DE112016000455T5

DE112016000455T5 - Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112016000455T5
Application number: DE112016000455.9T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Fujii
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-11-09
Also published as: JP2016135069A; US10103671B2; US20180013369A1; WO2016117672A1; JP6390446B2

Abstract

In einem Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine stellt eine erste Stelleinheit als eine Steuerung für eine vorbestimmte erste Region in Bezug auf die Regelgröße eine Spannungsphase eines Spannungsvektors, der an eine Ankerwicklung angelegt wird, während ein Feldstrom gesteuert wird, um zu bewirken, dass eine Abweichung zwischen eine Amplitude einer induzierten Spannung und eine Amplitude einer vorbestimmten Spannung gleich wieder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, wobei die induzierte Spannung in der Ankerwicklung auf der Grundlage der Drehung des Rotors erzeugt wird, wobei die vorbestimmte Spannung an die Ankerwicklung angelegt wird, und stellt eine zweite Stelleinheit als eine Steuerung für eine zweite Region, die größer als die erste Region ist, den Feldstrom derart, dass die Regelgröße auf den Sollwert gesteuert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsgerät, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit Feldwicklung angewendet wird.
HINTERGRUND
Herkömmliche rotierende elektrische Maschinen mit Feldwicklung weisen einen Rotor mit einer Feldspule, durch den ein Feldstrom fließt, und einen Stator mit einer Ankerspule auf, durch den ein Ankerstrom fließt. Ist es wünschenswert, dass eine derartige rotierende elektrische Maschine mit Feldwicklung einen verbesserten Leistungswirkungsgrad aufweist. Um diese Erfordernis zu erfüllen, offenbart die nachstehend beschriebene Patentliteratur 1 ein Steuerungsgerät und ein Steuerungsverfahren zu Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine. Das Steuerungsgerät und das Steuerungsverfahren sind konfiguriert, die rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage eines Steuerungskennfeldes zu steuern, das aus der Kombination zwischen den Spannungsphasen, die an die Ankerspule angelegt werden, und Feldströmen zusammengesetzt ist. Das Steuerungskennfeld ist ausgelegt, einen Leistungsverlust zu minimieren.
ZITIERUNG LISTE
PATENT LITERATUR

Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.: 2008-109759

ZUSAMMENFASSUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Unglücklicherweise steuert das in Patentliteratur 1 beschriebene Steuerungsgerät eine rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage eines Steuerungskennfeldes, das aus der Kombination zwischen den Spannungsphasen, die an die Ankerspule angelegt werden, und Feldströmen zusammengesetzt ist. Das heißt, dass es zur Verwendung des in Patentliteratur 1 beschriebenen Steuerungsgeräts notwendig ist, dieses Steuerungskennfeld vorzubereiten und einen Algorithmus zu Steuerung der rotierenden elektrischen Maschine auf der Grundlage dieses Steuerungskennfeldes herzustellen. Die Vorbereitung der Steuerungskennfeldes und das Herstellen des Algorithmus zur Steuerung der rotierenden elektrischen Maschine auf der Grundlage der Steuerungskennfeldes erfordern ein großes Arbeitsausmaß.
Es gibt daher Erfordernisse, Steuerungsgeräte zu Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine mit reduziertem Leistungsverlust zu entwickeln, wobei jedes der Steuerungsgeräte eine rotierende elektrische Maschine einfacher als Steuerungsgeräte steuert, die jeweils eine rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage des Steuerungsfeldes steuern.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, als ein Steuerungsgerät zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine mit Feldwicklung mit reduziertem Leistungsverlust ein Steuerungsgerät bereitzustellen, das eine rotierende elektrische Maschine einfacher als Steuerungsgeräte steuert, die jeweils eine rotierende elektrische Maschine auf der Grundlage des Steuerungskennfeldes steuern.
(Lösung des Problems)
Nachstehend sind Mittel zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme sowie vorteilhafte Wirkungen auf der Grundlage dieser Mittel beschrieben.
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Steuerungsgerät, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine (10) angewandt wird, die einen Rotor (12) mit einer Feldwicklung (11), durch den ein Feldstrom fließt, und einen Stator (13) mit einer Ankerwicklung (10a, 10b) aufweist, durch den ein Ankerstrom fließt. Das Steuerungsgerät weist als eine Regelgröße ein Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine oder einen Parameter auf, die eine positive Korrelation mit dem Drehmoment aufweist. Das Steuerungsgerät weist eine erste Stelleinheit auf, die als eine Steuerung für eine vorbestimmte erste Region in Bezug auf die Regelgröße eine Spannungsphase einen Spannungsvektor stellt (beeinflusst, manipuliert), der an die Ankerwicklung angelegt wird, während der Feldstrom gesteuert wird, um zu bewirken, dass eine Abweichung zwischen einer Amplitude, einer induzierten Spannung und eine Amplitude einer vorbestimmten Spannung gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird. Die induzierte Spannung wird in der Ankerwicklung auf der Grundlage der Drehung des Rotors erzeugt, und die vorbestimmte Spannung wird an die Ankerwicklung angelegt. Das Steuerungsgerät weist eine zweite Stelleinheit auf, die als eine Steuerung für eine zweite Region, die größer als die erste Region ist, den Feldstrom derart stellt, dass die Regelgröße auf den Sollwert gesteuert wird.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben bestimmt, dass, wenn die Amplitude der an die rotierende elektrische Maschine angelegten Spannung sich der Amplitude der induzierten Spannung annähert, die Amplitude des Ankerstroms sich verringert. Die Verringerung der Amplitude des Ankerstroms ermöglicht, dass sich der durch den Ankerstrom verursachte elektrische Leistungsverlust verringert. In dieser Hinsicht ist die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert, dass die erste Stelleinheit die Spannungsphase des Spannungsvektors, der an die Ankerwicklung angelegt wird, stellt, während der Feldstrom gesteuert wird, um zu bewirken, dass die Abweichung zwischen der Amplitude der induzierten Spannung und der Amplitude der vorbestimmten Spannung, die an die Ankerwicklung angelegt wird, gleich wie oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ermöglicht eine derartige einfachere Steuerung, die die Abweichung derart justiert, dass sie gleich wie oder kleiner als der vorbestimmte Wert ist, dass die Regelgröße mit dem Sollwert übereinstimmt, während der Leistungsverlust reduziert wird.
Der Feldstrom, der bewirkt, dass die Abweichung zwischen der Amplitude der induzierten Spannung und der Amplitude der vorbestimmten Spannung, die an die Ankerwicklung angelegt wird, gleich wie oder kleiner als der vorbestimmte Wert wird, ist ein relativ kleiner Wert. Aus diesem Grund kann, wenn der Sollwert der Regelgröße hoch wird, ein Steuern der Regelgröße durch die erste Stelleinheit dazu führen, dass die Regelgröße in Bezug auf den Sollwert unzureichend ist, so dass die Regelgröße nicht dem Sollwert nachfolgen kann. In dieser Hinsicht stellt die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die vorbestimmte erste Region in Bezug auf die Regelgröße und die vorbestimmte zweite Region in Bezug auf die Regelgröße ein, die größer als die erste Region ist. Dann stellt die erste Stelleinheit, die zur Steuerung der ersten Region dient, die Spannungsphase zu Steuerung der Regelgröße auf den Sollwert.
Zusätzlich ändert die zweite Stelleinheit, die zur Steuerung für die zweite Region dient, als die Stellgröße die Spannungsphase auf den Feldstrom, und stellt den Feldstrom derart, dass die Regelgröße auf den Sollwert gesteuert wird. Dies ermöglicht, dass die Regelgröße den Sollwert zuverlässig nachfolgt, selbst wenn der Sollwert hoch wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Gesamtkonfigurationsdarstellung eines fahrzeugeigenen Motorsteuerungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Stromamplitude und einem Feldstrom veranschaulicht.
3 zeigt eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Stromamplitude und dem Feldstrom veranschaulicht, wenn eine an dem in 1 gezeigten Motor angelegte Spannung geändert wird.
4 zeigt eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Spannungsbegrenzungskreisen und Linien gleichen Drehmoments veranschaulicht, wenn der Feldstrom in einer Niedrigdrehmomentsteuerung geändert wird.
5 zeigt eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Spannungsbegrenzungskreisen und Linien gleichen Drehmoments veranschaulicht, wenn der Feldstrom in einer Hochdrehmomentsteuerung geändert wird.
6 zeigt ein Blockschaltbild, das Verarbeitungsfunktionen zur Ausführung der Niedrigdrehmomentsteuerung in dem in 1 gezeigten Steuerungsgerät veranschaulicht.
7 zeigt eine Darstellung, die in einem dq-Koordinatensystem die Beziehung zwischen einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit und einem Gesamtverlust einschließlich Kupferverlust und Eisenverlust veranschaulicht.
8 zeigt ein Blockschaltbild, das Verarbeitungsfunktionen zur Ausführung der Hochdrehmomentsteuerung in der in 1 gezeigten Steuerungsvorrichtung veranschaulicht.
9 zeigt Graphen, die die Beziehung zwischen Drehmoment und der Spannungsphase veranschaulichen, wenn eine Batteriespannung und eine Induktivität geändert werden.
10 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Schaltverarbeitung zum Schalten zwischen der Niedrigdrehmomentsteuerung und der Hochdrehmomentsteuerung veranschaulicht, der durch das in 1 gezeigte Steuerungsgerät ausgeführt wird.
11 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das ein Beispiel für die Schaltverarbeitung gemäß 10 veranschaulicht.
12 zeigt eine Darstellung, die eine vorteilhafte Wirkung veranschaulicht, die durch das Steuerungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt wird.
13 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Schnellschaltverarbeitung zum Schalten von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
14 zeigt eine Darstellung, die ein Ersatzschaltbild der in 1 gezeigten Feldwicklung veranschaulicht.
15 zeigt ein Zeitverlustdiagramm, das schematisch ein Beispiel für die Schnellschaltverarbeitung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
16 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Schnellschaltverarbeitung zum Schalten von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen das erste Ausführungsbeispiel beschrieben, gemäß dem ein Steuerungssystem CS mit einem Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Fahrzeug angewendet ist, in dem eine Brennkraftmaschine als eine Hauptkraftmaschine installiert ist. Es sei bemerkt, dass gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein Motor 10 an dem Fahrzeug als die zu steuernde rotierende elektrische Maschine montiert ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Motor 10 beispielsweise eine rotierende elektrische Maschine mit Feldwicklung, die Mehr-Phasen-Mehr-Windungs-Wicklungen aufweist, insbesondere ein Synchronmotor mit Feldwicklung, der Drei-Phasen-Doppelwindungs-Wicklungen aufweist. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dient der Motor 10 als ein ISG (integrierter Startergenerator), der Funktionen eines Starters und eines Lichtmaschine, d.h. eines Generators integriert. Insbesondere ist das Fahrzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Lage, zusätzlich zu dem anfänglichen Start der Kraftmaschine 20 eine Leerlaufreduktionsfunktion auszuführen. Die Leerlaufreduktionsfunktion ist konfiguriert, die Kraftmaschine 20 automatisch zu stoppen, wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung erfüllt ist, und die Kraftmaschine 20 automatisch erneut zu starten, wenn eine vorbestimmte Neustartbedingung erfüllt ist. Wenn dieses Fahrzeug die Leerlaufreduktionsfunktion ausführt, fungiert der Motor 10 als ein Starter. Das erste Ausführungsbeispiel verwendet einen Schenkelpolmotor als den Motor 10.
Der Motor 10 weist einen Rotor 12 auf, und der Rotor 12 weist eine Feldspule 11 auf. Zusätzlich ist der Rotor 12 in der Lage, Leistung auf eine Kurbelwelle 20a der Kraftmaschine 20 zu übertragen. Beispielsweise ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Rotor 12 mechanisch mit der Kurbelwelle 20a über einen Riemen 21 oder dergleichen verbunden. Wenn die Feldspule 11 gespeist wird, wird zumindest ein Paar von Magnetpolen (N-Pol und S-Pol) erzeugt. Die Richtung des durch den N-Pol erzeugten Magnetflusses wird als eine d-Achse angenommen, und die Achse, die elektrisch senkrecht zu der d-Achse ist, wird als eine q-Achse angenommen. Das heißt, dass der Rotor 12 eine d-Achse und eine q-Achse aufweist, und als Ergebnis weist der Rotor 12 ein dq-Koordinatensystem, d.h. ein Drehkoordinatensystem auf, das aus der d-Achse und der q-Achse zusammengesetzt ist.
Der Motor 10 weist einen Stator 13 auf. In dem Stator 13 sind zwei Gruppen von Ankerwicklungen (die nachstehend als die erste Wicklungsgruppe 10a und die zweite Wicklungsgruppe 10b bezeichnet sind) gewickelt. Die magnetische Wirkung, die durch Speisen der ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b verursacht wird, wirkt auf den gemeinsamen Rotor 12 ein. Jede der ersten Wicklungsgruppe 10a und der zweiten Wirkungsgruppe 10b weist Drei-Phasen-Wicklungen auf. Die Drei-Phasen-Wicklungen der ersten Wicklungsgruppe 10a weist einen Neutralpunkt als ihr gemeinsames erstes Ende, d.h. einen ersten Anschluss auf. Gleichermaßen weisen die Drei-Phasen-Wicklungen der zweiten Wicklungsgruppe 10b einen Neutralpunkt als ihr gemeinsames erstes Ende auf. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die erste Wicklungsgruppe 10a und die zweite Wicklungsgruppe 10b die gleiche Konfiguration auf. Somit sind die Anzahl der Windungen für jede der Wicklungen, die die erste Wicklungsgruppe 10a bilden, und die Anzahl der Windungen der Wicklung, die die zweite Wicklungsgruppe 10b bildet, derart eingestellt, dass sie gleich zueinander sind.
Das Steuerungssystem CS weist zwei Leistungswandler (die nachstehend als ein erster Wechselrichter INV1 und ein zweiter Wechselrichter INV2 bezeichnet sind) entsprechend der ersten Wicklungsgruppe 10a und der zweiten Wicklungsgruppe 10b jeweils auf.
Der erste Wechselrichter INV1 und der zweite Wechselrichter INV2 sind elektrisch mit dem Motor 10 verbunden. Insbesondere ist der erste Wechselrichter INV1 mit der ersten Wicklungsgruppe 10a verbunden und ist der zweite Wechselrichter INV2 mit der zweiten Wicklungsgruppe 10b verbunden.
Eine Hochspannungsbatterie 22 ist parallel zu dem ersten Wechselrichter INV1 und dem zweiten Wechselrichter INV2 als deren gemeinsame Gleichstromleistungsversorgung geschaltet. Ein Hochsetz-Gleichspannungswandler 23 ist parallel zu der Hochspannungsbatterie 22 geschaltet, und eine Niedrigspannungsbatterie 24 ist parallel zu dem Hochsetz-Gleichspannungswandler 23 geschaltet. Das heißt, dass die Ausgangsspannung der Niederspannungsbatterie 24, die durch den Hochsetz-Gleichspannungswandler 23 angehoben wird, an die Hochspannungsbatterie 22 angelegt werden kann. Die Ausgangsspannung der Niedrigspannungsbatterie 24 (beispielsweise einer Bleispeicherbatterie) ist derart eingestellt, dass sie niedriger als die Ausgangsspannung der Hochspannungsbatterie 22 (beispielsweise eine Lithiumionenspeicherbatterie) ist.
Der erste Wechselrichter INV1 weist drei Sätze von Reihenschaltungen erster hochseitiger U-, V-, W-Phasen-Schalter SUp1, SVp1, SWp1 sowie erster niedrigseitiger U-, V-, W-Phasen-Schalter SUn1, SVn1, SWn1 auf. Die Verbindungspunkte der U-, V-, W-Phasen-Reihenschaltungen sind mit den Anschlüssen der ersten Wicklungsgruppe 10a entsprechend den zweiten U-, V-, W-Phasen-Enden verbunden. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden N-Kanal-MOSFETs für die Schalter SUp1 bis SWn1 verwendet. Dioden DUp1 bis DWn1 sind antiparallel zu den jeweiligen Schaltern SVp1 bis SWn1 geschaltet. Die Dioden DUp1 bis DWn1 können intrinsische Dioden der Schalter SUp1 bis SWn1 sein. Zusätzlich sind die Schalter SUp1 bis SWn1 nicht auf N-Kanal-MOSFETs begrenzt, und können beispielsweise IGBTs sein.
Wie der erste Wechselrichter INV1 weist der zweite Wechselrichter INV2 drei Sätze von Reihenschaltungen zweiter hochseitiger U-, V-, W-Phasen-Schalter SVp2, SVp2, SWp2 sowie zweiter niedrigseitiger U-, V-, W-Phase-Schalter SUn2, SVn2, SWn2 auf. Die Verbindungspunkte der U-, V-, W-Phasen-Reihenschaltungen sind mit den zweiten U-, V-, W-Phasen-Enden (zweiten Anschlüssen) der zweite Wicklungsgruppe 10b verbunden. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden N-Kanal-MOSFETs für die Schalter SUp2 bis SWn1 verwendet. Die Dioden DUp2 bis DWn2 sind antiparallel zu den jeweiligen Schaltern SUp2 bis SWn2 jeweils geschaltet. Die Dioden DUp2 bis DWn2 können intrinsische Dioden der Schalter SUp2 bis SWn2 sein. Zusätzlich sind die Schalter SUp2 bis SWn2 nicht auf N-Kanal-MOSFETs begrenzt, und können beispielsweise IGBTs sein.
Der positive Anschluss der Hochspannungsbatterie 22 ist mit den hochpotenzialseitigen Anschlüssen, d.h. den Drains der hochseitigen Schalter der ersten und zweiten Wechselrichter INV1 und INV2 verbunden. Der negative Anschluss der Hochspannungsbatterie 22 ist mit den niedrigseitigen Anschlüssen, d.h. den Sourcen der niedrigseitigen Schalter der ersten und zweiten Wechselrichter INV1 und INV2 verbunden.
Diese Konfiguration der ersten und zweiten Wechselrichter INV1 und INV2 weist eine Funktion auf, bei der in einem Motorbetrieb zum Antrieb des Motors 10 als ein Starter der aus der Hochspannungsbatterie 22 ausgegebenen Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt wird und die Wechselspannung an die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b angelegt wird. Zusätzlich weist diese Konfiguration der ersten und zweiten Wechselrichter INV1 und INV2 eine Funktion auf, bei der in einer Generatorbetriebsart zum Antrieb des Motors 10 als einen Leistungsgenerator die aus den ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b ausgegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt wird und die Gleichspannung an die Hochspannungsbatterie 22 angelegt wird.
Eine Gleichspannung kann an die Feldspule 1 durch eine Feldschaltung 36 angelegt werden. Die Feldschaltung 36 justiert die an die Feldspule 11 angelegte Gleichspannung, wodurch sie den durch die Feldspule 11 fließenden Feldstrom steuert.
Das Steuerungssystem CS gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist einen Drehwinkelsensor 30, einen Spannungssensor 31, einen Feldstromsensor 32 und eine Phasenstromerfassungseinrichtung 33 auf.
Der Drehwinkelsensor 30 ist eine Drehwinkelerfassungseinrichtung zur Erfassung des Drehwinkels, d.h. des elektrischen Winkels, des Motors 10. Der Spannungssensor 31 ist eine Spannungserfassungseinrichtung zu Erfassung der Spannung zwischen den Anschlüssen der Hochspannungsbatterie 22; wobei die Spannung zwischen den Anschlüssen der Hochspannungsbatterie 22 als Batteriespannung bezeichnet ist.
Der Feldstromsensor 32 ist eine Feldstromerfassungseinrichtung zur Fassung des durch die Feldwirkung 11 fließenden Feldstroms. Die Phasenstromerfassungseinrichtung 33 ist eine Phasenstromerfassungseinrichtung zur Erfassung

