DE112010003370B4 - Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung - Google Patents

Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Regelungsvorrichtung zum Steuern einer Elektromotorantriebsvorrichtung (1), die einen Wechselrichter (6) enthält, der eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt, um die AC-Spannung an den AC-Elektromotor (4) zu liefern, enthaltend: einen Stromregelungsbereich (24) zum Durchführen eines Stromregelungsprozesses des Bestimmens eines Spannungsbefehlswerts (Vd, Vp) basierend auf einer Abweichung zwischen einem Strombefehlswert (Id, Ip), der ein Befehlswert eines Stroms ist, der an eine Spule des AC-Elektromotors (4) anzulegen ist, und einem Stromdetektionswert, der ein Detektionswert eines Stroms ist, der in der Spule fließt; einen Spannungsregelungsbereich (10) zum Durchführen eines Spannungsregelungsprozesses des Erzeugens eines Schaltsteuerungssignals (S1–S6) des Wechselrichters (6) entsprechend dem Spannungsbefehlswert (Vd, Vp); einen Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) zum Bestimmen einer Stromregelungsperiode (Pi), die eine Periode ist zum Durchführen eines Stromregelungsprozesses, basierend auf einem Zieldrehmoment (TM) des AC-Elektromotors (4); einen Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) zum Bestimmen einer Spannungsregelungsperiode (Pv), die eine Periode ist zum Durchführen eines Spannungsregelungsprozesses, basierend auf einer Drehzahl (ω) des AC-Elektromotors (4); und einen Regelungsperiodeneinstellungsbereich (14) zum Setzen der Stromregelungsperiode (Pi) und der Spannungsregelungsperiode (Pv) basierend auf der Bestimmung des Stromregelungsperiodenbestimmungsbereichs (12) und des Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereichs (13), wobei der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) gemäß dem Zieldrehmoment (TM) die Stromregelungsperiode (Pi) als einen Wert bestimmt, der kontinuierlich oder schrittweise zunimmt, wenn das Zieldrehmoment (TM) abnimmt, und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) gemäß der Drehzahl (ω) die Spannungsregelungsperiode (Pv) als einen Wert bestimmt, der kontinuierlich oder schrittweise zunimmt, wenn die Drehzahl (ω) abnimmt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Regelungsvorrichtungen zum Steuern einer Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen Wechselrichter aufweist, der eine Gleichstrom(DC)-Spannung in eine Wechselstrom(AC)-Spannung umwandelt, um die AC-Spannung an einen AC-Elektromotor zu liefern.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Bekannt ist eine Regelungsvorrichtung, die eine Elektromotorantriebsvorrichtung steuert, die einen Wechselrichter aufweist, der eine DC-Spannung von einer DC-Leistungsquelle in eine AC-Spannung umwandelt, um die AC-Spannung an einen AC-Elektromotor zu liefern, und die eine Stromrückführungsregelung des AC-Elektromotors durchführt. Eine derartige Regelungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung führt wiederholt beides, einen Stromregelungsprozess und einen Spannungsregelungsprozess in jeder vorbestimmten Zeitperiode durch. Der Stromregelungsprozess ist ein Prozess zum Bestimmen eines Spannungsbefehlswerts basierend auf der Abweichung zwischen einem Strombefehlswert, der ein Befehlswert eines Stroms ist, der an eine Spule des AC-Elektromotors anzulegen ist, und einem Stromdetektionswert, der ein Detektionswert eines Stroms ist, der in der Spule fließt. Der Spannungsregelungsprozess ist ein Prozess zum Erzeugen eines Schaltregelungssignals des Wechselrichters entsprechend dem Spannungsbefehlswert. Bezüglich der Zeitperiode zum Durchführen des Stromregelungsprozesses und des Spannungsregelungsprozesses offenbart beispielsweise das nachfolgende Patentdokument 1 eine Struktur, bei der eine Stromregelungsperiode, die eine Zeitperiode ist zum Durchführen des Stromregelungsprozesses, 200 μs oder 400 μs beträgt.
  • [Betreffendes Stand der Technik Dokument]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Veröffentlichung des japanischen Patents mit der Nummer JP 3 890 907 B2
  • DE 196 15 760 A1 betrifft Adaptions-Algorithmen der Regelparameter eines PID-Reglers mit variabler Schrittweite für eine Regelstrecke, deren Stellsignal stark von der Antriebs-Last abhängig ist.
  • US 2008/0265831 A1 betrifft eine Motorregelungsvorrichtung, bei der eine Regelungsperiode eines Motorstroms mit der Drehzahl des Motors synchronisiert wird.
  • US 2008/0218111 A1 betrifft eine Regelungsvorrichtung für ein Motorantriebssystem, das eine Gleichspannung in eine Wechselspannung mittels eines Wechselrichters umwandelt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • [Das durch die Erfindung zu lösende Problem]
  • Obwohl es nicht speziell in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, sind die Stromregelungsperiode und eine Spannungsregelungsperiode (eine Periode zum Durchführen des Spannungsregelungsprozesses) typischerweise auf Werte gesetzt, beispielsweise feste Werte, die eine gewünschte Regelungsperformance (beispielsweise Regelungsantwortcharakteristiken, Rippelstrompegel und dergleichen) bei allen möglichen Betriebspunkten (beispielsweise Drehmoment, die Drehzahl und dergleichen) eines AC-Elektromotors erreichen. Die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode werden folglich gemäß dem Betriebspunkt gesetzt, bei dem die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode am kürzesten sind (im Folgenden als „Grenzbetriebspunkt” bezeichnet). Dadurch kann ein AC-Elektromotor entsprechend gesteuert werden, ungeachtet seines Arbeits- bzw. Betriebspunkts, selbst wenn die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode auf feste Werte gesetzt sind.
  • Bei der Struktur, bei der die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode auf einen festen Wert gesetzt sind, wie oben beschrieben, können jedoch der Stromregelungsprozess und der Spannungsregelungsprozess möglicherweise mit einer unnötig kurzen Zeitperiode durchgeführt werden, wenn der AC-Elektromotor bei einem Betriebspunkt betrieben wird, der sich signifikant von dem Grenzbetriebspunkt unterscheidet. Dieses Problem kann signifikant werden, wenn die Regelungsvorrichtung eine Vorrichtung ist zum Steuern eines AC-Elektromotors, der als Antriebskraftquelle in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder dergleichen montiert ist. Dies liegt daran, dass ein möglicher Betriebspunktbereich des AC-Elektromotors, der in derartigen Fahrzeugen montiert ist (im Folgenden als der „Betriebpunktbereich” bezeichnet) größer sein kann als der eines AC-Elektromotors, der im Wesentlichen in seinem Nennbetrieb konstant arbeitet. Der herkömmliche Aufbau, bei dem die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode auf feste Werte gesetzt sind, ist folglich nicht vorteilhaft für AC-Elektromotoren, die einen größeren Betriebspunktbereich haben können, wie beispielsweise AC-Elektromotoren, die als Antriebskraftquelle in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder dergleichen montiert sind. Entsprechend ist die Implementierung von Regelungsvorrichtungen für Elektromotorantriebsvorrichtungen wünschenswert, die vorzugsweise AC-Elektromotoren steuern, die einen größeren Betriebspunktbereich haben.
  • [Mittel zum Lösen des Problems]
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Regelungsvorrichtung zum Steuern einer Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen Wechselrichter enthält, der eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt, um die AC-Spannung an einen AC-Elektromotor zu liefern, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: einen Stromregelungsbereich zum Durchführen eines Stromregelungsprozesses des Bestimmens eines Spannungsbefehlswerts basierend auf einer Abweichung zwischen einem Strombefehlswert, der ein Befehlswert eines Stroms ist, der an eine Spule des AC-Elektromotors zu liefern ist, und einem Stromdetektionswert, der ein Detektionswert eines Stroms ist, der in der Spule fließt; einen Spannungsregelungsbereich zum Durchführen eines Spannungsregelungsprozesses des Erzeugens eines Schaltregelungssignals des Wechselrichters entsprechend dem Spannungsbefehlswert; einen Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich zum Bestimmen einer Stromregelungsperiode, die eine Periode zum Durchführen des Stromregelungsprozesses ist, basierend auf einem Zieldrehmoment des AC-Elektromotors; einen Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich zum Bestimmen einer Spannungsregelungsperiode, die eine Periode zum Durchführen des Spannungsregelungsprozesses ist, basierend auf einer Drehzahl des AC-Elektromotors; und einen Regelungsperiodeneinstellungsbereich zum Einstellen bzw. Setzen der Stromregelungsperiode und der Spannungsregelungsperiode basierend auf der Bestimmung durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich und den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich. In der Regelungsvorrichtung bestimmt der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich gemäß dem Zieldrehmoment die Stromregelungsperiode als einen Wert, der kontinuierlich oder schrittweise zunimmt, wenn das Zieldrehmoment abnimmt, und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt gemäß der Drehzahl die Spannungsregelungsperiode als einen Wert, der kontinuierlich oder schrittweise zunimmt, wenn die Drehzahl abnimmt.
  • Mit der obigen charakteristischen Struktur wird die Stromregelungsperiode auf einen größeren Wert gesetzt, wenn das Zieldrehmoment des AC-Elektromotors abnimmt. Dadurch kann die Stromregelungsperiode entsprechend gemäß Antwortcharakteristiken des AC-Elektromotors gesetzt werden, die sich verschlechtern, wenn das Zieldrehmoment abnimmt. Dies kann die Möglichkeit reduzieren, dass der Spannungsbefehlswert mit einer derart kurzen Periode aktualisiert werden kann (der Stromregelungsprozess kann durchgeführt werden), dass der AC-Elektromotor nicht geeignet folgen kann.
  • Mit dem obigen charakteristischen Aufbau wird die Spannungsregelungsperiode auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die Drehzahl des AC-Elektromotors abnimmt. Dadurch kann die Spannungsregelungsperiode geeignet gemäß einer zeitlichen Änderung einer Magnetpolposition eingestellt werden, die einen Drehwinkel eines Rotors des AC-Elektromotors angibt, die mit einer geringeren Rate auftritt, wenn die Drehzahl abnimmt. Dies kann die Möglichkeit reduzieren, dass das Schaltregelungssignal mit einer unnötigen kurzen Periode erzeugt werden kann (der Spannungsregelungsprozess kann durchgeführt werden), um die Größe eines Wellenstroms bzw. Rippelstroms auf ein in der Praxis akzeptables Niveau zu reduzieren.
  • Gemäß dem obigen charakteristischen Aufbau können folglich die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode gemäß dem Betriebspunkt des AC-Elektromotors eingestellt werden, während die Möglichkeit reduziert wird, dass der Stromregelungsprozess und der Spannungsregelungsprozess in einer unnötig kurzen Periode durchgeführt werden. Dies kann die Möglichkeit reduzieren, dass eine Betriebslast auf eine arithmetische Verarbeitungseinheit, die in der Regelungsvorrichtung enthalten ist, unnötig zunehmen kann. Die Betriebslast, die eine Stromrückführungsregelung der arithmetischen Verarbeitungseinheit der Regelungsvorrichtung betrifft, wird reduziert, wenn die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode zunehmen. Dadurch kann die arithmetische Verarbeitungseinheit leicht einen anderen Prozess parallel durchführen, oder dergleichen. Die Regelungsvorrichtung für die Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert vorzugsweise einen AC-Elektromotor, der einen größeren Betriebspunktbereich aufweisen kann.
  • Man beachte, dass in dem Fall, bei dem das Schaltregelungssignal des Wechselrichters ein PWM(Pulsbreitenmodulation)-Signal ist, das basierend auf einem Träger (einer Trägerwelle) erzeugt wird, Schaltverluste reduziert werden können, indem eine Trägerfrequenz gemäß einer Zunahme der Spannungsregelungsperiode reduziert wird.
  • Die Stromregelungsperiode, die durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt wird, ist vorzugsweise ein Wert, der basierend auf einer elektrischen Zeitkonstante des AC-Elektromotors eingestellt wird, die gemäß dem Zieldrehmoment bestimmt wird, und die Spannungsregelungsperiode, die durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt wird, ist ein Wert, der basierend auf einer Zeit gesetzt wird, die einem Zyklus eines elektrischen Winkels entspricht, der gemäß der Drehzahl bestimmt wird.
  • Eine minimale Aktualisierungsperiode des Spannungsbefehlswerts, dem der AC-Elektromotor geeignet folgen kann, nimmt zu, wenn das Zieldrehmoment (der Strombefehlswert) abnimmt, und diese minimale Aktualisierungsperiode kann entsprechend basierend auf der elektrischen Zeitkonstante abgeleitet werden. Mit dem obigen Aufbau kann eine derartige minimale Aktualisierungsperiode, die basierend auf der oben beschriebenen elektrischen Zeitkonstante abgeleitet wird, oder eine Periode, die nicht signifikant größer als die minimale Aktualisierungsperiode ist, als die Stromregelungsperiode gesetzt werden, die durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt wird. Dieser Aufbau ermöglicht das Setzen bzw. Einstellen einer entsprechenden Periode, die nicht unnötig kurz ist, als die Stromregelungsperiode gemäß dem Zieldrehmoment, während die Möglichkeit reduziert wird, das Regelungsantwortcharakteristiken sich aufgrund der Regelungsvorrichtung verschlechtern können.
