DE112015007173T5

DE112015007173T5 - Steuerung für Wechselstromdrehmaschine

Info

Publication number: DE112015007173T5
Application number: DE112015007173.3T
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa NISHIJIMA; Keiichi Enoki; Masutaka Watanabe; Yasukazu Murata; Shingo Harada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2018-08-30
Also published as: CN108370226A; JP6416414B2; US10992246B2; US20200244201A1; WO2017098555A1; JPWO2017098555A1

Abstract

Um eine Steuerung für eine Wechselstrom-Drehmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist zur Durchführung einer Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtung des Satzes, der nicht ausfällt, unter Berücksichtigung des Zustands der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht. Eine Steuerung für eine Wechselstrom-Drehmaschine zu einem Satz, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, stoppt die dq-Achsen-Stromsteuerung und schaltet im Falle des Kurzschlussausfalls ein und schaltet im Falle des Offenschaltungsausfalls zumindest eine der entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite oder der Negativelektrodenseite, welches dieselbe Seite wie die ausgefallene Schaltvorrichtung ist, aus, und zu einem Satz, der nicht ausfällt, setzt sie die dq-Achsen-Stromsteuerung fort und ändert die Stromkomponente der d-Achse entsprechend dem Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht.

Description

STEUERUNG FÜR WECHSELTROMDREHMASCHINE
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Steuerung für eine Wechselstrom-Drehmaschine, die versehen ist mit einem Stator, der mit mehreren Sätzen von mehreren Phasenwicklungen versehen ist und einem Rotor, der mit einem Permanentmagneten versehen ist.
HINTERGRUND
Der elektrische Stromwandler (Wechselrichter) ist an dem Elektromotor montiert, wie etwa dem Elektrofahrzeug und dem Hybridfahrzeug und ist mit der Wechselstrom-Drehmaschine verbunden. Der elektrische Stromwandler weist die Stromumwandlungsfunktion auf, welche die Wechselstrom-Drehmaschine durch Umwandeln von aus der Gleichstromquelle zugeführtem Gleichstrom in Wechselstrom antreibt und die Gleichstromquelle durch Umwandeln von durch die Wechselstrom-Drehmaschine im Gleichstrom erzeugten Wechselstrom lädt.
Um diese Stromumwandlungsfunktionen zu realisieren, verwendet Im Allgemeinen der elektrische Stromwandler die Schaltvorrichtung, wie etwa MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und IGBT (Isolierter Gatter-Bipolartransistor). Der elektrische Stromwandler führt eine Stromwandlung durch Umschalten von Ein-Zustand und Aus-Zustand der Schaltvorrichtung angemessen durch.
Wenn die Schaltvorrichtung ausfiel und in einem Ein-Zustand (Kurzschlussausfall) oder einem Aus-Zustand (Offenschaltungsausfall) verbleibt, wird es für den elektrischen Stromwandler schwierig, eine Stromumwandlung im normalen Zustand durchzuführen und es wird eine unbeabsichtigte Erzeugung von Drehmoment und unbeabsichtigte Ladung, so wie sie vorliegt, durchgeführt.
Als eine Technologie zum Fortsetzen des Antriebs der Wechselstrom-Drehmaschine selbst beim Ausfall der Schaltvorrichtung ist beispielsweise die Technologie in PLT 1 offenbart. In der Technologie in PLT 1, wenn der Kurzschlussausfall oder der Offenschaltungsausfall der Schaltvorrichtung detektiert wird, um den elektrischen Stromwandler des ausgefallenen Satzes, werden die jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen auf derselben elektrischen Potentialseite wie die ausgefallene Vorrichtung in denselben Zustand wie die ausgefallene Vorrichtung versetzt und wird hinsichtlich des elektrischen Stromwandlers des Satzes, der nicht ausfällt, die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen fortgesetzt.
ZITATELISTE
Patentliteratur
PLT 1: WO-A-2013-125057
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Jedoch kann im ausgefallenen Satz der Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine wie etwa das Bremsdrehmoment, das sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, im unerwünschten Zustand sein. In der Technologie in PLT 1 wird der Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, nicht bei der Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen des Satzes, der nicht ausfüllt, berücksichtigt.
Es ist somit wünschenswert, eine Steuerung für eine Wechselstrom-Drehmaschine bereitzustellen, die zum Durchführen einer Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtung des Satzes in der Lage ist, der nicht ausfällt, durch Berücksichtigen des Zustands der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht.
Problemlösung
Eine Wechselstrom-Drehmaschinensteuerung der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuerung für eine Wechselstrom-Drehmaschine, die mit einem Stator, der mit m Sätzen (m ist eine natürliche Zahl von größer oder gleich Zwei) von n-Phasenwicklungen (n ist eine natürliche Zahl von größer als oder gleich Zwei) versehen ist, und einem Rotor, der mit einem Permanentmagneten versehen ist, versehen ist, wobei die Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine beinhaltet:

die m Sätze eines elektrischen Stromwandlers, der mit den n Sätzen einer Reihenschaltung versehen ist, wo eine mit der Positivelektrodenseite einer Gleichstromquelle verbundene Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung und eine mit der Negativelektrodenseite der Gleichstromquelle verbundene Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung in Reihe verbunden sind und wobei ein Verbindungsknoten der Reihenverbindung mit der Wicklung der entsprechenden Phase verbunden ist, entsprechend der jeweiligen Phase der n Phase;
eine Schaltungssteuereinheit, die zu jedem Satz der m Sätze eine dq-Achsen-Stromsteuerung durchführt, welche in die Wicklungen fließende Ströme steuert, auf einem dq-Achsen-Drehkoordinatensystem, das aus einer in einer N Pol-Richtung des Permanentmagneten definierten d-Achse und einer in einer gegenüber der d-Achse um 90 Grad elektrischen Winkel vorgerückten Richtung definierten q-Achse besteht, und eine Ein/Aus-Steuerung jeder Schaltvorrichtung durchführt;
eine Ausfall-Detektionseinheit, die einen Kurzschlussausfall und einen Offenschaltungsausfall jeder der Schaltvorrichtungen detektiert; und
eine Fahrbedingungs-Detektionseinheit, die einen Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine detektiert, der sich auf Wicklungen eines Satzes bezieht, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel;
wobei, wenn der Ausfall der Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit detektiert wird, die Schaltungssteuereinheit zum Elektrostromwandler eines Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch die dq-Achsen-Stromsteuerung stoppt und zumindest eine der jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite oder der Negativelektrodenseite, welche dieselbe Seite ist wie die ausgefallene Schaltvorrichtung im Falle des Kurzschlussausfalls einschaltet und im Falle des Offenschaltungsausfalls ausschaltet; und
zum elektrischen Stromwandler eines Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch die dq-Achsen-Stromsteuerung fortsetzt und eine Stromkomponente der d-Achse gemäß dem Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine ändert, der sich auf Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, detektiert durch die Fahrbedingungs-Detektionseinheit.

