DE112011100096T5

DE112011100096T5 - Steuerungsvorrichtung einer Motorantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE112011100096T5
Application number: DE112011100096T
Authority: DE
Inventors: Peng He; Subrata Saha; Ken Iwatsuki
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2012-09-20
Also published as: CN102763322A; JP2011217468A; JP5120669B2; US20110241584A1; WO2011122104A1

Abstract

Offenbart ist eine Steuerungsvorrichtung einer Motorantriebsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Starkfeldsteuerung geeignet zu beenden, in einem Aufbau, der die Starkfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung basierend auf einem Spannungsindex, beispielsweise einem Modulationsfaktor, durchführt. Eine Spannungswellenformsteuerungseinheit führt eine PWM-Steuerung durch, wenn ein Spannungsindex M, der die Größe der Spannungsbefehlswerte Vd und Vq bezüglich einer DC-Spannung Vdc angibt, kleiner als ein vorbestimmter Viereckwellenschwellenwert ist, und führt eine Viereckwellensteuerung durch, wenn der Spannungsindex M gleich oder größer als ein Viereckschwellenwert ist. Eine Feldeinstellungseinheit 8 führt eine Starkfeldsteuerung bei der Bedingung durch, dass der Spannungsindex M gleich oder größer als ein vorbestimmter Starkfeldschwellenwert ist, der kleiner als der Viereckschwellenwert ist. Eine Modussteuerungseinheit 5 beendet die Starkfeldsteuerung, die durch die Feldeinstellungseinheit 8 durchgeführt wird, bei der Bedingung, dass eine Drehzahl ω kleiner als ein Drehzahlschwellenwert ωT ist, der bestimmt wird basierend auf einem Zieldrehmoment TM und der DC-Spannung Vdc.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung, die eine Motorantriebsvorrichtung steuert, die eine DC/AC-Umwandlungseinheit enthält, die eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt und die AC-Spannung an einen AC-Motor liefert.
Technischer Hintergrund
Motorantriebsvorrichtungen werden allgemein verwendet, in denen ein Wechselrichter eine DC-Spannung von einer DC-Leistungsversorgung in eine AC-Spannung umwandelt, um einen AC-Motor anzutreiben. In der Motorantriebsvorrichtung werden im Allgemeinen eine Maximumdrehmomentsteuerung und eine Sinus-Wellen-PWM(Pulsbreitenmodulation)-Steuerung basierend auf einer Vektorsteuerung durchgeführt, um eine sinuswellenförmige AC-Spannung an Spulen zu liefern, die jeder Phase in dem AC-Motor entsprechen, um effizient das Drehmoment zu erzeugen. Wenn die Drehzahl zunimmt, nimmt jedoch in dem Motor eine induzierte Spannung zu, und ebenso nimmt eine AC-Spannung (im Folgenden als „notwendige Spannung” bezeichnet) zu, die zum Antreiben des Motors erforderlich ist. Wenn die notwendige Spannung größer ist als die maximale AC-Spannung (im Folgenden bezeichnet als „maximale Ausgangsspannung”), die von dem Wechselrichter ausgegeben werden kann, ist es schwierig, den notwendigen Strom an die Spule zu liefern und den Motor geeignet zu steuern. Eine Schwachfeldsteuerung zum Schwächen des Feldflusses des Motors wird durchgeführt, um die induzierte Spannung zu reduzieren. Wenn die Schwachfeldsteuerung durchgeführt wird, ist es schwierig, die Maximumdrehmomentsteuerung durchzuführen. Folglich wird das maximale Drehmoment, das ausgegeben werden kann, reduziert, und ebenso wird der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz reduziert.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, offenbart die folgende Patentliteratur 1 die Technik einer Steuerungsvorrichtung einer Motorantriebsvorrichtung, die sequenziell einen Steuerungsmodus von einer Sinuswellen-PWM-Steuerung in eine Übermodulations-PWM-Steuerung und eine Viereckwellensteuerung ändert, wenn die Drehzahl des Motors zunimmt und die induzierte Spannung zunimmt. Bei der Sinuswellen-PWM-Steuerung beträgt die obere Grenze eines Modulationsfaktors, der das Verhältnis des Effektivwerts einer Fundamentalwellenkomponente einer AC-Spannungswellenform zu der DC-Leistungsversorgungsspannung (Systemspannung) angibt, gleich 0,61. Im Gegensatz dazu ist es möglich, den Modulationsfaktor in der Übermodulations-PWM-Steuerung in den Bereich von 0,61 bis 0,78 zu erhöhen, und der maximale Modulationsfaktor beträgt 0,78 bei der Viereckwellensteuerung. Die Steuerungsvorrichtung, die in der Patentliteratur 1 offenbart ist, führt folglich die Übermodulations-PWM-Steuerung oder die Viereckwellensteuerung durch, um die Amplitude der Fundamentalwellenkomponente der AC-Spannungswellenform zu erhöhen, die an den AC-Motor geliefert wird (um den Modulationsfaktor zu erhöhen), wodurch die DC-Spannung effizient verwendet wird und der Drehzahlbereich aufgeweitet werden kann, indem die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt werden kann, verglichen mit der Struktur, bei der nur die Sinuswellen-PWM-Steuerung durchgeführt wird. Wenn die notwendige Spannung des Motors kleiner ist als die maximale Ausgangsspannung, werden die Sinuswellen-PWM-Steuerung oder die Übermodulations-PWM-Steuerung und die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt. Wenn die notwendige Spannung des Motors die maximale Ausgangsspannung erreicht, werden die Viereckwellensteuerung und die Schwachfeldsteuerung durchgeführt.
In der Steuerungsvorrichtung, die in der Patentliteratur 1 offenbart ist, wird jedoch die PWM-Steuerung in dem Betriebsbereich durchgeführt, in dem die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt werden kann. In der PWM-Steuerung nimmt jedoch die Anzahl von Zeitpunkten, zu denen die Schaltbauteile des Wechselrichters ein- oder ausgeschaltet werden, zu. Als Ergebnis ist ein großer Schaltverlust wahrscheinlich. Um die Effizienz des Motors weiter zu verbessern, ist es wirkungsvoll, den Schaltverlust zu verhindern. In der Viereckwellensteuerung ist es möglich, die Anzahl von Zeitpunkten, zu denen die Schaltbauteile ein- oder ausgeschaltet werden, signifikant zu reduzieren, verglichen mit der PWM-Steuerung. Folglich ist es möglich, den Schaltverlust zu verhindern. Die folgende Patentliteratur 2 offenbart eine Technik, die einen Feldeinstellungsbefehlswert in einer Richtung bestimmt, in der der Feldfluss des AC-Motors selbst in dem Betriebsbereich verstärkt ist, in dem die PWM-Steuerung durchgeführt werden kann, um den Modulationsfaktor zu maximieren, wodurch die Viereckwellensteuerung (Ein-Puls-Antrieb) durchgeführt wird. Gemäß dieser Technik nimmt die Größe des Stroms, der durch den Motor fließt, zu. In diesem Fall nimmt der Verlust des Motors leicht zu, jedoch ist es möglich, den Schaltverlust des Wechselrichters zu reduzieren. Folglich ist es möglich, die Gesamteffizienz des Systems zu verbessern.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

[PTL 1] JP-A-2006-311770
[PTL 2] JP-A-2008-079399

Offenbarung der Erfindung
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
Während der Viereckwellensteuerung wird jedoch der Modulationsfaktor auf dem maximalen Wert gehalten. In der Struktur, in der die Viereckwellensteuerung und die PWM-Steuerung durch den Modulationsfaktor geschaltet werden, ist es folglich schwierig, die Viereckwellensteuerung zu beenden, selbst wenn der Betriebszustand des AC-Motors sich geändert hat. Selbst wenn die Drehzahl des AC-Motors reduziert wird oder das Zieldrehmoment reduziert wird, ist eine Erhöhung des Feldeinstellungsbefehlswerts in der Richtung, in der der Feldfluss verstärkt ist, alleine nicht ausreichend, um die Viereckwellensteuerung zu beenden. Wenn der Feldeinstellungsbefehlswert zunimmt, wird folglich die Effizienz reduziert, oder wenn die Viereckwellensteuerung in dem Bereich durchgeführt wird, in dem die Drehzahl gering ist, tritt beispielsweise wahrscheinlich eine Oszillation in dem Ausgangsdrehmoment des AC-Motors auf. Die Patentliteratur 2 offenbart jedoch keine Technik zum geeigneten Beenden der Viereckwellensteuerung und der Starkfeldsteuerung in der Struktur, in der die Viereckwellensteuerung durchgeführt wird, durch die Starkfeldsteuerung, die den Feldfluss verstärkt.
Folglich soll vorzugsweise eine Steuerungsvorrichtung einer Motorantriebsvorrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, die Starkfeldsteuerung in der Struktur geeignet zu beenden, die die Starkfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung basierend auf einem Spannungsindex durchführt, wie beispielsweise dem Modulationsfaktor.
Mittel zum Lösen des Problems
Um die Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Steuerungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Motorantriebsvorrichtung steuert, die eine DC/AC-Umwandlungseinheit enthält, die eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt und die AC-Spannung an einen AC-Motor liefert. Die Steuerungsvorrichtung enthält: eine Strombefehlbestimmungseinheit, die einen Basisstrombefehlswert bestimmt, der ein Befehlswert eines Stroms ist, der von der DC/AC-Umwandlungseinheit an den AC-Motor zu liefern ist, basierend auf einem Zieldrehmoment des AC-Motors; eine Feldeinstellungseinheit, die einen Feldeinstellungsbefehlswert bestimmt, der ein Einstellungswert des Basisstrombefehlswerts ist; eine Spannungsbefehlsbestimmungseinheit, die einen Spannungsbefehlswert bestimmt, der ein Befehlswert einer Spannung ist, die von der DC/AC-Umwandlungseinheit an den AC-Motor geliefert wird, basierend auf einem eingestellten Strombefehlswert, der durch Einstellen des Basisstrombefehlswerts mit dem Feldeinstellungsbefehlswert erhalten wird, und basierend auf der Drehzahl des AC-Motors; und eine Spannungswellenformsteuerungseinheit, die die DC/AC-Umwandlungseinheit basierend auf dem Spannungsbefehlswert steuert, um die Spannungswellenformsteuerung durchzuführen, die mindestens die Pulsbreitenmodulationssteuerung und die Viereckwellensteuerung enthält; und eine Modussteuerungseinheit, die die Feldeinstellungseinheit und die Spannungswellenformsteuerungseinheit steuert. Die Spannungswellenformsteuerungseinheit führt die Pulsbreitenmodulationssteuerung durch, wenn ein Spannungsindex, der die Größe des Spannungsbefehlswerts bezüglich der DC-Spannung angibt, kleiner ist als ein vorbestimmter Viereckwellenschwellenwert, und führt die Viereckwellensteuerung durch, wenn der Spannungsindex gleich oder größer ist als der Viereckwellenschwellenwert. Die Feldeinstellungseinheit ist konfiguriert, um die Feldsteuerung durchzuführen, die mindestens die Starkfeldsteuerung enthält, die den Feldeinstellungsbefehlswert derart bestimmt, dass der Basisstrombefehlswert eingestellt wird, um einen Feldfluss des AC-Motors zu verstärken, und die Normalfeldsteuerung, die den Feldeinstellungsbefehlswert derart bestimmt, dass der Basisstrombefehlswert nicht eingestellt wird, und führt die Starkfeldsteuerung bei der Bedingung durch, das der Spannungsindex gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Starkfeldschwellenwert, der kleiner ist als der Viereckwellenschwellenwert. Die Modussteuerungseinheit beendet die Starkfeldsteuerung, die durch die Feldeinstellungseinheit durchgeführt wird, bei der Bedingung, dass die Drehzahl kleiner ist als ein Drehzahlschwellenwert, der basierend auf dem Zieldrehmoment und der DC-Spannung bestimmt wird.
Gemäß dieser Struktur wird die Starkfeldsteuerung basierend auf dem Spannungsindex durchgeführt, der die Größe des Spannungsbefehlswerts bezüglich der DC-Spannung angibt. Wenn die Starkfeldsteuerung durchgeführt wird, nimmt der Spannungsindex zu, um die Spannungswellenformsteuerung in die Viereckwellensteuerung zu ändern. Es ist folglich möglich, den Betriebsbereich aufzuweiten, in dem die Viereckwellensteuerung des AC-Motors durchgeführt wird, und den Schaltverlust der DC/AC-Umwandlungseinheit zu reduzieren. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Effizienz zu verbessern. In diesem Fall bestimmt darüber hinaus die Feldeinstellungseinheit geeignet den Feldeinstellungsbefehlswert, um die Intensität des Starkfelds zu ändern. In dieser Weise ist es möglich, ein Drehmoment, das dem Zieldrehmoment entspricht, geeignet an den AC-Motor auszugeben, ungeachtet der Drehzahl des AC-Motors. Gemäß diesem Aufbau endet die Starkfeldsteuerung bei der Bedingung, dass die Drehzahl des AC-Motors kleiner ist als der Drehzahlschwellenwert, der basierend auf dem Zieldrehmoment und der DC-Spannung bestimmt wird. Folglich ist es möglich, die Starkfeldsteuerung geeignet zu beenden, bevor die Drehzahl des AC-Motors auf weniger als die Drehzahl reduziert wird, die geeignet ist zum Durchführen der Viereckwellensteuerung. Folglich ist es möglich, das Auftreten von beispielsweise einer Oszillation in dem Ausgangsdrehmoment des AC-Motors zu verhindern, indem die Viereckwellensteuerung in dem Bereich durchgeführt wird, in dem die Drehzahl gering ist. In diesem Fall ist es möglich, einen geeigneten Drehzahlschwellenwert entsprechend dem Zieldrehmoment und der DC-Spannung zu setzen, indem der Drehzahlschwellenwert verwendet wird, der basierend auf dem Zieldrehmoment und der DC-Spannung bestimmt wird.
In dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus, in dem die Starkfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung durchgeführt werden, kann die Modussteuerungseinheit, wenn die Starkfeldsteuerung endet, allmählich den Feldeinstellungsbefehlswert in einer Richtung ändern, in der sich das Ausmaß der Änderung des Feldflusses reduziert hat, um allmählich den Spannungsindex zu reduzieren, wodurch der Steuerungsmodus durch einen Starkfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus, bei dem die Starkfeldsteuerung und die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchgeführt werden, in den Normalfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus geändert wird, bei dem die Normalfeldsteuerung und die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchgeführt werden.
Gemäß dieser Struktur, wenn die Starkfeldsteuerung von dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus endet, wird der Steuerungsmodus durch den Starkfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus in den Normalfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus geändert, in dem die Starkfeldsteuerung und die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchgeführt werden. Folglich, wenn die Starkfeldsteuerung endet, ist es möglich, eine schnelle Änderung in dem Feldeinstellungsbefehlswert und dem Spannungsindex zu verhindern. Als Ergebnis ist es möglich, eine schnelle Änderung des Stroms, der durch die Spule des AC-Motors fließt oder ein Überschwingen, und das Auftreten der Oszillation des Ausgangsdrehmoments des AC-Motors zu verhindern.
Die Drehzahl, bei der der Spannungsindex gleich dem Starkfeldschwellenwert während der Normalfeldsteuerung ist, kann als Drehzahlschwellenwert basierend auf dem Zieldrehmoment sowie der DC-Spannung gesetzt bzw. eingestellt werden.
Gemäß dieser Struktur ist es möglich, den Drehzahlschwellenwert geeignet derart zu setzen, dass die Starkfeldsteuerung bei der Bedingung endet, dass der Spannungsindex im Wesentlichen kleiner ist als der Starkfeldschwellenwert, gemäß dem Spannungsindex, der in Abhängigkeit von dem Zieldrehmoment und der DC-Spannung variiert, während der Normalfeldsteuerung. In dieser Weise ist es möglich, die Endebedingung der Starkfeldsteuerung zu setzen, um identisch zu sein mit der Startbedingung der Starkfeldsteuerung. Darüber hinaus ist es möglich, die Endebedingung der Starkfeldsteuerung basierend auf der Drehzahl zu bestimmen, die dem Zieldrehmoment sowie der DC-Spannung entspricht. Folglich ist es möglich, einfach und geeignet die Starkfeldsteuerung zu beenden.
Die Modussteuerungseinheit kann eine Bedingung bestimmen, dass die Drehzahl kleiner ist als der Drehzahlschwellenwert, und eine Bedingung, dass der Feldeinstellungsbefehlswert gleich oder größer ist als ein vorbestimmter Einstellungsbefehlsschwellenwert in einer Richtung, in der der Feldfluss verstärkt ist, und kann die Starkfeldsteuerung beenden, wenn mindestens eine der Bedingungen erfüllt ist.
Gemäß diesem Aufbau werden die Bedingung, dass die Drehzahl kleiner ist als der Drehzahlschwellenwert, und die Bedingung, dass der Feldeinstellungsbefehlswert gleich oder größer ist als der Einstellungsbefehlsschwellenwert, bestimmt, und die Starkfeldsteuerung endet, wenn mindestens eine der Bedingungen erfüllt ist. Folglich ist es möglich, eine Effizienzreduzierung zu verhindern, indem der Feldeinstellungsbefehlswert erhöht wird. Es ist also möglich, die Starkfeldsteuerung geeignet zu beenden gemäß der Beziehung zwischen einer Zunahme des Verlustes des Motors aufgrund einer Zunahme des Feldeinstellungsbefehlwerts und einer Reduktion des Schaltverlustes, aufgrund der Durchführung der Viereckwellensteuerung, und folglich eine Reduktion der Gesamteffizienz des Systems, das den AC-Motor und die Motorantriebsvorrichtung enthält, zu verhindern. Darüber hinaus wird vorzugsweise der Einstellungsbefehlsschwellenwert in den Bereich gesetzt, in dem eine Zunahme der Effizienz durch eine Reduktion des Schaltverlustes aufgrund der Viereckwellensteuerung größer ist als die Reduktion der Effizienz aufgrund einer Zunahme des Feldeinstellungsbefehlwerts in der Richtung, in der der Feldfluss verstärkt ist.
