DE112015006526T5

DE112015006526T5 - Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE112015006526T5
Application number: DE112015006526.1T
Authority: DE
Inventors: Masutaka Watanabe; Keiichi Enoki; Yasukazu Murata; Yoshimasa NISHIJIMA; Shingo Harada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2018-01-25
Also published as: US20180006593A1; JP6253850B2; CN107534408A; WO2016181448A1; CN107534408B; JPWO2016181448A1; US10404200B2

Abstract

Eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung beinhaltet zwei oder mehr elektrische Stromwandlungsschaltungen, die entsprechende an die zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzulegende Spannungen steuern, für jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen; jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen weist zwei oder mehr Schaltvorrichtungen zum Öffnen oder Schließen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen für jede der Phasen auf; die zwei oder mehr Schaltvorrichtungen werden auf solche Weise schaltgesteuert, dass die Öffnungsgradoperation oder Taststeuerung auf die entsprechende Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen angewendet werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung und insbesondere auf eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung, die eine Überspannung einer Stromversorgungsspannung unterdrückt, die einer Wechselstrom-Drehelektromaschine zuzuführen ist.
Hintergrund
Wie bekannt ist, ist ein Elektrofahrzeug, wie etwa ein Elektroauto oder ein Hybridauto, mit einer Wechselstrom-Drehelektromaschine als eine Antriebsquelle für das Fahrzeug ausgerüstet. Ein elektrischer Stromwandler, der mit der Wechselstrom-Drehelektromaschine verbunden ist, weist eine erste elektrische Stromumwandlungsfunktion zum Umwandeln von Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle in Wechselstrom, welcher der Wechselstrom-Drehelektromaschine zuzuführen ist, und eine zweite elektrische Stromumwandlungsfunktion zum Umwandeln von Wechselstrom, der durch die Wechselstrom-Drehelektromaschine erzeugt wird, in Gleichstrom um, mit dem eine Gleichstromquelle geladen wird, auf. Eine elektrische Stromumwandlungsschaltung, die aus einer Schaltvorrichtung wie etwa einem MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) gebildet ist, ist im elektrischen Stromwandler vorgesehen, so dass der elektrische Stromwandler die vorstehenden elektrischen Stromumwandlungsfunktionen realisiert. Im Allgemeinen geht eine Schaltvorrichtung wie etwa ein MOSFET aufgrund einer Stoßspannungsausfalls kaputt, wenn eine Spannung, welche höher ist als eine vorbestimmte Spannungsfestigkeit, daran angelegt wird. Entsprechend ist es erforderlich, die an die Schaltvorrichtung anzulegende Spannung zu verringern, so dass sie nicht die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung übersteigt.
In den letzten Jahren hat es hauptsächlich in Europa, wo Kraftstoffverbrauchsregulationen stark verschärft worden sind, einen technologischen Trend gegeben, dass die Spannung des Stromquellensystems eines Fahrzeugs auf 48 V eingestellt wird und damit die Ausgangsspannung der Wechselstrom-Drehelektromaschine als einem elektrischen Stromgenerator so angehoben wird, dass der Kraftstoffverbrauch verbessert wird, ohne irgendein teures Hochspannungs-Hybridsystem einzusetzen. Wenn die Stromquellenspannung die gleiche oder höher als 60 V ist, sind Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, um die Gefahr für einen menschlichen Körper zu reduzieren; jedoch, weil im vorstehenden technologischen Trend die Spannung des Stromquellensystems eines Fahrzeugs verringert wird, gleich oder niedriger als 60 V zu sein, können die Kosten für die Sicherheitsmaßnahmen reduziert werden.
Beispielsweise im Falle einer Permanentmagnet-Synchronrotations-Elektromaschine, deren Rotor mit Magnetfeldpolen versehen ist, die alle aus einem Permanentmagneten gebildet sind, steigt der Wert der an der Ankerspule induzierten Induktionsspannung mit steigender Drehzahl an. Entsprechend wird in dem Fall eines mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor ausgerüsteten Elektrofahrzeugs als Antriebsquelle für das Fahrzeug eine Spannungsunterdrückungsvorrichtung zum Reduzieren einer an eine in dem elektrischen Stromwandler vorgesehene Schaltvorrichtung anzulegende Spannung bereitgestellt, um die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung nicht zu übersteigen. Beispielsweise ist die in dem Patentdokument 1 offenbarte konventionelle Motorsteuervorrichtung in der folgenden Weise konfiguriert: wenn aufgrund einer Induktionsspannung im Motor die an die Schaltvorrichtung anzulegende Spannung gleich oder höher als eine vorbestimmte Spannung wird, werden alle oberen Arm-Schaltvorrichtungen für entsprechende Phasen, welche mit der Hochspannungsseite der Gleichstromquelle verbunden sind, eingeschaltet, oder werden alle unterer Arm-Schaltvorrichtungen für entsprechende Phasen in der Inverterschaltung, die mit der Unterspannungsseite der Gleichstromquelle verbunden sind, eingeschaltet; somit wird der Motor dazu gebracht, im Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zu sein; als Ergebnis wird ein elektrischer Strom dazu gebracht, zwischen dem Motor und dem Inverter als elektrischem Stromwandler zu zirkulieren, um so die an die Schaltvorrichtungen angelegte Spannung zu reduzieren.
Referenz des Stands der Technik
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 5433608

