DE112012003134T5

DE112012003134T5 - Invertervorrichtung

Info

Publication number: DE112012003134T5
Application number: DE112012003134.2T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yamada; Toshiyuki Ajima; Hiroshi Tamura; Kimihisa FURUKAWA
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: WO2013015320A1; CN103703670B; US20140167662A1; JP5719715B2; DE112012003134B4; JP2013027261A; CN103703670A

Abstract

Eine Invertervorrichtung, die einen Motor unter Verwendung eines Signals von einem Positionssensor zum Detektieren einer Rotordrehposition des Motors steuert, umfasst eine Anfangseinstelleinheit, die eine Phase des Stroms zum Festlegen einer Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors im Uhrzeigersinn und eine Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors gegen den Uhrzeigersinn ausgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Invertervorrichtung, die eine angelegte Spannung zum Erfassen eines Positionsfehlers zwischen einer Rotordetektionsposition, die aus einem Drehpositionssensorsignal eines Motors berechnet wird, und einer Position einer elektromotorischen Kraft ausgibt.
Stand der Technik
In einer Motorausrüstung unter Verwendung eines Synchronmotors ist zur geeigneten Steuerung einer Phase einer elektromotorischen Kraft und einer angelegten Spannung ein Motorantrieb durch Detektieren einer Rotordetektionsposition von einem Drehpositionssensorsignal des Motors und geeignetes Steuern der Phase der angelegten Spannung erwünscht. In PTL 1 ist eine Technologie zum Erfassen und Korrigieren eines Positionsfehlers zwischen der Rotordetektionsposition, die vom Drehpositionssensorsignal des Motors erhalten wird, und einer Position der elektromotorischen Kraft offenbart.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2003-319680

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Probleme
In PTL 1 ist in einer Vorrichtung, die die Motorsteuerung unter Verwendung einer Position θs, die von einem Eingangssignal vom Drehpositionssensor des Motors erhalten wird, zum Erfassen eines Rotordetektionspositionsfehlers θe von der Position der elektromotorischen Kraft durchführt, ein Verfahren zum Zuführen von Motorsperrströmen Iu, Iv, Iw für eine ideale Position θ*, Ziehen des Rotors in die Motordrehposition, die mit der Position der elektromotorischen Kraft übereinstimmt (die Bewegung, mit der sich ein Motorrotor dreht, und der Rotor die Drehung durch eine magnetomotorische Kraft, die durch eine Motorwicklung gebildet wird, gemäß den Motorsperrströmen und einer magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Rotormagneten und dem Motor sperrt), Erfassen einer Phasendifferenz zwischen der Rotordetektionsposition θs und der idealen Position θ* als Rotordetektionspositionsfehler θe, Korrigieren des Rotordetektionspositionsfehlers θe beim Motorantrieb und Ausgeben einer angelegten Spannung offenbart.
Wenn jedoch der Rotor in die Motordrehposition als ideale Position θ* gezogen wird, wird ein Ausgangsdrehmoment kleiner, da eine Phasendifferenz zwischen einer tatsächlichen Motordrehposition θm und der idealen Position θ* kleiner ist. Insbesondere wenn die Position θm mit der idealen Position θ* übereinstimmt, wird das Ausgangsdrehmoment null.
Wie in 3 gezeigt, bestehen in einem tatsächlichen Motor ein Reibungsdrehmoment und ein Rastdrehmoment der Ausgangswelle, und die Position θm stimmt nicht mit der idealen Position θ* überein und eine Positionsabweichung θr wird erzeugt. Die Positionsabweichung θr ist eine Detektionsgenauigkeit des Rotordetektionspositionsfehlers θe unter den gegebenen Umständen, und die Positionsabweichung θr muss kleiner gemacht werden und die Motorsperrströme werden erhöht.
Es ist jedoch erforderlich, die Amplituden der Motorsperrströme aufgrund der Beziehung des Verlusts und der Wärmeerzeugung einer Inverterschaltung zu minimieren, und es besteht ein Problem, dass die Beruhigungszeit der Motordrehposition länger ist, wenn die Motorsperrströme erhöht werden. In der Motorausrüstung, in der das Reibungsdrehmoment und das Rastdrehmoment sich in Abhängigkeit von der Stoppposition des Motors ändern, war es daher unmöglich, den Rotordetektionspositionsfehler θe genau zu erfassen.
Die Erfindung soll eine Invertervorrichtung schaffen, die einen Rotordetektionspositionsfehler θe zwischen einer Position θs, die aus einem Eingangssignal von einem Drehpositionssensor eines Motors erhalten wird, und einer Position einer elektromotorischen Kraft mit hoher Genauigkeit erfasst und steuert.
Lösung für die Probleme
Um die Probleme zu lösen, kann die Vorrichtung beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie eine Anfangseinstelleinheit aufweist, die eine Phase des Stroms zum Festlegen einer Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors im Uhrzeigersinn und eine Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors gegen den Uhrzeigersinn ausgibt. Dadurch können das Reibungsdrehmoment bei der Drehung im Uhrzeigersinn und das Reibungsdrehmoment bei der Drehung gegen den Uhrzeigersinn aufgehoben werden.
Ferner kann die Anfangseinstelleinheit dazu ausgelegt sein, die Phase des Stroms zum Drehen des Motors in der Richtung im Uhrzeigersinn auszugeben und dann die Phase des Stroms zum Drehen des Motors in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn auszugeben. Dadurch kann der Einfluss des Rastdrehmoments in der Motordrehposition aufgehoben werden, selbst wenn die anfängliche Stoppposition des Motors in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn angenommen wird.
