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Hintergrund
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1. Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Elektromotor.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Wenn eine Motoreinheit durch eine sensorlose Steuerung einer Wechselrichtereinheit angetrieben wird, muss eine Steuerung die Position eines Rotors der Motoreinheit schätzen. Eine sensorlose Steuerung ist ein Steuerungsmodus eines Schätzens der Position eines Rotors unter Verwendung von Software, um die Motoreinheit ohne Verwendung eines Hardware-Positionssensors anzutreiben.
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Die veröffentlichte, japanische Patentanmeldung
JP 2017-184594 offenbart eine Wechselrichtersteuerung, die die Position eines Rotors unter Verwendung eines Induktionsspannungsmodus schätzt. In dem Fall einer Verwendung des Induktionsspannungsmodus nimmt die Genauigkeit eines Schätzens der Position des Rotors ab, wenn die Eingabespannung zu der Wechselrichtereinheit relativ hoch ist und der Strom, der durch die Motoreinheit fließt, relativ niedrig ist. Wenn also die Eingabespannung höher als ein Schwellenwert ist, hält die Wechselrichtersteuerung den Strom, der durch die Motoreinheit fließt, davon ab, weniger als ein unterer Grenzwert zu werden. Dies hält den Strom, der der durch die Motoreinheit fließt, davon ab, relativ gering zu werden.
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In der voranstehenden Veröffentlichung wird der Strom, der durch die Motoreinheit fließt, davon abgehalten, kleiner als der untere Grenzwert zu werden. Dies kann den Wirkungsgrad einer Motoreinheit verringern, die einen relativ großen Kupferverlust hat.
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Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form vorzustellen, die nachfolgend in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist weder dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch soll sie als Hilfe bei einem Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
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Ein Elektromotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Motoreinheit, die einen Rotor, einen Stator, und Dreiphasenspulen, die um den Stator gewickelt sind, aufweist, eine Wechselrichtereinheit, die einen Treiber und ein Schaltelement, das von dem Treiber angetrieben wird, aufweist, wobei die Wechselrichtereinheit eingerichtet ist, die Motoreinheit anzutreiben, wenn das Schaltelement angetrieben wird, einen Phasenstromdetektor, der eingerichtet ist, einen Phasenstrom, der durch die Motoreinheit fließt, zu detektieren, einen Eingabespannungsdetektor, der eingerichtet ist, eine Eingabespannung zu der Wechselrichtereinheit zu detektieren und eine Steuerung, die eingerichtet ist, Befehlswerte zu berechnen und das Schaltelement zu steuern, wobei die Befehlswerte verwendet werden, um das Schaltelement zu steuern. Die Steuerung ist eingerichtet, die Position des Rotors in einem Modus, der aus einem Induktionsspannungsmodus und einem Oberwellenüberlagerungsmodus ausgewählt wird, zu schätzen. Der Induktionsspannungsmodus ist ein Modus eines Schätzens der Position des Rotors basierend auf einer Induktionsspannung, die in den Dreiphasenspulen erzeugt wird. Der Oberwellenüberlagerungsmodus ist ein Modus eines Schätzens der Position des Rotors durch ein Überlagern einer Oberwelle auf jeden der Befehlswerte. Die Steuerung ist eingerichtet, die Position des Rotors unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus zu schätzen, wenn die Eingabespannung kleiner oder gleich einem vorbestimmten Spannungsschwellenwert ist, oder wenn der Phasenstrom größer oder gleich einem vorbestimmten Stromschwellenwert ist und die Position des Rotors unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus zu schätzen, wenn die Eingabespannung größer als der Spannungsschwellenwert ist und der Phasenstrom kleiner als der Stromschwellenwert ist.
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Weitere Merkmale und Aspekte werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Elektromotors.
- 2 ist eine schematische Darstellung des Elektromotors.
- 3 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung zeigt, die von der Steuerung ausgeführt wird.
- 4 ist ein Diagramm, das Spannungsschwellenwerte zeigt, die in dem Flussdiagramm verwendet werden, das in 3 gezeigt ist.
- 5 ist ein Diagramm, das Stromschwellenwerte zeigt, die in dem Flussdiagramm verwendet werden, das in 3 gezeigt ist.
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In den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung beziehen sich dieselben Bezugszeichen auf dieselben Elemente. Die Zeichnungen können nicht maßstabsgetreu sein, und die relative Größe, Proportionen und Darstellung von Elementen in den Zeichnungen können für Klarheit, Illustration und Bequemlichkeit übertrieben sein.