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Wie oben beschrieben, werden bei der konventionellen Motorsteuervorrichtung alle der Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle der Unterarm-Schaltvorrichtungen für entsprechende Phasen in der Inverterschaltung als ein elektrischer Stromwandler so eingeschaltet, dass der Motor dazu gebracht wird, im Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zu sein; somit wird ein elektrischer Strom dazu gebracht, zwischen dem Motor und der Inverterschaltung so zu zirkulieren, dass die an die Schaltvorrichtungen angelegte Spannung verringert wird. Wenn die Drehzahl des Motors sinkt und daher die Induktionsspannung ausreichend niedriger als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung wird, werden alle Oberarm- und Unterarm-Schaltvorrichtungen in der Inverterschaltung ausgeschaltet, so dass der Zustand des Motors sich vom Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand bewegt. In dieser Situation, wie in 1 repräsentiert, weil die Stromquellenspannung für die Inverterschaltung heraufspringen kann und die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung oder 60 V, für welche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind, übersteigt.
Das heißt, dass 1 ein Graph ist, der Spannungsfluktuation und dergleichen repräsentiert, die zu einer Zeit verursacht werden, wenn der Zustand der Ankerwicklung der Wechselstrom-Drehelektromaschine von dem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand bewegt wird. Der Graph in 1 repräsentiert den Fall, bei dem die Wechselstrom-Drehelektromaschine eine Drei-Phasen-Elektrodrehmaschine mit einer ersten Gruppe von Ankerwicklungen ist, die Drei-Phasenwicklungen U, V und W beinhaltet, und eine zweite Gruppe von Ankerwicklungen, die Drei-Phasenwicklungen X, Y und Z beinhalten; es werden die entsprechenden Änderungen bei der Spannung und dem Strom zwischen einem Inverter und der Drei-Phasen-Elektrodrehmaschine in dem Fall repräsentiert, bei dem in einer Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T1 alle Oberarm-Schaltvorrichtungen für entsprechende Phasen in der Inverterschaltung, die mit der Hochspannungsseite an der Gleichstromquelle verbunden ist, eingeschaltet werden, oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen für entsprechende Phasen in der Inverterschaltung, die mit der Niederspannungsseite der Gleichstromquelle verbunden sind, so eingeschaltet werden, dass der Motor dazu gebracht wird, im Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zu sein, und wobei in einer All-Phasen-Öffnungsperiode T2 alle der Oberarm- und Unterarm-Schaltvorrichtungen der Inverterschaltung ausgeschaltet werden, so dass der Motor dazu gebracht wird, im All-Phasen-Öffnungszustand zu sein.
Wie in 1 repräsentiert, wenn die Zeitperiode sich von der Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T1 zur All-Phasen-Öffnungsperiode T2 bewegt, steigt die Gleichstromseiten-Anschlussspannung der Inverterschaltung, die mit der Gleichstromquelle von 36 V verbunden ist, instantan auf 13,5 V an, um bis zu einer Spannung so hoch wie 49,5 V zu springen, und der Gleichstrom, der 0 A in der Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T1 aufweist, fluktuiert stark, wie in 1 repräsentiert, wenn sich die Zeitperiode zur All-Phasen-Öffnungsperiode T2 bewegt. Wenn die Zeitperiode sich aus der Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T1 zur Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T1 bewegt, wird der zwischen der Inverterschaltung und der Drehelektromaschine fließende Drei-Phasenstrom sich wie in 1 repräsentiert ändern und wird schließlich 0 A.
Der Grund, warum dieses Phänomen auftritt, ist wie folgt: In der Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T1, aufgrund des in der Ankerwicklung fließenden Drei-Phasenstroms, wird Magnetenergie akkumuliert; wenn die Zeitperiode sich von der Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T1 zur All-Phasen-Öffnungsperiode T2 ändert, wird die akkumulierte magnetische Energie zum Potential der Gleichstromquelle entladen, die mit dem Gleichstromseitenanschluss der Inverterschaltung verbunden ist, mittels einer Diode, die parallel zur Schaltvorrichtung der Inverterschaltung verbunden ist; dann tritt aufgrund einer Verdrahtungsinduktanz zwischen der Inverterschaltung und der Gleichstromquelle ein Glättungskondensator innerhalb der Inverterschaltung und eine kapazitative Komponente und eine Widerstandskomponente in der Gleichstromquelle eine LCR-Resonanz auf.
Wie oben beschrieben, bei der konventionellen Motorsteuervorrichtung, in dem Fall, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit des Motors abnimmt und daher die Induktionsspannung ausreichend niedriger als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung wird, werden alle Oberarm- und Unterarm-Schaltvorrichtungen der Inverterschaltung ausgeschaltet und daher wird der Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand umgeschaltet, springt die Spannung der Gleichspannungsquelle, die mit dem Gleichstromseitenanschluss der Inverterschaltung verbunden ist, hoch, wie oben beschrieben, und kann die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung oder 60 V, für welche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich sind, übersteigen.
Die vorliegende Erfindung ist implementiert worden, um die vorstehenden Probleme beim konventionellen System zu lösen; deren Aufgabe ist es, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, dass selbst wenn der Zustand einer Wechselstrom-Drehelektromaschine von einem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand, wie etwa einer Drei-Phasen-Kurzschließung zu dem All-Phasen-Öffnungszustand bewegt wird, die an die Schaltvorrichtung in dem mit der Wechselstrom-Drehelektromaschine verbundenen elektrischen Stromwandler angelegte Spannung auf einen Wert gesenkt wird, welcher der gleiche oder niedriger ist als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine Wechselstrom-Drehelektromaschine, die mit zwei oder mehr unabhängigen Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen versehen sind; die Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung beinhaltet zwei oder mehr elektrische Stromwandlungsschaltungen, die entsprechend an die zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzulegende Spannungen steuern, für jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen zwei oder mehr Schaltvorrichtungen zum Öffnen oder Schließen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen aufweist, für jede der Phasen, und darin, dass die zwei oder mehr Schaltvorrichtungen auf solche Weise schaltgesteuert werden, dass sie in der Lage sind, die Öffnungsoperation oder die Taststeuerung an der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzuwenden.
Vorteil der Erfindung
Die Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet zwei oder mehr Elektrostromwandlungsschaltungen, die jeweils an die zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzulegenden jeweiligen Spannungen steuern, für jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen; jeder der zwei oder mehr Elektrostromwandlungsschaltungen weist zwei oder mehr Schaltvorrichtungen zum Öffnen oder Schließen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen für jede der Phasen auf; die zwei oder mehr Schaltvorrichtungen werden auf solche Weise umschaltgesteuert, dass sie in der Lage sind, den Öffnungsbetrieb oder die Taststeuerung der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzuwenden. Als Ergebnis wird es ermöglicht, dass selbst wenn der Zustand Wechselstrom-Drehelektromaschine von einem All-Phasen-Kurzschließzustand, wie etwa einem Drei-Phasen-Kurzschließen, zu dem All-Phasen-Öffnungszustand bewegt wird, der in die Schaltvorrichtung in der mit der Wechselstrom-Drehelektromaschine verbundenen elektrischem Stromwandler angelegte Spannung auf einen Wert gesenkt wird, welcher der gleiche oder niedriger als die Spannungsfestigkeit des Schaltvorrichtung ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Graph, der Spannungsfluktuation und dergleichen repräsentiert, die zu einer Zeit verursacht werden, wenn der Zustand der Ankerwicklung einer Drehelektromaschine von dem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand bewegt wird;
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert;
3 ist ein Flussdiagramm, zum Erläutern des Betriebs der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zu einem Zeitpunkt des Übergangs von dem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand;
4 ist ein Graph, der Spannungsfluktuation und dergleichen in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zu einer Zeit des Übergangs aus dem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand repräsentiert;
5 ist ein Graph, der Spannungsfluktuation und dergleichen in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung repräsentiert, die zu einer Zeit verursacht werden, wenn die Schaltperiode des Übergangs aus dem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand zu einem Mehrfachen der Trägerperiode verändert wird;
6 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Änderns des Schaltzeitpunkts des Übergangs von dem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum Tastausgabezustand in einer Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung repräsentiert; und