  • Eine maximale Aktualisierungsperiode des Schaltregelungssignals, in der die Größe des Rippenstroms auf ein praktikables akzeptables Niveau unterdrückt wird, nimmt zu, wenn die Drehzahl abnimmt, und diese maximale Aktualisierungsperiode kann entsprechend basierend auf einer Zeit hergeleitet werden, die einem Zyklus des elektrischen Winkels entspricht. Mit dem obigen Aufbau kann eine derartige maximale Aktualisierungsperiode, die hergeleitet wird basierend auf der Zeit, die einem Zyklus des elektrischen Winkels entspricht, oder eine Periode, die nicht signifikant kürzer ist als diese Aktualisierungsperiode, als die Spannungsregelungsperiode eingestellt bzw. gesetzt werden, die durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt wird. Diese Struktur erlaubt das Einstellen einer geeigneten Periode, die nicht unnötig kurz ist, als die Spannungsregelungsperiode gemäß der Drehzahl, während die Möglichkeit reduziert wird, dass Rippelströme zunehmen können.
  • Wenn die Stromregelungsperiode, die durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt wird, kürzer als die Spannungsregelungsperiode ist, die durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt wird, stellt der Regelungsperiodeneinstellungsbereich vorzugweise die Spannungsregelungsperiode auf einen gleichen Wert ein, wie die Stromregelungsperiode, die durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt wird.
  • In dem Spannungsregelungsprozess wird das Schaltregelungssignal des Wechselrichters typischerweise basierend auf dem Spannungsbefehlswert bestimmt, der durch den jüngsten Stromregelungsprozess bestimmt worden ist. Wenn die Stromregelungsperiode kürzer als die Spannungsregelungsperiode ist, kann ein Teil des Aktualisierungsergebnisses des Spannungsbefehlswerts durch den Stromregelungsprozess nicht auf den Spannungsregelungsprozess reflektiert werden, und der Spannungsbefehlswert kann unnötig oft aktualisiert werden. Die obige Struktur ist in der Lage alle Ergebnisse der Stromregelungsprozesse effizient zu verwenden. Man beachte, dass das Einstellen der Spannungsregelungsperiode auf einen kleineren Wert gemäß der Stromregelungsperiode kaum Probleme verursacht.
  • Die Regelungsvorrichtung enthält ferner einen Regelungsperiodenspeicherungsbereich, der eine Stromregelungsperiodenkarte speichert, die die Stromregelungsperiode für jede von einer Mehrzahl von Zieldrehmomentregionen definiert, die gesetzt bzw. eingestellt werden, indem ein möglicher Bereich des Zieldrehmoments in eine Mehrzahl von Regionen unterteilt wird, und der eine Spannungsregelungsperiodenkarte speichert, die die Spannungsregelungsperiode für jede von einer Mehrzahl von Drehzahlregionen definiert, die gesetzt bzw. eingestellt werden, indem ein möglicher Bereich der Drehzahl in eine Mehrzahl von Regionen unterteilt wird. In der Regelungsvorrichtung definiert die Stromregelungsperiodenkarte die Stromregelungsperiode, die schrittweise zunimmt, wenn die Zieldrehmomentregion abnimmt, und die Spannungsregelungsperiodenkarte definiert die Spannungsregelungsperiode, die schrittweise zunimmt, wenn die Drehzahlregion abnimmt. Der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt ferner die Stromregelungsperiode durch Bezugnahme auf die Stromregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich gespeichert ist, und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich bestimmt die Spannungsregelungsperiode durch Bezugnahme auf die Spannungsregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich gespeichert ist.
  • Mit diesem Aufbau können der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich entsprechend die Stromregelungsperiode und die Spannungsregelungsperiode bestimmen, indem lediglich Bezug genommen wird auf die Stromregelungsperiodenkarte und die Spannungsregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich gespeichert sind. Dies kann den Aufbau des Stromregelungsperiodenbestimmungsbereichs und des Spannungsperiodenbestimmungsbereichs vereinfachen, und kann die Möglichkeit reduzieren, dass die Betriebslast der arithmetischen Verarbeitungseinheit der Regelungsvorrichtung bei der Bestimmung der Stromregelungsperiode und der Spannungsregelungsperiode signifikant zunehmen kann.
  • Der Stromregelungsprozess ist vorzugsweise ein Stromrückführungsregelungsprozess zum Bestimmen des Spannungsbefehlswerts, indem mindestens eine Proportionalregelung und Integralregelung durchgeführt werden, basierend auf der Abweichung zwischen dem Strombefehlswert und dem Stromdetektionswert, und beides, ein Proportionalregelungsgewinn, der ein Regelungsgewinn der Proportionalregelung ist, und ein Integralregelungsgewinn, der ein Regelungsgewinn der Integralregelung ist, werden gemäß der Stromregelungsperiode geändert.
  • Mit diesem Aufbau können der Proportionalregelungsgewinn und der Integralregelungsgewinn entsprechend eingestellt werden, während die Möglichkeit eines „Overshoot”-Phänomens und eine Verschlechterung der Fähigkeit des Stromdetektionswerts dem Strombefehlswert zu folgen reduziert werden, wenn die Stromregelungsperiode geändert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm, das den Aufbau einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Regelungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt einen Graphen, der konzeptionell eine Stromregelungsperiodenkarte und eine Spannungsregelungsperiodenkarte gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel der Beziehung zwischen einer d-Achsen-Induktivität und q-Achsen-Induktivität, und einem Strom zeigt.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Regelungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie in 1 gezeigt, wird das vorliegende Ausführungsbeispiel in Bezug auf ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Elektromotorantriebsvorrichtung 1 als eine Vorrichtung strukturiert ist zum Antreiben eines IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Electric Motor) 4, im Folgenden einfach als „Elektromotor 4” bezeichnet, der als AC-Elektromotor dient, der durch einen Dreiphasenwechselstrom betrieben wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert eine Regelungsvorrichtung 2 die Elektromotorregelungsvorrichtung 1 zum Durchführen einer Stromrückführungsregelung des Elektromotors 4, indem ein Vektorregelungsverfahren bzw. eine Vektorregelung verwendet wird. Spezieller, wie in 2 gezeigt, enthält die Regelungsvorrichtung 2 einen Stromregelungsbereich 24 zum Durchführen eines Stromregelungsprozesses in jeder Stromregelungsperiode Pi, und einen Spannungsregelungsbereich 10 zum Durchführen eines Spannungsregelungsprozesses in jeder Spannungsregelungsperiode Pv. Wie in 3 gezeigt, ist die Regelungsvorrichtung 2 charakterisiert durch das Einstellen der Stromregelungsperiode Pi und der Spannungsregelungsperiode Pv gemäß einem Betriebspunkt des Elektromotors 4, der bestimmt ist durch eine Drehzahl ω und ein Zieldrehmoment TM, und ist auch charakterisiert durch die Beziehung zwischen der Stromregelungsperiode Pi und der Spannungsregelungsperiode Pv, die gesetzt sind, und dem Betriebspunkt des Elektromotors 4. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 und die Regelungsvorrichtung 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden im Folgenden im Einzelnen beschrieben.
  • 1. Aufbau der Elektromotorantriebsvorrichtung
  • Zuerst wird der Aufbau der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 enthält einen Wechselrichter 6 zum Umwandeln einer DC-Spannung Vdc in eine AC-Spannung, um die AC-Spannung an den Elektromotor 4 zu liefern. Man beachte, dass der Elektromotor 4 aufgebaut ist, um auch als ein elektrischer Generator zu arbeiten, falls dies erforderlich ist. Der Elektromotor 4 wird beispielsweise verwendet als Antriebskraftquelle von Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und dergleichen. Die Elektromotorantriebsvorrichtung enthält eine DC-Leistungsquelle 3 zum Erzeugen der DC-Spannung Vdc und einen Glättungskondensator C1 zum Glätten der DC-Spannung Vdc von der DC-Leistungsquelle 3. Beispielsweise können verschiedene Sekundärbatterien (Akkus), wie beispielsweise Nickel-Wasserstroff-Akkus, Lithium-Ionen-Akkus, Kondensatoren, Kombinationen davon oder dergleichen als DC-Leistungsquelle 3 verwendet werden. Die DC-Spannung Vdc, die die Spannung der DC-Leistungsquelle 3 ist, wird von einem Spannungssensor 1 detektiert und an die Regelungsvorrichtung 2 ausgegeben. Man beachte, dass die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 einen Wandler enthalten kann zum Hochstufen oder Runterstufen der Spannung der DC-Leistungsquelle 3, und ein Ausgangssignal des Wandlers kann als die DC-Spannung Vdc an den Wechselrichter 6 geliefert werden.
  • Der Wechselrichter 6 ist eine Vorrichtung zum Umwandeln der DC-Spannung Vdc in eine AC-Spannung, um die AC-Spannung an den Elektromotor 4 zu liefern. Der Wechselrichter 6 enthält eine Mehrzahl von Sätzen von Schaltbauteilen E1 bis E6 und Dioden D1 bis D6. Der Wechselrichter 6 enthält ein Paar von Schaltbauteilen für jede der drei Phasen (U-Phase, V-Phase, und W-Phase) des Elektromotors 4. Spezieller enthält der Wechselrichter 6 ein oberes U-Phasenzweigelement bzw. Schaltbauteil E1 und ein unteres U-Phasenzweigelement E2 bzw. Schaltbauteil, ein oberes V-Phasenzweigelement E3 bzw. Schaltbauteil und ein unteres V-Phasenzweigelement E4 bzw. Schaltbauteil, und ein oberes W-Phasenzweigelement E5 bzw. Schaltbauteil und ein unteres W-Phasenzweigelement E6 bzw. Schaltbauteil. In diesem Beispiel werden IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors = Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) als Schaltbauteile E1 bis E6 verwendet. Der Emitter des oberen Zweigschaltbauteils E1, E3, E5 jeder Phase, und der Kollektor des unteren Zweigschaltbauteils E2, E4, E6 jeder Phase ist mit einer Spule einer entsprechenden Phase (eine U-Phasenspule Mu, eine V-Phasenspule Mv, oder eine W-Phasenspule Mw) des Elektromotors 4 verbunden. In der folgenden Beschreibung werden diese drei Phasenspulen manchmal zusammengefasst als „Spulen Mu, Mv, Mw” bezeichnet, sofern die Spulen nicht spezifiziert werden müssen. Der Kollektor des oberen Zweigschaltbauteils E1, E3, E5 jeder Phase ist mit einer Systemspannungsleitung 51 verbunden, und der Emitter des unteren Zweigbauteils E2, E4, E6 jeder Phase ist mit einer negativen Leitung 52 verbunden. Die Dioden D1 bis D6, die jeweils als Freilaufdioden arbeiten, sind jeweils parallel zu den Schaltbauteilen E1 bis E6 geschaltet. Man beachte, dass zusätzlich zu den IGBTs, Leistungstransistoren verschiedener Strukturen, wie beispielsweise Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren, Metalloxidhalbleiter(MOS)-Transistoren als die Schaltbauteile E1 bis E6 verwendet werden können.
  • Die Schaltbauteile E1 bis E6 werden jeweils durch Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 ein/ausgeschaltet, die von der Regelungsvorrichtung 2 ausgegeben werden. Der Wechselrichter 6 wandelt folglich die DC-Spannung Vdc in eine AC-Spannung um, um die AC-Spannung an den Elektromotor 4 zu liefern, wodurch der Elektromotor 4 veranlasst wird ein Ausgangsdrehmoment gemäß dem Zieldrehmoment TM auszugeben. Zu diesem Zeitpunkt werden die Schaltbauteile E1 bis E6 ein/aus-geschaltet durch Pulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerung oder Rechteckwellensteuerung, was später beschrieben wird, gemäß den Schaltsteuerungssignalen S1 bis S6. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 Gateansteuersignale zum Ansteuern der Gates der Schaltbauteile E1 bis E6. Wenn der Elektromotor 4 als elektrischer Generator arbeitet, wandelt der Wechselrichter 6 eine erzeugte AC-Spannung in eine DC-Spannung um, um die DC-Spannung an die Systemspannungsleitung 51 zu liefern. Ein Strom jeder Phase, der in der Spule Mu, Mv, Mw jeder Phase des Elektromotors 4 fließt, spezieller jeder von einem U-Phasenstrom Iur, einem V-Phasenstrom Ivr, und einem W-Phasenstrom Iwr, wird durch einen Stromsensor 42 detektiert und an die Regelungsvorrichtung 2 ausgegeben.
  • Eine Magnetpolposition θ eines Rotors des Elektromotors 4 wird zu jedem Zeitpunkt durch einen Drehsensor 43 detektiert und an die Regelungsvorrichtung 2 ausgegeben. Der Drehsensor 43 ist beispielsweise durch einen Resolver bzw. Drehmelder gebildet. Die Magnetpolposition θ stellt einen Drehwinkel des Rotors in einem elektrischen Winkel dar. Das Zieldrehmoment TM des Elektromotors 4 wird in die Regelungsvorrichtung 2 als Anforderungssignal eingegeben, beispielsweise von einer anderen Regelungsvorrichtung, wie etwa einer nicht gezeigten Fahrzeugregelungsvorrichtung.
