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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Elektromotor-Betriebssteuervorrichtung zum Erfassen einer Position
eines Läufers
ohne Verwendung eines Sensors und ein Verfahren zum Steuern des
Elektromotors.
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In einem Synchronmotor wird elektrische
Energie der Reihe nach Wicklungen für jede Phase zugeführt, um
einen Läufer
mittels einer Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld, das von
den Wicklungen für
jede Phase erzeugt wird, und einem Magnetfeld zu drehen, das durch
einen Permanentmagneten bzw. Läufer
erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist in dem Synchronmotor eine genaue
Erfassung einer Läuferposition
bzw. eines elektrischen Winkels erforderlich, um einen Zeitpunkt
zu bestimmen, zu welchem eine elektrische Energie irgendeiner der
Wicklungen für
jede Phase zugeführt
wird. Eines der Verfahren eines Erfassens einer Läuferposition
verwendet eine gegenelektromotorische Spannung, die an Anschlüssen der
Wicklungen für
jede Phase erzeugt wird, um die Läuferposition zu erfassen, anstelle
einer Verwendung eines Sensors (siehe die Japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 07-177788).
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Jedoch verwendet das Erfassungsverfahren, das
in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 07-177788 offenbart
ist, die gegenelektromotorische Spannung, um einen elektrischen
Winkel zu erfassen, wenn ein Synchronmotor mit einer hohen Drehzahl
gedreht wird, verwendet aber eine Induktivitätsdifferenz zwischen den unterschiedlichen
Phasenwicklungen, um den elektrischen Winkel zu erfassen, wenn der
Synchronmotor mit einer niedrigen Drehzahl gedreht wird, da die
gegenelektromotorische Spannung verringert ist. Aufgrund dessen
ist das Erfassungsverfahren für
den elektrischen Winkel des Läufers
bei einer Zeit einer Drehung bei einer hohen Drehzahl und bei einer
Zeit einer Drehung bei einer niedrigen Drehzahl unterschiedlich
und deshalb ändert
sich eine Steuerbarkeit während
einer Drehung bei einer hohen Drehzahl und einer Drehung bei einer
niedrigen Dreh zahl.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Elektromotor-Betriebssteuervorrichtung und ein Steuerverfahren
für den
Elektromotor zu schaffen, welche imstande sind, eine Läuferposition durch
ein einziges Verfahren unberücksichtigt
der Drehzahl des Elektromotors zu erfassen.
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Hinsichtlich der Betriebssteuervorrichtung wird
diese Aufgabe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst und hinsichtlich
des Steuerverfahrens wird diese Aufgabe mit den in Anspruch 6 angegebenen
Maßnahmen
gelöst.
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Genauer gesagt betrifft ein erster
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Betriebssteuervorrichtung
zum Steuern eines Elektromotors, welcher einen Läufer unter Verwendung einer
Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld, das von einer Wicklung erzeugt
wird, und einem Magnetfeld dreht, das von einem Magneten erzeugt
wird. Die Betriebssteuervorrichtung beinhaltet: eine Positionserfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Position des Läufers auf der Grundlage einer
gegenelektromotorischen Spannung, die an einem Anschluß der Wicklung
erzeugt wird, eine Teilereinrichtung zum Teilen einer Spannung an
dem Anschluß der
Wicklung und zum Zuführen
einer Teilspannung zu der Positionserfassungseinrichtung, und eine Änderungseinrichtung
zum Ändern
eines Verhältnisses,
in welchem die Teilereinrichtung die Spannung teilt (hier im weiteren
Verlauf als "Teilspannungsverhältnis" bezeichnet) in Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Elektromotors.
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Die Betriebssteuervorrichtung des
Elektromotors verwendet die Teilereinrichtung, um die Spannung an
dem Anschluß der
Wicklung zu teilen. Weiterhin erfaßt in der Betriebssteuervorrichtung
die Positionserfassungseinrichtung die Position des Läufers auf
der Grundlage der Teilspannung der gegenelektromotorischen Spannung,
die an dem Anschluß der
Wicklung erzeugt wird, welche von der Teilereinrichtung geteilt
wird. Zu diesem Zweck verwendet die Betriebssteuervorrichtung die Änderungseinrichtung, um
das Teilspannungsverhältnis
zu verringern, wenn sich der Elektromotor mit einer hohen Drehzahl
dreht, und erhöht
das Teilspannungsverhältnis,
wenn sich der Elektromotor mit einer niedrigen Drehzahl dreht. Deshalb
ist die Betriebssteuervorrichtung imstande, die Teilspannung der
gegenelektromotorischen Spannung zu verringern, wenn sich der Motor
mit einer hohen Drehzahl dreht und das Teilspannungsverhältnis zu
erhöhen,
wenn sich der Elektromotor mit einer niedrigen Drehzahl dreht. Deshalb
ist die Betriebssteuervorrichtung verglichen mit dem Fall, in dem
ein Teilspannungsverhältnis
konstant ist, imstande, die Teilspannung der gegenelektromotorischen
Spannung zu verringern, die erzeugt wird, wenn sich der Motor mit
einer hohen Drehzahl dreht, und ebenso imstande die Teilspannung
der gegenelektromotorischen Spannung zu erhöhen, die erzeugt wird, wenn
sich der Motor mit einer niedrigen Drehzahl dreht. Als Ergebnis
ist es unberücksichtigt
der Drehzahl des Elektromotors möglich,
die Läuferposition
auf der Grundlage der gegenelektromotorischen Spannung zu erfassen.
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In der zuvor erwähnten Elektromotor-Betriebssteuervorrichtung
der vorliegenden Erfindung kann die Änderungseinrichtung derart
aufgebaut sein, daß das
Teilspannungsverhältnis,
das einer Drehung bei einer hohen Drehzahl entspricht, eingestellt
wird, wenn ein oberer Zweig, der mit einer Energieversorgung des
Elektromotors verbunden ist, erregt wird.
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In einer Treibervorrichtung für den Elektromotor
wird eine elektrische Energie den Wicklungen für jede Phase des Elektromotors
der Reihe nach mittels eines Erregens/Nicht-Erregens in einem oberen Zweig
und einem unteren Zweig zugeführt,
der für Wicklungen
für jede
Phase vorgesehen ist. In der Betriebssteuervorrichtung ändert die Änderungseinrichtung
das Teilspannungsverhältnis,
das der Drehung bei einer hohen Drehzahl entspricht, um die Teilspannung
zu verringern, wenn der obere Zweig der Treibervorrichtung erregt
wird. Daher überschreitet
die Teilspannung, die der Positionserfassungseinrichtung zugeführt wird,
keine maximal zulässige
Spannung der Positionserfassungseinrichtung.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors
unter Verwendung einer Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld,
das von einer Wicklung erzeugt wird, und einem Magnetfeld, das von
einem Magneten erzeugt wird, um einen Läufer zu drehen. Diese Verfahren
beinhaltet die Schritte: Teilen einer gegenelektro motorischen Spannung,
die an einem Anschluß der
Wicklung erzeugt wird, Ändern
eines Verhältnisses,
in welchem die gegenelektromotorische Spannung geteilt wird, in Übereinstimmung
mit einer Drehzahl des Elektromotors; und Erfassen einer Position
des Läufers
auf der Grundlage der geteilten gegenelektromotorischen Spannung.
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Gemäß diesem Verfahren ist es verglichen mit
dem Fall, in dem ein Teilspannungsverhältnis konstant ist, möglich, eine
Teilspannung der gegenelektromotorischen Spannung zu verringern,
die erzeugt wird, wenn sich der Motor mit einer hohen Drehzahl dreht,
und ebenso möglich,
die Teilspannung der gegenelektromotorischen Spannung zu erhöhen, die
erzeugt wird, wenn sich der Motor mit einer niedrigen Drehzahl dreht.
Als Ergebnis ist es unberücksichtigt
der Drehzahl des Elektromotors möglich,
die Läuferposition
auf der Grundlage der gegenelektromotorischen Spannung zu erfassen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild eines Turboladersystems mit einem Elektromotor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Blockschaltbild eines Invertierers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 Wellenformen
von Steuersignalen in einem Steuervorrichtungs-IC und Wellenformen
einer Erregung/Nicht-Erregung von Wicklungen für jede Phase des Elektromotors
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Abbildung eines Verstärkungsfaktors,
der bezüglich
einer VCO-Frequenz in einer in 1 gezeigten
AGC eingestellt wird;
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5A eine
Wellenform einer zeitlichen Änderung
einer Teilspannung bei einer Anschlußspannung der Wicklung des
Elektromotors, wenn ein Teilspannungsverhältnis in Übereinstimmung mit der Drehzahl
gesteuert wird;
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5B eine
Wellenform einer zeitlichen Änderung
der Teilspannung bei der Anschlußspannung der Wicklung des
Elektromotors während
einer Drehung bei einer niedrigen Drehzahl, wenn das Teilspannungsverhältnis nicht
in Übereinstimmung
mit der Drehzahl gesteuert wird;
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5C eine
Wellenform einer zeitlichen Änderung
der Teilspannung bei der Anschlußspannung der Wicklung des
Elektromotors während
einer Drehung bei einer hohen Drehzahl, wenn das Teilspannungsverhältnis nicht
in Übereinstimmung
mit der Drehzahl gesteuert wird; und
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6 ein
Blockschaltbild eines Turboladersystems mit einem Elektromotor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Nachstehend erfolgt die Beschreibung
eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine Läuferposition in dem gesamten
Drehbereich des Elektromotors auf der Grundlage einer gegenelektromotorischen
Spannung erfaßt,
die an Anschlüssen
von Wicklungen erzeugt wird, und deshalb werden Änderungen einer Teilspannung
von der gegenelektromotorischen Spannung klein. Aus diesem Grund ändert das
erste Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Elektromotors die Teilspannungsverhältnisse,
die verwendet werden, wenn eine Anschlußspannung der Wicklung unter
Verwendung der Teilspannung erfaßt wird.
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Die Betriebssteuervorrichtung des
ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung wird als eine Betriebssteuervorrichtung
für einen Elektromotor
angewendet, der in einem Turboladersystem enthalten ist, das in ein
Fahrzeug eingebaut ist. Zwei Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden hier im weiteren Verlauf beschrieben. Verfahren
von diesen zum Ändern
der Teilspannungsverhältnisse
sind: das erste Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ändert
die Teilspannungsverhältnisse
(Verstärkungsfaktoren)
kontinuierlich und das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ändert
die Teilspannungsverhältnisse
in zwei Stufen.
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Die folgende Beschreibung betrifft
das erste Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und die Struktur eines Turboladersystems 1 mit
einem Elektromotor wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5C beschrieben.
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Das Turboladersystem 1 ist
in ein Fahrzeug eingebaut und betreibt einen Turbolader 2 zum Überladen
eines Ansaugluftflusses eines Motors (nicht gezeigt). Zum Verbessern
des Anstiegs eines Überladedrucks
in dem Bereich einer niedrigen Drehzahl verwendet das Turboladersystem 1 einen
Elektromotor 3, um eine Turbine zwangsweise anzutreiben,
um einen erwünschten Überladedruck
zu erzielen. Weiterhin wirkt in dem Turboladersystem 1 der
Elektromotor 3 als ein Generator, um eine Batterie 4 bei
einer Verzögerung
des Fahrzeugs oder dergleichen zu laden. Demgemäß beinhaltet das Turboladersystem 1 den
Turbolader 2, den Elektromotor 3, die Batterie 4,
einen Invertierer 5, der als eine Treibervorrichtung für den Elektromotor 3 dient,
und eine Betriebssteuervorrichtung 6.
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Der Turbolader 2 verwendet
Abgasenergie von dem Motor, um den Überladedruck zu erhöhen. Der
Turbolader 2 weist ein Turbinenrad 2a, das an
einer Seite eines Auslaßdurchgangs
des Motors angeordnet ist, und ein Kompressorrad 2b auf,
das an einer Seite eines Einlaßdurchgangs
angeordnet ist, und die Räder 2a und 2b sind
durch eine Welle 2c verbunden. Ein Läufer (nicht gezeigt), welcher
ein Element des Elektromotors 3 ist, ist an einem Mittenabschnitt
der Welle 2c befestigt.
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Der Elektromotor 3 ist ein
synchroner dreiphasiger Wechselstrom- bzw. AC-Motor mit einem Permanentmagnet,
um den Überladedruck
in dem Turbolader 2 zu unterstützen und ebenso die Batterie 4 in
einem regenerativen Betrieb zu laden. Der Elektromotor 3 weist
einen Ständer
(nicht gezeigt) auf, der um den als eine Dreheinrichtung dienenden
Läufer
angeordnet ist. Ein Permanentmagnet ist in dem Läufer vorgesehen. Der Ständer besteht
aus einer Mehrzahl von geschichteten Stahlplatten und weist Wicklungen
auf, die darauf gewickelt sind. Der Ständer ist an einem Gehäuse des
Turboladers 2 befestigt. Die Wicklungen sind eine U-Phasen-Wicklung 3a,
eine V-Phasen-Wicklung 3b und
eine W-Phasen-Wicklung 3c (siehe 2). Der Elektromotor 3 weist
den Läufer
und den Ständer
als Hauptelemente auf und ist in das Gehäuse des Turboladers 2 eingebaut,
wobei die Welle 2c als die Abtriebswelle dient. In dem
Elektromotor 3 wird nach einem aufeinanderfolgenden Zuführen von
elektrischer Energie zu der U-Phasen-Wicklung 3a, der V-Phasen-Wicklung 3b und
der W-Phasen-Wicklung 3c ein Magnetfeld nach dem anderen
erzeugt. Das Magnetfeld, das in der U-Phase, der V-Phase und der
W-Phase eines nach dem anderen erzeugt wird, steht derart mit einem Magnetfeld
des Permanentmagneten des Läufers
in einer Wechselwirkung, daß sich
der Läufer
dreht. In dieser Hinsicht dreht sich der Elektromotor 3 bis
zu einer hohen Drehzahl in der Größenordnung von 200.000 1/min.
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Der Invertieren 5 führt den
Wicklungen 3a, 3b und 3c des Elektromotors 3 auf
der Grundlage von Gatesignalen Ga bis Gf, die von der Betriebssteuervorrichtung 6 zugeführt werden,
elektrische Energie zu. Zu diesem Zweck weist der Invertieren 5 sechs
FETs bzw. Feldeffekttransistoren 5a bis 5f (siehe 2) auf, und ist über einen
DC/DC-Wandler bzw. Gleichspannungswandler (nicht gezeigt) mit der Batterie 4 verbunden.
Der Invertierer 5 weist einen oberen Zweig und einen unteren
Zweig auf, die für jede
der Wicklungen 3a, 3b und 3c des Elektromotors 3 vorgesehen
sind. Für
die U-Phasen-Wicklung 3a ist
der FET 5a auf dem oberen Zweig vorgesehen und ist der
FET 5d auf dem unteren Zweig vorgesehen. Auf eine ähnliche
Weise sind für
die V-Phasen-Wicklung 3b, der FET 5b und der FET 5e auf dem
oberen Zweig bzw. dem unteren Zweig vorgesehen und sind für die W-Phasen-Wicklung 3c der
FET 5c und der FET 5f auf dem oberen Zweig bzw.
dem unteren Zweig vorgesehen.
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Als ein Beispiel des Zuführens von
elektrischer Energie von dem Invertieren 5 beschreiben
die folgenden Ausführungen
das Zuführen
von elektrischer Energie zu der U-Phasen-Wicklung 3a. Der FET 5a des
oberen Zweigs schaltet sich auf der Grundlage des Gatesignals ein
oder aus. Ge nauer gesagt schaltet sich der FET 5a ein,
wenn das Gatesignal Ga "1 " ist, um eine Energieversorgungsspannung
(12V) an die Wicklung 3a anzulegen, und schaltet
sich der FET 5a aus, wenn das Gatesignal GA "0" ist (siehe 3). Andererseits schaltet sich der FET 5d des
unteren Zweigs auf der Grundlage des Gatesignals Gd ein oder aus.
Genauer gesagt schaltet sich der FET 5d ein, wenn das Gatesignal
Gd "1" ist, so daß über den
FET 5d Masse (0V) mit der Wicklung 3a verbunden
ist, und schaltet sich der FET 5d aus, wenn das Gatesignal
Gd "0" ist (siehe 3).
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Die Betriebssteuervorrichtung 6 ist
eine Vorrichtung zum Steuern des Antriebs des Elektromotors 3.
Die Betriebssteuervorrichtung 6 bestimmt eine Soll-Drehzahl
des Elektromotors 3 auf der Grundlage eines Anweisungswerts,
der von einer Motor-ECU bzw. elektronischen Steuereinheit für den Motor (nicht
gezeigt) gesendet wird und einen Unterstützungsbetrag darstellt, der
von dem Elektromotor 3 geleistet wird, und gibt die Gatesignale
Ga bis Gf zu dem Invertieren 5 aus. Zu diesem Zweck erfaßt die Betriebssteuervorrichtung 6 eine
Läuferposition
(einen elektrischen Winkel) des Elektromotors 3, um den Zeitpunkt
zu bestimmen, zu welchem elektrische Energie irgendeiner der drei
Wicklungen 3a bis 3c des Elektromotors 3 zugeführt wird.
Weiterhin ändert die
Betriebssteuervorrichtung 6 für das Erfassen der Läuferposition
des Elektromotors 3 unberücksichtigt der Drehzahl des
Elektromotors 3 kontinuierlich den Unterstützungsbetrag
in Obereinstimmung mit der Drehzahl des Elektromotors 3,
um eine Teilspannung der Anschlußspannung der Wicklung 3a, 3b oder 3c des
Elektromotors 3 zu erzielen. Zu diesem Zweck beinhaltet
die Betriebssteuervorrichtung 6 ein Steuervorrichtungs-IC
bzw. eine als eine Steuervorrichtung dienende integrierte Schaltung 6a,
eine Positionserfassungsschaltung 6b, die als eine Positionserfassungseinrichtung
dient, und AGCs bzw. automatische Verstärkungsfaktorregelungen 6c,
die als eine Teilereinrichtung und ebenso als eine Änderungseinrichtung
dienen.
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Das Steuervorrichtungs-IC 6a bestimmt
eine Frequenz eines VCO bzw. spannungsgesteuerten Oszillators (die
der Drehzahl des Elektromotors 3 entspricht) auf der Grundlage
des Anweisungswerts aus der Motor-ECU, der den Unterstützungsbetrag darstellt,
der von dem Elektromotor 3 geleistet wird. Weiterhin stellt
das Steuervorrichtungs-IC 6a eine Anstiegsflanke von jedem
Puls des VCO auf der Grundlage einer Information bezüglich der
Läuferposition
des Elektromotors 3 ein, die von der Positionserfassungsschaltung 6d erfaßt wird
und erzeugt ein VCO-Signal. Die VCO-Signal ist ein Pulssignal von eins
(Energieversorgungsspannung des Steuervorrichtungs-IC 6a) oder
null (Massespannung) und wird weist sechs Perioden pro Drehung des
Elektromotors 3 auf (siehe 3).
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Das Steuervorrichtungs-IC 6a erzeugt
weiterhin die sechs Gatesignale Ga bis Gf auf der Grundlage des
VCO-Signals und der Information bezüglich der Läuferposition des Elektromotors 3,
die von der Positionserfassungsschaltung 6b erfaßt wird (siehe 3). Die Gatesignale Ga bis
Gf sind Signale zum Einschalten oder Ausschalten der entsprechenden
FETs 5a bis 5f des Invertierers 5, wobei
jedes ein Pulssignal von eins (Energieversorgungsspannung des Steuervorrichtungs-IC 6a)
oder null (Massespannung) ist. Jedes der Gatesignale Ga bis Gf ist
für zwei
der sechs Perioden des VCO-Signals "1" (was
120 Grad der Phase des Elektromotors 3 entspricht) und
ist für
die verbleibenden vier Perioden "0". Die zwei Perioden,
in welchen jedes der Gattersignale Ga bis Gf "1" ist,
sind eine nach der anderen zwischen der U-Phase, V-Phase und W-Phase
verschoben. Bezüglich
der Beziehung zwischen dem oberen Zweig und dem unteren Zweig der
gleichen Phase wird ein Gatesignal für den unteren Zweig "1" nachdem eine einzige Periode verstrichen
ist, die den zwei Perioden nachfolgt, in welchem ein Gattersignal für den oberen
Zweig "1" ist.
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Die Positionserfassungsschaltung 6b ist
in das Steuervorrichtungs-IC 6a eingebaut und erzielt eine
Teilspannung der Anschlußspannung
von den Wicklungen 3a, 3b und 3c von
jedem der entsprechenden AGCs 6c. Eine Teilspannungswelle
VW, die eine zeitliche Änderung
einer Teilspannung darstellt, ist in 5A gezeigt.
Ein Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs entspricht dem Bereich,
in welchem das Gatesignal für
den oberen Zweig "1" ist. Ein Erregungsbereich
VWb des unteren Zweigs entspricht dem Bereich, in welchem das Gatesignal
für den
unteren Zweig "1" ist. Weiterhin entspricht
ein Nicht-Erregungsbereich VWc dem Bereich, in welchem beide der
Gatesignale für
den oberen Zweig und den unteren Zweig "0" sind
(siehe 5A). In dem Erregungsbereich
VWa des oberen Zweigs wird eine Teilspannung der Energieversorgungsspannung
des Invertierers 5 zu der Positi onserfassungsschaltung 6b ausgegeben.
In dem Erregungsbereich VWb des unteren Zweigs wird die Massespannung
als eine Teilspannung zu der Positionserfassungsschaltung 6b ausgegeben.
In dem Nicht-Erregungsbereich VWc wird eine Teilspannung der Spannung
(gegenelektromotorischen Spannung), die in Übereinstimmung mit der Drehzahl
des Elektromotors 3 erzeugt wird, zu der Positionserfassungsschaltung 6b ausgegeben, da
keine elektrische Energie von dem oberen Zweig und dem unteren Zweig
zugeführt
wird. Der Nicht-Erregungsbereich VWc ist einer nach dem anderen
zwischen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase verschoben. Die
zeitliche Änderung
von diesen ist als Erregungs/Nicht-Erregungswellenformen NEa, NEb und
NEc dargestellt (siehe 3).
Die gegenelektromotorische Spannung wird höher, wenn die Drehzahl des
Elektromotors 3 höher
wird. Weiterhin wird die gegenelektromotorische Spannung niedriger,
wenn die Drehzahl des Elektromotors 3 niedriger wird.
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Die Teilspannung ändert sich lediglich in dem Nicht-Erregungsbereich
VWc mit der Zeit. Die Spannungsänderung
ist eine periodische Änderung
und kann durch eine Sinuswelle SW1 dargestellt werden (siehe 5A). In dem Fall eines konstanten
Teilspannungsverhältnisses
wird eine Amplitude einer Sinuswelle SW2 klein, da sich die gegenelektromotorische
Spannung verringert, wenn der Elektromotor 3 mit einer
niedrigen Drehzahl gedreht wird (siehe 5B), wohingegen eine Amplitude einer
Sinuswelle SW3 groß wird,
da sich die gegenelektromotorische Spannung erhöht, wenn der Elektromotor 3 mit einer
hohen Drehzahl gedreht wird (siehe 5C).
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Bezüglich des Elektromotors 3 ist
zu sagen, daß dann,
wenn eine Spitze SWa der Amplitude der Sinuswelle SW1 mit einem
Mittelpunkt VWa1 des Erregungsbereichs VWa des oberen Zweigs der
Teilspannungswelle VW übereinstimmt
(das heißt,
wenn die Phase der Sinuswelle SW1 mit der Phase der Teilspannungswelle
VW1 übereinstimmt)
(siehe 5A) elektrische
Energie jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c mit
einem genauen Takt in Übereinstimmung
mit der Läuferposition
des Elektromotors 3 zugeführt wird. Aus diesem Grund
führt die
Betriebssteuervorrichtung 6 ein Steuern zum Bringen der Spitze
SWa und des Mittelpunkts VWa1 in Übereinstimmung durch.
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Für
dieses Steuern bestimmt die Positionserfassungsschaltung 6b die
zwei Flächen
eines Dreiecks T1 (diagonal schraffierte Fläche) und eines Dreiecks T2
(diagonal schraffierte Fläche),
welche in dem Nicht-Erregungsbereich VWc ausgebildet sind und von
der Teilspannungswelle VW und einer Mittellinie CL davon getrennt
werden. Dann berechnet die Positionserfassungsschaltung 6b eine
Differenz zwischen den zwei Flächen.
Die berechnete Flächendifferenz,
welche der Information bezüglich
der Läuferposition
des Elektromotors 3 entspricht, entsteht aufgrund der Tatsache,
daß der
Takt zum Zuführen
von elektrischer Energie zu jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c mit
der Läuferposition
des Elektromotors 3 versetzt ist. Daher ist der Takt zum
Zuführen
von elektrischer Energie zu jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c mit
der Läuferposition
des Elektromotors 3 nicht versetzt, wenn die Flächendifferenz
null ist. Es ist anzumerken, daß die
Flächendifferenz
mit einem positiven oder negativen Vorzeichen ausgedrückt wird,
der die Beziehung der Abmessung zwischen den Flächen des Dreiecks T1 und des
Dreiecks T2 darstellt.
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Wenn die Dreiecke T1 und T2 die gleiche Fläche aufweisen,
stimmen die Spitze SWa und der Mittelpunkt VWa1 miteinander überein.
Daher stellt das Steuereinrichtungs-IC 6a auf der Grundlage
der Amplitude und dem positiven/negativen Vorzeichen der Flächendifferenz,
die in der Positionserfassungsschaltung 6b berechnet werden,
einen Anstiegszeitpunkt für
jeden Puls des VCO-Signals derart ein, daß eine Flächendifferenz null erreicht.
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Die AGCs 6c sind jeweils
mit den Anschlüssen
der Wicklungen 3a, 3b und 3c verbunden
und teilen die Spannung an jedem Anschluß in Übereinstimmung mit dem Verstärkungsfaktor.
Jede der AGCs 6c empfängt
das VCO-Signal von dem Steuervorrichtungs-IC 6a und ändert den
Verstärkungsfaktor
(das Teilspannungsverhältnis)
in Übereinstimmung
mit der VCO-Frequenz
(das heißt
der Drehzahl des Elektromotors 3) in den anderen Bereichen
als dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs. Auf der Grundlage
der Abbildung MP, die mittels eines Experiments oder dergleichen
voreingestellt wird (siehe 4)
wird, je höher
die VCO-Frequenz ist, desto kleiner der Wert des ausgewählten Verstärkungsfaktors.
Daher verringert jede der AGCs 6c den Verstärkungsfaktor,
wenn sich die Drehzahl des Elektromotors 3 erhöht, und
erhöht
den Verstärkungsfaktor, wenn
sich die Dreh zahl des Elektromotors 3 verringert. Deshalb
wird der Verstärkungsfaktor
auch dann, wenn die gegenelektromotorische Spannung, die an dem
Anschluß der
entsprechenden einen der Wicklungen 3a, 3b und 3c erzeugt
wird, hoch ist, kleiner, wenn sich der Elektromotor 3 mit
einer hohen Drehzahl dreht. Als Ergebnis wird die Teilspannung in
dem Nicht-Erregungsbereich VWc, die aus jeder der AGCs 6c ausgegeben
wird, keine hohe Spannung in Übereinstimmung
mit der gegenelektromotorischen Spannung. Andererseits wird die
Teilspannung in dem Nicht-Erregungsbereich VWc, die aus jeder der AGCs 6c ausgegeben
wird, auch dann, wenn eine gegenelektromotorische Spannung , die
an dem Anschluß der
entsprechenden einen der Wicklungen 3a, 3b und 3c erzeugt
wird, niedrig ist, wenn der Elektromotor 3 mit einer niedrigen
Drehzahl gedreht wird, keine niedrige Spannung, die der niedrigen
gegenelektromotorischen Spannung entspricht, da der Verstärkungsfaktor
erhöht
wird. Als Ergebnis erreicht die Teilspannung keine niedrige Spannung
in Übereinstimmung
mit der gegenelektromotorischen Spannung. Weiterhin ist die Teilspannung
in dem Erregungsbereich VWb des unteren Arms, die aus jeder der
AGC 6c ausgegeben wird, eine Massespannung (0V).
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Der in der Abbildung MP eingestellte
Verstärkungsfaktor
wird auf Werte eingestellt, um eine zweckmäßige Teilspannung derart vorzusehen,
daß eine Änderung
der Teilspannung in dem Nicht-Erregungsbereich VWc angemessen mit
der Auflösung des
Steuervorrichtungs-IC 6a erfaßt wird.
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Weiterhin empfangen die AGCs 6c die
Gatesignale Ga bis Gf. Auf der Grundlage der Gatesignale Ga bis
Gf ändern
die AGCs 6c, wenn der obere Zweig in dem Erregungsbereich
VWa ist (das heißt wenn
das Gatesignal für
den oberen Arm "1" ist), den Verstärkungsfaktor
zu einem konstanten Verstärkungsfaktor,
um nicht zuzulassen, daß die
Teilspannung, die in das Steuervorrichtungs-IC Ga eingegeben wird,
eine zulässige
Spannung des Steuervorrichtungs-IC 6a überschreitet. Daher ist in
dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs die Teilspannung der
Anschlußspannung
der Wicklung 3a, 3b oder 3c, die in das
Steuervorrichtungs-IC 6a eingegeben wird, die Spannung,
die von der Energieversorgungsspannung des Invertierers 5 mit
einem konstanten Verstärkungsfaktor
geteilt ist. Es ist anzumerken, daß in dem Erregungsbereich VWa
des oberen Zweigs die Spannung an dem Anschluß der Wicklung 3a, 3b oder 3c der
Energieversorgungsspannung des Invertierers 5 entspricht.
Demgemäß wird,
wenn der Verstärkungsfaktor
hoch ist, eine hohe Teilspannung ausgegeben, welche dann die zulässige Spannung
des Steuervorrichtungs-IC 6a überschreiten kann. Deshalb
verwenden die AGCs 6c, um zu verhindern, daß der Verstärkungsfaktor
auch dann hoch wird, wenn sich der Elektromotor 3 mit einer
niedrigen Drehzahl dreht, einen konstanten kleinen Verstärkungsfaktor
(der einem Verstärkungsfaktor
entspricht, der eingestellt ist, wenn sich der Motor 3 mit einer
hohen Drehzahl dreht) in dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs.
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Eine Funktionsweise des Turboladersystems 1,
wenn der Elektromotor 3 den Überladedruck des Turboladers 3 unterstützt, wird
unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
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Wenn ein Fahrzeug beschleunigt wird,
berechnet die Motor-ECU einen Überladedruck,
der für Unterstützen Fördern des
Elektromotors 3 erforderlich ist, auf der Grundlage eines
Ist-Überladedrucks des
Truboladers 2 und eines Soll-Überladedrucks gemäß der Beschleunigung
und sendet einen Anweisungswert für den Unterstützungsbetrag
zu der Betriebssteuervorrichtung 6.
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Das Steuervorrichtungs-IC 6a der
Betriebssteuervorrichtung 6 stellt auf der Grundlage des
Anweisungswerts aus der Motor-ECU eine VCO-Frequenz ein.
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Weiterhin erzielt die Positionserfassungsschaltung 6b der
Betriebssteuervorrichtung 6 die Teilspannung der Anschlußspannung
von jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c des
Elektromotors 3 aus den AGCs 6c. Jeder der AGCs 6c stellt
einen konstanten Verstärkungsfaktor
in dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs ein und stellt einen
Verstärkungsfaktor
in Übereinstimmung
mit der VCO-Frequenz in anderen Bereichen als dem Erregungsbereich
VWa des oberen Zweigs derart ein, daß ein Verstärkungsfaktor klein wird, wenn
die VCO-Frequenz hoch wird. Demgemäß empfängt die Positionserfassungsschaltung 6b unberücksichtigt
der Drehzahl des Elektromotors 3 eine Eingabe der Teilspannung, die
eine im allgemeinen konstante Amplitude einer Sinuswelle SW 1 erzeugt,
welche in Übereinstim mung
mit einer Änderung
der Teilspannung in dem Nicht-Erregungsbereich VWc der Teilspannungswelle
VW ausgebildet wird (siehe 5A).
Es ist anzumerken, daß in
dem Fall, in dem ein Verstärkungsfaktor
nicht in Übereinstimmung
mit der VCO-Frequenz eingestellt wird, eine Amplitude einer Sinuswelle SW2
verringert wird, wie es in 5B dargestellt
ist, wenn sich der Elektromotor 3 mit einer niedrigen Drehzahl
dreht, und eine Amplitude einer Sinuswelle S3 erhöht wird,
wie es in 5C dargestellt
ist, wenn sich der Elektromotor 3 mit einer hohen Drehzahl dreht.
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Die Positionserfassungsschaltung 6b bestimmt
die Flächen
der zwei Dreiecke T1 und T2, die in dem Nicht-Erregungsbereich VWc
ausgebildet sind, wie es in 5A dargestellt
ist, und berechnet zusätzlich
eine Differenz zwischen den zwei Flächen T1 und T2.
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Dann stellt das Steuervorrichtungs-IC 6a eine
Anstiegsflanke jedes Pulses von dem VCO-Signal derart ein, daß die Flächendifferenz
null wird, und erzeugt ein VCO-Signal, wie es in 3 dargestellt ist. Dann erzeugt das Steuervorrichtungs-IC 6a die sechs
Gatesignale Ga bis Gf, wie es in 3 dargestellt
ist, auf der Grundlage des VCO-Signals und sendet dann die Gatesignale
Ga bis Gf zu dem Invertieren 5.
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Auf der Grundlage der Gatesignale
Ga bis Gf erregt der Invertieren 5 die oberen Zweige in
der Reihenfolge der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase und erregt
ebenso die unteren Zweige in der Reihenfolge der U-Phase, V-Phase und
W-Phase, um der U-Phasen-Wicklung 3a, der V-Phasen-Wicklung 3b und
der W-Phasen-Wicklung 3c einer nach der anderen elektrische
Energie zuzuführen.
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Daraufhin wird in dem Elektromotor 3 ein
Magnetfeld nach dem anderen in der U-Phasen-Wicklung 3a,
der V-Phasen-Wicklung 3b und der W-Phasen-Wicklung 3c erzeugt.
Als Ergebnis wird der Läufer,
der mit dem Permantentmagnet versehen ist, mit einer Drehzahl in Übereinstimmung
mit der VCO-Frequenz gedreht. Die Drehung des Elektromotors 3 unterstützt den
Turbolader 2 mit sich erhöhendem Überladedruck.
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Mit der Betriebsartensteuervorrichtung 6 wird
der Verstärkungsfaktor des
AGC 6c in Übereinstimmung
mit einer VCO-Frequenz (der Drehzahl des Elektromotors 3)
geändert.
Dies ermöglicht
es, einen allgemein konstanten Bereich von Änderungen der Teilspannung
der gegenelektromotorischen Kraft, die in dem Nicht-Erregungsbereich
VWc erfaßt
wird, auch dann vorzusehen, wenn die Drehzahl des Elektromotors 3 geändert wird.
Aus diesem Grund kann die Betriebssteuervorrichtung 6 unberücksichtigt
der Drehzahl des Elektromotors 3 eine Information bezüglich der
Läuferposition
unter Verwendung der gegenelektromotorischen Spannung erfassen,
die an den Anschlüssen
der Wicklungen 3a, 3b und 3c des Elektromotors
erzeugt wird. Deshalb ist die Betriebssteuervorrichtung 6 imstande,
den Antrieb des Elektromotors 3 mittels des gleichen Steuerns
in dem gesamten Drehbereich von einer Drehung bei einer niedrigen
zu einer hohen Drehzahl des Elektromotors 3 reibungslos
zu steuern.
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Weiterhin stellt die Betriebssteuervorrichtung 6 in
dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs einen Verstärkungsfaktor
des AGC 6c auf einen konstanten kleinen Wert ein. Daher
wird die Teilspannung, die die zulässige Spannung des Steuervorrichtungs-IC 6a überschreitet,
nicht in das Steuervorrichtungs-IC 6a eingegeben.
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Nachstehend erfolgt die Beschreibung
eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Die Struktur eines Turboladersystems
mit einem Elektromotor wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben. 6 zeigt ein Blockschaltbild des Turboladersystems
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Turboladersystem unterscheidet sich
in der Struktur und in der Funktionsweise zum Ändern eines Teilpannungsverhältnisses
(eines Verstärkungsfaktors)
von dem Turboladersystem 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, ist aber bezüglich anderen Strukturen und
Funktionsweisen zu denjenigen in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung grundsätzlich ähnlich.
Es ist anzumerken, daß die
gleiche oder eine ähnliche
Struktur des Turboladersystems 11 wie die des Turboladersystems 1 mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet ist und die Beschreibung weggelassen
wird.
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Das Turboladersystem 11 beinhaltet
einen Turbolader 2, einen Elektromotor 3, eine
Batterie 4, einen Invertierer 5 und eine Betriebssteuervorrichtung 16.
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Die Betriebssteuervorrichtung 16 ist
eine Vorrichtung zum Steuern des Antriebs des Elektromotors 3.
Die Betriebssteuervorrichtung 16 bestimmt die Drehzahl
des Elektromotors 3 auf der Grundlage eines Anweisungswerts,
der von einer Motor-ECU gesendet wird und einen Unterstützungsbetrag
darstellt, der von dem Elektromotor 3 geleistet wird, und gibt
Gatesignale Ga bis Gf zu dem Invertieren 5 aus. Zu diesem
Zweck erfaßt
die Betriebssteuervorrichtung 16 eine Läuferposition (einen elektrischen
Winkel) des, Elektromotors 3, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu
welchem elektrische Energie irgendeiner der drei Wicklungen 3a bis 3c des
Elektromotors 3 zugeführt
wird. Weiterhin ändert
die Betriebssteuerschaltung 16 für das Erfassen der Läuferposition
des Elektromotors 3 unberücksichtigt der Drehzahl des Elektromotors 3 ein
Teilspannungsverhältnis
in Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Elektromotors 3 in zwei Stufen, um
eine Teilspannung der Anschlußspannung
der Wicklung 3a, 3b oder 3c des Elektromotors 3 zu
erzielen. Zu diesem Zweck beinhaltet die Betriebssteuervorrichtung 16 ein
Steuervorrichtungs-IC 16a, eine Positionserfassungsschaltung 16b,
die als eine Positionserfassungseinrichtung dient, Schaltwiderstände 16c und
Teilspannungswiderstände 16d,
die als die Teilereinrichtung dienen, und eine Schaltsteuerschaltung 16e,
die als die Änderungseinrichtung
dient.
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Das Steuervorrichtungs-IC 16a weist
im allgemeinen den gleichen Aufbau wie den des Steuervorrichtungs-IC 6a gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung auf und ist ebenso darin mit den Teilspannungswiderständen 16d versehen.
Jeder der Teilspannungswiderstände 16d weist
ein Ende auf, das mit jedem Schaltwiderstand 16c verbunden
ist, und das andere Ende ist mit Masse verbunden.
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Die Positionserfassungsschaltung 16b weist im
allgemeinen den gleichen Aufbau wie den der Positionserfassungsschaltung 6b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung auf. Jedoch erzielt die Schaltung 16b als
eine Teilspannung der Anschlußspannung
von jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c des
Elektromotors 3 eine Teilspannung unter Verwendung eines
Teilspannungsverhältnisses,
das von den Schaltwiderständen 16c und
Teilspannungswiderständen 16d erzeugt
wird. Die Positionserfassungsschaltung 16b ist mit Knotenpunkten
mit den Schaltwiderständen 16c und
Teilspannungswiderständen 16d verbunden.
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Jeder der Schaltwiderstände 16c weist
ein Ende auf, das mit dem Anschluß jeder Wicklung 3a, 3b oder 3c verbunden
ist, und das andere Ende ist mit jedem Teilspannungswiderstand 16d verbunden und
weist weiterhin zwei Widerstände 16f und 16g auf,
die einen zueinander unterschiedlichen Widerstandswert aufweisen.
