-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Motorantrieb, und sie betrifft
insbesondere einen Motorantrieb, der eine regenerative Energie erhöhen
kann, obwohl eine Gleichspannung einer Leistungsversorgung desselben
niedrig ist.
-
Technischer Hintergrund
-
Eine
Patentliteratur 1 stellt einen herkömmlichen Motorantrieb
beispielhaft dar. 7 zeigt ein Blockschaltdiagramm
desselben. In 7 bezeichnet 1 eine
dreiphasige Wechselstromleistungsversorgung, 2 bezeichnet
eine dreiphasige Diodenbrückengleichrichterschaltung, 3 bezeichnet
einen Abwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt mit einem Schaltelement 3a,
einer Spule 3b und einer Diode 3c, 4 bezeichnet
einen dreiphasigen Vollbrücken-Wechselrichterabschnitt
mit Spannungszwischenkreis zum Bereitstellen einer dreiphasigen
Leistung an einen Wechselstrommotor (PM-Motor) 5 durch
eine Schaltaktion desselben, 6 bezeichnet eine Umgehungsdiode
für regenerative Leistung, die mit dem Abwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt 3 in
einer antiparallelen Verbindung verbunden ist, 7 bezeichnet
eine Steuerungsschaltung für den Wechselrichterabschnitt,
die zur Ausgabe eines Schaltbefehls an den Wechselrichterabschnitt 4 ausgestaltet
ist, so dass ein Leistungsfaktor des Wechselstrommotors 5 in
etwa 1 beträgt, 8 bezeichnet einen Kondensator mit
kleiner Kapazität, der zwischen Ausgangsanschlüssen
des Abwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts 3 installiert
ist, 9 bezeichnet eine Starterschal tung und 39 bezeichnet
einen Elektrolyt-Glättungskondensator. Die Steuerungsschaltung 7 für den
Wechselrichterabschnitt umfasst: eine Widerstandsspannungsteilerschaltung 7a,
die zum Detektieren einer Phasenspannung des Wechselstrommotors 5 ausgestaltet
ist; einen Integrierer 7b, welcher die Phasenspannung des
Wechselstrommotors 5 empfängt; einen Kondensator 7c,
der zum Ermitteln eines positiven oder negativen Vorzeichens eines Ausgangs
des Integrierers 7b ausgestaltet ist; einen Fotokoppler 7d,
der ein Ermittlungsergebnis des Komparators 7c empfängt;
und eine Logikschaltung 7e, die zur Ausgabe eines Schaltbefehls
ausgestaltet ist, wobei ein Signal von dem Fotokoppler 7d als
Eingabe derselben dient. In der Logikschaltung 7e wird der
Schaltbefehl an den Wechselrichterabschnitt 4 ausgegeben,
so dass die Phasenspannung und der Phasenstrom wechselseitig die
gleiche Phase annehmen. Es wird angemerkt, dass der Integrierer 7b ein
in einer Spannungswellenform enthaltenes Rauschen beseitigt.
-
Eine
Gleichspannungswandler-Steuerungsschaltung zum Ausführen
eines Schaltens des Schaltelements 3a berechnet durch einen
Subtrahierer 3d eine Differenz zwischen dem Schaltbefehlswert
und einem Strom, der in eine Spule 3b fließt,
und das Berechnungsergebnis wird in einen PI-Steuerungsabschnitt 3e eingegeben.
Ein Komparator 3f führt einen Größenvergleich
zwischen einem Referenzsignal mit einer vorbestimmten Frequenz und
dem Ausgabesignal des PI-Steuerungsabschnitts 3e aus und
liefert ein Vergleichsergebnissignal als einen Schaltbefehl an das
Schaltelement 3a. Als Folge kann das Fließen eines Überstroms über
den Wechselstrommotor 5 unterdrückt werden.
-
Bei
dem Motorantrieb von 7, der in der Patentliteratur
1 beschrieben ist, ist der Abwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt 3 in
eine Eingangsseite des Wechselrichterabschnitts 4 eingebaut,
die Umgehungsdio de 6 für regenerative Leistung
ist bezüglich des Abwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts 3 in
einer antiparallelen Verbindung geschaltet, der Wechselrichterabschnitt 4 ist zudem
als ein Wechselrichter mit Leitung für 120 Grad strukturiert
und wird als ein Pseudowechselrichter mit Stromzwischenkreis gesteuert
und Kennlinien sowohl des Wechselrichters mit Stromzwischenkreis
als auch des Wechselrichters mit Spannungszwischenkreis können
erreicht werden. Zudem ist der Leistungsfaktor des Wechselstrommotors 5 auf
etwa 1 eingestellt. Folglich kann ein Leitungszeitintervall der
Umgehungsdiode 6 für regenerative Leistung verkürzt
werden und die Wellenform des Wechselrichterabschnitts kann sich
der Wellenform des Wechselrichters mit Stromzwischenkreis nähern.
Zudem können Komponenten mit höheren Oberwellen verringert
werden, eine Spannungswellenform derselben kann sich einer sinusförmigen
Wellenform annähern und es kann ein Motorantrieb mit hohem
Wirkungsgrad und niedrigem Geräusch erreicht werden.
-
Andererseits
erweitert Nichtpatentliteratur 1 das in der Patentliteratur 1 beschriebene
Verfahren auf einen in einem Fahrzeug montierten, elektrisch angetriebenen
Turbolader-Hilfswechselrichter, wobei es sich auf den Abwärts-Gleichspannungswandler (Pseudowechselrichter
mit Stromzwischenkreis) und auf einen sensorlosen Antrieb spezialisiert.
Eine Funktion zum Erhöhen der Spannung von der 12-Volt-Batteriespannung
ist noch nicht erörtert und als eine Voraussetzung für
die Schaltungsstruktur dient eine Gleichstromleistungsversorgung
mit 72 Volt.
- [Patentliteratur 1] Japanisches Patent mit der Nr. 32 78 188
- [Nichtpatentliteratur 1] Toshihiko Noguchi (Nagaoka University
of Technology) mit dem Titel "Performance of Mechanical-Sensorless
Operation of Pseudo Current-Source Inverter Fed Ultra High-Speed
PM motor".
-
Offenbarung der Erfindung
-
Von der Erfindung zu lösendes
Problem
-
Bei
dem in 7 gezeigten Motorantrieb wird ein durch die Spule 3b des
Abwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts 3 fließender
Strom detektiert und wird zur Regelung willkürlich zurückgekoppelt.