Überdies kann die Anfangseinstelleinheit einen Drehwinkel zum Drehen des Motors auf 60 Grad im elektrischen Winkel setzen. Dadurch besteht ein Vorteil, dass der Motorpositionierungsvorgang stabil wird, da eine angelegte Spannung gemäß einem Spannungsvektor des Inverters ausgegeben werden kann.
Außerdem kann die Anfangseinstelleinheit bei der Untersuchung der Invertervorrichtung ein Fahrzeug in einen Parkzustand mit Leerlauf setzen und ein Befehlssignal für den anfänglichen Betrieb ausgeben. Dadurch besteht ein Vorteil, dass der Motorpositionierungsvorgang stabil wird, da eine Last am Motor minimiert wird, und die angelegte Spannung gemäß dem Spannungsvektor des Inverters in einem Zustand ausgegeben werden kann, in dem der Motor in das Fahrzeug eingebaut wurde.
Ferner kann die Vorrichtung so ausgelegt sein, dass sie eine Steuereinheit umfasst, die ein PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass ein Invertergleichstrom in einer Stoppposition des Rotors einen vorbestimmten Stromwert annehmen kann, und dann das PWM-Tastverhältnis hält und das PWM-Tastverhältnis ausgibt, so dass die angelegte Spannung einen vorbestimmten Wert annehmen kann. Dadurch kann die Amplitude des Stroms, wenn die Motordrehposition durch Drehen des Motors in der Richtung im Uhrzeigersinn oder der Richtung gegen den Uhrzeigersinn festgelegt wird, eingestellt werden und die Einstellzeit kann verkürzt werden.
Ferner kann die Vorrichtung so ausgelegt sein, dass sie eine Steuereinheit umfasst, die das PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass der Invertergleichstrom einen vorbestimmten Stromwert bei der Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in der Richtung im Uhrzeigersinn annehmen kann, und eine Ausgabe durchführt, wobei das PWM-Tastverhältnis gehalten wird, und das PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass der Invertergleichstrom einen vorbestimmten Stromwert bei der Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn annehmen kann, und eine Ausgabe durchführt, wobei das PWM-Tastverhältnis gehalten wird.
Dadurch besteht ein Vorteil, dass die Amplitude des Stroms, wenn die Motordrehposition festgelegt wird, durch Drehen des Motors in der Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn konstant geeignet eingestellt werden kann.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß dem Motor und der Invertervorrichtung der Erfindung werden bei der Detektion des Rotorpositionsdetektionsfehlers θe zwischen der Position θs, die vom Eingangssignal des Drehpositionssensors des Motors erhalten wird, und der Position der elektromotorischen Kraft die Phase des Stroms zum Ziehen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in der Richtung des Motors im Uhrzeigersinn und der Phase des Stroms zum Ziehen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in der Richtung des Motors gegen den Uhrzeigersinn ausgegeben und dadurch können die Amplituden des Reibungsdrehmoments und des Rastdrehmoments des Motors aufgehoben werden und der Rotorpositionsdetektionsfehler θe kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorausrüstung der Erfindung zeigt.
2 zeigt Konfigurationsdiagramme eines Motors in einer ersten Ausführungsform.
3 zeigt Schnittansichten, die einen Sensorbefestigungsfehler in der ersten Ausführungsform zeigen.
4 ist ein Kennliniendiagramm, das Motorsperrströme und Motordrehpositionen in der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Ablaufplan, der einen Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Vektordiagramm, das den Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das den Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigt.
8 zeigt Schnittansichten, die Drehpositionen zeigen, die den Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigen.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm eines elektrischen Servolenksystems, auf das die Motorausrüstung der Erfindung angewendet wird.
10 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Hybrid-Kraftfahrzeugsystems, auf das die Motorausrüstung der Erfindung angewendet wird.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung mit einer Invertervorrichtung der Erfindung zeigt.
Die Motorausrüstung 500 ist zur Anwendung zum Antreiben eines Motors mit hoher Effizienz durch Detektieren eines Befestigungspositionsfehlers eines Drehpositionssensors eines Motors und Korrigieren des Fehlers beim Motorantrieb geeignet. Die Motorausrüstung 500 weist einen Motor 300 und eine Motorantriebsvorrichtung 100 auf.
Die Motorantriebsvorrichtung 100 weist eine Stromdetektionseinheit 120, eine Stromreferenzeinheit 170, eine Stromsteuereinheit 110, eine Koordinatentransformationseinheit 115, eine Inverterschaltung 130, eine Drehpositionsdetektionseinheit 150, eine Anfangspositionseinstelleinheit 140 und eine Positionskorrektureinheit 142 auf. Eine Batterie 200 ist eine Gleichspannungsquelle für die Motorantriebsvorrichtung 100 und eine Gleichspannung Edc der Batterie 200 wird in eine Dreiphasen-Wechselspannung mit variabler Spannung und variabler Frequenz durch die Inverterschaltung 130 der Motorantriebsvorrichtung 100 transformiert und an den Motor 300 angelegt.
Der Motor 300 ist ein Synchronmotor, der durch die Zufuhr der Dreiphasen-Wechselspannung zur Drehung angetrieben wird. Ein Drehpositionssensor 320 ist am Motor 300 zum Steuern der Phase der angelegten Dreiphasen-Wechselspannung mit der Phase einer elektromotorischen Kraft des Motors 300 befestigt und eine Rotordetektionsposition θs wird aus einem Eingangssignal des Drehpositionssensors 320 in der Drehpositionsdetektionseinheit 150 berechnet. Hier ist ein Drehmelder mit einem Eisenkern und einer Wicklung für den Drehpositionssensor geeignet, es besteht jedoch bei der Verwendung eines GMR-Sensors oder eines Sensors unter Verwendung eines Hall-Elements kein Problem.