Die Modussteuerungseinheit kann die Feldeinstellungseinheit steuern, um nicht die Starkfeldsteuerung durchzuführen, wenn das Zieldrehmoment des AC-Motors jenseits eines zulässigen vorbestimmten Starkfelddrehmomentbereichs (Zulassigkeitsstarkfelddrehmomentbereich) ist.
In der Viereckwellensteuerung nimmt die Größe der harmonischen Komponenten, die andere sind als eine Fundamentalwellenkomponente, die in dem Strom enthalten ist, der durch die Spule fließt, wahrscheinlich zu. In manchen Fällen ist es folglich nicht angebracht, die Starkfeldsteuerung durchzuführen, um den Steuerungsmodus in die Viereckwellensteuerung zu ändern, in Abhängigkeit von dem Zieldrehmoment des AC-Motors. Gemäß diesem Aufbau, da der Drehmomentbereich, in dem die Starkfeldsteuerung erlaubt ist, begrenzt ist, ist es möglich, die Starkfeldsteuerung nur in dem Zustand durchzuführen, in dem eine Änderung in die Viereckwellensteuerung angebracht ist, und geeignet die Viereckwellensteuerung durchzuführen.
Wenn die Starkfeldsteuerung endet, kann die Modussteuerungseinheit die Feldeinstellungseinheit steuern, um den Feldeinstellungsbefehlswert von dem Stromwert auf Null mit einer konstanten Änderungsrate zu ändern.
Gemäß diesem Aufbau, wenn die Starkfeldsteuerung endet, wird der Feldeinstellungsbefehlswert geändert, um mit einer konstanten Änderungsrate auf Null reduziert zu werden. Folglich ist es möglich, den Spannungsindex allmählich zu reduzieren. Obwohl der Spannungsindex allmählich von dem Viereckwellenschwellenwert reduziert wird, ist es in dieser Weise möglich, geeignet den Starkfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus durchzuführen. Folglich ist es möglich, eine schnelle Änderung des Feldeinstellungsbefehlswerts und des Spannungsindex zu verhindern, wenn die Starkfeldsteuerung endet. Als Ergebnis ist es möglich, eine schnelle Änderung des Stroms, der durch die Spule des AC-Motors fließt, oder ein Überschwingen, sowie das Auftreten der Oszillation des Ausgangsdrehmoments des AC-Motors zu verhindern.
Die Spannungsbefehlsbestimmungseinheit kann eine Rückkopplungssteuerung für den eingestellten Strombefehlswert basierend auf einem tatsächlichen Stromwert durchführen, der der tatsächliche Wert des Stroms ist, der von der DC/AC-Umwandlungseinheit an den AC-Motor geliefert wird, wodurch der Spannungsbefehlswert bestimmt wird.
Gemäß dieser Struktur wird die Stromrückkopplungssteuerung durchgeführt basierend auf der Abweichung zwischen dem tatsächlichen Stromwert, der beispielsweise durch einen Stromsensor detektiert wird, und dem Strombefehlswert, der mit dem Feldeinstellungsbefehlswert eingestellt wird, um geeignet den Spannungsbefehlswert zu bestimmen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm, das die Struktur einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht.
2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm, das eine Steuerungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht.
3 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Spannungssteuerungsbereichskarte gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht.
4 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer d-Achsenbasisstrombefehlswertkarte gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht.
5 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel für eine q-Achsenstrombefehlswertkarte gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht.
6 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Umwandlungskarte verdeutlicht, die in einer Integraleingangseinstellungseinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
7 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren verdeutlicht zum Berechnen eines Drehzahlschwellenwerts gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren verdeutlicht zum Berechnen eines Einstellungsbefehlsschwellenwerts gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt ein Flussdiagramm, das den Fluss des Betriebs der Steuerungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht.
10 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Änderung eines d-Achsenstrombefehlswerts und eines q-Achsenstrombefehlswerts aufgrund einer Änderung eines Zieldrehmoments und einer Drehzahl in der Steuerungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht.
Beste Ausführungsformen der Erfindung
Zuerst werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie in 1 gezeigt wird als ein Beispiel in diesem Ausführungsbeispiel ein Fall beschrieben, bei dem eine Motorantriebsvorrichtung 1 einen Synchronmotor 4 vom internen Permanentmagnettyp (IPMSM: im Folgenden einfach als „Motor 4” bezeichnet) beschrieben, der ein AC-Motor ist, der durch einen Dreiphasenwechselstrom betrieben wird. Der Motor 4 ist konfiguriert, um als Leistungsgenerator zu arbeiten, falls notwendig. Der Motor 4 wird als eine Antriebskraftquelle verwendet für beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Die Motorantriebsvorrichtung 1 enthält einen Wechselrichter 6, der eine DC-Spannung Vdc in eine AC-Spannung umwandelt und die AC-Spannung an den Motor 4 liefert. In diesem Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, steuert eine Steuerungsvorrichtung 2 die Motorantriebsvorrichtung 1, um eine Stromrückführungssteuerung für den Motor 4 durchzuführen, indem ein Vektorsteuerungsverfahren verwendet wird. In diesem Fall kann als Spannungswellenformsteuerung die Steuerungsvorrichtung 2 eine Pulsbreitenmodulation(im Folgenden bezeichnet als „PWM”)-Steuerung und eine Viereckwellensteuerung durchführen. Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung 2 als Feldeinstellungssteuerung eine Normalfeldsteuerung durchführen, die nicht die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb einstellt, die basierend auf dem Zieldrehmoment TM bestimmt werden, eine Schwachfeldsteuerung, die die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb derart einstellt, dass der Feldfluss des Motors 4 geschwächt wird, und eine Starkfeldsteuerung, die die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb derart einstellt, dass der Feldfluss des Motors 4 verstärkt wird. Die Steuerungsvorrichtung 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aufgebaut ist, um geeignet die Starkfeldsteuerung gemäß Betriebsbedingungen des Motors 4 in einer Struktur zu ändern, bei der die Starkfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung durchgeführt werden basierend auf dem Modulationsfaktor M, der ein Spannungsindex ist. Als nächstes werden die Motorantriebsvorrichtung 1 und die Steuerungsvorrichtung 2 der Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben.
1. Struktur bzw. Aufbau der Motorantriebsvorrichtung
Zuerst wird der Aufbau der Motorantriebsvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Motorantriebsvorrichtung 1 enthält den Wechselrichter 6, der die DC-Spannung Vdc in eine AC-Spannung umwandelt und die AC-Spannung an den Motor 4 liefert. Darüber hinaus enthält die Motorantriebsvorrichtung 1 eine DC-Leistungsversorgung 3, die die DC-Spannung Vdc erzeugt, und einen Glättungskondensator C1, der die DC-Spannung Vdc von der DC-Leistungsversorgung 3 glättet. Verschiedene Arten von Sekundärbatterien bzw. Akkus, wie beispielsweise Nickelhydridakkus und Lithiumionenakkus, Kondensatoren, eine Kombination davon können als DC-Leistungsversorgung 3 beispielsweise verwendet werden. Die DC-Spannung Vdc, die die Spannung der DC-Leistungsversorgung 3 ist, wird von einem Spannungssensor 41 detektiert und an die Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben.
Der Wechselrichter 6 ist eine Vorrichtung zum Umwandeln der DC-Spannung Vdc in eine AC-Spannung und zum Liefern der AC-Spannung an den Motor 4 und entspricht einer DC/AC-Umwandlungseinheit gemäß der Erfindung. 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 Phase (drei Phasen, beispielsweise eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase) des Motors 4, ein Paar von einem oberen Zweigbauteil E1 für eine U-Phase und einem unteren Zweigbauteil E2 für eine U-Phase, ein Paar von einem oberen Zweigbauteil E3 für eine V-Phase und einem unteren Zweigbauteil E4 für eine V-Phase, und ein Paar von einem oberen Zweigbauteil E5 für eine W-Phase und einem unteren Zweigbauteil E6 für eine W-Phase. In diesem Beispiel werden die IGBTs (bipolare Transistoren mit isoliertem Gate) als Schaltbauteile E1 bis E6 verwendet. Die Emitter der oberen Zweigbauteile E1, E3 und E5 für jede Phase und die Kollektoren der unteren Zweigbauteile E2, E4 und E6 für jede Phase sind mit Spulen für jede Phase des Motors 4 verbunden. Die Kollektoren der oberen Zweigbauteile E1, E3 und E5 für jede Phase sind mit einer Systemspannungsleitung 51 verbunden, und die Emitter der unteren Zweigbauteile E2, E4 und E6 für jede Phase sind mit einer negativen Leitung 52 verbunden. Darüber hinaus sind die Dioden D1 bis D6, die als Freilaufdioden dienen, parallel zu den Schaltbauteilen E1 bis E6 geschaltet. Verschiedene Arten von Leistungstransistoren, beispielsweise bipolare Transistoren, Feldeffekttransistoren und MOS-Transistoren, die andere sind als IGBTs, können als Schaltbauteile E1 bis E6 verwendet werden.
Die Schaltbauteile E1 bis E6 werden durch Schaltsteuerungssignale S1 bis S6, die von der Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben werden, ein- bzw. ausgeschaltet. In dieser Weise wandelt der Wechselrichter 6 die DC-Spannung Vdc in eine AC-Spannung und liefert die AC-Spannung derart an den Motor 4, dass der Motor 4 ein Drehmoment ausgibt, das einem Zieldrehmoment TM entspricht. In diesem Fall führt jedes der Schaltbauteile E1 bis E6 einen Schaltbetrieb entsprechend einer PWM-Steuerung oder einer Viereckwellensteuerung durch, was nachfolgend beschrieben wird, in Antwort auf die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 Gateantriebssignale bzw. Gateansteuersignale zum Antreiben bzw. Ansteuern der Gates der Schaltbauteile E1 bis E6. Wenn der Motor 4 als ein Leistungsgenerator arbeitet, wandelt der Wechselrichter 6 die erzeugte AC-Spannung in eine DC-Spannung um und liefert die DC-Spannung an die Systemspannungsleitung 51. Ströme, die jeder Phase entsprechen, fließen durch die Spulen für jede Phase des Motors 4, speziell werden ein U-Phasenstrom Iur, ein V-Phasenstrom Ivr und ein W-Phasenstrom Iwr durch einen Stromsensor 42 detektiert und an die Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben.
Die Magnetpolposition θ eines Rotors des Motors 4 wird durch einen Drehsensor 43 zu jedem Zeitpunkt detektiert und an die Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben. Der Drehsensor 43 ist beispielsweise ein Resolver oder Drehmelder. Die Magnetpolposition θ gibt den Drehwinkel des Rotors als elektrischen Winkel an. Das Zieldrehmoment TM des Motors 4 wird als Anforderungssignal von einer anderen Steuerungsvorrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung, an die Steuerungsvorrichtung 2 gegeben. Das Zieldrehmoment TM ist ein Befehlswert (Drehmomentbefehlswert) des Ausgangsdrehmoments von dem Motor 4.
2. Struktur bzw. Aufbau der Steuerungsvorrichtung
Als nächstes wird der Aufbau der Steuerungsvorrichtung 2, wie in 1 gezeigt, im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 beschrieben. In der folgenden Beschreibung ist jede funktionale Einheit der Steuerungsvorrichtung 2 durch Hardware oder/und Software (Programm) gebildet, um verschiedene Arten von Prozessen für Eingabedaten durchzuführen unter Verwendung einer Logikschaltung, beispielsweise eines Mikrocomputers, als ein Kernbauteil. Wie oben beschrieben werden das Zieldrehmoment TM und die Magnetpolposition θ in die Steuerungsvorrichtung 2 eingegeben. Darüber hinaus werden der U-Phasenstrom Iur, der V-Phasenstrom Ivr und der W-Phasenstrom Iwr in die Steuerungsvorrichtung 2 eingegeben. Wie in 2 gezeigt führt die Steuerungsvorrichtung 2 eine Stromrückführungssteuerung durch, indem ein Vektorsteuerungsverfahren verwendet wird, basierend auf dem Zieldrehmoment TM, der Magnetpolposition θ, der Drehzahl ω des Motors 4, die aus der Magnetpolposition θ berechnet wird, und den Dreiphasenströmen Iur, Ivr und Iwr, wodurch Spannungsbefehlswerte Vd und Vq bestimmt werden, die die Spannungsbefehle der Spannung sind, die an den Motor 4 geliefert wird. Die Steuerungsvorrichtung 2 erzeugt die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 zum Antreiben des Wechselrichters 6 basierend auf den Spannungsbefehlswerten Vd und Vq, und gibt die erzeugten Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 aus, um das Antreiben des Motors 4 durch den Wechselrichter 6 zu steuern.
2-1. Steuerungsmodus
In diesem Ausführungsbeispiel kann die Steuerungsvorrichtung 2 eine PWM-Steuerung und eine Viereckwellensteuerung als Spannungswellenformsteuerung durchführen, die den Wechselrichter 6 basierend auf den Spannungsbefehlswerten Vd und Vq steuert. Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung 2 die Normalfeldsteuerung, Starkfeldsteuerung und Schwachfeldsteuerung als Feldsteuerung durchführen, die einen d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der als ein Feldeinstellungsbefehlswert bezüglich der Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb dient, bestimmt, wodurch der Feldfluss des Motors 4 eingestellt wird. Die Steuerungsvorrichtung 2 führt selektiv irgendeinen von einer Mehrzahl von Steuerungsmodi durch, durch eine Kombination der Spannungswellenformsteuerung und der Feldsteuerung.
In der PWM-Steuerung wird das Ein- oder Ausschalten jedes Schaltbauteils E1 bis E6 des Wechselrichters 6 basierend auf Dreiphasen-AC-Spannungen Vu, Vv und Vw gesteuert, die auf den Spannungsbefehlswerten Vd und Vq basieren (siehe 2). Speziell wird das Tastverhältnis jedes Pulses derart gesteuert, dass die PWM-Wellenformen, die U-, V- und W-Phasenspannungswellenformen sind, die von dem Wechselrichter 6 ausgegeben werden, als Pulse eingestellt werden, die eine Periode mit hohem Pegel haben, bei der die oberen Zweigbauteile E1, E3 und E5 eingeschaltet werden, und eine Periode mit niedrigem Pegel, bei der die unteren Zweigbauteile E2, E4 und E6 eingeschaltet werden, und eine Fundmentalwellenkomponente der PWM-Wellenform hat eine im Wesentlichen Sinuswellenform für eine vorbestimmte Periode. In diesem Ausführungsbeispiel enthält die PWM-Steuerung zwei Steuerungsverfahren, beispielsweise eine normale PWM-Steuerung und eine Übermodulations-PWM-Steuerung.
Die normale PWM-Steuerung ist eine PWM-Steuerung, bei der die Amplituden der AC-Spannungswellenformen Vu, Vv und Vw kleiner sind als die einer Trägerwellenform. Die Sinuswellen-PWM-Steuerung ist ein repräsentatives Beispiel der normalen PWM-Steuerung. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Raumvektor-PWM(im Folgenden als „SVPWM” bezeichnet)-Steuerung verwendet, die eine neutrale Vorspannung für die Fundamentalwelle jeder Phase in der Sinuswellen-PWM-Steuerung anwendet. In der SVPWM-Steuerung wird eine PWM-Wellenform direkt durch eine digitale Operation ohne Vergleich mit dem Träger erzeugt. In diesem Fall sind die Amplituden der AC-Spannungswellenform Vu, Vv und Vw auch kleiner als die einer virtuellen Trägerwellenform. In der Erfindung wird angenommen, dass das Steuerungsverfahren, das die PWM-Wellenform ohne Verwendung eines Trägers erzeugt, auch in der normalen PWM-Steuerung oder der Übermodulations-PWM-Steuerung enthalten ist, da die Amplitude der PWM-Wellenform mit der der virtuellen Trägerwellenform verglichen wird. Wenn das Verhältnis des Effektivwerts der Fundamentalwellenkomponente der Spannungswellenform, die von dem Wechselrichter 6 ausgegeben wird, in Bezug auf die DC-Spannung Vdc ein Modulationsfaktor M ist (siehe Gleichung (4), die nachfolgend beschrieben wird), kann in der SVPWM-Steuerung, die als die normale PWM-Steuerung dient, der Modulationsfaktor M in dem Bereich von „0 bis 0,707” geändert werden.
Die Übermodulations-PWM-Steuerung ist eine PWM-Steuerung, bei der die Amplituden der AC-Spannungswellenformen Vu, Vv und Vw größer sind als die der Trägerwellenform (Dreieckwelle). In der Übermodulations-PWM-Steuerung ist das Tastverhältnis jedes Pulses in dem Bergbereich der Fundamentalwellenkomponente jedes Pulses hoch und in dem Talbereich der Fundamentalwellenkomponente klein, im Vergleich mit der normalen PWM-Steuerung, wodurch die Wellenform der Fundamentalwellenkomponente der Spannungswellenform, die von dem Wechselrichter 6 ausgegeben wird, derart verzerrt wird, dass die Amplitude größer ist als die in der normalen PWM-Steuerung. In der Übermodulations-PWM-Steuerung kann der Modulationsfaktor M in dem Bereich von „0,707 bis 0,78” geändert werden.
Die Viereckwellensteuerung ist eine Drehsynchronisationssteuerung, bei der die Schaltbauteile E1 bis E6 einmal für eine Periode des elektrischen Winkels des Motors 4 ein- und ausgeschaltet werden, und der Puls jeder Phase wird für die Hälfte der Periode des elektrischen Winkels ausgegeben. Die Viereckwellensteuerung wird also derart durchgeführt, dass die U-, V- und W-Phasenspannungswellenformen, die von dem Wechselrichter 6 ausgegeben werden, Viereckwellen werden, bei denen die Periode mit hohem Pegel und die Periode mit niedrigem Pegel abwechselnd für eine Periode erscheinen, und das Verhältnis der Periode mit hohem Pegel zu der Periode mit niedrigem Pegel 1:1 beträgt. In diesem Fall werden die Ausgangsspannungswellenformen jeder Phase mit einer Phasendifferenz von 120° zueinander ausgegeben. In dieser Weise wird bei der Viereckwellensteuerung eine Spannung mit einer Viereckwellenform an den Wechselrichter 6 ausgegeben. In der Viereckwellensteuerung ist der Modulationsfaktor M auf „0,78” festgelegt, der ein maximaler Modulationsfaktor Mmax ist. Wenn der Modulationsfaktor M den maximalen Modulationsfaktor Mmax erreicht, wird die Viereckwellensteuerung durchgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel wird folglich ein Viereckwellenschwellenwert Mb, der der Schwellenwert des Modulationsfaktors M zum Durchführen der Viereckwellensteuerung ist, auf den maximalen Modulationsfaktor Mmax gesetzt.
