DE112016001622T5

DE112016001622T5 - Motorantriebsvorrichtung und phasenstromerfassungsverfahren für dreiphasigen büstenlosen motor

Info

Publication number: DE112016001622T5
Application number: DE112016001622.0T
Authority: DE
Inventors: Masaki Hano
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-01-04
Also published as: CN107509393A; WO2016163301A1; JP6279507B2; US10224843B2; JP2016201872A; CN107509393B; US20180115264A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung und ein Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor und insbesondere auf eine Technik zum Erfassen jedes Phasenstroms durch eine A/D-Wandlung, die einmal pro PWM-Trägerzyklus durchgeführt wird, durch Verwendung eines Stromsensors zur Erfassung eines DC-Busstroms eines Wechselrichters Die Steuereinheit der vorliegenden Erfindung berechnet einen Phasenstrom für eine Phase, wobei ein Absolutphasenstromwert davon zu einem Erfassungszeitpunkt maximal wird, der einmal pro PWM-Steuerzyklus gesetzt wird, von einem Ausgang des Stromsensors, und schätzt Phasenströme für die verbleibenden zwei Phasen basierend auf einem Spitzenwert eines Phasenstroms, der bei jedem Erfassungszeitpunkt erfasst wird, einen Motorwinkel und eine Phasenverschiebung einer tatsächlichen Phasenstromwellenform relativ zu dem Motorwinkel ab.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung und auf ein Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor und betrifft insbesondere eine Technik zum Bestimmen von Phasenströmen in einem dreiphasigen bürstenlosen Motor auf Basis von einen Stromerfassungswert von einem Stromsensor zur Erfassung eines DC-Busstroms eines Wechselrichters
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Patentdokument 1 offenbart als ein Stromerfassungsverfahren für einen Wandler, der einen Gleichstrom in dreiphasige Wechselströme umwandelt, ein Verfahren zum Erfassen von zwei Stromwerten verschiedener Phasen durch einen Gleichstromsensor und zum Berechnen eines Stromwerts der verbleibenden Phase auf Grundlage der beiden erfassten Stromwerte.
REFERENZDOKUMENTEN-LISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP H 6-153526 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN
In einer Motorantriebsvorrichtung, die mit einem Stromsensor zur Erfassung eines DC-Busstroms eines Wechselrichters ausgestattet ist, werden innerhalb eines PWM-Trägerzyklus zwei Stromerfassungsperioden gesetzt und dann werden zwei in diesen beiden Perioden ermittelte Stromwerte zwei von drei Phasen zugeordnet, während ein aktueller Wert der verbleibenden Phase berechnet wird, so dass eine Summe von Dreiphasenströmen gleich Null ist. Mit dieser Konfiguration können Phasenströme von drei Phasen unter Verwendung von Erfassungswerten des DC-Busstroms bestimmt werden.
Bei der Durchführung des obigen Erfassungsverfahrens sind pro PWM-Trägerzyklus (d. h. PWM-Steuerzyklus) zwei A/D-Umwandlungen erforderlich, und ein Mikrocomputer muss Ausgangssignale von einem Stromsensor ablesen, um Dreiphasenströme pro PWM-Trägerzyklus zu bestimmen.
Speziell werden zwei Stromerfassungsperioden innerhalb eines PWM-Trägerzyklus eingestellt; ein Mikrocomputer führt eine A/D-Umwandlung von Ausgangssignalen von einem Stromsensor an jeder der beiden Stromerfassungsperioden aus und liest die umgewandelten Signale; die beiden Stromerfassungswerte, die bei jeder Stromerfassungsperiode gelesen werden, werden zwei Phasen zugeordnet; und ein Phasenstrom der verbleibenden Phase wird aus den beiden Stromerfassungswerten abgeschätzt, um Ströme von drei Phasen pro PWM-Trägerzyklus zu bestimmen.
Allerdings können einige Low-Spec (Low-Price) Mikrocomputer nur eine A/D-Wandlung innerhalb eines PWM-Trägerzyklus durchführen. Somit kann das obige Phasenstromerfassungsverfahren möglicherweise nicht auf eine Antriebsvorrichtung angewendet werden, die durch einen solchen Mikrocomputer konfiguriert ist.
MITTEL ZUM ÜBERWINDEN DER PROBLEME
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht und dementsprechend ist es eine Aufgabe, eine Motorantriebsvorrichtung und ein Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor bereitzustellen, der Phasenströme durch eine A/D-Umwandlung bestimmen kann, das einmal pro PWM-Trägerzyklus, durch Verwendung eines Stromsensors zur Erfassung eines DC-Busstroms eines Wechselrichters ausgetragen wird.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Motorantriebsvorrichtung bereit, die umfasst: einen Wechselrichter, der konfiguriert ist zum Zuführen eines Wechselstroms zu einem dreiphasigen bürstenlosen Motor; einen Stromsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen eines DC-Busstroms des Wechselrichters; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Empfangen eines Ausgang des Stromsensors und den Wechselrichter PWM zu steuern, wobei die Motorantriebsvorrichtung eine sinusförmige Ansteuerung des dreiphasigen bürstenlosen Motors ausführt, wobei die Steuereinheit einen Phasenstrom für eine Phase berechnet, wobei ein absoluter Phasenstromwert davon maximal wird bei einem Erfassungszeitpunkt, der einmal pro PWM-Steuerzyklus gesetzt wird, von einem Ausgang des Stromsensors, und schätzt dann Phasenströme für die verbleibenden zwei Phasen basierend auf einem Spitzenwert eines Phasenstroms, der an jedem Erfassungszeitpunkt erfasst wird, einem Motorwinkel und einer Phasenverschiebung einer aktuellen Phasenstromwellenform relativ zu dem Motorwinkel.
Ebenso stellt die vorliegende Erfindung ein Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor zur Verfügung, die einen Phasenstrom jeder Phase in dem dreiphasigen bürstenlosen Motor bestimmt, der durch eine PWM-Steuerung eines Wechselrichters sinusförmig angesteuert wird, basierend auf einem Ausgang eines Stromsensors zum Erfassen eines DC-Busstroms des Wechselrichters, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einstellen eines Erfassungszeitpunkts zum Erfassen eines Phasenstroms für eine Phase, wobei ein absoluter Phasenstromwert maximal wird, pro PWM-Steuerzyklus; Einstellen eines Phasenstromerfassungswerts auf Grundlage eines Ausgangs des Stromsensor zu dem Erfassungszeitpunkt; Bestimmen eines Spitzenwerts des Phasenstromerfassungswerts; Erfassen eines Motorwinkels; Einstellen einer Phasenverschiebung einer tatsächlichen Phasenstromwellenform relativ zu dem Motorwinkel; Berechnen eines Phasenstrom-Schätzwerts basierend auf dem Spitzenwert, dem Motorwinkel und der Phasenverschiebung; und Zuordnen des Phasenstromerfassungswerts als ein Phasenstromwert für eine Phase, und Zuordnen von Phasenstrom-Schätzwerten zu den verbleibenden zwei Phasen.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Phasenströme von drei Phasen bestimmt werden, indem ein Stromerfassungswert zu einem Erfassungszeitpunkt erhalten wird, der einmal pro PWM-Steuerzyklus eingestellt wird. Somit sind die Motorantriebsvorrichtung und das Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Mikrocomputer anwendbar, der nur eine A/D-Wandlung pro PWM-Trägerzyklus erlaubt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das einen hydraulischen Mechanismus eines Fahrzeug-Automatikgetriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Schaltbild, das eine Antriebsschaltung und einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die PWM-Steuerung für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Verarbeitung zum Berechnen des Motorwinkels gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein Zeitdiagramm, das eine Zeitsteuerung zum Steuern eines Schaltelements in einem Wechselrichter und eine Zeitsteuerung zum A/D-Wandeln eines ausgegebenen Stromerfassungswerts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Zeitdiagramm, das als Beispiel eine Phasenverschiebung des tatsächlichen Phasenstroms jeder Phase relativ zu dem Motorwinkel gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Zeitdiagramm, das die Verarbeitung zum Erfassen eines Spitzenstroms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Zeitdiagramm, das eine Korrelation zwischen dem Steuerbetriebszyklus jeder Phase und einem Stromerfassungsmodus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 zeigt Phasenströme, die jeder Phase in jedem Stromerfassungsmodus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind.
10 ist ein Vektor-Plot, das einen Korrekturwert des Strom-Vektorwinkels gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 zeigt eine Phasenkorrektur, die auf Grundlage einer Stromabweichung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
12 zeigt eine Phasenkorrektur, die auf Grundlage einer Stromspitzenposition gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
13 ist ein Vektor-Plot, das die Verarbeitung zur Schätzung eines Widerstands Ra und einer induzierten Spannungskonstante Ke gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
In der folgenden Beschreibung werden eine Motorantriebsvorrichtung und ein Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung beispielhaft zum Ansteuern eines dreiphasigen bürstenlosen Motors angewendet, der einen hydraulischen Mechanismus für ein Fahrzeug-Automatikgetriebe bildet.
Ein hydraulischer Mechanismus nach 1 umfasst als Ölpumpe, die Öl einem Getriebemechanismus 7 und einem Antrieb 8 zuführt, eine Hauptölpumpe 6, die mit einem Ausgang eines internen Verbrennungsmotors 12 als eine Stromquelle eines Fahrzeugs angetrieben wird, und eine elektrische Unterölpumpe 1.
Unterölpumpe 1 wird angetrieben, um beispielsweise Öl anstelle der Hauptölpumpe 6 zuzuführen, wenn der interne Verbrennungsmotor 12 vorübergehend aufgrund der Leerlaufreduzierungssteuerung usw. anhält und die Hauptölpumpe 6 wiederum stoppt oder, um zusätzlich Öl zuzuführen, wenn die Hauptölpumpe 6 angetrieben wird.