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Detaillierte Beschreibung
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Diese Beschreibung vermittelt ein umfassendes Verständnis der beschriebenen Modi, Vorrichtungen und/oder Systeme. Modifikationen und Äquivalente der beschriebenen Modi, Vorrichtungen und/oder Systeme sind für jemanden von gewöhnlicher Fachkenntnis in dem Gebiet offensichtlich. Abfolgen von Betätigungen sind beispielhaft und können geändert werden, wie es für jemanden von gewöhnlicher Fachkenntnis in dem Gebiet offensichtlich ist, mit der Ausnahme von Betätigungen, die notwendigerweise in einer bestimmten Reihenfolge passieren. Beschreibungen von Funktionen und Konstruktionen, die jemandem von gewöhnlicher Fachkenntnis in dem Gebiet gut bekannt sind, können weggelassen werden.
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Beispielhafte Ausführungsformen können unterschiedliche Formen haben und sind nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Allerdings sind die beschriebenen Beispiele umfassend und vollständig, und vermitteln einem Durchschnittsfachmann den vollen Umfang der Offenbarung.
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In dieser Beschreibung soll „mindestens eines von A und B“ verstanden werden als „nur A, nur B oder sowohl A als auch B“.
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Es wird nun ein Elektromotor gemäß einer Ausführungsform beschrieben.
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Elektromotor
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Wie in 1 gezeigt, weist ein Elektromotor M1 eine Motoreinheit 11 auf. Die Motoreinheit 11 weist einen Rotor 12 und einen Stator 13 auf, um den Dreiphasenspulen U, V, W gewickelt sind. Die Motoreinheit 11 ist ein Dreiphasenmotor, der drei Spulen U, V, W aufweist. Die Motoreinheit 11 ist nicht besonders begrenzt. Zum Beispiel kann die Motoreinheit 11 eine Antriebsquelle für einen Kompressor eines Kältemittelkreislaufs sein, der an einem Fahrzeug angebracht ist, oder kann eine Antriebsquelle für eine Luftpumpe oder eine Wasserstoffpumpe sein, die an einem Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug angebracht ist.
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Der Elektromotor M1 weist eine Motorantriebsvorrichtung 10 auf. Die Motorantriebsvorrichtung 10 weist eine Batterie BA, einen Glättungskondensator C, eine Wechselrichtereinheit 21, einen Phasenstromdetektor 22, einen Eingabespannungsdetektor 23, und eine Steuerung 30 auf.
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Die Wechselrichtereinheit 21 weist sechs Schaltelemente Q1 bis Q6, Dioden D1 bis D6 und einen Treiber 51 auf. Die Schaltelemente Q1 bis Q6 sind zum Beispiel bipolare Transistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBTs). Wenn die Schaltelemente Q1 bis Q6 mit den Dioden D1 bis D6 integriert sind, sind die Schaltelemente Q1 bis Q6 MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs). Das Schaltelement Q1 und das Schaltelement Q2 sind in Reihe geschaltet. Das Schaltelement Q3 und das Schaltelement Q4 sind in Reihe geschaltet. Das Schaltelement Q5 und das Schaltelement Q6 sind in Reihe geschaltet. Die Dioden D1 bis D6 sind jeweils parallel zu den Schaltelementen Q1 bis Q6 geschaltet. Die Schaltelemente Q1 bis Q6 sind über den Glättungskondensator C mit der Batterie BA verbunden.
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Eine Verbindungsleitung, die das Schaltelement Q1 mit dem Schaltelement Q2 verbindet, ist verzweigt und mit der Spule U verbunden. Eine Verbindungsleitung, die das Schaltelement Q3 mit dem Schaltelement Q4 verbindet, ist verzweigt und mit der Spule V verbunden. Eine Verbindungsleitung, die das Schaltelement Q5 mit dem Schaltelement Q6 verbindet, ist verzweigt und mit der Spule W verbunden.
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Der Treiber 51 treibt die Schaltelemente Q1 bis Q6 an. Das Antreiben der Schaltelemente Q1 bis Q6 treibt die Motoreinheit 11 an. Ein Antreiben der Schaltelemente Q1 bis Q6 bezieht sich auf Schaltvorgänge der Schaltelemente Q1 bis Q6, das heißt auf ein Umschalten zwischen Ein- und Aus-Zuständen der Schaltelemente Q1 bis Q6.