Wie oben beschrieben enthält die Feldsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Normalfeldsteuerung, die Starkfeldsteuerung und die Schwachfeldsteuerung. Eine Strombefehlsbestimmungseinheit 7 bestimmt Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb, die die Befehlswerte des Stroms sind, der von dem Wechselrichter 6 an den Motor 4 geliefert wird, basierend auf dem Zieldrehmoment TM des Motors 4, was nachfolgend beschrieben wird. In der Feldsteuerung wird der Feldfluss des Motors 4 durch einen Feldeinstellungsbefehlswert (d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId) eingestellt, um die bestimmten Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb einzustellen. Speziell bestimmt die Strombefehlsbestimmungseinheit 7 den d-Achsenstrombasisbefehlswert Idb und den q-Achsenstrombasisbefehlswert Iqb als die Basisstrombefehlswerte basierend auf dem Zieldrehmoment TM. In einem Stromvektorsteuerungsverfahren wird die d-Achse auf die Flussrichtung des Felds gesetzt, und die q-Achse wird auf die Richtung gesetzt, die die Richtung des Felds mit einem elektrischen Winkel von π/2 kreuzt. Folglich ist es möglich, den Feldfluss des Motors 4 durch geeignetes Bestimmen des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId zu bestimmen zum Einstellen des d-Achsenbasisstrombefehlswerts Idb als Feldeinstellungsbefehlswert.
Die Strombefehlsbestimmungseinheit 7 bestimmt die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb derart, dass die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt wird, was nachfolgend beschrieben wird. Die Maximumdrehmomentsteuerung stellt die Phase des Stroms derart ein, dass das Ausgangsdrehmoment des Motors 4 für den gleichen Strom ein Maximum ist. Bei der Maximumdrehmomentsteuerung ist es möglich, am effizientesten ein Drehmoment für den Strom zu erzeugen, der durch die Ankerspule des Motors 4 fließt. Die Phase des Stroms ist eine Phase bezüglich der q-Achse des resultierenden Vektors des d-Achsenstrombefehlswerts und des q-Achsenstrombefehlswerts. Die Normalfeldsteuerung ist eine Feldsteuerung, bei der die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb, die durch die Strombefehlsbestimmungseinheit 7 bestimmt werden, nicht eingestellt werden. Bei der Normalfeldsteuerung wird also der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null gesetzt (ΔId = 0), so dass der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb nicht eingestellt wird. Folglich führt in diesem Ausführungsbeispiel die Steuerungsvorrichtung 2 die Maximumdrehmomentsteuerung durch, während die Normalfeldsteuerung durchgeführt wird. Mit anderen Worten, die Normalfeldsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Maximumdrehmomentsteuerung.
Die Starkfeldsteuerung ist eine Feldsteuerung, die die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb derart einstellt, dass der Feldfluss des Motors 4 stärker ist als in der Normalfeldsteuerung (Maximumdrehmomentsteuerung). In der Starkfeldsteuerung wird also die Phase des Stroms derart eingestellt, dass ein Magnetfluss von der Ankerspule in einer Richtung erzeugt wird, in der der Feldfluss des Motors 4 verstärkt wird. Bei der Starkfeldsteuerung wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId derart gesetzt, dass die Phase des Stroms der in der Normalfeldsteuerung nacheilt. Speziell wird in der Starkfeldsteuerung der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf einen positiven Wert (ΔId > 0) derart gesetzt, dass der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb in der positiven Richtung geändert wird (zunimmt).
Die Schwachfeldsteuerung ist eine Feldsteuerung, die die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb derart einstellt, dass der Feldfluss des Motors 4 schwächer ist als der in der Normalfeldsteuerung (Maximumdrehmomentsteuerung). In der Schwachfeldsteuerung wird also die Phase des Stroms derart eingestellt, dass der Magnetfluss von der Ankerspule in einer Richtung erzeugt wird, in der der Feldfluss des Motors 4 geschwächt wird. In der Schwachfeldsteuerung ist der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId derart gesetzt, dass die Phase des Stroms der in der Normalfeldsteuerung voraus eilt. In der Schwachfeldsteuerung wird speziell der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf einen negativen Wert (ΔId < 0) derart gesetzt, dass der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb sich in negativer Richtung ändert (abnimmt).
3 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Spannungssteuerungbereichskarte 34 (siehe 2) verdeutlicht, die Bereiche definiert, in denen jeder Steuerungsmodus in dem betreibbaren Bereich des Motors 4 durchgeführt wird, der definiert ist durch die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM. Wie in 3 gezeigt ist in diesem Ausführungsbeispiel die Steuerungsvorrichtung 2 konfiguriert, um einen Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 durchzuführen, der die Normalfeldsteuerung und die PWM-Steuerung durchführt, einen Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2, der die Starkfeldsteuerung und die PWM-Steuerung durchführt, einen Starkfeld/Viereckwellensteuerungsmodus A3, der die Starkfeldsteuerung und die Viereckwellen-Steuerung durchführt, und einen Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5, der die Schwachfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung durchführt. Darüber hinaus ist die Steuerungsvorrichtung 2 konfiguriert zum Durchführen eines Schwachfeld/PWM-Steuerungsmodus A4, der die Schwachfeldsteuerung und die PWM-Steuerung zwischen dem Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 und dem Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 durchführt, wenn der Steuerungsmodus in den Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 geändert wird, ohne durch den Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 und den Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 zu verlaufen. In der in 3 gezeigten Karte ist ein Bereich F ein Starkfeldsteuerungsbereich, in dem die Starkfeldsteuerung durchgeführt wird. In dem Starkfeldsteuerungsbereich F wird im Wesentlichen der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 durchgeführt. Wenn der Steuerungsmodus jedoch geändert wird zwischen dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 und einem anderen Modus, wird der Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 durchgeführt.
Wie oben beschrieben werden als normale PWM-Steuerung in diesem Ausführungsbeispiel zwei Spannungswellenformsteuerungsverfahren durchgeführt, nämlich die normale PWM-Steuerung und die Übermodulations-PWM-Steuerung. Folglich enthält der Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 einen Normalfeld/Normal-PWM-Steuerungsmodus A1a, der die Normalfeldsteuerung und die normale PWM-Steuerung durchführt, und einen Normalfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A1b, der die Normalfeldsteuerung und die Übermodulations-PWM-Steuerung durchführt. Der Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 enthält einen Starkfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A2b, der die Starkfeldsteuerung und die Übermodulations-PWM-Steuerung durchführt. Der Schwachfeld/PWM-Steuerungsmodus A4 enthält einen Schwachfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A4a, der die Schwachfeldsteuerung und die Übermodulations-PWM-Steuerung durchführt.
In dem Beispiel des in 3 gezeigten Spannungssteuerungsbereichs werden die Kurven L1 bis L3 alle durch die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM des Motors 4 bestimmt, wenn der Modulationsfaktor M während der Normalfeldsteuerung (Maximumdrehmomentsteuerung) einen gegebenen Wert hat. Die Kurve L1 wird gebildet, wenn der Modulationsfaktor M der maximale Modulationsfaktor Mmax (= 0,78) während der Normalfeldsteuerung ist. Die Kurve L2 wird gebildet, wenn der Modulationsfaktor M ein Übermodulationsschwellenwert Mo (= 0,707) ist, der während der Normalfeldsteuerung an dem Grenzwert zwischen der normalen PWM-Steuerung und der Übermodulations-PWM-Steuerung gesetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Starkfeldschwellenwert Ms, der nachfolgend beschrieben wird, gesetzt, um gleich dem Übermodulationsschwellenwert Mo zu sein. Die Kurve L3 wird gebildet, wenn der Modulationsfaktor M ein Wert (beispielsweise 0,76) ist, der zwischen den Übermodulations-Schwellenwert Mo und den maximalen Modulationsfaktor Mmax während der Normalfeldsteuerung gesetzt ist.
Wenn die Drehzahl ω des Motors 4 zunimmt, nimmt jedoch eine induzierte Spannung zu, und eine AC-Spannung (im Folgenden als „notwendige Spannung” bezeichnet), die zum Antreiben des Motors 4 erforderlich ist, nimmt zu. Wenn die notwendige Spannung größer ist als die maximale AC-Spannung (im Folgenden bezeichnet als „maximale Ausgangsspannung”), die von der DC-Spannung Vdc umgewandelt und von dem Wechselrichter 6 ausgegeben wird, ist es schwierig, den notwendigen Stromfluss durch die Spule zu veranlassen, und folglich den Motor 4 geeignet zu steuern. In einem Bereich nahe der Hochdrehseite, wie die Kurve L1, wo der Modulationsfaktor M, der die notwendige Spannung des Motors 4 in Bezug auf die maximale Ausgangsspannung basierend auf der DC-Spannung Vdc angibt, den maximalen Modulationsfaktor Mmax erreicht, wird der Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 durchgeführt. Die notwendige Spannung und die maximale Ausgangsspannung können als die Effektivwerte der AC-Spannung miteinander verglichen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel, wenn der Modulationsfaktor M kleiner als der maximale Modulationsfaktor Mmax ist, jedoch vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind, wird der Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 durchgeführt, der die Starkfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung durchführt. Wenn der Steuerungsmodus zwischen dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 und einem anderen Modus geändert wird, wird darüber hinaus der Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 durchgeführt, um eine schnelle Änderung der eingestellten Strombefehlswerte Id und Iq zu verhindern. In dieser Weise ist es möglich, eine schnelle Änderung des Stroms, der durch die Spule des Motors 4 fließt, oder ein Überschwingen und die Oszillation des Ausgangsdrehmoments des Motors 4 zu verhindern. Wenn die Normalfeldsteuerung durchgeführt wird, ist es möglich, die Viereckwellensteuerung durchzuführen, während ein Drehmoment, das dem Zieldrehmoment TM entspricht, an den Motor 4 gegeben wird, indem die Starkfeldsteuerung durchgeführt wird, wobei der Modulationsfaktor M kleiner ist als der maximale Modulationsfaktor Mmax.
Wie in 3 gezeigt ist der Starkfeldsteuerungsbereich F in einem Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR gesetzt, der für das Zieldrehmoment TM definiert ist. Der Starkfeldsteuerungsbereich F ist also in einem Bereich gesetzt (Ms ≤ M ≤ Mmax), in dem der Modulationsfaktor M von dem Starkfeldschwellenwert Ms (der gleich dem Übermodulationsschwellenwert Mo ist; Kurve L2) bis zu dem maximalen Modulationsfaktor Mmax (Kurve L1) während der Normalfeldsteuerung in dem Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR reicht. Wenn ein Betriebspunkt, der durch die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM des Motors 4 bestimmt wird, von der Region des Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 in den Starkfeldsteuerungsbereich F bewegt wird, führt die Steuerungsvorrichtung 2 eine Steuerung durch, um den Steuerungsmodus über den Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 von dem Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 in den Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 zu ändern. Im Gegensatz dazu, wenn der Betriebspunkt des Motors 4 von dem Starkfeldsteuerungsbereich F in die Region des Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 bewegt wird, führt die Steuerungsvorrichtung 2 eine Steuerung durch, um den Steuerungsmodus über den Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 von dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 in den Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 zu ändern. Wenn der Betriebspunkt des Motors 4 in dem Starkfeldsteuerungsbereich F bleibt, wird der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 fortgesetzt durchgeführt. Wenn der Starkfeldsteuerungsbereich F in dieser Weise gesetzt wird, ist es möglich, die Region aufzuweiten, in der die Viereckwellensteuerung in dem betreibbaren Bereich des Motors 4 durchgeführt wird, verglichen mit dem Stand der Technik, der nur den Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 enthält. In 3 kennzeichnet eine gestrichelte Linie, die den Starkfeldsteuerungsbereich F partitioniert, ein Beispiel der Grenze zwischen der Region, in der der Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 durchgeführt wird, und der Region, in der der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 durchgeführt wird, wenn die Drehzahl ω oder das Zieldrehmoment TM des Motors 4 sich bei einer vorbestimmten Drehzahl ändert. Die Position der Grenze hängt von der Änderungsrate der Drehzahl ω oder des Zieldrehmoments TM ab.
In einem Bereich näher zu der Niederdrehseite, als die Kurve L2, wird der Normalfeld/Normal-PWM-Steuerungsmodus A1a durchgeführt. In dem Bereich, der ein anderer ist als der Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR, in einer Region, die näher zu der Hochdrehseite ist als die Kurve L2 und näher bei der Niederdrehseite, als die Kurve L3, wird der Normalfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A1b durchgeführt. In dem Bereich, der ein anderer ist als der Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR, in einer Region, die näher bei der Hochdrehseite ist, als die Kurve L3, und näher bei der Niederdrehseite, als die Kurve L1, wird der Schwachfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A4a durchgeführt (der Schwachfeld/PWM-Steuerungsmodus A4). Wenn der Steuerungsmodus abrupt von dem Normalfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A1b geändert wird in den Zustand (Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5), in dem die Schwachfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung durchgeführt werden, werden die eingestellten Strombefehlswerte Id und Iq abrupt geändert. Der Schwachfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A4a wird jedoch durchgeführt, um die abrupte Änderung der eingestellten Strombefehlswerte Id und Iq zu verhindern.
2-2. Funktionale Einheiten der Steuerungsvorrichtung
Als nächstes wird jede funktionale Einheit der Steuerungsvorrichtung 2 unter Bezugnahme auf ein Funktionsblockdiagramm von 2, das die Steuerungsvorrichtung 2 zeigt, beschrieben. Wie in 2 gezeigt wird das Zieldrehmoment TM in eine d-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 21 eingegeben. Die d-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 21 berechnet den d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM. Der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb entspricht dem Befehlswert eines d-Achsenstroms, wenn die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel berechnet die d-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 21 den d-Achsenstrombefehlswert Idb, der dem Wert des Zieldrehmoments TM entspricht, unter Verwendung einer in 4 gezeigten d-Achsenbasisstrombefehlswertkarte. In dem Beispiel von 4, wenn der Wert von „TM1” als Zieldrehmoment TM eingegeben wird, berechnet die d-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 21 „Id1” als den d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb. Ähnlich, wenn die Werte von „TM3” und „TM5” als Zieldrehmoment TM eingegeben werden, berechnet die d-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 21 „Id3” und „Id5” als d-Achsenstrombefehlswert Idb. Der berechnete d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb wird in einen Addierer 23 eingegeben. Der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der durch einen Integrator 32 berechnet wird, was nachfolgend beschrieben wird, wird ebenfalls in den Addierer 23 eingegeben. Der Addierer 23 addiert den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId mit dem d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb, um einen eingestellten d-Achsenstrombefehlswert Id zu berechnen, wie durch die folgende Gleichung (1) dargestellt: Id = Idb + ΔId (1)
Das Zieldrehmoment TM und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId werden in eine q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 eingegeben. Die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 berechnet einen eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM und dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId. In diesem Ausführungsbeispiel berechnet die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 den eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq, der dem Zieldrehmoment TM und dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId entspricht, indem die in 5 gezeigte q-Achsenstrombefehlswertkarte verwendet wird. In 5 ist die dünne durchgezogene Linie eine gleichartige bzw. kongruente Drehmomentlinie 61, die eine Kombination des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms zur Ausgabe der Drehmomente TM1 bis TM5 angibt, und die dicke durchgezogene Linie ist eine Maximumdrehmomentsteuerungslinie 62, die die Werte des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms zur Durchführung der Maximumdrehmomentsteuerung angibt. In 5 ist die dicke strichpunktierte Linie eine Spannungsgrenzellipse 63, die den Bereich eines Werts angibt, zum Erhalten des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms, die durch die Drehzahl ω und die DC-Spannung Vdc des Motors 4 begrenzt sind. Der Durchmesser der Spannungsbegrenzungsellipse 63 ist umgekehrt proportional zu der Drehzahl ω des Motors 4 und proportional zu der DC-Spannung Vdc. Wenn der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq auf der Spannungsbegrenzungsellipse 63 liegen, ist der Modulationsfaktor M gleich der maximale Modulationsfaktor Mmax (= 0,78). In diesem Fall steuert die Steuerungsvorrichtung 2 die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 zum Durchführen der Viereckwellensteuerung. In dem schraffierten Starkfeldsteuerungsbereich F in 5 werden der Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 und der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 durchgeführt. Die obere Grenze des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist definiert durch einen Schnittpunkt zwischen der Maximumdrehmomentsteuerungslinie 62 und der Spannungsbegrenzungsellipse 63. Die Starkfeldsteuerung beginnt, wenn der Modulationsfaktor M in der Normalfeldsteuerung gleich dem Starkfeldschwellenwert Ms ist, und endet, wenn die vorbestimmten Starkfeldendebedingungen erfüllt sind, was nachfolgend beschrieben wird. Die untere Grenze des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist folglich definiert durch den Starkfeldschwellenwert Ms und die Starkfeldendebedingungen.
In dem in 5 gezeigten Beispiel, wenn der Wert von „TM1” als Zieldrehmoment TM eingegeben wird, berechnet die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 „Iq1”, was gleich dem Wert des q-Achsenstroms an einem Schnittpunkt zwischen der gleichartigen bzw. kongruenten Drehmomentlinie 61 des Zieldrehmoments TM = TM1 und der Maximumdrehmomentsteuerungslinie 62 ist, als q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb. Der q-Achsenbasisstrombefehlswert entspricht dem Befehlswert des q-Achsenstroms, wenn die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt wird. In diesem Fall wird weder die Schwachfeldsteuerung noch die Starkfeldsteuerung durchgeführt, und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der von dem Integrator 32 eingegeben wird, was nachfolgend beschrieben wird, ist gleich Null (ΔId = 0). Folglich ist der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq gleich dem q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb. In diesem Fall führt die Steuerungsvorrichtung 2 den Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 durch.