Die Unterölpumpe 1 wird von einem dreiphasigen bürstenlosen Motor (Innen-Permanentmagnet-Dreiphasen-Synchronmotor („interior permanent magnet three-phase synchronous motor”, IPMSM)) 2 angetrieben. Dreiphasiger bürstenloser Motor 2 wird von einer Motorantriebsvorrichtung (Motorsteuereinheit (MCU)) 3 gesteuert.
Motorantriebsvorrichtung 3 steuert den Antrieb des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 auf Grundlage eines Befehls von einer AT-Steuereinheit (ATCU) 4.
Unterölpumpe 1, die durch den dreiphasigen bürstenlosen Motor 2 angetrieben wird, ist zum Pumpen von Öl von einer Ölwanne 10 und zum Zuführen des Öls zu dem Getriebemechanismus 7 oder dem Antrieb 8 durch ein Ölrohr 5. Die von dem internen Verbrennungsmotor 12 angetriebene Hauptölpumpe 6 dient dazu, Öl von der Ölwanne 10 zu pumpen und das Öl dem Getriebemechanismus 7 oder dem Antrieb 8 durch ein Ölrohr 9 zuzuführen.
Das dem Getriebemechanismus 7 oder dem Antrieb 8 zugeführte Öl fließt zurück zur Ölwanne 10 und wird wieder durch die Unterölpumpe 1 und/oder der Hauptölpumpe 6 gepumpt, die in einem geschlossenen Kreislauf von Öl zirkulieren.
Ein Rückschlagventil 11 ist in der Ölleitung 5 stromabwärts der Unterölpumpe 1 angeordnet.
Es sei angemerkt, dass der obige hydraulische Mechanismus als ein Beispiel eines Fahrzeugsystems gegeben ist, das mit einem dreiphasigen bürstenlosen Motor ausgestattet ist, und eine Motorantriebsvorrichtung und ein Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf verschiedene Arten von Fahrzeugsystemen anwendbar, die einen dreiphasigen bürstenlosen Motor als Antrieb annehmen.
Eine Motorantriebsvorrichtung und ein Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung können beispielsweise auf einen dreiphasigen bürstenlosen Motor zum Antreiben einer elektrischen Wasserpumpe angewendet werden, die verwendet wird, um Kühlwasser des internen Verbrennungsmotors 12 in einem Hybridfahrzeug, etc. zu zirkulieren.
2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel eines dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 und einer Motorantriebsvorrichtung 3 darstellt.
Die Motorantriebsvorrichtung 3 zum Antreiben des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 umfasst eine Antriebsschaltung (Wechselrichterschaltung) 212 und eine Steuereinheit 213.
Steuereinheit 213 umfasst einen A/D-Wandler 213a und einen Mikrocomputer 213b, der aus einem Mikroprozessor (CPU, MPU usw.), einem ROM, einem RAM usw. besteht und mit der AT-Steuereinheit 4 kommuniziert.
Der dreiphasige bürstenlose Motor 2 ist ein dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor, der einen zylindrischen Stator (nicht dargestellt) mit sterngekoppelten dreiphasigen Spulen 215u, 215v, 215w von U-Phase, V-Phase und W-Phase und einen Permanentmagnetrotator (Rotor) 216 umfasst, der drehbar in einem Raum vorgesehen ist, der in der Mitte des Stators ausgebildet ist.
Zu beachten ist, dass der dreiphasige bürstenlose Motor 2 keinen Sensor zum Erfassen einer Position (Positionsinformation) des Rotors aufweist und somit die Steuereinheit 213 den Antrieb des bürstenlosen Motors 2 in einer sensorlosen Antriebsweise steuert, d. h. ohne Verwendung eines Sensors zum Erfassen einer Position (Positionsinformation) des Rotors.
Die Antriebsschaltung 212 umfasst einen Wechselrichter 212a mit dreiphasigen brückengeschalteten Schaltelementen 217a bis 217f, die aus antiparallelen Dioden 218a bis 218f bestehen, und eine Gleichstromversorgungsschaltung 219 bestehen. Wechselrichter 212a liefert Wechselstrom für den dreiphasigen bürstenlosen Motor 2.
Die Schaltelemente 217a bis 217f des Wechselrichters 212a sind beispielsweise durch einen FET konfiguriert und Steueranschlüsse (Gateanschlüsse) einzelner Schaltelemente 217a bis 217f sind mit der Steuereinheit 213 verbunden.
Die Steuereinheit (Steuerung) 213 führt eine PWM-(Pulsbreitenmodulations-)Steuerung am Wechselrichter 212a aus. Um genau zu sein, führt die Steuereinheit 213 eine Ein/Aus-Steuerung an Schaltelementen 217a bis 217f durch einen Dreieckswellenvergleich durch, der eine Art PWM-Steuerung ist, um die an den dreiphasigen bürstenlosen Motor 2 angelegte Spannung zu steuern.
Gemäß der PWM-Steuerung, die auf dem Dreieckswellenvergleich basiert, wird die Dreieckswelle (Träger) mit einem PWM-Zeitgeber verglichen, der gemäß einem Befehls-Tastverhältnis (Befehlsspannung) eingestellt ist, um eine Zeitsteuerung zum Ein- und Ausschalten einzelner Schaltelemente 217a bis 217f zu erfassen.
Ebenso ist ein Stromsensor 220 zum Erfassen eines DC-Busstroms des Wechselrichters 212a zwischen unteren Armen (Schaltelementen 217b, 217d und 217f) der jeweiligen Phasen und der Stromversorgungsschaltung 219 angeordnet.
Der Stromsensor 220 ist durch einen Nebenschlusswiderstand 220a konfiguriert, der in Reihe zwischen den unteren Armen der jeweiligen Phasen und der Stromversorgungsschaltung 219 und einer Erfassungsschaltung 220b geschaltet ist. Erfassungsschaltung 220b erfasst die Spannung, die proportional zu dem Strom ist, der durch den Nebenschlusswiderstand 220a erzeugt wird, und gibt dann ein analoges Signal entsprechend der erfassten Spannung aus.
Ein analoges Spannungssignal (DC-Busstrom-Erfassungssignal) von der Erfassungsschaltung 220b wird durch den A/D-Wandler 213a A/D-gewandelt und durch den Mikrocomputer 213b gelesen.
Die Steuereinheit 213 treibt den bürstenlosen Motor 2 durch sinusförmiges Antreiben an, wobei dieses Verfahren für jede Phase eine sinusförmige Spannung anwendet.
Gemäß dem sinusförmigen Antriebsverfahren, leitet die Steuereinheit 213 Positionsinformation über den Rotor aus einer induzierten Spannung (geschwindigkeitsinduzierte Spannung) ab, die sich aus der Rotordrehung ergibt, während eine Rotorposition auf Grundlage der Motordrehzahl geschätzt wird, während der Zeit zwischen Erfassungszyklen zum Erfassen der Rotorposition auf Grundlage der geschwindigkeitsinduzierten Spannung. Dann führt die Steuereinheit 213 eine Vektorsteuerung durch, um die Dreiphasenspannung Vu, Vv, Vw basierend auf der geschätzten Rotorposition und ein Befehlsdrehmoment zu bestimmen, das einer Soll-Drehzahl der Unterölpumpe 1 entspricht, und steuert die Richtung und die Größe des Stroms auf Grundlage einer Phase-zu-Phase-Differenz in der Spannung. Dann liefert die Steuereinheit 213 den resultierenden dreiphasigen Wechselstrom zu jeder Phase.
Man beachte, dass der dreiphasige bürstenlose Motor 2 mit einem Magnetpol-Positionssensor ausgestattet sein kann, so dass die Steuereinheit 213 den Rotorwinkel (Magnetpolposition) auf Grundlage eines Ausgangs des Magnetpol-Positionssensors erfasst und den Antrieb des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 steuert.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Verarbeitung zum Einstellen der Dreiphasenspannung Vu, Vv, Vw durch Vektorsteuerung mit Hilfe der Steuereinheit 213 veranschaulicht.
In 3 erfasst eine Dreiphasenstromerfassungseinheit 501 Phasenströme von drei Phasen, basierend auf einem A/D-gewandelten Wert (DC-Busstrom des Wechselrichters 212a) eines Ausgangs der Erfassungsschaltung 220b.
Eine Winkelgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 502 schätzt einen Motorwinkel (Magnetpolposition) und eine Winkelgeschwindigkeit (Motordrehzahl) ab.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst die Winkelgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 502 eine Axialfehler-Abschätzeinheit 651 und eine Positions-/Geschwindigkeits-Abschätzeinheit 652.
Die Axialfehler-Abschätzeinheit 651 empfängt einen d-Achsen-Stromerfassungswert Idc, einen q-Achsen-Stromerfassungswert Iqc, eine d-Achsen-Eingangsspannung Vd, eine q-Achsen-Eingangsspannung Vq und eine Motordrehzahl ω
Dann berechnet die Axialfehler-Abschätzeinheit 651 einen Axialfehler Δθc durch Gleichung 1. Δθc = tan^–1( Vd – RdIdc + ωLqIqc / Vq – ωLqIdc – RqIqc) (1) wobei Rd ein d-Achsenwiderstand ist, Rq ein q-Achsenwiderstand ist, Id eine d-Achseninduktivität ist und Lq eine q-Achseninduktivität ist.
Eine Positions-/Geschwindigkeits-Abschätzeinheit 652 berechnet einen Motorwinkel (Magnetpolposition) θ basierend auf axialem Fehler Δθc (Positionsschätzfehler).
Positions-/Geschwindigkeits-Abschätzeinheit 652 addiert einen Wert, der durch Multiplizieren einer Differenz zwischen dem axialen Fehler Δθc und einem Referenzwert durch eine proportionale Verstärkung erhalten wird, und einem Integralwert eines Wertes, der durch Multiplizieren der Differenz zwischen dem axialen Fehler Δθc und dem Referenzwert durch eine integrale Verstärkung erhalten wird, und integriert dann den addierten Wert, um den Motorwinkel (Magnetpolposition) θ zu bestimmen.