Vorteil der Erfindung
Durch die durch den elektrischen Stromwandler gesteuerten n-Phasenwicklungen des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausgefallen ist, kann das Auftreten einer unerwünschten Drehmoment-Fluktuation der Wechselstrom-Drehmaschine reduziert werden. Andererseits kann durch die n-Phasenwicklungen, die durch den elektrischen Stromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, kontrolliert wird, die Wechselstrom-Drehmaschine Drehmoment üblich erzeugen. In diesem Fall, indem die Stromkomponente der Drehachse hinsichtlich der n-Phasenwicklungen des Satzes ohne Ausfall geändert wird, kann der Magnetfluss in der d-Achsenrichtung, wo der Magnetfluss des Permanentmagneten vorliegt, geändert werden. Das heißt, dass die Flussverkettung in der d-Achsenrichtung des Permanentmagneten scheinbar geändert werden kann. Diese Änderung der Flussverkettung in der d-Achsenrichtung wirkt auch auf die n-Phasenwicklungen des ausgefallenen Satzes ein. Da die Stromkomponente der d-Achse sich gemäß dem Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine ändert, der sich auf die n-Phasenwicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, kann der Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die n-Phasenwicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, angemessen geändert werden. Daher, selbst wenn die Schaltvorrichtung ausgefallen ist, kann die Wechselstrom-Drehmaschine angemessen angetrieben werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Wechselstrom-Drehmaschine und einer Steuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm der Steuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein Blockdiagramm der Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch die Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung repräsentiert;
5 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch die Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung repräsentiert;
6 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch die Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung repräsentiert; und
7 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung durch die Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Offenbarung repräsentiert.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Eine Steuerung 1 für eine Wechselstrom-Drehmaschine 2 (nachfolgend einfach als eine Steuerung 1 bezeichnet) gemäß Ausführungsform 1 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Wechselstrom-Drehmaschine 2 und der Steuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die Wechselstrom-Drehmaschine 2 ist eine Permanentmagnet-Synchron-Wechselstrom-Drehmaschine und ist mit einem Stator, der mit m Sätzen (m ist eine natürliche Zahl von größer als oder gleich Zwei) von n-Phasenwicklungen (n ist eine natürliche Zahl von größer gleich Zwei) versehen ist und einem Rotor, der mit einem Permanentmagneten versehen ist, versehen. Die Wechselstrom-Drehmaschine 2 ist mit einem Stator, der an einem Nicht-Rotationselement fixiert ist, und einem Rotor, der auf der Radialrichtungs-Innenseite des Stators angeordnet ist und schwenkbar durch ein Nicht-Rotationselement gehalten wird, versehen. Der eine Stator ist mit den m Sätzen von n-Phasenwicklungen versehen und der eine Rotor ist mit einer oder einer Mehrzahl von Polpaaren der Permanentmagnete versehen. Ein durch jeden Satz der m Sätze von n-Phasenwicklungen, die in dem einen Stator vorgesehen sind, erzeugtes drehendes Magnetfeld wirkt auf das eine oder die Vielzahl von Polpaaren der Permanentmagneten, die in einem Rotor vorgesehen sind; und ein durch ein oder eine Vielzahl von Polpaaren der in dem einen Rotor vorgesehenen Permanentmagneten erzeugtes Magnetfeld wirkt auf jeden Satz der m Sätze der n-Phasenwicklungen, die in dem einen Stator vorgesehen sind, ein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist n = 3, m = 2, und ist der eine Stator mit zwei Sätzen der drei Phasenwicklungen verbunden. Der erste Satz der drei Phasenwicklungen besteht aus einer U-Phasenwicklung Cu, einer V-Phasenwicklung Cv und einer W-Phasenwicklung Cw. Der zweite Satz von drei Phasenwicklungen besteht aus der U-Phasenwicklung Cu, der V-Phasenwicklung Cv und der W-Phasenwicklung Cw. Jeder Satz der drei Phasenwicklungen Cu, Cv und Cw ist mit einer Sternverbindung verbunden. Die drei Phasenwicklungen können durch eine Δ-Verbindung verbunden sein.
Die Steuerung 1 ist mit einem Elektrostromwandler 10 versehen, der eine Vielzahl von Schaltvorrichtungen aufweist und eine Gleichstrom/Wechselstromwandlung zwischen einer Gleichstromquelle 4 und den drei Phasenwicklungen durchführt. Der Elektrostromwandler 10 ist eins zu eins an jeder der drei Phasenwicklungen vorgesehen. Zwei Sätze der Elektrostromwandler 10 sind insgesamt vorgesehen. Jeder Satz des Elektrostromwandlers 10 ist mit einem, mit einer Positivelektrode der Gleichstromquelle 4 verbundenen Positivelektrodenseitendraht 11 und einem mit einer Negativelektrode der Gleichstromquelle 4 verbundenen Negativelektrodenseitendraht 12 verbunden. Jeder Satz der Elektrostromwandler 10 ist mit drei Sätzen einer Reihenschaltung (Bein) versehen, wo eine Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3H, die mit der Positivelektrodenseite (dem Positivelektrodenseitendraht 11) der Gleichstromquelle 4 verbunden ist, und eine Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3L (unterer Arm), die mit der Negativelektrodenseite (dem Negativelektrodenseitendraht 12) der Gleichstromquelle 4 verbunden ist, sind in Reihe verbunden, entsprechend der jeweiligen Phase der drei Phasenwicklungen. Somit ist jeder Satz von Elektrostromwandlern 10 mit insgesamt sechs Schaltvorrichtungen der drei Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen 3HU, 3HV, 3HW und den drei Negativelektroden-Schaltvorrichtungen 3LU, 3LV, 3LW versehen. Dann wird ein Verbindungsknoten, wo die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3H und die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3L in Reihe miteinander verbunden sind, mit der Wicklung der entsprechenden Phase verbunden.
Spezifisch ist in jeder Phase der Reihenschaltung der Kollektoranschluss der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3H mit dem Positivelektrodenseitendraht 11 verbunden, ist der Emitteranschluss der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3H mit dem Kollektoranschluss der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3L verbunden und ist der Emitteranschluss der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung 3L mit dem Negativelektrodenseitendraht 12 verbunden. Der in Reihe mit der Positivpolseiten-Schaltvorrichtung 3H und der Negativpolseiten-Schaltvorrichtung 3L verbundene Verbindungknoten ist mit der Wicklung der entsprechenden Phase verbunden. Ein IGBT (Isoliert-Gatter-Bipolar Transistor), in welchem eine Freilaufdiode revers parallel verbunden ist, ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und dergleichen werden als Schaltvorrichtung verwendet. Der Elektrostromwandler 10 ist mit Freilaufdioden 5 versehen, die invers parallel mit den jeweiligen Schaltvorrichtungen verbunden sind.
Jeder Satz der Elektrostromwandler 10 ist mit der Gatterantriebsschaltung 16 verbunden, welche die Schaltvorrichtungen antreibt. Die Gatterantriebsschaltung 16 ist mit dem Gatteranschluss verbunden, der ein Steueranschluss jeder Schaltvorrichtung (nicht illustriert) ist. Die Gatterantriebsschaltung 16 gibt ein Ein-Spannungssignal oder ein Aus-Spannungssignal an jede Schaltvorrichtung gemäß einem über einen Fotokoppler und dergleichen aus der Steuerung 30 gesendeten Steuersignal aus und bringt jede Schaltvorrichtung in den Ein-Zustand oder den Aus-Zustand.
Jeder Satz der Elektrostromwandler 10 ist mit einem Stromsensor 14 zum Detektieren von Strom versehen, der in jeder Wicklung fließt. Der Stromsensor 14 ist auf jedem Phasendraht vorgesehen, der die Reihenschaltung der Schaltvorrichtungen und die Wicklung verbindet. Der Elektrostromwandler 10 ist mit einem Glättungskondensator 13 versehen, der zwischen dem Positivelektrodenseitendraht 11 und dem Negativelektrodenseitendraht 12 verbunden ist. Der Elektrostromwandler 10 ist mit einem Spannungssensor 15 zum Detektieren einer Spannung (Systemspannung) zwischen dem Positivelektrodenseitendraht 11 und dem Negativelektrodenseitendraht 12 versehen. Die Wechselstrom-Drehmaschine 2 ist mit einem Drehzahlsensor 6, wie etwa einem Geber, zum Detektieren einer Drehwinkelgeschwindigkeit und eines Drehwinkels (Magnetpolposition) des Rotors versehen.
Die Wechselstrom-Drehmaschine 2 ist mit einem Wicklungs-Temperatursensor 7 zum Detektieren einer Temperatur jedes Satzes der Wicklungen versehen.
Eine ladbare und entladbare Elektrizitäts-akkumulator-Vorrichtung (beispielsweise eine Nickel-Ionen-Batterie, eine Nickel-Hydroxid-Batterie, ein elektrischer Doppelschichtkondensator) wird als Gleichstromquelle 4 genutzt. Die Gleichstromquelle 4 kann mit einem Gleichstrom-Gleichstromwandler versehen sein, der ein Gleichstromwandler ist, der Gleichstromspannung herauf- oder herunterspannt. Die Gleichstromquelle 4 ist mit einem Stromsensor 8 zum Detektieren des Stroms, der in die Gleichstromquelle 4 fließt, versehen. Die Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren der Stromsensoren 14, des Spannungssensors 15, des Drehzahlsensors 6, des Wicklungs-Temperatursensors 7, des Stromversorgungs-Stromsensors 8 und dergleichen werden in die Steuerung 30 eingegeben.
Die Steuerung 1 ist mit der Steuerung 30 versehen, welche die Wechselstrom-Drehmaschine 2 durch Steuern zweier Sätze von Elektrostromwandlern 10 steuert. Die Steuerung 30 ist mit funktionalen Teilen einer Schaltsteuereinheit 31, einer Ausfall-Detektionseinheit 32, einer Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 und dergleichen, die unten beschrieben sind, versehen. Entsprechende Funktionen der Steuerung 30 werden durch Verarbeitungsschaltungen realisiert, die in der Steuerung 30 vorgesehen sind. Spezifisch, wie in 2 gezeigt, ist die Steuerung 30, als die Verarbeitungsschaltungen, mit einem Rechenprozessor (Computer) 90, wie etwa einer CPU (Zentraleinheit) und einem DSP (Digital Signal Prozessor), Speichervorrichtungen 91, welche Daten mit dem Rechenprozessor 90 austauschen, einer Eingangsschaltung 92, die externe Signale am Rechenprozessor 90 eingibt, einer Ausgangsschaltung 93, die Signale aus dem Rechenprozessor 90 nach außen ausgibt, und dergleichen versehen. Als die Speichervorrichtungen 91 sind ein RAM (Wahlfreizugriffsspeicher), welcher Daten lesen und Daten schreiben aus dem Rechenprozessor 90 kann, ein ROM (Nurlesespeicher), der Daten vom Rechenprozessor 90 lesen und schreiben kann, und dergleichen versehen. Die Eingangsschaltung 92 ist mit verschiedenen Arten von Sensoren und Schaltern wie etwa dem Stromsensor 14 verbunden und ist mit einem A/D-Wandler und dergleichen zum Eingeben von Ausgangssignalen aus den Stromsensoren und den Schaltern an die Rechenverarbeitungseinheit 90 versehen. Die Ausgangsschaltung 93 ist mit elektrischen Lasten, wie etwa den Gatter-Antriebsschaltungen 16, verbunden und ist mit einer Antriebsschaltung und dergleichen zum Ausgeben eines Steuersignals aus dem Rechenprozessor 90 versehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Eingangsschaltung 92 mit dem Stromsensor 14, dem Spannungssensor 15, dem Drehzahlsensor 6, dem Wicklungs-Temperatursensor 7, dem Stromsensor 8 und dergleichen verbunden. Die Ausgangsschaltung 93 ist mit den Elektrostromwandlern 10 (den Gatterantriebsschaltungen 16) und dergleichen verbunden.
Dann lässt die Rechenverarbeitungseinheit 90 Software-Elemente (Programme), die in der Speichervorrichtung 91 gespeichert sind, wie etwa einem ROM, ablaufen und kollaboriert mit anderen Hardware-Vorrichtungen in der Steuerung 30, wie etwa der Speichervorrichtung 91, der Eingangsschaltung 92 und der Ausgangsschaltung 93, so dass die entsprechenden Funktionen der Steuereinheiten 31 bis 33, die in der Steuerung 1 enthalten sind, realisiert werden. Jede Funktion der Steuerung 30 wird im Detail unten beschrieben.
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert zu jedem Satz Ströme IUu, Iv, Iw, welche in die entsprechenden Phasenwicklungen Cu, Cv, Cw der Wechselstrom-Drehmaschine 2 aus dem Elektrostromwandler 10 fließen, basierend auf dem Ausgangssignal des Stromsensors 14. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert die Drehwinkelgeschwindigkeit und den Drehwinkel (Magnetpolposition) des Rotors, basierend auf dem Ausgangssignal des Drehzahlsensors 6. Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert die Eingangsspannung (Systemspannung), basierend auf dem Ausgangssignal des Spannungssensors 15.
Die Schaltsteuereinheit 31 ist mit einer dq-Achsen-Stromsteuereinheit 35 versehen. Die dq-Achsen-Stromsteuereinheit 35 führt an jedem Satz die q-Achsen-Stromsteuerung durch, welche die in die Wicklungen fließenden Ströme auf dem dq-Achsen-Drehkoordinatensystem steuert und eine Ein/Aus-Steuerung jeder Schaltvorrichtung durchführt. Das dq-Achsen-Drehsystem besteht aus einer d-Achse, die in der Richtung des n Pols (Magnetpolposition) des im Rotor vorgesehenen Permanentmagneten definiert ist und eine q-Achse, die in der zur d-Achse um 90 Grad (Π/2) in elektrischem Winkel vorgerückten Richtung definiert ist, und welche das Zwei-Achsen-Drehkoordinatensystem ist, welches synchronisierend mit der Drehung des Rotors im elektrischen Winkel rotiert.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie im Blockdiagramm von 3 gezeigt, wird die dq-Achsen-Stromsteuereinheit 35 an jedem Satz mit einer Basisstrom-Befehlsrecheneinheit 40, einer Stromrückkopplungs-Steuereinheit 41, einer Spannungskoordinaten-Wandlungseinheit 42, einer PWM-Signal-Erzeugungseinheit 43, einer Stromkoordinaten-Umwandlungseinheit 44 und dergleichen versehen.