  • 2. Aufbau der Regelungsvorrichtung
  • Funktionen der Regelungsvorrichtung 2, die in 1 gezeigt ist, werden im Einzelnen unter Bezugnahme auf 2 nachfolgend beschrieben. Man beachte, dass die Funktion bezüglich des Einstellens der Regelungsperioden, was ein Hauptbesttandteil der vorliegenden Erfindung ist, später in Abschnitt 3 beschrieben wird. Jeder funktionale Bereich der Regelungsvorrichtung 2, der nachfolgend beschrieben wird, wird durch Hardware und/oder Software (ein Programm) zum Durchführen verschiedener Verarbeitungen von Eingangsdaten gebildet, indem eine Logikschaltung verwendet wird, wie beispielsweise ein Mikrocomputer als ein Kernbauteil. Wie oben beschrieben, werden das Zieldrehmoment TM und die Magnetpolposition θ in die Regelungsvorrichtung 2 eingegeben. Der U-Phasenstrom Iur, der V-Phasenstrom Ivr und der W-Phasenstrom Iwr werden ebenfalls in die Regelungsvorrichtung 2 eingegeben. Die Regelungsvorrichtung 2 führt eine Rückführungsregelung bzw. Regelung durch, indem ein Vektorregelungsverfahren verwendet wird, basierend auf dem Zieldrehmoment TM, der Magnetpolposition θ, der Drehzahl ω des Elektromotors 4, die von der Magnetpolposition θ abgeleitet wird, und den Strömen Iur, Ivr, Iwr jeder Phase, und bestimmt einen d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und einen q-Achsenspannungsbefehlswert Vq, nämlich Spannungsbefehlswerte von Spannungen, die an den Elektromotor 4 zu liefern sind. Bei dem Vektorregelungsverfahren stellt die d-Achse eine Magnetflussrichtung eines Feldmagneten dar und die q-Achse stellt eine Richtung dar, die um π/2 einem elektrischen Winkel bezüglich der Richtung des Feldmagneten vorauseilt. Die Regelungsvorrichtung 2 erzeugt die Schaltteuerungssignale S1 bis S6 zum Antreiben des Wechselrichters 6 und gibt diese basierend auf den d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und dem q-Achsenspannungsbefehlswert Vq aus und führt eine Antriebsregelung des Elektromotors 4 über den Wechselrichter 6 durch. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen der d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und der q-Achsenspannungsbefehlswert Vq einem „Spannungsbefehlswert” in der vorliegenden Erfindung. In der folgenden Beschreibung werden diese Zwei-Achsen-Spannungsbefehlswerte manchmal zusammen als „Spannungsbefehlswerte Vd, Vq” bezeichnet, sofern diese Spannungsbefehlswerte nicht spezifiziert werden müssen.
  • Wie in 2 gezeigt, enthält ein Strombefehlsbestimmungsbereich 7 zum Bestimmen eines d-Achsenstrombefehlswerts Id und eines q-Achsenstrombefehlswert Iq als Befehlswerte eines Stroms, der an die Spule Mu, Mv, Mw des Elektromotors 4 anzulegen ist, einen d-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 21 und einen q-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 22. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen der d-Achsenstrombefehlswert Id und der q-Achsenstrombefehlswert Iq einem „Strombefehlswert” in der vorliegenden Erfindung. In der folgenden Beschreibung werden diese Zwei-Achsen-Strombefehlswerte manchmal zusammen als „Strombefehlswerte Id, Iq” bezeichnet, sofern diese Strombefehlswerte nicht spezifiziert werden müssen.
  • Das Zieldrehmoment TM wird in den d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsbereich 21 eingegeben. Der d-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 21 leitet einen d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM her. Der d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb entspricht einem Befehlswert eines d-Achsenstroms in dem Fall des Durchführens einer maximalen Drehmomentregelung. Die maximale Drehmomentregelung bezeichnet eine Regelung zum Einstellen einer Stromphase, so dass das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 4 bei dem gleichen Strom am größten wird. Bei der maximalen Drehmomentregelung kann das Drehmoment am effizientesten für die Ströme erzeugt werden, die an die Spule Mu, Mv, Mw des Elektromotors 4 angelegt werden. Man beachte, dass die Stromphase eine Phase eines resultierenden Vektors des d-Achsenstrombefehlswerts Id und des q-Achsenstrombefehlswerts Iq bezüglich der q-Achse bezeichnet.
  • Der d-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 21 nimmt beispielsweise Bezug auf eine Karte, um den d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb gemäß dem Wert des Zielmoments TM herzuleiten. Der d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb, der folglich hergeleitet wurde, wird in einen Subtrahierer 23 eingegeben. Ein d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert Δid, der durch einen nachfolgend beschriebenen Stromeinstellungsbefehlswertherleitungsbereich 31 hergeleitet wird, wird ebenfalls in den Subtrahierer 23 eingegeben. Wie durch die Gleichung (1) nachfolgend gezeigt, subtrahiert der Subtrahierer 23 den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von dem d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb, um einen eingestellten d-Achsenstrombefehlswert Id herzuleiten. Id = Idb – ΔId (1)
  • Das Zieldrehmoment TM und der Achsenstromeinstellungsstromwert ΔId werden in den q-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 22 eingegeben. Der q-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 22 leitet einen q-Achsenstrombefehlswert Iq basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM und dem eingegebenen d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId her. Der q-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 22 nimmt beispielsweise Bezug auf eine Karte, um den q-Achsenstrombefehlswert Iq gemäß dem Zieldrehmoment TM und dem d-Achsenstromeinstellungsstromwert ΔId herzuleiten.
  • Der d-Achsenstrombefehlswert Id und der q-Achsenstrombefehlswert Iq, die wie oben beschrieben hergeleitet werden, werden in den Stromregelungsbereich 24 eingegeben. Ein tatsächlicher d-Achsenstrom Idr und ein tatsächlicher q-Achsenstrom Iqr werden ebenfalls von einem Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlungsbereich 27 in den Stromregelungsbereich 24 eingegeben, und die Drehzahl ω des Elektromotors 4 wird von einem Drehzahlherleitungsbereich 28 in den Stromregelungsbereich 24 eingegeben. Der tatsächliche d-Achsenstrom Idr und der tatsächlich q-Achsenstrom Iqr werden hergeleitet, indem eine Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlung durch den Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlungsbereich 27 basierend auf dem U-Phasenstrom Iur, dem V-Phasenstrom Ivr und dem W-Phasenstrom Iwr durchgeführt wird, die von dem Stromsensor 42 detektiert werden (siehe 1) und basierend auf der Magnetpolposition θ, die von dem Drehsensor 43 (siehe 1) detektiert wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen der tatsächliche d-Achsenstrom Idr und der tatsächliche q-Achsenstrom Iqr einem „Stromdetektionswert” in der vorliegenden Erfindung. In der folgenden Beschreibung werden der tatsächliche d-Achsenstrom Idr und der tatsächliche q-Achsenstrom Iqr manchmal zusammen als „Stromdetektionswert Idr, Iqr” bezeichnet, sofern diese Zwei-Achsen-Ströme Idr, Iqr nicht spezifiziert werden müssen. Die Drehzahl ω des Elektromotors 4 wird durch den Drehzahlherleitungsbereich 28 basierend auf der von dem Drehsensor 43 (siehe 1) detektierten Magnetpolposition θ hergeleitet.
  • Die Stromregelungsperiode Pi wird auch von einem Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14, der nachfolgend beschrieben wird, in den Stromregelungsbereich 24 eingegeben. Der Stromregelungsbereich 24 führt einen Stromregelungsprozess in jeder Stromregelungsperiode Pi durch. Der Stromregelungsprozess ist ein Prozess zum Bestimmen der Spannungsbefehlswerte Vd, Vq basierend auf der Abweichung zwischen den Befehlswerten Id, Iq, die Befehlswerte der Ströme sind, die an die Spulen Mu, Mv, Mw des Elektromotors 4 anzulegen sind, und den Stromdetektionswerten Idr, Iqr, die Detektionswerte der Ströme sind, die in den Spulen Mu, Mv, Mw fließen.
  • Spezieller leitet der Stromregelungsbereich 24 einen d-Achsenspannungsbasisbefehlswert Vdb her, indem ein Proportional-Integral-Regelungsbetrieb (ein PI-Regelung) durchgeführt wird basierend auf der Abweichung zwischen dem d-Achsenstromregelungswert Id und dem tatsächlichen d-Achsenstrom Idr, wie nachfolgend durch den Ausdruck (2) gezeigt. Der Stromregelungsbereich 24 leitet auch einen q-Achsenspannungsbasisbefehlswert Vqb her, indem die Proportional-Integral-Regelungsoperation basierend auf der Abweichung zwischen dem q-Achsenstrombefehlswert Iq und dem tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr durchgeführt wird, wie nachfolgend durch den Ausdruck (3) gezeigt. Vdb = (Kpd + Kid/s) × (Id – Idr) (2) Vqb = (Kpq + Kiq/s) × (Iq – Iqr) (3)
  • Kpd und Kpq stellen den d-Achsen- bzw. q-Achsen-Proportionalregelungsgewinn dar, Kid und Kiq stellen den d-Achsen- und q-Achsen-Integralregelungsgewinn dar und s stellt einen Laplace-Operator dar. Man beachte, dass vorzugsweise auch ein Proportional-Integral-Differential-Regelungsbetrieb (eine PID-Regelung) anstelle der PI-Regelung durchgeführt wird.
  • Der Stromregelungsbereich 24 leitet den d-Achsenspannungsbefehlswert Vd her, indem ein d-Achsenspannungseinstellungswert ΔVd zu dem d-Achsenspannungsbasisbefehlswert Vdb hinzuaddiert wird, wie nachfolgend durch den Ausdruck (4) gezeigt. Der Stromregelungsbereich 24 leitet auch den q-Achsenspannungsbefehlswert Vq her, indem ein q-Achsenspannungseinstellungswert ΔVq zu dem q-Achsenspannungsbasisbefehlswert Vqb hinzuaddiert wird, wie durch den nachfolgenden Ausdruck (5) gezeigt. Vd = Vdb + ΔVd (4) Vq = Vqb + ΔVq (5)
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der d-Achsenspannungseinstellungswert ΔVd und der q-Achsenspannungseinstellungwert ΔVq durch die folgenden Ausdrücke (6), (7) gegeben. ΔVd = –Eq (6) ΔVq = Ed + Em (7)
  • Ed stellt eine d-Achsenankerreaktion dar, und ist gegeben durch das Produkt aus der Drehzahl ω, der d-Achseninduktivität Ld und dem tatsächlichen d-Achsenstrom Idr. Eq stellt eine q-Achsenankerreaktion dar, und ist gegeben aus dem Produkt der Drehzahl ω, der q-Achseninduktivität Lq und dem tatsächlichen q-Achsenstrom Iur. Ein stellt eine induzierte Spannung dar, die durch eine Ankerflusskopplung eines Dauermagneten (nicht gezeigt) erzeugt wird, und ist gegeben durch das Produkt aus einer induzierten Spannungskonstanten MIf, die bestimmt wird durch einen Effektivwert der Ankerflusskopplung des Dauermagneten, und der Drehzahl ω. Man beachte, dass in diesem Beispiel der Dauermagnet in dem Rotor positioniert ist.
  • Der d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und der q-Achsenspannungsbefehlswert Vq, die von dem Stromregelungsbereich 24 hergeleitet werden, werden in einen Modulationsratenherleitungsbereich 29 eingegeben. Die DC-Spannung Vdc, die durch den Spannungssensor 41 detektiert wird, wird ebenfalls in den Modulationsratenherleitungsbereich 29 eingegeben. Der Modulationsratenherleitungsbereich 29 leitet einen Modulationsrate M basierend auf diesen eingegebenen Werten gemäß dem folgenden Ausdruck (8) her. M = √(Vd2 + Vg2)/Vdc (8)
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Modulationsrate M ein Verhältnis eines effektiven Werts einer Fundamentalwellenkomponenten einer Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 zu der DC-Spannung Vdc und wird hier hergeleitet als ein effektiver Wert einer Dreiphasenleitungsspannung, die durch die DC-Spannung Vdc geteilt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Modulationsrate M einem Spannungsindex, der die Größe des Spannungsbefehlswert Vd, Vq bezüglich der DC-Spannung Vdc zu dem Zeitpunkt darstellt.