Es sei angemerkt, dass die Steuereinheit 213 feststellen kann, dass der dreiphasige bürstenlose Motor 2 die Synchronisation verliert, falls der axiale Fehler Δθc für eine vorbestimmte Zeit oder mehr höher als ein vorbestimmter Wert bleibt und/oder falls ein Änderungsbetrag des axialen Fehlers Δθc pro Zeiteinheit höher wird als ein vorbestimmter Wert nacheinander für eine vorbestimmte Anzahl von Malen.
Wenn der dreiphasige bürstenlose Motor 2 einen Magnetpol-Positionssensor aufweist, erfasst die Winkelgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 502 einen Motorwinkel (Magnetpolposition) und eine Winkelgeschwindigkeit (Motordrehzahl) auf Grundlage eines Ausgangs des Magnetpol-Positionssensors.
Ein Dreiphasen-zu-Zwei-Achsen-Wandler 503 von 3 wandelt Erfassungswerte von Dreiphasenströmen, die von der Dreiphasenstromerfassungseinheit 501 erhalten werden, in den Strom Id, Iq auf einem zweiachsigen Drehkoordinatensystem (d-q-Koordinatensystem) basierend auf dem entsprechenden Motorwinkel (Magnetpolposition θ
Eine Vektorsteuereinheit 504 empfängt einen Soll-Strom (d-Achsen-Befehlsstrom, q-Achsen-Befehlsstrom) entsprechend einem Befehlsdrehmoment, der Winkelgeschwindigkeit, die durch die Winkelgeschwindigkeits-Berechnungseinheit 502 berechnet wird, und dem Strom Id, Iq, die durch Dreiphasen-zu-Zwei-Achsen-Wandler 503 erhalten wird.
Dann berechnet die Vektorsteuereinheit 504 einen d-Achsen-Strombefehlswert Idref und einen q-Achsen-Strombefehlswert Iqref auf dem d-q-Koordinatensystem auf Grundlage des Zielstroms und der Winkelgeschwindigkeit, und bestimmt dann die Befehlsspannung Vq, Vd basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs des d-Achsen-Strombefehlswertes Idref und des q-Achsen-Strombefehlswertes Iqref mit dem tatsächlichen Strom Id, Iq, der durch den Dreiphasen-zu-Zwei-Achsen-Wandler 503 erhalten wird.
Ein Zwei-Achsen-zu-Dreiphasen-Wandler 505 wandelt die Befehlsspannung Vq, Vd in die Dreiphasenspannung Vu, Vv, Vw um, um die umgewandelte Spannung auszugeben. Eine PWM-Modulationseinheit 506 vergleicht die Dreiphasenspannung Vu, Vv, Vw als modulierte Wellen mit einem Dreieckswellenträger, um so eine Schalt-Gate-Wellenform zum Ansteuern der Schaltelemente des Wechselrichters 212a zu erzeugen.
Gleichung 2 ist ein Beispiel einer arithmetischen Gleichung zum Berechnen der Befehlsspannung Vq, Vd in der Vektorsteuereinheit 504. [ Vd / Vq] = [ Kpd(0 – Idc) + Kid(0 – Idc)·1/s – ωLqIqc / kpq(Befehlsdrehmoment/Kt – Iqc) + Kiq(Befehlsdrehmoment/Kt – Iqc)·1/s + ωLdIdc + Keω] (2) wobei Vd eine d-Achsen-Eingangsspannung ist, Vq eine q-Achsen-Eingangsspannung ist, kpd eine proportionale Verstärkung der d-Achsen-Stromrückkopplung ist, kpq eine proportionale Verstärkung der q-Achsen-Stromrückkopplung ist, wobei das Kind ein Integral ist Verstärkung der d-Achsen-Stromrückkopplung ist, kiq eine integrale Verstärkung der q-Achsen-Stromrückkopplung ist, Idc ein d-Achsen-Stromerfassungswert ist, Iqc ein q-Achsen-Stromerfassungswert ist, Ld eine d-Achseninduktivität ist, Lq eine q-Achsen-Induktivität ist, ω eine Motordrehzahl (rad/sec) ist, Ke eine induzierte Spannungskonstante ist und 1/s Integration ist.
Nachstehend wird eine detaillierte Verarbeitung zum Bestimmen von Drei-Phasenströmen mit der Dreiphasenstromerfassungseinheit 501 der Steuereinheit 213 auf Grundlage eines Ausgangs des Stromsensors 220 zum Erfassen des DC-Busstroms des Wechselrichters 212a beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, umfasst die Dreiphasenstromerfassungseinheit 501 eine Spitzenwert-Extrahiereinheit 601, eine Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 und eine Phasenstrom-Zuweisungseinheit 603.
Ein Ausgangssignal (analoges Spannungssignal) der Erfassungsschaltung 220b des Stromsensors 220 wird, wie später beschrieben, zu einem Erfassungszeitpunkt, der einmal pro PWM-Steuerzyklus eingestellt wird, A/D-gewandelt und durch die Spitzenwert-Extrahiereinheit 601 und Phasenstrom-Zuweisungseinheit 603 gelesen.
Spitzenwert-Extrahiereinheit 601 extrahiert einen Spitzenwert jedes Phasenstroms auf Basis von Stromerfassungswerten, die in Zeitreihen erhalten werden, und gibt dann den Wert an die Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 aus.
Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 empfängt den Spitzenwert jedes Phasenstroms sowie den Strom-Vektorwinkel ω [Grad] (Motorwinkel [deg (elektrischer Winkel)]), um Schätzwerte für Drei-Phasenströme auf Grundlage der folgenden Gleichungen zu erhalten. U-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(Strom-Vektorwinkel)·Phasenstrom-Spitzenwert V-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(Strom-Vektorwinkel – 120 [deg])·Phasenstrom-Spitzenwert W-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(Strom-Vektorwinkel – 240 [deg])·Phasenstrom-Spitzenwert
Die Phasenströme im dreiphasigen bürstenlosen Motor 2 werden durch Vektorsteuerung in Sinuswellen mit einer Phasendifferenz von 120 deg im elektrischen Winkel gesteuert. Zu diesem Zeitpunkt beziehen sie Phasenverschiebung relativ zum Motorwinkel ein. Somit empfängt die Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 den Strom-Vektorwinkel (Motorwinkel) θ kompensiert durch die Phasenverschiebung. Dies ermöglicht es, unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung Phasenstrom-Schätzwerte zu erhalten.
Eine Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert-Berechnungseinheit 604 berechnet einen Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ entsprechend der Phasenverschiebung und gibt den berechneten Wert aus. Strom-Vektorwinkel Δθ wird zu einem tatsächlichen Motorwinkel [deg (elektrischer Winkel)] θac addiert. Das Additionsergebnis wird als End-Strom-Vektorwinkel (Motorwinkel) θ zu der Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 eingegeben. Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 berechnet einen Phasenstrom-Schätzwert für jede Phase basierend auf dem Strom-Vektorwinkel (Motorwinkel) θ die mit dem Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ korrigiert worden ist.
Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert-Berechnungseinheit 604 berechnet den Korrekturwert Δθ basierend auf dem Widerstand, der Motordrehzahl, der d-Achsenspannung und der q-Achsenspannung. Mit anderen Worten wird der Strom-Vektorwinkel (Motorwinkel, der verwendet wird, um den Phasenstrom-Schätzwert zu berechnen) entsprechend dem Widerstand, der Motordrehzahl, der d-Achsenspannung und der q-Achsenspannung korrigiert.
Phasenstrom-Zuweisungseinheit 603 empfängt Phasenstrom-Schätzwerte für drei Phasen, die durch die Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 erhalten werden, und empfängt des Weiteren eine Ausgabe der Erfassungsschaltung 220b des Stromsensors 220, die zu einem Erfassungszeitpunkt, der einmal pro PWM-Regelkreis gesetzt wird, A/D-gewandelt worden ist.
Dann weist die Phasenstrom-Zuweisungseinheit 603 einen Stromerfassungswert von dem Stromsensor 220 zu einer der drei Phasen des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 auf Grundlage eines Stromerfassungsmodusbefehls von einer Stromerfassungsmodus-Einstelleinheit 605 zu, während Phasenstrom-Schätzwerte, die durch die Dreiphasenstrom-Schätzwert-Erzeugungseinheit 602 erhalten werden, zu den verbleibenden zwei Phasen er zugewiesen werden. Der Stromerfassungsmodusbefehl ist ein Signal, das eine der drei Phasen anzeigt, der ein Stromerfassungswert von dem Stromsensor 220 als deren Phasenstrom zugewiesen wird.
Um die Verarbeitung in der Dreiphasenstromerfassungseinheit 501 zu erarbeiten, erfasst der Stromsensor 220 einen Phasenstrom für eine der drei Phasen, und Phasenströme für die verbleibenden zwei Phasen werden aus dem durch den Stromsensor 220 erfassten Phasenstrom abgeschätzt. Außerdem wird eine Phase, für die der Stromsensor 220 direkt einen Phasenstrom erfasst, in Abhängigkeit von dem Stromerfassungsmodusbefehl schaltend gewählt.
Phasenstromwerte von drei Phasen, die durch die Phasenstrom-Zuweisungseinheit 603 bestimmt werden, werden an den Dreiphasen-zu-Zwei-Achsen-Wandler 503 ausgegeben. Dreiphasen-Zwei-Achsen-Wandler 503 wandelt die empfangenen drei Phasenstromwerte in den Strom Id, Iq auf dem Zweiachsen-Drehkoordinatensystem (d-q-Koordinatensystem) um und Vektorsteuereinheit 504 führt eine Vektorsteuerung unter Verwendung des Stroms Id, Iq durch.
In der obigen Konfiguration wird ein Ausgang (analoges Spannungssignal) der Erfassungsschaltung 220b des Stromsensors 220 zu einem Erfassungszeitpunkt, der einmal pro PWM-Steuerzyklus (pro Trägerzyklus) gesetzt wird, A/D-gewandelt. 5 veranschaulicht einen solchen Erfassungszeitpunkt (A/D-Umwandlungszeitpunkt).