Dies stellt eine Gleichstromversorgung bereit und die nachfolgende
Stufe des Wechselrichterabschnitts 4 ist ein Pseudowechselrichter
mit Stromzwischenkreis und ist so ausgestaltet, dass er den Wechselstrommotor 5 in
der Form eines Wechselrichters mit Leitung für 120 Grad
(120-degree conduction inverter) antreibt. Da die dreiphasige Wechselspannung
von der dreiphasigen Wechselstromversorgung 1 über
die Gleichrichterschaltung 2 jedoch gleichgerichtet wird,
ist nicht in Betracht gezogen, dass eine regenerative Nutzung der
Energie auf der Grundlage einer induzierten Spannung des Wechselstrommotors 5 ausgeführt
werden kann. In einem Fall, bei dem eine Anschlussspannung an dem Elektrolytkondensator 39 kleiner
als eine Ausgangsanschlussspannung der Spule 3b ist, leitet
daher die Umgehungsdiode 6 für regenerative Leistung
nicht. Folglich kann in einem Fall, bei dem die induzierte Spannung
des Wechselstrommotors 5 niedrig ist, die Energie nicht
regeneriert werden. Daher kann zudem in der Schaltungsstruktur von 7 in
einem Fall, bei dem die Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts 4 niedrig
ist, der Wechselstrommotor 5 nicht gesteuert werden, wenn
eine Anschlussspannung des Wechselstrommotors 5 niedriger
als eine Gleichspannung an dem Wechselrichterabschnitt 4 ist. Folglich
wird die Anschlussspannung des Wechselstrommotors 5 verringert.
In einem Fall, wie er vorstehend beschrieben ist, wird ein großer
Motorstrom benötigt, um eine Ausgabe des Wechselstrommotors 5 sicherzustellen.
Der Motorstrom wird entsprechend erhöht und Wicklungen
des Wechselstrommotors 5 werden dick. Somit wird das Herstellen
der Schaltungsstruktur schwierig, die Größe des
Wechselrichterabschnitts 4 wird groß und der Verlust
wird entsprechend erhöht. Um diesen Verlust zu verhindern, wurde
ein Verfahren in Betracht gezogen, bei welchem die Leistungsversorgungsspannung
der Batterie erhöht wird. Da für einen in einem
Fahrzeug montierten Motor jedoch eine 12 Volt oder eine 24 Volt Bleisäurebatterie
verwendet wird, kann diese Batterieleistungsversorgung nicht verwendet
werden, wenn die Leistungsversorgungsspannung erhöht wird,
und es muss eine weitere Hochspannungsbatterie montiert werden.
Folglich können die Verringerung der Teilezahl und die
Kostenverringerung nicht erreicht werden.
-
Zudem
wird zu einem Zeitpunkt, bei dem ein Motor mit hoher Drehzahl angetrieben
wird, eine Ausgangsfrequenz des Wechselrichterabschnitts 4 allgemein
sehr hoch. Zudem kann in einem Fall, bei dem der Motor mit hoher
Drehzahl geregelt wird, kein Drehzahlsensor verwendet werden, entsprechend wird
ein sensorloser Antrieb benötigt und eine Rechenzeit der
CPU wird erhöht. Außerdem ist es notwendig, um
mit einer hohen Ausgangsfrequenz zurechtzukommen, im Falle einer
PWM-Steuerung eine Trägerfrequenz zu erhöhen.
-
Um
eine Zentrifugalkraft zu verringern, ist es zudem nötig,
dass der Motor mit hoher Drehzahl einen kleinen Durchmesser erhält.
Wicklungsspulen des Motors mit hoher Drehzahl weisen Spulen mit
einem kleinen Durchmesser auf und die Spule L der Wicklungen wird
entsprechend klein. Zum Antreiben des Motors, der eine derart kleine
Spule L aufweist, ist es notwendig, die Trägerfrequenz
zu erhöhen, und es gibt eine Begrenzung bei der Fähigkeit
einer CPU zum Antreiben mit PWM ohne Sensor bei der hohen Trägerfrequenz.
-
Außerdem
ist die Anschlussspannung des Wechselstrommotors 5 niedriger
als eine Spannung an der Gleichstromseite des Wechselrichterabschnitts 4.
Daher wird eine Spannungserhöhung der Anschlussspannung
des Wechselstrommotors während der Regeneration benötigt.
Wenn eine Spannungserhöhungsrate jedoch hoch ist, ist auch
ein Verlust groß und die Regeneration kann tatsächlich nicht
in einem großen Ausmaß ausgeführt werden.
-
Andererseits
wird in der Nichtpatentliteratur 1 der in der Patentliteratur 1
beschriebene Eingangsabschnitt durch die Gleichspannungsversorgung,
wie etwa eine Batterie, ersetzt und auf einen Fall eines sensorlosen
Antriebs mit superhoher Drehzahl eines durch elektrische Leistung
unterstützten Turboladers, der an ein Fahrzeug montiert
ist, angewandt. Die Nichtpatentliteratur 1 ermöglicht dann
ein Antreiben in zwei Segmenten, nämlich einem Beschleunigungsantrieb
und einem Regenerationsantrieb, indem aus einem Gleichspannungswandlerschaltungsabschnitt
ein bidirektional treibender Abschnitt gemacht wird, nämlich
der von der Leistungsversorgungsseite aus gesehene Abwärts-Gleichspannungswandler
und ein von der Lastseite aus gesehener Aufwärts-Gleichspannungswandler.
Eine Voraussetzung für dieses Verfahren ist jedoch eine
72 Volt Gleichspannungsversorgung, welche mit Bezug auf die induzierte
Spannung des Wechselstroms genügend hoch ist. In einem
Fall, bei dem eine 12 Volt Batterie für die Fahrzeugmontage
vorgesehen ist, wird ein derartiger Wechselstrommotor mit einer
ausreichend niedrigen induzierten Spannung benötigt. Von der
aktuellen Praxis und der Herstellungspraxis aus gesehen, ist diese
extrem schwierig zu montieren und herzustellen. Folglich ist bei
einer Anwendung des fahrzeugmontierten Turboladers mit Elektromotorantriebsunterstützung,
bei der eine 12-Volt-Batterie montiert ist, ein Verfahren ohne Nachteile,
bei welchem die Pseudostromregelung mit Hilfe des Abwärts-Gleichspannungswandlers
ausgeführt wird, nach dem die Leistung einmal erhöht
wurde. In beiden Fällen berührt die Nichtpatentliteratur
1 die Erhöhungsoperation nicht.
-
Im
Hinblick auf die vorstehend beschriebenen zu lösenden Aufgaben
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorantrieb
bereitzustellen, der zum Ausführen einer Umdrehung mit
hoher Drehzahl eines Wechselstrommotors in der Lage ist, zum Verwenden
einer fahrzeugeigenen Batterie in der Lage ist, zum Dimensionieren
eines Wechselrichterabschnitts auf eine kleine Größe
bei leichter Herstellbarkeit des Motors in der Lage ist, indem ein Wechselstrommotor
mit einer hohen Nennspannung verwendet wird, und zum Erweitern eines
Regenerationsbereichs in der Lage ist.