Wenn der Wert von „TM3” als das Zieldrehmoment TM eingegeben wird, berechnet die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 „Iq3”, was gleich der Wert des q-Achsenstroms bei einem Schnittpunkt zwischen der gleichartigen bzw. kongruenten Drehmomentlinie 61 des Zieldrehmoments TM = TM3 und der Maximumdrehmomentsteuerungslinie 62 ist, als den q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb. Zu diesem Zeitpunkt, da der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb und der q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb innerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F liegen, wird die Starkfeldsteuerung durchgeführt. In diesem Fall wird ein positiver Wert als d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von dem Integrator 32 eingegeben, was nachfolgend beschrieben wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird „ΔId1” (ΔId1 > 0) als d-Achsenstromeinstellungsstrombefehlswert ΔId eingegeben. Folglich berechnet die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 „Iq4”, was der Wert des q-Achsenstroms auf der Spannungsbegrenzungsellipse 63 ist, die um „ΔId1” in positiver Richtung der d-Achse entlang der gleichartigen Drehmomentlinie 61 des Zieldrehmoments TM = TM3 verschoben ist, als eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq. In diesem Fall führt die Steuerungsvorrichtung 2 den Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 durch.
Wenn der Wert von „TM5” als Zieldrehmoment TM eingegeben wird, berechnet die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 „Iq5”, was der Wert des q-Achsenstroms an einem Schnittpunkt zwischen der gleichartigen bzw. kongruenten Drehmomentlinie 61 des Zieldrehmoments TM = TM5 und der Maximumdrehmomentsteuerungslinie 62 ist, als den q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb. Zu diesem Zeitpunkt, da der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb und der q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb außerhalb der Spannungsbegrenzungsellipse 63 liegen, wird die Schwachfeldsteuerung durchgeführt. In diesem Fall wird ein negativer Wert als d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von dem Integrator 32 eingegeben, wie nachfolgend beschrieben wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird „–ΔId2” (–ΔId2 < 0) als d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId eingegeben. Folglich berechnet die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 „Iq6”, was der Wert des q-Achsenstroms auf der Spannungsbegrenzungsellipse 63 ist, die um „–ΔId2” in negativer Richtung der d-Achse entlang der gleichartigen bzw. kongruenten Drehmomentlinie 61 des Zieldrehmoments TM = TM5 verschoben ist, als den eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq. In diesem Fall führt die Steuerungsvorrichtung 2 den Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 durch.
Die Werte (Id1, Id3 und Id5) des d-Achsenstroms, die den q-Achsenbasisstrombefehlswerten Iqb (Iq1, Iq3 und Iq5) entsprechen, die unter Verwendung der in 5 gezeigten q-Achsenstrombefehlswertkarte berechnet werden, sind gleich den d-Achsenbasisstrombefehlswerten Idb, die berechnet werden unter Verwendung der in 4 gezeigten d-Achsenbasisstrombefehlswertkarte. Folglich kann der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb durch die in 5 gezeigte Karte berechnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel bilden die d-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 21 und die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22, die den d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb und den q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb basierend auf dem Zieldrehmoment TM des Motors 4 bestimmen, die Strombefehlsbestimmungseinheit 7 gemäß der Erfindung. Der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb und der q-Achsenbasisstrombefehlswert Iqb sind Basisstrombefehlswerte gemäß der Erfindung, die die Befehlswerte des Stroms sind, der von dem Wechselrichter 6 an den Motor 4 geliefert wird.
Der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq, die in der oben genannten Art und Weise berechnet werden, werden in eine Stromsteuerungseinheit 24 eingegeben. Darüber hinaus werden der tatsächliche d-Achsenstrom Idr und der tatsächliche q-Achsenstrom Iqr von der Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlungseinheit 27 und die Drehzahl ω des Motors 4 von der Drehzahlberechnungseinheit 28 in die Stromsteuerungseinheit 24 eingegeben. Der tatsächliche d-Achsenstrom Idr und der tatsächliche q-Achsenstrom Iqr entsprechen den tatsächlichen Werten des Stroms, der von dem Wechselrichter 6 an den Motor 4 geliefert wird, und wird durch die Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlungseinheit 27 berechnet, um die Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlung basierend auf dem U-Phasenstrom Iur, dem V-Phasenstrom Ivr und dem W-Phasenstrom Iwr, die von dem Stromsensor 42 (siehe 1) detektiert werden, und basierend auf der Magnetpolposition θ, die durch den Drehsensor 43 (siehe 1) detektiert wird, durchzuführen. Darüber hinaus berechnet eine Drehzahlberechnungseinheit 28 die Drehzahl ω des Motors 4 basierend auf der Magnetpolposition θ, die durch den Drehsensor 43 (siehe 1) detektiert wird.
Die Stromsteuerungseinheit 24 führt eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung für den eingestellten d-Achsenstrombefehlswert Id und den eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq basierend auf dem tatsächlichen d-Achsenstrom Idr und dem tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr durch, um die Spannungsbefehlswerte Vd und Vq zu bestimmen. Hierfür berechnet die Stromsteuerungseinheit 24 eine d-Achsenstromabweichung δId, die die Abweichung ist zwischen dem eingestellten d-Achsenstrombefehlswert Id und dem tatsächlichen d-Achsenstrom Idr, und eine q-Achsenstromabweichung δIq, die die Abweichung ist zwischen dem eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq und dem tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr. Die Stromsteuerungseinheit 24 führt dann eine Proportional-Plus-Integral-Regelung (PI-Regelung) basierend auf der d-Achsenstromabweichung δId durch, um einen d-Basisspannungsbefehlswert Vzd zu berechnen und führt die Proportional-Plus-Integral-Regelung basierend auf der q-Achsenstromabweichung δIq durch, um einen q-Basisspannungsbefehlswert Vzq zu berechnen. Darüber hinaus kann eine Proportional-Plus-Integral-Plus-Ableitungs-Regelung (PID-Regelung) durchgeführt werden anstelle der Proportional-Plus-Integral-Regelung.
Die Stromsteuerungseinheit 24 führt dann eine Einstellung durch, um eine q-Achsenankerreaktion Eq von dem d-Achsenbasisspannungsbefehlswert Vzd zu subtrahieren, wodurch ein d-Achsenspannungsbefehlswert Vd berechnet wird, wie durch die folgende Gleichung (2) dargestellt: Vd = Vzd – Eq = Vzd – ω·Lq·Iqr (2)
Wie durch die Gleichung (2) dargestellt, wird die q-Achsenankerreaktion Eq basierend auf der Drehzahl ω des Motors 4, dem tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr und der q-Achseninduktivität Lq berechnet.
Darüber hinaus führt die Stromsteuerungseinheit 24 eine Einstellung durch, um die d-Achsenankerreaktion Ed und eine Spannung Em, die durch die Ankermagnetflussverkettung des Permanentmagneten induziert wird, mit dem q-Achsenbasisspannungsbefehlswert Vzq zu addieren, wodurch ein q-Achsenspannungsbefehlswert Vq berechnet wird, wie durch die folgende Gleichung (3) dargestellt: Vq = Vzq + Ed + Em = Vzq + ω·Ld·Idr + ω·MIf (3)
Wie durch die Gleichung (3) dargestellt, wird die d-Achsenankerreaktion Ed basierend auf der Drehzahl ω des Motors 4, dem tatsächlichen d-Achsenstrom Idr und der d-Achseninduktivität Ld berechnet. Darüber hinaus wird die induzierte Spannung Em basierend auf der induzierten Spannungskonstante MIf berechnet, die bestimmt wird durch den effektiven Wert der Ankermagnetflussverkettung des Permanentmagneten, und basierend auf der Drehzahl ω des Motors 4.
In diesem Ausführungsbeispiel entsprechen der d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und der q-Achsenspannungsbefehlswert Vq dem Spannungsbefehlswert gemäß der Erfindung. Die Spannungsbefehlswerte Vd und Vq werden dann basierend auf den eingestellten Strombefehlswerten Id und Iq bestimmt, die erhalten werden, indem die Feldeinstellung für die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb durchgeführt wird unter Verwendung des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId, der Drehzahl ω des Motors 4, des tatsächlichen d-Achsenstrom Idr und des tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr. Folglich bildet die Stromsteuerungseinheit 24 eine Spannungsbefehlsbestimmungseinheit 9 gemäß der Erfindung.
Die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 steuert den Wechselrichter 6 basierend auf den Spannungsbefehlswerten Vd und Vq, um eine Spannungswellenformsteuerung durchzuführen, die mindestens die PWM-Steuerung und die Viereckwellensteuerung enthält. In diesem Ausführungsbeispiel führt die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 selektiv irgendeine von der normalen PWM-Steuerung, der Übermodulations-PWM-Steuerung und der Viereckwellen-Steuerung durch. In diesem Ausführungsbeispiel führt die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 die Viereckwellensteuerung in Antwort auf einen Befehl von einer Modussteuerungseinheit 5 durch, die nachfolgend beschrieben wird, wenn der Modulationsfaktor M gleich oder größer ist als der Viereckwellenschwellenwert Mb (= 0,78). Wenn der Modulationsfaktor M kleiner ist als der Viereckwellenschwellenwert Mb, führt die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 die normale PWM-Steuerung oder die Übermodulations-PWM-Steuerung basierend auf dem Übermodulationsschwellenwert Mo (= 0,707) durch. Die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 enthält eine Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 und eine Steuerungssignalerzeugungseinheit 26.
Der d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und der q-Achsenspannungsbefehlswert Vq werden in die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 eingegeben. Zusätzlich wird die Magnetpolposition θ, die durch den Drehsensor 43 (siehe 1) detektiert wird, in die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 eingegeben. Die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 führt eine Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlung für den d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und den q-Achsenspannungsbefehlswert Vq unter Verwendung der Magnetpolposition θ durch, um die Dreiphasen-AC-Spannungsbefehlswerte zu berechnen, also einen U-Phasenspannungsbefehlswert Vu, einen V-Phasenspannungsbefehlswert Vv und einen W-Phasenspannungsbefehlswert Vw. Da die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw jedoch unterschiedliche Wellenformen in jedem Steuerungsmodus haben, gibt die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw mit unterschiedlichen Spannungswellenformen in jedem Steuerungsmodus an die Steuerungssignalerzeugungseinheit 26 aus. Wenn von der Modussteuerungseinheit 5 ein Befehl empfangen wird zum Durchführen der normalen PWM-Steuerung, wie nachfolgend beschrieben wird, gibt speziell die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw mit einer AC-Spannungswellenform aus, die der normalen PWM-Steuerung entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel, da die normale PWM-Steuerung eine SVPWM-Steuerung ist, werden die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw mit einer AC-Spannungswellenform für die SVPWM-Steuerung ausgegeben. Wenn von der Modussteuerungseinheit 5 ein Befehl empfangen wird zum Durchführen der Übermodulations-PWM-Steuerung, gibt darüber hinaus die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw mit einer AC-Spannungswellenform aus, die der Übermodulations-PWM-Steuerung entspricht. Wenn von der Modussteuerungseinheit 5 ein Befehl zum Durchführen der Viereckwellensteuerung empfangen wird, gibt die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw mit einer AC-Spannungswellenform aus, die der Viereckwellensteuerung entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel können die AC-Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw, wenn die Viereckwellensteuerung durchgeführt wird, die Befehlswerte der Ein/Aus-Schaltphasen der Schaltbauteile E1 bis E6 in dem Wechselrichter 6 sein. Die Befehlswerte entsprechen den Ein/Aus-Steuerungssignalen der Schaltbauteile E1 bis E6 und geben die Phasen der Magnetpolposition θ an, die die Ein/Aus-Schaltzeiten der Schaltbauteile E1 bis E6 angegeben.
Der U-Phasenspannungsbefehlswert Vu, der V-Phasenspannungsbefehlswert Vv und der W-Phasenspannungsbefehlswert Vw, die von der Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 erzeugt werden, werden in die Steuerungssignalerzeugungseinheit 26 eingegeben. Die Steuerungssignalerzeugungseinheit 26 erzeugt die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 zum Steuern der Schaltbauteile E1 bis E6 des Wechselrichters 6, wie in 1 gezeigt, gemäß den AC-Spannungsbefehlswerten Vu, Vv und Vw. Der Wechselrichter 6 schaltet jedes der Schaltbauteile E1 bis E6 in Antwort auf die Schaltsteuerungssignale S1 bis S6 ein oder aus. In dieser Weise wird die PWM-Steuerung (die normale PWM-Steuerung oder die Übermodulations-PWM-Steuerung) oder die Viereckwellensteuerung des Motors 4 durchgeführt.
Der d-Achsenspannungsbefehlswert Vd und der q-Achsenspannungsbefehlswert Vq, die durch die Stromsteuerungseinheit 24 berechnet werden, werden in die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29 eingegeben. Darüber hinaus wird die DC-Spannung Vdc, die durch den Spannungssensor 41 detektiert wird, in die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29 eingegeben. Die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29 berechnet den Modulationsfaktor M basierend auf diesen Werten entsprechend der folgenden Gleichung (4): M = √(Vd² + Vq²)/Vdc (4)
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Modulationsfaktor M das Verhältnis des Effektivwerts der Fundamentalwellenkomponente der Spannungswellenform, die von dem Wechselrichter 6 ausgegeben wird, zu der DC-Spannung Vdc. In diesem Beispiel wird der Modulationsfaktor M berechnet, indem der effektive Wert einer Dreiphasenleitungsspannung durch die DC-Spannung Vdc geteilt wird. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Modulationsfaktor M einem Spannungsindex, der die Größen der Spannungsbefehlswerte Vd und Vq bezüglich der DC-Spannung Vdc angibt. Wie oben beschrieben ist der maximale Wert (maximale Modulationsfaktor Mmax) des Modulationsfaktors M gleich „0,78”, was dem Modulationsfaktor M entspricht, wenn die Viereckwellensteuerung durchgeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist der maximale Modulationsfaktor Mmax der Viereckwellenschwellenwert Mb.
Der Modulationsfaktor M, der durch die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29 berechnet wird, und ein vorbestimmter Befehlsmodulationsfaktor MT werden in den Subtrahierer 30 eingegeben. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Befehlsmodulationsfaktor MT auf den maximalen Modulationsfaktor Mmax (= 0,78) gesetzt. Der Subtrahierer 30 subtrahiert den Befehlsmodulationsfaktor MT von dem Modulationsfaktor M, um eine Modulationsfaktorabweichung ΔM zu berechnen, wie durch die folgende Gleichung (5) dargestellt: ΔM = M – MT (5)
In diesem Ausführungsbeispiel kennzeichnet die Modulationsfaktorabweichung ΔM den Grad des Übermaßes der Spannungsbefehlswerte Vd und Vq von dem Wert der maximalen AC-Spannung, die durch die DC-Spannung Vdc ausgegeben werden kann. Die Modulationsfaktorabweichung ΔM dient folglich im Wesentlichen als Spannungsfehlerindex, der den Fehlergrad der DC-Spannung Vdc angibt.
Die Modulationsfaktorabweichung ΔM, die durch den Subtrahierer 30 berechnet wird, wird in die Integraleingabe-Eeinstellungseinheit 31 eingegeben. Die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 führt eine vorbestimmte Einstellung für den Wert der Modulationsfaktorabweichung ΔM durch und gibt einen Einstellungswert Y an den Integrator 32 aus, der der eingestellte Wert ist. 6 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Umwandlungskarte verdeutlicht, die verwendet wird von einer Integraleingabe-Einstellungseinheit 31. Wie in 6 gezeigt gibt in diesem Ausführungsbeispiel die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 einen positiven Einstellungswert Y (Y > 0) aus, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer ist als eine vorbestimmte Starkfeldstartabweichung ΔMs (ΔMs < 0) und kleiner als Null (ΔMs ≤ ΔM < 0), gibt einen negativen Einstellungswert Y (Y < 0) aus, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM größer als Null ist (0 < ΔM), und gibt Null aus (Y = 0) als Einstellungswert Y, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM kleiner als die Starkfeldstartabweichung ΔMs ist (ΔM ≤ ΔMs), und wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich Null ist (ΔM = 0). Speziell gibt die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 den Einstellungswert Y aus, der zunimmt, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM zunimmt, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer als die Starkfeldstartabweichung ΔMs und kleiner als eine Zwischenabweichung ΔMsm (ΔMs ≤ ΔM < ΔMsm) ist. In diesem Bereich kann die Beziehung zwischen der Modulationsfaktorabweichung ΔM und dem Einstellungswert Y durch eine lineare Funktion dargestellt werden. Da eine Region der Umwandlungskarte gesetzt ist, in der der Einstellungswert Y zunimmt, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM zunimmt, ist es möglich, zu verhindern, dass der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId unmittelbar nach dem Beginn der Starkfeldsteuerung abrupt zunimmt. Folglich ist es möglich, eine abrupte Änderung des Stroms, der durch die Spule des Motors 4 fließt, oder ein Überschwingen, und die Oszillation des Ausgangsdrehmoments des Motors 4 zu verhindern, die verursacht werden durch eine abrupte Änderung der eingestellten Stromänderungswerte Id und Iq aufgrund einer abrupten Zunahme des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId.