Man beachte, dass ein Phasenstrom, der in einen neutralen Punkt fließt, durch einen positiven Wert repräsentiert wird, und ein aus dem neutralen Punkt fließender Phasenstrom wird hier durch einen negativen Wert dargestellt.
In Bezug auf die PWM-Steuerung durch Steuereinheit 213 wird Dreiphasen-Befehlsspannung Vu, Vv, Vw durch Vektorsteuerung eingestellt, so dass Phasenströme von drei Phasen Sinuswellen mit einer Phasenverschiebung von 120° im elektrischen Winkel zeigen. Dies erzeugt eine Schalt-Gate-Wellenform. Gemäß dieser Wellenform wird eine Periode, in der die Dreiphasen-Befehlsspannung Vu, Vv, Vw höher als der Dreieckswellenträger ist, auf eine EIN-Periode für einen oberen Arm jeder Phase gesetzt. Man beachte, dass ein unterer Arm jeder Phase umgekehrt zum oberen Arm angetrieben wird.
Während einer Periode von 0° bis 60° im elektrischen Winkel von 5 ist ein Phasenstrom einer V-Phase unter den drei Phasen am höchsten. Darüber hinaus wird während einer Periode, in der der obere Arm der V-Phase EIN geschaltet ist, während die oberen Arme der U- und W-Phasen in der Periode von 0° bis 60° im elektrischen Winkel AUS geschalten sind, d. h. während einer Periode, in der ein Strom, der von einer Stromversorgung der V-Phase fließt, durch den neutralen Punkt hindurchfließt und sich in zwei teilt, um in die U- und W-Phasen zu fließen, erfasst der Stromsensor 220 einen Phasenstrom der V-Phase.
Man beachte, dass die Periode, in der der obere Arm der V-Phase EIN geschaltet ist, während die oberen Arme der U- und W-Phasen AUS geschaltet sind, auf beiden Seiten des Tals der Dreieckswelle erscheint. Somit kann der Stromsensor 220 den Phasenstrom der V-Phase unabhängig in zwei getrennten Perioden innerhalb eines PWM-Steuerzyklus (ein Trägerzyklus) erfassen.
Somit setzt die Steuereinheit 213 in der Periode von 0° bis 60° im elektrischen Winkel (d. h. der Periode, in der der Phasenstrom der V-Phase am höchsten ist), eine Erfassungszeit für einen Phasenstrom innerhalb einer vorherigen (oder einer späteren) der beiden Perioden in einem PWM-Regelzyklus (Trägerzyklus), bei dem der obere Arm der V-Phase EIN geschaltet wird, während die oberen Arme der U- und W-Phasen AUS geschaltet sind. Dann wird ein Ausgang des Stromsensors 220 einmal pro PWM-Steuerzyklus A/D-gewandelt und von der Steuereinheit 213 gelesen.
Bei dem obigen Erfassungszeitpunkt erfasst der Stromsensor 220 den Phasenstrom der V-Phase und ein von einem Ausgang des Stromsensors 220 erhaltener Phasenstrom wird einem Phasenstrom der V-Phase zugewiesen, und die Phasenstrom-Schätzwerte, die aus dem Spitzenwert des Phasenstromerfassungswertes berechnet werden, werden den U- und W-Phasen zugeordnet sind. Insbesondere entspricht die Periode von 0° bis 60° im elektrischen Winkel einer Periode des Stromerfassungsmodus, in der der Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 der V-Phase zugeordnet ist.
In 5 ist während einer Periode von 60° bis 120° im elektrischen Winkel ein Phasenstrom der U-Phase unter den drei Phasen am niedrigsten. Darüber hinaus erfasst in einer Periode, in der die oberen Arme der V- und W-Phasen EIN geschaltet sind, während der obere Arm der U-Phase AUS geschaltet ist, d. h. ein Strom, der von der Stromversorgung in die V-Phase und die W-Phase fließt, vereinigt sich am neutralen Punkt, um in die U-Phase während der obigen Periode von 60° bis 120° im elektrischen Winkel zu fließen, der Stromsensor 220 einen Phasenstrom der U-Phase.
Somit setzt die Steuereinheit 213 einen Erfassungszeitpunkt für einen Phasenstrom in einer vorherigen (oder späteren) von zwei Perioden, in denen die oberen Arme der V- und W-Phasen EIN geschaltet sind und der obere Arm der U-Phase AUS geschaltet ist innerhalb eines PWM-Steuerzyklus (Trägerzyklus) während des Zeitraums von 60° bis 120° im elektrischen Winkel (d. h. der Periode, in der der Phasenstrom der U-Phase am niedrigsten ist). Dann wird ein Ausgang des Stromsensors 220 einmal pro PWM-Steuerzyklus A/D-gewandelt und von der Steuereinheit 213 gelesen.
Bei dem obigen Erfassungszeitpunkt erfasst der Stromsensor 220 einen Phasenstrom der U-Phase und somit wird ein von einem Ausgang des Stromsensors 220 erhaltener Phasenstrom einem Phasenstrom der U-Phase zugewiesen, und Phasenstrom-Schätzwerte, die aus dem Spitzenwert des Phasenstromerfassungswertes berechnet werden, werden den V- und W-Phasen zugeordnet. Insbesondere entspricht die Periode von 60° bis 120° im elektrischen Winkel einer Periode des Stromerfassungsmodus, um den Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 der U-Phase zuzuordnen.
Während einer Periode von 120° bis 180° in elektrischem Winkel in 5 ist ein Phasenstrom der W-Phase unter den drei Phasen am höchsten. Des Weiteren wird während einer Periode, in der der obere Arm der W-Phase EIN geschaltet ist, während die oberen Arme der U- und V-Phasen in der Periode von 120° bis 180° im elektrischen Winkel AUS geschalten sind, d. h. während einer Periode, in der ein Strom, der von einer Stromversorgung durch den neutralen Punkt hindurchfließt und sich in zwei teilt, um in die V- und U-Phasen zu fließen, erfasst der Stromsensor 220 einen Phasenstrom der W-Phase.
Somit setzt die Steuereinheit 213 einen Erfassungszeitpunkt für einen Phasenstrom in einer vorherigen (oder späteren) von zwei Perioden, in denen der obere Arm der W-Phase EIN geschaltet ist, und die oberen Arme der U- und V-Phasen innerhalb eines PWM-Regelzyklus (Trägerzyklus) AUS geschaltet sind. Dann wird ein Ausgang des Stromsensors 220 einmal pro PWM-Steuerzyklus A/D-gewandelt und von der Steuereinheit 213 als Phasenstromwert der W-Phase gelesen. In Bezug auf die verbleibenden V- und U-Phasen werden die aus dem Spitzenwert des Phasenstromerfassungswertes berechneten Phasenstrom-Schätzwerte zugewiesen. Insbesondere entspricht die Periode von 120° bis 180° im elektrischen Winkel einer Periode des Stromerfassungsmodus, um den aktuellen Erfassungswert vom Stromsensor 220 der W-Phase zuzuordnen.
Phasenströme können in gleicher Weise wie oben für Periode(n) von 180° (im elektrischen Winkel) weiter zugeordnet werden, obwohl dies in 5 nicht dargestellt ist.
Während einer Periode von 180° bis 240° im elektrischen Winkel ist ein Phasenstrom der V-Phase unter den drei Phasen am niedrigsten. In dieser Periode setzt die Steuereinheit 213 einen Erfassungszeitpunkt für einen Phasenstrom in einer vorherigen (oder späteren) von zwei Perioden, in der die oberen Arme der U- und W-Phasen EIN geschaltet sind und der obere Arm der V-Phase in einem PWM-Steuerzyklus (Trägerzyklus) AUS geschaltet ist, sowie ein von der Stromversorgung in die U- und W-Phase fließender Strom sich an de neutralen Punkt vereinigt, um in die V-Phase zu fließen. Dann wird ein Ausgang des Stromsensors 220 einmal pro PWM-Steuerzyklus A/D-gewandelt und von der Steuereinheit 213 als ein Phasenstromwert der V-Phase gelesen, während Phasenstrom-Schätzwerte, die aus dem Spitzenwert des Phasenstromerfassungswertes berechnet werden, den verbleibenden U- und W-Phasen zugeordnet werden.
Während einer Periode von 240° bis 300° im elektrischen Winkel ist ein Phasenstrom der U-Phase unter den drei Phasen am höchsten. Steuereinheit 213 setzt einen Erfassungszeitpunkt für einen Phasenstrom in einem vorherigen (oder späteren) von zwei Perioden, in der der obere Arm der U-Phase EIN geschaltet ist und die oberen Arme der V- und W-Phasen AUS geschaltet sind innerhalb eines Der PWM-Steuerzyklus (Trägerzyklus) sowie ein von der Stromversorgung zu der U-Phase fließender Strom den neutralen Punkt fließt und sich in zwei teilt, um in die V- und W-Phasen zu fließen. Dann wird ein Ausgang des Stromsensors 220 einmal pro PWM-Steuerzyklus A/D-gewandelt und von der Steuereinheit 213 als ein Phasenstromwert der U-Phase gelesen, und Phasenstrom-Schätzwerte, die aus dem Spitzenwert des Phasenstromerfassungswertes berechnet werden, werden den verbleibenden V- und W-Phasen zugeordnet.
Während einer Periode von 300° bis 360° im elektrischen Winkel ist ein Phasenstrom der W-Phase unter den drei Phasen am niedrigsten. Steuereinheit 213 setzt einen Erfassungszeitpunkt für einen Phasenstrom in einer vorherigen (oder späteren) von zwei Perioden, in der die oberen Arme der V- und U-Phasen EIN geschaltet sind und der obere Arm der W-Phase in einem PWM-Steuerzyklus (Trägerzyklus) AUS geschaltet ist, sowie ein von der Stromversorgung in die V- und U-Phase fließender Strom sich an dem neutralen Punkt vereinigt, um in die W-Phase zu fließen. Dann wird ein Ausgang des Stromsensors 220 einmal pro PWM-Steuerzyklus A/D-gewandelt und von der Steuereinheit 213 als ein Phasenstromwert der W-Phase gelesen, und Phasenstrom-Schätzwerte, die aus dem Spitzenwert des Phasenstromerfassungswertes berechnet werden, werden den verbleibenden V- und U-Phasen zugeordnet.