-
Mittel zum Lösen
des Problems
-
Der
in Anspruch 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgetragene Motorantrieb umfasst: eine Gleichstromleistungsversorgung;
einen ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt, welcher
eine Spannung der Gleichstromleistungsversorgung erhöht,
um eine Gleichstromleistung eines Wechselrichterabschnitts während
eines Zeitpunkts bereitzustellen, bei dem ein Motor angetrieben
wird; und einen zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt,
der zum Erhöhen der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
ausgestaltet ist, um eine Leistung an die Gleichstromleistungsversorgung
während eines Zeitpunkts einer Regeneration des Motors
zu regenerieren, wobei der Wechselrichterabschnitt ein Wechselrichter
mit Leitung für 120 Grad ist und so ausgestaltet ist, dass
er die Gleichstromleistung des Wechselrichterabschnitts in eine
mehrphasige Wechselstromleistung umsetzt, um den Motor anzutreiben,
und dass er die mehrphasige Wechselstromleistung in die Gleichstromleistung
umsetzt, um eine elektrische Leistung des Motors zu regenerieren.
-
Der
in Anspruch 2 gemäß der vorliegenden Erfindung
vorgetragene Motorantrieb umfasst: einen ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt,
der so ausgestaltet ist, dass er eine Spannung einer elektrisch
verbundenen externen Gleichstromleistungsversorgung erhöht,
um eine Gleichstromleistung eines Wechselrichterabschnitts während
eines Zeitpunkts bereitzustellen, bei dem ein Motor angetrieben
wird; und einen zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt, der
so ausgestaltet ist, dass er die Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
erhöht, um eine Leistung an die externe Gleichstromleistungsversorgung während
einer Regeneration des Motors zu regenerieren, wobei der Wechselrichterabschnitt
ein Wechselrichter mit Leitung für 120 Grad ist und so
ausgestaltet ist, dass er eine Gleichstromleistung des Wechselrichterabschnitts
in eine mehrphasige Wechselstromleistung umsetzt, um den Motor anzutreiben, und
dass er die mehrphasige Wechselstromleistung in die Gleichstromleistung
umsetzt, um eine elektrische Leistung des Motors zu regenerieren.
-
Bei
dem in dem Anspruch 3 vorgetragenen Motorantrieb ist der Wechselrichter
mit Leitung für 120 Grad ein Wechselrichter mit Stromzwischenkreis.
-
Bei
dem in dem Anspruch 4 vorgetragenen Motorantrieb umfasst der Motorantrieb
ferner eine Diode, die eine Anode aufweist, die zwischen eine Spule
des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
und eine positive Gleichstromseite des Wechselrichterabschnitts
geschaltet ist, die eine Kathode aufweist, die mit einer positiven
Seite eines Kondensators des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandler abschnitts
verbunden ist, und die einen Spannungsanstieg bei dem Wechselrichterabschnitt
während eines Ausschaltens von Gates des Wechselrichterabschnitts
unterdrückt.
-
Bei
dem in dem Anspruch 5 vorgetragenen Motorantrieb wird eine Spannungserhöhungsoperation
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
in einer Antriebsregion mit niedriger Drehzahl des Motors, bei welcher
es nicht notwendig ist, die Spannung der Gleichstromleistungsversorgung
zu erhöhen, angehalten.
-
Bei
dem in Anspruch 6 vorgetragenen Motorantrieb wird eine Motorumdrehungszahl,
ein Motorstrom, eine Motoranschlussspannung, eine Motortemperatur,
und/oder eine Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts zum Starten
der Spannungserhöhungsoperation eingestellt, wobei der
erste Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
aktiviert wird, wenn ein Befehlswert, ein Detektionswert oder ein
Schätzwert der Motorumdrehungszahl, ein Befehlswert oder
ein Detektionswert des Motorstroms, ein Befehlswert oder ein Detektionswert
der Motoranschlussspannung, ein Detektionswert der Motortemperatur
oder ein Detektionswert der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
gleich oder größer als dieser eingestellte Wert
ist, und eine Regelung gestartet wird, so dass die von dem ersten
Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhte Gleichspannung gleich einer vorbestimmten Spannung
wird.
-
Bei
dem in dem Anspruch 7 vorgetragenen Motorantrieb wird ein Befehlswert
der Gleichspannung, die von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöht werden soll, in Übereinstimmung mit einem
Detektionswert, einem Befehlswert oder einem Schätzwert
der Motorumdrehungszahl, dem Detektionswert oder dem Befehlswert
eines Motorstroms, dem Detektionswert einer Motortemperatur, dem
Detektionswert oder dem Befehlswert einer Motoranschlussspannung
und/oder dem Detektionswert der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
eingestellt, und eine Regelung wird ausgeführt, so dass
die von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt erhöhte
Gleichspannung diesen Befehlswert bereitstellt.
-
In
dem in dem Anspruch 8 vorgetragenen Motorantrieb wird ein Betrieb
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts angehalten,
wenn die Motorumdrehungszahl erhöht wird und eine induzierte
Spannung des Motors gleich oder größer als die
von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhte Gleichspannung wird.
-
Auswirkungen der Erfindung
-
Wie
vorstehend hier beschrieben ist, ist bei Anspruch 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung der Wechselrichterabschnitt ein Wechselrichterabschnitt mit
Leitung für 120 Grad. Die Häufigkeit, mit der
das Schalten ausgeführt wird, wird verringert und damit ist
dieser Wechselrichterabschnitt für die Steuerung des Motors,
der die Umdrehung mit hoher Drehzahl ausführt, geeignet.
Während des Antreibens des Motors wird der Motor zudem,
nachdem die Spannung mit Hilfe des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
auf eine Gleichspannung erhöht ist, die eine Motorlast
auf ausreichende Weise antreiben kann, mit Hilfe des Pseudowechselrichters mit
Stromzwischenkreis und des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts angetrieben,
wobei der Pseudowechselrichter mit Stromzwischenkreis durch den
Wechselrichter mit Leitung für 120 Grad gebildet wird.
Selbst wenn eine induzierte Spannung erzeugt wird, die während
der Umdrehung mit hoher Drehzahl die Batteriespannung überschreitet,
wird es daher möglich, einen Beschleunigungsantrieb (oder
einen Leistungsantrieb) und nicht nur den Regenerationsantrieb auszuführen.
Zudem kann die Motoranschlussspannung hoch werden. Ein großer
Strom ist nicht notwendig und ein Verstärken der Dicke
der Motorwicklung ist nicht notwendig. Der Motor kann leicht hergestellt
werden. Der Wechselrichterabschnitt kann mit verringertem Verlust
klein dimensioniert werden. Es versteht sich, dass eine weitere
an einem anderen Abschnitt montierte Hochspannungsbatterie nicht
notwendig ist. Zudem erhöht der erste Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
die Spannung der Batterie während des Antreibens des Motors,
und ein Motor mit einer hohen Nennspannung kann verwendet werden.