Der Widerstand 16f weist einen Widerstandswert R auf und
der Widerstand 16g weist einen Widerstandswert r auf. Der
Widerstandswert R ist größer als
der Widerstandswert r. Auf der Grundlage von Schaltsignalen CS,
die von der Schaltsteuerschaltung 16c gesendet werden,
schalten die Schaltwiderstände 16c zu
dem Widerstand 16f, wenn das Schaltsignal CS eine Drehung
bei einer hohen Drehzahl darstellt, und zu dem Widerstand 16g,
wenn das Schaltsignal CS eine Drehung bei einer niedrigen Drehzahl
darstellt. Demgemäß wird ein Teilspannungsverhältnis durch
den Widerstand 16f und die Teilspannungswiderstände 16d verringert, wenn
sich der Elektromotor 3 mit einer hohen Drehzahl dreht,
so daß eine
kleine Teilpannung bezüglich der
Spannung an dem Anschluß von
jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c in
die Positionserfassungsschaltung 16b eingegeben wird. Wenn
sich der Elektromotor 3 andererseits mit einer niedrigen
Drehzahl dreht, wird das Teilspannungsverhältnis durch die Widerstände 16g und
den Teilspannungswiderstand 16d erhöht, so daß eine große Teilspannung bezüglich der
Spannung an dem Anschluß von
jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c in
die Positionserfassungsschaltung 16b eingegeben wird.
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Die Schaltsteuerschaltung 16e steuert
das Schalten zwischen den Widerständen von jedem der Schaltwiderstände 16c.
Die Schaltsteuerschaltung 16e empfängt das VCO-Signal von dem
Steuervorrichtungs-IC 16a. Wenn eine Frequenz des VCO-Signals
höher als
eine Schaltfrequenz ist, stellt die Schaltsteuerschaltung 16e das
Schaltsignal CS ein, das die Drehung bei einer hohen Drehzahl darstellt. Wenn
die VCO-Frequenz niedriger als die Schaltfrequenz ist, stellt die
Schaltsteuerschaltung 16e das Steuersignal CS ein, das
die Drehung bei einer niedrigen Drehzahl darstellt. Die Schaltsteuerschaltung 16e sendet
die Schaltsignale CS zu den entsprechenden Schaltwiderständen 16c.
Die Drehzahl des Elektromotors 3 und die gegenelektromotorische Spannung
erhöhen
sich in einem Verhältnis
eins zu eins. Deshalb wird, wenn der Schaltwiderstand 16c in dem
Widerstand 16g für
eine Drehung bei einer niedrigen Drehzahl eingestellt wird, die
Schaltfrequenz auf eine Frequenz zum Schalten des Widerstands zu dem
Widerstand 16f für
eine Drehung bei einer hohen Drehzahl eingestellt, bevor die Teilspannung,
die gleichbedeutend zu einer zulässigen
Spannung des Steuervorrichtungs-IC 16a ist, während des
Verfahrens eines Erhöhens
der Drehzahl des Elektromotors 3 in das Steuervorrichtungs-IC 16a eingegeben
wird. Zum Beispiel wird, da die maximale Drehzahl des Elektromotors 3 200.000
1/min ist, die Schaltfrequenz auf eine VCO-Frequenz eingestellt,
die der Größenordnung
von 100.000 1/min entspricht, welches die halbe maximale Drehzahl
ist. Weiterhin wird unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß sich
die Drehzahl des Elektromotors 3 immer ändert, eine Hysterese berücksichtigt,
wenn die Schaltfrequenz bestimmt wird, um ein stabiles Steuern zu
erzielen.
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Weiterhin erzielt die Schaltsteuerschaltung 16e die
Gatesignale Ga bis Gf. Auf der Grundlage der Gatesignale Ga bis
Gf stellt die Schaltsteuerschaltung 16e, wenn der obere
Zweig in dem Erregungsbereich VWa ist (wenn das Gatesignal für den oberen Zweig "1" ist), das Schaltsignal CS, das die
Drehung bei einer hohen Drehzahl darstellt, derart ein, daß nicht
zugelassen wird, daß die
Teilspannung, die in das Steuervorrichtungs-IC 16a eingegeben
wird, die zulässige
Spannung des Steuervorrichtungs-IC 16a überschreitet. Daher ist in
dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs die Teilspannung der
Anschlußspannung
von jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c,
die in das Steuervorrichtungs-IC 16a eingegeben wird, eine
Spannung, die sich aus einem Teilen der Energieversorgungsspannung
des Invertierers 5 durch den Widerstand 16f und
den Widerstand 16d ergibt. Es anzumerken, daß in dem
Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs die Spannung an den Anschlüssen der
Wicklungen 3a, 3b und 3c die Energieversorgungsspannung
des Invertierers 5 wird. Deshalb wird, wenn die Energieversorgungsspannung
an dem Widerstand 16g geteilt wird, der einen kleinen Widerstandswert
aufweist, eine hohe Spannung ausgegeben, welche dann die zulässige Spannung
des Steuervorrichtungs-IC 16a überschreiten kann. Deshalb
schaltet die Schaltsteuerschaltung 16e zum Verhindern des Schaltens
zu dem Widerstand 16g auch dann, wenn die Drehzahl des Elektromotors 3 niedrig
ist, in dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs zu dem Widerstand 16f für eine Drehung
bei einer hohen Drehzahl.
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Eine Funktionsweise des Turboladersystems 11,
wenn der Elektromotor 3 den Überladedruck des Turboladers 2 unterstützt, wird
unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben.
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Wenn ein Fahrzeug beschleunigt wird,
berechnet die Motor-ECU einen Überladedruck,
der die Unterstützung
des Elektromotors 3 erfordert, auf der Grundlage eines
Ist-Überladedrucks
des Turboladers 2 und eines Soll-Überladedrucks
in Übereinstimmung
mit der Beschleunigung und sendet einen Anweisungswert für den erforderlichen
Unterstützungsbetrag
zu der Betriebssteuervorrichtung 16.
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Das Steuervorrichtungs-IC 16a der
Betriebssteuervorrichtung 16 stellt auf der Grundlage des
Anweisungswerts von der Motor-ECU eine VCO-Frequenz ein.
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Weiterhin erzielt die Positionserfassungsschaltung 16b der
Betriebssteuervorrichtung 16 die Teilspannung der Anschlußspannung
von jeder der Wicklungen 3a, 3b und 3c des
Elektromotors 3 von dem Knotenpunkt mit den Schaltwiderständen 16c und
den Teilspannungswiderständen 16d.