Wie oben erwähnt, wird eine Phase, deren Phasenstrom-Absolutwert maximal wird, bei jedem 60° im elektrischen Winkel umgeschaltet, und Steuereinheit 213 setzt einen Erfassungszeitpunkt (A/D-Wandlungs-Triggerzeitpunkt) pro PWM-Steuerzyklus, bei welchem Zeitpunkt ein Phasenstrom für eine Phase, dessen Phasenstrom-Absolutwert bei einem entsprechenden elektrischen Winkel maximal wird, aus einem Ausgangserfassungswert des Stromsensors 220 ermittelt werden kann. Dann A/D-wandelt und liest Steuereinheit 213 einen Phasenstromerfassungswert und weist den resultierenden Wert zu einer Phase zu, deren Phasenstrom-Absolutwert maximal wird, während Phasenströme der verbleibenden zwei Phasen abgeschätzt werden, die nicht vom Stromsensor 220 erfasst werden, aus dem Phasenstromerfassungswert.
Hier sind zwei Gruppen denkbar: eine für drei Perioden von 60° in einem elektrischen Winkel, bei dem ein Phasenstrom von einer der U-, V- und W-Phasen am höchsten ist und die andere für drei Perioden von 60° im elektrischen Winkel, in der ein Phasenstrom von einem der U-, V- und W-Phase am niedrigsten ist. Steuereinheit 213 setzt die Stromerfassungsmodi entsprechend diesen sechs Mustern und bestimmt, wie später beschrieben, eine Phase, der ein Phasenstromerfassungswert gemäß einem entsprechenden Stromerfassungsmodus zugeordnet ist.
Als nächstes wird eine detaillierte Verarbeitung beschrieben zum Schätzen, aus einem Phasenstromerfassungswert einer Phase, von Phasenströmen der verbleibenden zwei Phasen.
Die durchgezogene Linie von 6 zeigt eine ideale sinusförmige Wellenform eines Phasenstroms ohne Phasenverschiebung relativ zum Motorwinkel an. Die ideale sinusförmige Wellenform eines Phasenstroms kann auf Grundlage des Spitzenwerts eines Phasenstroms und des Motorwinkels [deg (elektrischer Winkel)] durch die folgenden Gleichungen erhalten werden. U-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(aktueller Motorwinkel)·Phasenstrom-Spitzenwert V-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(aktueller Motorwinkel – 120 [deg])·Phasenstrom-Spitzenwert W-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(tatsächlicher Motorwinkel – 240 [deg])·Phasenstrom-Spitzenwert
Im Gegensatz zu der idealen sinusförmigen Wellenform des Phasenstroms hat eine tatsächliche Wellenform eines Phasenstroms eine Phasenverschiebung, wie durch die gestrichelte Linie von 6 angedeutet ist. Unter der Voraussetzung, dass der Motorwinkelwinkel [deg (elektrischer Winkel)] (Strom-Vektorwinkel), der der Phasenverschiebung entspricht, mit Δθ bezeichnet wird, kann der tatsächliche Phasenstromwert durch die folgenden Gleichungen berechnet werden: U-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(aktueller Motorwinkel + Δθ)·Phasenstrom-Spitzenwert V-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(aktueller Motorwinkel + Δθ – 120 [deg])·Phasenstrom-Spitzenwert W-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(aktueller Motorwinkel + Δθ – 240 [deg])·Phasenstrom-Spitzenwert
Hierbei kann der Spitzenwert des Phasenstroms als Spitzenwert eines Phasenstroms direkt berechnet werden, der durch den Stromsensor 220 erfasst wird. Der durch den Stromsensor 220 direkt erfasste Phasenstrom wird bei jedem 60°-Winkel, wie oben erwähnt, umgeschaltet. Wie in 7 gezeigt, berechnet die Steuereinheit 213 den Spitzenwert (lokaler Maximalwert; Maximalwert) von Phasenströmen einer Phase, die während der Periode von 60° im elektrischen Winkel erfasst werden, um einen Phasenstrom unter Verwendung des Spitzenwerts zu schätzen.
Außerdem setzt die Steuereinheit 213 einen Stromerfassungsmodus zum schaltenden Einstellen einer Phase, zu der ein von dem Stromsensor 220 direkt erfasster Phasenstrom bei jedem 60° Winkel auf Grundlage von Steuerbetriebszyklen („control duties”) der drei Phasen zugeordnet ist (d. h. Befehlsspannung Vu, Vv, Vw der jeweiligen Phasen).
Um genau zu sein, ist in dem dargestellten Beispiel von 8 ein erster Stromerfassungsmodus auf eine Periode von 60° im elektrischen Winkel (Periode von 300 bis 360° im elektrischen Winkel) eingestellt, bei dem Steuerbetriebszyklen sowohl der V- als auch der U-Phasen (Steuerbetriebszyklen der oberen Arme) 50% überschreiten, und ein Steuerbetriebszyklus der W-Phase unter 50% liegt. Außerdem wird ein zweiter Stromerfassungsmodus auf eine Periode von 60° im elektrischen Winkel (Periode von 0 bis 60° im elektrischen Winkel) eingestellt, bei dem die Steuerbetriebszyklen sowohl der U- als auch der W-Phase unter 50% liegen und ein Steuerbetriebszyklus von der V-Phase 50% übersteigt. Ein dritter Stromerfassungsmodus wird auf eine Periode (Periode von 60 bis 120° im elektrischen Winkel) eingestellt, bei dem Steuerbetriebszyklen sowohl der V- als auch der W-Phase 50% übersteigen und der Steuerbetriebszyklus der U-Phase unter 50% liegt.
Außerdem wird ein vierter Stromerfassungsmodus auf eine Periode von 60° im elektrischen Winkel (Periode von 120 bis 180° im elektrischen Winkel) eingestellt, in dem die Steuerbetriebszyklen der V- und U-Phasen unter 50% liegen, und ein Steuerbetriebszyklus des W-Phase 50% übersteigt. Ein fünfter Stromerfassungsmodus wird auf eine Periode von 60° im elektrischen Winkel (Periode von 180 bis 240° im elektrischen Winkel) eingestellt, bei dem die Steuerbetriebszyklen sowohl der U- als auch der W-Phase 50% übersteigen und eine Steuerbetriebszyklus der V-Phase unter 50% liegt. Ein sechster Stromerfassungsmodus wird auf eine Periode von 60° im elektrischen Winkel (Periode von 240 bis 300° im elektrischen Winkel) eingestellt, bei dem die Steuerbetriebszyklen sowohl der V- als auch der W-Phase unter 50% liegen und ein Steuerbetriebszyklus der U-Phase 50% übersteigt.
Wie in 9 gezeigt, bestimmt die Steuereinheit 213 für jeden Stromerfassungsmodus eine Phase, der ein Phasenstromerfassungswert zugeordnet ist, und weist die Phasenstrom-Schätzwerte den verbleibenden zwei Phasen zu.
Beispielsweise kann in der Periode des zweiten Stromerfassungsmodus ein Phasenstrom der V-Phase von einem Ausgang des Stromsensors 220 in der Periode (V-Phasenstrom-Erfassungsperiode) erfasst werden, in der ein Phasenstrom der V-Phase unter den drei Phasen am höchsten ist und der obere Arm der V-Phase EIN geschaltet ist, und die oberen Arme der U- und W-Phasen AUS geschalten sind.
Dann setzt die Steuereinheit 213 in dem zweiten Stromerfassungsmodus einen Erfassungszeitpunkt für einen V-Phasenstrom pro PWM-Steuerzyklus innerhalb der V-Phasenstrom-Erfassungsperiode ein. Danach A/D-wandelt und liest Steuereinheit 213 einen Phasenstromerfassungswert bei einer solchen Erfassungszeitpunkt, um diesen Wert einem Phasenstromwert der V-Phase zuzuordnen.
Während der Periode des dritten Stromerfassungsmodus kann der Phasenstrom der U-Phase aus einem Ausgang des Stromsensors 220 in der Periode (Phasenstrom-Erfassungsperiode) bestimmt werden, in der ein Phasenstrom der U-Phase am niedrigsten unter den drei Phasen ist, sowie die oberen Arme der V- und W-Phasen EIN geschaltet und der obere Arm der U-Phase AUS geschaltet ist.
Dann setzt die Steuereinheit 213 in dem dritten Stromerfassungsmodus einen Erfassungszeitpunkt für einen U-Phasenstrom pro PWM-Steuerzyklus innerhalb der U-Phasenstrom-Erfassungsperiode ein. Danach A/D-wandelt und liest Steuereinheit 213 einen Phasenstromerfassungswert bei einer solchen Erfassungszeitpunkt, um diesen Wert einem Phasenstromwert der U-Phase zuzuordnen.
Man beachte, dass in der Periode des dritten Stromerfassungsmodus ein vom neutralen Punkt in die U-Phase fließender Strom erfasst wird. Unter der Annahme, dass die Strömungsrichtung eines solchen Stroms als negativ dargestellt ist, wird der Phasenstromerfassungswert der U-Phase durch Multiplizieren eines Stromerfassungswerts vom Stromsensor 220 mit –1 erhalten.
Ähnlich wie oben ist in der Periode des vierten Stromerfassungsmodus ein Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 einem Phasenstromwert der W-Phase zugeordnet; in der Periode des fünften Stromerfassungsmodus wird ein Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 mit –1 multipliziert und einem Phasenstromwert der V-Phase zugeordnet; in der Periode des sechsten Stromerfassungsmodus ist ein Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 einem Phasenstromwert der U-Phase zugeordnet; in der Periode des ersten Stromerfassungsmodus wird ein Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 mit –1 multipliziert und einem Phasenstromwert der W-Phase zugeordnet.