1. jedes Phasenstroms, der durch die erste Wicklungsgruppe 10a fließt, d.h. eines Stroms, der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen der ersten Wicklungsgruppe 10a fließt, in dem Drei-Phasen-Festkoordinatensystem,
2. jedes Phasenstroms, der durch die zweite Wicklungsgruppe 10b fließt.

Für den Drehwinkelsensor 30 kann beispielsweise ein Resolver verwendet werden. Für den Feldstromsensor 32 und die Phasenstromerfassungseinrichtung 33 kann beispielsweise eine Vorrichtung, die mit einem oder mehreren Stromtransformatoren und/oder ein oder zwei Widerständen versehen ist, verwendet werden.
Das Steuerungssystem CS weist ein Steuerungsgerät 40 auf. Die erfassten Werte der verschiedenen Sensoren 30 bis 33 werden dem Steuerungsgerät 40 zugeführt.
Das Steuerungsgerät 40 ist eine Softwareverarbeitungseinrichtung, die eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher und dergleichen aufweist, und ist derart konfiguriert, dass die CPU Programme ausführt, die in dem Speicher gespeichert sind. Zur Steuerung der Regelgrößen wie des Ausgangsdrehmoments des Motors 10 auf ihre Sollwerte erzeugt das Steuerungsgerät 40 Antriebssignale zum Antrieb der Schalter SUp1 bis SWn1 und SUp2 bis SWn2 des ersten Wechselrichters INV1 und des zweiten Wechselrichters INV2 auf der Grundlage der Erfassungswerte der verschiedenen Sensoren 30 bis 33 und gibt die Antriebssignale zu den jeweiligen Schaltern SUp1 bis SWn1 und SUp2 bis SWn2 aus.
In 1 sind die Signale zu Steuerung der Schalter SUp1 bis SWn1 des ersten Wechselrichters INV1 als erste Antriebssignale gUp1 bis gWn1 bezeichnet, und sind die Signale zu Steuerung der Schalter SUp2 bis SWn2 des zweiten Wechselrichters INV2 als die zweiten Steuerungssignale gUp2 bis gWn2 bezeichnet. Die Feldschaltung 36 kann entweder in dem Steuerungsgerät 40 installiert sein oder extern an dem Steuerungsgerät 40 angebracht sein.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Regelgröße des Motors 10 auf das Drehmoment des Motors 10 eingestellt, das an die Kurbelwelle 20a in der Motorbetriebsart abgegeben wird, und ist in dem Generatorbetrieb die Regelgröße des Motors 10 auf die Ausgangsleistung eingestellt, die ein Parameter mit einer positiven Korrelation mit dem Drehmoment ist. Das heißt, dass das Steuerungsgerät 40, das in der Motorbetriebsart arbeitet, das Drehmoment des Motors 10 auf ein Solldrehmoment Ttgt steuert, das ein Sollwert des Drehmoments des Motors ist. Zusätzlich steuerte Steuerungsgerät 40, das in dem Generatorbetrieb arbeitet, die erzeugte Leistung des Motors 10 auf eine Sollleistung Ptgt, die ein Sollwert der erzeugten Leistung des Motors 10 ist.
Es sei bemerkt, dass die Regelgröße des Motors 10 in der Motorbetriebsart auf die in dem Motor 10 eingegebene elektrische Leistung, d.h. zu verbrauchende elektrische Leistung eingestellt werden kann, oder in den Generatorbetrieb auf das in dem Motor 10 eingegebene Drehmoment, d.h. das Verlustdrehmoment aufgrund der elektrischen Leistungserzeugung, eingestellt werden kann.
Das Steuerungsgerät 40 weist eine erste Stelleinheit 40A1 entsprechend beispielsweise einer ersten Stelleinrichtung und eine zweite Stelleinheit 40A2 entsprechend beispielsweise einer zweiten Stelleinrichtung auf. Die erste Stelleinheit 40A1 führt eine Niedrigdrehmomentsteuerung durch, und die zweite Stelleinheit 40A2 führt eine Hochdrehmomentsteuerung durch. Das heißt, dass das Steuerungsgerät 40 wahlweise die Niedrigdrehmomentsteuerung und die Hochdrehmomentsteuerung durchführt.
Das heißt, dass eine Niedrig-Regelgrößenregion, d.h. eine Niedrigdrehmomentregion für die Regelgröße wie das Ausgangsdrehmoment oder die erzeugte Leistung des Motors 10 eingestellt ist. Die Niedrigdrehmomentregion ist eine vorbestimmte Niedrigregion, die derart eingestellt ist, dass sie niedriger als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Das Steuerungsgerät 40 führt als die Niedrigdrehmomentsteuerung für die Niedrig-Regelgrößenregion, d.h. der Niedrigdrehmomentregion, eine Aufgabe zum Stellen (Manipulieren) der Phase des Spannungsvektors des Wechselrichters INV1 und der Phase des Spannungsvektors des Wechselrichters INV2 durch. Diese Spannungsphasenstellen zielt auf eine Regelung der Regelgröße ab, um mit dem Sollwert übereinzustimmen, während die Amplitude der an jede der Wicklungsgruppen 10a und 10b angelegten Spannung auf einen konstanten Pegel beibehalten wird.
Beispielsweise führt das Steuerungsgerät 40 die Niedrigdrehmomentsteuerung durch, wenn der Sollwert für die Regelgröße in der Niedrigdrehmomentregion ist.
Als die Niedrigdrehmomentsteuerung steuert der Steuerungsgerät 40 weiterhin einen als Ifr bezeichneten Feldstrom, der durch den Feldstromsensor 32 gemessen wird, auf einen optimalen Strom Iopt, der einen elektrischen Leistungsverlust reduziert, wenn Ströme durch die Wicklungsgruppen 10a und 10b fließen.
Zusätzlich ist eine Hoch-Regelgrößenregion, d.h. eine Hochdrehmomentregion für die Regelgröße wie das Ausgangsdrehmoment oder die erzeugte Leistung des Motors 10 eingestellt, wobei die Hoch-Regelgrößenregion, d.h. die Hochdrehmomentregion höher als die Niedrig-Regelgrößenregion, d.h. die Niedrigdrehmomentregion ist.
Das Steuerungsgerät 40 führt als eine Hochdrehmomentsteuerung für die Hoch-Regelgrößenregion, d.h. die Hochdrehmomentregion eine Aufgabe zum Beeinflussen des Feldstroms Ifr zum Regeln der Regelgröße des Sollwerts in der Hoch-Regelgrößenregion, d.h. Hochdrehmomentregion durch, in der die Werte der Regelgröße des Motors 10 höher als die Werte in der Niedrigdrehmomentregion sind.
Beispielsweise führt das Steuerungsgerät 40 die Hochdrehmomentsteuerung durch, wenn der Sollwert für die Regelgröße in der Hochdrehmomentregion ist.
Wenn sich beispielsweise der Sollwert für die Regelgröße von der Niedrigdrehmomentregion auf die Hochdrehmomentregion ändert oder von der Hochdrehmomentregion auf die Niedrigdrehmomentregion ändert, führt das Steuerungsgerät 40 eine nachstehend beschriebene Schaltroutine aus, um dadurch zwischen der Niedrigdrehmomentsteuerung und der Hochdrehmomentsteuerung zu schalten, während ein niedriger elektrischer Leistungsverlust beibehalten wird.
Nachstehend sind die Niedrigdrehmomentsteuerung und die Hochdrehmomentsteuerung beschrieben, und danach ist eine Aufgabe zur Durchführung der Niedrigdrehmomentsteuerung und eine Aufgabe zur Durchführung der Hochdrehmomentsteuerung beschrieben.
<1. Niedrigdrehmomentsteuerung>
Nachstehend ist die Niedrigdrehmomentsteuerung beschrieben. Zunächst ist nachstehend der Grund beschrieben, warum eine Stellgröße in der Niedrigdrehmomentsteuerung nicht der Feldstrom Ifr, sondern die Spannungsphase des Spannungsvektors von jedem der Wechselrichter INV1 und INV2 ist.
Der Grund, warum die Spannungsphase als die Stellgröße verwendet wird, ist, eine Verschlechterung des Ansprechens der Regelgröße des Motors 10 zu vermeiden, die auf den Sollwert geregelt wird.
Insbesondere ist die Anzahl der Windungen der Feldwirkung 11 größer als bei jeder der Wicklungen in den Wicklungsgruppen 10a und 10b, sodass die Feldwicklung 11 einen größeren Reaktanzwert und eine größere Zeitkonstante als jede der Wicklungen in den Wicklungsgruppen 10a und 10b aufweist. Aus diesem Grund würde, wenn der Feldstrom Ifr zur Regelung der Regelgröße auf den Sollwert gesteuert würde, das Ansprechen der Regelgröße sich verschlechtern. Aus diesem Grund wird die Spannungsphase als die Stellgröße in der Niedrigdrehmomentsteuerung verwendet.
Es sei bemerkt, dass ein Spannungsvektor als ein Vektor definiert ist, der aus einer d-Achsen-Spannung und einer q-Achsen-Spannung in dem dq-Koordinatensystem zusammengesetzt ist, das in dem Rotor 12 definiert ist. Zusätzlich ist die Spannungsphase derart definiert, dass in dem dq-Koordinatensystem die positive Richtung der Spannungsphase die Richtung gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf eine vorbestimmte Referenzrichtung repräsentiert, wie die positive Richtung der q-Achse. Anders ausgedrückt repräsentiert die positive Richtung der Spannungsphase die Drehrichtung von der positiven Richtung der q-Achse zu der negativen Richtung der d-Achse. Das heißt, dass die Spannungsphase auf Null eingestellt ist, wenn die q-Achsen-Spannung des Spannungsvektors positiv ist und der Spannungsvektor sich mit der q-Achse überlagert.
Nachstehend ist ein optimaler Strom Iopt, der Leistungsverlust, d.h. Kupferverlust, minimiert, unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben.
2 zeigt die Beziehung zwischen dem Feldstrom If und der Stromamplitude Ia unter den Bedingungen, dass die Regelgröße des Motors 10, beispielsweise die erzeugte Leistung, auf einen konstanten Wert beibehalten wird, und die Amplitude der an den Motor 10 angelegten Spannung auf einen konstanten Wert von 48 V beibehalten wird. Die Stromamplitude Ia ist als der Betrag des Stromvektors des Motors 10 definiert, der durch das Paar des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq repräsentiert ist.
Wie es in (a) von 2 gezeigt ist, gibt es einen Wert des Feldstroms If, bei dem die Stromamplitude Ia minimiert ist. Insbesondere resultiert eine Erhöhung des Feldstroms If von 0 dazu, dass die Stromamplitude Ia minimiert wird. Danach erhöht eine weitere Erhöhung des Feldstroms If die Stromamplitude Ia. Dies liegt daran, dass die weitere Erhöhung des Feldstroms If bewirkt, dass der Betrag des d-Achsen-Stroms Id sich in der negativen Richtung erhöht, was zu einer Erhöhung von nutzlosen Drehmoment des Motors 10 führt.
(b) von 2 zeigt die Beziehung zwischen der Stromamplitude und dem Feldstrom, die erhalten wird, wenn die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 10 ein Wert ist, der höher als ein Wert der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 10 ist, bei dem die in (a) von 2 veranschaulichte Beziehung erhalten wird.
Wie es in (a) und (b) von 2 gezeigt ist, ändert sich der Wert des Feldstroms If, bei dem die Stromamplitude Ia minimiert ist, sich in Abhängigkeit von der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω. Da der Kupferverlust sich mit Verringern der Stromamplitude Ia verringert, ermöglicht ein Einstellen des optimalen Stroms Iopt auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω eine Reduzierung des Kupferverlusts.
Zusätzlich ändert sich, wie es in 3 veranschaulicht ist, der Wert des Feldstroms If, bei dem die Stromamplitude Ia minimiert ist, ebenfalls in Abhängigkeit von der an dem Motor 10 angelegten Spannung. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Amplitude der angelegten Spannung, den Feldstrom If und der Stromamplitude Ia unter der Bedingung, dass die Regelgröße einen konstanten Wert beibehalten wird. Die in (a) von 3 gezeigte elektrische Winkelgeschwindigkeit ω ist kleiner als die in (b) von 3 gezeigte elektrische Winkelgeschwindigkeit ω.
Wie es in (a) und (b) von 3 gezeigt ist, ändert sich der Wert des Feldstroms If, bei dem die Stromamplitude Ia minimiert ist, in Abhängigkeit von Änderungen von 12 V, 24 V, 36 V und 48 V der Amplitude der an den Motor 10 angelegten Spannung, die in 3 als Beispiel gezeigt sind. Die in (a) und (b) von 3 veranschaulichten Beispiele zeigen, dass, je größer die Amplitude der an dem Motor 10 angelegten Spannung ist, umso kleiner der minimale Wert der Stromamplitude Ia ist. Somit bestimmt, wenn die Amplitude die an dem Motor 10 angelegten Spannung auf den maximal möglichen Wert (beispielsweise 48 V) in dem Steuerungssystem CS eingestellt wird, das Steuerungsgerät 40 den Wert des Feldstroms Id, der die Stromamplitude Ia minimiert, als den optimalen Strom Iopt ein.
Nachstehend ist ein spezifisches Verfahren zur Einstellung des optimalen Stroms Iopt als ein Beispiel beschrieben, der die Stromamplitude Ia beispielsweise in dem Motorbetrieb minimiert. 4 zeigt Spannungsbegrenzungskreise LC1, LC2 und LC3, wenn der Feldstrom If auf drei unterschiedliche Werte If1, If2, und If3 in der Motorbetriebsart eingestellt ist. Genauer gesagt sind Teile der Spannungsbegrenzungskreise LC1, LC2 und LC3, deren q-Achsen-Ströme Iq gleich wie oder größer als Null sind, in 4 veranschaulicht. Es sei bemerkt, dass der Feldstrom If1 derart eingestellt ist, dass er größer als der Feldstrom If2 ist, und der Feldstrom If2 derart eingestellt ist, dass er größer als der Feldstrom If1 ist.
Ein Spannungsbegrenzungskreis repräsentiert die Bahnkurve eines Stromvektors, wenn die Amplitude der an dem Motor 10 angelegten Spannung auf einen konstanten Wert beibehalten wird. In dem Generatorbetrieb werden Teile der Spannungsbegrenzungskreise LC1, LC2 und LC3, deren q-Achsen-Ströme Iq gleich wieder kleiner als Null sind, verwendet. 4 zeigt ebenfalls ein Linien gleichen Drehmoments TL1, TL2, TL3 des Motors 10, wenn der Feldstrom auf die jeweiligen Werte If1, If2 und If3 eingestellt ist.
Wie es in 4 gezeigt ist, zeigt zur Einstellung der Feldströme If1, If2, If3 der Schnittpunkt von jedem der Spannungsbegrenzungskreise LC1, LC2 und LC3 und einer entsprechenden der Linien gleichen Drehmoments TL1, TL2 und TL3 die Kombination des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, d.h. den Stromvektor, der den Sollwert Ttgt und die Amplitude der an den Motor 10 angelegten Spannung erzielt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in Experimenten bestimmt, dass die Stromamplitude Ia minimiert wird, wenn der Feldstrom ein Wert wird, bei dem die Amplitude der an dem Motor 10 angelegten Spannung mit der Amplitude der induzierten Spannung, die in dem Motor 10 (das heißt, den Ankerwicklungsgruppen 10a und 10b) induziert wird, übereinstimmt. Aus diesem Grund ermöglicht das Einstellen des Feldstroms, der bewirkt, dass die Amplitude der an den Motor 10 angelegten Spannung mit der Amplitude der induzierten Spannung, die in dem Motor 10 induziert wird, übereinstimmt, als den optimalen Strom Iopt ein Minimieren des Kupferverlusts.