Die Basisstrom-Befehlsrecheneinheit 40 berechnet einen d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb und einen q-Achsen-Basisstrombefehlswert Iqcb, welche Basisbefehlswerte des in jedem Satz der Drei-Phasenwicklungen Cu, Cv und Cw im d-Achsen-Drehkoordinatensystem fließenden Ströme ausdrückte. Beispielsweise berechnet die Basisstrom-Befehlsrecheneinheit 40 den d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb und den q-Achsen-Basisstrombefehlswert Iqcb, welche die die Wechselstrom-Drehmaschine 2 dazu bringen, ein Zieldrehmoment auszugeben. Die Basisstrom-Befehlsrecheneinheit 40 berechnet die dq-Achsen-Basisstrombefehlswerte Idcb, Iqcb anhand von Stromvektor-Rechenverfahren, wie etwa Maximaldrehmoment-Stromsteuerung, Magnetfluss-Abschwächsteuerung, Id = 0 Steuerung und Maximaldrehmoment-Magnetflusssteuerung. In der Maximaldrehmoment-Stromsteuerung werden die dq-Achsen-Basisstrombefehlswerte Idcb, Iqcb, welche das erzeugte Drehmoment für denselben Strom maximieren, berechnet. In der Magnetfluss-Abschwächsteuerung werden die dq-Achsen-Basisstrombefehlswerte Idcb, Iqcb auf einer Konstant-Induktionsspannungs-Ellipse bewegt, gemäß dem Zieldrehmoment. In der Id = 0 Steuerung wird der d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb auf 0 eingestellt, und wird der q-Achsen-Basisstrombefehlswert Iqcb gemäß dem Zieldrehmoment und dergleichen geändert. In der Maximaldrehmoment-Magnetflusssteuerung werden die dq-Achsen-Basisstrombefehlswerte Idcb, Iqcb, in welchen eine Flussverkettung für dieselbe Drehmomenterzeugung minimiert wird, berechnet.
In einem normalen Fall, bei dem ein Ausfall in keinem Satz der Schaltvorrichtungen auftritt, werden die dq-Achsen-Basisstrombefehlswerte Idcb, Iqcb in die Stromrückkopplungs-Steuereinheit 41, so wie sie vorliegen, eingegeben, als die dq-Achsen-Strombefehlswerte Idc, Iqc. Andererseits, in einem Fall des Änderns der Stromkomponente der d-Achse durch die d-Achsen-Stromkomponente 45, da der Ausfall in anderen Sätzen der Schaltvorrichtungen auftritt, obwohl ein Ausfall nicht in diesem Satz der Schaltvorrichtungen auftritt; wird der d-Achsen-Strombefehlswert Idc nach Ändern des d-Achsen-Basisstrombefehlswerts Idcb durch die d-Achsen-Stromkomponente 45 in die Stromrückkopplungs-Steuereinheit 41 eingegeben.
Die Stromkoordinaten-Umwandlungseinheit 44 wandelt Drei-Phasenströme Iu, Iv, Iw, welche in die entsprechenden Phasenwicklungen fließen und durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert werden, in einen d-Achsenstrom Id und einen q-Achsenstrom Iq, welche im dq-Achsen-Drehkoordinatensystem ausgedrückt sind, durch Durchführen einer Drei-Phasen-/Zwei-Phasen-Umwandlung und einer Drehkoordinaten-Umwandlung, basierend auf der Magnetpolposition. Die Stromrückkopplungs-Steuereinheit 41 führt eine Stromrückkopplungssteuerung durch, welche einen d-Achsenspannungs-Befehlswert Vd und einen q-Achsenspannungs-Befehlswert Vq ändert, welche Spannungsbefehlssignale ausdrückten, die an die Wechselstrom-Drehmaschine 2 angelegt werden, im dq-Achsen-Drehkoordinatensystem, durch PI-Steuerung oder dergleichen, so dass die dq-Achsenströme Id, Iq sich den dq-Achsen-Basisstrombefehlswerten Idcb, Iqcb annähern. Dann wandelt die Spannungskoordinaten-Wandlungseinheit 42 die dq-Achsenspannungs-Befehlswerte Vd, Vq in Drei-Phasen-Wechselstromspannungs-Befehlswerte Vu, Vv, Vw um, welche Wechselstromspannungs-Befehlswerte an die jeweiligen Drei-Phasenwicklungen sind, durch Durchführen einer festen Koordinatenumwandlung und einer Zwei-Phasen-/Drei-Phasen-Umwandlung, basierend auf der Magnetpolposition.
Die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 43 vergleicht jeden der Drei-Phasen-Wechselstromspannungs-Befehlswerte Vu, Vv, Vw mit einer Trägerwelle (eine Dreieckwelle), die eine Vibrationsbreite der Systemspannung aufweist, und bei einer Trägerfrequenz vibriert; und dann eine Rechteckimpulswelle einschaltet, wenn der Wechselstromspannungs-Befehlswert die Trägerwelle übersteigt, und die Rechteckimpulswelle abschaltet, wenn der Wechselstromspannungs-Befehlswert die Trägerwelle unterschreitet. Die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 43 gibt die entsprechenden Phasen-Rechteckimpulswellen von drei Phasen als entsprechende Phasen-Wechselrichter-Steuersignale Su, Sv, Sw von drei Phasen an den Elektrostromwandler 10 aus.
Die Ausfall-Detektionseinheit 32 detektiert zu jedem Satz von Elektrostromwandlern 10 Kurzschlussausfall und Offenschaltungsausfall jeder Schaltvorrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32 zu jedem Satz von Elektrostromwandlern 10 einen Kurzschlussausfall und Offenschaltungsausfall jeder Schaltvorrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32 zu jedem Satz, basierend auf dem in die entsprechenden Phasenwicklungen fließenden Ströme Iu, Iv, Iw, welche durch den Stromsensor 14 detektiert werden, und den Einstellwerten der Wechselrichter-Steuersignale Su, Sv, Sw, welche die entsprechenden Schaltvorrichtungen einschalten oder ausschalten, den Ausfall. In einem Fall des Bestimmens, dass der Strom nicht in die Schaltvorrichtung fließt, trotz des Befehlens des Ein-Signals an die Schaltvorrichtung, bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32, dass der Offenschaltungsausfall der Schaltvorrichtung auftritt. Andererseits, in einem Fall des Bestimmens, dass der Strom in die Schaltvorrichtung fließt, trotz des Befehlens des Aus-Signals an die Schaltvorrichtung, bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32, dass der Kurzschlussausfall der Schaltvorrichtung auftritt. Beispielsweise bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32 den Ausfall durch Vergleichen eines Ausfallmusters mit den tatsächlichen Wechselrichter-Steuersignalen Su, Sv, Sw und den tatsächlichen jeweiligen Phasenströmen Iu, Iv, Iw. Das Ausfallmuster memorisierte vorläufig eine Beziehung zwischen Ein-Aus-Einschaltwerten jeweiliger Phasen der Wechselrichter-Steuersignale Su, Sv, Sw und entsprechenden Phasenströmen Iu, Iv, Iw in einem Fall, bei dem der Kurzschlussausfall oder der Offenschaltungsausfall in jeder Schaltvorrichtung auftritt.
Alternativ kann der Stromsensor für jede Schaltvorrichtung vorgesehen sein; und die Ausfall-Detektionseinheit 32 kann den Ausfall basierend auf dem Ein-Signal oder dem Aus-Signal jeder Schaltvorrichtung und dem durch jede Schaltvorrichtung fließenden Strom, der durch den Stromsensor detektiert wird, bestimmen.
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert einen Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklungen eines Satzes bezieht, bei welchem die Schaltvorrichtung ausfiel. Dann, wenn der Ausfall der Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit 32 detektiert wird, stoppt die Schaltsteuereinheit 31 zu jedem Elektrostromwandler 10 eines Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch die d-Achsen-Stromsteuerung; und führt eine Ausfall - Ein/Aus-Steuerung durch, welche im Falle des Kurzschlussausfalls einschaltet und im Falle des Offenschaltungsausfalls ausschaltet zumindest eine der jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite oder der Negativelektrodenseite, welche dieselbe Seite wie die ausgefallene Schaltvorrichtung ist. Die Schaltsteuereinheit 31 setzt zu jedem Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch die dq-Achsen-Stromsteuerung fort; und führt eine d-Achsenstromkorrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse gemäß dem Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2 ändert, welche sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, detektiert durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33.
Gemäß dieser Konfiguration, durch die, durch den Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausgefallen ist, gesteuerten Dreiphasen-Wicklungen, kann das Auftreten von Drehmomentfluktuation wie etwa Drehmomentbrummen reduziert werden. Andererseits kann durch die, durch den Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, gesteuerten Drei-Phasenwicklungen die Wechselstrom-Drehmaschine 2 üblicherweise Drehmoment erzeugen. In diesem Fall, indem die Stromkomponente der d-Achse hinsichtlich der Drei-Phasenwicklungen des Satzes ohne Ausfall geändert wird, kann der Magnetfluss in der d-Achsenrichtung, wo der Magnetfluss des Permanentmagneten existiert, geändert werden. Das heißt, dass die Flussverkettung in der d-Achsenrichtung durch den Permanentmagneten anscheinend geändert werden kann. Diese Änderung einer Flussverkettung in der d-Achsenrichtung wirkt auch auf die Drei-Phasenwicklungen des ausgefallenen Satzes ein. Gemäß der obigen Konfiguration, da die Stromkomponente der d-Achse sich anhand des Zustands der Wechselstrom-Drehmaschine 2 ändert, der sich auf die Drei-Phasenwicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, kann der Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Drei-Phasenwicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, angemessen geändert werden. Daher, selbst wenn die Schaltvorrichtung ausfiel, kann die Wechselstrom-Drehmaschine 2 angemessen angetrieben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie im Blockdiagramm von 3 gezeigt, zu dem Satz, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, schaltet die Schaltsteuervorrichtung 31 von Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen, durch Durchführen der dq-Achsen-Stromsteuerung durch die dq-Achsen-Stromsteuereinheit 35 zur Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch Durchführen des Ausfalls der Ein/Aus-Steuerung durch die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 um. Andererseits setzt zum Satz, in welchem die Schaltvorrichtung nicht ausfällt, die Schaltsteuereinheit 31 die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch Durchführen der dq-Achsensteuerung durch die dq-Achsenstromsteuereinheit 35 fort und korrigiert den d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb durch Durchführen der d-Achsenstromkorrektur durch die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 berechnet einen d-Achsenstromkorrekturwert ΔIc und korrigiert den d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb, der durch die Basisstrom-Befehlseinheit 40 berechnet wird, durch den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc (Idc = Idcb + ΔIdc).
Übrigens erzeugt in der Permanentmagnet-Synchron-Wechselstromdrehmaschine die Rotation des Rotors die induzierte Spannung auch in den Wicklungen des ausgefallenen Satzes durch den am Rotor angebrachten Permanentmagneten. Diese induzierte Spannung Vind kann wie in Gleichung (1) ausgedrückt werden, durch Einstellen der elektrischen Winkelgeschwindigkeit des Rotors auf ω [rad/s] und Einstellen der Flussverkettung durch den Permanentmagneten auf Φa [Wb]. $Vind = ω \times Φ a$
Es ist aus Gleichung (1) zu sehen, dass die induzierte Spannung Vind, die in den Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugt wird, ansteigt, wenn die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors ansteigt. Falls die induzierte Spannung Vind, die am Elektrostromwandler 10 angelegt wird, aus den Wicklungen zu sehr ansteigt, besteht die Möglichkeit, dass die Durchbruchspannungsgrenze der Schaltvorrichtungen überschritten wird, und dies ist nicht wünschenswert.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit 32 detektiert wird, führt die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, eine Ausfall-Ein/Aus-Steuerung durch, welche die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite einschaltet und die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite ausschaltet.
Gemäß dieser Konfiguration, wenn der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung auftritt, werden die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen dazu gebracht, in einen ähnlichen Zustand zu dem Zustand zu gehen, wo der Kurzschlussausfall auftrat, und werden die Negativelektroden-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen dazu gebracht, in den Aus-Zustand zu gehen. Andererseits, wenn der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung auftritt, werden die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen dazu gebracht, in einen Ein-Zustand zu gehen und werden die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen dazu gebracht, in einen Aus-Zustand zu gehen, ähnlich zu dem Zustand, bei dem der Offenschaltungsausfall auftrat.
Daher, wenn der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung auftritt, werden die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in einen Ein-Zustand gebracht und werden die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in den AUS-Zustand gebracht. Falls es ein All-Ein-Zustand der Positivelektrodenseite der Dreiphasen und All-Aus-Zustand der Negativelektrodenseite von drei Phasen wird, re-zirkuliert Strom zwischen dem Elektrostromwandler 10 des ausgefallenen Satzes und den Wicklungen und kann die an den Elektrostromwandler 10 aus den Wicklungen angelegte induzierte Spannung gesenkt werden. Daher kann zu einem Ansteigen bei der elektrischen Windgeschwindigkeit des Rotors der Anstieg in der induzierten Spannung reduziert werden und kann die angelegte Spannung daran gehindert werden, die Durchbruchspannung der Schaltvorrichtung zu übersteigen.
Andererseits, in einem All-Ein-Zustand der Positivelektrodenseite von drei Phasen und einem All-Aus-Zustand der Negativelektrodenseiten von drei Phasen, da Rückflussstrom in die Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt, wird das Bremsdrehmoment, welches ein negatives Drehmoment ist, im Rotor erzeugt. Das Drehmoment T der Wechselstrom-Drehmaschine 2 kann in der Gleichung (2) in dem dq-Achsen-Drehkoordinatensystem ausgedrückt werden. $T = Pn \times Φ a \times Iq + Pn \times (Ld - Lq) \times Id \times Iq$
Hier ist Pn die Anzahl von Polpaaren des Permanentmagneten, ist Ld die d-Achsen-Induktanz, und ist Lq die q-Achsen-Induktanz. Da Ld und Lq allgemein klein genug sind im Vergleich mit Id und Iq, wird der erste Ausdruck der Gleichung (2), das heißt der q-Achsenstrom Iq, dominant.
Relationsgleichungen zwischen Spannung und Strom in dem dq-Achsen-Drehkoordinatensystem können in der Gleichung (3) und der Gleichung (4) ausgedrückt werden. $Vd = Ra \times Id - ω \times Lq \times Iq$
$Vq = Ra \times Iq + ω \times (Ld \times Id + Φ a)$
Hier ist Vd eine d-Achsenspannung, ist Vq eine q-Achsenspannung und ist Ra ein Widerstand der Wicklung einer Phase.