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Die Batterie BA ist eine Stromspeichervorrichtung, die in der Lage ist geladen und entladen zu werden. Die Nennspannung der Batterie BA ist zum Beispiel 800 V.
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Der Phasenstromdetektor 22 detektiert den Phasenstrom, der durch die Motoreinheit 11 fließt. Der Phasenstromdetektor 22 detektiert Phasenströme von mindestens zwei Phasen. In der vorliegenden Ausführungsform detektiert der Phasenstromdetektor 22 einen u-Phase-Strom Iu, einen v-Phase-Strom Iv und einen w-Phase-Strom Iw. Die Phasenströme von zwei der drei Phasen können detektiert werden, um den Phasenstrom der anderen der drei Phasen aus den Zweiphasen-Strömen zu berechnen. Der u-Phase-Strom Iu, der v-Phase-Strom Iv und der w-Phase-Strom Iw fließen durch ihre jeweiligen Phasen der Motoreinheit 11.
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Der Eingangsspannungsdetektor 23 detektiert eine Eingangsspannung Vi, die von der Wechselrichtereinheit 21 aus der Batterie BA empfangen wird.
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Steuerung
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Die Steuerung 30 weist einen Prozessor und einen Speicher auf. Der Prozessor ist zum Beispiel eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Der Speicher weist einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM) auf. Der Speicher speichert Programmcodes oder Anweisungen, die eingerichtet sind, den Prozessor zu veranlassen, Prozesse auszuführen. Der Speicher oder ein computerlesbares Medium schließt jede Art von Medium mit ein, auf das ein Universalcomputer oder ein dedizierter Computer zugreifen kann. Die Steuerung 30 kann eine Hardwareschaltung wie zum Beispiel eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) aufweisen. Die Steuerung 30, die eine Verarbeitungsschaltung ist, kann einen oder mehrere Prozessoren, die gemäß einem Computerprogramm laufen, eine oder mehrere Hardwareschaltungen (zum Beispiel ASIC oder FPGA) oder eine Kombination davon aufweisen.
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Die Steuerung 30 berechnet Befehlswerte. Die Steuerung 30 verwendet Befehlswerte, um die Schaltelemente Q1 bis Q6 zu steuern. Die Steuerung 30 steuert die Wechselrichtereinheit 21 durch eine sensorlose Steuerung. Die sensorlose Steuerung ist ein Modus eines Steuerns der Wechselrichtereinheit 21 ohne Verwendung eines Hardware-Positionssensors, der eine Position Hm des Rotors 12 der Motoreinheit 11 detektiert. Die Wechselrichtereinheit 21 wird gesteuert, um die Motoreinheit 11 anzutreiben. Die Steuerung 30 steuert die Wechselrichtereinheit 21 während eines Schaltens zwischen einer Positionsschätzung unter Verwendung eines Induktionsspannungsmodus und einer Positionsschätzung unter Verwendung eines Oberwellenüberlagerungsmodus. Der Induktionsspannungsmodus schätzt die Position Hm des Rotors 12 auf Grundlage der Induktionsspannung, die in den Dreiphasenspulen U, V, W erzeugt wird. Der Oberwellenüberlagerungsmodus ist ein Modus eines Schätzens der Position Hm des Rotors 12 durch ein Überlagern einer Oberwelle auf einen Befehlswert.
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Positionsschätzung unter Verwendung von Induktionsspannungsmodus
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Die Funktion der Steuerung 30 in dem Fall einer Durchführung einer Positionsschätzung unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus wird nun beschrieben. Die Steuerung 30 weist einen Stromkoordinatenwandler 31, einen Positionsschätzer 32, Subtraktoren 33, 35, 36, eine Geschwindigkeitsteuerung 34, eine Stromsteuerung 37 und eine PWM-Steuerung 38 auf.
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Der Stromkoordinatenwandler 31 wandelt die Phasenströme lu, Iv, Iw zu einem d-Achsen-Strom Id und einem q-Achsen-Strom Iq um, basierend auf der Position Hm des Rotors 12, die von dem Positionsschätzer 32 geschätzt wird. Zum Beispiel wandelt der Stromkoordinatenwandler 31 die Phasenströme lu, Iv, Iw eines dreiphasigen (U, V, W) festen Koordinatensystems in Ströme Iα, Iβ eines zweiphasigen (α, β) festen Koordinatensystems um. Der Stromkoordinatenwandler 31 verwendet die Position Hm, um die Ströme Iα, Iβ in den d-Achsen-Strom Id und den q-Achsen-Strom Iq in einem zweiphasigen (d, q) Drehkoordinatensystem umzuwandeln. Die d-Achse und die q-Achse sind Koordinatenachsen in einem dq-Koordinatensystem. Das dq-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das sich zusammen mit dem Rotor 12 der Motoreinheit 11 dreht. Der Stromkoordinatenwandler 31 kann die Phasenströme Iu, Iv, Iw direkt in den d-Achsen-Strom Id und den q-Achsen-Strom Iq umwandeln, ohne sie in die Ströme Iα, Iβ umzuwandeln.