Folglich kann die Regeneration von der reduzierten Hochspannung
möglich werden und die Regeneration kann leicht ausgeführt
werden. Zudem erlaubt das Steuern des Ein- oder Ausschaltens des Schaltelements
die Umdrehung des Motors bei einer Spannung, die niedriger als die
Batteriespannung ist.
-
Gemäß dem
Anspruch 2 erhöht der erste Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt die
Spannung an der externen Gleichstromleistungsversorgung, die während
des Antreibens des Motors elektrisch verbunden ist, wodurch der
gleiche Vorteil wie bei Anspruch 1 erhalten werden kann.
-
Gemäß dem
Anspruch 3 ist der Wechselrichterabschnitt ein Wechselrichter mit
Stromzwischenkreis so dass im Vergleich mit einem Wechselrichterabschnitt
mit Spannungszwischenkreis, bei welchem die Drehmomentregelung aus
dem Spannungswert angewandt wird, die Drehmomentregelung aus dem Stromwert
ausgeführt wird, so dass eine Regelungsreaktion schnell
wird und er für das Antreiben des Motors, der sich mit
der hohen Drehzahl dreht, geeignet ist.
-
Gemäß dem
Anspruch 4 ist die Diode in der antiparallelen Verbindung mit dem
zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt verbunden,
wobei diese Diode einen Ausgang des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
während des Ausschaltens von Gates des Wechselrichterabschnitts
an die Ausgangsseite des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
umgeht, so dass ein Anstieg der Spannung des Wechselrichterabschnitts
unterdrückt werden kann und eine Zerstörung aller
Schaltelemente verhindert werden kann.
-
Gemäß dem
Anspruch 5 wird die Erhöhungsoperation des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
in der Antriebsregion mit niedriger Drehzahl, bei welcher es nicht
notwendig ist, die Spannung der Gleichstromversorgung zu erhöhen,
angehalten, so dass das Schaltelement, das für die Erhöhungsoperation
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
benötigt wird, sowie ein Kurzschlussstrom der Spule nicht
benötigt werden und der Wirkungsgrad bei Teillast verbessert
werden kann.
-
Gemäß dem
Anspruch 6 werden die Motorumdrehungszahlen, die Motoranschlussspannung,
die Motortemperatur und/oder die Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
eingestellt, und wenn der Befehlswert, die Detektionsspannung und der
Detektionswert der Motortemperatur oder der Detektionswert der Gleichspannung
des Wechselrichterabschnitts gleich oder größer
als der eingestellte Wert ist, wird die Regelung gestartet, so dass
die erhöhte Gleichspannung des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
die vorbestimmte Spannung bereitstellt. Da die Erhöhungsoperation
bei dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
in der Region mit Umdrehungen mit niedriger Motordrehzahl nicht
ausgeführt wird und der Motor in der Regi on mit Umdrehungen
mit hoher Drehzahl auf ausreichende Weise angetrieben werden kann,
kann der Wirkungsgrad gemäß der Regelung verbessert
werden.
-
Gemäß dem
Anspruch 7 wird der Befehlswert der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
zu erhöhenden Gleichspannung in Übereinstimmung
mit dem Detektionswert, dem Befehlswert oder dem Schätzwert
der Motorumdrehungszahl, dem Detektionswert oder dem Befehlswert
des Motorstroms, dem Detektionswert der Motortemperatur, dem Befehlswert
oder dem Detektionswert der Motoranschlussspannung und/oder dem
Detektionswert der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts eingestellt,
wobei die Regelung ausgeführt wird, so dass die von dem
ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt erhöhte
Gleichspannung den wie vorstehend beschrieben eingestellten Befehlswert
bereitstellt, und der Befehlswert der Gleichspannung, die von dem ersten
Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöht werden soll, wird in Übereinstimmung mit
der Motorumdrehungszahl, dem Motorstrom, der Motortemperatur, der
Motoranschlussspannung und der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
eingestellt. Der Gleichspannungsbefehlswert wird in Übereinstimmung
mit der Motorumdrehungszahl, dem Motorstrom, der Motortemperatur,
der Motoranschlussspannung und der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
sofort variiert.
-
Gemäß dem
Anspruch 8 ist, wenn die induzierte Spannung des Motors höher
als die von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhte Gleichspannung wird, der Beschleunigungsantrieb
unmöglich, aber der Leistungsregenerationsantrieb für
die Gleichstromleistungsversorgung wird über den ersten
Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
ausgeführt. Daher wird veranlasst, dass ein großer
Regenerationsstrom durch die Gleichstromleistungsversorgung fließt.
Folglich wird veranlasst, dass ein übermäßig großer
Regenerationsstrom an die Gleichstromleistungsversorgung fließt
und die Möglichkeit besteht, dass die Gleichstromleistungsversorgung
einen Fehler wegen übermäßigem Strom
verursacht. Der Betrieb des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
wird daher angehalten und die Beschädigung der Gleichstromleistungsversorgung
aufgrund des übermäßigen Regenerationsstroms
kann verhindert werden.
-
Bevorzugte Art zum Ausführen
der Erfindung
-
Erste Ausführungsform 1
-
Eine
bevorzugte Art zum Ausführen der Erfindung wird hier nachstehend
mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt
einen Schaltplan eines Motorantriebs mit hoher Drehzahl in einer ersten
bevorzugten Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung. 10 bezeichnet eine Batterie. C1 bezeichnet einen
Kondensator, der zu der Batterie 10 parallel geschaltet
ist. L1 bezeichnet eine Spule, die mit der Batterie 10 in
Reihe geschaltet ist, 11 bezeichnet ein Schaltelement,
das über die Spule L1 parallel zu der Batterie 10 geschaltet
ist, 12 bezeichnet eine Flywheeldiode (Schwungraddiode),
die zu dem Schaltelement 11 antiparallel geschaltet ist, 13 bezeichnet
ein Schaltelement, das mit der Spule L1 in Reihe geschaltet ist, 14 bezeichnet
eine Flywheeldiode, die zu dem Schaltelement 13 antiparallel
geschaltet ist, C2 bezeichnet einen Kondensator, der zu den in Reihe
geschalteten Schaltelementen 11, 13 parallel geschaltet
ist, 15 bezeichnet ein Schaltelement, das mit dem Schaltelement 13 in
Reihe geschaltet ist, 16 bezeichnet eine Flywheeldiode,
die zu dem Schaltelement 15 antiparallel geschaltet ist, 17 bezeichnet
ein Schaltelement, das zu dem Kondensator C2 über das Schaltelement 15 parallel
geschaltet ist, 18 bezeichnet eine Flywheeldiode, die zu
dem Schaltelement 17 antiparallel geschaltet ist, L2 und 19 bezeichnen
eine Spule und einen Stromdetektor, die mit dem Schaltelement 15 in
Reihe geschaltet sind, wobei ein Ausgang der Spule L2 an einen dreiphasigen
Brückenwechselrichterabschnitt 20 aus Schaltelementen 21–26 geliefert
wird und ein dreiphasiger Ausgang des Wechselrichterabschnitts 20 an
einen Wechselstrommotor 38 geliefert wird. Der Wechselrichterabschnitt 20 ist
ein Wechselrichter mit Stromzwischenkreis mit Leitung für
120 Grad und besteht aus sechs Schaltelementen 21–26 und
Flywheeldioden 27–32, die zu diesen Schaltelementen 21 –26 antiparallel
geschaltet sind.