Darüber hinaus gibt die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 den Einstellungswert Y aus, der abnimmt, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM zunimmt, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer ist als die Zwischenabweichung ΔMsm (ΔMsm ≤ ΔM). In diesem Bereich ist der Einstellungswert Y proportional zu der Modulationsfaktorabweichung ΔM und eine proportionale Konstante hat einen negativen Wert. Die Starkfeldstartabweichung ΔMs ist der Schwellenwert der Modulationsfaktorabweichung ΔM zum Starten der Starkfeldsteuerung und ist auf einen Wert kleiner als Null eingestellt. Die Starkfeldstartabweichung ΔMs und der Befehlsmodulationsfaktor MT bilden die Startbedingungen der Starkfeldsteuerung. Die Starkfeldstartabweichung ΔMs ist folglich derart gesetzt, dass der Starkfeldschwellenwert Ms, der durch die Starkfeldstartabweichung ΔMs und den Befehlsmodulationsfaktor MT (= 0,78) bestimmt ist, ein geeigneter Wert ist. Wie oben beschrieben ist in diesem Ausführungsbeispiel der Starkfeldschwellenwert Ms gesetzt, um gleich dem Übermodulations-Schwellenwert Mo (= 0,707) zu sein. Folglich ist die Starkfeldstartabweichung ΔMs auf „–0,073” (= 0,707 – 0,78) gesetzt. Die Zwischenabweichung ΔMsm ist auf einen Wert gesetzt, der größer ist als die Starkfeldstartabweichung ΔMs und ist kleiner als Null, beispielsweise „–0,035”. Der Starkfeldschwellenwert Ms ist auf einen Wert gesetzt, der kleiner ist als der Viereckwellenschwellenwert Mb (in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Befehlsmodulationsfaktor MT und dem maximalen Modulationsfaktor Mmax). Die Starkfeldsteuerung wird bei der Bedingung durchgeführt, dass der Modulationsfaktor M gleich oder größer ist als der Starkfeldschwellenwert Ms.
Wie in 2 gezeigt wird der Einstellungswert Y, der durch die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 berechnet wird, in den Integrator 32 eingegeben. Der Integrator 32 integriert den Einstellungswert Y unter Verwendung eines vorbestimmten Gewinns und berechnet den integrierten Wert als den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId. In diesem Ausführungsbeispiel ist der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId gleich den Einstellungswerten der Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb und entspricht einem Feldeinstellungsbefehlswert zum Einstellen des Feldflusses des Motors 4. Der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId wird durch die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29, den Subtrahierer 30, die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 und den Integrator 32 bestimmt. Folglich bilden in diesem Ausführungsbeispiel die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29, der Subtrahierer 30, die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 und der Integrator 32 eine Feldeinstellungseinheit 8. Die Normalfeldsteuerung (Maximumdrehmomentsteuerung), die Starkfeldsteuerung oder die Schwachfeldsteuerung wird selektiv gemäß dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId durchgeführt. Wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId gleich Null ist (ΔId = 0), wird die Normalfeldsteuerung (Maximumdrehmomentsteuerung) durchgeführt. Wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ein positiver Wert ist (ΔId > 0), werden die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb eingestellt, um den Feldfluss des Motors 4 zu verstärken. Es fließt also ein Starkfeldstrom, der ein positiver d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ist, um den Feldfluss des Motors 4 stärker zu machen, als bei der Normalfeldsteuerung, und die Starkfeldsteuerung wird durchgeführt. Wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ein negativer Wert ist (ΔId < 0), werden die Basisstrombefehlswerte Idb und Iqb eingestellt, um den Feldfluss des Motors 4 zu schwachen. Es fließt also ein Schwachfeldstrom, der ein negativer d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ist, um den Feldfluss des Motors 4 schwächer zu machen als bei der Normalfeldsteuerung, und die Schwachfeldsteuerung wird durchgeführt.
Wie oben beschrieben, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer als die Starkfeldstartabweichung ΔMs ist und kleiner als Null (ΔMs ≤ ΔM < 0), wird ein positiver Wert (Y > 0) als Einstellungswert Y ausgegeben. Folglich nimmt der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der durch den Integrator 32 berechnet wird, zu (wird in positiver Richtung geändert), und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ändert sich in eine Richtung, in der der Magnetfluss des Motors 4 verstärkt ist. Wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM größer als Null ist (0 < ΔM), wird ein negativer Wert (Y < 0) als Einstellungswert Y ausgegeben. Folglich nimmt der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der durch den Integrator 32 berechnet wird, ab (ändert sich in der negativen Richtung), und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ändert sich in eine Richtung, in der der Feldfluss des Motors 4 geschwächt wird. Wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM kleiner als die Starkfeldstartabweichung ΔMs (ΔM < ΔMs) ist und die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich Null ist (ΔM = 0), wird Null (Y = 0) als Einstellungswert Y ausgegeben. Folglich wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der durch den Integrator 32 berechnet wird, nicht geändert, und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId wird derart bestimmt, dass der Feldfluss des Motors 4 nicht geändert wird.
Wie oben beschrieben wird in der Normalfeldsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt, um die Phase des Stroms derart einzustellen, dass das Ausgangsdrehmoment des Motors 4 das Maximum bezüglich des gleichen Stroms ist. Wenn zum Durchführen der Normalfeldsteuerung der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von dem Referenzwert (ΔId = 0) des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId geändert wird in eine Richtung, in der der Feldfluss des Motors 4 verstärkt wird, nehmen folglich die eingestellten Strombefehlswerte Id und Iq, die erforderlich sind zum Ausgeben des gleichen Drehmoments, zu, und die Spannungsbefehlswerte Vd und Vq, die auf der Basis der eingestellten Strombefehlswerte Id und Iq und dem Modulationsfaktor M berechnet wurden, nehmen zu. Mit anderen Worten, die Spannungsbefehlsbestimmungseinheit 9 erhöht die Spannungsbefehlswerte Vd und Vq, wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von dem Referenzwert (ΔId = 0) aus zunimmt (in positiver Richtung geändert wird). Die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29 erhöht den Modulationsfaktor M, wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von dem Referenzwert (ΔId = 0) aus zunimmt (in der positiven Richtung geändert wird).
Die Modussteuerungseinheit 5 bestimmt den Steuerungsmodus, der durchzuführen ist, aus einer Mehrzahl von Steuerungsmodi basierend auf der DC-Spannung Vdc und dem Betriebszustand des Motors 4, enthaltend die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM, und steuert jede Einheit der Steuerungsvorrichtung 2 enthaltend die Feldeinstellungseinheit 8 und die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 gemäß dem Steuerungsmodus. Die Modussteuerungseinheit 5 bestimmt darüber hinaus Starkfeldendebedingungen während der Starkfeldsteuerung, und führt die Starkfeldendesteuerung zum Beenden der Starkfeldsteuerung durch, wenn die Starkfeldendebedingungen erfüllt sind. Wie in 2 gezeigt werden die Drehzahl ω, das Zieldrehmoment TM, die DC-Spannung Vdc, der Modulationsfaktor M und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId in die Modussteuerungseinheit 5 eingegeben, und der Steuerungsbetrieb der Modussteuerungseinheit 5 wird für die eingegebenen Werte durchgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel bestimmt die Modussteuerungseinheit 5 den Steuerungsmodus im Wesentlichen basierend auf der Spannungssteuerungsbereichskarte 34, wie in 3 gezeigt. Darüber hinaus bestimmt die Modussteuerungseinheit 5 während der Starkfeldsteuerung, ob die Starkfeldsteuerung zu beenden ist, basierend auf der in den 7 und 8 gezeigten Starkfeldendebedingungskarte.
2-3. Details der Modussteuerungseinheit
Wie in 3 gezeigt ändert die Modussteuerungseinheit 5 den Steuerungsmodus in der Reihenfolge von Normalfeld/Normale-PWM-Steuerungsmodus A1a, Normalfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A1b, Schwachfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A4a und Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 ausgenommen für den Starkfeldsteuerungsbereich F, wenn die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM des Motors 4 zunehmen. Wie oben beschrieben sind die Grenzen (die Kurven L1, L2 und L3) zwischen den Steuerungsmodi an Positionen gesetzt, wo der Modulationsfaktor M während der Normalfeldsteuerung (Maximumdrehmomentsteuerung) konstant ist. Unter den Kurven ist die Kurve L1 an einer Position gesetzt, wo der Modulationsfaktor M der maximale Modulationsfaktor Mmax (= 0,78) während der Normalfeldsteuerung ist. Wenn der Modulationsfaktor M, der derart berechnet ist, dass die Normalfeldsteuerung basierend auf der Drehzahl ω und dem Zieldrehmoment TM durchgeführt werden kann, größer ist als der maximale Modulationsfaktor Mmax, führt die Steuerungsvorrichtung 2 den Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 durch.
Der Starkfeldsteuerungsbereich F ist in den Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR gesetzt, der für das Zieldrehmoment TM definiert ist. Darüber hinaus ist der Starkfeldsteuerungsbereich F auf einen Bereich (Ms ≤ M < Mmax) gesetzt, in dem der Modulationsfaktor M von dem Starkfeldwellenwert Ms (Kurve L2) bis zu dem maximalen Modulationsfaktor Mmax (Kurve L1) reicht, wenn angenommen wird, dass die Starkfeldsteuerung nicht durchgeführt wird, sondern die Normalfeldsteuerung für den gesamten Bereich außerhalb des Schwachfeldsteuerungsbereichs durchgeführt wird (die Region, in der der Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 durchgeführt wird). Der Starkfeldschwellenwert Ms wird bestimmt durch das Setzen des Befehlsmodulationsfaktors MT sowie der Starkfeldstartabweichung ΔMs. In dem Zustand, in dem der Modulationsfaktor M allmählich zunimmt in die Nähe des Befehlsmodulationsfaktors MT, gibt also die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 einen positiven Einstellungswert Y (Y > 0) aus, wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer ist als die Starkfeldstartabweichung ΔMs (ΔMs < 0) und kleiner ist als Null (ΔMs ≤ ΔM < 0), wie oben beschrieben. Wie durch die Gleichung (5) dargestellt, wird die Modulationsfaktorabweichung ΔM berechnet, indem der Befehlsmodulationsfaktor MT von dem Modulationsfaktor M subtrahiert wird. Folglich wird der Starkfeldschwellenwert Ms, der der Wert des Modulationsfaktors M ist, berechnet, wenn die Starkfeldsteuerung startet, indem die Starkfeldstartabweichung ΔMs mit dem Befehlsmodulationsfaktor MT addiert wird, wie durch die folgende Gleichung (6) dargestellt: Ms = MT + ΔMs (6)
In diesem Ausführungsbeispiel, da der Befehlsmodulationsfaktor MT auf „0,78” gesetzt ist, und die Starkfeldstartabweichung ΔMs auf „–0,073” gesetzt ist, beträgt der Starkfeldschwellenwert Ms gleich „0,707”, was gleich dem Übermodulationsschwellenwert Mo entspricht. Wenn der Modulationsfaktor M größer ist als der Starkfeldschwellenwert Ms während der Normalfeld/Normal-PWM-Steuerungsmodus A1a mit dem Zieldrehmoment TM innerhalb des Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereichs TMR, also wenn der Betriebspunkt des Motors 4 innerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist, startet folglich die Feldeinstellungseinheit 8 die Starkfeldsteuerung.
Die Modussteuerungseinheit 5 steuert die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10, um die Viereckwellensteuerung durchzuführen, wenn der Modulationsfaktor M gleich oder größer ist als der Viereckwellenschwellenwert Mb (maximaler Modulationsfaktor Mmax) und steuert die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10, um die PWM-Steuerung durchzuführen, wenn der Modulationsfaktor M kleiner als der Viereckwellenschwellenwert Mb ist. In diesem Ausführungsbeispiel, da die PWM-Steuerung die normale PWM-Steuerung und die Übermodulations-PWM-Steuerung enthält, steuert die Modussteuerungseinheit 5 die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 zur Durchführung der normalen PWM-Steuerung, wenn der Modulationsfaktor M kleiner als der Viereckwellenschwellenwert Mb und gleich oder kleiner als der Übermodulationsschwellenwert Mo (= 0,707) ist, und steuert die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 zum Durchführen der Übermodulation-PWM-Steuerung, wenn der Modulationsfaktor M größer als der Übermodulations-Schwellenwert Mo (= 0,707) ist. Wie oben beschrieben, enthält die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 die Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungseinheit 25 und die Steuerungssignalerzeugungseinheit 26, die die Spannungswellenformsteuerung durchführen, enthaltend die PWM-Steuerung und die Viereckwellensteuerung.
Wenn der Betriebspunkt des Motors 4, der durch die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM bestimmt ist, innerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist, wird ein positiver Einstellungswert Y von der Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 ausgegeben, indem der Befehlsmodulationsfaktor MT und die Starkfeldstartabweichung ΔMs gesetzt werden, und ein positiver d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId wird von dem Integrator 32 ausgegeben. In dieser Weise startet die Starkfeldsteuerung. Wie oben beschrieben wird der Starkfeldschwellenwert Ms (Kurve L2), der den Starkfeldsteuerungsbereich F definiert, durch den Befehlsmodulationsfaktor MT (= 0,78) und die Starkfeldstartabweichung ΔMs (= –0,073) bestimmt. In diesem Beispiel ist der Starkfeldschwellenwert Ms gleich dem Übermodulationsschwellenwert Mo (= 0,707). Nach dem Start der Starkfeldsteuerung steuert zuerst die Modussteuerungseinheit 5 die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 zum Durchführen der PWM-Steuerung. In diesem Beispiel, da der Modulationsfaktor M der Übermodulationsschwellenwert Mo ist, wenn die Starkfeldsteuerung startet, steuert die Motorsteuerungseinheit 5 die Spannungswellensteuerungseinheit 10 zum Durchführen der Übermodulations-PWM-Steuerung. Wenn die Starkfeldsteuerung startet, führt die Modussteuerungseinheit 5 also zuerst den Starkfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A2b durch. Der Modulationsfaktor M wird dann allmählich erhöht durch die Starkfeldsteuerung und erreicht schließlich den Viereckwellenschwellenwert Mb. Nachdem der Modulationsfaktor M den Viereckwellenschwellenwert Mb erreicht hat, steuert die Modussteuerungseinheit 5 die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 zum Durchführen der Viereckwellensteuerung. In dieser Weise wird der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 durchgeführt.
Nachdem der Modulationsfaktor M größer als der Starkfeldschwellenwert Ms ist und die Starkfeldsteuerung startet, stellt jedoch die Feldeinstellungseinheit 8 den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId derart ein, dass der Modulationsfaktor M gleich dem Befehlsmodulationsfaktor MT ist. Der Befehlsmodulationsfaktor MT ist der maximale Modulationsfaktor Mmax (= 0,78), was der Viereckwellenschwellenwert Mb ist. Nachdem die Starkfeldsteuerung begonnen hat, konvergiert folglich der Modulationsfaktor M letztendlich gegen den maximalen Modulationsfaktor Mmax. Nachdem der Modulationsfaktor M den maximalen Modulationsfaktor Mmax erreicht hat, der der Viereckwellenschwellenwert Mb ist, veranlasst die Modussteuerungseinheit 5 die Spannungswellenformsteuerungseinheit 10 zum Durchführen der Viereckwellensteuerung. Wenn der Modulationsfaktor M sich mit einer Änderung des Zieldrehmoments TM oder der Drehzahl ω des Motors 4 von diesem Zustand geändert hat, wird auch die Modulationsfaktorabweichung ΔM mit der Änderung des Modulationsfaktors M geändert. Folglich ändert die Feldeinstellungseinheit 8 geeignet den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId in eine Richtung, in der der Feldfluss verstärkt oder geschwächt wird. In dieser Weise wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId geeignet von dem positiven Wert, wo die Starkfeldsteuerung durchgeführt wird, zu dem negativen Wert, wo die Schwachfeldsteuerung durchgeführt wird, geändert. Wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ein negativer Wert ist, wird die Schwachfeldsteuerung durchgeführt. Selbst wenn irgendeine von der Starkfeldsteuerung und der Schwachfeldsteuerung durchgeführt wird, konvergiert der Modulationsfaktor M gegen den maximalen Modulationsfaktor Mmax, der der Viereckwellenschwellenwert Mb ist, und die Viereckwellensteuerung wird fortgesetzt durchgeführt.
2-4. Starkfeldendesteuerung
Wie oben beschrieben wird in der Steuerungsvorrichtung 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel während der Viereckwellensteuerung der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId derart bestimmt, dass der Modulationsfaktor M bei dem maximalen Modulationsfaktor Mmax gehalten wird, der der Viereckwellenschwellenwert Mb ist, und die Starkfeldsteuerung oder die Schwachfeldsteuerung wird durchgeführt. In der Struktur, in der die Viereckwellensteuerung und die PWM-Steuerung nur durch den Modulationsfaktor geschaltet werden, endet folglich nicht die Viereckwellensteuerung, selbst wenn der Betriebszustand des Motors 4 sich geändert hat. Selbst wenn die Drehzahl ω oder/und das Zieldrehmoment TM reduziert werden und der Betriebspunkt des Motors 4 innerhalb des Bereichs des Normalfeld/Normal-PWM-Steuerungsmodus A1a ist, der auf der linken Seite der Kurve L2 in 3 ist, ist also eine Zunahme des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId in einer Richtung, in der der Feldfluss verstärkt ist, alleine unzureichend, um die Viereckwellensteuerung und die Starkfeldsteuerung zu beenden. Folglich reduziert sich wahrscheinlich die Effizienz durch eine Erhöhung des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId, oder beispielsweise tritt wahrscheinlich eine Oszillation in dem Ausgangsdrehmoment des Motors 4 auf, aufgrund der Viereckwellensteuerung, die in dem Bereich durchgeführt wird, in dem die Drehzahl ω gering ist. In diesem Fall führt folglich die Modussteuerungseinheit 5 eine Starkfeldendsteuerung durch, um die Starkfeldsteuerung geeignet zu beenden, wodurch die Viereckwellensteuerung beendet wird.
Die Modussteuerungseinheit 5 bestimmt also die Starkfeldendebedingungen, die Bedingungen sind zum Beenden der Starkfeldsteuerung, basierend auf dem Zieldrehmoment TM, der DC-Spannung Vdc und dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId. Wenn die Starkfeldendebedingungen erfüllt sind, beendet die Modussteuerungseinheit 5 die Starkfeldsteuerung, die durch die Feldeinstellungseinheit 8 durchgeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass die Starkfeldendebedingungen irgendeine der folgenden drei Bedingungen (A), (B) und (C) erfüllen:

(A) Die Drehzahl ω des Motors 4 < Drehzahlschwellenwert ωT;
(B) d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ≥ Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT; und
(C) Zieldrehmoment TM ist jenseits des Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereichs TMR.