8 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Änderns eines Zieldrehmoments zu einem Zeitpunkt des Übergangs vom Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum Tastausgabezustand in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen einer Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen erläutert. In jeder der Zeichnungen werden die gleichen oder ähnliche Bestandteilelemente durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ausführungsform 1
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert. In 2 ist eine Wechselstrom-Drehelektromaschine 1 als ein doppelter Dreiphasenmotor realisiert, in welchem die zwei Gruppen von Ankerwicklungen, das heißt die erste Gruppe von Ankerwicklungen 100 einschließlich dreier Wicklungen U, V und W und eine zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 einschließlich Drei-Phasenwicklungen X, Y und Z in einem Einzelmotor vorgesehen sind. In Ausführungsform 1 wird die Wechselstrom-Drehelektromaschine 1 als Doppel-Drei-Phasen-Motor bezeichnet.
Weil dieser Wechselstrom-Drehelektromotor 1 getrennt die erste Gruppe von Ankerwicklungen 100 und die zweite Gruppe von Ankerwicklungen 101 steuert, wird es möglich gemacht, getrennte Drehmomentsteuerung durchzuführen.
Ein Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 ist mit einer ersten Elektrostrom-Umwandlungsschaltung 1021 und einer zweiten Elektrostrom-Umwandlungsschaltung 1022 versehen. Die erste Elektrostrom-Umwandlungsschaltung 1021 weist Dreiphasenarme auf, von denen jeder eine Oberarm-Schaltvorrichtung 103 und eine Unterarm-Schaltvorrichtung 104 enthält, die in Reihe miteinander verbunden sind; entsprechende Dreiphasen-Wechselstromanschlüsse, die aus diesen Dreiphasenarmen herausgezogen sind, sind mit Drei-Phasenwicklung U, V und W der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 verbunden; einer der Gleichstromseitenanschlüsse ist mit dem Erdungspotentialbereich verbunden und der andere der Gleichstromseitenanschlüsse ist mit dem Positiv-Elektrodenanschluss einer Gleichstromquellenvorrichtung verbunden, deren Ausgangsspannung beispielsweise 48 V beträgt (nachfolgend als nur eine Gleichstromquellenvorrichtung 108 bezeichnet) mittels einer Leitungsimpedanz 106 und eines Kontaktors 107. Jede der Oberarm-Schaltvorrichtung 103 und Unterarm-Schaltvorrichtung 104 wird aus einer Halbleiterschaltvorrichtung und einer Diode gebildet, die parallel miteinander in einem Gehäuse verbunden sind.
Die zweite elektrische Stromwandlungsschaltung 1022 im Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 weist Dreiphasenarme auf, von denen jeder wie in dem Fall bei der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 gebildet ist; entsprechende Dreiphasen-Wechselstromseitenanschlüsse, die aus diesen Dreiphasenarmen herausgezogen werden, sind mit Drei-Phasenwicklungen X, Y und Z der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 verbunden; einer der Gleichstromseitenanschlüsse ist mit dem Erdungspotentialbereich verbunden und der andere der Gleichstromseitenanschlüsse der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 und dem anderen der Gleichstromseitenanschlüsse der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 sind gemeinsam mit dem Positivelektrodenanschluss der Gleichstromquellenvorrichtung 108 mittels der Leitungsimpedanz 106 und dem Kontaktor 107 verbunden. Ein Glättungskondensator 105 ist zwischen dem Erdungspotentialbereich und den gemeinsam verbundenen Gleichstromseitenanschlüssen der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 und der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 verbunden.
Der Glättungskondensator 105 ist zum Absorbieren einer Spitzenspannung bereitgestellt, die zu einer Zeit verursacht wird, wenn die Oberarm-Schaltvorrichtung 103 und die Unterarm-Schaltvorrichtung 104 Ein/Aus-geschaltet werden und zum Glätten der Regenerativspannung der Gleichstromquellenvorrichtung 108, verursacht durch regenerativen Betrieb des Doppel-Drei-Phasne-Motors 1. Der Kontaktor 107 ist ein Schalter zum Durchführen des Abschaltens und Leitens des elektrischen Stromtransfers zwischen der Gleichstromquellenvorrichtung 108 einer Ausgangsspannung 48V und dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102. Die Gleichstromquellenvorrichtung 108 liefert Gleichstrom an den Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 oder wird mit Gleichstrom aus dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 geladen.
Der aus der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 und der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 gebildete Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 weist sechs Sätze von Armen auf, von denen alle die Oberarm-Schaltvorrichtung 103 und die Unterarm-Schaltvorrichtung 104 enthalten; durch Ein- oder Ausschalten der Schaltvorrichtungen wandelt der Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 aus der Gleichstromquellvorrichtung 108 erhaltenem Gleichstrom in Wechselstrom um und liefert dann den Wechselstrom an den Doppel-Drei-Phasenmotor 1; alternativ wandelt der Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 durch den Doppel-Drei-Phasenmotor 1 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um und liefert dann den elektrischen Gleichstrom an die Gleichstromquellvorrichtung 108.
Als Nächstes wird der Betrieb der Wechselstrom-Motorsteuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert, welche wie oben beschrieben konfiguriert ist. 3 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zu einem Zeitpunkt des Übergangs von dem Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand. Basierend auf den 2 und 3 wird der Betrieb der Wechselstrom-Motorsteuervorrichtung erläutert. In 2, wenn alle entsprechenden Oberarm-Schaltvorrichtungen 103 und entsprechenden Unterarm-Schaltvorrichtungen 104 in der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 und der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 des Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandlers 102 geöffnet sind, so dass der Rotor des Doppel-Drei-Phasenmotors 1, der eine Permanentmagnet-Synchron-Drehelektromaschine ist, rotiert, tritt eine Induktionsspannung, welche durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt wird, an der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 auf. Die Induktionsspannung steigt proportional zur Rotationsgeschwindigkeit des Doppel-Drei-Phasenmotor 1; wenn die Induktionsspannung die Stromquellspannung der Gleichstromquellvorrichtung 108 übersteigt, fließt ein Motorstrom durch die entsprechenden Dioden, die parallel mit der Oberarm-Schaltvorrichtung 103 und der Unterarm-Schaltvorrichtung 104 verbunden sind. V_Ind = ω × Φa wobei V_Ind, ω, und Φa die Induktionsspannung V, die elektrische Winkelfrequenz rad/s bzw. der verknüpfte Magnetfluss Wb sind.
Wenn der Motorstrom fließt, fließt ein Negativ-Stromquellstrom in die Gleichstromquellvorrichtung 108 und daher wird Antriebsdrehmoment, welches durch den Doppel-Drei-Phasenmotor 1 erzeugt wird, zum negativen Drehmoment. Um dieses Phänomen zu verhindern, gibt eine Steuereinheit (nicht illustriert) an den Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 einen Drei-Phasen-Kurzschlussbefehl aus, um den Doppel-Drei-Phasenmotor 1 in den Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zu bringen. Im Schritt S1 in 3 wird bestimmt, ob der Drei-Phasen-Kurzschlussbefehl existiert oder nicht; in dem Fall, bei dem der Drei-Phasen-Kurzschlussbefehl existiert (Ja), folgt dem Schritt S1 der Schritt S2. Im Schritt S2 werden in dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 die entsprechenden Oberarm-Schaltvorrichtungen 103 oder die entsprechenden Unterarm-Schaltvorrichtungen 104 in sowohl der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 als auch der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 so eingeschaltet, dass der Doppel-Drei-Phasenmotor 1 in den Drei-Phasen-Kurzschlusszustand gebracht wird. Als Ergebnis werden die an den ersten Gruppen von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 erzeugten jeweiligen Induktionsspannungen in dem Doppel-Drei-Phasenmotor 1 verbraucht, so dass die an den Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 angelegte Spannung gesenkt werden kann.
In dieser Situation, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Doppel-Drei-Phasenmotors 1, der ein Magnetsynchronmotor ist, abnimmt und daher die antizipierte Induktionsspannung ausreichend niedriger als die Stromquellenspannung der Gleichstromquellvorrichtung 108 ist, gibt zuerst die Steuereinheit einen All-Phasen-Öffnungsbefehl an die erste elektrische Stromwandlungsschaltung 1021 des Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandlers 102 aus, um das in dem Doppel-Drei-Phasenmotor 1 erzeugte negative Antriebsdrehmoment zu reduzieren. Im Schritt S3 in 3 wird festgestellt, ob der All-Phasen-Öffnungsbefehl existiert, oder nicht. In dem Fall, bei dem der All-Phasen-Öffnungsbefehl existiert (Ja), folgt dem Schritt S3 der Schritt S4. Im Schritt S4 werden in der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 die jeweiligen Oberarm-Schaltvorrichtungen 103 oder die jeweiligen Unterarm-Schaltvorrichtungen 104, die im Ein-Zustand gewesen sind, ausgeschaltet, so dass die Schaltvorrichtungen in der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 in den Drei-Phasen-Programmzustand gebracht werden, das heißt den All-Phasen-Öffnungszustand.