Die Motorantriebsvorrichtung 100 weist eine Stromsteuerfunktion zum Steuern der Ausgabe des Motors 300 auf und gibt einen Stromdetektionswert (Id, Iq), der durch dq-Transformation von einem Dreiphasen-Motorstromwert (Iu, Iv, Iw) und einer Drehposition θ in der Stromdetektionseinheit 120 erhalten wird, aus. Die Stromsteuereinheit 110 gibt eine Spannungsreferenz (Vd*, Vq*) aus, so dass der Stromdetektionswert (Id, Iq) mit einem Stromreferenzwert (Id*, Iq*) übereinstimmen kann, der in Reaktion auf ein Zieldrehmoment in der Stromreferenzeinheit 170 erzeugt wird.
In der Koordinatentransformationseinheit 115 wird die Ausgangsspannung durch einmaliges Transformieren der Spannung in die angelegte Dreiphasenspannung für den Motor aus der Spannungsreferenz (Vd*, Vq*) und der Drehposition θ und dann Ein/Aus-Steuern von Halbleiterschaltelementen der Inverterschaltung 130 unter Verwendung eines impulsbreitenmodulierten (PWM) Ansteuersignals eingestellt.
Die Anfangspositionseinstelleinheit 140 detektiert einen Rotordetektionspositionsfehler θe als Phasendifferenz (Positionsdifferenz) zwischen der Drehposition, die aus einem Signal des Drehpositionssensors, der am Motor befestigt ist, detektiert wird, und der elektromotorischen Kraft. Ein Anfangseinstellaktuator 141 empfängt einen Anfangspositionseinstellmodusbefehl über CAN-Kommunikationen, schaltet ein PWM-Signal auf ein Signal vom Anfangseinstellaktuator 141, detektiert den Rotordetektionspositionsfehler θe und gibt ihn als Einstellungsergebnissignal über CAN-Kommunikationen oder dergleichen aus. Bei der Anfangspositionseinstellung wird der Motorstrom detektiert und der Stromwert wird gesteuert. In der Positionskorrektureinheit 142 wird die Rotordetektionsposition θs unter Verwendung des Rotordetektionspositionsfehlers θe korrigiert und die Drehposition θ mit dem korrigierten Befestigungspositionsfehler oder dergleichen wird ausgegeben.
Es ist zu beachten, dass in der Motorausrüstung 500, wenn die Drehzahl des Motors 300 gesteuert wird, eine Motordrehzahl ωr unter Verwendung der zeitlichen Änderung der Drehposition θ berechnet wird und eine Spannungsreferenz oder eine Stromreferenz so erzeugt wird, dass sie einem Drehzahlbefehl von einem Controller höherer Ebene folgt. Wenn das Ausgangsdrehmoment gesteuert wird, wird ferner die Stromreferenz (Id*, Iq*) unter Verwendung eines relationalen Ausdrucks des Motorstroms (Id, Iq) und des Motordrehmoments oder einer Abbildung davon erzeugt.
Als nächstes wird das Konfigurationsdiagramm des Motors in der ersten Ausführungsform unter Verwendung von 2 erläutert.
2 zeigt einen Schnitt in einer Motorwellenrichtung und eine radiale (A-A') Schnittansicht des Motors 300. Der in der Ausführungsform gezeigte Motor ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor mit einem Permanentmagnetfeld und insbesondere ein Permanentmagnet-Synchronmotor vom Typ mit einem verkleideten Magneten, in dem ein Permanentmagnet in einem Rotorkern verkleidet oder darin eingebettet ist. In einem Stator 311 ist eine Dreiphasenwicklung von U, V, W nacheinander um die Zähne eines Statorkerns gewickelt. Ein Rotor 302 (mit einem Rotorkern, einem Permanentmagneten 303 und einer Motorwelle 360) ist mit einem Spalt innerhalb des Stators 311 versehen, um einen Motor mit innerem Rotor zu bilden.
Der Drehpositionssensor 320 befindet sich innerhalb eines Motorgehäuses, eine Magnetdichtungsplatte 341 ist zwischen den Stator 311 und den Drehpositionssensor 320 gesetzt und ein Sensorstator 321 des Drehpositionssensors ist am Motorgehäuse befestigt. Ein Sensorrotor 322 des Drehpositionssensors ist mit einem Rotor durch die Motorwelle 360 verbunden und die Rotorwelle 360 ist durch Lager 350A, B rotatorisch abgestützt.
Der Motor ist ein Motor mit konzentrierter Wicklung, ein Motor mit verteilter Wicklung kann jedoch verwendet werden. Ferner wird der Drehmelder für den Drehpositionssensor 320 verwendet, es besteht jedoch kein Problem bei der Verwendung eines Hall-Elements oder eines GMR-Sensors, da dieselbe Detektion unter Verwendung eines magnetischen Erregungssignals für eine Vorspannung des Sensorelements durchgeführt werden kann.
Als nächstes werden Schnittansichten, die einen Sensorbefestigungsfehler in der ersten Ausführungsform zeigen, unter Verwendung von 3 erläutert. In den Zeichnungen sind zum Zeigen einer Phase einer elektromotorischen Gegenkraft und des Befestigungspositionsfehlers des Drehpositionssensors die Positionsbeziehungen zwischen dem Stator und dem Rotor des Motors und der Rotor des Drehmelders schematisch als radiale Schnittansichten des Motors gezeigt, wie von der Drehmelderrotorseite gesehen. Hier kann die Betrachtung des Befestigungspositionsfehlers des Drehmelderstators der Bequemlichkeit halber als Befestigungspositionsfehler des Drehmelderrotors behandelt werden. Der Drehmelder weist vier Pole auf, kann jedoch gemäß der Anzahl von Paaren von Polen des Motors geändert werden.
3(1) zeigt einen Anfangszustand vor der Rotorpositionierung, in dem der Motor vor der Erregung des Inverters gestoppt ist. Die Mittelachse des Permanentmagneten (Rm-Achse) des Motorrotors 302 als Motor-d-Achse in Bezug auf die U-Phasen-Spulenachse (UC-Achse) des Stators 311 befindet sich in einer Position θ1. Die Achse des Schenkelpols (0 Grad) des Sensorrotors 322 ist die Drehmelderrotorachse (Rs-Achse) und eine Rotordetektionsposition θs1 des Drehpositionssensors. Die Positionsverschiebung zwischen der Rm-Achse und der Rs-Achse ist der Befestigungspositionsfehler θe und das Ausmaß der Positionsverschiebung, das durch den mechanischen Befestigungspositionsfehler bestimmt ist, und wird als individuelle Differenz in Bezug auf jeden Motor, die nach der Motormontage bestimmt wird, betrachtet.
Wenn es möglich ist, den Befestigungspositionsfehler innerhalb ±1 Grad im mechanischen Winkel zu steuern, ist im Fall eines Motors mit vier Paaren von Polen das Ausmaß der Positionsverschiebung im elektrischen Winkel, das für die Motorsteuerung verwendet wird, vierfach, ±4 Grad, und im Fall eines Motors mit acht Paaren von Polen entspricht das Ausmaß ±8 Grad im elektrischen Winkel. Der Positionsfehler im elektrischen Winkel ist ein Stromsteuerfehler in der Motorsteuerung wie z. B. Feldschwächungssteuerung und führt zum Erhöhen des Motorleistungsverbrauchs und folglich ist es erforderlich, den Positionsfehler im elektrischen Winkel so zu steuern, dass er kleiner ist (den Fehler als elektrischen Winkel für die Drehposition des Motors zu handhaben, die nicht klar festgelegt ist).
Da die Steuerung der mechanischen Genauigkeit schwierig ist, wird der Positionsfehler im Allgemeinen im Voraus gemessen und in einem nichtflüchtigen Speicher innerhalb des Inverters gehalten und die Drehposition θ nach der Korrektur der Rotordetektionsposition θs unter Verwendung des im Voraus gemessenen Positionsfehlers durch die Positionskorrektureinheit 142 wird für die Anwendung auf die Motorsteuerung verwendet.
Eine Funktion der Integration dieser Logik zum Messen des Positionsfehlers im Voraus in den Inverter für die automatische Einstellung ist erwünscht. Ein Verfahren zum Anlegen eines Sperrstroms an den Motor, Ziehen der Motordrehposition zur Positionierung und Verwenden der Abweichung der Phase des Stroms (der Phase des angelegten Stroms) von der Rotordetektionsposition θs als Rotordetektionspositionsfehler θe ist beispielsweise bekannt.
Hier wird nicht nur ein Reibungsdrehmoment an der Ausgangswelle des Motors erzeugt, sondern auch eine Drehmomentschwankung (Rastdrehmoment oder dergleichen) wird aufgrund der Magnetflussverteilung erzeugt, die durch die Struktur des Motorstators 311 und des Magneten 303 des Rotors 302 bestimmt ist.
3(2) zeigt einen idealen Zustand ohne Reibungsdrehmoment oder Rastdrehmoment, in dem der Rotordetektionspositionsfehler θe, der durch die Abweichung der Phase des Stroms von der Rotordetektionsposition θs erhalten wird, gleich dem Befestigungspositionsfehler ist.
Tatsächlich haben jedoch das Reibungsdrehmoment und das Rastdrehmoment einen Einfluss und, wie in 3(3) gezeigt, ist die Rm-Achse der tatsächlichen Ausrüstung nicht auf die UC-Achse der Phase des Stroms ausgerichtet und weist ein Ausmaß einer Positionsverschiebung θ2 auf, und die Detektionsgenauigkeit des Rotordetektionspositionsfehlers ist verschlechtert.
Als nächstes wird ein Kennliniendiagramm, das den Motorsperrstrom und die Motordrehposition in der ersten Ausführungsform zeigt, unter Verwendung von 4 erläutert. Die Position der UC-Achse in 3 liegt bei 0 Grad des Drehwinkelpositionsfehlers der horizontalen Achse in 4 und in einer Position eines V1-Vektors in 6, die später beschrieben werden soll. Wenn der Motor in der Position (1) in 4 stoppt, fließt der Motorsperrstrom durch Erregung des V1-Vektors, die Motordrehposition bewegt sich und der Drehwinkelpositionsfehler wird kleiner. Andererseits wird das Motordrehmoment durch (Gl. 1) ausgedrückt. T = Pn·{Φ·Iq + (Ld – Lq)·Id·Iq} (Gl. 1) wobei T: Drehmoment, Pn: Anzahl von Paaren von Polen, ϕ: Flussgehalt des Motors, Ld: d-Achsen-Induktivität, Lq: q-Achsen-Induktivität, Id: d-Achsen-Strom und Iq: q-Achsen-Strom, und unter der Annahme, dass der Phasenwinkel der q-Achse und des Stroms I β ist, wird T durch (Gl. 2) ausgedrückt. T = Pn·{Φ·I·cosβ + 1/2 × (Ld – Lq)·I²·sin(2β)} (Gl. 2)
Wenn der Motorsperrstrom I fließt und die Motordrehposition gezogen wird, wird der Zustand von Iq = 0 und Id = I festgesetzt und Motordrehmoment T = 0. Folglich stoppt die Motordrehposition tatsächlich in der Position, in der das Reibungsdrehmoment und das Motordrehmoment ausgeglichen sind. Unter der Annahme, dass das Reibungsdrehmoment T3 > T2 > T1 erfüllt, ist der Drehwinkelpositionsfehler größer, da das Reibungsdrehmoment größer ist.