  • Wenn die Drehzahl ω des Elektromotors 4 zunimmt, nehmen auch die induzierte Spannung und eine AC-Spannung zu, die erforderlich ist zum Antreiben des Elektromotors 4 (im Folgenden als „erforderliche Spannung” bezeichnet). Wenn diese erforderlich Spannung die maximal mögliche AC-Spannung übersteigt, die von dem Wechselrichter 6 als Ergebnis der Umwandlung der DC-Spannung Vdc zu dem Zeitpunkt (im Folgenden als „maximale Ausgangsspannung”) ausgegeben werden kann, können die Ströme, die für die Spulen erforderlich sind, nicht länger angelegt werden, und der Elektromotor 4 kann nicht geeignet gesteuert werden. Die Regelungsvorrichtung 2 ist folglich aufgebaut, um eine nachfolgend beschriebene Feldschwächungsregelung durchzuführen, in einer Region, wo die Modulationsrate M, die die erforderliche Spannung des Elektromotors 4 für die maximale Ausgangsspannung basierend auf der DC-Spannung Vdc darstellt, größer ist als ein theoretisch maximaler Wert „0,78”. Der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId wird folglich basierend auf der Modulationsrate M hergeleitet, die von dem Modulationsratenherleitungsbereich 29 hergeleitet wird, und der d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb wird basierend auf dem hergeleiteten d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId eingestellt. Man beachte, dass die erforderliche Spannung und die maximale Ausgangsspannung miteinander verglichen werden können als ein effektiver Wert der AC-Spannung.
  • Spezieller werden die Modulationsrate M, die von dem Modulationsratenherleitungsbereich 29 hergeleitet wird, und der theoretische maximale Wert „0,78” der Modulationsrate M in einen Subtrahierer 30 eingegeben. Der Substrahierer 30 subtrahiert „0,78” von der Modulationsrate M, um eine Modulationsratenabweichung ΔM herzuleiten, wie nachfolgend durch den Ausdruck (9) gezeigt. ΔM = M – 0,78 (9)
  • Man beachte, dass obwohl die Modulationsratenabweichung ΔM hergeleitet wird, indem „0,78” von der Modulationsrate M in diesem Beispiel subtrahiert wird, ist es auch möglich einen Wert kleiner als „0,78” von der Modulationsrate M zu subtrahieren.
  • Die Modulationsratenabweichung ΔM, die von dem Subtrahierer 30 hergeleitet wird, wird in den Stromeinstellungsbefehlswertherleitungsbereich 31 eingegeben. Der Stromeinstellungsbefehlswertherleitungsbereich 31 integriert die Modulationsratenabweichung ΔM, indem ein vorbestimmter Gewinn verwendet wird, um einen integrierten Wert ΣΔM zu berechnen. Wenn der integrierte Wert ΣΔM positiv ist, multipliziert der Stromeinstellungsbefehlswertherleitungsbereich 31 den integrierten Wert ΣΔM mit einer Proportionalitätskonstanten, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId (> 0) herzuleiten. Wenn der integrierte Wert ΣΔM Null oder kleiner ist, setzt der Stromeinstellungsbefehlswertherleitungsbereich 31 den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null. Der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der folglich hergeleitet wurde, wird von dem d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb subtrahiert, wie durch die obige Gleichung (1) gezeigt, um den d-Achsenstrombefehlswert Id herzuleiten. Es wird also eine Normalfeldregelung durchgeführt, wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId Null ist (ΔId = 0), und eine Feldschwächungsregelung wird durchgeführt, wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId positiv ist (ΔId > 0).
  • In diesem Zusammenhang bezeichnet die Normalfeldregelung eine Feldregelung, bei der der d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb, der von dem d-Achsenstrombefehlswertherleitungsbereich 21 hergeleitet wird, nicht eingestellt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird also die maximale Drehmomentregelung während der Normalfeldregelung durchgeführt. Die Feldschwächungsregelung bezeichnet eine Feldregelung, bei der der d-Achsenstrombefehlswert Idb eingestellt wird, um einen Feldfluss des Elektromotors 4 zu schwächen, verglichen zu der Normalfeldregelung. Bei der Feldschwächungsregelung wird also der d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb eingestellt, um einer Stromphase vorauszueilen, verglichen mit der Normalfeldregelung, sodass ein Magnetfluss in einer derartigen Richtung von einer Ankerspule erzeugt wird, dass der Feldfluss des Elektromotors 4 geschwächt.
  • Ein Moduregelungsbereich 5 wählt einen auszuführenden Regelungsmodus aus einer Mehrzahl von Regelungsmodi basierend auf dem Betriebszustand des Elektromotors 4 aus, enthaltend die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM, und steuert den Betriebszustand jedes Teils der Regelungsvorrichtung 2 gemäß dem ausgewählten Regelungsmodus. Wie in 2 gezeigt, werden die Drehzahl ω, das Zieldrehmoment TM, die Modulationsrate M und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId in den Modusregelungsbereich 5 eingegeben, und der Regelungsbetrieb des Modusregelungsbereichs 5 wird basierend auf diesen eingegebenen Werten durchgeführt. Obwohl der Modusregelungsbereich 5 grundsätzlich einen Regelungsmodus basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM und der eingegeben Drehzahl ω auswählt, kann eine gegebene Grenze für den Regelungsmodusauswahlbetrieb vorgesehen werden, basierend auf dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId.
  • Was die Spannungswellenformregelung betrifft, die durchgeführt wird, indem der Wechselrichter 6 basierend auf den Spannungsbefehlswerten Vd, Vq gesteuert wird, ist die Regelungsvorrichtung 2 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, um in der Lage zu sein, die PWM-Steuerung und die Rechteckwellensteuerung durchzuführen. Bezüglich der Feldregelung zum Steuern des Feldflusses des Elektromotors 4 ist die Regelungsvorrichtung 2 auch aufgebaut, um in der Lage zu sein, die normale Feldregelung durchzuführen, bei der der d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb, der basierend auf dem Zieldrehmoment TM bestimmt wird, nicht eingestellt wird, und die Feldschwächungsregelung durchzuführen, bei der der d-Achsenstrombefehlswert Idb eingestellt wird, um den Feldfluss des Elektromotors 4 zu schwächen. Der Modusregelungsbereich 5 wählt einen von der Mehrzahl von Regelungsmodi, indem die Spannungswellenformregelung und die Feldregelung kombiniert werden. Beispielsweise kann der Modusregelungsbereich 5 wie folgt aufgebaut sein. Wenn die Modulationsrate M gleich 0,78 oder größer ist, wählt der Modusregelungsbereich 5 einen Regelungsmodus, bei dem die Rechteckwellensteuerung zusammen mit der Feldschwächungsregelung durchgeführt wird. Wenn die Modulationsrate kleiner als 0,78 ist, wählt der Modusregelungsbereich 5 einen Regelungsmodus aus, bei dem die PWM-Steuerung zusammen mit der normalen Feldregelung (die maximale Drehmomentregelung) durchgeführt wird. Man beachte, dass eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen ist, da die PWM-Steuerung und die Rechteckwellensteuerung bekannt sind. Die PWM-Steuerung und die Rechteckwellensteuerung werden nachfolgend nur kurz beschrieben.
  • Bei der PWM-Steuerung werden die Schaltbauteile E1 bis E6 des Wechselrichters 6 ein/ausgeschaltet basierend auf AC-Spannungswellenformen (AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw, wie nachfolgend beschrieben), die auf den Spannungsbefehlswerten Vd, Vq basiert. Spezieller ist jede von der U-, V- und W-Phasenausgangsspannungswellenform (PWM-Wellenformen) des Wechselrichters 6 durch einen Satz von Impulsen gebildet, der gebildet ist durch Perioden mit hohem Pegel, während denen die oberen Zweigschaltelemente E1, E3, E5 EIN sind, und Perioden mit niedrigem Pegel, während denen die unteren Zweigschaltelemente E2, E4, E6 EIN sind, und das Tastverhältnis der Pulse wird derart gesteuert, dass deren Fundamentalwellenkomponente ähnlich geformt, wie eine im Wesentlichen sinusförmige Welle in einer bestimmten Zeitperiode. Bei der PWM-Steuerung kann die Modulationsrate M in dem Bereich von „0 bis 0,78” geändert werden. Eine derartige PWM-Steuerung enthält eine Raumvektor-PWM-Steuerung (SVPWM-Steuerung), eine Sinuswellen-PWM-Steuerung, eine Übermodulations-PWM-Steuerung und dergleichen. Man beachte, dass bei der PWM-Steuerung die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 (PWM-Signale) zum Steuern des Schaltens der Schaltbauteile E1 bis E6 basierend auf einem Vergleich zwischen den AC-Spannungsbefehlswerten Vu, Vv, Vw und einem Träger (einer Trägerwelle) erzeugt werden. Bei der SVPWM-Steuerung wird eine PWM-Wellenform direkt erzeugt, indem ein digitaler Betrieb durchgeführt wird, statt basierend auf einem Vergleich mit dem Träger. In diesem Fall kann jedoch ebenso gesagt werden, dass die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 (die PWM-Signale) basierend auf einem virtuellen Träger erzeugt werden.
  • Bei der Rechteckwellensteuerung werden die Schaltbauteile E1 bis E6 einmal in jedem Zyklus des elektrischen Winkels des Elektromotors 4 ein/aus-geschaltet. Jede von der U-, V- und W-Phasenausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 wird also gesteuert, um eine Rechteckwelle aufzuweisen, bei der eine Periode mit hohem Pegel und eine Periode mit niedrigem Pegel abwechselnd in jedem Zyklus erscheinen, und das Verhältnis der Periode mit hohem Pegel zu der Periode mit niedrigem Pegel 1:1 beträgt. In diesem Fall werden die U-, V- und W-Phasenausgangsspannungswellenformen mit einer Phasendifferenz von 120° zueinander ausgegeben. Bei der Rechteckwellensteuerung ist die Modulationsrate M auf den maximalen Wert „0,78” festgelegt.
  • Der Spannungsregelungsbereich 10 führt einen Spannungsregelungsprozess des Erzeugens der Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 des Wechselrichters 6 entsprechend den Spannungsbefehlswerten Vd, Vq durch. In diesem Beispiel führt der Spannungsregelungsbereich 10 selektiv die PWM-Steuerung und die Rechteckwellensteuerung basierend auf der Regelungsmodusauswahl des Modusregelungsbereichs 5 durch. Man beachte, dass die Spannungsregelungsperiode Pv von dem Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14, der nachfolgend beschrieben wird, in den Spannungsregelungsbereich 10 eingegeben wird (in diesem Beispiel in beide, einen Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 und einen Regelungssignalerzeugungsbereich 26). Der Spannungsregelungsbereich 16 führt in jeder Spannungsregelungsperiode Pv den Spannungsregelungsprozess durch.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, enthält der Spannungsregelungsbereich 10 den Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 und den Regelungssignalerzeugungsbereich 26. Der d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und der q-Achsenspannungsbefehlswert Vq werden in den Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 eingegeben. Die Magnetpolposition θ, die durch den Drehsensor 43 detektiert wird (siehe 1), und die Spannungsregelungsperiode Pv werden auch in dem Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 eingegeben. Der Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 führt eine Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlung des d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und des q-Achsenspannungsbefehlswerts Vq durch, indem die Magnetpolposition θ verwendet wird, wodurch Dreiphasen-AC-Spannungsbefehlswerte hergeleitet werden, nämlich der U-Phasen-Spannungsbefehlswert Vu, der V-Phasen-Spannungsbefehlswert Vv und der W-Phasen-Spannungsbefehlswert Vw. In diesem Beispiel wird dieser Prozess in jeder Spannungsregelungsperiode Pv durchgeführt. Da die Wellenformen dieser AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw in Abhängighkeit von dem Regelungsmodus variieren, gibt der Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw, die jeweils in Abhängigkeit von dem Regelungsmodus eine andere Spannungswellenform aufweisen, an den Regelungssignalerzeugungsbereich 26 aus.
  • Spezieller, wenn ein Befehl zum Durchführen der PWM-Steuerung von dem Modusregelungsbereich 5 angelegt wird, gibt der Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw aus, die jeweils eine AC-Spannungswellenform gemäß der PWM-Steuerung aufweisen. Wenn ein Befehl zum Durchführen der Rechteckwellensteuerung von dem Modusregelungsbereich 5 angelegt wird, gibt der Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw aus, die jeweils eine AC-Spannungswellenform gemäß der Rechteckwellensteuerung aufweisen. Wenn die Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird, können die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv, Vw als Befehlswerte der Phase ausgegeben werden, um die Schaltbauteile E1 bis E6 des Wechselrichters 6 ein/aus-zuschalten. Diese Befehlswerte sind Befehlswerte, die Ein/Aus-Regelungssignalen der Schaltbauteile E1 bis E6 entsprechen, und stellen die Phase der Magnetpolposition θ dar, die den Zeitablauf des Ein- oder Aus-Schaltens der Schaltbauteile E1 bis E6 angibt.
  • Der U-Phasen-Spannungsbefehlswert Vu, der V-Phasen-Spannungswert Vv und der W-Phasen-Spannungsbefehlswert Vw, die von dem Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsbereich 25 erzeugt werden, werden in den Regelungssignalerzeugungsbereich 26 eingegeben. Die Spannungsregelungsperiode Pv wird auch in den Regelungssignalerzeugungsbereich 26 eingegeben. Der Regelungssignalerzeugungsbereich 26 erzeugt die Schaltsteuerungssignale 51 bis S6 zum Steuern der Schaltbauteile E1 bis E6 des Wechselrichters 6 von 1 gemäß diesen AC-Spannungsbefehlswerten Vu, Vv, Vw. In diesem Beispiel wird dieser Prozess in jeder Spannungsregelungsperiode Pv durchgeführt. Der Wechselrichter 6 schaltet die Schaltbauteile E1 bis E6 gemäß den Schaltsteuerungssignalen S1 bis S6 ein bzw. aus. Die PWM-Steuerung oder die Rechteckwellensteuerung des Elektromotors 4 wird in dieser Art und Weise durchgeführt.