In dem Fall eines All-Ein-Zustands der Positivelektrodenseiten von drei Phasen und eines All-Aus-Zustands der Negativelektrodenseiten von drei Phasen, da er Vd = 0 und Vq = 0 wird, werden Id und Iq zu dieser Zeit als die Gleichung (5) und Gleichung (6) aus der Gleichung (3) und der Gleichung (4) abgeleitet. $I_{d} = - (Φ a \times ω^{2} \times Lq) / ({Ra}^{2} + ω^{2} \times Ld \times Lq)$
$I_{q} = - (Φ a \times ω \times Ra) / ({Ra}^{2} + ω^{2} \times Ld \times Lq)$
Wie oben erwähnt, im Falle eines All-Ein-Zustands der Positivelektrodenseiten von drei Phasen und eines All-Aus-Zustands der Negativelektrodenseiten von drei Phasen, da der q-Achsenstrom Iq dominant ist, durch Senken der Größe (Absolutwert) des q-Achsenstroms Iq, der durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt und durch die Gleichung (6) ausgedrückt werden kann, kann die Größe (Absolutwert) des Bremsdrehmoments durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes gesenkt werden.
Übrigens, falls der durch die Wicklungen des Satzes, der nicht ausfällt, fließende d-Achsenstrom Id dazu gebracht wird, in negativer Richtung zu steigen, kann die Flussverkettung Φa durch den Permanentmagneten anscheinend gesenkt werden. Falls die Flussverkettung Φa gesenkt wird, kann aus der Gleichung (6) die Größe des q-Achsenstroms Iq, der durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt, gesenkt werden und kann die Größe des Bremsdrehmomentes gesenkt werden.
Dann detektiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 das Bremsdrehmoment, das am Rotor durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugt wird, als den Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklung des ausgefallenen Satzes bezieht. Dann führt zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 eine d-Achsenstromkorrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse in der Negativrichtung steigert, um so die Größe (Absolutwert) des durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektierten Bremsdrehmomentes zu senken. Hier bedeutet „Erhöhen der Stromkomponente der d-Achse in der Negativrichtung“ ein „Senken der Stromkomponente der d-Achse“.
Gemäß dieser Konfiguration, indem die Stromkomponente der d-Achse, welche durch die Wicklungen des Satzes fließt, der nicht in der negativen Richtung ausfällt, erhöht wird, kann die Flussverkettung Φa des Permanentmagneten anscheinend gesenkt werden und kann das Bremsdrehmoment der Wicklungen des ausgefallenen Satzes angemessen gesenkt werden.
Der d-Achsen-Strombefehlswert Idc nach Korrektur durch die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 steigt in der Negativrichtung aus dem d-Achsenstrom-Befehlswert Idcb an, der durch die Basisstrom-Befehlsrecheneinheit 40 berechnet wird. Das heißt, dass der d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIc, der den d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb korrigiert, ein negativer Wert wird.
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 berechnet das durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugte Bremsdrehmoment Tf unter Verwendung von Gleichung (7), basierend auf der Flussverkettung (Φa + Ldr × Idr) durch den Permanentmagneten, der scheinbar durch den d-Achsenstrom Idr des Satzes, der nicht ausfällt, de-magnetisiert wird, und den q-Achsenstrom Iqf des ausgefallenen Satzes. Hier ist Ldr die d-Achsen-Induktanz der Wicklung des Satzes, der nicht ausfällt. $Tf = Pn \times (Φ a + Ldr \times Idr) \times Iqf$
Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 erhöht die Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in Negativrichtung, so dass die Größe (Absolutwert) des Bremsdrehmoments Tf kleiner gleich einem vorab eingestellten Maximaldrehmomentwert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 erhöht den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc in der negativen Richtung, bis die Magnitude (Absolutwert) des Bremsdrehmoments Tf kleiner oder gleich dem Maximaldrehmomentwert wird. Um mit der Änderung beim q-Achsenstrom Iqf anhand der elektrischen Windgeschwindigkeit ω des Rotors und Ändern des Bremsdrehmoments Tf gemäß dem q-Achsenstrom Iqf klar zu kommen, kann die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIc in der positiven Richtung erhöhen, wenn die Größe (Absolutwert) des Bremsdrehmoments Tf kleiner als der maximale Drehmomentwert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 begrenzt den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIc nach oben um Null. Selbst in diesem Fall wird der d-Achsenstrom-Korrekturwert Idc ein Negativwert und erhöht die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom Id in der negativen Richtung aus dem d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb.
Die Prozedur des Verarbeitens beim Ausfall der Steuerung 1 wird basierend auf dem in 4 gezeigten Flussdiagramm erläutert. Die Verarbeitung des Flussdiagramms in 4 wird rekurrent implementiert, beispielsweise in jedem konstanten Betriebszyklus, während die Rechenverarbeitungseinheit 90 der Steuerung 30 Software (ein Programm) implementiert, das in der Speichereinrichtung 91 gespeichert ist.
Zuerst führt im Schritt S01 die Ausfall-Detektionseinheit 32 zu jedem Satz der Elektrostromwandler 10 Ausfall-Detektionsverarbeitung durch, welche Kurzschlussausfall und Offenschaltungsausfall jeder Schaltvorrichtung detektiert. Im Schritt S02 bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32, ob der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung detektiert wird oder nicht. Wenn weder der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseite noch der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseite detektiert wird (im Schritt S02: Nein), kehrt die Ausfall-Detektionseinheit 32 zum Schritt S01 zurück und setzt die Ausfall-Detektionsverarbeitung fort.
Wenn der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung detektiert wird (Schritt S02: Ja), führt im Schritt S03, zum Satz des Elektrostromwandlers 10, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 die Ausfall-Ein/Aus-Steuerverarbeitung durch, welche die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite einschaltet und die jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite ausschaltet.
Als Nächstes führt im Schritt S04 die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 eine Verarbeitung durch, welche das durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugte Bremsdrehmoment detektiert. Im Schritt S05 bestimmt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45, ob die Größe (Absolutwert) des Bremsdrehmoments kleiner als oder gleich dem Maximal-Drehmomentwert ist. Dann, wenn das Bremsdrehmoment nicht kleiner oder gleich dem Maximaldrehmomentwert ist (Schritt S05: Nein), führt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstrom-Korrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in der Negativrichtung im Schritt S06 erhöht, kehrt dann zu Schritt S04 zurück. Andererseits, wenn das Bremsdrehmoment kleiner oder gleich dem Maximaldrehmomentwert ist (Schritt S05: Ja), beendet die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstrom-Korrektur, welche die Stromkomponente der d-Achse in der Negativrichtung erhöht.
Ausführungsform 2
Als Nächstes wird die Steuerung 1 gemäß Ausführungsform 2 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, welche gleich jenen in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Obwohl die Basiskonfiguration und Verarbeitung der Wechselstrom-Drehmaschine 2 und der Steuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleichen wie jene von Ausführungsform 1 sind, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von Ausführungsform 1 im Ausfallmuster der Schaltvorrichtungen, in welchen die Schaltsteuereinheit 31 arbeitet und dem Ein/Aus-Muster der Schaltvorrichtungen bei der Ausfallbestimmung.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Kurzschlussausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit 32 detektiert wird, führt die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, eine Ausfall-Ein/Aus-Steuerung durch, welche die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite ausschaltet und die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseiten einschaltet.
Gemäß dieser Konfiguration, wenn der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung auftritt, werden die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen dazu gebracht, in den Aus-Zustand zu gehen, ähnlich zum Zustand, bei dem der Offenschaltungsausfall auftrat, und werden die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen dazu gebracht, in einen Ein-Zustand zu gehen. Andererseits, wenn der Kurzschlussausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung auftritt, werden die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in den Aus-Zustand gebracht und werden die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in einen Ein-Zustand gebracht, ähnlich zu dem Zustand, wo der Kurzschlussausfall auftrat.
Daher, wenn der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Kurzschlussausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung auftritt, werden die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in den Aus-Zustand gebracht und werden die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in den Ein-Zustand gebracht. Falls es ein All-Aus-Zustand der Positivelektrodenseite der drei Phasen und einen All-Ein-Zustand der Negativelektrodenseite von drei Phasen wird, wie im oben erwähnten Fall bei Ausführungsform 1, re-zirkuliert Strom zwischen dem Elektrostromwandler 10 des ausgefallenen Satzes und den Wicklungen und kann die an den Elektrostromwandler 10 aus den Wicklungen angelegte induzierte Spannung gesenkt werden. Daher kann auf einen Anstieg bei elektrischer Windgeschwindigkeit des Rotors hin der Anstieg bei der induzierten Spannung reduziert werden und kann die angelegte Spannung unterdrückt werden, die Durchbruchspannung der Schaltvorrichtung zu übersteigen.
In dem Fall bei Ausführungsform 1, die oben erwähnt wird, detektiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 das durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugte Bremsdrehmoment als den Status der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht. Dann, wie im Falle bei der oben erwähnten Ausführungsform 1, zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, führt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 eine d-Achsenstromkorrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse in der Negativrichtung erhöht, um so die Größe (Absolutwert) des durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektierten Bremsdrehmomentes zu senken.
Gemäß dieser Konfiguration, wie es bei der oben erwähnten Ausführungsform 1 der Fall ist, durch Erhöhen der Stromkomponente der d-Achse, welche durch die Wicklungen des Satzes fließt, der nicht ausfällt, in der negativen Richtung, kann die Flussverkettung Φa durch den Permanentmagneten scheinbar gesenkt werden und kann das Bremsdrehmoment der Wicklungen des ausgefallenen Satzes angemessen gesenkt werden.
Als Nächstes wird das Flussdiagramm in 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Zuerst führt im Schritt S11 die Ausfall-Detektionseinheit 32 zu jedem Satz der Elektrostromwandlern 10 die Ausfall-Detektionsverarbeitung durch, welche Kurzschlussausfall und Offenschaltungsausfall jeder Schaltvorrichtung detektiert. Im Schritt S12 bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32, ob der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Kurzschlussausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung detektiert wird oder nicht. Wenn der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Kurzschlussausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung detektiert wird (Schritt S12: Ja), im Schritt S13, zum Satz des Elektrostromwandlers 10, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, führt die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 die Ausfall-Ein/Aus-Steuerverarbeitung durch, welche die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite ausschaltet und die jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite einschaltet.
Als Nächstes führt im Schritt S14 die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 Verarbeitung durch, welche das durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugte Bremsdrehmoment detektiert. Im Schritt S15 bestimmt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45, ob die Größe (Absolutwert) des Bremsdrehmoments kleiner als oder gleich dem Maximaldrehmoment ist oder nicht. Dann, wenn ein Bremsdrehmoment nicht kleiner oder gleich dem Maximaldrehmomentwert ist (Schritt S15: Nein), führt die d-Achsenstrom-Korrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse des Satzes vergrößert, welcher nicht in die Negativrichtung im Schritt S16 fällt, kehrt dann zu Schritt S14 zurück. Wenn andererseits das Bremsdrehmoment kleiner als oder gleich dem Maximaldrehmomentwert ist (Schritt S15: Ja), beendet die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstromkorrektur, welche die Stromkomponente der d-Achse in Negativrichtung steigert.
Ausführungsform 3
Als Nächstes wird die Steuerung 1 gemäß Ausführungsform 3 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, welche die gleichen wie jene in Ausführungsform 1 sind, wird weggelassen. Obwohl die Basiskonfiguration und die Verarbeitung der Wechselstrom-Drehmaschine 2 und der Steuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie jene von Ausführungsform 1 sind, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von Ausführungsform 1 im Ausfallmuster der Schaltvorrichtungen, mit welchen die Schaltsteuereinheit 31 zu tun hat, und dem Ein/Aus-Muster der Schaltvorrichtungen bei der Ausfallbestimmung.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung und der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit 32 am Elektrostromwandler 10 desselben Satzes detektiert wird, führt die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 am Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die Ausfall-Ein/Aus-Steuerung durch, welche die jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite ausschaltet und die jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite ausschaltet. Hier knnen die Phase der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung und die Phase der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung, in welchen die Offenschaltungsausfälle detektiert wurden, dieselben Phasen sein, und können unterschiedliche Phasen sein.