Wenn der Motorstrom größer gemacht wird, wird der Drehwinkelpositionsfehler kleiner und konvergiert auf einen spezifischen Drehwinkelpositionsfehler: Wenn beispielsweise das Reibungsdrehmoment T2 ist, konvergiert der Drehwinkelpositionsfehler auf θe1. In dem Fall, in dem die Amplitude des Reibungsdrehmoments sich in Abhängigkeit von der Drehposition des Motors ändert oder der Reibungswiderstand sich in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert, ist es unmöglich, den Positionsfehler mit hoher Genauigkeit zu erfassen, und eine Minimierung des Einflusses des Reibungsdrehmoments ist absolut erforderlich.
Als nächstes wird ein Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform unter Verwendung von 5 bis 8 erläutert. 5 ist ein Ablaufplan, der den Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigt. 6 ist ein Vektordiagramm, das den Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigt. 7 ist ein Wellenformdiagramm, das den Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigt. 8 zeigt Schnittansichten, die Drehpositionen zeigen, die den Anfangspositionseinstellvorgang in der ersten Ausführungsform zeigen.
Der Ablaufplan von 5 wird als Mikrocomputerprogramm des Controllers des Inverters ausgeführt und die Erregung wird unter Verwendung des in 6 gezeigten Spannungsvektors des Inverters als angelegte Spannung durchgeführt. Der Gleichstrom Idc des Inverters ist in 7 gezeigt (Impulsstrom in Reaktion auf den PWM-Impuls, der mit Spitzenwerten aufgetragen ist).
Die Erläuterung wird gemäß den Schritten in 5 durchgeführt. Schritt 1 ist ein Zustand, in dem der Motor vor der Erregung stoppt, und die Rotordetektionsposition θs1 als Rotorstoppposition, die der Position von (1) in 6 entspricht, erfasst wird. In Schritt 2 wird der Spannungsvektor V1 (1,0,0) am nächsten zur Rotordetektionsposition θs1 als Stoppposition ausgegeben, der Motorstrom wird in einer Rampenform erhöht und eine PWM-Impulsbreite mit einem vorgegebenen Motorstromwert wird ausgegeben und die Beruhigungszeit der Motorposition wird verkürzt (der Motorstrom kann in einer Stufenform geändert werden). Der Gleichstrom Idc weist einen Abschnitt von (2) in 7 auf. Der Motor hält in der Position von (2) in 6. Hier dienen die Vorgänge in Schritt 1 und Schritt 2 für eine gleichmäßige Ausführung des Anfangspositionseinstellvorgangs und können weggelassen werden.
In Schritt 3 wird zum Bewegen des Motors in die auf 60 Grad von der aktuellen Motorposition gedrehte Position der Spannungsvektor V6 (1,0,1) ausgegeben und der Gleichstrom Idc nimmt eine zeitliche Wellenform des Abschnitts von (3) an. Der Strom fällt vom Abschnitt (2) zum Abschnitt (3) des Gleichstroms Idc aufgrund der Steuerung der angelegten Spannung, so dass sie konstant ist (PWM konstant), wenn der Spannungsvektor geändert wird, da die Motordrehzahl, wenn der Spannungsvektor umgeschaltet wird, höher ist und die elektromotorische Gegenkraft größer ist. Wenn die Steuerung mit konstantem Gleichstrom durchgeführt wird, kann die zeitliche Wellenform fast konstant gemacht werden, wenn jedoch die Anzahl von Codes der Motorsteuersoftware und das Betriebsgeräusch und die Beruhigungszeit beim Umschalten des Spannungsvektors betrachtet werden, besteht kein spezielles Problem ohne die Steuerung mit konstantem Gleichstrom.
Der Gleichstrom Idc ist in den anschließenden Schritten derselbe und eine Stromwellenform, in der fünf Stromabschnitte kontinuierlich sind, wird durch den Anfangspositionseinstellvorgang erhalten. In Schritt 4 wird der Spannungsvektor V1 (1,0,0) ausgegeben und der Motor wird auf der UC-Achse als Vektor von V1 durch CW-Drehung festgesetzt. Die Position der Rm-Achse zu diesem Zeitpunkt ist θ4, die Rotordetektionsposition ist θs4 und θs4 = θ4 + θe wird erreicht. Zum Bewegen des Motors in die Position, die auf fast 60 Grad von der Motorposition gedreht ist, in Schritt 5 wird dann der Spannungsvektor V2 (1,1,0) ausgegeben und in Schritt 6 wird der Spannungsvektor V1 (1,0,0) ausgegeben und der Motor wird auf der UC-Achse als Vektor von V1 durch CCW-Drehung festgesetzt. Die Position der Rm-Achse zu diesem Zeitpunkt ist θ6, die Rotordetektionsposition ist θs6 und θs6 = –θ6 + θe wird erreicht.
Hier ist das Motorreibungsdrehmoment im V1-Vektor fast gleich und |θ4| = |θ6| und der Motor wird durch die Drehung von CW (im Uhrzeigersinn) und CCW (gegen den Uhrzeigersinn) näher an den V1-Vektor gebracht und die Vorzeichen von θ4 und θ6 werden umgekehrt (das Reibungsdrehmoment wirkt entgegengesetzt).