Wie in 7 gezeigt, berechnet die Steuereinheit 213 einen Spitzenwert (lokaler Maximalwert; Maximalwert) eines Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 zu einer Periode jedes Stromerfassungsmodus.
Beispielsweise wird in der Periode des zweiten Stromerfassungsmodus ein Phasenstrom der V-Phase aus einem Ausgang des Stromsensors 220 pro PWM-Steuerzyklus bestimmt. Somit wird ein Spitzenwert aus zeitlichen Daten bezüglich eines Phasenstromerfassungswertes der V-Phase in der Periode des zweiten Stromerfassungsmodus abgeleitet, und der Spitzenwert, der verwendet wird, um den Phasenstromschätzwert zu erhalten, wird durch den Spitzenwert des Phasenstromerfassungswert der V-Phase aktualisiert.
In der Periode des dritten Stromerfassungsmodus wird ein Phasenstrom der U-Phase aus einem Ausgang des Stromsensors 220 pro PWM-Steuerzyklus bestimmt. Somit wird in der Periode des dritten Stromerfassungsmodus ein Spitzenwert aus zeitlichen Daten bezüglich eines Phasenstromerfassungswertes der U-Phase abgeleitet, und der Spitzenwert, der verwendet wird, um einen Phasenstrom-Schätzwert zu erhalten, wird durch den Spitzenwert des Phasenstromerfassungswertes der U-Phase aktualisiert.
Ähnlich wie oben wird in der Periode des vierten Stromerfassungsmodus ein Spitzenwert eines Phasenstromerfassungswertes der W-Phase bestimmt; in der Periode des fünften Stromerfassungsmodus wird ein Spitzenwert eines Phasenstromerfassungswertes der V-Phase bestimmt; in der Periode des sechsten Stromerfassungsmodus wird ein Spitzenwert eines Phasenstromerfassungswerts der U-Phase bestimmt; In der Periode des ersten Stromerfassungsmodus wird ein Spitzenwert eines Phasenstromerfassungswertes der W-Phase bestimmt. Der resultierende Spitzenwert wird verwendet, um den Spitzenwert zum Schätzen eines Phasenstroms zu aktualisieren (d. h. einen Phasenstrom-Schätzwert zu berechnen).
Dann wird in der Periode des zweiten Stromerfassungsmodus, in dem der Stromerfassungswert von Stromsensor 220 dem Phasenstromwert der V-Phase zugeordnet wird, werden beispielsweise Schätzwerte, die aus den folgenden Gleichungen auf Grundlage des Spitzenwerts eines Phasenstroms abgeleitet werden, ein entsprechender aktueller Motorwinkel θac [deg (elektrischer Winkel)], und Phasenverschiebung (Korrekturwert) Δθ den Phasenstromwerten der verbleibenden U- und W-Phasen zugewiesen. U-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(aktueller Motorwinkel θac + Δθ)·Phasenstrom-Spitzenwert W-Phasenstrom-Schätzwert = –sin(tatsächlicher Motorwinkel θac + Δθ – 240 [deg])·Phasenstrom-Spitzenwert
Um genau zu sein, wie in 8 gezeigt, wird eine Phase, der ein Stromerfassungswert von Stromsensor 220 zugeordnet ist, für jeden Stromerfassungsmodus (jede Periode von 60° im elektrischen Winkel) bestimmt, und Phasenstromwerte, die aus dem Phasenstrom-Spitzenwert abgeschätzt werden, aktueller/tatsächlicher Motorwinkel θac (Referenzstromvektorwinkel) und Phasenverschiebung werden den verbleibenden zwei Phasen zugeordnet.
Unter Verwendung des Stromsensors 220, der einen DC-Busstrom von Wechselrichter 212a erfasst, wird ein Ausgangserfassungswert des Stromsensors 220 einmal pro PWM-Steuerzyklus A/D-gewandelt, um Phasenströme von drei Phasen zu bestimmen.
Dementsprechend kann in der Motorantriebsvorrichtung, die eine Vektorsteuerung auf Grundlage von Erfassungswerten von drei Phasenströmen ausführt, die Hardwarekonfiguration zum Erfassen eines Phasenstroms vereinfacht werden und eine A/D-Wanderlast auf die Steuereinheit 213 (Mikrocomputer 213b) kann reduziert werden Wenn die A/D-Wanderlast verringert wird, ist diese Phasenstrom-Erfassungsverarbeitung auch auf eine Antriebsvorrichtung anwendbar, die durch einen Low-Spec-(Niedrigpreis-)Mikrocomputer konfiguriert ist.
Hier erfordert die Erfassung eines Phasenstroms eine längere Zeit als die Gesamtsumme einer für die A/D-Wandlung notwendigen Periode und eine Stromschwankungsperiode unmittelbar nach der Erregung (Power-On). In einigen Fällen kann jedoch zusammen mit einer Abnahme der Befehlsspannung (Befehlsbetriebszyklus (”command duty”)) nur eine kürzere Zeit als die Gesamtsumme sichergestellt werden, und demzufolge kann kein Phasenstrom erfasst werden.
In solch einem Fall wird eine Verarbeitung zum abwechselnden Einstellen eines PWM-Steuerzyklus ausgeführt, bei dem ein Betriebszyklus (”duty”) eingestellt wird, so dass eine Phasenstrom-Erfassungsperiode nicht kürzer ist als die obige Gesamtsumme und ein anderer PWM-Steuerzyklus, in dem ein Betriebszyklus so eingestellt ist, dass eine Phasenstrom-Erfassungsperiode kürzer als die obige Gesamtsumme ist (nachfolgend als Pulsverschiebungsverarbeitung bezeichnet).
Dann wird ein Phasenstrom erfasst, wenn der Betriebszyklus so eingestellt ist, dass eine Phasenstrom-Erfassungsperiode nicht kürzer als die obige Gesamtsumme ist, und Phasenstromerfassung wird gestoppt, wenn der Betriebszyklus so eingestellt ist, dass eine Phasenstrom-Erfassungsperiode kürzer als die obige Gesamtsumme ist. Auch wird ein durchschnittlicher Betriebszyklus gesteuert, um einem Befehlsbetriebszyklus anzupassen. Bei dieser Konfiguration kann jedoch ein Phasenstrom erfasst werden, während der Betriebszyklus in einen Befehlsbetriebszyklus (Befehlsdrehmoment) gesteuert wird.
Die obige Pulsverschiebungsverarbeitung kann Rauschen verursachen. Mit der obigen Konfiguration, die eine A/D-Wandlung pro PWM-Steuerzyklus ausführt, kann ein derartiger Betriebszyklusbereich, wie es eine Pulsverschiebungsverarbeitung erfordert, verringert werden, ebenso wie das dadurch erzeugte Rauschen im Vergleich zu der Konfiguration, die eine A/D-Wandlung zweimal pro PWM-Steuerungszyklus ausführt, um einen Phasenstrom für zwei Phasen zu erfassen.
Als nächstes wird eine detaillierte Verarbeitung zum Berechnen der Phasenverschiebung (Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert) Δθ beschrieben, d. h. die Verarbeitung der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert-Berechnungseinheit 604.
Gleichung 3 soll ein Spannungsmodell des dreiphasigen bürstenlosen Motors (IPMSM) 2 auf der d-q-Achse angeben. [ Vd / Vq] = [ Ra + Las / ωLa –ωLa / Ra + Las][ Id / Iq] + [ 0 / Kew] (3) wobei Vd eine d-Achsenspannung [V] ist, Vq eine q-Achsenspannung [V] ist, Ra ein d-, q-Achsenwiderstand [Ω] ist, La eine d-, q-Achseninduktivität [H] ist, ω eine Motordrehzahl [rad/sec] (elektrischer Winkel) ist, Id ein d-Achsenstrom [A] ist, Iq ist ein q-Achsen-Strom [A] ist und Ke eine induzierte Spannungskonstante [V/(rad/sec)] (elektrischer Winkel) ist.
Die obige Schaltungsgleichung (Gleichung 3) kann in den Widerstandsterm, den Interferenzterm (geschwindigkeitsinduzierter Spannungsterm) und den induzierten Spannungsterm, wie durch Gleichung 4 angegeben, aufgelöst werden. [ Vd / Vq] = [ Ra + Las / 0 0 / Ra + Las][ Id / Iq] + [ 0 / ωLa –ωLa / 0] + [ 0 / Kew] Referenzterm = [ Ra + Las / 0 0 / RA + Las][ Id / Iq] Interferenzterm = [ 0 / ωLa –ωLa / 0][ Id / Iq] Induzierter – Spannungsterm = [ 0 / Kew] (4)
Hierbei gilt der Widerstandsterm für eine Gleichstromkomponente, der Interferenzterm für eine Interferenzspannung zwischen den d- und q-Achsen und der induzierte Spannungsterm für eine induzierte Spannung, die auf der q-Achse erscheint.
Vektoren sind auf Grundlage von Gleichung 4 aufgetragen. Der resultierende Plot ist in 10 dargestellt. In dem Vektor-Plot wird angenommen, dass der d-Achsen-Strom Id und der q-Achsen-Strom Iq unverändert bleiben und der Las-Term (Induktivitätsamplitude) nicht berücksichtigt wird.
In 10 ist der Motorwinkel ein d-Achsenwinkel und die Phasenverschiebung relativ zum Motorwinkel (Referenzstromvektorwinkel) ist Δθ. Durch Berechnen des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ, der die Phasenverschiebung kompensieren kann, kann unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung ein Phasenstrom abgeschätzt werden.
Ein erster Winkel Δθ in 10 ist ein Winkel zwischen dem Widerstandsterm und dem Interferenzterm. Dieser Winkel kann berechnet werden durch: Δθ1 = tan^–1(Interferenzterm/Widerstandsterm) = tan^–1(ωL/Ra)
Mit anderen Worten kann der erste Winkel Δθ1 von d-, q-Achsenwiderstand Ra, d-, q-Achsen-Induktivität L und Motordrehzahl ω abgeleitet werden.