  • 3. Aufbau der funktionalen Bereiche, die das Einstellen der Regelungsperioden betreffen
  • Der Aufbau jedes funktionalen Bereichs, der das Einstellen der Regelungsperioden betrifft, was ein Hauptbestandteil der vorliegenden Erfindung ist, wird im Folgenden beschrieben. Wie in 2 gezeigt, enthält die Regelungsvorrichtung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12, einen Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13, einen Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 und einen Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 als funktionale Bereiche.
  • Der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt die Stromregelungsperiode Pi, die eine Periode ist zum Durchführen des Stromregelungsprozesses, basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM des Elektromotors 4. Die Stromregelungsperiode Pi wird wiederholt zu vorbestimmten Stromregelungszeiten bestimmt, wodurch die Stromregelungsperiode Pi gemäß dem Zieldrehmoment TM bei dem Stromregelungszeitablauf bestimmt wird. Die Stromregelungsperiode Pi, die durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt wird, wird an den Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 ausgegeben.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt, nimmt der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 Bezug auf eine Stromregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsabschnitt 15 gespeichert ist, und bestimmt die Stromregelungsperiode Pi, die einem Zieldrehmomentbereich des Zieldrehmoments TM bei der Stromregelungszeitgebung zugeordnet ist, als die Periode zum Durchführen des Stromregelungsprozesses. Man beachte, dass in der Stromregelungsperiodenkarte die Stromregelungsperiode Pi definiert ist, um schrittweise zuzunehmen, wenn das Zieldrehmoment TM abnimmt. Folglich kann durch bloße Bezugnahme auf die Stromregelungsperiodenkarte der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 die Stromregelungsperiode Pi gemäß dem Zieldrehmoment TM bestimmen, sodass die Stromregelungsperiode Pi schrittweise zunimmt, wenn das Zieldrehmoment TM abnimmt. Dadurch kann die Stromregelungsperiode Pi geeignet gemäß Antwortcharakteristiken des Elektromotors 4 gesetzt werden, die sich verschlechtern, wenn das Zieldrehmoment TM abnimmt. Dies reduziert auch die Möglichkeit, dass die Spannungsbefehlswerte mit einer derart kurzen Periode aktualisiert werden können (der Stromregelungsprozess kann durchgeführt werden), dass der Elektromotor nicht geeignet folgen kann. Man beachte, dass die Stromregelungsperiodenkarte später im Einzelnen beschrieben wird.
  • Der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt die Spannungsregelungsperiode Pv, die eine Periode ist zum Durchführen des Spannungsregelungsprozesses, basierend auf der eingegebenen Drehzahl ω des Elektromotors 4. Die Spannungsregelungsperiode Pv wird wiederholt zu vorbestimmten Spannungsregelungszeiten bestimmt, wodurch die Spannungsregelungsperiode Pv gemäß der Drehzahl ω zu der Spannungsregelungszeitgebung bestimmt wird. Die Spannungsregelungsperiode Pv, die durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt wird, wird an den Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 ausgegeben.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt, nimmt der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 Bezug auf eine Spannungsregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 gespeichert ist, und bestimmt die Spannungsregelungsperiode Pv, die einem Drehzahlbereich der Drehzahl ω bei der Spannungsregelungszeitgebung zugeordnet ist, als die Periode zum Durchführen des Spannungsregelungsprozesses. Man beachte, dass in der Spannungsregelungsperiodenkarte die Spannungsregelungsperiode Pv definiert ist, um schrittweise zuzunehmen, wenn die Drehzahl ω abnimmt. Durch bloße Bezugnahme auf die Spannungsregelungsperiodenkarte kann folglich der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 die Spannungsregelungsperiode Pv gemäß der Drehzahl ω bestimmen, sodass die Spannungsregelungsperiode Pv schrittweise zunimmt, wenn sich die Drehzahl ω reduziert. Dadurch kann die Spannungsregelungsperiode Pv geeignet gemäß einer zeitlichen Änderung der Magnetpolposition eingestellt werden, die den Drehwinkel des Rotors (nicht gezeigt) des Elektromotors 4 angibt, was bei einer geringeren Rate passiert, wenn die Drehzahl ω abnimmt. Dies kann die Möglichkeit reduzieren, dass die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 mit einer unnötigen kurzen Periode erzeugt werden können (der Spannungsregelungsprozess kann durchgeführt werden), um die Größe von Rippelströmen auf ein in der Praxis akzeptables Niveau zu reduzieren. Man beachte, dass die Spannungsregelungsperiodenkarte später im Einzelnen beschrieben wird.
  • Der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 setzt die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv basierend auf der Bestimmung des Stromregelungsperiodenbestimmungsbereichs 12 und des Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereichs 13. In diesem Beispiel werden der Vorgang des Bestimmens der Stromregelungsperiode Pi durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 und der Vorgang des Bestimmens der Spannungsregelungsperiode Pv durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 wiederholt bei vorbestimmten Zeitabläufen, wie oben beschrieben, durchgeführt. Grundsätzlich setzt der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 die Periode des Durchführens des Stromregelungsprozesses, indem der gleiche Wert an den Stromregelungsbereich 24 ausgegeben wird, wie der der Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt worden ist. Der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 setzt auch die Periode zum Durchführen des Spannungsregelungsprozesses, indem dem Spannungsregelungsbereich 10 der gleiche Wert ausgegeben wird, wie der der Spannungsregelungsperiode Pv, der von dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt worden ist. Da der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 aufgebaut ist, um die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv in dieser Art und Weise zu setzen, können die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv gemäß dem Betriebspunkt des Elektromotors 4 eingestellt werden, während die Möglichkeit reduziert wird, dass der Stromregelungsprozess und der Spannungsregelungsprozess mit einer unnötig kurzen Periode durchgeführt werden. Dies reduziert die Möglichkeit, dass eine Betriebslast auf eine arithmetische Verarbeitungseinheit, die in der Regelungsvorrichtung 2 enthalten ist, unnötig zunimmt. Die Betriebslast, die die Rückführungsregelung bzw. Regelung der arithmetischen Verarbeitungseinheit der Regelungsvorrichtung 2 betrifft, wird reduziert, wenn die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv zunehmen. Durch diesen Aufbau kann die arithmetische Verarbeitungseinheit einen anderen Prozess parallel oder dergleichen einfach durchzuführen.
  • Man beachte, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 aufgebaut ist, um die Spannungsregelungsperiode Pv für den Spannungsregelungsbereich 10 auf den gleichen Wert zu setzen, wie die Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt worden ist, wenn die Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt worden ist, kürzer ist als die Spannungsregelungsperiode Pv, die von dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt worden ist. Der Aufbau gemäß diesem Beispiel, also der Aufbau, bei dem der Spannungsregelungsprozess, der von dem Spannungsregelungsbereich 10 durchgeführt wird, die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 des Wechselrichters 6 basierend auf dem Spannungsbefehlswerten Vd, Vq bestimmt, die von dem jüngsten Stromregelungsprozess bestimmt worden sind, kann die Möglichkeit reduzieren, dass ein Teil des Aktualisierungsergebnisses der Spannungsbefehlswerte Vd, Vq durch den Stromregelungsprozess nicht auf den Spannungsregelungsprozess reflektiert bzw. abgebildet werden kann, und die Spannungsbefehlswerte Vd, Vq unnötig oft aktualisiert werden können.
  • Der Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 speichert die Stromregelungsperiodenkarte und die Spannungsregelungsperiodenkarte. Die Stromregelungsperiodenkarte definiert die Stromregelungsperiode Pi für jede von einer Mehrzahl von Zieldrehmomentregionen, die eingestellt werden, indem ein möglicher Bereich des Zieldrehmoments TM in eine Mehrzahl von Regionen unterteilt wird. Die Spannungsregelungsperiodenkarte definiert die Spannungsregelungsperiode Pv für jede von einer Mehrzahl von Drehzahlregionen, die gesetzt sind, indem ein möglicher Bereich der Drehzahl ω in eine Mehrzahl von Regionen unterteilt wird.
  • 3 zeigt konzeptionell die Stromregelungsperiodenkarten und die Spannungsregelungsperiodenkarte auf einem Graphen, wobei die Abszisse die Drehzahl ω und die Ordinate das Zieldrehmoment TM angeben. Man beachte, dass in 3 die Grenze einer Region, wo der Elektromotor 4 betreibbar ist, durch eine durchgezogenen Linie gezeigt ist, und in diesem Beispiel stellt ω3 einen maximalen möglichen Wert der Drehzahl ω dar, und TM3 stellt einen maximal möglichen Wert des Zieldrehmoments TM dar. In dem Beispiel von 3 ist eine Basisbetriebsperiode als eine Referenzperiode auf „100 μs” gesetzt und die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv sind auf ein ganzzahliges Vielfaches der Basisbetriebsperiode gesetzt. Man beachte, dass die Basisbetriebsperiode bestimmt werden kann gemäß der Periode des Trägers zum Erzeugen der Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 bei der PWM-Steuerung. Beispielsweise kann die Basisbetriebsperiode die Hälfte der Periode des Trägers sein. Man beachte, dass 3 die Stromregelungsperiodenkarte und die Spannungsregelungsperiodenkarte in Kombination zeigt, um diese Karten, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 gespeichert sind, darzustellen. Die Stromregelungsperiodenkarten und die Spannungsregelungsperiodenkarte können jedoch kombiniert sein, um als zweidimensionale Karte in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 gespeichert zu sein, oder die Stromregelungsperiodenkarte und die Spannungsregelungsperiodenkarte können in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 als Karten gespeichert sein, die voneinander unabhängig sind.
  • Wie in 3 gezeigt, definiert in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Stromregelungsperiodenkarte die Stromregelungsperiode Pi für jede von drei Zieldrehmomentregionen, die gesetzt werden, indem ein möglicher Bereich des Zieldrehmoments TM in drei Regionen unterteilt wird, die sich nicht überlappen. Spezieller sind die folgenden drei Zieldrehmomentregionen in der Stromregelungsperiodenkarte gesetzt: eine Region, wo das Zieldrehmoment TM gleich TM1 oder kleiner ist (im Folgenden als „erste Zieldrehmomentregion A1” bezeichnet); eine Region, wo das Zieldrehmoment TM größer als TM1 ist und TM2 oder kleiner ist (im Folgenden als „zweite Zieldrehmomentregion A2 bezeichnet”); und eine Region, wo das Zieldrehmoment TM größer ist als TM2 und gleich TM3 oder kleiner ist (im Folgenden als „dritte Zieldrehmomentregion A3” bezeichnet). Die Stromregelungsperiode Pi von „800 μs” wird der ersten Zieldrehmomentregion A1 zugeordnet, die Stromregelungsperiode Pi von „400 μs” wird der zweiten Zieldrehmomentregion A2 zugeordnet, und die Stromregelungsperiode Pi von „200 μs” wird der dritten Zieldrehmomentregion A3 zugeordnet. Die Stromregelungsperiodenkarte definiert folglich Stromregelungsperiode Pi, die schrittweise zunimmt, wenn die Zieldrehmomentregion kleiner wird.
  • Andererseits, wie in 3 gezeigt, definiert in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spannungsregelungsperiodenkarte die Spannungsregelungsperiode Pv für jede von drei Drehzahlregionen, die gesetzt werden, indem ein möglicher Bereich der Drehzahl ω in drei Regionen unterteilt wird, die sich nicht überlappen. Spezieller werden die folgenden drei Drehzahlregionen in der Spannungsregelungsperiodenkarte gesetzt: eine Region, wo die Drehzahl ω gleich ω1 oder kleiner ist (im Folgenden als „erste Drehzahlregion B1” bezeichnet); eine Region, wo die Drehzahl ω größer als ω1 ist und gleich ω2 oder kleiner ist (im Folgenden als „zweite Drehzahlregion B2” bezeichnet); und eine Region, wo die Drehzahl ω größer als ω2 ist und gleich ω3 oder kleiner ist (im Folgenden als „dritte Drehzahlregion B3” bezeichnet). Die Spannungsregelungsperiode Pv von „400 μs” wird der ersten Drehzahlregion B1 zugeordnet, die Spannungsregelungsperiode Pv von „200 μs” wird der zweiten Drehzahlregion P2 zugeordnet, und die Spannungsregelungsperiode Pv von „100 μs” wird der dritten Drehzahlregion B3 zugeordnet. Die Spannungsregelungsperiodenkarte definiert folglich die Spannungsregelungsperiode Pv, die schrittweise zunimmt, wenn die Drehzahlregion kleiner wird.
