesenkt wird, in dem die hohe Leistung des Motors erforderlich ist.
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8 und 9 zeigen Diagramme, die den Betrieb der Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit, die den Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors, der während des Umschaltens des Motorantriebsmodus auftritt, durch die Linearisierungssteuerung mildert, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen. 8 stellt die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar, bei der die Linearisierungssteuerung durch die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 während des Umschaltens des Motorantriebsmodus durchgeführt wird, und 9 stellt Vergleichsbeispiele für einen Fall dar, in dem die Linearisierungssteuerung während des Umschaltens des Motorantriebsmodus nicht durchgeführt wird.
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Die linke Seite von 8 entspricht einem Fall, in dem die Drehzahl des Motors mit der Zeit zunimmt und der Motorantriebsmodus von dem CEW-Modus in den OEW-Modus umgeschaltet werden kann. Da in diesem Fall ein MTPA-Steuerbereich in einem Abschnitt, in dem der CEW-Modus durchgeführt wird, in den Feldschwächungs-Steuerungsbereich umgewandelt wird, kann ein D-Achsen-Strombefehl IdRef in negativer (-) Richtung ansteigen. Wenn dann der Motorantriebsmodus von dem CEW-Modus in dem OEW-Modus umgeschaltet wird, kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert (miRef aus 5) derart anpassen bzw. einstellen, dass der D-Achsen-Strombefehl IdRef in einem Abschnitt, in dem eine Linearisierungssteuerung durchgeführt wird, linearisiert wird. Dementsprechend kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 den Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors abmildern, wenn der Feldschwächungs-Steuerungsbereich des CEW-Modus in den MTPA-Steuerbereich des OEW-Modus umgewandelt wird.
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Die rechte Seite von 8 entspricht einem Fall, in dem die Drehzahl des Motors mit der Zeit abnimmt und der Motorantriebsmodus von dem OEW-Modus in den CEW-Modus umgeschaltet werden kann. In diesem Fall kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert (miRef aus 5) derart einstellen, dass der D-Achsen-Strombefehl IdRef in einem Abschnitt, in dem die Linearisierungssteuerung durchgeführt wird, linearisiert wird, bevor der Motorantriebsmodus von dem OEW-Modus in den CEW-Modus umgeschaltet wird. Demzufolge kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 den Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors abmildern, wenn der MTPA-Steuerbereich des OEW-Modus in den Feldschwächungs-Steuerungsbereich des CEW-Modus umgewandelt wird.
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Die linke Seite von 9 entspricht einem Fall, in dem die Drehzahl des Motors mit der Zeit zunimmt, wie in der linken Seite von 8, und die rechte Seite von 9 entspricht einem Fall, in dem die Drehzahl des Motors mit der Zeit abnimmt, wie in der rechten Seite von 8. Wie in 9 dargestellt, ändert sich der Wert des D-Achsen-Strombefehls IdRef schnell, wenn die Linearisierungssteuerung während des Umschaltens des Motorantriebsmodus nicht durchgeführt wird, und es kann daher zu einem Stoß des Ausgangsdrehmoments des Motors kommen.
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10 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren der Motorantriebsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 10 kann die Steuerung 100 den Motor 30 durch Umschalten der in den Wechselrichtern 10 und 20 umfassten Schaltelemente bei S101 ansteuern. In diesem Fall kann die Strombefehls-Erzeugungseinheit 110 einen Strombefehl für den Motor 30 gemäß dem Drehmomentbefehl TeRef und dem Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef erzeugen.
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Als nächstes kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 sequentiell bestimmen, ob der Motorantriebsmodus als OEW-Modus (bei S102) voreingestellt ist, ob der vorliegende Gegenmagnetfluss des Motors λcur-1 innerhalb eines voreingestellten Wertes MI_TransHys von dem Schaltreferenz-Gegenmagnetfluss λt-1 liegt (S103), und ob der Drehmomentbefehl TeRef niedriger ist als der voreingestellte Drehmomentgrenzwert Tq_Limit (S104), um zu bestimmen, ob eine Linearisierungssteuerung für den D-Achsenstrombefehl durchgeführt werden soll.
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In diesem Fall, wenn zumindest eine der Bestimmungsbedingungen von S102, S103 und S104 nicht erfüllt ist, kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 die Linearisierungssteuerung bei S105 nicht durchführen. In diesem Fall kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 die maximale Spannungsnutzungsrate MImax gemäß der aktuellen Drehzahl des Motors als den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef wie in der oben beschriebenen Gleichung 1 voreinstellen.
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Im Gegensatz dazu kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 die Linearisierungssteuerung bei S106 durchführen, wenn alle der Bestimmungsbedingungen von S102, S103 und S104 erfüllt sind. In diesem Fall kann die Spannungsnutzungsraten-Steuereinheit 130 den Spannungsnutzungsraten-Steuerwert miRef wie in der oben beschriebenen Gleichung 2 derart anpassen, dass der Wert des D-Achsen-Strombefehls in einem Abschnitt linearisiert wird, in dem die Linearisierungssteuerung durchgeführt wird.
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Unterdessen kann die oben beschriebene vorliegende Offenbarung als computerlesbarer Code auf einem Medium realisiert werden, auf dem ein Programm aufgezeichnet ist. Ein computerlesbares Medium umfasst alle Arten von Aufzeichnungsvorrichtungen, auf denen Daten gespeichert sind, die von einem Computersystem gelesen werden können. Beispiele für computerlesbare Medien umfassen ein Festplattenlaufwerk (hard disk drive - HDD), eine Solid State Disk (solid state drive - SSD), ein Silizium-Laufwerk (silicon disk drive - SDD), ROM, RAM, eine CD-ROM, ein Magnetband, eine Diskette und ein optisches Datenspeichergerät, usw. Dementsprechend sollte die obige detaillierte Beschreibung nicht als in jeder Hinsicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft angesehen werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung sollte durch eine vernünftige Auslegung der beigefügten Ansprüche bestimmt werden, und alle Änderungen innerhalb eines Umfangs, der dem Umfang der vorliegenden Offenbarung entspricht, sind in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst.