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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
JP 07-177788 A ).
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Jedoch
verwendet das Erfassungsverfahren, das in der
JP 07-177788 A 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
Drehzahl.
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Aus
der
US 5 608 399 A ist
eine Betriebssteuervorrichtung für
einen bürstenlosen
Gleichstrommotor bekannt, die den Kommutierungswinkel und damit
die Position des Rotors aus der EMK bestimmt, wobei eine Teilereinrichtung
zum Teilen der Messspannung und Zuführen der Teilspannungen zu einer
Positionserfassungseinrichtung und eine Änderungseinrichtung zum Ändern eines
Teilspannungsverhältnisses
in der Teilereinrichtung vorgesehen sind.
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Die
DE 698 22 896 T2 offenbart
ein geschwindigkeitsabhängiges
Nachführen
eines Referenzsignals.
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Die
US 5 672 948 A zeigt
eine EMK-Synchronmotorsteuerung, bei der die Flächenintegrale der EMK zur Optimierung
des Phasenwinkels der Motorsteuerung verwendet werden.
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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 5 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 Tei lereinrichtung 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 gegenelektromotorischen
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 Inverters 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 Teilpannung 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 Inverter 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
Inverter 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 Inverter 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 Inverter 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 Inverter 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. Genauer gesagt schaltet sich der FET 5a ein,
wenn das Gatesignal Ga ”1” ist, um
eine Energieversorgungsspannung (12 V) 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 (0 V) 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 Inverter 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 Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Elektromotors 3, um eine Teilspannung der
Anschluß spannung
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. Das 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 Inverters 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 Inverters 5 zu der Positionserfassungsschaltung 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 Elek tromotor 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 Drehzahl 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 (0 V).
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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 6a 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 Inverters 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 Inverters 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-Fre quenz
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 SW1 erzeugt,
welche in Übereinstimmung
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
Inverter 5.
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Auf
der Grundlage der Gatesignale Ga bis Gf erregt der Inverter 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 Inverter 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 Inverter 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 Inverters 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 Inverters 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 Übereinstimmung
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.