Insbesondere kann der d-Achsen-Strom Id durch die nachfolgende Gleichung (eq1) ausgedrückt werden:
In der Gleichung (eq1) repräsentiert φ(If) eine Flussverkettung, einen Magnetfeldfluss, der durch den Feldstrom If erzeugt wird, repräsentieren Ld und Lq die d- und q-Achsen-Induktivitäten von jeder der Wicklungsgruppen 10a und 10b, und repräsentiert Va die Amplitude der an den Motor 10 angelegten Spannung. Der Spannungsbegrenzungskreis kann in dem dq-Koordinatensystem unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (eq1) ausgedrückt werden.
Ein Einstellen der d-und q-Achsen-Ströme Id und Iq auf Null in der vorstehend beschriebenen Gleichung (eq1) ermöglicht ein Herleiten der nachfolgende Gleichung (eq2): ω·ϕ(If) = Va (eq2)
Dabei repräsentiert ω die elektrische Winkelgeschwindigkeit. Die Beziehung "φ(If) = Lf × If" ermöglicht ein Herstellen der nachfolgenden Gleichung (eq3): ω·ϕ(If) = ω·Lf·If (eq3)
Dabei repräsentiert Lf die Selbstinduktivität der Feldwicklung 11. Aus den vorstehend beschriebenen Gleichungen (eq2) und (eq3) können die nachfolgenden Gleichungen (eq4A) und (eq4B) hergeleitet werden: ω·Lf·If = Va (eq4A) If = Va / ω·Lf (eq4B)
Die vorstehend beschriebenen Gleichung (eq4B) wird aus der Tatsache hergeleitet, dass die Amplitude Va der an den Motor 10 angelegten Spannung mit der Amplitude der induzierten Spannung in dem Motor 10 übereinstimmt.
Ein Einstellen des Feldstroms, d.h. des optimalen Stroms Iopt, auf der Grundlage der Gleichungen (eq4) ermöglicht ein Minimieren der Stromamplitude Ia. Es sei bemerkt, dass die Gleichungen (eq4) unter der Bedingung hergeleitet werden, dass Id = Iq = 0 gilt. Das heißt, wenn die Amplitude der an dem Motor 10 angelegten Spannung mit der Amplitude der induzierten Spannung, die in dem Motor 10 induziert wird, übereinstimmt, das rechte Ende des Spannungsbegrenzungskreises sich mit dem Ursprung des dq-Koordinatensystem überlagert, und dass der Spannungsbegrenzungskreis eine Tangente zu der q-Achse ist. In diesem Fall ist der Schnittpunkt des Spannungsbegrenzungskreises und des Linien gleichen Drehmoments ebenfalls nahe an dem Ursprung. Weiterhin ist der d-Achsen-Strom Id an dem Schnittpunkt etwa 0. Dies ermöglicht daher ein Reduzieren des verschwendeten Drehmoments des Motors 10, was zu einer Reduktion des Leistungsverlusts führt.
<2. Hochdrehmomentsteuerung>
Nachstehend ist die Hochdrehmomentsteuerung beschrieben.
In der Niedrigdrehmomentsteuerung, in der der Feldstrom Ifr auf den optimalen Strom Iopt gesteuert wird, wenn der Sollwert der Regelgröße sich erhöht, ermöglicht ein Bewegen des Stromvektors von dem Ursprung des dq-Koordinatensystems zu dem Scheitelpunkt des Spannungsbegrenzungskreises ein Erhöhen der Regelgröße wie des Ausgangsdrehmoments. In 4 ist der Scheitelpunkt des Spannungsbegrenzungskreises ist in dem Motorbetrieb als Bezugszeichen A repräsentiert.
Jedoch wird der maximale Wert der Regelgröße durch den q-Achsen-Strom Iq an dem Scheitelpunkt A des Spannungsbegrenzungskreises ist begrenzt.
Im Hinblick auf diese Umstände führt zur Justierung der Regelgröße auf den Sollwert das Steuerungsgerät 40 in der Hochdrehmomentregion eine Hochdrehmomentsteuerung durch, die den Feldstrom Ifr auf einen Strom steuert, der größer als der optimale Strom Iopt ist.
5 veranschaulicht Teile von Spannungsbegrenzungskreisen LCa, LCb und LCc sowie Linien gleichen Drehmoments TLa, TLb und TLc, wenn der Feldstrom auf drei unterschiedliche Werte Ifa, Ifb und Ifc eingestellt ist, die höher als der optimale Strom Iopt sind, in der Motorbetriebsart. Genauer gesagt sind in 5 die Teile der Spannungsbegrenzungskreise LCa, LCb und LCc veranschaulicht, deren q-Achsenströme Iq gleich oder größer als Null sind. Es sei bemerkt, dass der Feldstrom Ifc derart eingestellt ist, dass er größer als der Feldstrom Ifb ist, und dass der Feldstrom Ifb derart eingestellt ist, dass er größer als der Feldstrom Ifa ist.
Zur Einstellung der Feldströme Ifa, Ifb, Ifc zeigt der Schnittpunkt von jedem der Spannungsbegrenzungskreise LCa, LCb und LCc und einer entsprechenden der Linien gleichen Drehmoments die TLa, TLb und TLc die Kombination des d-Achsen-Stroms Id und des q-Achsen-Stroms Iq, d.h. den Stromvektor, der das Solldrehmoments Ttgt und die Amplitude der an den Motor 10 angelegten Spannung erzielt.
Wenn der Feldstrom ansteigt, bewegt sich der Spannungsbegrenzungskreis weg von der q-Achse in die negative Richtung der d-Achse. 5 zeigt Schnittpunkte B1, B2, B3 der Spannungsbegrenzungskreise LCa, LCb und LCc und der jeweiligen Linien gleichen Drehmoments TLa, TLb und TLc als ein Beispiel, wenn die jeweiligen Feldströme Ia, Ib und Ic eingestellt sind.
<3. Betrieb durch das Steuerungsgerät>
6 veranschaulicht ein Beispiel für ein Funktionsblockschaltbild, dass die Funktionen der ersten Stelleinheit 40A1 in dem Steuerungsgerät 40, das heißt, die Funktionen zeigt, die äquivalent zu der Aufgabe der Ausführung der Niedrigdrehmomentsteuerung sind. Insbesondere veranschaulicht 6 einen Funktionsblock, der die Niedrigdrehmomentsteuerungsfunktion in der Motorbetriebsart veranschaulicht.
Wie es in 6 gezeigt ist, weist das Steuerungsgerät 40 einen Zwei-Phasen-Wandler 40a, eine Drehmomentschätzeinrichtung 40b, eine Drehmomentabweichungsberechnungseinrichtung 40c, eine Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d und eine Modulationseinrichtung 40e auf. Weiterhin weist das Steuerungsgerät 40 eine Drehzahlberechnungseinrichtung 40f, eine Optimalstrom-Einstellungseinrichtung 40g, eine Feldkorrekturgrößenberechnungseinrichtung 40h, eine Feldkorrektureinrichtung 40i, eine Feldabweichungsberechnungseinrichtung 40j und eine Feldsteuerungseinrichtung 40k auf.
Der Zwei-Phasen-Wandler 40a wandelt die U-, V- und W-Phasen-Ströme in einen ersten d-Achsen-Strom Id1 und einen ersten q-Achsen-Strom Iq1 in dem dq-Koordinatensystem auf der Grundlage des als θe bezeichneten elektrischen Winkels, der durch den Drehwinkelsensor 30 erfasst wird, und der in der ersten Wicklungsgruppe 10a fließenden Drei-Phasen-Ströme um, die durch die Phasenstromerfassungseinrichtung 33 erfasst werden. Die Drei-Phasen-Ströme sind U-, V- und W-Phasen-Ströme in dem festen Koordinatensystem entsprechend der ersten Wicklungsgruppe 10a, das in dem Stator 13 definiert ist.
Der Zwei-Phasen-Wandler 40a wandelt den elektrischen Winkel θe und die in der zweiten Wirkungsgruppe 10b fließenden Drei-Phasen-Ströme, die durch die Phasenstromerfassungseinrichtung 33 erfasst werden, in einen zweiten d-Achsen-Strom Id2 und einen zweiten q-Achsen-Strom Iq2 in dem dq-Koordinatensystem um. Die Drei-Phasen-Ströme sind U-, V- und W-Phasen-Ströme in dem festen Koordinatensystem entsprechend der zweiten Wirkungsgruppe 10b, das in dem Stator 13 definiert ist.
Die Drehmomentschätzeinrichtung 40b berechnet ein geschätztes Drehmoment Te des Motors 10 unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (eq5), die die d-und q-Achsen-Ströme Id1, Iq1, Id2 und Iq2 sowie den Feldstrom Ifr als Eingänge verwendet. Te = Pn{Mf·Ifr·Iq1·+Mf·Ifr·Iq2 + (Ld – Lq)·Id1·Iq1 + (Ld – Lq)·Id2·Iq2 + (Md – Mq)·(Id1·Iq2 + Id2·Iq1)} (eq5)
Dabei bezeichnet Pn die Anzahl der Polpaare des Motors 10, bezeichnet Mf die Gegeninduktivität auf der d-Achse zwischen jeder Wicklungsgruppe 10a, 10b und der Feldwicklung 11, bezeichnet Md die Gegeninduktivität auf der d-Achse zwischen den ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b und bezeichnet Mq die Gegeninduktivität auf der q-Achse zwischen den ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b.
Die Drehmomentabweichungsberechnungseinrichtung 40c berechnet eine Drehmomentabweichung ΔT, die die Abweichung zwischen dem geschätzten Drehmoment Te und dem Solldrehmoment Ttgt ist. Insbesondere berechnet die Drehmomentabweichungsberechnungseinrichtung 40c die Drehmomentabweichung ΔT durch Subtrahieren des geschätzten Drehmoments Te von dem Solldrehmoment Ttgt.
Die Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d berechnet eine Spannungsphase δr eines Spannungsvektors als eine Stellgröße zur Regelung des geschätzten Drehmoments Te auf das Solldrehmoment Ttgt auf der Grundlage der Drehmomentabweichung ΔT. Insbesondere führt die Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d beispielsweise eine Proportional-Integral-Differenzial-Steuerung auf der Grundlage der Drehmomentabweichung ΔT durch, wodurch die Spannungsphase δr berechnet wird.
Auf der Grundlage der durch die Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d berechneten Spannungsphase δr erzeugt die Modulationseinrichtung 40e erste Steuerungssignale gUp1 bis gWn1 und zweite Steuerungssignale gUp2 bis gWn2 zur Steuerung des geschätzten Drehmoments Te auf das Solldrehmoment Ttgt. Die Modulationseinrichtung 40e gibt die erzeugten ersten Steuerungssignale gUp1 bis gWn1 zu dem ersten Wechselrichter INV1, d.h. zu den jeweiligen Schaltern SUp1 bis SWn1 des ersten Wechselrichters INV1 aus, und gibt die erzeugten zweiten Steuerungssignale gUp2 bis gWn2 zu dem zweiten Wechselrichter INV2, d.h. den jeweiligen Schaltern SVp2 bis SWn2 des zweiten Wechselrichters INV2 aus.
Demgegenüber berechnet die Drehzahlberechnungseinrichtung 40f die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω unter Verwendung einer Differenzierung des elektrischen Winkels θe.
Auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω und einer durch den Spannungssensor 31 erfassten Batteriespannung VDC stellt die Optimalstrom-Einstellungseinrichtung 40g den optimalen Strom Iopt ein, wobei der optimale Strom Iopt der Sollstrom des Feldstroms in der Niedrigdrehmomentsteuerung ist.
Insbesondere stellt die Optimalstrom-Einstellungseinrichtung 40g den optimalen Strom Iopt unter Verwendung von Va in der Beziehung If = Va/ω·Lf der Gleichung (eq4) als die Batteriespannung VDC ein. Dies ermöglicht, selbst wenn die Anschlussspannung der Hochspannungsbatterie 22 sich aufgrund davon, dass der Motor 10 als ein Starter angetrieben wird, stark verringert, dass der korrekte optimale Strom Iopt in Abhängigkeit von der Batteriespannung VDC leicht berechnet wird.
Wenn die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω hoch ist, berechnet die Feldkorrekturgrößenberechnungseinrichtung 40h eine Feldkorrekturgröße, d.h. einen Feldkorrekturstrom, Δcf (≥ 0) derart, dass die Feldkorrekturgröße Δcf größer als die Feldkorrekturgröße Δcf ist, die berechnet wird, wenn die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω niedrig ist.
Insbesondere berechnet die Feldkorrekturgrößenberechnungseinrichtung 40h die Feldkorrekturgröße Δcf derart, dass, je größer die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω ist, umso größer die berechnete Feldkorrekturgröße ωist. Dieser Betrieb dient zur Verringerung des Eisenverlusts zusätzlich zu dem Kupferverlust.
7 veranschaulicht eine schematische Darstellung des Gesamtverlusts einschließlich Kupferverlust und Eisenverlust in dem die dq-Koordinatensystem. Wenn die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω hoch ist, verschiebt sich eine Region mit hohem Eisenverlust in dem dq-Koordinatensystem in die negative Richtung der d-Achse im Vergleich mit einem Fall, in dem die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω niedrig ist. Somit verschiebt sich, wie es in 7 gezeigt ist, wenn die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω hoch ist, eine Region mit einem hohen Gesamtverlust sich in die negative Richtung der d-Achse im Vergleich mit einem Fall, in dem die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω niedrig ist. Dementsprechend muss zum Reduzieren des Gesamtverlusts einschließlich Eisenverlust zusätzlich zu Kupferverlust der optimale Strom Iopt entsprechend der elektrischen Windgeschwindigkeit ω korrigiert werden. Somit ist die Feldkorrekturgrößenberechnungseinrichtung 41h in dem Steuerungsgerät 40 vorgesehen.
Die Feldkorrektureinrichtung 40i addiert die Feldkorrekturgröße Δcf des optimalen Stroms Iopt, der durch die Optimalstrom-Einstellungseinrichtung 40g eingestellt wird, und gibt einen korrigierten Strom (Iopt + Δcf) aus. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht beispielsweise die Feldkorrekturgrößenberechnungseinrichtung 40h und die Feldkorrektureinrichtung 40i einer Korrektureinrichtung.
Die Feldabweichungsberechnungseinrichtung 40j berechnet eine Feldabweichung Δif, die die Abweichung zwischen dem Ausgangswert (Iopt + Δcf) der Feldkorrektureinrichtung 40i und dem Feldstrom Ifr ist. Insbesondere berechnet die Feldabweichungsberechnungseinrichtung 40j die Feldabweichung Δif durch Subtrahieren des Feldstroms Ifr von dem Ausgangswert (Iopt + Δcf).
Auf der Grundlage der Feldabweichung Δif berechnet die Feldsteuerungseinrichtung 40k als die Stellgröße zur Regelung des Feldstroms Ifr auf den Ausgangswert (Iopt + Δcf) eine Feldbefehlsspannung Vf, die ein Gleichspannungsbefehlswert ist, die an die Feldwicklung 11 anzulegen ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel führt die Feldsteuerungseinrichtung 40k einer Proportional-Integral-Steuerung auf der Grundlage der Feldabweichung Δif aus, wodurch die Feldbefehlsspannung Vf berechnet wird. Die berechnete Feldbetriebsspannung Vf wird in die Feldschaltung 36 eingegeben. Die Feldschaltung 36 wird derart angetrieben, dass sie die Feldbefehlsspannung Vf an die Feldwicklung 11 anlegt.