-
33 bezeichnet
eine Widerstandsspannungsteilerschaltung zum Detektieren einer Phasenspannung
des Wechselstrommotors 38, 35 bezeichnet einen
Integrierer für eine Integration, 36 bezeichnet
einen Komparator zur Ermittlung eines positiven oder negativen Vorzeichens
eines Ausgangs des Integrierers 35. Der Komparator 36 gibt
einen Schaltbefehl an eine Gatetreiberschaltung 37 zum
Schalten der Elemente 21–26 aus und ist
so konzipiert, dass er zwischen einer Phasenspannung und einem Phasenstrom
die gleiche Phase herstellt.
-
Als
Nächstes wird eine Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen
Struktur beschrieben. Zuerst verursacht zu einem Zeitpunkt, bei
dem ein Antreiben des Wechselstrommotors ausgeführt wird,
ein Einschalten des Schaltelements 11, dass eine Gleichspannung
von der Batterie 10 in die Spule L1 fließt, um
eine Energie in der Spule L1 zu speichern. Wenn danach das Schaltelement 11 ausgeschaltet
wird, tritt aufgrund der in der Spule L1 gespeicherten Energie eine
Spannungserhöhung auf und in dem Kondensator C2 tritt eine
elektrische Ladung auf. Die Ladung ist möglich, selbst
wenn die Gleichspannung Vdc hoch ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das
Schaltelement 11 eingeschaltet und ausgeschaltet, um die
Spannung an dem Kondensator C2 zum Ausführen einer Spannungsregelung
(AVR) konstant zu machen.
-
Zudem
bewirkt das Einschalten des Schaltelements 15, dass ein
Strom in die Spule L2 fließt, um die Energie in der Spule
L2 zu speichern. Wenn das Schaltelement 15 ausgeschaltet
wird, bewirkt die in der Spule L2 gespeicherte Energie, dass weiterhin ein
Strom in die Spule L2 über die Flywheeldiode 18 und über
zwei beliebige der Schaltelemente des Wechselrichters 20 fließt,
welche leitend sind. Dieser Strom wird mit Hilfe des Stromdetektors 19 detektiert, oder
eine Umdrehungsdrehzahl des Wechselstrommotors 38 wird
detektiert, oder die Umdrehungsdrehzahl wird auf der Grundlage eines
Gatesignals aus einer Wellenform geschätzt. Das Schaltelement 15 wird
zum Ein- und Ausschalten angesteuert, damit der Strom oder die Umdrehungsdrehzahl
einen Zielwert derselben erreicht, um eine Stromregelung (ACR) oder
eine Drehzahlregelung (ASR) auszuführen.
-
Der
Wechselrichterabschnitt 20 empfängt einen Gleichstrom
(DC-Strom) von der Spule L2, wandelt diesen in einen dreiphasigen
Wechselstrom (AC-Strom) um, um ihn an den Wechselstrommotor 38 auszugeben.
Die Widerstandsspannungsteilerschaltung 33 detektiert die
Phasenspannung des Wechselstrommotors 38, wobei die Phasenspannung
von dem Integrierer 35 integriert wird. Der Komparator 36 ermittelt
einen positiven Wert oder einen negativen Wert des Ausgangs des
Integrierers 35. Das Ergebnis der Ermittlung durch den
Komparator wird in die Gatetreiberschaltung 37 eingegeben. Sechs
Schaltelemente 21–26, welche den Wechselrichterabschnitt 20 bilden,
werden mit einem Timing, das in 2 gezeigt
ist, in Übereinstimmung mit einer Magnetpolposition des
Wechselstrommotors 38 ein- und ausgesteuert, um einen Pseudowechselrichter
mit Stromzwischenkreis des Typs mit Leitung für 120 Grad
zu betreiben.
-
In 2 zeigt
(a) eine induzierte Spannung jeder Phase (des AC-Motors), (b) zeigt
einen magnetischen Zwischenkopplungsfluss jeder Phase desselben
und (d) zeigt einen Magnetflussphasenimpuls jeder Phase desselben,
(e) zeigt ein Gatesignal desselben und (f) zeigt sechs Leitungsmodi.
-
Als
Nächstes wird nachstehend eine Arbeitsweise beschrieben,
wenn eine Regeneration ausgeführt wird. Wenn die Regeneration
auftritt, entwickelt der Wechselstrommotor 38 die induzierte
Spannung proportional zu der Umdrehungszahl. Wenn das Schaltelement 17 zu
diesem Zeitpunkt eingeschaltet wird, wird der Strom dazu veranlasst,
in zwei beliebige der Flywheeldioden 27–32 zu
fließen, um einen Stromfluss in die Spule L2 zum Speichern
der Energie in der Spule L2 zu bewirken. Wenn das Schaltelement 17 zu
diesem Zeitpunkt ausgeschaltet wird, erhöht die in der
Spule L2 gespeicherte Energie die Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts 20 und
der Strom wird dazu veranlasst, über die Flywheeldiode 16 zum
Aufladen des Kondensators C2 zu fließen. Selbst wenn die
von dem Motor 38 induzierte Spannung zu diesem Zeitpunkt
niedrig ist, ist das Aufladen des Kondensators C2 möglich.
Die Stromregelung (ACR) oder die Drehzahlregelung des Wechselstrommotors 38,
um den Strom durch das Schaltelement 17 hindurch konstant
zu halten, oder die Leistungsregelung (APR), um eine elektrische Leistung
konstant zu halten, wird ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt
bewirkt die Regenerationsleistung von dem Motor 38 die
Regeneration von elektrischer Leistung an die Batterie 10 durch
eine Leistung, die einer Erhöhung der Gleichspannung Vdc
entspricht.
-
Zudem
wird, wenn die elektrische Leistung an die Batterie 10 regeneriert
wird, das Schaltelement 13 eingeschaltet. Da der Strom
zu diesem Zeitpunkt dazu veranlasst wird, in die Spule L1 zu fließen,
wird die Energie in der Spule L1 gespeichert. Wenn das Schaltelement 13 ausgeschaltet
wird, bewirkt die Energie in der Spule L1, dass der Strom über
die Flywheeldiode 12 kontinuierlich fließt, um
zu bewirken, dass der kontinuierliche Ladestrom unabhängig
von dem Ein- oder Ausschalten des Schaltelements 13 fließt.