Wenn alle Schaltvorrichtungen in der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 geöffnet sind, ändert sich der in der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 dem Wechselstrom-Drehelektromotors 1 fließenden Strom, der geflossen ist, während die erste elektrische Stromwandlungsschaltung 1021 im Drei-Phasen-Kurzschlusszustand war, zu "0". Die durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückte magnetische Energie, basiert auf der Strommengenänderung, erhöht die Stromversorgungsspannung der Gleichstromquellvorrichtung 108. W_coil = 1/2 × L × I² wobei W_coil, L, I die magnetische Energie [W], die Induktanz [H] der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der Motorstrom [A] in der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 zu einer Zeit jeweils des Drei-Phasen-Kurzschlusszustands ist.
Die durch die obige Gleichung ausgedrückte Magnetenergie verursacht LCR-Resonanz, die auf der Induktanzkomponente, der Kapazitätskomponente und der Widerstandskomponente basiert, zwischen dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 und der Gleichstromquellvorrichtung 108. Die Hälfte der LCR-Resonanzperiode kann durch die nachfolgende Gleichung berechnet werden.
wobei To, fo, L und C die LCR-Resonanzperiode [s], die LCR-Resonanzfrequenz [Hz], die Induktanzkomponente [H] zwischen dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 und der Gleichstromquellvorrichtung 108 bzw. die Kapazitätskomponente [F] zwischen dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 und der Gleichstromquellvorrichtung 108 sind.
Als Nächstes gibt im Schritt S5 die vorstehende Steuereinheit den All-Phasen-Öffnungsbefehl an die erste elektrische Stromwandlungsschaltung 1021 aus und dann gibt die Steuereinheit den All-Phasen-Öffnungsbefehl, der gegenüber dem vorstehenden All-Phasen-Öffnungsbefehl durch die Halbperiode der durch die Gleichung (3) berechneten LCR-Resonanzfrequenz verzögert ist, an die zweite elektrische Stromwandlungsschaltung 1022 aus. Im Schritt S6 werden in der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022, welche den All-Phasen-Öffnungsbefehl empfängt, die jeweiligen Oberarm-Schaltvorrichtungen 103 oder die jeweiligen Unterarm-Schaltvorrichtungen 104, die im EIN-Zustand gewesen sind, so ausgeschaltet, dass die Schaltvorrichtungen in der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 in den Drei-Phasen-Öffnungszustand gebracht werden, das heißt den All-Phasen-Öffnungszustand. Als Ergebnis sind die jeweiligen Phasen der Pulsationsfrequenzen der Stromversorgungsspannung, welche durch die Induktionsspannungen verursacht werden, die an der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 erzeugt werden, zueinander revers, so dass die Amplitude der Fluktuation in der Stromquellenspannung reduziert werden kann.
4 ist ein Graph, welcher Spannungsfluktuation und dergleichen in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt des Übergangs von Drei-Phasen-Kurzschließzustand zum All-Phasen-Öffnungszustand repräsentiert. Wie in 4 repräsentiert, wird zum Zeitpunkt t1 die Periode für die erste Gruppe von Ankerwicklungen 100 von einer Drei-Phasen-Kurzschließperiode T11 bis zu einer All-Phasen-Öffnungsperiode T12 geändert; dann wird zum Zeitpunkt t2, der gegenüber dem Zeitpunkt t1 um die halbe Periode der über die vorstehende Gleichung berechneten LCR-Resonanzfrequenz verzögert ist, die Periode für die zweite Gruppe von Ankerwicklungen 101 von einer Drei-Phasen-Kurzschlussperiode T21 zu einer All-Phasen-Öffnungsperiode T22 gewechselt; als Ergebnis steigt die Stromquellspannung der Gleichstromquellvorrichtung 108 um 6,7 V von 36 V an, um so 42,7 V zu werden, und daher kann die Spannungsfluktuation auf die Hälfte der Spannungsänderung beim in 1 repräsentierten konventionellen Fall gesenkt werden.
Ausführungsform 2
Als Nächstes wird eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Konfiguration der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist die gleiche wie die Konfiguration der vorstehenden Ausführungsform 1 in 2. 5 ist ein Graph, der Spannungsfluktuation und dergleichen in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung repräsentiert, die zu einer Zeit verursacht werden, wenn die Schaltperiode des Übergangs vom Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand zu einem Mehrfachen der Trägerperiode verändert wird. Wie in 5 repräsentiert, existiert in dem Fall, bei dem der Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 ein PWM-Steuerverfahren verwendet, eine Region R, in welcher der Reduktionseffekt auf die Stromversorgungsspannung sich nicht ändert, selbst wenn der Zeitpunkt des Schaltens der Periode von der Drei-Phasen-Kurzschlussperiode zur All-Phasen-Öffnungsperiode in Übereinstimmung mit der Trägerperiode entsprechend dem Impulsabstand geändert wird.
Entsprechend, bei der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, weil in der vorstehenden Region R es nicht erforderlich ist, die entsprechenden Schaltzeitpunkte zum Umschalten der jeweiligen Zustände der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 vom Drei-Phasen-Kurzschlusszustand zum All-Phasen-Öffnungszustand genau in Übereinstimmung mit der Hälfte der LCR-Resonanzperiode zu ändern, wird die Zeit der Schalt-Timing-Differenz zwischen der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 auf ein Mehrfaches der Trägerperiode eingestellt, wie durch die nachfolgende Gleichung repräsentiert.
Als Ergebnis, weil der Antrieb in einer normalen Steuerperiode durchgeführt werden kann, ohne eine gesonderte Unterbrechungsverarbeitung für den Schaltzeitpunkt bereitzustellen, kann die Verarbeitungslast reduziert werden.
Der Zeitpunkt der Schalt-Timing-Differenz zwischen der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 kann auf ein Mehrfaches der Trägerperiode eingestellt werden, wie im Fall der später beschriebenen Ausführungsform 3.
Ausführungsform 3
Als Nächstes wird eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Konfiguration der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist die gleiche wie die Konfiguration der vorstehenden Ausführungsform 1 in 2. In der vorstehenden Ausführungsform 1 wird die Steuerung auf solche Weise durchgeführt, dass der Zustand jeder der Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen vom Drei-Phasen-Kurzschließzustand zum All-Phasen-Öffnungszustand umgeschaltet wird und die entsprechenden Schaltzeitpunkte für die Gruppen um die Hälfte der LCR-Resonanzperiode verschoben werden, basierend auf der Induktanzkomponente, der Kapazitätskomponente und der Widerstandskomponente, die zwischen der elektrischen Stromwandlungsschaltung und der Stromquelle enthalten sind, die mit der elektrischen Stromwandlungsschaltung verbunden ist; jedoch wird in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung die Steuerung in einer solchen Weise durchgeführt, dass der Zustand jeder der Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen von dem Drei-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand umgeschaltet wird und die entsprechenden Schaltzeitpunkte für die Gruppen um die Hälfte der LCR-Resonanzperiode verschoben werden, basierend auf der Induktanzkomponente, der Kapazitätskomponente und der Widerstandskomponente, die zwischen der elektrischen Stromwandlungsschaltung und der mit der elektrischen Stromwandlungsschaltung verbundenen Stromquelle enthalten ist.
6 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Änderns der Schaltzeitpunkte zu einem Zeitpunkt des Übergangs von dem Drei-Phasen-Kurzschließzustand zum Tastausgabezustand in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Basierend auf 2 und 6 wird der Betrieb des Wechselns des Schaltzeitpunkts erläutert. In 2, wenn alle der entsprechenden jeweiligen Oberarm-Schaltvorrichtungen 103 und der jeweiligen Unterarm-Schaltvorrichtungen 104 in der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 und der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 des Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandlers 102 so geöffnet sind, dass der Rotor des Wechselstrom-Drehelektromotors 1, der eine Permanentmagnet-Synchron-Rotationselektromaschine ist, rotiert wird, tritt eine durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückte Induktionsspannung an jeder der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 auf. Die Induktionsspannung steigt proportional zur Drehzahl des Wechselstrom-Drehelektromotors 1; wenn die Induktionsspannung die Stromquellspannung der Gleichstromquellvorrichtung 108 übersteigt, fließt ein Motorstrom durch die entsprechenden, parallel mit der Oberarm-Schaltvorrichtung 103 und der Unterarm-Schaltvorrichtung 104 verbundenen Dioden. V_Ind = ω × Φa wobei V_Ind, ω, und Φa die Induktionsspannung [V], die elektrische Winkelfrequenz [rad/s] bzw. der verlinkte Magnetfluss [Wb] sind.
Wenn der Motorstrom fließt, fließt ein Negativ-Stromquellenstrom in die Gleichstromquellvorrichtung 108 und daher wird das Antriebsdrehmoment, welches durch den Wechselstrom-Drehelektromotor 1 erzeugt wird, zu einem negativen Drehmoment. Um dieses Phänomen zu verhindern, gibt eine Steuereinheit (nicht illustriert) an den Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 einen Drei-Phasen-Kurzschließbefehl aus, um den Doppel-Drei-Phasen-Motor 1 in den Drei-Phasen-Kurzschließzustand zu bringen. Im Schritt S1 in 6 wird bestimmt, ob der Drei-Phasen-Kurzschließbefehl existiert oder nicht; in dem Fall, bei dem der Drei-Phasen-Kurzschlussbefehl existiert (Ja), folgt dem Schritt S1 der Schritt S2. Im Schritt S2 werden in dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 die jeweiligen Oberarm-Schaltvorrichtungen 103 oder jeweiligen Unterarm-Schaltvorrichtungen 104 in sowohl der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 als auch der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022 so eingeschaltet, dass der Doppel-Drei-Phasen-Motor 1 in den Drei-Phasen-Kurzschließzustand gebracht wird. Als Ergebnis werden die an der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 erzeugten jeweiligen Induktionsspannungen in dem Doppel-Drei-Phasen-Motor 1 aufgebaut, so dass die an den Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 angelegte Spannung gesenkt werden kann.