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Der Positionsschätzer 32 schätzt die Position Hm des Rotors 12 der Motoreinheit 11 auf Grundlage des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, die von dem Stromkoordinatenwandler 31 ausgegeben werden, und auf Grundlage eines d-Achse-Spannung-Befehlswertes Vd und eines q-Achsen-Spannungs-Befehlswertes Vq, die von der Stromsteuerung 37 ausgegeben werden. Zum Beispiel verwendet der Positionsschätzer 32 den d-Achsen-Strom Id und q-Achsen-Strom Iq, den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vq, die von der Stromsteuerung 37 erhalten werden, und eine Konstante, die von der Motoreinheit 11 definiert wird, um die in den Spulen U, V, W erzeugten Induktionsspannungen zu berechnen. Dann schätzt der Positionsschätzer 32 die Position Hm auf Grundlage der Induktionsspannung. Ferner schätzt der Positionsschätzer 32 eine Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 auf Grundlage der Induktionsspannung.
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Der Subtraktor 33 berechnet eine Differenz ΔFm zwischen der Drehgeschwindigkeit Fm, die von dem Positionsschätzer 32 geschätzt wurde, und einem Drehgeschwindigkeitsbefehlswert FmRef. Die Steuerung 30 empfängt den Drehgeschwindigkeitsbefehlswert FmRef von einer externen Vorrichtung. Die Steuerung 30 empfängt den Drehgeschwindigkeitsbefehlswert FmRef beispielsweise von einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug.
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Die Geschwindigkeitssteuerung 34 verwendet die Differenz ΔFm, um den d-Achsen-Strom-Befehlswert IdRef und den q-Achsen-Strom-Befehlswert IqRef zu berechnen. Zum Beispiel verwendet die Geschwindigkeitssteuerung 34 eine rückgekoppelte Regelung, um den d-Achsen-Strom-Befehlswert IdRef und den q-Achsen-Strom-Befehlswert IqRef so zu berechnen, dass die Differenz ΔFm gegen Null konvergiert. Die rückgekoppelte Regelung ist zum Beispiel eine proportional-integrale Regelung.
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Der Subtraktor 35 berechnet eine Differenz ΔId zwischen dem d-Achsen-Strom-Befehlswert IdRef und dem d-Achsen-Strom Id. Der Subtraktor 36 berechnet eine Differenz ΔIq zwischen dem q-Achsen-Strom-Befehlswert IqRef und dem q-Achsen-Strom Iq.
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Die Stromsteuerung 37 verwendet die Differenz ΔId, um den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd zu berechnen. Die Stromsteuerung 37 verwendet die Differenz ΔIq, um den q-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vq zu berechnen. Die Stromsteuerung 37berechnet den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vq unter Verwendung zum Beispiel einer rückgekoppelten Regelung, so dass die Differenz ΔId und die Differenz ΔIq gegen Null konvergieren. Die rückgekoppelte Regelung ist zum Beispiel eine proportional-integrale Regelung.
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Die PWM-Steuerung 38 wandelt den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vq in einen u-Phase-Spannung-Befehlswert Vu, einen v-Phase-Spannung-Befehlswert Vv und einen w-Phase-Spannung-Befehlswert Vw auf Grundlage der Position Hm des Rotors 12, die von dem Positionsschätzer 32 geschätzt wurde, und der Eingangsspannung Vi um. Zum Beispiel wandelt die PWM-Steuerung 38 den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vq aus dem dq-Koordinatensystem in Spannung-Befehlswerte Vα, Vβ in einem αβ-Koordinatensystem um. Die PWM-Steuerung 38 wandelt die Zweiphasen-Spannung-Befehlswerte Vα, Vβ in Dreiphasen-Spannung-Befehlswerte Vu, Vv, Vw um. Die PWM-Steuerung 38 kann den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vq direkt in die Spannung-Befehlswerte Vu, Vv, Vw umwandeln, ohne sie in die Spannung-Befehlswerte Vα, Vβ umzuwandeln.