Falls der Offenschaltungsausfall in sowohl der Positivelektrodenseiten- als auch der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen auftritt, anders als bei Ausführungsformen 1 und 2, kann nicht der All-Ein-Zustand der Positivelektrodenseite und der All-Aus-Zustand der Negativelektrodenseite gesetzt werden, oder der All-Aus-Zustand der Positivelektrodenseite und der All-Ein-Zustand der Negativelektrodenseite. Gemäß der obigen Konfiguration, wenn der Offenschaltungsausfall in sowohl den Positivelektrodenseiten- als auch den Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen der Elektrostromwandler 10 desselben Satzes auftritt, werden alle Schaltvorrichtungen des ausgefallenen Satzes zum Aus-Zustand gesetzt und kann Drehmomentfluktuation, wie etwa Drehmomentbrummen, am Auftreten in der Wechselstrom-Drehmaschine 2 gehindert werden.
Andererseits, da alle Schaltvorrichtungen des ausgefallenen Satzes ausgeschaltet werden, fließt Strom nicht in die Wicklungen des ausgefallenen Satzes. Daher, anders als die obigen Ausführungsformen 1 und 2, durch Rückfließenlassen von Strom zwischen dem Elektrostromwandler 10 und den Wicklungen, kann die an den Elektrostromwandler 10 aus den Wicklungen angelegte induzierte Spannung nicht gesenkt werden. Entsprechend, wie in Gleichung (1) gezeigt, mit steigender elektrischer Windgeschwindigkeit ω des Rotors, steigt die induzierte Spannung. Wenn die induzierte Spannung niedriger als die Stromquellenspannung ist, da die Schaltvorrichtung in einem offenen Zustand ist, fließt kein Strom. Wenn andererseits die induzierte Spannung höher als die Stromquellenspannung wird, fließt Strom in die Gleichstromquellenseite aus der Wicklungsseite durch die Freilaufdiode 5, welche invers parallel mit den jeweiligen Schaltvorrichtungen verbunden sind.
Dann detektiert in der vorliegenden Ausführungsform die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 den Ladestrom, der aus den Wicklungen des ausgefallenen Satzes in die Gleichstromquellen-4-Seite fließt, als der Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht. Dann führt zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstrom-Korrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse in der Negativrichtung erhöht, um so den durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektierten Ladestrom zu senken.
Falls der durch die Wicklungen des Satzes, der nicht ausfällt, fließende d-Achsenstrom Id dazu gebracht wird, in der negativen Richtung zu steigen, kann die Flussverkettung Φa des Permanentmagneten scheinbar gesenkt werden. Falls die Flussverkettung Φa gesenkt wird, kann aus der Gleichung (1) die in den Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugte induzierte Spannung gesenkt werden und kann der Ladestrom gesenkt werden. Daher, durch Steigern der Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in der Negativrichtung, kann der Ladestrom durch die induzierte Spannung des ausgefallenen Satzes angemessen gesenkt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform detektiert die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 den Ladestrom, der in die Gleichstromquellen-4-Seite aus den Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt, basierend auf dem durch den Stromsensor 14 des ausgefallenen Satzes detektierten Stromwert. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 erhöht die Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in der negativen Richtung, so dass die Größe (Absolutwert) des Ladestroms kleiner als oder gleich einem vorläufig eingestellten oberen Grenzstromwert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 erhöht den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc in der negativen Richtung, bis die Größe (Absolutwert) des Ladestroms kleiner als oder gleich dem oberen Grenzstromwert wird. Um eine Änderung bei der induzierten Spannung anhand der elektrischen Windgeschwindigkeit ω des Rotors und Ändern des Ladestroms gemäß der induzierten Spannung zu behandeln, kann die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIc in der positiven Richtung steigern, wenn die Größe (Absolutwert) des Ladestroms kleiner als der obere Grenzstromwert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 begrenzt nach oben den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIc durch Null. Selbst in diesem Fall wird der d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc ein Negativwert und steigert die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom Id in der negativen Richtung aus dem d-Achse-Basisstrombefehlswert Idcb.
Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 kann den oberen Grenzstromwert anhand des Ladezustands der Gleichstromquelle 4 ändern. Beispielsweise erhöht die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den Obergrenzstromwert im Falle des Ladens der Gleichstromquelle 4 und stellt den oberen Grenzstromwert im Falle des Nichtladens der Gleichstromquelle 4 auf Null ein.
Als Nächstes wird das Flussdiagramm in 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Zuerst führt im Schritt S21 die Ausfall-Detektionseinheit 32 zu jedem Satz von Elektrostromwandlern 10 die Ausfall-Detektionsverarbeitung durch, welche Kurzschlussausfall und Offenschaltungsausfall jeder Schaltvorrichtung detektiert. Im Schritt S22 bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32, ob der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung und der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung zum Elektrostromwandler 10 desselben Satzes detektiert wurden. Wenn der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten- und der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen detektiert wird (Schritt S22: Ja), im Schritt S23, führt zum Satz des Elektrostromwandlers 10, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 die Ausfall-Ein/Aus-Steuerverarbeitung durch, welche die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite ausschaltet und die jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite ausschaltet.
Als Nächstes führt im Schritt S24 die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 eine Verarbeitung durch, welche den Ladestrom detektiert, der in die Gleichstromquelle-4-Seite des ausgefallenen Satzes fließt. Im Schritt S25 bestimmt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 als ob die Größe (Absolutwert) des Ladestroms kleiner als oder gleich dem oberen Grenzstromwert ist oder nicht. Dann, wenn der Ladestrom nicht kleiner als oder gleich dem Obergrenz-Stromwert ist (Schritt S25: Nein), führt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstrom-Korrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in der Negativrichtung im Schritt S26 steigert und kehrt dann zum Schritt S24 zurück. Wenn andererseits der Ladestrom kleiner als oder gleich dem Obergrenzstromwert ist (Schritt S25: Ja), beendet die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstromkorrektur, welche die Stromkomponente der d-Achse in der Negativrichtung steigert.
Ausführungsform 4
Als Nächstes wird die Steuerung 1 gemäß Ausführungsform 4 erläutert. Die Erläuterung für Bestandteile, welche gleich sind wie jene in Ausführungsform 1, wird weggelassen. Obwohl die Basiskonfiguration und Verarbeitung der Wechselstrom-Drehmaschine 2 und der Steuerung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die gleiche wie jene von Ausführungsform 1 sind, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von Ausführungsform 1 im Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, welcher durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert wird.
Wenn die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in einen Ein-Zustand gebracht sind und die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen aller drei Phasen in einen Aus-Zustand gebracht sind, zum ausgefallenen Satz, wie bei obiger Ausführungsform 1, da Rückflussstrom in die Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt, wird Joule-Wärme erzeugt und steigt die Temperatur der Wicklungen. Falls die Temperatur der Wicklungen ansteigt und die Maximaltemperatur übersteigt, besteht die Möglichkeit, dass die Wicklungen ausfallen können.
Ein kalorischer Wert Wc der Wicklung ist proportional zu einem Quadrat des Stroms Ia, der in die Wicklung fließt, wie in Gleichung (8) gezeigt. $Wc = Ra \times {Ia}^{2}$
Der Wicklungsstrom Ia wird durch die Gleichung (9) ausgedrückt. Falls der d-Achsenstrom Id und der q-Achsenstrom Iq sinken, sinkt der Wicklungsstrom Ia. Hier ist Ie ein Effektivwert des Stroms, der in jede Phase fließt. $Ia = \sqrt 3 \times Ie= \sqrt ({Id}^{2})$
Wie in der obigen Ausführungsform 1 erläutert, falls der d-Achsenstrom Id, welcher durch die Wicklungen des Satzes fließt, der nicht ausfällt, dazu gebracht wird, in negativer Richtung zu steigen, kann die Flussverkettung Φa des Permanentmagneten anscheinend gesenkt werden. Falls die Flussverkettung Φa gesenkt wird, kann die Größe des q-Achsenstroms Iq, der durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt, gesenkt werden. Daher kann der Wicklungsstrom Ia des ausgefallenen Satzes gesenkt werden und kann der kalorische Wert Wc der Wicklung des ausgefallenen Satzes reduziert werden.
Dann detektiert in der vorliegenden Ausführungsform die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 eine Temperatur der Wicklung des ausgefallenen Satzes als den Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht. Dann führt zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstromkorrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung erhöht, um so die Temperatur der Wicklung des ausgefallenen Satzes zu senken, welcher durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert wird.
Gemäß dieser Konfiguration, indem die Stromkomponente der d-Achse erhöht wird, welche durch die Wicklungen des Satzes fließt, welcher nicht ausfällt, in der negativen Richtung, Senken der Flussverkettung Φa durch den Permanentmagneten scheinbar und Senken des Wicklungsstroms des ausgefallenen Satzes kann die Temperatur der Wicklung des ausgefallenen Satzes angemerkt gesenkt werden.
Die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektiert die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes, basierend auf dem Ausgangssignal des in der Wicklung des ausgefallenen Satzes bereitgestellten Wicklungstemperatursensors 7. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 erhöht die Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in der negativen Richtung, so dass die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes kleiner als oder gleich einem vorab eingestellten oberen Grenztemperaturwert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 erhöht den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc in der negativen Richtung, bis die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes kleiner oder gleich dem oberen Grenztemperaturwert wird. Um Änderungen des q-Achsenstroms Iq anhand der elektrischen Windgeschwindigkeit ω des Rotors und Ändern des kalorischen Wertes der Wicklung anhand des q-Achsenstroms Iq zu handhaben, kann die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc in der positiven Richtung erhöhen, wenn die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes kleiner als der obere Grenztemperaturwert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 begrenzt nach oben den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc durch Null. Selbst in diesem Fall wird der d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc ein negativer Wert und erhöht die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom Id in der negativen Richtung vom d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb.
Als Nächstes wird das Flussdiagramm in 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Zuerst führt im Schritt 31 die Ausfall-Detektionseinheit 32 zu jedem Satz der Elektrostromwandler 10 die Ausfall-Detektionsverarbeitung durch, welche Kurzschlussausfall und Offenschaltungsausfall jeder Schaltvorrichtung detektiert. Im Schritt S32 bestimmt die Ausfall-Detektionseinheit 32, ob der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung detektiert wird. Wenn der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung detektiert wird (Schritt S32: Ja), im Schritt S33, zum Satz des Elektrostromwandlers 10, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, führt die Ausfall-Ein/Aus-Steuereinheit 36 die Ausfall-Ein/Aus-Steuerverarbeitung durch, welche die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite einschaltet und die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite ausschaltet.
Als Nächstes führt im Schritt S34 die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 eine Verarbeitung durch, welche die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes detektiert. Im Schritt S35 bestimmt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45, ob die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes kleiner als oder gleich dem Obergrenztemperaturwert ist oder nicht. Dann, wenn die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes nicht kleiner als oder gleich dem Obergrenztemperaturwert ist (Schritt S35: Nein), führt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstromkorrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in der negativen Richtung im Schritt S36 erhöht, kehrt dann zu Schritt S34 zurück. Wenn andererseits die Wicklungstemperatur des ausgefallenen Satzes kleiner als oder gleich dem Obergrenztemperaturwert ist (Schritt S35: Ja), beendet die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsen-Stromkorrektur, welche die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung steigert.
<Andere Ausführungsformen>
Zuletzt werden anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Jede der Konfigurationen von Ausführungsformen, die unten zu erläutern sind, ist nicht auf getrennten Einsatz beschränkt, sondern kann in Kombination mit den Konfigurationen anderer Ausführungsformen eingesetzt werden, solange keine Diskrepanz auftritt.