Die Schaltsteuerschaltung 16e stellt das Schaltsignal CS als
ein Signal ein, das in dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs
eine Drehung bei einer hohen Drehzahl darstellt. In den anderen
Bereichen als dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs stellt
die Schaltung 16e das Schaltsignal CS auf der Grundlage
der zuvor erwähnten
Schaltfrequenz (die eine Hysterese aufweist) und der VCO-Frequenz
als ein Signal, das eine Drehung bei einer hohen Drehzahl darstellt
oder ein Signal ein, das eine Drehung bei einer niedrigen Drehzahl
darstellt. Auf der Grundlage des Schaltsignals CS schalten die Schaltwiderstände 16e zu
dem Widerstand 16f, wenn das Signal CS das Signal ist,
daß eine
Drehung bei einer hohen Drehzahl darstellt, und zu dem Widerstand 16g,
wenn das Signal CS das Signal ist, das eine Drehung bei einer niedrigen
Drehzahl darstellt. Aus diesem Grund empfängt die Positionserfassungsschaltung 16c die
Eingabe bezüglich
der Teilspannung, die bei irgendeinem der Teilspannungsverhältnisse
der zwei Stufen bestimmt wird: ein kleines Teilspannungsverhältnis, das
für die
Drehung bei einer hohen Drehzahl vorgesehen ist, und ein großes Teilspannungsverhältnis, das
für die
Drehung bei einer niedrigen Drehzahl vorgesehen ist.
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Die Funktionsweise in dem Turboladersystem 11,
die den vorhergehenden Ereignissen nachfolgt, ist die gleiche wie
die in dem Turboladersystem 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und die Beschreibung wird weggelassen.
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Mit der Betriebssteuervorrichtung 16 ist
es möglich,
den Bereich von Änderungen
der Teilspannung, die in dem Nicht-Erregungsbereich VWc erfaßt werden,
auch dann auf einen kleinen Bereich zu unterdrücken, wenn die VCO-Frequenz
(die Drehzahl des Elektromotors 3) geändert wird, da die Schaltsteuerschaltung 16e zuläßt, daß der Schaltwiderstand 16c in Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Elektromotors 3 zwischen den Widerständen 16f und 16g schaltet,
die einen zueinander unterschiedlichen Widerstandswert aufweisen.
Aus diesem Grund ist es unberücksichtigt
der Drehzahl des Elektromotors 3 möglich, daß die Betriebssteuervorrichtung 16 eine Information
bezüglich
der Läuferposition
unter Verwendung der gegenelektromotorischen Spannung erfaßt, die
an den Anschlüssen
der Wicklungen 3a, 3b und 3c des Elektromotors 3 erzeugt
wird. Deshalb ist die Betriebssteuerschaltung 16 imstande,
den Antrieb des Elektromotors 3 mittels des gleichen Steuerns
in dem gesamten Drehungsbereich von einer Drehung bei einer niedrigen
Drehzahl zu einer Drehung bei einer hohen Drehzahl des Elektromotors 3 reibungslos
zu steuern.
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Weiterhin schaltet die Betriebssteuerschaltung 16 in
dem Erregungsbereich VWa des oberen Zweigs zwangsweise den Widerstand
des Schaltwiderstands 16c zu dem Widerstand 16f.
Daher wird die Teilspannung, die eine zulässige Spannung des Steuervorrichtungs-IC 16a überschreitet,
nicht in das Steuervorrichtungs-IC 16a eingegeben.
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Obgleich die vorliegende Erfindung
unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele
von ihr beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die vorliegende
Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Im Gegensatz dazu ist es beabsichtigt, alle verschiedenen Ausgestaltungen
und äquivalente
Anordnungen abzudecken.
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Zum Beispiel werden die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung an einem Elektromotor angewendet, der
in dem Turboladersystem mit dem Elektromotor enthalten ist. Jedoch
ist die vorliegende Erfindung an einem anderen Elektromotor anwendbar,
wie er zum Beispiel in einer Gasturbine oder dergleichen verwendet
wird.
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Weiterhin verwendet das erste Ausführungsbeispiel
eine AGC, um das Teilspannungsverhältnis in dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kontinuierlich zu ändern. Jedoch kann das Teilspannungsverhältnis mittels
einer anderen Einrichtung, zum Beispiel einem veränderbaren
Widerstand, kontinuierlich geändert
werden. Weiterhin wird das Teilspannungsverhältnis mittels eines Schaltens zwischen
zwei Widerständen
in dem zweiten Ausführungsbeispiel
in zwei Stufen geändert.
Jedoch kann es in einer Mehrzahl von Stufen, wie zum Beispiel drei
Stufen, geändert
werden.
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Weiterhin verwendet das Ausführungsbeispiel
die VCO-Frequenz als die Drehzahl des Elektromotors. Jedoch kann
die Drehzahl des Elektromotors mittels eines Sensors erfaßt werden
und kann die erfaßte
Drehzahl verwendet werden.
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Der Verstärkungsfaktor wird in dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung derart gesteuert, daß die Amplitude der Sinuswelle
SW1 in dem Nicht-Erregungsbereich VWc im allgemeinen konstant wird.
Jedoch kann der Verstärkungsfaktor derart
gesteuert werden, daß die
Amplitude der Sinuswelle SW1 in dem Nicht-Erregungsbereich VWc in
einen vorbestimmten Bereich fällt.
Zum Beispiel ist eine obere Grenze davon ein Wert, bei welchem die Positionserfassungsschaltung 6b nicht
ausfällt,
und ist eine untere Grenze davon ein Wert, welcher durch die Positionserfassungsschaltung 6b erfaßt werden kann.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung wird, wenn die Spannung an einem Anschluß einer
Wicklung geteilt wird, um eine Teilspannung davon zu erzielen, ein
Teilspannungsverhältnis
in Überein stimmung
mit der Drehzahl des Elektromotors geändert. Daher ist es möglich, eine Spannungsdifferenz
zwischen der Teilspannung einer gegenelektromotorischen Spannung,
die bezüglich
einer Drehung bei einer hohen Drehzahl erzeugt wird, und der Teilspannung
einer gegenelektromotorischen Spannung, die bezüglich einer Drehung bei einer
niedrigen Drehzahl erzeugt wird, zu verringern. Dies ermöglicht es,
eine Position eines Läufers
auf der Grundlage der gegenelektromotorischen Spannung unberücksichtigt
der Drehzahl des Elektromotors zu erfassen.
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Eine zuvor beschriebene Betriebssteuervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung steuert einen Elektromotor unter Verwendung einer Wechselwirkung
zwischen einem Magnetfeld, das von einer Wicklung erzeugt wird,
und einem Magnetfeld, das von einem Magnet erzeugt wird, um einen
Läufer zu
drehen. Die Betriebssteuervorrichtung beinhaltet eine Positionserfassungsschaltung
zum Erfassen einer Position des Läufers auf der Grundlage einer
gegenelektromotorischen Spannung, die an einem Anschluß der Wicklung
erzeugt wird, eine Teilereinrichtung bzw. AGC zum Teilen der Spannung
an dem Anschluß der
Wicklung und zum Zuführen
einer Teilspannung zu der Positionserfassungsschaltung und eine Änderungseinrichtung
zum Ändern
eines Teilspannungsverhältnisses
in der Teilereinrichtung in Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Elektromotors.