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Die Spannung-Befehlswerte Vu, Vv, Vw werden verwendet, um die Wechselrichtereinheit 21 zu steuern. Insbesondere erzeugt die PWM-Steuerung 38 ein PWM-Signal auf Grundlage der Spannung-Befehlswerte Vu, Vv, Vw und einer Trägerfrequenz, und steuert die Schaltelemente Q1 bis Q6 unter Verwendung des PWM-Signals.
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Positionsschätzung unter Verwendung von Oberwellenüberlagerungsmodus
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Die Funktion der Steuerung 30 in dem Fall eines Durchführens einer Positionsschätzung unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus wird nun beschrieben.
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Wie in 2 gezeigt, weist die Steuerung 30 den Stromkoordinatenwandler 31, den Positionsschätzer 32, die Subtraktoren 33, 35, 36, die Geschwindigkeitssteuerung 34, die Stromsteuerung 37, die PWM-Steuerung 38, eine Oberwelle-Überlagerungseinheit 41, einen Addierer 42 und einen Bandstoppfilter 43 auf. Der Stromkoordinatenwandler 31, die Subtraktoren 33, 35, 36, die Geschwindigkeitssteuerung 34, die Stromsteuerung 37 und die PWM-Steuerung 38 haben die gleichen Funktionen wie die in dem Fall des Induktionsspannungsmodus und werden daher nicht beschrieben.
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Die Oberwelle-Überlagerungseinheit 41 erzeugt eine Oberwelle Vh. Die Oberwelle Vh ist definiert durch Va*cos2πft. Hierbei ist Va die Amplitude der Oberwelle Vh, und f ist die Frequenz der Oberwelle Vh. Die Frequenz f ist zum Beispiel eine Frequenz, die nicht von der Drehung der Motoreinheit 11 abhängt.
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Der Addierer 42 addiert die Oberwelle Vh, die von der Oberwelle-Überlagerungseinheit 41 erzeugt wurde, zu dem d-Achse-Spannnung-Befehlswert Vd. Dies verursacht die Oberwelle Vh auf den d-Achse-Spannnung-Befehlswert Vd überlagert zu sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform überlagert die Steuerung 30 die Oberwelle Vh nur auf den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd in dem Oberwellenüberlagerungsmodus. Die Steuerung 30 kann den Positionsschätzer 32 veranlassen, die Position des Rotors 12 durch ein Überlagern der Oberwelle Vh auf den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vq zu schätzen. Stattdessen kann die Steuerung 30 den Positionsschätzer 32 veranlassen, die Position des Rotors 12 durch ein Überlagern der Oberwelle Vh auf den d-Achsen-Strom-Befehlswert IdRef und den q-Achsen-Strom-Befehlswert IqRef zu schätzen. Alternativ kann die Steuerung 30 den Positionsschätzer 32 veranlassen, die Position des Rotors 12 durch ein Überlagern der Oberwelle Vh nur auf die Dreiphasen-Spannung-Befehlswerte Vu, Vv, Vw zu schätzen.
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Der Bandstoppfilter 43 entfernt Frequenzkomponenten in einem bestimmten Band aus dem d-Achsen-Strom Id und dem q-Achsen-Strom Iq. Wenn die Oberwelle-Überlagerungseinheit 41 die Oberwelle Vh auf den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd überlagert, ist eine Frequenzkomponente der Oberwelle Vh in dem d-Achsen-Strom Id und in dem q-Achsen-Strom Iq enthalten. Der Bandstoppfilter 43 entfernt diese Frequenzkomponente.
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Der Positionsschätzer 32 schätzt die Position Hm des Rotors 12 und die Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 aus dem q-Achsen-Strom Iq, der von dem Stromkoordinatenwandler 31 berechnet wird. Wenn die Oberwelle Vh auf den d-Achsen-Spannungs-Befehlswert Vd überlagert wird, weist der q-Achsen-Strom Iq eine Strom-Oberwelle auf, die auf der Oberwelle Vh basiert. Der Positionsschätzer 32 schätzt die Position Hm des Rotors 12 und die Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 aus der Strom-Oberwelle, die in dem q-Achsen-Strom Iq enthalten ist, und aus einem Ausdruck-Modell der Motoreinheit 11. Zum Beispiel berechnet der Positionsschätzer 32 aus der Strom-Oberwelle einen Achsfehler Δθc. Der Achsfehler Δθc ist die Differenz zwischen einer aktuellen Position Hm des Rotors 12 und der Position Hm des Rotors 12, die von der Steuerung 30 erkannt wird. Der Positionsschätzer 32 schätzt die Position Hm des Rotors 12 und die Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 so, dass der Achsfehler Δθc Null wird.