Wie vorstehend hier beschrieben ist, bilden die Spule L1, die Schaltelemente 11, 13 und
die Dioden 12, 14 einen ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt.
-
Zudem
wird ein zweiter Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
durch die Schaltelemente 15, 17 und die Spule
L2 und die Flywheeldioden 16, 18 gebildet.
-
Bei
der ersten Ausführungsform 1 ist der Wechselrichterabschnitt 20 ein
Wechselrichter mit Stromzwischenkreis mit Leitung für 120
Grad. Da die Häufigkeit, mit der das Schalten zwischen
Ein und Aus ausgeführt wird, verringert werden kann, ist
er folglich zur Anwendung für eine Steuerung des Wechselstrommotors 38 mit
hoher Drehzahl geeignet. Zudem bewirkt der erste Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
während des Antreibens, dass die Spannung an der Batterie 10 erhöht
wird. Folglich erhöht beispielsweise in einem Fall, bei
dem z. B. eine Batterie 10 eines 12 Volt Systems zur Verwendung
in einem Niederspannungsfahrzeug verwendet wird, die Spannungserhöhungsaktion
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
die Spannung auf eine Gleichspannung, bei welcher eine Motorlast
auf ausreichende Weise angetrieben werden kann, und danach der zweite
Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
und der Wechselrichterabschnitt 20 mit Leitung für
120 Grad, um den Wechselstrommotor 38 anzutreiben. Bei
einem Motor, bei dem die induzierte Spannung entwickelt wird, etwa einem
PM-Motor, ist auch ein Beschleunigungsantrieb und nicht nur ein
Regenerationsantrieb möglich, selbst wenn die induzierte
Spannung, die während der Umdrehung mit hoher Drehzahl
entwickelt wird, die Span nung an der Batterie 10 überschreitet.
Da zudem die Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts 20 und
eine Anschlussspannung an dem Wechselstrommotor 38 hoch
gemacht werden können, können die Wicklungen des
Wechselstrommotors 38 dünn gestaltet werden. Die
Herstellung des Wechselstrommotors 38 kann erleichtert
werden, eine kleine Dimensionierung des Wechselrichterabschnitts 20 kann
möglich werden und das Antreiben eines Motors mit einer
hohen Nennspannung kann möglich werden, selbst wenn die
Niederspannungsbatterie verwendet wird. Zudem erhöht der
erste Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt die
Spannung an der Batterie während des Betreibens desselben.
Da der Motor mit der hohen Nennspannung verwendet werden kann, kann
die Regeneration von dem Abschnitt mit der hohen induzierten Spannung
erreicht werden. Somit kann eine Schaltung, die leicht regenerieren
kann, erreicht werden.
-
Außerdem
ist der Wechselrichterabschnitt 20 ein Wechselrichter mit
Stromzwischenkreis und die Drehmomentregelung wird gemäß dem
Stromwert ausgeführt im Vergleich mit einem Wechselrichter
mit Spannungszwischenkreis, bei dem die Drehmomentregelung gemäß einem
Spannungswert ausgeführt wird. Somit wird eine Regelungsreaktion schnell
und ist für das Antreiben des Motors geeignet, welcher
sich mit der hohen Drehzahl dreht. Außerdem erlaubt ein
Spannungsabfallbetrieb der zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerschaltung
(das Ein- und Aussteuern des Schaltelements 15) die Umdrehung
des Motors 38 bei einer Spannung, die niedriger als die
Batteriespannung ist.
-
Zweite Ausführungsform 2
-
3 zeigt
einen Schaltplan des Motorantriebs bei einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung. In 3 be zeichnet D1 eine Diode,
die zu dem zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt antiparallel
geschaltet ist, wobei eine Anode derselben zwischen eine Spule L2
und eine positive Gleichstromseite des Wechselrichterabschnitts 20 geschaltet
ist und eine Kathode derselben mit einer positiven Seite des Kondensators
C2 verbunden ist. Die anderen Strukturen gleichen denjenigen der
ersten bevorzugten Ausführungsform 1. Diese Diode D1 bewirkt, dass
die in der Spule L2 gespeicherte Energie während des Abschaltens
von Gates des Wechselrichterabschnitts 20 in den Kondensator
C2 fließt, um eine Unterdrückung der Spannungserhöhung
bei dem Wechselrichterabschnitt 20 zu aktivieren, um die
Unterdrückung des Anstiegs der Gleichspannung Vdc des Wechselrichterabschnitts 20 zu
aktivieren und um ein Verhindern einer Beschädigung der
jeweiligen Schaltelemente 21–26 zu ermöglichen,
welche den Wechselrichterabschnitt 20 bilden. Die anderen
Effekte gleichen denjenigen der ersten bevorzugten Ausführungsform
1.
-
Es
wird angemerkt, dass bei jeder der bevorzugten Ausführungsformen,
die vorstehend beschrieben sind, die Batterie als die Gleichstromleistungsversorgung
verwendet wird, aber eine weitere externe Gleichstromleistungsversorgung
verwendet werden kann.
-
Dritte Ausführungsform 3
-
4 zeigt
einen Schaltplan des Motorantriebs bei einer dritten bevorzugten
Ausführungsform 3. Es wurde nur das Verfahren der Darstellung
des Schaltplans verändert, aber die Schaltungsstruktur ist
die gleiche wie bei den beiden ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen
1, 2 und die Arbeitsweise ist die gleiche wie diejenige, die sowohl bei
der ersten als auch bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform
1, 2 beschrieben ist. Es wird jedoch angemerkt, dass eine Gatesteuerungsschaltung
des Wech selrichterabschnitts 20, eine Stromregelungsschaltung
der Spule L2 des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
usw. in 4 weggelassen sind und die Gatesteuerungsschaltung
derjenigen gleicht, die in 1 und 3 gezeigt
ist. Bei jeder der bevorzugten Ausführungsformen 1 und
2 erhöht der erste Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
die Gleichspannung Vdc, bei welcher der Wechselstrommotor 38 bis
hinauf zu einer Region mit Umdrehung bei hoher Drehzahl ausreichend
betrieben werden kann. Selbst bei der Region mit Umdrehung bei hoher Drehzahl
können der Beschleunigungsbetrieb und der Regenerationsbetrieb
erreicht werden. Andererseits sind bei einer Region mit Umdrehung
mit niedriger Drehzahl bei dem PM-Motor der Beschleunigungsantrieb
und der Regenerationsantrieb bei der Spannung an der Batterie 10 trotz
der Tatsache möglich, dass die Spannungserhöhungsantriebsoperation
in einem Fall nicht ausgeführt wird, bei dem die induzierte
Spannung des Wechselstrommotors 38 nicht ausreichend niedriger
als die Spannung an der Batterie 10 ist. Bei einem derartigen
Fall, wie er vorstehend beschrieben ist, nämlich in der
Antriebsregion mit niedriger Drehzahl, bei welcher es nicht notwendig
ist, die Spannung auf gleich oder größer als die
Spannung an der Batterie 10 zu erhöhen, wird die Erhöhungsoperation
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
angehalten. Insbesondere ist das Schaltelement 13 immer eingeschaltet
und das Schaltelement 11 ist immer ausgeschaltet, um zu
bewirken, dass die Gleichspannung Vdc mit der Spannung an der Batterie 10 übereinstimmt.