In Schritt 7 wird die Befestigungsfehlerberechnung des Positionsdetektors durchgeführt und der Rotordetektionspositionsfehler θe wird unter Verwendung von θe = (θs4 + θs6)/2 erhalten, und dadurch kann der Einfluss des Reibungsdrehmoments aufgehoben werden und der Befestigungspositionsfehler des Drehpositionssensors kann mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
Es ist zu beachten, dass im Fall, in dem ein Reibungsdrehmoment in Abhängigkeit von der Drehrichtung besteht, das Reibungsdrehmoment unter der Annahme, dass die Stromwerte von Schritt 2 I2 und I2' (I2 < I2') sind, auf der Basis der Kennlinien von 4 berechnet werden kann. Zur Vereinfachung werden, wenn Ld = Lq angenommen wird, aus (Gl. 2) T = Pn·Φ·I2·cosβ = Pn·Φ·I2·sin(θ1) (Gl.3) T = Pn·Φ·I2'·sin(θ2') = Pn·Φ·I2'·sin(θ1 – Δθ) (Gl. 4) erhalten. Hier gilt Δθ = θ2 – θ2'
Durch Auflösen des Gleichungssystems von (Gl. 3) und (Gl. 4) können θ2 und θ2' erhalten werden, das Reibungsdrehmoment, wenn es sich in Abhängigkeit von der Drehrichtung ändert, kann berechnet werden, und selbst in dem Fall, in dem ein Reibungsdrehmoment in Abhängigkeit von der Drehrichtung besteht, kann der Befestigungspositionsfehler des Drehpositionssensors mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform das Beispiel, in dem die Phase des Stroms zum Drehen des Motors im Uhrzeigersinn ausgegeben wird und dann die Phase des Stroms zum Drehen des Motors gegen den Uhrzeigersinn ausgegeben wird, erläutert wurde, jedoch kann die Phase des Stroms zum Drehen des Motors gegen den Uhrzeigersinn ausgegeben werden und dann kann die Phase des Stroms zum Drehen des Motors im Uhrzeigersinn ausgegeben werden. In diesem Fall kann auch der Einfluss des Reibungsdrehmoments und des Rastdrehmoments aufgehoben werden.
Als nächstes wird eine Konfiguration eines elektrischen Servolenksystems, auf das die in den jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung gezeigte Motorantriebsvorrichtung angewendet wird, unter Verwendung von 9 erläutert.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm des elektrischen Servolenksystems, auf das die in den jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung gezeigte Motorantriebsvorrichtung angewendet wird.
Ein elektrischer Aktuator umfasst einen Drehmomentübertragungsmechanismus 902, den Motor 300 und die Motorantriebsvorrichtung 100, wie in 9 gezeigt. Das elektrische Servolenksystem umfasst den elektrischen Aktuator, ein Lenkrad 900, einen Lenkwinkeldetektor 901 und eine Betätigungsausmaß-Befehlseinheit 903, und weist eine Konfiguration auf, die die Betätigungskraft des Lenkrades 900, das von einem Fahrer gelenkt wird, unter Verwendung des elektrischen Aktuators im Drehmoment unterstützt.
Ein Drehmomentbefehl τ* des elektrischen Aktuators ist ein Lenkunterstützungs-Drehmomentbefehl des Lenkrades 900 (in der Betätigungsausmaß-Befehlseinheit 903 erzeugt) zum Verringern der Lenkkraft des Fahrers unter Verwendung der Ausgabe des elektrischen Aktuators. Die Motorantriebsvorrichtung 100 empfängt den Drehmomentbefehl τ* als Eingangsbefehl und steuert den Motorstrom, so dass er dem Drehmomentbefehlswert von der Drehmomentkonstante des Motors 300 und dem Drehmomentbefehl τ* folgt.
Die Motorausgabe τm, die von der Ausgangswelle ausgegeben wird, die direkt mit dem Rotor des Motors 300 verbunden ist, überträgt ein Drehmoment auf eine Zahnstange 910 des Lenksystems über den Drehmomentübertragungsmechanismus 902 unter Verwendung eines Verlangsamungsmechanismus mit einem Schneckenradgetriebe oder Planetengetriebe oder eines hydraulischen Mechanismus, verringert (unterstützt) die Lenkkraft (Betätigungskraft) des Lenkrades 900 des Fahrers durch eine elektrische Kraft und betätigt den Lenkwinkel der Räder 920, 921.
Das Ausmaß der Unterstützung wird durch Detektieren des Betätigungsausmaßes als Lenkwinkel und des Lenkdrehmoments durch den Lenkwinkeldetektor 901 zur Detektion des Lenkzustandes, der in eine Lenkwelle eingebaut ist, und Addieren oder Betrachten einer Zustandsgröße, einschließlich der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Straßenoberflächenzustandes, als Drehmomentbefehl τ* durch die Betätigungsausmaß-Befehlseinheit 903 bestimmt.
Die Motorantriebsvorrichtung 100 der Erfindung kann die Anfangspositionsverschiebung ungeachtet der Amplitude des Reibungsdrehmoments korrigieren und weist folglich einen Vorteil zum Korrigieren des Ausmaßes der Anfangspositionsverschiebung auf, nachdem sie in ein Fahrzeug eingebaut ist.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugs, auf das die Motorantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung angewendet wird, unter Verwendung von 10 erläutert.
10 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Hybrid-Kraftfahrzeugsystems, auf das die Motorantriebsvorrichtung der Erfindung angewendet wird.
Das Hybrid-Kraftfahrzeugsystem weist einen Antriebsstrang auf, in dem der Motor 300 als Motor/Generator angewendet wird, wie in 10 gezeigt.