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Steuerung durchgeführt von Steuerung und Betätigung von vorliegender Ausführungsform
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Die Steuerung 30 schaltet zwischen der Positionsschätzung unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus und der Positionsschätzung unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus um, indem sie die folgende Steuerung durchführt. Die folgende Steuerung wird während eines Antreibens der Motoreinheit 11 in einem vorbestimmten Steuerungszyklus wiederholt ausgeführt.
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Wie in 3 gezeigt, bestimmt die Steuerung 30 in Schritt S1, ob die Eingabespannung Vi höher als ein vorbestimmter Spannungsschwellenwert ist. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S1 positiv ist, führt die Steuerung 30 den Prozess von Schritt S2 durch. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S1 negativ ist, führt die Steuerung 30 den Prozess von Schritt S4 durch.
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In Schritt S2 bestimmt die Steuerung 30, ob der Motorstrom kleiner als ein vorbestimmter Stromschwellenwert ist. Der Motorstrom entspricht den Phasenströmen lu, Iv, Iw. Genau genommen, hat der Motorstrom die Effektivwerte der Phasenströme Iu, Iv, Iw. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S2 positiv ist, führt die Steuerung 30 den Prozess von Schritt S3 durch. Wenn das Bestimmungsergebnis von Schritt S2 negativ ist, führt die Steuerung 30 den Prozess von Schritt S4 durch.
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Eine Bedingung, in der die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 höher ist als der vorbestimmte Spannungsschwellenwert und der Motorstrom niedriger ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert, wird als eine spezifische Bedingung definiert. Wenn die Bestimmung in Schritt S1 und die Bestimmung in Schritt S2 positiv sind, ist die spezifische Bedingung erfüllt. Wenn eine oder beide der Bestimmung in Schritt S1 und der Bestimmung in Schritt S2 negativ sind, ist die spezifische Bedingung nicht erfüllt. Wenn die spezifische Bedingung nicht erfüllt ist, ist die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 kleiner als oder gleich dem Spannungsschwellenwert oder der Motorstrom ist größer oder gleich dem Stromschwellenwert.
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In dem Fall eines Schätzens der Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus, nimmt die Positionsschätzungsgenauigkeit ab, wenn die Eingabespannung Vi relativ hoch ist und der Motorstrom relativ niedrig ist. Der Spannungsschwellenwert und der Stromschwellenwert werden auf Grundlage der Eingabespannung Vi, die erhalten wird, wenn eine Abnahme in der Positionsschätzungsgenauigkeit einen zulässigen Bereich überschreitet, und eines Motorstroms, der erhalten wird, wenn eine Abnahme der Positionsschätzungsgenauigkeit einen zulässigen Bereich überschreitet, festgelegt. Das heißt, wenn die Abnahme in der Positionsschätzungsgenauigkeit des Induktionsspannungsmodus den zulässigen Bereich überschreitet, werden der Spannungsschwellenwert und der Stromschwellenwert so eingestellt, dass die Positionsschätzung unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus durchgeführt wird.
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In Schritt S3 verwendet die Steuerung 30 den Oberwellenüberlagerungsmodus, um die Position Hm des Rotors 12 zu schätzen. Ferner verwendet die Steuerung 30 den Oberwellenüberlagerungsmodus, um die Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 zu schätzen. Auf diese Weise verwendet die Steuerung 30 den Oberwellenüberlagerungsmodus, um die Position Hm des Rotors 12 und die Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 zu schätzen, wenn die spezifische Bedingung erfüllt ist. Wenn die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 höher als der vorbestimmte Spannungsschwellenwert und der Motorstrom niedriger als der vorbestimmte Stromschwellenwert ist, schaltet die Steuerung 30 den Modus eines Positionsschätzens um, so dass der Positionsschätzer 32 die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus schätzt.
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In Schritt S4 verwendet die Steuerung 30 den Induktionsspannungsmodus, um die Position Hm des Rotors 12 zu schätzen. Die Steuerung 30 verwendet den Induktionsspannungsmodus, um die die Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 zu schätzen. Auf diese Weise verwendet die Steuerung 30 den Induktionsspannungsmodus, um die Position Hm des Rotors 12 und die Drehgeschwindigkeit Fm des Rotors 12 zu schätzen, wenn die spezifische Bedingung nicht erfüllt ist. Wenn die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 kleiner als oder gleich dem Spannungsschwellenwert ist oder wenn der Motorstrom größer oder gleich dem Stromschwellenwert ist, schaltet die Steuerung 30 den Modus eines Positionsschätzens um, so dass der Positionsschätzer 32 die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus schätzt.