  • Wie oben beschrieben, ist der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 aufgebaut, um die Spannungsregelungsperiode Pv auf den gleichen Wert zu setzen, wie die Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt worden ist, wenn die Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt wird, kürzer ist als die Spannungsregelungsperiode Pv, die von dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt wird. In dem Beispiel von 3 wird die Spannungsregelungsperiode Pv in dieser Art und Weise eingestellt, wenn das Zieldrehmoment TM des Elektromotors 4 in der dritten Zieldrehmomentregion A3 liegt, und wenn die Drehzahl ω in der ersten Drehzahlregion B1 liegt. In diesem Fall bestimmt spezieller der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 „400 μs” als die Spannungsregelungsperiode Pv. Die Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt wird, beträgt jedoch „200 μs”, was kleiner als „400 μs” ist. Folglich setzt der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 die Spannungsregelungsperiode Pv auf „200 μs” anstatt auf „400 μs”.
  • Die Bereitstellung eines derartigen Regelungsperiodenspeicherungsbereichs 15 ermöglicht es dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 und dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 geeignet die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv zu bestimmen, indem lediglich Bezug genommen wird auf die Stromregelungsperiodenkarte und die Spannungsregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 gespeichert sind. Dies kann den Aufbau des Stromregelungsperiodenbestimmungsbereichs 12 und Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereichs 13 vereinfachen, und kann auch die Möglichkeit reduzieren, dass die Betriebslast auf die arithmetische Verarbeitungseinheit der Regelungsvorrichtung 2 signifikant zunimmt bei der Bestimmung der Stromregelungsperiode Pi und der Spannungsregelungsperiode Pv.
  • Der Wert der Stromregelungsperiode Pi, der durch die Stromregelungsperiodenkarte definiert wird, wird basierend auf einer elektrischen Zeitkonstante T des Elektromotors 4 gesetzt, die bestimmt wird gemäß dem Zieldrehmoment TM. Dies wird im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Die minimale Periode zum Aktualisieren der Spannungsbefehlswerte Vd, Vq, denen der Elektromotor 4 geeignet folgen kann (im Folgenden als „minimale Stromregelungsperiode” bezeichnet), nimmt zu, wenn das Zieldrehmoment TM (die Strombefehlswerte Id, Iq) abnimmt, und diese minimale Stromregelungsperiode kann geeignet hergeleitet werden basierend auf der elektrischen Zeitkonstanten T. Die elektrische Zeitkonstante T des Elektromotors 4 ist gegeben durch T = (L/R), durch einen Ankerwicklungswiderstand R und eine Induktivität L. Die minimale Stromregelungsperiode kann hergeleitet werden, indem die elektrische Zeitkonstante T beispielsweise mit einem vorbestimmten Koeffizienten multipliziert wird. Man beachte, dass beispielsweise ein Koeffizient, der auf einem maximal möglichen Wert einer Änderungsrate des Zieldrehmoments TM basiert, als vorbestimmter Koeffizient verwendet werden kann.
  • Durch Berücksichtigung der elektrischen Zeitkonstante T kann die minimale Stromregelungsperiode oder eine Periode, die nicht signifikant länger ist als die minimale Stromregelungsperiode, als die Stromregelungsperiode Pi gesetzt werden, wodurch eine geeignete Periode, die nicht unnötig lang ist, als die Stromregelungsperiode Pi gesetzt werden kann gemäß dem Zieldrehmoment TM, während die Möglichkeit reduziert wird, dass die Regelungsantwortcharakteristiken sich aufgrund der Regelungsvorrichtung 2 verschlechtern.
  • 4 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel zeigt für die Beziehung zwischen der d-Achsen-Induktivität Ld und der q-Achseninduktivität Lq, und einem Strom in dem Elektromotor 4 des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Man beachte, dass in 4 die Abszisse einen d-Achsenstrom für die d-Achsen-Induktivität Ld angibt, und einen q-Achsen-Strom für die q-Achsen-Induktivität Lq angibt. Man beachte, dass obwohl der d-Achsenstrom und der q-Achsenstrom einfach als ein Strom I in der vorliegenden Beschreibung bezeichnet werden, der Strom I den d-Achsenstrom angibt, wenn auf eine physikalische Größe Bezug genommen wird, die die d-Achse betrifft, beispielsweise die d-Achseninduktivität Ld, und den q-Achsenstrom angibt, wenn auf eine physikalische Größe Bezug genommen wird, die die q-Achse betrifft, wie beispielsweise die q-Achsen-Induktivität Lq.
  • In dem Beispiel von 4 ändert sich q-Achsen-Induktivität Ld mehr als die d-Achseninduktivität Ld bezüglich des Stroms I. Die q-Achseninduktivität Lq ist größer als die d-Achseninduktivität Ld in dem gesamten Bereich des Stromwerts in 4. Eine elektrische Zeitkonstante Tq (= Lq/R) der q-Achsen ist größer als eine elektrische Zeitkonstante Td (= Ld/R) der d-Achsen in der gesamten Region des Stromwerts in 4. Entsprechend ist die Antwort in der q-Achse kleiner als in der d-Achse, und in diesem Beispiel wird die Beziehung der Stromregelungsperiode Pi zwischen unterschiedlichen Zieldrehmomentregionen, wie sie in der Stromregelungsperiodenkarte definiert sind, basierend auf der elektrischen Zeitkonstante Tq der q-Achse, die eine geringere Antwort aufweist, eingestellt, wie nachfolgend beschrieben.
  • Wie in 4 gezeigt, stellt Lq1 die q-Achseninduktivität Lq dar, wenn der Strom I gleich I1 ist, Lq2 stellt die q-Achsen-Induktivität Lq dar, wenn der Strom I gleich I2 ist, und Lq3 stellt die q-Achsen-Induktivität Lq dar, wenn der Strom I gleich I3 ist. Man beachte, dass der Strom I1 ein Strom ist, der einem Wert des Zieldrehmoments TM (TM1) entspricht, der eine obere Grenze in der ersten Zieldrehmomentregion A1 definiert, der Strom I2 ist ein Strom, der einem Wert des Zieldrehmoments TM (TM2) entspricht, der die obere Grenze der zweiten Zieldrehmomentregion A2 definiert, und der Strom I3 ist ein Strom, der einem Wert des Zieldrehmoments TM (TM3) entspricht, der die obere Grenze in der dritten Zieldrehmomentregion A3 definiert. Wie in 4 gezeigt, ist Lq1 das Vierfache von Lq3 und Lq2 ist das Doppelte von Lq3.
  • Wenn eine Änderung des Ankerwicklungswiderstands R bezüglich des Stroms I ignoriert werden kann, ist die elektrische Zeitkonstante Tq (= Lq1/R) der q-Achse, wenn der Strom I gleich I1 ist, das Vierfache der elektrischen Zeitkonstante Tq (= Lq3/R) der q-Achse, wenn der Strom I gleich I3 ist, und die elektrische Zeitkonstante Tq (= Lq2/R) der q-Achse, wenn der Strom I gleich I2 ist, ist das Doppelte der elektrischen Zeitkonstante Tq (Lq3/R) der q-Achse, wenn der Strom I gleich I3 ist. Wie in 3 gezeigt, ist die Beziehung der Stromregelungsperiode Pi zwischen unterschiedlichen Zieldrehmomentregionen, wie in der Stromregelungsperiodenkarte definiert, aus Sicht dieser Beziehung bezüglich der elektrischen Zeitkonstante Tq der q-Achse gesetzt. Die Stromregelungsperiode Pi ist also derart gesetzt, dass die Stromregelungsperiode Pi, die der ersten Zieldrehmomentregion A1 zugeordnet ist, deren oberen Grenze durch das Zieldrehmoment TM1 definiert ist, das dem Strom I1 entspricht, und dass die Stromregelungsperiode Pi, die der zweiten Drehzahlregion A2 zugeordnet ist, deren obere Grenze definiert ist durch das Zieldrehmoment TM2, das dem Strom I2 entspricht, jeweils das Vierfache (in diesem Beispiel „800 μs”) und das Doppelte (in diesem Beispiel „400 μs”) der Stromregelungsperiode Pi (in diesem Beispiel „200 μs”) sind, die der dritten Zieldrehmomentregion A3 zugeordnet ist, deren obere Grenze definiert ist durch das Zieldrehmoment TM3, das dem Strom I3 entspricht.
  • Dagegen wird der Wert der Spannungsregelungsperiode Pv, der durch die Spannungsregelungsperiodenkarte definiert ist, basierend auf der Zeit gesetzt, die einem Zyklus des elektrischen Winkels entspricht, der gemäß der Drehzahl ω bestimmt wird (im Folgenden einfach als „Elektrowinkelzykluszeit” bezeichnet). Dies wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Die maximale Periode zum Aktualisieren der Schaltsteuerungssignale S1 bis S6, bei der die Größe von Rippelströmen auf ein in der Praxis akzeptables Niveau unterdrückt wird (im Folgenden als „maximale Spannungsregelungsperiode” bezeichnet) nimmt zu, wenn die Drehzahl ω abnimmt, und diese maximale Spannungsregelungsperiode kann geeignet basierend auf der Elektrowinkelzykluszeit hergeleitet werden. Die Elektrowinkelzykluszeit kann basierend auf der Drehzahl ω und der Anzahl von Magnetpolen hergeleitet werden, und nimmt zu, wenn die Drehzahl ω abnimmt. Spezieller ist die Elektrowinkelzykluszeit proportional zum Kehrwert der Drehzahl ω. Die maximale Spannungsregelungsperiode kann hergeleitet werden, indem die Elektrowinkelzykluszeit durch eine vorbestimmte Konstante geteilt wird. Man beachte, dass die vorbestimmte Konstante beispielsweise „10” sein kann.
  • Durch Berücksichtigung der Elektrowinkelzykluszeit kann die maximale Spannungsregelungsperiode, wie oben beschrieben, oder eine Periode, die nicht signifikant kürzer ist als die maximale Stromregelungsperiode, als die Spannungsregelungsperiode Pv gesetzt werden, wodurch eine geeignete Periode, die nicht unnötig kurz ist, als die Spannungsregelungsperiode Pv gemäß der Drehzahl ω gesetzt werden kann, während die Möglichkeit reduziert wird, dass Rippelströme zunehmen können.
  • In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die Drehzahl ω1 und die Drehzahl ω2 „1/4” bzw. „1/2” von der Drehzahl ω3. Die Elektrowinkelzykluszeit, die der Drehzahl ω1 entspricht, und die Elektrowinkelzykluszeit, die der Drehzahl ω2 entspricht, sind also das Vierfache und das Zweifache der Elektrowinkelzykluszeit, die der Drehzahl ω3 entspricht. Wie in 3 gezeigt, wird die Beziehung der Spannungsregelungsperiode Pv von unterschiedlichen Drehzahlregionen, wie in der Spannungsregelungsperiodenkarte definiert, aus Sicht dieser Beziehung bezüglich der Elektrowinkelzykluszeit gesetzt. Die Spannungsregelungsperiode Pv wird also so gesetzt, dass die Spannungsregelungsperiode Pv, die der ersten Drehzahlregion B1 zugeordnet ist, deren obere Grenze durch die Drehzahl ω1 definiert ist, und die Spannungsregelungsperiode Pv, die der zweiten Drehzahlregion B2 zugeordnet ist, deren obere Grenze durch die Drehzahl ω2 definiert ist, jeweils das Vierfache (in diesem Beispiel „400 μs”) und das Zweifache (in diesem Beispiel „200 μs”) der Spannungsregelungsperiode Pv (in diesem Beispiel „100 μs”) sind, die der dritten Drehzahlregion B3 zugeordnet ist, deren oberen Grenze durch die Drehzahl ω3 definiert ist.
  • Wie oben beschrieben, führt der Stromregelungsbereich 24 ein Stromrückführungsregelungsprozess durch zum Bestimmen der Spannungsbefehlswerte Vd, Vq, indem eine Proportionalregelung (bzw. -regelung) und Integralregelung (bzw. -regelung) basierend auf der Abweichung zwischen dem Strombefehlswert Id, Iq und dem Stromdetektionswert Idr, Iqr durchgeführt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der d-Achsen-Proportionalregelungsgewinn Kpd, der q-Achsenproportionalregelungsgewinn Kpd, der d-Achsenintegralregelungsgewinn Kid und der q-Achsenintegralregelungsgewinn Kiq, die in dem Stromrückführungsregelungsprozess verwendet werden, durch die folgenden Ausdrücke gegeben, durch die d-Achsen-Induktivität Ld, die q-Achseninduktivität Lq und den Ankerωicklungswiderstand R. Kpd = ωc × Ld (10) Kpq = ωc × Lq (11) Kid = Kiq = ωc × R (12)
  • In den obigen Ausdrücken stellt ωc eine Grenzwinkelfrequenz dar, die das Reziproke der Zielantwortzeitkonstanten ist. Man beachte, dass die Grenzwinkelfrequenz ωc grundsätzlich willkürlich bestimmt werden kann, obwohl es eine obere Grenze gemäß der Stromregelungsperiode Pi gibt.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der d-Achsenproportionalregelungsgewinn Kpd, der q-Achsenproportionalregelungsgewinn Kpq, der d-Achsenintegralregelungsgewinn, und der q-Achsenintegralregelungsgewinn Kiq gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert. Es werden also sowohl die Proportionalregelungsgewinne Kpd, Kpq als auch die Integralregelungsgewinne Kid, Kiq gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert. Dadurch können die Proportionalregelungsgewinne Kpd, Kpq und die Integralregelungsgewinne Kid, Kiq geeignet gesetzt werden, während die Möglichkeit reduziert wird für ein „Overshoot”-Phänomen und eine Verschlechterung der Fähigkeit der Stromdetektionswerte Idr, Iqr, den Strombefehlswerten Id, Iq zu folgen, wenn die Stromregelungsperiode Pd geändert wird.