In dieser Situation, wenn die Drehzahl des Doppel-Drei-Phasen-Motors 1, der ein Permanentmagnet-Synchronmotor ist, abnimmt und daher die antizipierte Induktionsspannung hinreichend niedriger als die Stromquellspannung der Gleichstromquellvorrichtung 108 wird, gibt zuerst die Steuereinheit einen Taststeuerbefehl an die erste elektrische Stromwandlungsschaltung 1021 des Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandlers 102 aus, um das in dem Doppel-Drei-Phasen-Motor 1 erzeugte negative Antriebsdrehmoment zu reduzieren. Im Schritt S31 in 6 wird festgestellt, ob der All-Phasen-Öffnungsbefehl existiert; in dem Fall, in dem der All-Phasen-Öffnungsbefehl existiert (Ja), folgt dem Schritt S31 der Schritt S41. Im Schritt S41 wird der Zustand der ersten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1021 von dem derzeitigen All-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand bewegt.
Weil die erste elektrische Stromwandlungsschaltung 1021 in den Taststeuerzustand gebracht wird, sinkt der in der ersten Gruppe von Ankerwicklungen des Doppel-Drei-Phasen-Motors 1 fließende Strom ab.
Als Nächstes gibt im Schritt S51 die vorstehende Steuereinheit den All-Phasen-Öffnungsbefehl an die erste elektrische Stromwandlungsschaltung 1021 aus und dann gibt die Steuereinheit den All-Phasen-Öffnungsbefehl, der gegenüber dem vorstehenden All-Phasen-Öffnungsbefehl um die Hälfte der durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückten LCR-Resonanzperiode verzögert ist, an die zweite elektrische Stromwandlungsschaltung 1022 aus.
wobei To, fo, L und C die LCR-Resonanzperiode [s], die LCR-Resonanzfrequenz [Hz], die Induktanzkomponente [H] zwischen dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 und der Gleichstromquellvorrichtung 108, bzw. die Kapazitätskomponente [F] zwischen dem Doppel-Drei-Phasen-Elektrostromwandler 102 und der Gleichstromquellvorrichtung 108 sind.
Im Schritt S61 wird der Zustand der zweiten elektrischen Stromwandlungsschaltung 1022, die den Laststeuerbefehl aufnimmt, von dem derzeitigen All-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand bewegt. Als Ergebnis sind die jeweiligen Phasen der Pulsationsfrequenzen, der Stromquellspannung, die durch die an der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 erzeugten Induktionsspannungen verursacht werden, zueinander revers, so dass die Amplitude der Fluktuation in der Stromquellspannung reduziert werden kann.
Wie im Falle bei Ausführungsform 1 sind in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 die entsprechenden Phasen der Pulsationsfrequenzen der Stromquellspannung, welche durch die an der ersten Gruppe von Ankerwicklungen 100 und der zweiten Gruppe von Ankerwicklungen 101 erzeugten Induktionsspannungen verursacht werden, zueinander revers, so dass die Amplitude der Fluktuation in der Stromquellenspannung reduziert werden kann.
Ausführungsform 4
Als Nächstes wird eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung erläutert.
7 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung repräsentiert. 8 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Änderns des Zieldrehmoments zu einem Zeitpunkt des Übergangs vom Drei-Phasen-Kurzschließzustand zum Tastausgabezustand in der Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
In 7 wird ein Permanentmagnetsynchronmotor 200 als die Wechselstrom-Drehelektromaschine durch eine elektrische Stromwandlungsschaltung 201 gesteuert, die beispielsweise als ein Inverter arbeitet. Die elektrische Stromwandlungsschaltung 201 ist mit einer Oberarm-Schaltvorrichtung 202 und einer Unterarm-Schaltvorrichtung 203 für jede der drei Phasen versehen. Die elektrische Stromwandlungsschaltung 201 ist eine Vorrichtung, die aus der Gleichstromquellenvorrichtung 207, deren Ausgangsspannung 48 V beträgt, erhaltenen Gleichstrom in elektrischen Wechselstrom umwandelt, durch Ein- und Ausschalten der Schaltvorrichtungen, und die aus dem Permanentmagnetsynchronmotor 200 erhaltene elektrischen Wechselstrom in elektrischen Gleichstrom verwandelt.
Der Glättungskondensator 204 ist zum Absorbieren einer Spitzenspannung vorgesehen, die zu einem Zeitpunkt verursacht wird, wenn die Oberarm-Schaltvorrichtung 202 und die Unterarm-Schaltvorrichtung 203 Ein/Aus-geschaltet werden und zum Glätten der Stromquellspannung während der Stromlaufregeneration. Ein Kontaktor 206 ist ein Schalter, deren Umschalten zwischen dem Ausschalten und der Leitung von elektrischem Stromtransfer zwischen der Gleichstromquellenvorrichtung 207 und der elektrischen Stromwandlungsschaltung 201 durchführt. Die Gleichstromquellenvorrichtung 207 ist eine Stromquellenvorrichtung, die einen Gleichstromelektrotransfer mit der elektrischen Stromwandlungsschaltung 201 durchführt.
Als Nächstes wird der Betrieb erläutert. In 7 und 8, wenn die entsprechenden Oberarm-Schaltvorrichtungen 202 und die entsprechenden Unterarm-Schaltvorrichtungen 203 für alle Phasen in der elektrischen Stromwandlungsschaltung 201 geöffnet sind, so dass der Permanentmagnet-Synchronmotor rotiert wird, tritt eine durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückte Induktionsspannung an den Ankerwicklungen auf. Diese Induktionsspannung steigt proportional zur Drehzahl; wenn die Induktionsspannung die Stromquellenspannung übersteigt, fließt der Motorstrom durch entsprechende Dioden in den Schaltvorrichtungen. V_Ind = ω × Φa wobei V_Ind, ω, und Φa die Induktionsspannung [V], die elektrische Winkelfrequenz [rad/s] bzw. der verlinkte Magnetfluss [Wb] sind.
Wenn der Motorstrom fließt, fließt ein Negativ-Stromquellenstrom in der Gleichstromquellvorrichtung 207 und daher wird ein Antriebsdrehmoment zu einem negativen Drehmoment. Um dieses Phänomen zu verhindern, gibt eine Steuereinheit (nicht illustriert) an die elektrische Stromwandlungsschaltung 201 einen Drei-Phasen-Kurzschließbefehl aus, um den Permanentmagnet-Synchronmotor in den Drei-Phasen-Kurzschließzustand zu bringen. Im Schritt S1 wird bestimmt, ob der Drei-Phasen-Kurzschließbefehl existiert oder nicht; in dem Fall, bei dem der Drei-Phasen-Kurzschließbefehl existiert (Ja), folgt dem Schritt S1 der Schritt S2, wo die elektrische Stromwandlungsschaltung 201 den Drei-Phasen-Kurzschließbefehl empfängt und dann die jeweiligen Oberarm-Schaltvorrichtungen 202 oder jeweiligen Unterarm-Schaltvorrichtungen 203 einschaltet, um so den Permanentmagnet-Synchronmotor in den Drei-Phasen-Kurzschließzustand zu bringen. Als Ergebnis wird die erzeugte Induktionsspannung im Permanentmagnet-Synchronmotor verbraucht, so dass die an den Inverter angelegte Spannung reduziert werden kann.
In dieser Situation, in dem Fall, bei dem der Permanentmagnet-Synchronmotor betrieben wird, gibt die Steuereinheit einen Befehl zum Umschalten des Drei-Phasen-Kurzschließzustands in den Tastausgabesteuerzustand aus. Im Schritt S31 wird festgestellt, ob ein Tastausgabesteuerbefehl existiert oder nicht; in dem Fall, bei dem der Tastausgabesteuerbefehl existiert (Ja), folgt dem Schritt S31 der Schritt S7, wo der in den Drei-Phasen-Kurzschließzustand fließende Motorstrom gemessen wird. Als Nächstes wird im Schritt S8 das Zieldrehmoment des Permanentmagnet-Synchronmotors 200 so verändert, dass der Motorstromwert gleich dem Motorstromwert wird, der im Schritt S7 gemessen wird; dann wird im Schritt S9 die Spannung mit einem Tastverhältnis entsprechend dem Zieldrehmoment ausgegeben.
Selbst in dem Fall, bei dem der Zielstrom geändert wird, statt Änderns des Zielstroms, so dass ein Motorstrom gleich wie der Motorstrom, der zu einer Zeit geflossen ist, des Drei-Phasen-Kurzschließzustands fließt, zeigt sich derselbe Effekt.
Danach wird im Schritt S10 mittels der Charakteristika des linearen Tiefpassfilters der Permanentmagnet-Synchronmotor 200 schließlich dazu gebracht, dem Befehlsdrehmoment zu folgen. Entsprechend kann die Änderung beim Motorstrom durch einen Tiefpassfilter gesteuert werden und daher kann der Änderungswert der Stromquellspannung ebenfalls gesteuert werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen sind mit einem Permanentmagnet-Synchronmotor als einem Beispiel erläutert worden; jedoch zeigt sich derselbe Effekt auch bei einem anderen Motor, wie etwa einem Feldwicklungsmotor, einem Induktionsmotor, einem Reluktanzmotor oder dergleichen. Darüber hinaus sind die vorstehenden Ausführungsformen mit einer Doppel-Dreiphasen-Wechselstrom-Drehmaschine und einem Invertersystem als Beispiele erläutert worden; jedoch zeigt sich selbst bei einem System, das mit zwei oder mehr entsprechenden Motoren und elektrischen Stromwandlungsschaltungen versehen ist, derselbe Effekt. Weiterhin ist die Gleichstromquellenvorrichtung nicht auf ein Stromquellensystem von 48 V begrenzt; ein Stromquellensystem jeglicher Spannung zeigt denselben Effekt.
Im Umfang der vorliegenden Erfindung können deren Ausführungsformen angemessen kombiniert, modifiziert oder weggelassen werden.
Jede der vorstehenden Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtungen gemäß den jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine, in der zumindest eine der nachfolgenden Erfindungen praktiziert wird.