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Wie in 4 gezeigt, wird eine Hysterese für den Spannungsschwellenwert eingestellt. Der Spannungsschwellenwert weist einen ersten Spannungsschaltwert und einen zweiten Spannungsschaltwert auf. Der zweite Spannungsschaltwert ist kleiner als der erste Spannungsschaltwert. Der erste Spannungsschaltwert ist ein erster Spannungsschwellenwert. Der zweite Spannungsschaltwert ist ein zweiter Spannungsschwellenwert. Der erste Spannungsschaltwert ist der Spannungsschwellenwert für die Steuerung 30, um die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus zu schätzen. Der zweite Spannungsschaltwert ist der Spannungsschwellenwert für die Steuerung 30, um die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus zu schätzen. Die Steuerung 30 verwendet den ersten Spannungsschwellenwert, um von dem Induktionsspannungsmodus zu dem Oberwellenüberlagerungsmodus umzuschalten. Die Steuerung 30 verwendet den zweiten Spannungsschwellenwert, um von dem Oberwellenüberlagerungsmodus zu dem Induktionsspannungsmodus umzuschalten.
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Wie in 5 gezeigt, wird eine Hysterese für den Stromschwellenwert eingestellt. Der Stromschwellenwert weist einen ersten Stromschaltwert und einen zweiten Stromschaltwert auf. Der zweite Stromschaltwert ist kleiner als der erste Stromschaltwert. Der erste Stromschaltwert ist ein erster Stromschwellenwert. Der zweite Stromschaltwert ist ein zweiter Stromschwellenwert. Der erste Stromschaltwert ist der Stromschwellenwert für die Steuerung 30, um die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus zu schätzen. Der zweite Stromschaltwert ist der Stromschwellenwert für die Steuerung 30, um die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus zu schätzen. Die Steuerung 30 verwendet den ersten Stromschwellenwert, um von dem Oberwellenüberlagerungsmodus zu dem Induktionsspannungsmodus umzuschalten. Die Steuerung 30 verwendet den zweiten Stromschwellenwert, um von dem Induktionsspannungsmodus zu dem Oberwellenüberlagerungsmodus umzuschalten.
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Vorteile der vorliegenden Ausführungsform
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- (1) Wenn die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 höher ist als der vorbestimmte Spannungsschwellenwert und der Motorstrom niedriger ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert, veranlasst die Steuerung 30 den Positionsschätzer 32, die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus zu schätzen. Der Oberwellenüberlagerungsmodus verringert weniger wahrscheinlich die Genauigkeit eines Schätzens der Position Hm des Rotors 12 als der Induktionsspannungsmodus, selbst wenn die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 höher ist als der vorbestimmte Spannungsschwellenwert und der Motorstrom niedriger ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert. Wenn die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 höher ist als der vorbestimmter Spannungsschwellenwert und der Motorstrom niedriger ist als der vorbestimmter Stromschwellenwert, beseitigt das Verwenden des Oberwellenüberlagerungsmodus die Notwendigkeit, eine Abnahme in dem Motorstrom zu begrenzen und begrenzt damit eine Erhöhung in dem Verlust der Motoreinheit 11.
- (2) Wenn die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 kleiner als oder gleich dem Spannungsschwellenwert ist oder wenn der Motorstrom größer oder gleich dem Stromschwellenwert ist, veranlasst die Steuerung 30 den Positionsschätzer 32, die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus zu schätzen. In dem Oberwellenüberlagerungsmodus kann die Überlagerung der Oberwelle Vh die Geräuschlosigkeit der Motoreinheit 11 verschlechtern. Wenn die Eingabespannung Vi zu der Wechselrichtereinheit 21 kleiner als oder gleich dem Spannungsschwellenwert ist oder wenn der Motorstrom größer oder gleich dem Stromschwellenwert ist, wird die Position Hm des Rotors 12 unter Verwendung des Induktionsspannungsmodus geschätzt. Dies begrenzt die Verschlechterung der Geräuschlosigkeit der Motoreinheit 11.