(1) In den oben erwähnten Ausführungsformen 1 bis 3 wurden verschiedene Ausfallmuster der Schaltvorrichtungen, mit welchen sich die Steuerschalteinheit 31 befasst, und unterschiedliche Ein/Aus-Muster der Schaltvorrichtungen bei der Ausfallbestimmung erklärt. Jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Das heißt, dass die obigen Ausführungsformen 1 bis 3 beliebig kombiniert werden können und die Ausführungsform konfiguriert sein kann, eine Vielzahl von Ausfallmustern der Schaltvorrichtung zu bearbeiten. Beispielsweise werden Ausführungsformen 1 und 2 kombiniert und es kann so konfiguriert sein, dass der Fall behandelt wird, bei dem die Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung den Offenschaltungsausfall oder den Kurzschlussausfall verursacht, und den Fall, wo die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung den Offenschaltungsausfall oder den Kurzschlussausfall verursacht; oder Ausführungsformen 1 bis 3 werden alle kombiniert und es kann eine Konfiguration geben, weiter den Fall zu behandeln, bei dem die Positivelektrodenseiten- und die Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtungen den Offenschaltungsausfall verursacht.
(2) In der oben erwähnten Ausführungsform 4 ist der Fall erläutert worden, bei dem das Ausfallmuster der Schaltvorrichtungen, mit welchen sich die Schaltsteuereinheit 31 befasst, und das Ein/Aus-Muster der Schaltvorrichtungen bei Ausfallbestimmung ähnlich zur Ausführungsform 1 konfiguriert sind, und die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung erhöht wird, so dass die Temperatur der Wicklungen des ausgefallenen Satzes sinkt. Jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Das heißt, dass das Ausfallmuster der Schaltvorrichtungen, mit denen sich die Schaltsteuereinheit 31 befasst, und das Ein/Aus-Muster der Schaltvorrichtungen bei Ausfallbestimmung ähnlich zur Ausführungsform 2 oder 3 konfiguriert werden können, und die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung gesteigert werden kann, so dass die Temperatur der Wicklung des ausgefallenen Satzes sinkt.
(3) In der oben erwähnten Ausführungsform 3 ist der Fall erläutert worden, bei dem die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 den Ladestrom detektiert, der in die Gleichstromquelle-4-Seite aus den Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt, als der Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht; und zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, führt die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsenstromkorrektur durch, welche die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung steigert, um so den Ladestrom zu senken. Jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Das heißt, dass in der oben erwähnten Ausführungsform 3 die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 die in den Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugte induzierte Spannung detektieren kann, als den Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht; und zum Elektrostromwandler 10 des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, kann die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 die d-Achsen-Stromkorrektur durchführen, welche die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung steigert, um so die durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 detektierte induzierte Spannung zu senken. In diesem Fall berechnet die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit 33 die durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugte induzierte Spannung Vindf unter Verwendung der Gleichung (10), basierend auf der Flussverkettung (Φa + Ldr × Idr) nach dem scheinbar durch den d-Achsenstrom Idr des Satzes, der nicht ausfällt, de-magnetisierten Permanentmagneten, und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors.