(1) Eine Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung, die eine mit zwei oder mehr unabhängigen Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen versehene Wechselstrom-Drehelektromaschine steuert, wobei die Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung zwei oder mehr elektrische Stromumwandlungsschaltungen beinhaltet, die entsprechende Spannungen steuern, die an die zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzulegen sind, für jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromumwandlungsschaltungen zwei oder mehr Schaltvorrichtungen zum Öffnen oder Schließen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen für jede der Phasen aufweist, und wobei die zwei oder mehr Schaltvorrichtungen in solcher Weise schaltungsgesteuert sind, dass sie in der Lage sind, den Öffnungsbetrieb oder die Taststeuerung auf die entsprechende Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzuwenden.

Diese Erfindung ermöglicht es, dass selbst wenn der Zustand einer Wechselstrom-Drehelektromaschine von einem All-Phasen-Kurzschließzustand als dem Dreiphasen-Kurzschließen zum All-Phasen-Öffnungszustand bewegt wird, die an die Schaltvorrichtung angelegte Spannung in dem elektrischen Stromwandler, welcher mit der Wechselstrom-Drehelektromaschine verbunden ist, auf einen Wert unterdrückt ist, welcher der gleiche oder niedriger ist als die Durchbruchspannung der Schaltvorrichtung.

(2) Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß (1), wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen Arme aufweist, in jedem von welchem eine Oberarm-Schaltvorrichtung, die aus der Schaltvorrichtung gebildet ist, und eine Unterarm-Schaltvorrichtung, die aus der Schaltvorrichtung gebildet ist, in Reihe miteinander verbunden sind, für jeweilige Phasen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen in einen All-Phasen-Kurzschließzustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromwandlungsschaltung geschlossen sind und in einen All-Phasen-Öffnungszustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromwandlungsschaltung geöffnet sind, und wobei die zwei oder mehr elektrischen Stromumwandlungsschaltungen jeweilige Schalt-Timings zum Umschalten des Zustands der Mehrphasen-Ankerwicklungen aus dem All-Phasen-Kurzschließzustand zu All-Phasen-Öffnungszustand auf solche Weise steuern, dass die jeweiligen Schaltzeitpunkte sich abhängig von den zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen unterscheiden.