-
Bei
der dritten bevorzugten Ausführungsform 3 wird in der Region
mit Umdrehung mit niedriger Drehzahl, bei welcher die induzierte
Spannung des Wechselstrommotors 38 ausreichend niedriger
als die Spannung an der Batterie 10 ist, der Spannungserhöhungsbetrieb
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
angehalten. Somit werden das Schaltelement 11, das für
den Spannungserhöhungsbetrieb benötigt wird, und
ein Kurzschlussstrom, der von der Batterie 10 an die Spule
L1 fließt, nicht benötigt, und ein Wirkungsgrad bei
Teillast wird verbessert. Da das Schaltelement 13 zudem
immer eingeschaltet ist, kann veranlasst werden, dass der Strom
nicht nur zum Zeitpunkt des Motorantriebs, sondern auch zu dem Zeitpunkt
fließt, bei dem die Regeneration ausgeführt wird.
-
Vierte Ausführungsform 4
-
In
einem Fall, bei dem es notwendig ist, dass die induzierte Spannung
des Wechselstrommotors 38 oder ein Motorantriebsdrehmoment
gleich oder höher als die Spannung an der Batterie 10 ist,
ist es notwendig, die Gleichspannung der Batterie 10 mittels
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
zu erhöhen. Daher wird entsprechend einer Last des Wechselstrommotors 38 die Umdrehungszahl,
der Strom, die Anschlussspannung des Wechselstrommotors 38 und/oder
eine Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts zum Starten des
Erhöhungsbetriebs des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts voreingestellt.
Das heißt, dass wie in 5 gezeigt ist,
ein Befehlswert, ein Detektionswert oder ein Schätzwert
der Umdrehungszahl des Wechselstrommotors 38, der Befehlswert
oder der Detektionswert des Motorstroms, der Befehlswert oder der
Detektionswert des Motorstroms, der Befehlswert oder der Detektionswert
der Motoranschlussspannung oder der Detektionswert der Gleichspannung
des Wechselrichterabschnitts und ein Einstellwert dafür
in eine Sektion 40 zum Bestimmen des Gleichspannungswandlerbetriebs
eingegeben werden. Wenn der Detektionswert usw. der Umdrehungszahl,
des Motorstroms, der Motoranschlussspannung, der Motortemperatur
oder der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts gleich oder
größer als der eingestellte Wert ist, wird von
der Sektion 40 zum Bestimmen des Gleichspannungswandlerbetriebs
ein Befehlswert der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
zu erhöhenden Gleichspannung Vdc ausgegeben, wobei dieser
Befehlswert in ein Spannungsregelungsmittel 41 zusammen
mit dem Detektionswert der Gleichspannung Vdc eingegeben wird. Von
dem Regelungsmittel 41 wird ein Ein- oder Ausschaltbefehl
an ein Gate des Schaltelements 11 des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
ausgegeben, so dass der Befehlswert mit dem Detektionswert in Übereinstimmung
gebracht wird. Die Regelung der Gleichspannung Vdc wird ausgeführt,
um den Wechselstrommotor 38 auf einen festen Spannungswert
zu regeln, bei welchem der Wechselstrommotor 38 auf ausreichende
Weise angetrieben wird. Die Schaltungsstruktur des Motorantriebs
in dieser Ausführungsform ist in 4 gezeigt.
-
Bei
der vierten bevorzugten Ausführungsform 4 wird in der Region
mit Umdrehung mit niedriger Drehzahl, bei welcher der Wechselstrommotor 38 mit
der niedrigen Drehzahl gedreht wird, die Spannungserhöhungsoperation
des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
nicht ausgeführt. Folglich wird ein Wirkungsgrad bei Teillast verbessert.
In der Region mit Umdrehung mit hoher Drehzahl wird die Regelung
der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt erhöhten
Gleichspannung Vdc gestartet. Die erhöhte Gleichspannung
Vdc kann den festen Spannungswert bereitstellen, bei dem der Wechselstrommotor 38 ausreichend
angetrieben werden kann und der Wirkungsgrad kann sogar in der Region
mit Umdrehung mit hoher Drehzahl verbessert werden.
-
Fünfte Ausführungsform
5
-
Bei
der fünften bevorzugten Ausführungsform 5 wird
der Befehlswert der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt erhöhten
Gleichspannung Vdc in Übereinstimmung mit dem Detektionswert,
dem Befehlswert oder dem Schätzwert der Umdrehungszahl
des Wechselstrommotors 38, dem Detektionswert oder dem
Befehlswert des Motorstroms, oder dem Motortemperaturdetektionswert,
dem Detektionswert oder dem Befehlswert der Motoranschlussspannung
und/oder dem Detektionswert der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
eingestellt. Bei der fünften bevorzugten Ausführungsform
5 ist die Schaltungsstruktur des Motorantriebs in 4 gezeigt
und zusätzlich dazu wird die in 6 gezeigte
Regelung ausgeführt. Das heißt, dass die Werte
des Detektionswerts, des Befehlswerts oder des Schätzwerts
der Umdrehungszahl des Wechselstrommotors 38, des Detektionswerts
oder des Befehlswerts des Motorstroms, des Detektionswerts der Motortemperatur,
des Detektionswerts oder des Befehlswerts der Motoranschlussspannung
und/oder des Detektionswerts der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts
in eine Spannungsbefehlserzeugungssektion 42 eingegeben
werden. Die Spannungsbefehlserzeugungssektion 42 stellt
den Befehlswert der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhten Gleichspannung Vdc in Übereinstimmung
mit dem bzw. den eingegebenen Wert(en) ein. Dieser Befehlswert wird
zusammen mit dem Detektionswert der Gleichspannung Vdc an ein Spannungsregelungsmittel 43 eingegeben.