In einem in 10 gezeigten Kraftfahrzeug bezeichnet ein Bezugszeichen 600 eine Fahrzeugkarosserie. Eine Vorderradachswelle 601 ist im vorderen Teil der Fahrzeugkarosserie 600 drehbar abgestützt und Vorderräder 602, 603 sind an den Enden der Vorderradachswelle 601 vorgesehen. Eine Hinterradachswelle 604 ist im hinteren Teil der Fahrzeugkarosserie 600 drehbar abgestützt und Hinterräder 605, 606 sind an den Enden der Hinterradachswelle 604 vorgesehen.
Ein Ausgleichsgetriebe 611 als Leistungsverteilungsmechanismus ist im mittleren Teil der Vorderradachswelle 601 vorgesehen, um die Drehantriebskraft, die von einer Kraftmaschine 610 über ein Getriebe 612 auf die Vorderradachswelle 601 übertragen wird, auf der rechten und der linken Seite zu verteilen. In Bezug auf die Kraftmaschine 610 und einen Synchronelektromotor 620 sind eine Riemenscheibe 610a, die an einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 610 vorgesehen ist, und eine Riemenscheibe 620a, die an der Drehwelle des Synchronelektromotors 620 vorgesehen ist, mechanisch über einen Riemen 630 verbunden.
Dadurch kann die Drehantriebskraft des Motors 300 auf die Kraftmaschine 610 übertragen werden und die Drehantriebskraft der Kraftmaschine 610 kann auf den Motor 300 übertragen werden. Im Motor 300 wird die Dreiphasen-Wechselspannung, die durch die Motorantriebsvorrichtung 100 gesteuert wird, zur Statorspule des Stators zugeführt und dadurch dreht sich der Rotor und erzeugt eine Drehantriebskraft in Reaktion auf die Dreiphasen-Wechselspannung.
Das heißt, der Motor 300 wird durch die Motorantriebsvorrichtung 100 zum Arbeiten als Elektromotor gesteuert und arbeitet als Leistungsgenerator, der eine Dreiphasen-Wechselspannung erzeugt, da sich der Rotor durch die Drehantriebskraft der Kraftmaschine 610 dreht, und eine elektromotorische Kraft in der Statorspule des Stators induziert wird.
Die Motorantriebsvorrichtung 100 ist ein Leistungswandler, der die von einer Hochspannungsbatterie als Leistungsquelle mit hoher Spannung (42 V oder 300 V) zugeführte Gleichspannung in eine Dreiphasen-Wechselspannung umwandelt und den Dreiphasen-Wechselstrom, der in der Statorspule des Motors 300 fließt, in Reaktion auf die Magnetpolpositionen des Rotors gemäß dem Betriebsbefehlswert steuert.
Die Dreiphasen-Wechselspannung, die durch den Motor 300 erzeugt wird, wird durch die Motorantriebsvorrichtung 100 in eine Gleichspannung umgewandelt und lädt die Hochspannungsbatterie 622 auf. Die Hochspannungsbatterie 622 ist mit einer Niederspannungsbatterie 623 über einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 624 elektrisch verbunden. Die Niederspannungsbatterie 623 bildet eine Leistungsquelle mit niedriger Spannung (14 V) des Kraftfahrzeugs und wird als Leistungsquelle für einen Starter 625, der anfänglich die Kraftmaschine 610 startet (Kaltstart), ein Radio, ein Licht usw. verwendet.
Wenn das Fahrzeug zum Warten auf eine Verkehrsampel stoppt (Leerlaufstoppmodus), wird für das Stoppen der Kraftmaschine 610 und Neustarten der Kraftmaschine 610 beim Neustart (Warmstart) der Synchronelektromotor 620 durch die Motorantriebsvorrichtung 100 angetrieben und die Kraftmaschine 610 wird neu gestartet. Es ist zu beachten, dass im Leerlaufstoppmodus, wenn die Menge an Ladung der Hochspannungsbatterie 622 unzureichend ist oder die Kraftmaschine 610 nicht ausreichend erwärmt ist, der Antrieb der Kraftmaschine 610 ohne Stoppen der Kraftmaschine 610 fortgesetzt wird. Im Leerlaufstoppmodus ist es ferner erforderlich, eine Antriebsquelle für elektrische Hilfseinheiten mit der Kraftmaschine 610 als Antriebsquelle wie z. B. einen Kompressor einer Klimaanlage sicherzustellen. In diesem Fall werden die elektrischen Hilfseinheiten durch Antreiben des Synchronelektromotors 620 angetrieben.
In einem Beschleunigungsmodus und einem Betriebsmodus mit hoher Last wird auch der Motor 300 angetrieben, um den Antrieb der Kraftmaschine 610 zu unterstützen. Im Auflademodus, der ein Aufladen der Hochspannungsbatterie 622 erfordert, wird andererseits ermöglicht, dass der Motor 300 Leistung durch die Kraftmaschine 610 erzeugt, um die Hochspannungsbatterie 622 aufzuladen. Das heißt, der Regenerationsmodus beim Bremsen und beim Verlangsamen des Fahrzeugs wird durchgeführt.