In diesem Ausführungsbeispiel, wie in der Bedingung (C) gezeigt, da die Bedingung, dass das Zieldrehmoment TM jenseits des Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereichs TMR ist, auch in den Starkfeldendebedingungen, die zu bestimmen sind, enthalten ist, wird der Steuerungsbetrieb derart reguliert, dass die Starkfeldsteuerung nur in dem Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR durchgeführt wird. Als nächstes werden die Starkfeldendebedingungen und ein Betrieb zum Beenden der Starkfeldsteuerung im Einzelnen beschrieben.
2-4-1. Starkfeldendebedingung (A): Endebedingung, die auf der Drehzahl ω basiert
Wie oben beschrieben verwendet die Modussteuerungseinheit 5 die Endebedingung, die auf der Drehzahl ω des Motors 4 basiert, als Starkfeldendebedingung (A). Die Modussteuerungseinheit 5 beendet die Starkfeldsteuerung, die durch die Feldeinstellungseinheit 8 durchgeführt wird, bei der Bedingung, dass die Drehzahl ω des Motors 4 kleiner ist als der Drehzahlschwellenwert ωT, der durch das Zieldrehmoment TM und die DC-Spannung Vdc (ω < ωT) bestimmt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Drehzahl ω des Motors 4, bei der der Modulationsfaktor M der Starkfeldschwellenwert Ms (= 0,707) während der Normalfeldsteuerung ist, der Drehzahlschwellenwert ωT gemäß den Werten von dem Zieldrehmoment TM und der DC-Spannung Vdc.
Die Steuerungsvorrichtung 2 enthält eine Drehzahlschwellenwertkarte 35A (siehe 7), die einen geeigneten Drehzahlschwellenwert ωT in Verbindung mit dem Zieldrehmoment TM und der DC-Spannung Vdc, als eine Starkfeldendebedingungskarte 35 (siehe 1) definiert. Die Modussteuerungseinheit 5 berechnet einen geeigneten Drehzahlschwellenwert ωT entsprechend dem Zieldrehmoment TM und der DC-Spannung Vdc basierend auf der Drehzahlschwellenwertkarte 35A. 7 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen des Drehzahlschwellenwerts ωT verdeutlicht, als ein Verfahren zum Erzeugen der Drehzahlschwellenwertkarte 35A.
Der geeignete Drehzahlschwellenwert ωT kann experimentell durch die aktuelle Steuerungsvorrichtung 2 berechnet werden. Wie in 7A gezeigt wird beispielsweise zuerst eine willkürliche Spannung aus dem Bereich der DC-Spannung Vdc ausgewählt, der durch die DC-Leistungsversorgung 3 erlangt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird „Vdc1” ausgewählt aus dem Bereich der DC-Spannung Vdc (Vdc = Vdc1). Darüber hinaus wird beispielsweise ein willkürliches Drehmoment „TM1” aus dem Bereich des Zieldrehmoments TM ausgewählt, der durch den Motor 4 erlangt werden kann (TM = TM1). Dann werden die ausgewählte DC-Spannung Vdc = Vdc1 und das ausgewählte Zieldrehmoment TM = TM1 in die Steuerungsvorrichtung 2 eingegeben, und der Wechselrichter 6 führt die PWM-Steuerung (hier die Normale-PWM-Steuerung) durch, um die Drehzahl ω des Motors 4 allmählich von Null anzuheben bzw. zu vergrößern. Der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der der Drehzahl ω entspricht, wird dann gemessen, und die Drehzahl ω zu dem Zeitpunkt, zu dem sich der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von Null zu einem positiven Wert ändert, wird gemessen. Wie oben beschrieben ist die Feldeinstellungseinheit 8 derart aufgebaut, dass ein positiver d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ausgegeben wird, wenn der Modulationsfaktor M größer ist als die Starkfeldschwellenwerte Ms. Folglich ist es möglich, die Drehzahl ω zu messen, wenn der Modulationsfaktor M der Starkfeldschwellenwert Ms ist, indem der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId überwacht wird. In dem in 7A gezeigten Beispiel ist in diesem Fall die Drehzahl ω gleich „ω11”. Die Drehzahl ω = ω1, die in dieser Art und Weise berechnet wird, ist der Drehzahlschwellenwert ωT bei der DC-Spannung Vdc = Vdc1 und dem Zieldrehmoment TM = TM1. Der Drehzahlschwellenwert ωT = ω1 ist also ein Wert der Drehzahlschwellenwertkarte 35A (siehe 7C), der der DC-Spannung Vdc = Vdc1 und dem Zieldrehmoment TM = TM1, die als Parameter dienen, entspricht.
Verschiedene Drehmomente werden dann aus dem Bereich des Zieldrehmoments TM ausgewählt, der durch den Motor 4 erlangt werden kann, während die DC-Spannung Vdc = Vdc1 aufrecht erhalten bleibt. Ähnlich nimmt die Drehzahl ω des Motors 4 allmählich von Null aus zu, und die Drehzahl ω zu dem Zeitpunkt, zu dem der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId sich von Null zu einem positiven Wert ändert, wird während der Durchführung der PWM-Steuerung gemessen. In dem in 7A gezeigten Beispiel ist die Drehzahl ω gleich „ω12” bei dem Zieldrehmoment TM = TM2, und die Drehzahl ω ist gleich „ω13” bei dem Zieldrehmoment TM = TM3. Wie durch eine Kurve LωT in 7A dargestellt, wenn die DC-Spannung Vdc gleich „Vdc1” ist, ist es während der Normalfeldsteuerung möglich die Beziehung zwischen dem Zieldrehmoment TM und der Drehzahl ω zu berechnen, wobei der Modulationsfaktor M gleich dem Starkfeldschwellenwert Ms (= 0,707) ist, indem viele Drehmomente ausgewählt werden und die Drehzahl ω für jedes Drehmoment gemessen wird. Die Kurve LωT ist theoretisch identisch mit der Kurve L2, bei der der Modulationsfaktor M der Übermodulationsschwellenwert Mo (= 0,707) ist. Wie in 7B gezeigt wird die berechnete Beziehung (Kurve LωT) zwischen dem Zieldrehmoment TM und der Drehzahl ω als eine Karte des Drehzahlschwellenwerts ωT für die DC-Spannung Vdc = Vdc1 verwendet. Verschiedene Spannungen, beispielsweise eine DC-Spannung Vdc = Vdc2, DC-Spannung Vdc = Vdc3, ..., werden ausgewählt in dem Bereich der DC-Spannung Vdc, der durch die DC-Leistungsversorgung 3 erlangt werden kann. Ähnlich wird die Beziehung zwischen dem Zieldrehmoment TM und der Drehzahl ω, wo der Modulationsfaktor M der Starkfeldschwellenwert Ms (= 0,707) ist, berechnet. Dann wird die Beziehung zwischen dem Zieldrehmoment TM und der Drehzahl ω, die für jede DC-Spannung Vdc berechnet wird, verwendet als eine Karte des Drehzahlschwellenwerts ωT für jede DC-Spannung Vdc, und in der Drehzahlschwellenwertkarte 35A registriert.
Wie oben beschrieben kann, wie in 7C gezeigt, die Drehzahlschwellenwertkarte 35A, die einen geeigneten Drehzahlschwellenwert ωT in Verbindung mit dem Zieldrehmoment TM und der DC-Spannung Vdc definiert, erzeugt werden. Die Steuerungsvorrichtung 2 enthält die Drehzahlschwellenwertkarte 35A als einen Bereich der Starkfeldendebedingungskarte 35, wie in 1 gezeigt, derart, dass die Modussteuerungseinheit 5 auf die Drehzahlschwellenwertkarte 35A Bezug nehmen kann.
2-4-2. Starkfeldendebedingung (B): Endebedingung, die auf dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId basiert
Wie oben beschrieben verwendet die Modussteuerungseinheit 5 als Starkfeldendebedingung (B) die Endebedingung, die auf dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId basiert, der als Feldeinstellungsbefehlswert dient. Die Modussteuerungseinheit 5 beendet also die Starkfeldsteuerung, die durch die Feldeinstellungssteuerungseinheit 8 durchgeführt wird, bei der Bedingung, dass der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId gleich oder größer ist als der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT basierend auf dem Zieldrehmoment TM und einem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω in der Richtung, in der der Feldfluss verstärkt ist (ΔId ≥ ΔIdT). Das Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω ist das Verhältnis der DC-Spannung Vdc zu der Drehzahl ω des Motors 4. Dieses Ausführungsbeispiel konzentriert sich auf die Beziehung zwischen der Wirkung der Reduzierung des Schaltverlustes des Wechselrichters 6, der erhalten wird durch das Durchführen der Starkfeldsteuerung und der Viereckwellensteuerung, und einer Reduktion der Effizienz, aufgrund einer Zunahme des d-Achsenstromeinstellungsbefehlwerts ΔId in der Richtung, in der der Feldfluss verstärkt ist. Speziell wird der Verlust des Motors 4 und der Motorantriebsvorrichtung 1, wenn der Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 (hier der Normalfeld/Normale-PWM-Steuerungsmodus A1a) durchgeführt wird, als ein normaler Verlust Loss1 bezeichnet, der Verlust des Motors 4 und der Motorantriebsvorrichtung 1, wenn der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 durchgeführt wird, als Starkfeldverlust Loss2 bezeichnet, und eine Effizienzzunahme, die erhalten wird durch das Durchführen der Starkfeldsteuerung, wird als Verlustdifferenz ΔLoss (= Loss1 – Loss2) bezeichnet. Die obere Grenze des Bereichs des d-Achsenstromeinstellungsbefehlwerts ΔId, bei der der Starkfeldverlust Loss2 kleiner als der normale Verlust Loss1 ist, also die Verlustdifferenz ΔLoss ist positiv (ΔLoss > 0) in der Richtung, in der der Feldfluss verstärkt ist, wird als Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT bezeichnet.
Die Steuerungsvorrichtung 2 hat eine Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B (siehe 8C), die einen geeigneten Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT in Verbindung mit dem Zieldrehmoment TM und dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω als Starkfeldendebedingungskarte 35 definiert (siehe 1). Die Modussteuerungseinheit 5 berechnet einen geeigneten Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT entsprechend der Zieldrehzahl TM und dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω basierend auf der Einstellungsbefehlschwellenwertkarte 35B. 8 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren verdeutlicht zum Berechnen des Einstellungsbefehlsschwellenwerts ΔIdT als ein Verfahren zum Erzeugen der Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B.
Der geeignete Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT kann durch die aktuelle Steuerungsvorrichtung 2 experimentell berechnet werden. Wie in 8A gezeigt wird beispielsweise zuerst eine willkürliche Spannung ausgewählt aus dem Bereich der DC-Spannung Vdc, der durch die DC-Leistungsversorgung 3 erlangt werden kann, und ein willkürliches Drehmoment wird aus dem Bereich des Zieldrehmoments TM ausgewählt, der durch den Motor 4 erlangt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise „Vdc1” ausgewählt als DC-Spannung Vdc, und „TM3” wird ausgewählt als Zieldrehmoment TM (Vdc = Vdc1 und TM = TM3). Dann wird eine PWM-verfügbare obere Drehzahl ωU, die die Drehzahl ω ist, mit der die PWM-Steuerung durchgeführt werden kann, bei der ausgewählten DC-Spannung Vdc = Vdc1 und dem ausgewählten Zieldrehmoment TM = TM3 berechnet. Die PWM-verfügbare obere Drehzahl ωU kann als Drehzahl ω einer Spannungsgrenzellipse 63U berechnet werden, die durch einen Schnittpunkt verläuft zwischen der Maximumdrehzahlsteuerungslinie 62 und der gleichartigen bzw. kongruenten Drehzahllinie 61 des Zieldrehmoments TM = TM3 in der Id-Iq-Ebene, wie in 8A gezeigt, wenn die DC-Spannung Vdc = Vdc1 gebildet ist. Dann werden die ausgewählte DC-Spannung Vdc = Vdc1 und das ausgewählte Zieldrehmoment TM = TM3 in die Steuerungsvorrichtung 2 eingegeben, und der Wechselrichter 6 führt die PWM-Steuerung (hier die normale PWM-Steuerung) durch, um allmählich die Drehzahl ω des Motors 4 von der PWM-verfügbaren oberen Grenzdrehzahl ωU zu reduzieren. Die Beziehung zwischen dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der in Abhängigkeit von der Drehzahl ω variiert, und dem normalen Verlust Loss1 wird gemessen. Bei der gleichen DC-Spannung Vdc und dem Zieldrehmoment TM führt der Wechselrichter 6 die Viereckwellensteuerung durch, um die Drehzahl ω des Motors 4 allmählich von der PWM-verfügbaren oberen Grenzdrehzahl ωU zu reduzieren. Die Beziehung zwischen dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der in Abhängigkeit von der Drehzahl ω variiert, und dem normalen Verlust Loss1, wird dann gemessen. Jeder von dem normalen Verlust Loss1 und dem Starkfeldverlust Loss2 enthält einen Kupferverlust und Eisenverlust des Motors 4 und den Schaltverlust der Motorantriebsvorrichtung 1 in der PWM-Steuerung oder der Viereckwellensteuerung, und wird berechnet durch die Differenz zwischen der Leistung, die von der DC-Leistungsquelle 3 an die Motorantriebsvorrichtung 1 geliefert wird, und dem Ausgang des Motors 4.
In dieser Weise wird die Beziehung zwischen dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, die in Abhängigkeit von der Drehzahl ω variiert, dem normalen Verlust Loss1 und dem Starkfeldverlust Loss2 berechnet. Wie in 8A gezeigt, wird die Beziehung zwischen dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der in Abhängigkeit von der Drehzahl ω variiert, und einer Verlustdifferenz ΔLoss berechnet aus der Differenz (Loss1 – Loss2) zwischen dem normalen Verlust Loss1 und dem Starkfeldverlust Loss2 bei jedem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId (Drehzahl ω). Dann werden die Drehzahl ω und der Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId bei dem Moment, bei dem die Verlustdifferenz ΔLoss von einem positiven Wert zu einem negativen Wert geändert wird (bei dem Zeitpunkt, bei dem die Verlustdifferenz ΔLoss gleich 0 ist), gemessen basierend auf dem Verhältnis zwischen dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId und der Verlustdifferenz ΔLoss. In dem in 8A gezeigten Beispiel ist in diesem Fall die Drehzahl ω gleich „ω1” und der Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ist gleich „ΔId31”. Das Verhältnis zwischen der berechneten Drehzahl ω = ω1 und der DC-Spannung Vdc = Vdc1 ist gleich dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω1. Der berechnete d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId = ΔId31 ist der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT bei dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω = RVω1 und dem Zieldrehmoment TM = TM3. Der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT = ΔId31 ist ein Wert der Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B (siehe 8C), entsprechend dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω = RVω1 und dem Zieldrehmoment TM = TM3, die als Parameter dienen.
Wie in 8B gezeigt, werden dann verschiedene Drehmomente, beispielsweise ein Zieldrehmoment TM = TM1, ein Zieldrehmoment TM = TM2, ..., aus dem Bereich des Zieldrehmoments TM ausgewählt, der durch den Motor 4 erlangt werden kann, während die DC-Spannung Vdc = Vdc1 aufrechterhalten bleibt. Ähnlich wird das Verhältnis zwischen dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der in Abhängigkeit von der Drehzahl ω variiert, und der Verlustdifferenz ΔLoss berechnet. Dann wird für jedes Zieldrehmoment TM die Drehzahl ω und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId bei dem Moment berechnet, bei dem die Verlustdifferenz ΔLoss sich von einem positiven Wert zu einem negativen Wert ändert. Das Verhältnis der DC-Spannung Vdc zu der Drehzahl ω ist das Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω und der berechnete d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ist der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT bei dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis RVω und dem Zieldrehmoment TM. Darüber hinaus werden verschiedene Spannungen, beispielsweise eine DC-Spannung Vdc = Vdc2, eine DC-Spannung Vdc = Vdc3, ..., aus dem Bereich der DC-Spannung Vdc ausgewählt, der durch die DC-Leistungsversorgung 3 erlangt werden kann. Ähnlich zu dem obigen werden verschiedene Zieldrehmomente TM für jede DC-Spannung Vdc ausgewählt, und das Verhältnis zwischen dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der in Abhängigkeit von der Drehzahl ω variiert, und der Verlustdifferenz ΔLoss wird berechnet. Dann wird für jede Kombination der DC-Spannung Vdc und dem Zieldrehmoment TM die Drehzahl ω und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId bei dem Moment berechnet, bei dem die Verlustdifferenz ΔLoss sich von einem positiven Wert zu einem negativen Wert ändert. Das Verhältnis der DC-Spannung Vdc zu der Drehzahl ω ist das Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω und der berechnete d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ist der Einstellungsbefehlswertschwellenwert ΔIdT, bei dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω und dem Zieldrehmoment TM. Dann wird die Beziehung zwischen dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω, dem Zieldrehmoment TM und dem Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT als Karte des Einstellungsbefehlsschwellenwerts ΔIdT in der Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B registiert.
In dieser Weise, wie in 8C gezeigt, kann die Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B, die einen geeigneten Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT in Verbindung mit dem Zieldrehmoment TM und dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω definiert, erzeugt werden. Die Steuerungsvorrichtung 2 enthält die Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B als Teil der Starkfeldendebedingungskarte 35, wie in 1 gezeigt, derart, dass die Modussteuerungseinheit 5 auf die Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B Bezug nehmen kann. In dem oben genannten Verfahren wird das Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω, das als ein Parameter des Einstellungsbefehlsschwellenwerts ΔIdT dient, basierend auf der Drehzahl ω bei dem Moment berechnet, bei dem die Verlustdifferenz ΔLoss sich von einem positiven Wert zu einem negativen Wert ändert. In einigen Fällen hat folglich das Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω, das die vertikale Achse der Einstellungsbefehlsschwellenwertkarte 35B bildet, nicht den gleichen Wert für jedes Zieldrehmoment TM. In diesem Fall wird der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT, wenn das Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω gleich einem vorbestimmten Wert ist, vorzugsweise durch ein lineares Interpolationsverfahren berechnet, und eine Karte des Einstellungsbefehlsschwellenwerts ΔIdT wird erzeugt.