Diese Erfindung ermöglicht es, dass selbst wenn der Zustand einer Wechselstrom-Drehelektromaschine von einem All-Phasen-Kurzschließzustand, wie etwa dem Dreiphasen-Kurzschließen zum All-Phasen-Öffnungszustand bewegt wird, die Fluktuation der Stromquellspannung reduziert werden kann und daher die an die Schaltvorrichtung in dem elektrischen Stromumwandler, der mit der Wechselstrom-Drehelektromaschine verbunden ist, angelegte Spannung auf einen Wert reduziert wird, welcher der gleiche ist oder ein niedrigerer als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.

(3) Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß (1), wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen Arme aufweist, in jedem von denen eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Oberarm-Schaltvorrichtung und eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Unterarm-Schaltvorrichtung in Reihe miteinander verbunden sind, für die jeweiligen Phasen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen in einen All-Phasen-Kurzschließzustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromwandlungsschaltung geschlossen sind, und wobei die zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen entsprechende Schaltzeitpunkte zum Umschalten des Zustands der Mehrphasen-Ankerwicklungen aus dem All-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand auf solche Weise steuern, dass die jeweiligen Schaltzeitpunkte abhängig von den zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen differieren.

Diese Erfindung ermöglicht es, dass selbst wenn der Zustand einer Wechselstrom-Drehelektromaschine von einem All-Phasen-Kurzschließzustand, wie etwa dem Drei-Phasen-Kurzschließen zu dem All-Phasen-Öffnungszustand bewegt wird, die Fluktuation der Stromquellspannung reduziert werden kann und dann die an die Schaltvorrichtung in dem elektrischen Stromwandler, der mit der Wechselstrom-Drehelektromaschine verbunden ist, angelegte Spannung auf einen Wert reduziert wird, welches der gleiche oder ein niedrigerer ist als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.

(4) Die Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß einem von (2) oder (3), wobei die Schaltzeitpunkte auf solche Weise gesteuert werden, dass jeweilige Spannungsfluktuationskomponenten in einer Gruppe und in der anderen Gruppe, welche durch das Schalten verursacht werden, zueinander revers sind.

Diese Erfindung macht die jeweiligen Phasen der Pulsationsfrequenzen der Stromquellenspannung revers zueinander, so dass die Amplitude der Fluktuation in der Stromquellenspannung reduziert werden kann; somit wird es ermöglicht, die Steuerung in solcher Weise durchzuführen, dass die an die Schaltvorrichtung anzulegende Spannung auf einen Wert reduziert werden kann, welches der gleiche oder ein niedrigerer ist als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.

(5) Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß einem von (2) bis (4), wobei die jeweiligen Schaltzeitpunkte auf solche Weise gesteuert werden, dass sie abhängig von den Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen differieren, jeweilige Schaltzeitpunkte sind, die für jede der Gruppen um die Hälfte einer LCR-Resonanzperiode verschoben sind, basierend auf einer Induktionskomponente, einer Kapazitätskomponente und einer Widerstandskomponente, die zwischen der Elektrostrom-Umwandlungsschaltung und einer mit der elektrischen Stromumwandlungsschaltung verbundenen Stromquelle beinhaltet sind.

Diese Erfindung ermöglicht es, die Amplitude der Fluktuation bei der Stromquellenspannung zu reduzieren; somit wird es ermöglicht, die Steuerung auf solche Weise durchzuführen, dass die an die Schaltvorrichtung anzulegende Spannung auf einen Wert unterdrückt werden kann, welcher der gleiche oder ein niedrigerer ist als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.

(6) Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß einem von (2) bis (4), wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen eine PWM-Steuerung der Schaltvorrichtung durchführt, und wobei die Schaltzeitpunkte, die auf solche Weise gesteuert werden, dass sie sich abhängig von den Gruppen der Mehrphasen-Ankerwicklungen unterscheiden, Schaltzeitpunkte sind, die alle so gesteuert werden, dass sie zu einem Mehrfachen einer Trägerperiode werden.

Diese Erfindung ermöglicht es, die Amplitude der Fluktuation bei der Stromquellenspannung zu reduzieren; somit wird es ermöglicht, die Steuerung auf solche Weise durchzuführen, dass die an die Schaltvorrichtung anzulegende Spannung auf einen Wert reduziert werden kann, welches der gleiche oder niedriger ist als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.

(7) Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß (1), wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen Arme aufweist, in jeder von denen eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Oberarm-Schaltvorrichtung, und eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Unterarm-Schaltvorrichtung in Reihe miteinander verbunden sind, für die jeweiligen Phasen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen in einen All-Phasen-Kurzschließzustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromwandlungsschaltung beschlossen sind, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen den Zustand der Mehrphasen-Ankerwicklungen aus dem All-Phasen-Kurzschließzustand zu Taststeuerzustand umschaltet, und wobei, wenn der Zustand der Mehrphasen-Ankerwicklung von dem All-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand umgeschaltet wird, ein Zieldrehmoment der Wechselstrom-Drehelektromaschine in Übereinstimmung mit dem Wert des Motorstroms geändert wird, der in dem All-Phasen-Kurzschlusszustand fließt.