Wenn die Niedrigdrehmomentsteuerung in der Generatorbetriebsart durchgeführt wird, berechnet die Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d die Spannungsphase δr als die Stellgröße zur Regelung der gegenwärtigen elektrischen Leistung Pe, die durch den Motor 10 erzeugt wird, auf die Sollleistung Ptgt auf der Grundlage der Drehung mit Abweichung ΔT. Der restliche Betrieb ist derselbe wie der vorstehend beschriebene Betrieb in der Motorbetriebsart.
Als Nächstes veranschaulicht 8 ein Beispiel für ein Funktionsblockschaltbild, dass die Funktionen der zweiten Betriebseinheit 40A2 in dem Steuerungsgerät 40 veranschaulicht, das heißt, die Funktionen, die äquivalent zu der Aufgabe des Ausführens der Hochdrehmomentsteuerung sind. Insbesondere veranschaulicht 8 ein Funktionsblockschaltbild in der Motorbetriebsart. In 8 sind zur Erleichterung Operationen, die dieselben wie diejenigen gemäß 6 sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, weshalb deren Beschreibungen entfallen.
Wie es in 7 gezeigt ist, weist das Steuerungsgerät 40 zusätzlich zu dem Zwei-Phasen-Wandler 40a, der Drehmomentschätzeinrichtung 40b, der Drehmomentabweichungsberechnungseinrichtung 40c und der Drehzahlberechnungseinrichtung 40f eine Sollstrom-Einstellungseinrichtung 40m, eine Feldabweichungsberechnungseinrichtung 40j1, eine Feldsteuerungseinrichtung 40k1, eine Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l und eine Modulationseinrichtung 40e1 auf.
Die Sollstrom-Einstellungseinrichtung 40m stellt einen Sollstrom Itgt, der der Sollwert des Feldstroms in der Hochdrehmomentsteuerung ist, als die Stellgröße zur Regelung des geschätzten Drehmoments Te auf das Solldrehmoments Ttgt auf der Grundlage der Drehmomentabweichung ΔT ein. Insbesondere kann die Sollstrom-Einstellungseinrichtung 40m einer Proportional-Integral-Differenzial-Steuerung auf der Grundlage der Drehmomentabweichung ΔT durchführen, wodurch der Sollstrom Itgt eingestellt wird. Der eingestellte Sollstrom Itgt wird der Feldabweichungsberechnungseinrichtung 40j1 zugeführt.
Die Hochdrehmomentsteuerung in der Generatorbetriebsart stellt den Sollstrom Itgt als die Stellgröße zur Regelung der gegenwärtig erzeugten elektrischen Leistung Pe des Motors 10 auf die Sollleistung Ptgt ein.
Die Feldabweichungsberechnungseinrichtung 40j1 berechnet eine Feldabweichung Δif1, die die Abweichung zwischen dem Sollstrom Itgt und dem Feldstrom Ifr ist. Insbesondere berechnet die Feldabweichungsberechnungseinrichtung 40j1 die Feldabweichung ΔIf1 durch Subtrahieren des Feldstroms Ifr von dem Sollstrom Itgt. Wie in der Niedrigdrehmomentsteuerung berechnet die Feldsteuerungseinrichtung 40k1 auf der Grundlage der Feldabweichung ΔIf1 eine Feldbefehlsspannung Vf als die Stellgröße zur Regelung des Feldstroms Ifr auf den Sollstrom Itgt, wobei die Feldbefehlsspannung Vf ein Gleichspannungsbefehlswert ist, der an die Feldwirkung 11 anzulegen ist.
Demgegenüber stellt die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l eine optimale Phase δopt als eine Funktion der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, der Batteriespannung VDC und der Stromamplitude Ia ein, wobei die optimale Phase δopt die Spannungsphase in der Hochdrehmomentsteuerung ist.
Insbesondere ist die optimale Phase δopt konfiguriert, in dem dq-Koordinatensystem den Stromvektor auf einen der Schnittpunkte einzustellen, der beispielsweise der Schnittpunkt B1, B2 oder B3 des Spannungsbegrenzungskreises und der Linien gleichen Drehmoments, d.h. der Linien gleichen Solldrehmoments ist, wobei ein Eingeben der gegenwärtigen Batteriespannung VDC, der gegenwärtigen elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω und des gegenwärtigen Sollstroms Itgt in die vorstehend beschriebene Gleichung (eq1) beispielsweise den Spannungsbegrenzungskreis ergibt. Einer der Schnittpunkt wird als Sollpunkt bezeichnet, bei dem der absolute Wert der d-Achsen-Stromkomponente kleiner als die d-Achsen-Stromkomponente ist, die die andere der Schnittpunkte aufweist.
Die Linie gleichen Drehmoments, d.h. die Linie gleichen Solldrehmoments, repräsentiert die Bahnkurve des Stromvektors in dem dq-Koordinatensystem unter der Bedingung, dass der Feldstrom auf den Sollstrom Itgt eingestellt ist und das Solldrehmoments Ttgt auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Die Linie gleichen Drehmoments kann entsprechend der Gleichung (eq5) ausgedrückt werden.
Die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l stellt die optimale Phase δopt derart ein, dass, je größer die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω ist, umso größer die optimale Phase δopt ist. Dies liegt daran, dass, wie es in (a) von 9 gezeigt ist, die Spannungsphase, bei der das Ausgangsdrehmoment des Motors 10 der Spitzenwert wird, sich mit Erhöhen der elektrischen Windgeschwindigkeit ω erhöht. Zusätzlich stellt die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l die optimale Phase δopt derart ein, dass, je kleiner die Batteriespannung VDC ist, umso größer die eingestellte optimale Phase δopt ist. Dies liegt daran, dass, wie es in (b) von 9 gezeigt ist, die Spannungsphase, an der das Ausgangsdrehmoment des Motors 10 der Spitzenwert wird, sich mit Verringern der Batteriespannung VDC erhöht.
Zusätzlich stellte die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l die optimale Phase δopt derart ein, dass, je kleiner die Stromamplitude Ia ist, umso größer die optimale Phase δopt ist. Dies liegt daran, dass, je größer die Stromamplitude Ia ist, umso kleiner die d- und q-Achsen-Induktivitäten Ld und Lq aufgrund des Einflusses der magnetischen Sättigung sind, was dazu führt, dass die optimale Phase δopt kleiner wird. Die Stromamplitude Ia kann beispielsweise auf der Grundlage der Kombination des ersten d-Achsen-Stroms Id1 und des ersten q-Achsen-Stroms Iq1 oder der Kombination des zweiten d-Achsen-Stroms Id2 und des zweiten q-Achsen-Stroms Iq2 berechnet werden.
Es sei bemerkt, dass die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die optimale Phase δopt derart einstellt, dass, je größer die d- und q-Achsen-Induktivitäten Ld und Lq des Motors 10 sind, umso größer die optimale Phase δopt ist. Dies liegt daran, dass, wie es in (c) von 9 gezeigt ist, die Spannungsphase, bei der das Drehmoment des Motors 10 der Spitzenwert wird, sich mit Erhöhen der Induktivitäten Ld und Lq erhöht. Weiterhin kann die optimale Phase δopt beispielsweise unter Verwendung eines Kennfeldes eingestellt werden, in dem die elektrische Winkelgeschwindigkeit ω, die Batteriespannung VDC, die Stromamplitude Ia und die Induktivitäten Ld und Lq mit der optimale Phase δopt verknüpft sind.
Es sei bemerkt, dass die optimale Phase δopt in der Generatorbetriebsart konfiguriert ist, in dem dq-Koordinatensystem den Stromvektor auf eine der Schnittpunkte des Spannungsbegrenzungskreises, der in der Gleichung (eq1) ausgedrückt ist, und der Linie gleicher Leistung, d.h. der Linie gleicher Sollleistung, zu versetzen. Einer der Schnittpunkte wird als Sollpunkt bezeichnet, bei dem der absolute Wert der d-Achsen-Stromkomponente kleiner als die d-Achsen-Stromkomponente ist, die die anderen Schnittpunkte aufweisen.
Die Linie gleicher Leistung, d.h. die Linie gleicher Sollleistung repräsentiert die Bahnkurve des Stromvektors des Motors 10 in dem dq-Koordinatensystem unter der Bedingung, dass der Feldstrom auf den Sollstrom Itgt eingestellt ist und die Sollleistung Ptgt auf einen konstanten Wert eingestellt ist.
Und erneuter Bezugnahme auf die Erläuterung von 8 wird die optimale Phase δopt, die durch die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l eingestellt worden ist, in die Modulationseinrichtung 40e1 eingegeben. Die Modulationseinrichtung 40e1 erzeugt die ersten Steuerungssignale gUp1 bis gWn1 und die zweiten Steuersignale gUp2 bis gWn2 auf der Grundlage der optimalen Phase δopt.
Nachstehend ist die Schaltroutine zum Schalten zwischen der Niedrigdrehmomentsteuerung und der Hochdrehmomentsteuerung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
10 zeigt ein Flussdiagramm, dass die Schaltroutine veranschaulicht. Beispielsweise führt das Steuerungsgerät 40 diese Schaltroutine zu einem vorbestimmten Verarbeitungszyklus wiederholt aus. Es sei bemerkt, dass 10 die Schaltroutine in der Motorbetriebsart veranschaulicht.
In der Schaltroutine bestimmt das Steuerungsgerät 40 in Schritt S10, ob das Steuerungsgerät 40 die Niedrigdrehmomentsteuerung durchführt.
Wenn die Bestimmung in Schritt S10 positiv ist, geht die Schaltroutine zu Schritt S11 über. In Schritt S11 berechnet das Steuerungsgerät 40 die optimale Phase δopt, die beispielsweise einer Bestimmungsphase entspricht. Beispielsweise kann die in 8 gezeigte Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l die vorstehend beschriebene optimale Phase δopt berechnen. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht die Operation in Schritt S11 beispielsweise einer Bestimmungsphasenberechnungseinrichtung.
In dem nachfolgenden Schritt S12 bestimmt der Steuerungsgerät 40, ob die durch die Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d berechnete Spannungsphase δr die in Schritt S11 berechnete optimale Phase δopt überschreitet. Diese Operation ist eine Operation zur Bestimmung, ob es Zeit ist, von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung zu schalten. Wenn die Bestimmung in Schritt S12 positiv ist, geht die Schaltroutine zu Schritt S13. In Schritt S13 schaltet der Steuerungsgerät 40 von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung und führt die Hochdrehmomentsteuerung aus. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen die Operationen in Schritten S12 und S13 beispielsweise einer ersten Schalteinrichtung.
Wenn andernfalls die Bestimmung in Schritt S10 negativ ist, bestimmt das Steuerungsgerät 40, dass das Steuerungsgerät 40 die Hochdrehmomentsteuerung ausführt, und geht die Schaltroutine zu Schritt S14 über.
In Schritt S14 berechnet das Steuerungsgerät 40 den optimalen Strom Iopt, der beispielsweise einem Bestimmungsstrom entspricht. Beispielsweise kann die in 6 gezeigte Optimalstrom-Einstellungseinrichtung 40g den optimalen Strom Iopt berechnen. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht die Operation in Schritt S14 beispielsweise einer Bestimmungsstromberechnungseinrichtung.
In dem nachfolgenden Schritt S15 bestimmt der Steuerungsgerät 40, ob der durch die Sollstrom-Einstellungseinrichtung 40m eingestellte Sollstrom Itgt niedriger als der in Schritt S14 berechnete optimale Strom Iopt geworden ist. Diese Operation ist eine Operation zur Bestimmung, ob es Zeit ist, von der Hochdrehmomentsteuerung auf die Niedrigdrehmomentsteuerung zu schalten. Wenn die Bestimmung in Schritt S15 positiv ist, geht die Schaltroutine zu Schritt S16 über. In Schritt S16 schaltet das Steuerungsgerät 40 von der Hochdrehmomentsteuerung auf die Niedrigdrehmomentsteuerung und führt die Niedrigdrehmomentsteuerung aus. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen die Operationen in Schritten S15 und S16 beispielsweise einer zweiten Schalteinrichtung.
11 zeigt ein Beispiel, wie das Ausgangsdrehmoment des Motors 10 geändert wird, wenn die Schaltroutine durch das Steuerungsgerät 40 in der Motorbetriebsart gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird.
In dem Beispiel der Änderung des Ausgangsdrehmoments des Motors 10 gemäß 11 erhöht sich das Solldrehmoment Ttgt schrittweise zu einem Zeitpunkt t1 und ändert sich beispielsweise von der Niedrigdrehmomentregion zu der Hochdrehmomentregion. Zu diesem Änderungszeitpunkt t1 wird das geschätzte Drehmoment Te durch die Niedrigdrehmomentsteuerung auf das Solldrehmoment Ttgt geregelt.
Danach wird zu dem Zeitpunkt t2 bestimmt, dass die Spannungsphase δr die optimale Phase δopt überschritten hat, was einer positiven Bestimmung in Schritt S12 von 10 entspricht, so dass die Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung geschaltet wird.
Das heißt, dass die Drehmomentsteuerungsschaltroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass die Änderung des Drehmoments des Motors 10 zu dem Drehmomentsteuerungsumschaltzeitpunkt, d.h. dem Zeitpunkt t2, reduziert wird (siehe 11). Dies liegt daran, dass ein Einstellen der optimalen Phase δopt, die für die Hochdrehmomentsteuerung verwendet wird, als den Bestimmungswert zur Bestimmung, ob die Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung geschaltet wird (Schritt S12), ermöglicht, dass die Änderungsgröße der Spannungsphase zwischen vor und nach dem Drehmomentsteuerungsschalten nahe an 0 ist.
12 veranschaulicht, wie der Leistungswirkungsgrad des Motors 10 und der Feldstrom If während der Ausführung der Niedrigdrehmomentsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geändert werden, wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors 10 als ein Parameter verwendet wird. Als ein Vergleichsbeispiel zeigt 12 ebenfalls, wie der maximale Wirkungsgrad des Leistungswirkungsgrads und der Feldstrom entsprechend dem maximalen Wirkungsgrad geändert werden. Es sei bemerkt, dass die Erfinder wiederholt den Feldstrom auf einen von verschiedenen Werten eingestellt haben, um den maximalen Leistungswirkungsgrad in den erhaltenen Leistungswirkungsgraden zu ermitteln, und haben den ermittelten maximalen Leistungswirkungsgrad als den maximalen Wirkungsgrad bestimmt.
12 veranschaulicht:

1. einen Wert des Feldstroms entsprechend dem maximalen Wirkungsgrad für jeden Wert des Parameters, d.h. für jeden Wert des Ausgangsdrehmoments.
2. einen Wert des Feldstroms, der einfach auf der Grundlage der Gleichung (eq4) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für jeden Wert des Parameters, d.h. für jeden Wert des Ausgangsdrehmoments berechnet worden ist.

Für jeden Wert des Parameters stimmt der Wert des Feldstroms entsprechend dem maximalen Wirkungsgrad im Wesentlichen mit dem Wert des Feldstroms überein, der einfach auf der Grundlage der Gleichung (eq4) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel berechnet worden ist. Eine große Anzahl von Arbeitsstunden ist erforderlich, um verschiedene Werte für den Feldstrom einzustellen, um dadurch die Werte des maximalen Leistungswirkungsgrads für die jeweiligen Werte des Parameters zu erhalten.
Somit stimmen der Wert des Leistungswirkungsgrads und der Wert des maximalen Wirkungsgrads gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen miteinander für jeden Wert des Parameters, d.h. des Ausgangsdrehmoments überein.
Insbesondere resultiert das Steuerungsgerät 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu einer Reduktion von Leistungsverlust, während eine einfache Steuerung des Motors 10 ausgeführt wird, ohne