Das Spannungsregelungsmittel gibt den Ein- oder Ausschalt-Befehl
an das Gate des Schaltelements 11 des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
aus, um die Regelung über die Gleichspannung Vdc auszuführen,
so dass der Befehlswert in Übereinstimmung mit dem Detektionswert
derselben gebracht wird. Zum Beispiel wird die Anschlussspannung
an dem Wechselstrommotor 38 detektiert, wobei eine Spannung,
die ein wenig höher als diese Anschlussspannung ist, auf
den Spannungsbefehlswert der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhten Gleichspannung Vdc eingestellt wird, um die Spannungsregelung
(AVR) auszuführen. Somit kann ein Strom, der in das Schaltelement 11 oder 17 oder
die Dioden 12, 18 fließt, verringert
werden, so dass die Verlustverringerung des Motorantriebs erreicht
werden kann. Die induzierte Spannung des Wechselstrommotors 38 kann
aus der Umdrehungszahl des Wechselstrommotors 38 ohne eine
Detektion derselben geschätzt werden.
-
Bei
der fünften bevorzugten Ausführungsform 5 wird
der Befehlswert der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt zu
erhöhenden Gleichspannung Vdc in Übereinstimmung
mit der Umdrehungsdrehzahl des Wechselstrommotors 38, dem
Motorstrom, der Motortemperatur, der Motoranschlussspannung und
der Gleichspannung des Wechselrichterabschnitts sofort variiert.
Folglich kann der Motorantrieb die Verschlechterung des Wirkungsgrads
bei Teillast durch ein mehr als notwendiges Erhöhen der
Spannung verhindern und die Regelung kann den Wirkungsgrad von der Region
mit niedriger Drehzahl bis zu der Region mit hoher Drehzahl verbessern.
-
Sechste Ausführungsform 6
-
Bei
einer sechsten bevorzugten Ausführungsform 6 ist die Schaltungsstruktur
des Motorantriebs in 4 gezeigt. In einem Fall, bei
dem die Umdrehungszahl des Wechselstrommotors 38 erhöht
wird und die induzierte Spannung des Wechselstrommotors 38 höher
als die von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt erhöhte
Gleichspannung Vdc wird, wobei der Beschleunigungsantrieb höher
als die von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhte Gleichspannung Vdc ist, wird der Beschleunigungsantrieb
nicht länger möglich. Für den Regenerationsantrieb
jedoch wird bewirkt, dass der Regenerationsstrom über die
Flywheeldioden 27–32 des Wechselrichterabschnitts 20 unabhängig
von der Regelung des Wechselrichterabschnitts 20 mit Leitung
für 120 Grad und der Gleichstromregelung des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
fließt. Wenn sich zu diesem Zeitpunkt der erste Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
in dem Antriebszustand befindet, wird veranlasst, dass der entsprechende
Regenerationsstrom über das Schaltelement 13 des
ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts in
die Batterie 10 fließt. Es wird angemerkt, dass
dieser Regenerationsstrom keine Beziehung mit der Stromregelung
des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
aufweist und ein Wert ist, der gemäß einem Leckwiderstandswert
des Wechselstrommotors 38 und einer elektrischen Potentialdifferenz
zwischen der induzierten Spannung und der von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhten Gleichspannung Vdc ermittelt wird. Folglich wird
in einem Fall, bei dem diese Potentialdifferenz groß ist und
der Leckwiderstandswert des Wechselstrommotors 38 bemerkenswert
klein ist, ein übermäßiger Regenerationsstrom
in die Batterie 10 hinein regeneriert. Es tritt eine Beschädigung
der Batterie 10 aufgrund eines Überstroms auf.
Folglich wird bei der sechsten bevorzugten Ausführungsform
6 in einem Fall, bei dem die Umdrehungszahl des Wechselstrommotors 38 erhöht
wird und die von dem Wechselstrommotor 38 induzierte Spannung
höher als die von dem ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
erhöhte Gleichspannung Vdc wird, das Schaltelement 13 des
ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
zwangsweise ausgeschaltet. Dann fließt der übermäßige
regenerative Strom nicht in die Batterie 10 hinein, so dass
eine Beschädigung der Batterie 10 verhindert wird.
Es wird angemerkt, dass die von dem Wechselstrommotor 38 induzierte Spannung
direkt detektiert werden kann oder dass die induzierte Spannung
aus der Umdrehungszahl geschätzt werden kann.
-
Selbst
in einem Fall, bei dem in der sechsten bevorzugten Ausführungsform
6 die induzierte Spannung in der Region mit Umdrehungen mit hoher Drehzahl
größer als die erhöhte Gleichspannung wird,
kann die Beschädigung der Batterie 10 aufgrund
des übermäßigen Regenerationsstroms verhindert
werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
ein Schaltplan des Motorantriebs bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform
1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
ein Betriebswellenformdiagramm des Motorantriebs bei der ersten
bevorzugten Ausführungsform 1.
-
3 ist
ein Schaltplan des Motorantriebs bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
2.
-
4 ist
ein Schaltplan des Motorantriebs bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform
3.
-
5 ist
ein Steuerungsblockdiagramm eines ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform 4.
-
6 ist
ein Steuerungsblockdiagramm eines ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
bei einer fünften bevorzugten Ausführungsform
5.
-
7 ist
ein Schaltplan eines herkömmlichen Motorantriebs, der in
der Patentliteratur 1 beschrieben ist.
-
- 10
- Batterie
- 11,
13, 15, 17, 21–26
- Schaltelemente
- 12,
14, 16, 18, 27–32
- Flywheeldioden
- 20
- Wechselrichterabschnitt
- 38
- Wechselstrommotor
- 40,
42
- Spannungsbefehlserzeugungssektion
- 41,
43
- Spannungsregelungsmittel
- C1,
C2
- Kondensator
- L1,
L2
- Spule
- D1
- Diode
-
Zusammenfassung
-
Aufgabe:
Ein Antrieb mit hoher Drehzahl ist möglich, eine Verwendung
einer Leistungsversorgung mit niedriger Spannung ist möglich,
und eine Regeneration ist leicht auszuführen.
-
Mittel
zum Lösen der Aufgabe: Ein erster Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt wird
an einer Ausgangsseite einer Batterie (10) bereitgestellt,
um eine Spannung an der Batterie (10) während
eines Antriebs eines Motors zu erhöhen, ein zweiter Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitt
wird an einer Ausgangsseite des ersten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts bereitgestellt,
um die Spannung von einem Wechselrichterabschnitt (20)
während einer Regeneration zu erhöhen, ein Wechselrichterabschnitt
(20) eines Wechselrichters mit Stromzwischenkreis mit Leitung für
120 Grad wird an der Ausgangsseite des zweiten Abwärts-Aufwärts-Gleichspannungswandlerabschnitts
bereitgestellt und ein Motor (38) wird an einer Ausgangsseite
des Wechselrichterabschnitts (20) bereitgestellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Toshihiko
Noguchi (Nagaoka University of Technology) mit dem Titel ”Performance
of Mechanical-Sensorless Operation of Pseudo Current-Source Inverter
Fed Ultra High-Speed PM motor” [0005]