- (3) Für den Spannungsschwellenwert wird eine Hysterese eingestellt. Falls der Spannungsschwellenwert auf einen einzigen vorbestimmten Wert eingestellt werden würde, könnten der Oberwellenüberlagerungsmodus und der Induktionsspannungsmodus häufig gewechselt werden, wenn die Eingabespannung Vi um den Spannungsschwellenwert schwankt. Falls der Oberwellenüberlagerungsmodus und der Induktionsspannungsmodus häufig gewechselt werden, kann die Stabilität der Steuerung während des Schaltens beeinträchtigt werden. Durch ein Einstellen einer Hysterese für den Spannungsschwellenwert werden der Oberwellenüberlagerungsmodus und der Induktionsspannungsmodus weniger häufig gewechselt.
- (4) Für den Stromschwellenwert wird eine Hysterese eingestellt. Falls der Stromschwellenwert auf einen einzigen vorbestimmten Wert eingestellt werden würde, könnten der Oberwellenüberlagerungsmodus und der Induktionsspannungsmodus häufig gewechselt werden, wenn der Motorstrom um den Stromschwellenwert schwankt. Falls der Oberwellenüberlagerungsmodus und der Induktionsspannungsmodus häufig gewechselt werden, kann die Stabilität der Steuerung während des Schaltens beeinträchtigt werden. Durch ein Einstellen einer Hysterese für den Stromschwellenwert werden der Oberwellenüberlagerungsmodus und der Induktionsspannungsmodus weniger häufig gewechselt.
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Modifikationen
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Die vorliegende Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden. Die vorliegende Ausführungsform und die folgenden Modifikationen können kombiniert werden, solange die kombinierten Modifikationen technisch konsistent miteinander bleiben.
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Bei einem Schätzen der Position des Rotors 12 unter Verwendung des Oberwellenüberlagerungsmodus kann die Steuerung 30 die Oberwelle Vh auf jeden der Strom-Befehlswerte IdRef, IqRef überlagern.
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Eine Hysterese muss für den Stromschwellenwert nicht eingestellt werden.
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Eine Hysterese muss für den Spannungsschwellenwert nicht eingestellt werden.
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Wenn der Motorstrom geringer ist als der vorbestimmte Stromschwellenwert, hat die Motoreinheit 11 eine relativ niedrige Temperatur und die Drehgeschwindigkeit der Motoreinheit 11 ist relativ gering. Die Motoreinheit 11 kann einen Temperatursensor (nicht dargestellt) aufweisen, der die Temperatur der Motoreinheit 11 detektiert. Daher kann die Steuerung 30 bestimmen, dass der Motorstrom geringer ist als der Stromschwellenwert, wenn die Temperatur der Motoreinheit 11, die von dem Temperatursensor gemessen wird, niedriger ist als ein vorbestimmter Temperaturschwellenwert und die Drehgeschwindigkeit der Motoreinheit 11 geringer ist als ein vorbestimmter Drehgeschwindigkeitsschwellenwert. Der Temperaturschwellenwert und der Drehgeschwindigkeitsschwellenwert werden in Übereinstimmung mit dem Stromschwellenwert eingestellt. Der Temperaturschwellenwert und der Drehgeschwindigkeitsschwellenwert können so eingestellt werden, dass der Motorstrom geringer ist als der Stromschwellenwert, wenn die Temperatur der Motoreinheit 11 niedriger ist als der Temperaturschwellenwert und die Drehgeschwindigkeit der Motoreinheit 11 geringer ist als der Drehgeschwindigkeitsschwellenwert.
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Verschiedene Änderungen in Form und Einzelheiten können an den obigen Beispielen gemacht werden, ohne von dem Geist und Umfang der Ansprüche und ihrer Entsprechungen abzuweichen. Die Beispiele dienen nur der Beschreibung und nicht für Zwecke von Einschränkung. Beschreibungen von Merkmalen in jedem Beispiel sollen als auf ähnliche Merkmale oder Aspekte in anderen Beispielen anwendbar angesehen werden. Geeignete Ergebnisse können erzielt werden, wenn Abläufe in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und/oder wenn Komponenten in einem beschriebenen System, einer Architektur, einer Vorrichtung oder einer Schaltung anders kombiniert und/oder durch andere Komponenten oder deren Äquivalente ersetzt oder ergänzt werden. Der Umfang der Offenbarung wird nicht durch die detaillierte Beschreibung, sondern durch die Ansprüche und deren Entsprechungen definiert. Alle Variationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche und ihrer Entsprechungen sind in der Offenbarung enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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