1. Vorbereiten eines Kennfeldes, das Werte des Feldstroms definiert, was hohe Arbeitslast erfordert,
2. Konstruieren eines Motorsteuerungsalgorithmus auf der Grundlage dieses vorbereiteten Kennfeldes.

Das Steuerungsgerät 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt die nachfolgenden vorteilhaften Wirkungen.
Das Steuerungsgerät 40 führt die Niedrigdrehmomentsteuerung für die Niedrigdrehmomentregion, die in Bezug auf die Regelgröße, d.h. das Ausgangsdrehmoment oder die erzeugte Leistung eingestellt worden ist, für den Motor 10 aus. Diese Niedrigdrehmomentsteuerung manipuliert bzw. stellt die Spannungsphase δr derart, dass die Regelgröße des Motors 10 auf einen Sollwert gesteuert wird, während der Feldstrom Ifr derart gesteuert wird, dass die Abweichung zwischen der Amplitude der induzierten Spannung und der Amplitude der an den Motor 10 angelegten Spannung gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird.
Diese Konfiguration beseitigt die Notwendigkeit des Vorbereitens eines Kennfeldes zur Berechnung eines Werts des Feldstroms, der die Stromamplitude minimiert, die den Betrag des Stromvektors des Motors 10 repräsentiert. Dies ermöglicht daher eine einfachere Steuerung, um die Regelgröße des Motors 10 mit dem Sollwert in Übereinstimmung zu bringen, während ein reduzierter Leistungsverlust erhalten wird.
Zusätzlich führt das Steuerungsgerät 40 die Hochdrehmomentsteuerung für die Hochdrehmomentregion aus, die in Bezug auf die Regelgröße, d.h. das Ausgangsdrehmoment oder die erzeugte Leistung, für den Motor 10 eingestellt worden ist. Diese Hochdrehmomentsteuerung stellt den Feldstrom Ifr derart, dass die Regelgröße des Motors 10 auf einen Sollwert gesteuert wird.
Diese Konfiguration erzielt eine erste vorteilhafte Wirkung, die ermöglicht, dass die Regelgröße des Motors 10 in geeigneter Weise dem Sollwert nachfolgt, selbst wenn der Sollwert hoch wird.
Das Steuerungsgerät 40 führt die Niedrigdrehmomentsteuerung aus, um auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω den optimalen Strom Iopt einzustellen, der der Feldstrom ist, der bewirkt, dass die Amplitude der induzierten Spannung, die in dem Motor 10 induziert wird, mit der Amplitude der angelegten Spannung des Motors 10 übereinstimmt. Dies erzielt eine zweite vorteilhafte Wirkung, dass die vorteilhafte Wirkung der Leistungsverlustreduktion während der Niedrigdrehmomentsteuerung verbessert wird.
Das Steuerungsgerät 40 führt die Niedrigdrehmomentsteuerung durch, um auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω den optimalen Strom Iopt in die Richtung zu korrigieren, die bewirkt, dass der Eisenverlust in dem Motor 10 klein wird. Diese Konfiguration erzielt eine dritte vorteilhafte Wirkung, dass der Eisenverlust zusätzlich zu dem Kupferverlust des Motors 10 effizient reduziert wird.
Das Steuerungsgerät 40 führt die Hochdrehmomentsteuerung durch, um den Feldstrom Ifr derart zu steuern, dass die Regelgröße des Motors 10 auf den Sollwert geregelt wird, während die Spannungsphase justiert wird. Die Justierung der Spannungsphase bewirkt, dass der Stromvektor sich an dem Scheitelpunkt des Spannungsbegrenzungskreises, an dem der absolute Wert des q-Achsen-Stroms Iq maximal wird, oder an einer Position, die von dem Scheitelpunkt aus näher an der q-Achse verschoben ist, sich befindet, d.h. dazu gehört.
Wenn die Spannungsphase derart eingestellt würde, dass der Stromvektor sich an einer Seite entgegengesetzt zu der q-Achse von dem Scheitelpunkt sich befindet, an dem der absolute Wert des q-Achsen-Stroms Iq das Maximum auf dem Spannungsbegrenzungskreis wird, würde die Größe von nutzlosen d-Achsen-Strom sich erhöhen, weshalb der Leistungsverlust sich erhöhen würde. Somit erzielt das erste Ausführungsbeispiel eine vierte vorteilhafte Wirkung, dass die Reduktion von Leistungsverlust weiter verbessert wird.
Insbesondere justiert das erste Ausführungsbeispiel die Spannungsphase auf die optimale Phase δopt in der Hochdrehmomentsteuerung, wodurch die Regelgröße des Motors 10 erhöht wird, während Leistungsverlust reduziert wird.
Das Steuerungsgerät 40 führt die Hochdrehmomentsteuerung durch, um die optimale Phase δopt auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, der Stromamplitude Ia, der Batteriespannung VDC und der Induktivitäten Ld und Lq einzustellen. Diese Konfiguration erzielt eine fünfte vorteilhafte Wirkung, dass die Regelgröße des Motors 10 weiter erhöht wird.
Während der Durchführung der Niedrigdrehmomentsteuerung schaltet das Steuerungsgerät 40 von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung, wenn bestimmt wird, dass die Spannungsphase δr die optimale Phase δopt überschritten hat. Während der Durchführung der Hochdrehmomentsteuerung schaltet der Steuerungsgerät 40 von der Hochdrehmomentsteuerung auf die Niedrigdrehmomentsteuerung, wenn bestimmt wird, dass der Sollstrom Itgt niedriger als der optimale Strom Iopt geworden ist. Diese Konfiguration reduziert daher effizient die Fluktuationen in dem Drehmoment des Motors 10 jedes Mal, wenn zwischen der Hochdrehmomentsteuerung unter Niedrigdrehmomentsteuerung geschaltet wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist das zweite Ausführungsbeispiel für ein Steuerungssystem mit einem Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die entsprechenden Zeichnungen beschrieben, wobei sich auf die Unterschiede zwischen den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen fokussiert wird. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel führt das Steuerungsgerät 40 eine Steuerung durch, die bewirkt, dass der Feldstrom beim Schalten von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung schnell ansteigt.
13 zeigt die Verarbeitung einer Schnellschaltroutine von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Beispielsweise führt das Steuerungsgerät 40 wiederholt diese Routine zu einem gewissen Verarbeitungszyklus aus. Es sei bemerkt, dass 13 die Schnellschaltroutine in dem Motorbetrieb als ein Beispiel veranschaulicht.
In der Schnellschaltroutine bestimmt das Steuerungsgerät 40, ob die logische Verknüpfung der ersten Bedingung, dass die Niedrigdrehmomentsteuerung gegenwärtig ausgeführt wird, und der zweiten Bedingung, dass das Solldrehmoment Ttgt sich um eine vorbestimmte Größe von der vorhergehenden Schnellschaltroutine erhöht hat, wahr ist oder nicht, das heißt, ob beide der ersten Bedingung und der zweiten Bedingung in Schritt S20 erfüllt sind. Die zweite Bedingung ist eine Bedingung zur Bestimmung, ob das Solldrehmoment Ttgt sich plötzlich erhöht hat. Wenn die gegenwärtige Schnellschaltroutine die erste Schnellschaltroutine ist, ist die zweite Bedingung derart eingestellt, dass sie negativ ist.
Wenn die Bestimmung in Schritt S20 negativ ist, beendet das Steuerungsgerät 40 die Schnellschaltroutine. In diesem Fall wird die Bestimmung des Schaltens von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung auf der Grundlage der in 10 gezeigten Schaltverarbeitung ausgeführt.
Wenn demgegenüber die Bestimmung in Schritt S20 positiv ist, geht die Schnellschaltroutine zu Schritt S21 über.
In Schritt S21 nimmt das Steuerungsgerät 40 an, dass k den gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine repräsentiert (wobei k eine natürliche Zahl nicht kleiner als 1 ist), und berechnet eine Stromabweichung Δ[k], die die Differenz zwischen dem Sollstrom Itgt[k] in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine k und dem Feldstrom Ifr[k] in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine k ist.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel berechnet das Steuerungsgerät 40 die Stromabweichung Δ[k] durch Subtrahieren des Feldstroms Ifr[k] in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine von dem Sollstrom Itgt[k] in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine. Der Feldstrom Ifr[k] repräsentiert den Feldstrom, der durch den Feldstromsensor 32 in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine erfasst wird. Weiterhin repräsentiert der Sollstrom Itgt[k] einen Sollstrom, der durch die Sollstrom-Einstellungseinrichtung 40m in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine unter der Annahme eingestellt wird, dass die Spannungsphase auf die durch die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l bestimmte optimale Phase δopt eingestellt ist.
In dem darauffolgenden Schritt S22 berechnet das Steuerungsgerät 40 eine Vorhersage des Feldstroms in dem nächsten (k + 1) Zyklus der Schnellschaltroutine, der nachstehend als vorhergesagter Strom Ifr[k + 1] bezeichnet ist, auf der Grundlage des Feldstroms Ifr[k], der Feldbetriebsspannung Vf und des d-Achsen-Referenzstroms Iderf in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht die Operation in diesem Schritt S22 beispielsweise einer Vorhersageeinrichtung. Insbesondere ist der vorhergesagte Strom Ifr[k + 1] ein Feldstrom in dem nächsten Zyklus der Schnellschaltroutine, der unter der Annahme berechnet wird, dass die Spannungsphase sich auf die optimale Phase δopt in der Niedrigdrehmomentsteuerung erhöht hat, das heißt, unter der Annahme, dass ein Feldschwächungsstrom erhöht worden ist.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Steuerungsgerät 40 den vorhergesagten Strom Ifr[k + 1] unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (eq6) berechnen: Ifr[k + 1] = Ifr[k] + Ts (Vf + Vcpl – Rf·Ifr[k] / Lf) (eq6)
Wobei: Vcpl = – Mf·Idref / Ts
Dabei repräsentiert Rf den Wicklungswiderstandswert der Feldwicklung 11,
repräsentiert Ts den Verarbeitungszyklus, d.h. das Zeitintervall zwischen den Zyklen der Schnellschaltroutine das Steuerungsgerät 40,
repräsentiert Vpl den Interferenzterm zwischen dem d-Achsen-Strom und dem Feldstrom,
repräsentiert die Idref den d-Achsen-Strom, der geschätzt wird, wenn die gegenwärtige Spannungsphase auf die optimale Phase δopt erhöht worden ist.
Insbesondere repräsentiert der geschätzte d-Achsen-Strom die Summe des d-Achsen-Stroms in der ersten Wicklungsgruppe 10a und des d-Achsen-Stroms in der zweiten Wirkungsgruppe 10b.
Die vorstehend beschriebene Gleichung (eq6) zeigt, dass ein Ändern der d-Achsen-Ströme der Wechselrichter INV1 und INV2 in der negativen Richtung ermöglicht, dass