  • Spezieller werden in diesem Ausführungsbeispiel sowohl die Proportionalregelungsgewinne Kpd, Kpq als auch die Integralregelungsgewinne Kid, Kiq gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert, indem die Grenzwinkelfrequenz ωc gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert wird. Beispielsweise wird die Grenzwinkelfrequenz ωc mit der gleichen Rate geändert, wie die Stromregelungsperiode Pi. Wenn die Stromregelungsperiode Pi mit N (wobei N ein positiver Wert ist) multipliziert wird, kann also auch die Grenzwinkelfrequenz ωc mit N multipliziert werden.
  • Wie oben beschrieben, sind in der PWM-Steuerung die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 des Wechselrichters 6 PWM-Signale, die basierend auf dem Träger erzeugt werden. Wenn die Regelungsvorrichtung 2 aufgebaut ist, um in der Lage zu sein die Frequenz des Trägers (die Trägerfrequenz) zu schalten, können Schaltverluste reduziert werden, indem die Regelungsvorrichtung 2 so strukturiert wird, dass die Trägerfrequenz reduziert wird gemäß einer Zunahme der Spannungsregelungsperiode Pv. Beispielsweise kann die Regelungsvorrichtung 2 derart strukturiert sein, dass die Trägerfrequenz und die Spannungsregelungsperiode Pv gleichzeitig geschaltet werden, während eine gegebene Beziehung zwischen dem Zyklus des Trägers und der Spannungsregelungsperiode Pv aufrecht erhalten bleibt (beispielsweise der Zyklus des Trägers ist der Gleiche oder das Doppelte der Spannungsregelungsperiode Pv).
  • Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv gemäß dem Betriebspunkt des Elektromotors 4 gesetzt werden, während die Möglichkeit reduziert wird, dass der Stromregelungsprozess und der Spannungsregelungsprozess mit einer unnötig kurzen Periode durchgeführt werden. Dies kann die Möglichkeit reduzieren, dass die Betriebslast auf die arithmetische Verarbeitungseinheit der Regelungsvorrichtung 2 unnötig zunehmen kann. Darüber hinaus wird die Betriebslast, die zu der Stromrückführungsregelung der arithmetischen Verarbeitungseinheit der Regelungsvorrichtung 2 gehört, reduziert, wenn die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv zunehmen. Diese Struktur ermöglicht der arithmetischen Verarbeitungseinheit in einfacher Weise einen anderen Prozess parallel oder dergleichen durchzuführen.
  • 4. Andere Ausführungsbeispiele
    • (1) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem drei Zieldrehmomentregionen gesetzt werden, indem der mögliche Bereich des Zieldrehmoments TM in drei Regionen unterteilt wird, die sich nicht überlappen, wie in 3 gezeigt. Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist auch eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung irgendeine Anzahl (beispielsweise zwei, vier oder dergleichen) von Zieldrehmomentregionen zu setzen, die andere ist als drei, basierend auf einen möglichen Bereich des Zieldrehmoments TM. Vorzugsweise wird auch eine Mehrzahl von Zieldrehmomentregionen gesetzt, indem der mögliche Bereich des Zieldrehmoments TM in eine Mehrzahl von Regionen, die sich überlappen, unterteilt wird. Bei dieser Struktur, wenn das Zieldrehmoment TM zu dem Zeitpunkt, bei der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 die Stromregelungsperiode Pi bestimmt, in einem Überlappungsbereich benachbarter Zieldrehmomentregionen ist, kann bestimmt werden, zu welcher Zieldrehmomentregion dieses Zieldrehmoment TM gehört, basierend auch auf einem Index, der ein anderer ist als das Zieldrehmoment TM (die Drehzahl ω, die Modulationsrate M, ob der Elektromotor 4 als Elektromotor oder als Elektrogenerator arbeitet, oder dergleichen).
    • (2) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem drei Drehzahlregionen gesetzt werden, indem der mögliche Bereich der Drehzahl ω in drei Regionen unterteilt wird, die sich nicht überlappen, wie in 3 gezeigt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt, es ist auch eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung irgendeine Anzahl (beispielweise zwei, vier oder dergleichen) von Drehzahlregionen zu setzen, die eine andere ist als drei, basierend auf dem möglichen Bereich der Drehzahl ω. Vorzugsweise wird auch eine Mehrzahl von Drehzahlregionen gesetzt, indem der mögliche Bereich der Drehzahl ω in eine Mehrzahl von Regionen unterteilt wird, die sich überlappen. Bei dieser Struktur, wenn die Drehzahl ω zu dem Zeitpunkt, bei der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 die Spannungsregelungsperiode Pv bestimmt, ein Überlappungsbereich benachbarter Drehzahlregionen ist, kann bestimmt werden, zu welcher Drehzahlregion diese Drehzahl ω gehört, basierend auch auf einem Index, der ein anderer ist als die Drehzahl ω (das Zieldrehmoment TM, die Modulationsrate M, ob der Elektromotor 4 als Elektromotor oder Elektrogenerator arbeitet, oder dergleichen).
    • (3) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 die Stromregelungsperiode Pi bestimmt, indem Bezug genommen wird auf die Stromregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich (15) gespeichert ist, und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) die Spannungsregelungsperiode Pv bestimmt, indem auf die Spannungsregelungsperiodenkarte Bezug genommen wird, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 gespeichert ist. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise bestimmt der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 auch vorzugsweise die Stromregelungsperiode Pi basierend auf einem vorbestimmten Ausdruck gemäß dem Zieldrehmoment TM. In jedem Fall, verschieden zu dem obigen Ausführungsbeispiel, bei dem Stromregelungsperiode Pi als ein Wert bestimmt wird, der schrittweise zunimmt, wenn das Zieldrehmoment TM abnimmt, wird vorzugsweise die Stromregelungsperiode Pi als ein Wert bestimmt, der kontinuierlich zunimmt, wenn das Zieldrehmoment TM abnimmt. Vorzugsweise bestimmt der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 auch die Spannungsregelungsperiode Pv basierend auf einem vorbestimmten Ausdruck gemäß der Drehzahl ω. In jedem Fall, ungleich dem obigen Ausführungsbeispiel, bei dem die Spannungsregelungsperiode Pv als ein Wert bestimmt wird, der schrittweise zunimmt, wenn die Drehzahl ω abnimmt, wird vorzugsweise auch die Spannungsregelungsperiode Pv als ein Wert bestimmt, der kontinuierlich zunimmt, wenn die Drehzahl ω abnimmt.
    • (4) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem, wenn die Stromregelungsperiode Pi, die durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt wird, kürzer als die Spannungsregelungsperiode Pv, die durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt worden ist, der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 die Spannungsregelungsperiode Pv auf den gleichen Wert setzt, wie die Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt wird. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Vorzugsweise setzt der Regelungsperiodeneinstellungsbereich 14 auch die Spannungsregelungsperiode Pv auf den Wert, der von dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt wird, selbst wenn die Stromregelungsperiode Pi, die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt wird, kürzer ist als die Spannungsregelungsperiode Pv, die von dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt wird. Bei einer derartigen Struktur werden vorzugsweise die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 des Wechselrichters 6 nicht nur basierend auf den Spannungsbefehlswerten Vd, Vq erzeugt, die durch den jüngsten Stromregelungsprozess bestimmt werden, sondern auch basierend auf Spannungsbefehlswerten Vd, Vq, die durch einen früheren Stromregelungsprozess bestimmt wurden, in dem Spannungsregelungsprozess des Spannungsregelungsbereichs 10.
    • (5) Das obigen Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der d-Achsenspannungseinstellungswert ΔVd und der q-Achsenspannungseinstellungswert ΔVq durch die Ausdrücke (6) und (7) gegeben sind. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist auch eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen, das der d-Achsenspannungseinstellungswert ΔVd und der q-Achsenspannungseinstellungswert ΔVq durch die nachfolgenden Ausdrücke (13) und (14) gegeben sind. ΔVd = Vzd – Eq (13) ΔVq = Vzq + Ed + Em (14) Vzd stellt einen d-Achsen Spannungsabfall dar, und ist gegeben durch das Produkt des Ankerwicklungswiderstands R und des tatsächlichen d-Achsenstroms Idr. Vzq stellt einen q-Achsenspannungsabfall dar, und ist gegeben durch das Produkt aus dem Ankerwicklungswiderstand R und dem tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr. Vorzugsweise werden auch der d-Achsenstrombefehlswert Id und der q-Achsenstrombefehlswert Iq anstelle des tatsächlichen d-Achsenstroms Idr und des tatsächlichen q-Achsenstroms Iqr verwendet, um den d-Achsenspannungseinstellungswert ΔVd und den q-Achsenspannungseinstellungswert ΔVq basierend auf den Ausdrücken (6) und (7) herzuleiten, oder den Ausdrücken (13) und (14). Vorzugsweise werden der d-Achsenspannungseinstellungswert ΔVd und der q-Achsenspannungseinstellungswert ΔVq auch auf Null gesetzt, um also den d-Achsenspannungsbasisbefehlswert Vdb und den q-Achsenspannungsbasisbefehlswert Vqb so wie sie sind als den d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und den q-Achsenspannungsbefehlswert Vq zu verwenden.
    • (6) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 auf die Stromregelungsperiodenkarte Bezug nimmt, um die Stromregelungsperiode Pi zu bestimmen, die der Zieldrehmomentregion zugeordnet ist, zu der das Zieldrehmoment TM zum Zeitpunkt der Bestimmung der Stromregelungsperiode Pi gehört, als eine Periode zum Durchführen des Stromregelungsprozesses. Darüber hinaus ist das obige Ausführungsbeispiel beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 Bezug nimmt auf die Spannungsregelungsperiodenkarte, um die Spannungsregelungsperioden Pv zu bestimmen, die der Drehzahlregion zugeordnet ist, zu der die Drehzahl ω zum Zeitpunkt der Bestimmung der Spannungsregelungsperiode Pv gehört, als eine Periode zum Durchführen des Spannungsregelungsprozesses. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist auch eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Hysterese an der Grenze zwischen benachbarten Zieldrehzahlregionen bereitzustellen, um einen Grenzwert in dem Fall zu setzen, bei dem das Zieldrehmoment TM auf einen Wert zunimmt, der größer ist als ein Grenzwert in dem Fall, bei dem das Zieldrehmoment TM abnimmt. Es ist auch eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Hysterese an der Grenze zwischen benachbarten Drehzahlregionen bereitzustellen, um einen Grenzwert in dem Fall, bei dem die Drehzahl ω zuhimmt, auf einen Wert zu setzen, der größer ist als ein Grenzwert, in dem Fall, bei dem die Drehzahl ω abnimmt.
    • (7) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem die Stromregelungsperiode Pi, die durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 bestimmt wird, ein Wert ist, der basierend auf der elektrischen Zeitkonstanten T des Elektromotors 4 gesetzt worden ist, die gemäß der Drehzahl TM bestimmt wird, und die Spannungsregelungsperiode Pv, die von dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 bestimmt wird, ein Wert ist, der basierend auf der Zeit gesetzt wird, die einem Zyklus des Elektrowinkels entspricht, der gemäß der Drehzahl ω bestimmt wird. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise hat die Stromregelungsperiode Pi vorzugsweise einen Wert, der basierend auf einem anderen Index gesetzt wird (beispielsweise der Kehrwert des Zieldrehmoments TM, oder dergleichen) anstatt auf der elektrischen Zeitkonstanten T zu basieren. Vorzugsweise hat die Spannungsregelungsperiode Pv auch einen Wert, der gesetzt wird basierend auf einem anderen Index (beispielsweise der Kehrwert der Drehzahl ω, oder dergleichen) anstatt auf der Zeit zu basieren, die einem Zyklus des elektrischen Winkels entspricht.
    • (8) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem TM1, TM2 und TM3, die die Grenzen der Zieldrehmomentregionen definieren, bestimmt werden basierend auf Charakteristiken der q-Achsen-Induktivität Lq, wie in 4 gezeigt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Werte des Zieldrehmoments TM, die die Grenzen der Zieldrehmomentregionen definieren, können willkürlich und unabhängig voneinander gesetzt werden. Beispielsweise werden die Werte des Zieldrehmoments TM, die die Grenzen der Zieldrehmomentregionen definieren, derart gesetzt, dass der mögliche Bereich des Zieldrehmoments TM im Wesentlichen gleich unterteilt wird. Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem ω1, ω2 und ω3, die die Grenzen der Zieldrehmomentregionen definieren, bestimmt werden, so dass ω1 und ω2 gleich „1/4” bzw. „1/2” von ω3 sind. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Werte der Drehzahl ω, die die Grenzen der Drehzahlregionen definieren, können willkürlich und unabhängig voneinander gesetzt werden. Beispielsweise sind die Werte der Drehzahl ω, die die Grenzen der Drehzahlregionen definieren, vorzugsweise derart gesetzt, dass der mögliche Bereich der Drehzahl ω im Wesentlichen gleich unterteilt wird.