Diese Erfindung ermöglicht es, die Amplitude der Fluktuation bei der Stromquellenspannung zu reduzieren; somit wird es ermöglicht, die Steuerung auf solche Weise durchzuführen, dass die der Schaltvorrichtung anzulegende Spannung auf einen Wert reduziert werden kann, welches der gleiche wie oder niedriger ist als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.

(7) Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß (7), wobei das Zieldrehmoment auf solche Weise geändert wird, dass der Motorstromwert gleich wird dem Wert des Motorstroms, der in dem All-Phasen-Kurzschließzustand fließt, und wobei das geänderte Zieldrehmoment auf solche Weise gesteuert wird, dem Befehlsdrehmoment zu folgen.

Diese Erfindung ermöglicht es, die Amplitude der Fluktuation in der Stromquellenschaltung zu reduzieren; womit wird es ermöglicht, die Steuerung auf solche Weise durchzuführen, dass die an die Schaltvorrichtung anzulegende Spannung auf einen Wert reduziert werden kann, welches derselbe oder niedriger ist als die Spannungsfestigkeit der Schaltvorrichtung.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann auf das Gebiet einer Wechselstrom-Rotier-Elektromaschine und schließlich auf das Gebiet der Automobilindustrie angewendet werden, wo eine Wechselstrom-Drehelektromaschine als eine Antriebsquelle verwendet wird.
Bezugszeichenliste

1, 200: Wechselstrom-Drehelektromaschine
100: Erste Gruppe von Ankerwicklungen
101: Zweite Gruppe von Ankerwicklungen
102, 201: Elektrischer Stromwandler
1021: Erste elektrische Stromwandlungsschaltung
1022: Zweite elektrische Stromwandlungsschaltung
103, 202: Oberarm-Schaltvorrichtung
104, 203: Unterarm-Schaltvorrichtung
105, 204: Glättungskondensator
105, 205: Verdrahtungsführungsimpedanz
107, 206: Kontaktor
108, 207: Gleichstromquellenvorrichtung

Claims

Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung, die eine mit zwei oder mehr unabhängigen Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen versehene Wechselstrom-Drehelektromaschine steuert, wobei die Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung zwei oder mehr elektrische Stromumwandlungsschaltungen beinhaltet, die entsprechende Spannungen steuern, die an die zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzulegen sind, für jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromumwandlungsschaltungen zwei oder mehr Schaltvorrichtungen zum Öffnen oder Schließen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen für jede der Phasen aufweist, und wobei die zwei oder mehr Schaltvorrichtungen in solcher Weise schaltungsgesteuert sind, dass sie in der Lage sind, den Öffnungsbetrieb oder die Taststeuerung auf die entsprechende Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen anzuwenden.
Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen Arme aufweist, in jedem von welchem eine Oberarm-Schaltvorrichtung, die aus der Schaltvorrichtung gebildet ist, und eine Unterarm-Schaltvorrichtung, die aus der Schaltvorrichtung gebildet ist, in Reihe miteinander verbunden sind, für die jeweiligen Phasen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen in einen All-Phasen-Kurzschließzustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromwandlungsschaltung geschlossen sind und in einen All-Phasen-Öffnungszustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromwandlungsschaltung geöffnet sind, und wobei die zwei oder mehr elektrischen Stromumwandlungsschaltungen jeweilige Schaltzeitpunkte zum Umschalten des Zustands der Mehrphasen-Ankerwicklungen aus dem All-Phasen-Kurzschließzustand zu All-Phasen-Öffnungszustand auf solche Weise steuern, dass die jeweiligen Schaltzeitpunkte sich abhängig von den zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen unterscheiden.
Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromumwandlungsschaltungen Arme aufweist, in jedem von denen eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Oberarm-Schaltvorrichtung und eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Unterarm-Schaltvorrichtung in Reihe miteinander verbunden sind, für die jeweiligen Phasen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen in einen All-Phasen-Kurzschließzustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromumwandlungsschaltung geschlossen sind, und wobei die zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen entsprechende Schaltzeitpunkte zum Umschalten des Zustands der Mehrphasen-Ankerwicklungen aus dem All-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand auf solche Weise steuern, dass die jeweiligen Schaltzeitpunkte abhängig von den zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen sich unterscheiden.
Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß einem von Ansprüchen 2 und 3, wobei die Schaltzeitpunkte auf solche Weise gesteuert werden, dass jeweilige Spannungsfluktuationskomponenten in einer Gruppe und in der anderen Gruppe, welche durch das Schalten verursacht werden, zueinander umgekehrt sind.
Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß einem von Ansprüchen 2 bis 4, wobei die jeweiligen Schaltzeitpunkte, die auf solche Weise gesteuert werden, dass sie abhängig von den Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen sich unterscheiden, jeweilige Schaltzeitpunkte sind, die für jede der Gruppen um die Hälfte einer LCR-Resonanzperiode verschoben sind, basierend auf einer Induktionskomponente, einer Kapazitätskomponente und einer Widerstandskomponente, die zwischen der Elektrostrom-Umwandlungsschaltung und einer mit der elektrischen Stromumwandlungsschaltung verbundenen Stromquelle beinhaltet sind.
Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß einem von Ansprüchen 2 bis 4, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen eine PWM-Steuerung der Schaltvorrichtung durchführt, und wobei die Schaltzeitpunkte, die auf solche Weise gesteuert werden, dass sie sich abhängig von den Gruppen der Mehrphasen-Ankerwicklungen unterscheiden, Schaltzeitpunkte sind, die alle so gesteuert werden, dass sie ein Mehrfaches einer Trägerperiode werden.
Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen Arme aufweist, in jeder von denen eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Oberarm-Schaltvorrichtung, und eine aus der Schaltvorrichtung gebildete Unterarm-Schaltvorrichtung in Reihe miteinander verbunden sind, für die jeweiligen Phasen der entsprechenden Gruppe von Mehrphasen-Ankerwicklungen, wobei jede der zwei oder mehr Gruppen von Mehrphasen-Ankerwicklungen in einen All-Phasen-Kurzschließzustand gebracht wird, wenn alle Oberarm-Schaltvorrichtungen oder alle Unterarm-Schaltvorrichtungen in der entsprechenden elektrischen Stromwandlungsschaltung geschlossen sind, wobei jede der zwei oder mehr elektrischen Stromwandlungsschaltungen den Zustand der Mehrphasen-Ankerwicklungen aus dem All-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand umschaltet, und wobei, wenn der Zustand der Mehrphasen-Ankerwicklung von dem All-Phasen-Kurzschließzustand zum Taststeuerzustand umgeschaltet wird, ein Zieldrehmoment der Wechselstrom-Drehelektromaschine in Übereinstimmung mit dem Wert des Motorstroms geändert wird, der in dem All-Phasen-Kurzschlusszustand fließt.
Wechselstrom-Drehelektromaschinen-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das Zieldrehmoment auf solche Weise geändert wird, dass der Motorstromwert gleich wird dem Wert des Motorstroms, der in dem All-Phasen-Kurzschließzustand fließt, und wobei das geänderte Zieldrehmoment auf solche Weise gesteuert wird, dass es dem Befehlsdrehmoment folgt.