1. der Interferenzterm Vpl in die positive Richtung erhöht wird,
2. der Feldstrom Ifr erhöht wird.

Die vorstehend beschriebene Gleichung (eq6) ist eine Modellgleichung auf der Grundlage einer vorbestimmten Spannungsgleichung der Feldwicklung 11. Genauer wird die vorstehend beschriebene Gleichung (eq6) hergeleitet, indem die nachfolgende Spannungsgleichung (eq7) durch Rückwärtsdifferenzieren (backward differencing) diskretisiert wird.
In der nachfolgenden Gleichung (eq7) repräsentiert s einen Laplace-Operator, d.h. einen Differenzialoperator. 14 zeigt ein Ersatzschaltbild der Feldwicklung 11 mit der d-Achse und der q-Achse. Es sei bemerkt, dass N einen Magnetpol, d.h. einen N-Pol repräsentiert, und S einen Magnetpol, d.h. einen S-Pol repräsentiert. Das Ersatzschaltbild der Feldwicklung 11 ist eine Reihenschaltung eines Widerstands Rf und einer Induktivität Lf, wobei die Reihenschaltung auf der Feldbefehlsspannung Vf als deren Leistungsquelle basiert. Vf = (Rf + s·Lf)·If + s·Mf·(Id1 + Id2) (eq7)
Unter Rückkehr auf die Erläuterung von 13 bestimmt in dem nachfolgenden Schritt S23 das Steuerungsgerät 40, ob der durch Subtrahieren des Feldstroms Ifr[k] des gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine von dem vorhergesagten Strom Ifr[k + 1] gleich wie oder größer als die in Schritt S21 berechnete elektrische Stromabweichung Δ[k] ist. Diese Operation ist eine Operation zur Bestimmung, ob der Feldstrom den Sollstrom Itgt in den nächsten Zyklus der Schnellschaltroutine erreicht, wenn angenommen wird, dass die Spannungsphase sich auf die optimale Phase δopt erhöht hat. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht die Operation von Schritt S23 beispielsweise einer Erreichungsbestimmungseinrichtung.
Wenn die Bestimmung in Schritt S23 negativ ist, kehrt der Steuerungsgerät 40 zu dem Betrieb in Schritt S21 zurück und wiederholt den Betrieb in Schritt S21.
Andernfalls bestimmt, wenn die Bestimmung in Schritt S23 positiv ist, das Steuerungsgerät 40, das der Feldstrom den Sollstrom Itgt in dem nächsten Zyklus der Schnellschaltroutine erreichen wird. Dann geht die Schnellschaltroutine zu Schritt S24 über.
In Schritt S24 erhöht das Steuerungsgerät 40 die Spannungsphase auf die optimale Phase δopt. Dann schaltet das Steuerungsgerät 40 die Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung.
Beispielsweise wird das Schalten von der Hochdrehmomentsteuerung auf die Niedrigdrehmomentsteuerung auf der Grundlage der in 10 gezeigten Schaltroutine ausgeführt.
15 zeigt den Übergang jedes Parameters, wenn die Schnellschaltroutine in der Motorbetriebsart gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird.
Insbesondere zeigt (a) von 15 den Übergang der Spannungsphase, zeigt (b) von 15 den Übergang des d-Achsen-Stroms, zeigt (c) von 15(c) den Übergang des Feldstroms und zeigt (d) von 15 den Übergang des Ausgangsdrehmoments des Motors 10.
Zusätzlich zeigt 15 ebenfalls den Übergang jeder Wellenform gemäß dem Stand der Technik. Der Stand der Technik dient lediglich zur Durchführung der Schaltroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie es in 15 gezeigt ist, startet die Spannungsphase in Reaktion auf eine abrupte Erhöhung in dem Solldrehmoment Ttgt zu dem Zeitpunkt t1 während der Niedrigdrehmomentsteuerung, anzusteigen. Danach wird zu dem Zeitpunkt t2 bestimmt, dass der Wert, der durch Subtrahieren des Feldstroms Ifr[k] des gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine von dem vorhergesagten Strom Ifr[k + 1] erhalten wird, gleich wie oder größer als die Stromabweichung Δ[k] ist (JA in Schritt S23). Aus diesem Grund wird die Spannungsphase unmittelbar auf die optimale Phase δopt erhöht (siehe Zeitpunkt t2, Schritt S24), bevor die durch die Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d berechnete Spannungsphase δr die optimale Phase δopt erreicht (siehe Zeitpunkt t3). Dies bewirkt, dass der d-Achsen-Strom Id sich stark in der negativen Richtung verringert, so dass der Feldstrom If auf etwa den Sollstrom Itgt unmittelbar ansteigt. Dementsprechend ermöglicht dies als eine vorteilhafte Wirkung, dass die Regelgröße des Motors 10, das heißt, das Ausgangsdrehmoment, schnell dem Sollwert, d.h. dem Solldrehmoment Ttgt nachfolgt.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend ist das dritte Ausführungsbeispiel für ein Steuerungssystem mit einem Steuerungsgerät für eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die entsprechenden Zeichnungen beschrieben, wobei sich auf die Unterschiede zwischen den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen fokussiert wird. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ändert das Steuerungsgerät 40 das Verfahren des schnellen Anhebens des Feldstroms.
16 zeigt die Verarbeitung einer Schnellschaltroutine von der Niedrigdrehmomentsteuerung auf die Hochdrehmomentsteuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Beispielsweise führt der Steuerungsgerät 40 diese Routine zu einem gewissen Verarbeitungszyklus wiederholt aus. In 16 sind zur Erleichterung Operationen, die dieselben wie diejenigen gemäß 13 sind, durch dieselben Schrittzahlen bezeichnet. Es sei bemerkt, dass 16 die Schnellschaltroutine in der Motorbetriebsart als ein Beispiel veranschaulicht.
In der Schnellschaltroutine geht, wenn die Bestimmung in Schritt S20 positiv ist, die Schnellschaltroutine zu Schritt S25 über. In Schritt S25 wartet das Steuerungsgerät 40, bis die durch die Drehmomentsteuerungseinrichtung 40d berechnete Spannungsphase δr gleich wie oder größer als eine definierte Phase δa wird.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die definierte Phase δa einen vorbestimmten konstanten Wert auf, der größer als 0 ist und kleiner als die optimale Phase δopt ist. Insbesondere ist die definierte Phase δa auf einen Wert eingestellt, bei dem geschätzt wird, dass der Feldstrom If den Sollstrom Itgt in den nächsten Zyklus der Schnellschaltroutine erreicht, wenn angenommen wird, dass die Spannungsphase auf die optimale Phase δopt in dem gegenwärtigen Zyklus der Schnellschaltroutine erhöht worden ist. Die definierte Phase δa wird beispielsweise durch Experimente oder dergleichen vorab bestimmt. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht die Operation in Schritt S25 beispielsweise einer Erreichungsbestimmungseinrichtung. Wenn die Bestimmung in Schritt S25 positiv ist, geht die Schnellschaltroutine zu Schritt S24 über.
Das vorstehend beschriebene dritte Ausführungsbeispiel erzielt eine vorteilhafte Wirkung, dass

1. der Zeitpunkt, zu dem der Feldstrom If abrupt ansteigt, d.h. sich abrupt erhöht, unter Verwendung eines einfacheren Verfahrens erhalten wird,
2. bewirkt wird, dass die Regelgröße des Motors 10, d.h. das Ausgangsdrehmoment, schnell dem Sollwert, d.h. dem Solldrehmoment Ttgt zu dem Zeitpunkt nachfolgt, zu dem der Feldstrom If abrupt sich erhöht.