    • (9) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der d-Achsen-Proportionalregelungsgewinn Kpd, der q-Achsenproportionalregelungsgewinn Kpq, der d-Achsenintegralregelungsgewinn Kid, der q-Achsenintegralregelungsgewinn Kiq durch die Ausdrücke (10) bis (12) gegeben sind, und sowohl die Proportionalregelungsgewinne Kpd, Kqp, als auch die Integralregelungsgewinne Kid, Kiq werden gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert, indem die Grenzwinkelfrequenz ωc gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert wird. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt und es ist auch eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, dass die Grenzwinkelfrequenz ωc nicht gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert wird, und die Gewinne nur mit einer Änderung der Induktivität Ld, Lq oder einer Änderung des Ankerwicklungswiderstands R geändert werden.
    • (10) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der d-Achsen-Proportionalregelungsgewinn Kpd, der q-Achsenproportionalregelungsgewinn Kpq, der d-Achsen-Integralregelungsgewinn Kid und der q-Achsenintegralregelungsgewinn Kiq durch die Ausdrücke (10) bis (12) gegeben sind. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist auch eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, dass diese Gewinne unabhängig voneinander gesetzt werden, ohne Verwendung einer gemeinsamen physikalischen Größe (in dem obigen Ausführungsbeispiel die Grenzwinkelfrequenz ωc). In diesem Fall wird vorzugsweise auch nur ein Teil der Gewinne gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert, und der verbleibende Teil der Gewinne wird nicht gemäß der Stromregelungsperiode Pi geändert. Beispielsweise ist es möglich von der Proportionalregelungsgewinnen Kpd, Kpq und den Integralregelungsgewinnen Kid, Kiq einen gemäß der Stromregelungsperiode Pi zu ändern, und nicht die anderen Gewinne gemäß der Stromregelungsperiode Pi zu ändern. Der hier verwendete Ausdruck „nicht den Gewinn gemäß der Stromregelungsperiode Pi ändern” bedeutet nicht notwendigerweise, dass der Gewinn ein fester Wert ist, sondern gibt ein Konzept an, das die Struktur enthält, bei der der Gewinn basierend auf einem Index geändert wird, der ein anderer ist als die Stromregelungsperiode Pi.
    • (11) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der AC-Elektromotor (der Elektromotor 4) ein IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Electric Motor) ist, der durch einen Dreiphasenwechselstrom betrieben wird. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Electric Motor) als Elektromotor 4 verwendet werden. Zusätzlich zu den Synchronelektromotoren kann ein Induktionselektromotor oder dergleichen beispielsweise als Elektromotor 4 verwendet werden. Ein Einphasenwechselstrom oder ein Mehrphasenwechselstrom, der ein anderer ist als der Dreiphasenwechselstrom, beispielsweise ein Zweiphasenwechselstrom, Vierphasenwechselstrom oder Wechselstrom mit mehr Phase können als Wechselstrom verwendet werden, der an einen derartigen AC-Elektromotor geliefert wird.
    • (12) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem die Stromregelungsperiode Pi bestimmt wird durch den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 gemäß dem Zieldrehmoment TM, die Spannungsregelungsperiode Pv wird durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 gemäß der Drehzahl ω bestimmt, und die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv werden auf ein ganzzahliges Vielfaches der Basisbetriebsperiode gesetzt. In diesem Fall können der Stromregelungsprozess des Stromregelungsbereichs 24 und der Spannungsregelungsprozess des Spannungsregelungsbereichs 12 gleichzeitig auftreten. Wenn der Stromregelungsprozess und der Spannungsregelungsprozess gleichzeitig auftreten, wird vorzugsweise der Spannungsregelungsprozess vor dem Stromregelungsprozess durchgeführt. Dadurch, dass dem Spannungsregelungsprozess eine Priorität gegenüber dem Stromregelungsprozess gegeben wird, ist die Stromregelungsperiode Pi nicht auf ein ganzzahliges Vielfaches der Basisbetriebsperiode begrenzt, und kann auch bestimmt werden, um gleich oder größer zu sein als die Spannungsregelungsperiode Pv.
    • (13) Das obige Beispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem der U-Phasenstrom Iur, der V-Phasenstrom Ivr und der W-Phasenstrom Iwr von dem Stromsensor 42 detektiert werden, und die Magnetpolposition θ von dem Drehsensor 43 detektiert wird. In diesem Fall werden vorzugsweise die Dreiphasenströme Iur, Ivr, Iwr und die Magnetpolposition θ in Synchronisation mit der Spannungsregelungsperiode Pv einmal oder mehrmals in der Spannungsregelungsperiode Pv detektiert, und vorzugsweise werden auch die Dreiphasenströme Iur, Ivr, Iwr und die Magnetpolposition θ in Synchronisation mit der Stromregelungsperiode Pi einmal oder mehrmals in der Stromregelungsperiode Pi detektiert. Ebenso wird vorzugsweise eine Detektion der Dreiphasenströme Iur, Ivr, Iwr und der Magnetpolposition θ durchgeführt, ohne in Synchronisation zu sein mit der Stromregelungsperiode Pi oder der Spannungsregelungsperiode Pv, sondern um die Dreiphasenströme Iur, Ivr, Iwr und die Magnetpolposition θ in Synchronisation mit einer vorbestimmten Drehperiode (beispielsweise ein elektrischer Winkel von 360°) einmal oder mehrmals in der vorbestimmten Drehperiode zu detektieren.
    • (14) Das obige Ausführungsbeispiel ist beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem das Zieldrehmoment TM in den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 eingegeben wird, und der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 die Stromregelungsperiode Pi basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM und durch Bezugnahme auf den Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 bestimmt. Darüber hinaus ist das obige Ausführungsbeispiel beschrieben worden in Bezug auf ein Beispiel, bei dem die Drehzahl ω in den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 eingegeben wird, und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 die Spannungsregelungsperiode Pv basierend auf der eingegeben Drehzahl θ und durch Bezugnahme auf den Regelungsperiodenspeicherungsabschnitt 15 bestimmt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, dass das Zieldrehmoment TM und die Drehzahl ω in den Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 eingegeben werden, und der Regelungsperiodenspeicherungsbereich 15 die Stromregelungsperiode Pi und die Spannungsregelungsperiode Pv gemäß dem Zieldrehmoment TM und der Drehzahl ω an den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 und den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 ausgibt. In diesem Fall ist es auch möglich das Zieldrehmoment TM nicht in den Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich 12 einzugeben. Es ist auch möglich, die Drehzahl ω nicht in den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich 13 einzugeben.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise für Regelungsvorrichtungen verwendet zum Steuern einer Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen Wechselrichter enthält, der eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt, um die AC-Spannung an einen AC-Elektromotor zu liefern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektromotorantriebsvorrichtung
    2
    Regelungsvorrichtung
    4
    Elektromotor (AC-Elektromotor)
    6
    Wechselrichter
    10
    Spannungsregelungsbereich
    12
    Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich
    13
    Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich
    14
    Regelungsperiodeneinstellungsbereich
    15
    Regelungsperiodenspeicherungsbereich
    24
    Stromregelungsbereich
    Id
    d-Achsen Strombefehlswert (Strombefehlswert)
    Iq
    q-Achsen Strombefehlswert (Strombefehlswert)
    Idr
    tatsächlicher d-Achsenstrom (Stromdetektionswert)
    Iqr
    tatsächlicher q-Achsenstrom (Stromdetektionswert)
    Pi
    Stromregelungsperiode
    Pv
    Spannungsregelungsperiode
    S1–S6
    Schaltsteuerungssignal
    TM
    Zieldrehmoment
    Vd
    d-Achsen Spannungsbefehlswert (Spannungsbefehlswert)
    Vq
    q-Achsen Spannungsbefehlswert (Spannungsbefehlswert)
    ω
    Drehzahl

Claims (5)

  1. Regelungsvorrichtung zum Steuern einer Elektromotorantriebsvorrichtung (1), die einen Wechselrichter (6) enthält, der eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt, um die AC-Spannung an den AC-Elektromotor (4) zu liefern, enthaltend: einen Stromregelungsbereich (24) zum Durchführen eines Stromregelungsprozesses des Bestimmens eines Spannungsbefehlswerts (Vd, Vp) basierend auf einer Abweichung zwischen einem Strombefehlswert (Id, Ip), der ein Befehlswert eines Stroms ist, der an eine Spule des AC-Elektromotors (4) anzulegen ist, und einem Stromdetektionswert, der ein Detektionswert eines Stroms ist, der in der Spule fließt; einen Spannungsregelungsbereich (10) zum Durchführen eines Spannungsregelungsprozesses des Erzeugens eines Schaltsteuerungssignals (S1–S6) des Wechselrichters (6) entsprechend dem Spannungsbefehlswert (Vd, Vp); einen Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) zum Bestimmen einer Stromregelungsperiode (Pi), die eine Periode ist zum Durchführen eines Stromregelungsprozesses, basierend auf einem Zieldrehmoment (TM) des AC-Elektromotors (4); einen Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) zum Bestimmen einer Spannungsregelungsperiode (Pv), die eine Periode ist zum Durchführen eines Spannungsregelungsprozesses, basierend auf einer Drehzahl (ω) des AC-Elektromotors (4); und einen Regelungsperiodeneinstellungsbereich (14) zum Setzen der Stromregelungsperiode (Pi) und der Spannungsregelungsperiode (Pv) basierend auf der Bestimmung des Stromregelungsperiodenbestimmungsbereichs (12) und des Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereichs (13), wobei der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) gemäß dem Zieldrehmoment (TM) die Stromregelungsperiode (Pi) als einen Wert bestimmt, der kontinuierlich oder schrittweise zunimmt, wenn das Zieldrehmoment (TM) abnimmt, und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) gemäß der Drehzahl (ω) die Spannungsregelungsperiode (Pv) als einen Wert bestimmt, der kontinuierlich oder schrittweise zunimmt, wenn die Drehzahl (ω) abnimmt.
  2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stromregelungsperiode (Pi), die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) bestimmt wird, einen Wert hat, der basierend auf einer elektrischen Zeitkonstante des AC-Elektromotors (4) gesetzt ist, die gemäß dem Zieldrehmoment (TM) bestimmt ist, und die Spannungsregelungsperiode (Pv), die durch den Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) bestimmt ist, einen Wert hat, der gesetzt wird basierend auf einer Zeit, die einem Zyklus eines elektrischen Winkels entspricht, der gemäß der Drehzahl (ω) bestimmt ist.
  3. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der wenn die Stromregelungsperiode (Pi), die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) bestimmt wird, kürzer ist als die Spannungsregelungsperiode (Pv), die von dem Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) bestimmt wird, der Regelungsperiodeneinstellungsbereich (14) die Spannungsregelungsperiode (Pv) auf den gleichen Wert setzt wie der der Stromregelungsperiode (Pi), die von dem Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) bestimmt wird.
  4. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit: einem Regelungsperiodenspeicherungsbereich (15), der eine Stromregelungsperiodenkarte speichert, die die Stromregelungsperiode (Pi) für jede von einer Mehrzahl von Zieldrehmomentregionen definiert, die gesetzt sind durch Teilen eines möglichen Bereichs des Zieldrehmoments (TM) in eine Mehrzahl von Regionen, und eine Spannungsregelungsperiodenkarte, die die Spannungsregelungsperiode (Pv) für jede von einer Mehrzahl von Drehzahlregionen definiert, die gesetzt sind durch Teilen eines möglichen Bereichs der Drehzahl (ω) in eine Mehrzahl von Regionen, wobei die Stromregelungsperiodenkarte die Stromregelungsperiode (Pi) definiert, die schrittweise zunimmt, wenn die Zieldrehmomentregion abnimmt, die Spannungsregelungsperiodenkarte, die die Spannungsregelungsperiode (Pv) definiert, die schrittweise zunimmt, wenn die Drehzahlregion abnimmt, und der Stromregelungsperiodenbestimmungsbereich (12) die Stromregelungsperiode (Pi) bestimmt durch Bezugnahme auf die Stromregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich (15) gespeichert ist, und der Spannungsregelungsperiodenbestimmungsbereich (13) die Spannungsregelungsperiode (Pv) bestimmt durch Bezugnahme auf die Spannungsregelungsperiodenkarte, die in dem Regelungsperiodenspeicherungsbereich (15) gespeichert ist.
  5. Regelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Stromregelungsprozess ein Stromrückführungsregelungsprozess ist zum Bestimmen des Spannungsbefehlswerts, indem mindestens eine Proportionalregelung und Integralregelung basierend auf der Abweichung zwischen dem Strombefehlswert und dem Stromdetektionswert durchgeführt werden, und beide, ein Proportionalregelungsgewinn, der ein Regelungsgewinn der Proportionalregelung ist, und ein Integralregelungsgewinn, der ein Regelungsgewinn der Integralregelung ist, werden gemäß der Stromregelungsperiode (Pi) geändert.
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