Vindf = ω \times (Φ a + Ldr \times Idr)

Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 kann die Stromkomponente der d-Achse des Satzes, der nicht ausfällt, in der negativen Richtung steigern, so dass die induzierte Spannung kleiner als oder gleich dem vorläufig eingestellten oberen grenzinduzierten Spannungswert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 steigert den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc in der negativen Richtung, bis die induzierte Spannung kleiner als oder gleich dem oberen grenzinduzierten Spannungswert wird. Um sich mit der Änderung der induzierten Spannung gemäß der elektrischen Windgeschwindigkeit ω des Rotors und dergleichen zu befassen, kann die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIc in der positiven Richtung steigern, wenn die induzierte Spannung kleiner als der Obergrenz-Induktionsspannungswert wird. Die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 begrenzt nach oben den d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIdc um Null. Selbst in diesem Fall wird der d-Achsenstrom-Korrekturwert ΔIc ein negativer Wert und steigert die d-Achsenstrom-Korrektureinheit 45 den d-Achsenstrom Id in der negativen Richtung vom d-Achsen-Basisstrombefehlswert Idcb.

(4) Es ist der Fall erläutert worden, wo zum Satz des Elektrostromwandlers 10, in welchem die Schaltvorrichtung nicht ausfällt, die Schaltsteuereinheit 31 die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung so steigert, dass die Größe des Bremsdrehmomentes in den oben erwähnten Ausführungsform 1 und 2 sinkt; die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung steigert, so dass der Ladestrom (oder die induzierte Spannung) in Ausführungsform 3 sinkt; und die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung so steigert, dass die Wicklungstemperatur in Ausführungsform 4 sinkt. Jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf den vorstehenden Fall beschränkt. Das heißt, dass zum Satz des Elektrostromwandlers 10, in welchem die Schaltvorrichtung nicht ausfällt, die Schaltsteuereinheit 31 die Stromkomponente der d-Achse entsprechend dem Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine 2, der sich auf die Wicklung des ausgefallenen Satzes bezieht, ändern kann. Beispielsweise kann die Schaltsteuereinheit 31 die Stromkomponente der d-Achse in der positiven Richtung so erhöhen, dass die Größe des Bremsdrehmomentes erhöht wird, kann die Stromkomponente der d-Achse in der positiven Richtung so erhöhen, dass der Ladestrom (oder die induzierte Spannung) erhöht wird, oder kann die Stromkomponente der d-Achse in der positiven Richtung so erhöhen, dass die Wicklungstemperatur erhöht wird.

Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Offenbarung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich sein, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Offenbarung abzuweichen und es versteht sich, dass dies nicht auf die hierin dargestellten illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Offenbarung kann vorzugsweise für eine Steuerung für eine Wechselstrom-Drehmaschine verwendet werden, die einen Wechselrichter steuert, der mit einer Vielzahl von Schaltvorrichtungen versehen ist und Stromumwandlung zwischen einer Gleichstromquelle und der Wechselstrom-Drehmaschine durchführt.
Bezugszeichenliste

1: Steuerung für Wechselstrom-Drehmaschine
2: Wechselstrom-Drehmaschine
4: Gleichstromquelle
10: Elektrischer Stromwandler
31: Schaltsteuereinheit
32: Ausfall-Detektionseinheit
33: Antriebsbedingungs-Detektionseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013125057 A [0006]

Claims

Steuerung für eine Wechselstrom-Drehmaschine, die mit einem Stator, der mit m Sätzen, wobei m eine natürliche Zahl von größer oder gleich Zwei ist, von n-Phasenwicklungen, wobei n eine natürliche Zahl von größer als oder gleich Zwei ist, versehen ist, und einem Rotor, der mit einem Permanentmagneten versehen ist, versehen ist, wobei die Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine beinhaltet: die m Sätze eines elektrischen Stromwandlers, der mit den n Sätzen einer Reihenschaltung versehen ist, wobei eine mit einer Positivelektrodenseite einer Gleichstromquelle verbundene Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung und eine mit einer Negativelektrodenseite der Gleichstromquelle verbundene Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung in Reihe verbunden sind und wobei ein Verbindungsknoten der Reihenverbindung mit der Wicklung der entsprechenden Phase verbunden ist, entsprechend der jeweiligen Phase der n Phase; eine Schaltungssteuereinheit, die zu jedem Satz der m Sätze eine dq-Achsen-Stromsteuerung durchführt, welche in die Wicklungen fließende Ströme steuert, auf einem dq-Achsen-Drehkoordinatensystem, das aus einer in einer N Pol-Richtung des Permanentmagneten definierten d-Achse und einer in einer gegenüber der d-Achse um 90 Grad elektrischen Winkel vorgerückten Richtung definierten q-Achse besteht, und eine Ein/Aus-Steuerung jeder Schaltvorrichtung durchführt; eine Ausfall-Detektionseinheit, die einen Kurzschlussausfall und einen Offenschaltungsausfall jeder der Schaltvorrichtungen detektiert; und eine Antriebsbedingungs-Detektionseinheit, die einen Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine detektiert, der sich auf Wicklungen eines Satzes bezieht, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel; wobei, wenn der Ausfall der Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit detektiert wird, die Schaltungssteuereinheit zum Elektrostromwandler eines Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch die dq-Achsen-Stromsteuerung stoppt und zumindest eine der jeweiligen Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite oder der Negativelektrodenseite, welche dieselbe Seite ist wie die ausgefallene Schaltvorrichtung, im Falle des Kurzschlussausfalls einschaltet und im Falle des Offenschaltungsausfalls ausschaltet; und zum elektrischen Stromwandler eines Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die Ein/Aus-Steuerung der Schaltvorrichtungen durch die dq-Achsen-Stromsteuerung fortsetzt und eine Stromkomponente der d-Achse gemäß dem Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine ändert, der sich auf Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, detektiert durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit.
Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltsteuereinheit zum Elektrostromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die Stromkomponente der d-Achse in einer negativen Richtung gemäß dem Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, erhöht.
Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn der Kurzschlussausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung oder der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit detektiert wird, die Schaltsteuereinheit zum Elektrostromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite einschaltet und die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite ausschaltet.
Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn der Offenschaltungsausfall der Schaltvorrichtung der Positivelektrodenseite oder der Kurzschlussausfall der Schaltvorrichtung der Negativelektrodenseite durch die Ausfall-Detektionseinheit detektiert wird, die Schaltsteuereinheit zum Elektrostromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausfiel, die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite ausschaltet und die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite einschaltet.
Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn der Offenschaltungsausfall der Positivelektrodenseiten-Schaltvorrichtung und der Offenschaltungsausfall der Negativelektrodenseiten-Schaltvorrichtung durch die Ausfall-Detektionseinheit zum Elektrostromwandler desselben Satzes detektiert werden, die Schaltsteuereinheit zum Elektrostromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtung ausgefallen ist, die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Positivelektrodenseite ausschaltet und die entsprechenden Phasenschaltvorrichtungen der Negativelektrodenseite ausschaltet.
Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit ein Bremsdrehmoment detektiert, welches durch die Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugt wird, als den Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, und wobei die Schaltsteuereinheit zum Elektrostromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die Stromkomponente der d-Achse in einer negativen Richtung erhöht, um so eine Größe des durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit detektierten Bremsdrehmomentes zu senken.
Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß Anspruch 5, wobei die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit als den Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, einen Ladestrom detektiert, der in die Gleichstromquelle aus den Wicklungen des ausgefallenen Satzes fließt, oder eine induzierte Spannung, welche in Wicklungen des ausgefallenen Satzes erzeugt wird, und wobei die Schaltsteuereinheit zum Elektrostromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung erhöht, um so den Ladestrom oder die induzierte Spannung, welche durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit detektiert werden, zu senken.
Steuerung für die Wechselstrom-Drehmaschine gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit eine Temperatur der Wicklung des ausgefallenen Satzes detektiert, als den Zustand der Wechselstrom-Drehmaschine, der sich auf die Wicklungen des ausgefallenen Satzes bezieht, und wobei die Schaltsteuereinheit zum Elektrostromwandler des Satzes, in welchem die Schaltvorrichtungen nicht ausfallen, die Stromkomponente der d-Achse in der negativen Richtung erhöht, um so die Temperatur der Wicklungen des ausgefallenen Satzes zu senken, der durch die Antriebsbedingungs-Detektionseinheit detektiert wird.