(Andere Ausführungsbeispiele)
Gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele justiert das Steuerungsgerät 40 in der Niedrigdrehmomentsteuerung den Feldstrom Ifr derart, dass die Amplitude der induzierten Spannung, die in der Ankerwicklung erzeugt wird, mit der Amplitude der an die Ankerwicklung angelegten Spannung übereinstimmt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Beispielsweise kann unter der Bedingung, dass die Abweichung zwischen der Amplitude der induzierten Spannung, die in dem Motor 10 induziert wird, und der Amplitude der angelegten Spannung gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, das Steuerungsgerät 40 den Feldstrom derart steuern, dass die Amplitude der induzierten Spannung, die in dem Motor 10 induziert wird, etwas größer als die Amplitude der angelegten Spannung ist. In dieser Modifikation ist es möglich, die vorteilhaften Wirkungen zu erzielen, die ähnlich zu denjenigen sind, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Zusätzlich kann beispielsweise unter der Bedingung, dass die Abweichung zwischen der Amplitude der induzierten Spannung und der Amplitude der angelegten Spannung gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, das Steuerungsgerät 40 den Feldstrom derart steuern, dass die Amplitude der angelegten Spannung etwas größer als die Amplitude der induzierten Spannung ist.
Die in 6 gezeigte Feldkorrekturgrößenberechnungseinrichtung 40h kann die Feldkorrekturgröße Δcf zusätzlich auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω auf der Grundlage der Ströme (beispielsweise deren Amplituden), die durch die Ankerwicklungen, das heißt, die Ankerwicklungsgruppen 10a und 10b fließen, der Batteriespannung VDC und/oder der Temperatur des Motors 10 berechnen. Dies liegt daran, dass der durch die Ankerwicklungsgruppen fließende Strom, die Batteriespannung VDC und die Temperatur des Motors 10 den Eisenverlust beeinträchtigen können.
Die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l, die in 8 gezeigt ist, kann beispielsweise den d-Achsen-Strom als den Parameter zur Einstellung der optimalen Phase δopt anstelle der Stromamplitude Ia verwenden, die der Betrag des Stromvektors ist. Die Optimalphasen-Einstellungseinrichtung 40l kann die elektrische Windgeschwindigkeit ω und/oder die Batteriespannung VDC und/oder der Stromamplitude Ia und/oder die Induktivitäten Ld, Lq als den vorstehend beschriebenen Parameter verwenden. Weiterhin kann die Temperatur des Motors 10 als der Parameter verwendet werden.
Bei Berechnung des optimalen Stroms Iopt unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (eq4) kann das Steuerungsgerät 40 die Amplitude der angelegten Spannung, die an den Motor 10 angelegt wird, d.h. die Batteriespannung, als einen festen Wert behandeln.
Gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann der Motor 10 als eine Nichtschenkelpolmaschine ausgelegt sein. In dieser Modifikation kann, das Steuerungsgerät 40 den d-Achsen-Strom als die Regelgröße des Motors in der Motorbetriebsart anstelle des Ausgangsdrehmoments verwenden.
Der Motor 10 ist nicht auf einen Mehrwindungs-Wicklungsmotor wie einen Doppelwindungs-Wicklungsmotor begrenzt, sondern kann als ein Motor ausgelegt sein, der eine Ankerwicklungsgruppe aufweist. In diesem Fall ist beispielsweise der zweite Wechselrichter INV2 von dem in 1 gezeigten Motorsteuerungssystem CS entfernt. Weiterhin ist der Motor 10 nicht darauf begrenzt, als ein Starter oder als ein Generator zu dienen, sondern kann als andere Vorrichtungen einschließlich Antriebsvorrichtungen für fahrzeugeigene Hilfsvorrichtungen dienen.
(Bezugszeichenliste)

10 ... Motor, 11 ... Feldwicklung, 12 ... Rotor, 13 ... Stator, 10a, 10b ... erste und zweite Wicklungsgruppen, 40 ... Steuerungsvorrichtung.

Claims

Steuerungsgerät, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine (10) angewandt wird, die einen Rotor (12) mit einer Feldwirkung (11), durch die ein Feldstrom fließt, und einen Stator (13) mit einer Ankerwicklungen (10a, 10b) aufweist, durch den ein Ankerstrom fließt, wobei das Steuerungsgerät als eine Regelgröße ein Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine oder einen Parameter aufweist, der eine positive Korrelation mit dem Drehmoment aufweist, wobei das Steuerungsgerät aufweist: eine erste Stelleinrichtung, die als eine Steuerung für eine vorbestimmte erste Region in Bezug auf die Regelgröße eine Spannungsphase eines Spannungsvektors, der an die Ankerwicklung angelegt wird, stellt, während der Feldstrom gesteuert wird, um zu bewirken, dass eine Abweichung zwischen einer Amplitude einer induzierten Spannung und eine Amplitude einer vorbestimmten Spannung gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wobei die induzierte Spannung in der Ankerwicklung auf der Grundlage der Drehung des Rotors erzeugt wird, wobei die vorbestimmte Spannung an die Ankerwicklung angelegt wird, und eine zweite Stelleinrichtung, die als eine Steuerung für eine zweite Region, die größer als die erste Region ist, den Feldstrom derart stellt, dass die Regelgröße auf den Sollwert gesteuert wird.
Steuerungsgerät, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine angewandt wird, nach Anspruch 1, wobei die erste Stelleinrichtung auf der Grundlage einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine den Feldstrom derart steuert, dass die Amplitude der induzierten Spannung mit der Amplitude der vorbestimmten Spannung übereinstimmt, auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine.
Steuerungsgerät, das bei einer rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 2, weiterhin mit einer Korrektureinrichtung, die auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit einen Wert des Feldstroms, der durch die erste Steuerungseinrichtung gesteuert wird, in eine Richtung korrigiert, die einen Eisenverlust der rotierenden elektrischen Maschine reduziert.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Rotor der rotierenden elektrischen Maschine zumindest ein paar Magnetpole aufweist, die durch die Feldwicklung erzeugt wird, die gespeist wird, der Ankerstrom als ein Stromvektor ausgedrückt ist, der aus einem d-Achsen-Strom und einem q-Achsen-Strom in einem dq-Koordinatensystem zusammengesetzt ist, das auf der Grundlage des zumindest einen Paars der Magnetpole definiert ist, eine Bahnkurve des Stromvektors mit der Amplitude der vorbestimmten Spannung, die einen konstanten Wert aufweist, als ein Spannungsbegrenzungskreis definiert ist, und die zweite Stelleinrichtung den Feldstrom stellt, während eine Aufgabe zum Justieren der Spannungsphase derart durchgeführt wird, dass der Stromvektor sich befindet an: einem Scheitelpunkt, an dem ein absoluter Wert des q-Achsen-Stroms maximal wird, auf dem Spannungsbegrenzungskreis, oder einer Seite, die näher an der q-Achse des dq-Koordinatensystems von dem Scheitelpunkt ist, auf dem Spannungsbegrenzungskreis.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 4, wobei die zweite Stelleinrichtung als die Aufgabe zum Justieren der Spannungsphase eine Aufgabe zum Justieren der Spannungsphase derart durchführt, dass der Stromvektor sich nahe an einem Sollpunkt befindet, wobei der Sollpunkt ein ausgewählter von Schnittpunkten einer Linie gleichen Sollwerts und des Spannungsbegrenzungskreises ist, die Linie gleichen Sollwerts eine Bahnkurve des Stromvektors ist, wenn der Sollwert ein konstanter Wert ist, ein absoluter Wert des ausgewählten der Schnittpunkte kleiner als ein absoluter Wert der anderen der Schnittpunkte ist.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 5, wobei die zweite Stelleinrichtung die Spannungsphase auf der Grundlage einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine, eines in der rotierenden elektrischen Maschine fließenden Stroms und/oder der Amplitude der vorbestimmten Spannung, die an die Ankerwicklung angelegt wird, justiert.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Stelleinrichtung auf der Grundlage der elektrischen Winkelgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine den Feldstrom derart steuert, dass die Amplitude der induzierten Spannung mit der Amplitude der vorbestimmten Spannung übereinstimmt, wobei das Steuerungsgerät weiterhin aufweist: eine erste Schalteinrichtung zum Schalten, auf der Grundlage der Spannungsphase, von der Steuerung der Regelgröße durch die erste Stelleinrichtung auf eine Steuerung der Regelgröße durch die zweite Stelleinrichtung, und eine zweite Schalteinrichtung zum Schalten, auf der Grundlage des Feldstroms, von der Steuerung der Regelgröße durch die zweite Stelleinrichtung auf die Steuerung der Regelgröße durch die erste Stelleinrichtung.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 7, weiterhin mit: einer Bestimmungsstromberechnungseinrichtung, die konfiguriert ist, einen Bestimmungsstrom zu berechnen, der einen Wert des Feldstroms während einer Steuerung der Regelgröße durch die zweite Stelleinrichtung ist, wobei der Wert des Feldstroms bewirkt, dass die Amplitude der induzierten Spannung mit der Amplitude der vorbestimmten Spannung übereinstimmt, wobei die zweite Schalteinrichtung von der Steuerung der Regelgröße durch die zweite Stelleinrichtung auf die Steuerung der Regelgröße durch die erste Stelleinrichtung schaltet, wenn eine Stellgröße des Feldstroms durch die zweite Stelleinrichtung kleiner als der Bestimmungsstrom geworden ist.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 7 oder 8, weiterhin mit: einer Bestimmungsphasenberechnungseinrichtung, die konfiguriert ist, eine Bestimmungsphase zu berechnen, die ein Wert der Spannungsphase während einer Steuerung der Regelgröße durch die erste Stelleinrichtung ist, wobei der Wert der Spannungsphase bewirkt, dass der Stromvektor nahe an dem Sollpunkt auf dem Spannungsbegrenzungskreis angeordnet wird, wobei die erste Schalteinrichtung die Steuerung der Regelgröße durch die erste Stelleinrichtung auf die Steuerung der Regelgröße durch die zweite Steuerungseinrichtung schaltet, wenn eine Stellgröße der Spannungsphase durch die erste Stelleinrichtung die Bestimmungsphase überschritten hat.
Steuerungsgerät, die bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 7, wobei ein Wert des Feldstroms, der zur Steuerung der Regelgröße auf den Sollwert durch die zweite Stelleinrichtung erforderlich ist, als ein Sollstrom eingestellt wird, wobei das Steuerungsgerät weiterhin aufweist: eine Erreichungsbestimmungseinrichtung, die konfiguriert ist, während der Steuerung der Regelgröße durch die erste Steuerungseinrichtung zu bestimmen, ob der Wert des Feldstroms den Sollstrom erreicht, wenn angenommen wird, dass der Ankerstrom in eine Aufhebungsrichtung erhöht worden ist, der einen Feldmagnetfluss durch eine feldbasierten Magnetfluss aufhebt, wobei der Feldmagnetfluss durch Zufuhr des Feldstroms erzeugt wird, der feldbasierte Magnetfluss durch den Ankerstrom erzeugt wird, der durch die Ankerwicklung fließt, wobei die erste Schalteinrichtung den Ankerstrom in die Aufhebungsrichtung erhöht und von der Steuerung der Regelgröße durch die erste Steuerungseinrichtung auf die Steuerung der Regelgröße durch die zweite Steuerungseinrichtung schaltet, wenn durch die Erreichungsbestimmungseinrichtung bestimmt wird, dass der Wert des Feldstroms den Sollstrom erreicht.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 10, weiterhin mit: einer Stromerhöhungseinrichtung zur Durchführung einer Erhöhungsaufgabe, um den Ankerstrom in die Aufhebungsrichtung zu einem vorbestimmten Verarbeitungszyklus zu erhöhen, wobei die Spannungsphase eine definierte Phase aufweist, die kleiner als der Wert der Spannungsphase ist, bei der der elektrische Stromvektor sich nahe an dem Sollpunkt auf dem Spannungsbegrenzungskreis befindet, wenn der Ankerstrom in einem gegenwärtigen Zyklus der Erhöhungsaufgabe erhöht wird, die definierte Phase ermöglicht, dass der Feldstrom nahe an dem Sollstrom in einem nächsten Zyklus der Erhöhungsaufgabe reicht, die Erreichungsbestimmungseinrichtung bestimmt, dass der Feldstrom den Sollstrom erreicht, wenn bestimmt wird, dass die Spannungsphase, die durch die erste Stelleinrichtung gestellt wird, sich erhöht hat und gleich wie oder größer als die definierte Phase geworden ist, und die erste Schalteinrichtung einen gegenwärtigen Wert der Spannungsphase auf den Wert der Spannungsphase erhöht, bei der der elektrische Stromvektor sich nahe an dem Sollpunkt auf dem Spannungsbegrenzungskreis befindet, wodurch der Ankerstrom in die Aufhebungsrichtung erhöht wird.
Steuerungsgerät, das bei der rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, nach Anspruch 10, weiterhin mit: einer Vorhersageeinrichtung, die konfiguriert ist, während der Steuerung der Regelgröße durch die erste Stelleinrichtung eine Vorhersageaufgabe zu einem vorbestimmten Zyklus durchzuführen, um einen Wert des Feldstroms unter der Annahme vorherzusagen, dass die gegenwärtige Spannungsphase sich auf die Spannungsphase erhöht hat, die bewirkt, dass der elektrische Stromvektor sich nahe an den Zielpunkt auf dem Spannungsbegrenzungskreis befindet, wobei: die Erreichungsbestimmungseinrichtung konfiguriert ist, wenn bestimmt wird, dass ein vorhergesagter Wert des Feldstroms durch einen gegenwärtigen Zyklus der Vorhersageaufgabe der Vorhersageeinrichtung gleich wie oder größer als der Sollstrom geworden ist, zu bestimmen, dass ein vorhergesagter Wert des Feldstroms in einem nächsten Zyklus der Vorhersageaufgabe durch die Vorhersageeinrichtung den Sollstrom erreicht, und die erste Schalteinrichtung einen gegenwärtigen Wert der gegenwärtigen Spannungsphase auf den Wert der Spannungsphase erhöht, bei der der elektrische Stromvektor sich nahe an dem Sollpunkt auf dem Spannungsbegrenzungskreis befindet, wodurch der Ankerstrom in die Aufhebungsrichtung erhöht wird.