2-4-3. Starkfeldendebedingung (C): Endebedingung, die auf dem Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR basiert
In diesem Ausführungsbeispiel wendet die Modussteuerungseinheit 5 als Starkfeldendebedingung (C) die Endebedingung an, die auf dem Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR basiert. Die Modussteuerungseinheit 5 beendet also die Starkfeldsteuerung derart, dass die Feldeinstellungseinheit 8 nicht die Starkfeldsteuerung durchführt, wenn das Zieldrehmoment TM des Motors 4 jenseits eines vorbestimmten Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereichs TMR ist. Wenn die obere Grenze des Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereichs TMR eine zulässige obere Drehmomentgrenze TMRH ist, die untere Grenze von diesem eine zulässige untere Drehmomentgrenze TMRL ist, und das Zieldrehmoment TM kleiner ist als die zulässige untere Drehmomentgrenze TMRL oder das Zieldrehmoment TM größer ist als die zulässige obere Drehmomentgrenze TMRH, beendet die Modussteuerungseinheit 5 die Starkfeldsteuerung. Vorzugsweise ist die zulässige obere Drehmomentgrenze TMRH derart gesetzt, dass beispielsweise die Größe des Stroms, der durch die Ankerspule des Motors 4 fließt, nicht größer ist als der zulässige Stromgrenzwert des Motors 4 bei der Viereckwellensteuerung, bei der die Größe der harmonischen Komponenten, die andere sind als die Fundamentalwellenkomponente des AC-Stroms, der durch den Motor 4 fließt, zunimmt. Beispielsweise ist die zulässige untere Drehmomentgrenze TMRL derart gesetzt, dass der Drehmomentbereich, der nicht geeignet ist zum Durchführen der Viereckwellensteuerung, da das Ausgangsdrehmoment zu klein ist, von dem Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR ausgeschlossen ist.
2-4-4. Betrieb des Beendens der Starkfeldsteuerung
Wenn irgendeine der Starkfeldendebedingungen (A) bis (C) erfüllt ist, führt die Modussteuerungseinheit 5 eine Steuerung durch, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null zu ändern. Wenn die Starkfeldendebedingungen erfüllt sind, gibt also die Modussteuerungseinheit 5 einen Befehl an den Integrator 32, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null zu ändern, wodurch der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der von dem Integrator 32 ausgegeben wird, auf Null geändert wird. In diesem Fall steuert die Modussteuerungseinheit 5 die Feldeinstellungseinheit 8, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId mit konstanter Änderungsrate von dem Stromwert auf Null zu ändern. Da der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ein positiver Wert während der Starkfeldsteuerung ist, reduziert also die Modussteuerungseinheit 5 allmählich den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId mit der Zeit von dem Stromwert auf Null, um die Starkfeldsteuerung zu beenden. Wenn die Starkfeldsteuerung beendet wird, ändert die Modussteuerungseinheit 5 allmählich den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId in eine Richtung, in der die Größe der Einstellung des Feldflusses reduziert wird, wodurch sich allmählich der Modulationsfaktor M reduziert. In dieser Weise reduziert die Modussteuerungseinheit 5 allmählich den Modulationsfaktor M von dem Viereckwellenschwellenwert Mb (maximaler Modulationsfaktor Mmax = 0,78), bei dem der Viereckwellensteuerungsmodus durchgeführt wird, und führt den Starkfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A2b (Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2) durch, während der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null geändert wird und der Modulationsfaktor M gleich dem Übermodulationsschwellenwert Mo (= 0,707) wird. Wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId Null und der Modulationsfaktor M kleiner ist als der Übermodulationsschwellenwert Mo, ändert der Steuerungsmodus den Normalfeld/Normale-PWM-Steuerungsmodus A1a (Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1).
In diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Starkfeldsteuerung beendet wird, ändert die Modussteuerungseinheit 5 den Steuerungsmodus von dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 auf den Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 über den Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2. In dieser Weise ist es möglich, eine abrupte Änderung der eingestellten Strombefehlswerte Id und Iq aufgrund des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId zu verhindern, und eine abrupte Änderung des Modulationsfaktors M zu verhindern, wenn die Starkfeldsteuerung endet. Es ist folglich möglich, eine abrupte Änderung des Stroms, der in der Spule des Motors 4 fließt, oder ein Überschwingen, und die Oszillation des Ausgangsdrehmoments des Motors 4 zu verhindern. Wenn alle Starkfeldendebedingungen (A), (B) und (C) nicht erfüllt sind, stoppt die Modussteuerungseinheit 5 den Endebetrieb, um ein Ändern des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId auf Null zu erzwingen. In dieser Weise wird der Steuerungsbetrieb des Steuerns des Integrators 32 zum Integrieren des Einstellungswerts Y, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId zu berechnen, fortgesetzt.
3. Betrieb der Steuerungsvorrichtung
Als nächstes wird der Betrieb jeder Einheit der Steuerungsvorrichtung 2 im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben. 9 zeigt ein Flussdiagramm, das den Fluss des Betriebs jeder Einheit der Steuerungsvorrichtung 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel verdeutlicht, bis die Spannungsbefehlswerte Vd und Vq berechnet sind.
Wie in 9 gezeigt, berechnet in der Steuerungsvorrichtung 2 zuerst die Modulationsfaktorberechnungseinheit 29 den Modulationsfaktor M (Schritt #01). Dann subtrahiert der Subtrahierer 30 den Befehlsmodulationsfaktor MT (maximaler Modulationsfaktor Mmax = 0,78) von dem Modulationsfaktor M, um die Modulationsfaktorabweichung ΔM (= M – MT) zu berechnen (Schritt #02). Dann bestimmt die Steuerungsvorrichtung 2, ob der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId größer als Null ist (ΔId > 0) (Schritt #03). Durch diese Bestimmung wird bestimmt, ob die Steuerungsvorrichtung 2 die Starkfeldsteuerung ausführt. Wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId gleich oder kleiner als Null ist (ΔId ≤ 0) (Schritt #03: Nein), kann bestimmt werden, dass die Steuerungsvorrichtung 2 die Normalfeldsteuerung oder die Schwachfeldsteuerung ausführt. Es wird dann bestimmt, ob die Modulationsfaktorabweichung ΔM kleiner als Null ist (ΔM < 0) (Schritt #04). Durch diese Bestimmung wird bestimmt, ob der Modulationsfaktor M kleiner als der Befehlsmodulationsfaktor MT ist. Wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer ist als Null ist (ΔM ≥ 0) (Schritt #04: Nein), wird der Prozess bei Schritt #06 fortgesetzt, und der Integrator 32 integriert den Einstellungswert Y (siehe 6), der gleich oder kleiner als Null ist, der von der Integraleingabeeinstellungseinheit 31 ausgegeben wird, basierend auf der Modulationsfaktorabweichung ΔM, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId zu berechnen (Schritt #06). In dieser Weise wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId in negativer Richtung geändert, also in die Richtung, in der der Feldfluss des Motors 4 geschwächt wird. In diesem Fall startet die Schwachfeldsteuerung während der Normalfeldsteuerung, und die Intensität des Schwachfelds nimmt während der Schwachfeldsteuerung zu.
Wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM kleiner ist als Null (ΔM < 0) (Schritt #04: Ja), wird bestimmt, ob die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer als die Starkfeldstartabweichung ΔMs (ΔM ≥ ΔMs) ist (Schritt #05). Wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM kleiner als die Starkfeldstartabweichung ΔMs (ΔM < ΔMs) ist (Schritt #05: Nein), gibt die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 Null als Einstellungswert Y aus (siehe 6). Der Prozess wird bei Schritt #07 fortgesetzt, ohne den Einstellungswert Y durch den Integrator 32 zu integrieren. Folglich wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId nicht geändert. In diesem Fall, wenn die Steuerungsvorrichtung die Normalfeldsteuerung durchführt, wird die Normalfeldsteuerung fortgesetzt ausgeführt, und wenn die Steuerungsvorrichtung die Schwachfeldsteuerung durchführt, wird die Schwachfeldsteuerung fortgesetzt ausgeführt. Wenn die Modulationsfaktorabweichung ΔM gleich oder größer als die Starkfeldstartabweichung ΔMs (ΔM ≥ ΔMs) ist (Schritt #05: Ja), gibt die Integraleingabe-Einstellungseinheit 31 einen positiven Wert als Einstellungswert Y aus (siehe 6). Dann integriert der Integrator 32 den positiven Einstellungswert Y, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId zu berechnen (Schritt #06). In dieser Weise wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId in positiver Richtung geändert, also in die Richtung, in der der Feldfluss des Motors 4 verstärkt wird. In diesem Fall, wenn die Steuerungsvorrichtung die Normalfeldsteuerung ausführt, startet die Starkfeldsteuerung, und wenn die Steuerungsvorrichtung die Schwachfeldsteuerung ausführt, wird die Intensität des Schwachfelds reduziert, oder der Steuerungsmodus wird zu der Starkfeldsteuerung geändert.
Wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId größer als Null ist (ΔId > 0) (Schritt #03: Ja), kann bestimmt werden, dass die Steuerungsvorrichtung 2 die Starkfeldsteuerung ausführt. Die Modussteuerungseinheit 5 bestimmt dann die Starkfeldendebedingungen (A) bis (C). Speziell bestimmt die Modussteuerungseinheit 5 die Bedingung (A): Ob die Drehzahl ω des Motors 4 kleiner als der Drehzahlschwellenwert ωT ist, der bestimmt wird basierend auf dem Zieldrehmoment TM und der DC-Spannung Vdc (ω < ωT) (Schritt #10), die Bedingung (B): ob der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId gleich oder größer als der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT ist, der bestimmt wird basierend auf dem Zieldrehmoment TM und dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω (ΔId ≥ ΔIdT) (Schritt #11), und die Bedingung (C): ob das Zieldrehmoment TM des Motors 4 jenseits des vorbestimmten Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereichs TMR ist (Schritt #12). Wenn irgendeine der Starkfeldendebedingungen (A) bis (C) erfüllt ist (Schritt #10: Ja, Schritt #11: Ja oder Schritt #12: Ja), führt die Modussteuerungseinheit 5 den Betrieb zum Beenden der Starkfeldsteuerung durch. Die Modussteuerungseinheit 5 ändert den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null mit konstanter Änderungsrate, um die Starkfeldsteuerung zu beenden (Schritt #13). In dieser Weise endet die Starkfeldsteuerung und die Normalfeldsteuerung wird durchgeführt. Wenn alle Starkfeldendebedingungen (A) bis (C) nicht erfüllt sind (Schritt #10: Nein, Schritt #11: Nein Schritt #12: Nein), wird die Starkfeldsteuerung fortgesetzt durchgeführt, und der Prozess fährt bei Schritt #06 fort. Folglich integriert der Integrator 32 den Einstellungswert Y, der von der Integraleingabeeinstellungseinheit 31 ausgegeben wird, gemäß der Modulationsfaktorabweichung ΔM, um den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId zu berechnen (Schritt #06). In dieser Weise, während der Starkfeldsteuerung, wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId geeignet gemäß der Modulationsfaktorabweichung ΔM eingestellt. In diesem Fall kann der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId in negativer Richtung geändert werden, und der Steuerungsbetrieb kann von der Starkfeldsteuerung zu der Schwachfeldsteuerung geändert werden.
Der d-Achsenbasisstrombefehlswert Idb, der durch die d-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 21 berechnet wird, wird dann zu dem d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId, der durch den Integrator 32 berechnet wird, hinzuaddiert, um den eingestellten d-Achsenstrombefehlswert Id zu berechnen (Schritt #07). Die q-Achsenstrombefehlswertberechnungseinheit 22 berechnet den eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq (Schritt #08). Dann berechnet die Stromsteuerungseinheit 24 die Spannungsbefehlswerte Vd und Vq basierend auf dem eingestellten d-Achsenstrombefehlswert Id und dem eingestellten q-Achsenstrombefehlswert Iq (Schritt #18). Dann endet der Prozess.
Als nächstes wird ein Beispiel des Betriebs der Steuerungsvorrichtung 2 basierend auf dem in 9 gezeigten Flussdiagramm unter Bezugnahme auf die 3 und 10 beschrieben. 10 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Änderung der eingestellten Strombefehlswerte Id und Iq zeigt, aufgrund des Zieldrehmoments TM, der Drehzahl ω und des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId, wenn der Betriebspunkt des Motors 4 geändert wird, in der Reihenfolge von einem Punkt t0 zu einem Punkt t6, wie in 3 gezeigt, wem eine Zeit T verstreicht, und dann der Betriebspunkt des Motors 4 in der Reihenfolge von einem Punkt t7 zu einem Punkt t13 geändert wird. Speziell zeigt 10A eine Änderung des Zieldrehmoments TM entlang der Zeitachse T, 10B zeigt eine Änderung der Drehzahl ω und 10C zeigt eine Änderung des eingestellten d-Achsenstrombefehlswerts ΔId und des eingestellten q-Achsenstrombefehlswerts Iq.
In diesem Beispiel nimmt während der Periode von der Zeit t0 zu der Zeit t1 die Drehzahl von Null auf ω1 zu, wobei das Zieldrehmoment TM Null ist. In diesem Fall werden der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq auf Null gehalten. Während der Zeitperiode von der Zeit t1 zu der Zeit t2 nimmt das Zieldrehmoment TM von Null auf TM6 zu, wobei die Drehzahl ω bei ω1 bleibt. In diesem Fall wird der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id auf Id8 reduziert im Verhältnis zu dem Zieldrehmoment TM, und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq nimmt auf Iq8 zu im Verhältnis zu dem Zieldrehmoment TM. Während der Zeitperiode von der Zeit t2 zu der Zeit t6 nimmt die Drehzahl ω von ω1 auf ω2 zu, wobei das Zieldrehmoment TM bei TM6 bleibt. In diesem Fall bleiben während der Zeitperiode von der Zeit t2 zu der Zeit t3 bis der Betriebspunkt des Motors 4 innerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist, der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq konstant. Während der Zeitperiode von der Zeit t0 zu der Zeit t3 wird der Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 (Normalfeld/Normale-PWM-Steuerungsmodus A1a) durchgeführt. Während der Zeitperiode von der Zeit t3 zu der Zeit t4, nachdem der Betriebspunkt des Motors 4 innerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist, nimmt der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId zu, und die Starkfeldsteuerung wird ausgeführt. Darüber hinaus nimmt der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id von Id8 auf Id9 zu, und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq nimmt von Iq8 auf Iq9 zu. Zu diesem Zeitpunkt wird der Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 durchgeführt, bis der Modulationsfaktor M den Viereckwellenschwellenwert Mb erreicht (der Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4).
Während der Zeitperiode von der Zeit t4 zu der Zeit t5 nimmt dann die Drehzahl ω zu und der Durchmesser der Spannungsgrenzellipse 63, wie in Fig. gezeigt, wird reduziert. Während der Viereckwellensteuerung werden beide, der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq, die auf der Spannungsgrenzellipse 63 eingestellt sind, reduziert. Speziell wird der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id von Id9 auf Id8 reduziert, und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq wird von Iq9 auf Iq8 reduziert. In diesem Fall wird auch der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId reduziert. Während der Zeitperiode von der Zeit t4 zu der Zeit t5 wird der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 ausgeführt. Zum Zeitpunkt t5 wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null geändert und die Starkfeldsteuerung endet. Während der Zeitperiode von der Zeit t5 zu der Zeit t6, nachdem der Betriebspunkt außerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist, wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId weiter reduziert auf einen negativen Wert, und die Schwachfeldsteuerung wird durchgeführt. Darüber hinaus wird der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id von Id8 auf Id7 reduziert und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq wird von Iq8 auf Iq7 reduziert. Während der Zeitperiode von der Zeit t6 zu der Zeit t7 werden die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM konstant gehalten. Folglich werden der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq nicht geändert.
Während der Zeitperiode von der Zeit t7 bis zu der Zeit t11 wird die Drehzahl ω von der Drehzahl ω2 auf ω1 reduziert, wobei das Zieldrehmoment TM bei TM6 bleibt. In diesem Fall wird während der Zeitperiode von der Zeit t7 zu der Zeit t8, bis der Betriebspunkt des Motors 4 innerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist, die Schwachfeldsteuerung durchgeführt, und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId nimmt allmählich zu. Darüber hinaus nimmt der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id von Id7 auf Id8 zu, und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq nimmt von Iq7 auf Iq8 zu. Zum Zeitpunkt t8 ist der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId gleich Null und die Schwachfeldsteuerung endet. Während der Zeitperiode von der Zeit t5 zu der Zeit t8 wird der Schwachfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A5 durchgeführt. Während der Zeitperiode von der Zeit t8 zu der Zeit t9, nachdem der Betriebspunkt des Motors 4 innerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F ist, wird die Drehzahl ω reduziert, und der Durchmesser der Spannungsgrenzellipse 63, wie in 5 gezeigt, nimmt zu. Während der Viereckwellensteuerung nehmen folglich beide, der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq, die auf der Spannungsgrenzellipse 63 gesetzt sind, zu. Speziell nimmt der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id von Id8 auf Id9 zu, und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq nimmt von Iq8 auf Iq9 zu. In diesem Fall nimmt auch der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId zu. Während der Zeitperiode von der Zeit t8 zu der Zeit t9 wird der Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 ausgeführt. In diesem Beispiel ist irgendeine der Starkfeldendebedingungen (A) bis (C) zum Zeitpunkt t9 erfüllt, und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId wird auf Null geändert mit einer konstanten Änderungsrate (einer konstanten Reduzierungsrate), während der Zeitperiode von der Zeit t9 zu der Zeit t10. In dieser Weise wird der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id reduziert von Id9 auf Id8, und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq wird reduziert von Iq9 auf Iq8. Da die Abnahmerate des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId in dieser Weise reguliert wird, wird ebenso die Abnahmerate des eingestellten d-Achsenstrombefehlswerts Id und des eingestellten q-Achsenstrombefehlswerts Iq, die durch den d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId erhalten werden, reguliert, und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId nimmt derart zu, um eine sanfte Kurve zu bilden. In dieser Weise wird die Änderungsrate (die Abnahmerate) des Modulationsfaktors M reguliert und eine vorbestimmte Zeitperiode wird sichergestellt, bis der Modulationsfaktor M den Starkfeldschwellenwert Ms erreicht (Kurve L2 in 3). Während der Periode (von der Zeit t9 zu der Zeit t11) wird folglich der Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 durchgeführt.