In der Motorantriebsvorrichtung für ein Fahrzeug sind, wenn Anomalitäten im Motor und im Getriebe bestehen, Instandsetzung und erneute Montage in einer Kundendienststation erwünscht. In der Anfangspositionseinstelleinheit 140 der Erfindung besteht ein Vorteil, dass, selbst wenn sich der Befestigungspositionsfehler des Drehpositionssensors ändert, der Anfangseinstellmodusbefehl im Betrieb ausgeführt wird, und dadurch ein Betrieb mit hoher Effizienz unter Verwendung der geeigneten Drehposition durch Detektieren des Befestigungspositionsfehlers nach der Wartungsreparatur in der Kundendienststation und Umschreiben des Rotordetektionspositionsfehlers im nichtflüchtigen Speicher durchgeführt werden kann. Während das Fahrzeug in den Parkzustand gesetzt ist und das Getriebe 612 in den Leerlauf gesetzt ist und die Last des Motors minimiert ist, kann beispielsweise der Befestigungspositionsfehler selbst in einem Zustand geeignet detektiert werden, in dem die Vorrichtung in das Fahrzeug eingebaut wurde.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde der Fall, in dem die Motorantriebsvorrichtung 100 der Erfindung auf das Hybrid-Kraftfahrzeugsystem angewendet wird, erläutert, derselbe Vorteil kann jedoch sogar in einem Elektrofahrzeug erhalten werden.
Ferner wurde in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Invertervorrichtung allein erläutert, offensichtlich kann die Erfindung jedoch auf ein Motorantriebssystem angewendet werden, in dem die Invertervorrichtung und der Motor integriert sind, solange das System die vorstehend beschriebene Funktion aufweist.
Ferner kann die Invertervorrichtung eine Steuereinheit umfassen, die das PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass der Invertergleichstrom in der Stoppposition des Rotors einen vorbestimmten Stromwert annehmen kann, dann das PWM-Tastverhältnis hält und das PWM-Tastverhältnis ausgibt, so dass die angelegte Spannung einen vorbestimmten Wert annehmen kann. Dadurch kann die Amplitude des Stroms, wenn die Motordrehposition durch Drehen des Motors im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn festgelegt wird, eingestellt werden und die Einstellungszeit kann verkürzt werden. Die anderen Merkmale der Invertervorrichtung sind dieselben wie jene der Beschreibung der Ausführungsformen.
Außerdem kann die Invertervorrichtung eine Steuereinheit umfassen, die in der Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors im Uhrzeigersinn das PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass der Invertergleichstrom einen vorbestimmten Stromwert annehmen kann, und eine Ausgabe durchführt, wobei das PWM-Tastverhältnis gehalten wird, und in der Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors gegen den Uhrzeigersinn das PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass der Invertergleichstrom einen vorbestimmten Stromwert annehmen kann, und eine Ausgabe durchführt, wobei das PWM-Tastverhältnis gehalten wird. Die anderen Merkmale der Invertervorrichtung sind dieselben wie jene der Beschreibung der Ausführungsformen.
Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist, sondern verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Die Offenbarung der folgenden Prioritätsanmeldung wird hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
Japanische Patentanmeldung Nr. 2011-162765 (eingereicht am 26. Juli 2011).

Claims

Invertervorrichtung, die einen Motor unter Verwendung eines Signals von einem Positionssensor zum Detektieren einer Rotordrehposition des Motors steuert, die umfasst: eine Anfangseinstelleinheit, die eine Phase des Stroms zum Festlegen einer Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors im Uhrzeigersinn und eine Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors gegen den Uhrzeigersinn ausgibt.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Anfangseinstelleinheit die Phase des Stroms zum Drehen des Motors in der Richtung im Uhrzeigersinn ausgibt und dann die Phase des Stroms zum Drehen des Motors in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn ausgibt.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Anfangseinstelleinheit die Phase des Stroms zum Drehen des Motors in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn ausgibt und dann die Phase des Stroms zum Drehen des Motors in der Richtung im Uhrzeigersinn ausgibt.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Anfangseinstelleinheit einen Drehwinkel zum Drehen des Motors auf 60 Grad im elektrischen Winkel setzt.
Invertervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Anfangseinstelleinheit ein Fahrzeug bei der Untersuchung der Invertervorrichtung in einen Parkzustand setzt und ein Befehlssignal für den anfänglichen Betrieb ausgibt.
Invertervorrichtung, die eine Motorsteuerung unter Verwendung eines Motors mit einem Positionssensor zum Detektieren einer Drehposition eines Rotors und eines Signals vom Positionssensor durchführt, die umfasst: eine Steuereinheit, die ein PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass ein Invertergleichstrom in einer Stoppposition des Rotors einen vorbestimmten Stromwert annimmt, und dann das PWM-Tastverhältnis hält und das PWM-Tastverhältnis ausgibt, so dass eine angelegte Spannung einen vorbestimmten Wert annimmt.
Invertervorrichtung nach Anspruch 6, wobei: die Steuereinheit einen Drehwinkel zum Drehen des Motors auf 60 Grad im elektrischen Winkel setzt.
Invertervorrichtung nach Anspruch 6, wobei: die Steuereinheit ein Fahrzeug bei der Untersuchung der Invertervorrichtung in einen Parkzustand setzt und ein Befehlssignal für den anfänglichen Betrieb ausgibt.
Invertervorrichtung, die einen Motor unter Verwendung eines Signals von einem Positionssensor des Motors mit dem Positionssensor zum Detektieren einer Drehposition eines Rotors steuert, die umfasst: eine Anfangseinstelleinheit, die eine Phase des Stroms zum Festlegen einer Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors im Uhrzeigersinn und eine Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition durch Drehen des Motors in einer Richtung des Motors gegen den Uhrzeigersinn ausgibt; und eine Steuereinheit, die ein PWM-Tastverhältnis erhöht, so dass ein Invertergleichstrom einen vorbestimmten Stromwert bei einer Phase des Stroms zum Festlegen der Motordrehposition annimmt, und dann das PWM-Tastverhältnis hält.