Während der Zeitperiode von der Zeit t10 zu der Zeit t11, nachdem der Betriebspunkt des Motors 4 außerhalb des Starkfeldsteuerungsbereichs F liegt, werden der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq konstant gehalten. Während der Zeitperiode von der Zeit t11 zu der Zeit t12 wird das Zieldrehmoment TM von TM6 auf Null reduziert, wobei die Drehzahl ω bei ω1 gehalten wird. In diesem Fall nimmt der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id von Id8 auf Null proportional zu dem Zieldrehmoment TM zu, und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq nimmt von Iq8 proportional zu dem Zieldrehmoment TM auf Null zu. Während der Zeitperiode von der Zeit t12 zu der Zeit t13 wird die Drehzahl ω von ω1 auf Null reduziert, wobei das Zieldrehmoment TM Null ist. In diesem Fall werden der eingestellte d-Achsenstrombefehlswert Id und der eingestellte q-Achsenstrombefehlswert Iq auf Null gehalten. Während der Zeitperiode von der Zeit t10 zu der Zeit t13 wird der Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1 (Normalfeld/Normale-PWM-Steuerungsmodus A1a) durchgeführt.
4. Andere Ausführungsbeispiele

(1) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Fall gegeben, bei dem der Wert, der basierend auf dem Zieldrehmoment TM und dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω bestimmt wird, als Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT verwendet wird, der in der Starkfeldendebedingung (B) verwendet wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen kann beispielsweise der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT auf einen konstanten Wert eingestellt sein, ungeachtet des Zieldrehmoments TM und des Spannungs/Drehzahl-Verhältnisses Rvω. In diesem Fall wird vorzugsweise der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId bei dem Moment, wenn der Steuerungsmodus von dem Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus A2 zu dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus A3 geändert wird, berechnet, und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId als Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT verwendet. Ein Experiment der Erfinder hat bestätigt, dass der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId im Wesentlichen konstant war, ungeachtet des Zieldrehmoments TM. Gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung kann darüber hinaus der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT bestimmt werden basierend auf einem oder zwei Werten von dem Zieldrehmoment TM, der DC-Spannung Vdc und/oder der Drehzahl ω. Vorzugsweise wird der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT basierend auf nur dem Zieldrehmoment TM oder nur dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω bestimmt. Wenn der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT in dieser Weise bestimmt wird, wird die Starkfeldsteuerung vorzugsweise beendet, wenn beide, die Starkfeldendebedingung (B), die auf dem Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT basiert, und die Starkfeldendebedingung (A), die auf dem Drehzahlschwellenwert ωT basiert, erfüllt sind. In diesem Fall beendet die Modussteuerungseinheit 5 die Starkfeldsteuerung bei der Bedingung, dass die Drehzahl ω kleiner als der Drehzahlschwellenwert ωT ist und der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId gleich oder größer als der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT in der Richtung ist, in der der Feldfluss verstärkt ist. In diesem Fall ist vorzugsweise die Starkfeldendebedingung (C), die auf dem Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich TMR basiert, optional, und die Starkfeldsteuerung endet, wenn irgendeine der Bedingungen (A), (B) und (C) erfüllt ist.
(2) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist folgender Fall als ein Beispiel angegeben: Die Starkfeldsteuerung endet, wenn irgendeine der drei Starkfeldendebedingungen erfüllt ist, also (A) die Drehzahl ω des Motors 4 < der Drehzahlschwellenwert ωT, (B) der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId ≥ Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT, und (C) das Zieldrehmoment TM jenseits des Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereichs TMR ist. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung die Modussteuerungseinheit 5 nur die Starkfeldendebedingung (A) bestimmen und die Starkfeldendesteuerung nur durchführen, wenn die Bedingung (A) erfüllt ist. Darüber hinaus kann gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung die Modussteuerungseinheit 5 die Starkfeldendebedingungen (A) und (B) oder die Starkfeldendebedingungen (A) und (C) bestimmen und die Starkfeldendesteuerung durchführen, nur wenn irgendeine der Starkfeldendebedingungen erfüllt ist.
(3) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Fall gegeben, bei dem die Drehzahl ω des Motors 4, wo der Modulationsfaktor M der Starkfeldschwellenwert Ms (= 0,707) ist, als Drehzahlschwellenwert ωT verwendet wird, der in der Starkfeldendebedingung (A) verwendet wird. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Drehzahlschwellenwert ωT kann auf die Drehzahl ω gesetzt werden, wenn der Modulationsfaktor M einen vorbestimmten Wert annimmt, der ein anderer ist als der Starkfeldschwellenwert Ms. Folglich kann gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung der Drehzahlschwellenwert ωT auf die Drehzahl ω gesetzt werden, wenn der Modulationsfaktor M ein Wert (beispielsweise M = 0,7, M = 0,65 oder M = 0,5) ist, der kleiner ist als der Starkfeldschwellenwert Ms, oder auf die Drehzahl ω, wenn der Modulationsfaktor M ein Wert ist (beispielsweise M = 0,72 oder M = 0,75), der größer als der Starkfeldschwellenwert Ms ist. Darüber hinaus ist der Drehzahlschwellenwert ωT nicht begrenzt auf die Drehzahl ω, wenn der Modulationsfaktor M ein vorbestimmter Wert ist, sondern eine vorbestimmte Drehzahl ω, die basierend auf dem Zieldrehmoment TM und der DC-Spannung Vdc bestimmt wird, kann als Drehzahlschwellenwert ωT gesetzt werden. Gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung kann beispielsweise die Drehzahl ω, die TM = –αω + β erfüllt (α und β sind Konstanten), für jeden Wert der DC-Spannung Vdc gesetzt werden und kann als Drehzahlschwellenwert ωT verwendet werden.
(4) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Fall gegeben, bei dem der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT, der als Starkfeldendebedingung (B) verwendet wird, auf die obere Grenze des Bereichs des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId gesetzt ist, wo die Verlustdifferenz ΔLoss (= Loss1 – Loss2) positiv ist, was eine Effizienzzunahme ist, die durch das Ausführen der Starkfeldsteuerung erhalten wird. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT auf einen willkürlichen Wert in dem Bereich des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId gesetzt werden, wo die Verlustdifferenz ΔLoss positiv ist, oder in dem Bereich des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId, wo die Verlustdifferenz ΔLoss negativ ist. Darüber hinaus kann der Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT als Einstellungsbefehlsschwellenwert ΔIdT gesetzt werden, der basierend auf dem Zieldrehmoment TM und dem Spannungs/Drehzahl-Verhältnis Rvω bestimmt wird, ungeachtet der Verlustdifferenz ΔLoss.
(5) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel folgender Fall gegeben: Während des Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus, wenn die Starkfeldsteuerung endet, wird der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId allmählich mit konstanter Änderungsrate reduziert, um den Modulationsfaktor M allmählich zu reduzieren, und der Steuerungsmodus wird über den Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus auf den Normalfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus geändert. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung kann beispielsweise der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId allmählich derart reduziert werden, dass der Zeitpunkt, wenn der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId von dem Stromwert auf Null geändert wird, konstant ist, ungeachtet der Größe des Stromwerts des d-Achsenstromeinstellungsbefehlswerts ΔId, wenn die Starkfeldsteuerung endet. In diesem Fall wird die Zeit, bis der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId auf Null geändert wird, ebenso sichergestellt. Wenn der Steuerungsmodus von dem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus auf den Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus geändert wird, ist es folglich möglich, den Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus durchzuführen.
(6) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Fall gegeben, bei dem der Starkfeldschwellenwert Ms gleich dem Übermodulationsschwellenwert Mo (= 0,707) ist. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Starkfeldschwellenwert Ms auf einen Wert gesetzt sein (beispielsweise M = 0,7, M = 0,65 oder M = 0,5), der kleiner als der Übermodulationsschwellenwert Mo ist, oder auf einen Wert (beispielsweise M = 0,72 oder M = 0,75), der größer als der Übermodulationsschwellenwert Mo ist. Wenn der Starkfeldschwellenwert Ms darüber hinaus auf einen Wert gesetzt wird, der größer als der Übermodulationsschwellenwert Mo ist, wird der Normalfeld/Übermodulations-PWM-Steuerungsmodus A1b ausgeführt als Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus A1, bevor die Starkfeldsteuerung beginnt.
(7) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Fall gegeben, bei dem die Motorantriebsvorrichtung 1 die DC-Spannung Vdc von der DC-Leistungsversorgung 3 an den Wechselrichter 6 liefert. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß einem von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine Spannungsumwandlungseinheit, wie beispielsweise ein DC-DC-Wandler, der eine Leistungsversorgungsspannung von der DC-Leistungsversorgung 3 umwandelt, um eine gewünschte Systemspannung zu erzeugen, bereitgestellt sein, und die Systemspannung, die durch die Spannungsumwandlungseinheit erzeugt wird, kann an den Wechselrichter 6 geliefert werden, der eine DC-AC-Umwandlungseinheit ist. In diesem Fall kann die Spannungsumwandlungseinheit ein Aufwärtswandler sein, der schrittweise die Leistungsversorgungsspannung anhebt, ein Abwärtswandler, der die Leistungsversorgungsspannung schrittweise senkt, oder ein Aufwärts/Abwärts-Wandler, der die Leistungsversorgungsspannung anhebt und absenkt.
(8) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Fall gegeben, bei dem der AC-Motor 4 ein Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM) ist, der durch einen Dreiphasenwechselstrom betrieben wird. Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Ein Oberflächenpermanentmagnet-Synchronmotor (SPMSM = surface permanent magnet synchronous motor) kann als AC-Motor 4 verwendet werden. Alternativ können beispielsweise Induktionsmotoren, die andere als der Synchronmotor sind, als AC-Motor verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Einphasenwechselstrom, ein Zweiphasenwechselstrom oder ein Mehrphasenwechselstrom mit vier oder mehr Phasen, der ein anderer ist als ein Dreiphasenwechselstrom, als AC (Wechselstrom), der an den AC-Motor geliefert wird, verwendet werden.
(9) In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel der Fall gegeben, bei dem der Motor 4 als eine Antriebskraftquelle beispielsweise für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug verwendet wird. Die Verwendung des Motors 4 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern die Erfindung kann auf Motoren für alle Anwendungen angewendet werden.

Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung kann geeignet verwendet werden für eine Steuerungsvorrichtung, die eine Motorantriebsvorrichtung steuert, die eine DC-AC-Umwandlungseinheit enthält, die eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt und die AC-Spannung an einen AC-Motor liefert.
Bezugszeichenliste

1: Motorantriebsvorrichtung
2: Steuerungsvorrichtung
4: AC-Motor
5: Modussteuerungseinheit
6: Wechselrichter (DC/AC-Umwandlungseinheit)
7: Strombefehlsbestimmungseinheit
8: Feldeinstellungseinheit
9: Spannungsbefehlsbestimmungseinheit
10: Spannungswellenformsteuerungseinheit
Vdc: DC-Spannung
TM: Zieldrehmoment
ω: Drehzahl
Idb: d-Achsenbasisstrombefehlswert (Basisstrombefehlswert)
Id: eingestellter d-Achsenstrombefehlswert (eingestellter Strombefehlswert)
Iqb: q-Achsenbasisstrombefehlswert (Basisstrombefehlswert)
Iq: eingestellter q-Achsenstrombefehlswert (eingestellter Strombefehlswert)
ΔId: d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert (Feldeinstellungsbefehlswert)
Vd: d-Achsenspannungsbefehlswert (Spannungsbefehlswert)
Vq: q-Achsenspannungsbefehlswert (Spannungsbefehlswert)
M: Modulationsfaktor (Spannungsindex)
Mb: Viereckwellenschwellenwert
Ms: Starkfeldschwellenwert
Rvω: Spannungs/Drehzahl-Verhältnis
ωT: Drehzahlschwellenwert
ΔIdT: Einstellungsbefehlsschwellenwert
TMR: Starkfeldzulässigkeitsdrehmomentbereich
A1: Normalfeld/PWM-Steuerungsmodus
A2: Starkfeld/PWM-Steuerungsmodus
A3: Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus

Claims

Steuerungsvorrichtung, die eine Motorantriebsvorrichtung steuert, die eine DC/AC-Umwandlungseinheit enthält, die eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umwandelt und die AC-Spannung an einen AC-Motor liefert, enthaltend: eine Strombefehlsbestimmungseinheit, die einen Basisstrombefehlswert bestimmt, der ein Befehlswert eines Stroms ist, der von der DC/AC-Umwandlungseinheit an den AC-Motor geliefert wird, basierend auf einem Zieldrehmoment des AC-Motors; eine Feldeinstellungseinheit, die einen Feldeinstellungsbefehlswert bestimmt, der ein Einstellungswert des Basisstrombefehlswerts ist; eine Spannungsbefehlsbestimmungseinheit, die einen Spannungsbefehlswert bestimmt, der ein Befehlswert einer Spannung ist, die von der DC/AC-Umwandlungseinheit an den AC-Motor geliefert wird, basierend auf einem eingestellten Strombefehlswert, der erhalten wird durch Einstellen des Basisstrombefehlswerts mit dem Feldeinstellungsbefehlswert, und basierend auf der Drehzahl des AC-Motors; und eine Spannungswellenformsteuerungseinheit, die die DC/AC-Umwandlungseinheit basierend auf dem Spannungsbefehlswert steuert, um eine Spannungswellenformsteuerung durchzuführen, die mindestens eine Pulsbreitenmodulationssteuerung und eine Viereckwellensteuerung enthält; und eine Modussteuerungseinheit, die die Feldeinstellungseinheit und die Spannungswellenformsteuerungseinheit steuert; wobei die Spannungswellenformsteuerungseinheit die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchführt, wenn ein Spannungsindex, der die Größe des Spannungsbefehlswerts bezüglich der DC-Spannung angibt, kleiner als ein vorbestimmter Viereckschwellenwert ist, und die Viereckwellensteuerung durchführt, wenn der Spannungsindex gleich oder größer als der Viereckschwellenwert ist, die Feldeinstellungseinheit aufgebaut ist zum Durchführen der Feldsteuerung, die mindestens eine Starkfeldsteuerung enthält, die einen Feldeinstellungsbefehlswert derart bestimmt, dass der Basisstrombefehlswert eingestellt wird, um einen Feldfluss des AC-Motors zu verstärken, und eine Normalfeldsteuerung, die den Feldeinstellungsbefehlswert derart bestimmt, dass der Basisstrombefehlswert nicht eingestellt wird, und die Starkfeldsteuerung bei der Bedingung durchführt, dass der Spannungsindex gleich oder größer als ein vorbestimmter Starkfeldschwellenwert ist, der kleiner als der Viereckwellenschwellenwert ist, und die Modussteuerungseinheit die Starkfeldsteuerung beendet, die von der Feldeinstellungseinheit durchgeführt wird, bei der Bedingung, dass die Drehzahl kleiner als ein Drehzahlschwellenwert ist, der bestimmt wird basierend auf dem Zieldrehmoment und der DC-Spannung.
Steuerungsvorrichtung der Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in einem Starkfeld/Viereckwellen-Steuerungsmodus, bei dem die Starkfeldsteuerung und die Viereckwellensteuerung durchgeführt werden, wenn die Starkfeldsteuerung endet, die Modussteuerungseinheit allmählich den Feldeinstellungsbefehlswert in eine Richtung ändert, in der die Größe der Einstellung des Feldflusses reduziert wird, um allmählich den Spannungsindex zu reduzieren, wodurch der Steuerungsmodus in den Normalfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus geändert wird, bei dem die Normalfeldsteuerung und die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchgeführt werden über den Starkfeld/Pulsbreitenmodulations-Steuerungsmodus, bei dem die Starkfeldsteuerung und die Pulsbreitenmodulationssteuerung durchgeführt werden.
Steuerungsvorrichtung der Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehzahl, bei der der Spannungsindex der Starkfeldschwellenwert ist während der Normalfeldsteuerung, als der Drehzahlschwellenwert basierend auf dem Zieldrehmoment und der DC-Spannung gesetzt ist.
Steuerungsvorrichtung der Motorantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Modussteuerungseinheit beides bestimmt, eine Bedingung, dass die Drehzahl kleiner als der Drehzahlschwellenwert ist, und eine Bedingung, dass der Feldeinstellungsbefehlswert gleich oder größer als ein vorbestimmter Einstellungsbefehlsschwellenwert in einer Richtung ist, in der der Feldfluss verstärkt wird, und die Starkfeldsteuerung beendet, wenn mindestens eine der Bedingungen erfüllt ist.
Steuerungsvorrichtung der Motorantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Modussteuerungseinheit die Feldeinstellungseinheit steuert, um nicht die Starkfeldsteuerung durchzuführen, wenn das Zieldrehmoment des AC-Motors jenseits eines vorbestimmten zulässigen Starkfelddrehmomentbereichs ist.
Steuerungsvorrichtung der Motorantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenn die Starkfeldsteuerung endet, die Modussteuerungseinheit die Feldeinstellungseinheit steuert zum Ändern des Feldeinstellungsbefehlswerts von dem Stromwert auf Null mit einer konstanten Änderungsrate.
Steuerungsvorrichtung der Motorantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Spannungsbefehlsbestimmungseinheit eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung für den eingestellten Strombefehlswert basierend auf einem tatsächlichen Stromwert durchführt, der der tatsächliche Wert des Stroms ist, der von der DC/AC-Umwandlungseinheit zu dem AC-Motor geliefert wird, wodurch der Spannungsbefehlswert bestimmt wird.