Darüber hinaus ist ein zweiter Winkel Δθ2 in 10 ein Winkel zwischen (Motorspannungsvektor-induzierter Spannungsterm) und einem q-Achsenvektor. Dieser Winkel wird berechnet durch:
Falls Vd ≥ 0, Δθ2 = tan^–1((Vq – Keω)Vd) – π/2 Falls Vd < 0, Δθ2 = tan^–1((Vq – Keω)/Vd) + π/2
Insbesondere kann der zweite Winkel Δθ2 aus induzierten Spannungsinformationen, einschließlich der q-Achsenspannung Vq, der d-Achsenspannung Vd, der Motordrehzahl ω; und der induzierten Spannungskonstante Ke, abgeleitet werden.
Dann wird der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ wie folgt berechnet: Δθ = Δθ2 – Δθ1.
Steuereinheit 213 (Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert-Berechnungseinheit 604) berechnet den ersten Winkel Δθ1 auf Basis von d-, q-Achsenwiderstand Ra, d-, q-Achseninduktivität L und Motordrehzahl ω, und berechnet den zweiten Winkel Δθ2 basierend auf der q-Achsenspannung Vq, der d-Achsenspannung Vd, der Motordrehzahl ω, und der induzierten Spannungskonstante Ke, um den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ (Phasenverschiebung) von den Winkeln Δθ1, Δθ2 oben zu berechnen.
Mit der obigen Konfiguration kann die Steuereinheit 213, selbst wenn die Phasenverschiebung aufgrund einer Änderung der q-Achsenspannung Vq, der d-Achsenspannung Vd oder der Motordrehzahl ω geändert wird, einen Phasenstrom-Schätzwert basierend auf der tatsächlichen Phasenverschiebung berechnen. Somit kann ein Phasenstrom mit hoher Genauigkeit abgeschätzt werden.
Man beachte, dass ein Speicher der Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra, d-, q-Achseninduktivität L und die induzierte Spannungskonstante Ke, die für die Berechnung der Winkel Δθ1, Δθ2 im Voraus als konstant verwendet wird, speichert. Somit wird bei der Berechnung der Winkel Δθ1, Δθ2 der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ auf Basis von d-, q-Achsenwiderstand Ra, d-, q-Achseninduktivität L und der induzierten Spannungskonstante Ke aus dem Speicher und der entsprechenden q-Achsenspannung Vq, der d-Achsenspannung Vd und der Motordrehzahl ω berechnet.
Hierbei variiert d-, q-Achsenwiderstand Ra in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen (wie Temperaturbedingung) des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 und variiert auch in Abhängigkeit von dem dreiphasigen bürstenlosen Motor 2. Wenn d-, q-Achsenwiderstand Ra von einem Referenzwert (Konstante im Speicher) abweicht, wird die Berechnungsgenauigkeit für den aktuellen Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ (Phasenverschiebung) abgesenkt und wiederum wird die Berechnungsgenauigkeit für einen Phasenstrom-Schätzwert verringert.
Um ein solches Problem zu überwinden, erfasst die Steuereinheit 213 einen Schätzfehler des Phasenstrom-Schätzwerts, der aufgrund von Änderungen in d-, q-Achsenwiderstand Ra auftritt, und korrigiert den d-, q-Achsenwiderstand Ra (erster Winkel Δθ1, Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ), so dass der Schätzfehler minimiert wird.
Wenn ein Fehler des Phasenstrom-Schätzwerts erhöht wird, kann folgendes auftreten: wenn ein Phasenstrom für eine Phase von einem Stromerfassungswert vom Stromsensor 220 auf einen Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet wird, tritt zwischen dem vorgeschalteten Wert (d. h. dem Phasenstromerfassungswert) und dem geschalteten Wert (d. h. Phasenstrom-Schätzwert) eine große Differenz (Abweichung) auf.
In diesem Fall kann die Steuereinheit 213 bestimmen, ob sich die Phasenverschiebung aufgrund der Änderung in d-, q-Achsenwiderstand Ra ändert, um die Phase vorzurücken oder zu verzögern (d. h. ob d-, q-Achsenwiderstand Ra erhöht oder verringert wird), basierend darauf, ob ein Unterschied (Abweichung) auftritt, um einen Absolutwert eines Phasenstroms zu erhöhen oder zu verringern, wenn ein Phasenstrom für eine Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet wird.
Genauer gesagt, wenn ein Absolutwert eines Phasenstroms geändert wird, um schrittweise abzunehmen, wenn ein Phasenstrom für eine Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet wird, d. h. wenn ein Phasenstrom-Schätzwert kleiner als ein Phasenstromerfassungswert bei der Schaltzeit wird, kann man sagen, dass eine Phase des Phasenstrom-Schätzwerts relativ zu der eines tatsächlichen Phasenstroms verzögert ist. Somit korrigiert die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra, um die Phase des Phasenstrom-Schätzwerts vorzurücken.
Im Gegensatz dazu, wenn ein Absolutwert eines Phasenstroms geändert wird, um schrittweise zuzunehmen, wenn ein Phasenstrom für eine Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet wird, d. h. wenn ein Phasenstrom-Schätzwert größer als ein Phasenstromerfassungswert bei der Schaltzeit wird, kann man sagen, dass eine Phase des Phasenstrom-Schätzwerts relativ zu der eines tatsächlichen Phasenstroms vorgerückt ist. Somit korrigiert die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra, um die Phase des Phasenstrom-Schätzwerts zu verzögern.
Hier rückt im Fall der Abnahme von d-, q-Achsenwiderstand Ra, der zum Berechnen eines Phasenstrom-Schätzwerts verwendet wird, eine Phase des Phasenstrom-Schätzwerts vor. Im Gegensatz dazu wird im Fall der Erhöhung von d-, q-Achsenwiderstand Ra, der zum Berechnen eines Phasenstrom-Schätzwertes verwendet wird, eine Phase des Phasenstrom-Schätzwertes verzögert.
Wenn also ein Absolutwert eines Phasenstroms geändert wird, um schrittweise abzunehmen, wenn ein Phasenstromwert für eine Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet wird, durch den eine Phase des Phasenstrom-Schätzwertes vorzurücken muss, um dem Phasenstromerfassungswert nahe zu kommen, führt die Steuereinheit 213 eine Korrektur aus, um den tatsächlichen d-, q-Achsenwiderstand Ra um einen vorbestimmten Wert ΔRa zu verringern.
Wenn andererseits ein Absolutwert eines Phasenstroms geändert wird, um schrittweise zuzunehmen, wenn ein Phasenstromwert für eine Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet wird, durch den eine Phase des Phasenstrom-Schätzwertes verzögert werden muss, um dem Phasenstromerfassungswert nahe zu kommen, führt die Steuereinheit 213 eine Korrektur aus, um den tatsächlichen d-, q-Achsenwiderstand Ra um einen vorbestimmten Wert ΔRa zu erhöhen.
Man beachte, dass die Steuereinheit 213 den vorbestimmten Wert ΔRa ändern kann, der dem d-, q-Achsenwiderstand Ra bei der Korrektur hinzugefügt oder von diesem subtrahiert wird, gemäß einem Betrag der schrittweisen Änderung (Schritt) eines Phasenstroms zu dem Zeitpunkt des Umschaltens eines Phasenstromwertes für eine Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert. Mit anderen Worten, wenn der vorbestimmte Wert ΔRa proportional zu einem Absolutwert des schrittweisen Änderungsbetrages eines Phasenstroms ansteigt, kann eine Phase eines Phasenstrom-Schätzwertes nahe an die eines Phasenstromerfassungswert mit einem hohen Ansprechverhalten kommen.
11 zeigt die Ergebnisse des Bestimmens eines Änderungsbetrags eines Phasenstroms für jedes Muster von Schaltstromerfassungsmodi und die Richtung der Korrektur einer Phase eines Phasenstrom-Schätzwerts auf Grundlage der Bestimmungsergebnisse.
Ein Phasenstrom für die W-Phase wird von einem Phasenstromerfassungswert zu einem W-Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet, wenn der erste Stromerfassungsmodus in den zweiten Stromerfassungsmodus übergeht und der vierte Stromerfassungsmodus in den fünften Stromerfassungsmodus übergeht. Somit vergleicht die Steuereinheit 213 den vorgeschalteten Phasenstromerfassungswert mit dem geschalteten W-Phasenstrom-Schätzwert.
Wenn ein Wert, der durch Subtrahieren eines Absolutwertes des geschalteten W-Phasenstrom-Schätzwerts (aktueller Wert) von einem Absolutwert des vorgeschalteten Phasenstromerfassungswerts (vorheriger Wert) erhalten wird, unterhalb eines vorbestimmten Wertes ΔIm (ΔIm < 0) (|vorheriger |w| – |aktueller |w| < ΔIm) liegt, das heißt, ein Absolutwert des geschalteten W-Phasenstrom-Schätzwerts um einen vorbestimmten Wert oder mehr größer als der des vorgeschalteten Phasenstrom-Erfassungswerts ist und ein Phasenstrom für die W-Phase schrittweise erhöht wird, kann man sagen, dass die Phase des W-Phasenstrom-Schätzwertes relativ zu dem eines tatsächlichen W-Phasenstroms fortschreitet. Somit korrigiert die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra, um die Phase des Phasenstrom-Schätzwerts zu verzögern.
Wenn andererseits ein Wert, der durch Subtrahieren eines Absolutwertes des geschalteten W-Phasenstrom-Schätzwerts (aktueller Wert) von einem Absolutwert des vorgeschalteten Phasenstromerfassungswerts (vorheriger Wert) erhalten wird, größer als ein vorbestimmter Wert ΔIp (ΔIp > 0) (|vorheriger Iw| – |aktueller Iw| > ΔIp) ist, das heißt, ein Absolutwert des geschalteten W-Phasenstrom-Schätzwerts um einen vorbestimmten Wert oder mehr kleiner als der des vorgeschalteten Phasenstrom-Erfassungswerts ist, und ein Phasenstrom für die W-Phase schrittweise verringert wird, kann man sagen, dass die Phase des W-Phasenstrom-Schätzwertes relativ zu dem eines tatsächlichen W-Phasenstroms verzögert ist. Somit korrigiert die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra, um die Phase des Phasenstrom-Schätzwertes vorzurücken.
Wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: |vorheriger Iw| – |aktueller Iw| ≥ ΔIm und |vorheriger Iw| – |aktueller Iw| ≤ ΔIp kann man sagen, dass eine Differenz (Abweichung) zwischen dem W-Phasenstrom-Schätzwert und dem Phasenstromerfassungswert innerhalb eines zulässigen Bereichs um Null liegt und ein Phasenstrom-Schätzwert mit hoher Genauigkeit berechnet wird, d. h. d-, q-Achsen-Widerstand Ra, der für die Berechnung eines Phasenstrom-Schätzwertes verwendet wird, ist sehr nahe bei einem tatsächlichen Wert. In diesem Fall erhält die Steuereinheit 213 den gegenwärtigen d-, q-Achsenwiderstand Ra bei, anstatt ihn zu korrigieren.
Auch wenn der zweite Stromerfassungsmodus zu dem dritten Stromerfassungsmodus verschoben wird, und der fünfte Stromerfassungsmodus zu dem sechsten Stromerfassungsmodus verschoben wird, wird ein Phasenstrom für die V-Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem V-Phasenstrom-Schätzwert verschoben. Somit vergleicht die Steuereinheit 213 den vorgeschalteten Phasenstromerfassungswert mit dem geschalteten V-Phasenstrom-Schätzwert.
Zum Zeitpunkt des Umschaltens eines V-Phasenstromwerts von einem Erfassungswert zu einem Schätzwert vergleicht die Steuereinheit 213 einen Wert, der durch Subtrahieren eines Absolutwertes des geschalteten V-Phasenstrom-Schätzwerts (aktueller Wert) von einem Absolutwert des vorgeschalteten Phasenstromerfassungswertes (vorheriger Wert) erhalten wird, mit dem vorgegebenen Wert ΔIm, ΔIp ähnlich dem Umschalten des W-Phasenstromwerts. Durch diesen Vergleich bestimmt die Steuereinheit 213, ob eine Phase des V-Phasenstrom-Schätzwertes um einen vorbestimmten Wert oder mehr relativ zu einer Phase eines tatsächlichen V-Phasenstroms oder einer Phase des V-Phasenstroms vorrückt oder verzögert wird, oder ob eine Phase des V-Phasenstrom-Schätzwertes sehr nahe an einer Phase des aktuellen V-Phasenstroms ist.
Wenn die Phase des V-Phasenstrom-Schätzwertes um einen vorbestimmten Wert oder mehr gegenüber der Phase des tatsächlichen V-Phasenstroms vorrückt oder verzögert wird, korrigiert die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra, um eine solche Phasendifferenz zu verringern.
Auch wird zum Zeitpunkt des Umschaltens vom dritten Stromerfassungsmodus zum vierten Stromerfassungsmodus und vom sechsten Stromerfassungsmodus zum ersten Stromerfassungsmodus ein Phasenstrom für die U-Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem U-Phasenstrom-Schätzwert geschaltet. Somit vergleicht die Steuereinheit 213 den vorgeschalteten Phasenstromerfassungswert mit dem geschalteten U-Phasenstrom-Schätzwert.
Zum Zeitpunkt des Umschaltens des U-Phasen-Stromwertes von dem Erfassungswert zu dem Schätzwert vergleicht die Steuereinheit 213 einen Wert, der durch Subtrahieren eines Absolutwerts des geschalteten U-Phasenstrom-Schätzwertes (gegenwärtiger Wert) von einem Absolutwert des vorgeschalteten Phasenstromerfassungswertes (vorheriger Wert) erhalten wird, mit dem vorbestimmten Wert ΔIm, ΔIp ähnlich dem Umschalten des W-Phasen-Stromwertes, um zu bestimmen, ob eine Phase des U-Phasenstrom-Schätzwerts um einen vorbestimmten Wert oder mehr relativ zu einer Phase eines tatsächlichen U-Phasenstroms vorrückt oder verzögert wird, oder ob die Phase des U-Phasenstrom-Schätzwertes sehr nahe an der Phase des aktuellen U-Phasenstroms liegt.
Wenn dann die Phase des U-Phasenstrom-Schätzwertes um einen vorbestimmten Wert oder mehr gegenüber der Phase des tatsächlichen U-Phasenstroms vorrückt oder verzögert wird, korrigiert die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra so, um eine solche Phasendifferenz zu verhindern.
Wie oben erwähnt, erfasst die Steuereinheit 213 eine Abnahme der Berechnungsgenauigkeit für den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ und wiederum für einen Phasenstrom-Schätzwert, der aufgrund eines Fehlers von d-, q-Achsenwiderstand Ra, der für die Berechnung des Phasenstrom-Schätzwertes verwendet wird, auftreten wird (Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ Widerstandswert) bezogen auf einen tatsächlichen Wert, basierend auf einer Stromänderung zum Zeitpunkt des Umschaltens eines Phasenstroms für eine Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert. Dann korrigiert die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra, so dass der Phasenstrom-Schätzwert nahe an den Phasenstromerfassungswert (tatsächlicher Phasenstrom) kommt.
Dementsprechend kann die Steuereinheit 213 einen Phasenstrom-Schätzwert mit hoher Genauigkeit berechnen, selbst wenn sich die Umgebungsbedingungen (Temperatur) ändern oder die Eigenschaften des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 variieren. Somit kann die Steuereinheit 213 den dreiphasigen bürstenlosen Motor mit gleichförmiger Genauigkeit auf Basis von drei Phasenstromwerten steuern.
Man beachte, dass die Steuereinheit 213 einen Fehler von d-, q-Achsenwiderstand Ra bestimmt (Stromvektorwinkel-Korrekturwert Δθ Widerstands-Term) auf der Grundlage einer schrittweisen Änderung des Phasenstromwertes für eine Zielphase zum Zeitpunkt des Umschaltens von dem Phasenstromerfassungswert zu dem Phasenstrom-Schätzwert, wie oben erwähnt. Andererseits kann die Steuereinheit 213 auch einen Fehler des d-, q-Achsenwiderstandes Ra basierend auf einer schrittweisen Änderung des Phasenstromwertes für eine Zielphase zum Zeitpunkt des Umschaltens von dem Phasenstrom-Schätzwert zu dem Phasenstromerfassungswert bestimmen.
Darüber hinaus hängt der Widerstandswert von der Temperatur ab und somit kann die Steuereinheit 213 d-, q-Achsenwiderstand Ra korrigieren (Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ Widerstandswert) gemäß der Temperaturbedingung.
Wenn zum Beispiel ein Temperatursensor zum Erfassen der Umgebungstemperatur vorgesehen ist, kann die Steuereinheit 213 den d-, q-Achsenwiderstand Ra korrigieren (Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ; Widerstandswert) abhängig von der Umgebungstemperatur, die von einem Ausgang des Temperatursensors abgeleitet wird. Außerdem führt die Steuereinheit 213 eine Energetisierung zum Messen eines Widerstandswertes vor dem Start des dreiphasigen bürstenlosen Motors aus und schätzt die Temperaturbedingung auf Grundlage eines unter einer Referenztemperaturbedingung gemessenen Widerstandswertes und des gemessenen Widerstandswertes ab, um d-, q-Achsenwiderstand Ra (Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert; Widerstandswert), basierend auf der geschätzten Temperaturbedingung zu korrigieren.
Auch in der obigen Konfiguration berechnet die Steuereinheit 213 den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ basierend auf der q-Achsenspannung Vq, der d-Achsenspannung Vd, der Motordrehzahl ω und dergleichen. Auf der anderen Seite kann der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ auch durch Erfassen einer Phase des Phasenstromerfassungswertes auf den Motorwinkel eingestellt werden.
Genauer gesagt kann die Steuereinheit 213 den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ basierend auf einem Phasenstromerfassungswert zum Zeitpunkt des Umschaltens eines Phasenstroms für eine bestimmte Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert (d. h. bei einem elektrischen Winkel, bei dem ein Stromerfassungsmodus umgeschaltet wird) und einem entsprechenden Phasenstrom-Spitzenwert berechnen.
Die Steuereinheit 213 berechnet auf Grundlage eines Phasenstromerfassungswertes, kurz bevor ein Phasenstrom für eine bestimmte Phase von einem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert und einem entsprechenden Phasenstrom-Spitzenwert umgeschaltet wird, einem Strom-Vektorwinkel ΔθB (siehe 12) von dem Zeitpunkt (Zeitpunkt), bei dem der Phasenstromerfassungswert einen Spitzenwert markiert, bis zu dem Zeitpunkt (Zeitpunkt) des Umschaltens des Phasenstroms wie folgt: ΔθB = arccos(Phasenstromerfassungswert unmittelbar vor dem Umschalten/Spitzenstrom)(ΔθB ≥ 0)
Darüber hinaus setzt die Steuereinheit 213 als ΔθA einen Winkel einer idealen Sinuswellenform eines Phasenstroms ohne Phasenverschiebung relativ zum Motorwinkel, oder einen Winkel eines Phasenstrom-Schätzwertes, der auf Grundlage des anwesenden Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ berechnet wird, von dem Zeitpunkt (Zeitpunkt), bei dem der Phasenstrom einen Spitzenwert zu dem Zeitpunkt (Zeitpunkt) des Umschaltens von dem Phasenstromerfassungswert zu dem Phasenstrom-Schätzwert markiert (d. h. der elektrische Winkel, bei dem der Stromerfassungsmodus umgeschaltet wird) (siehe 12).
Dann berechnet die Steuereinheit 213 den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ und Korrekturwert Δθaj, basierend auf Winkeln ΔθA und ΔθB oben durch die folgende Gleichung. Δθ (Δθaj) = ΔθA – ΔθB
Insbesondere ist, in dem Fall des Berechnens des Winkels ΔθA aus der idealen Stromwellenform, die obige Berechnungsgleichung zum Berechnen eines Winkels von dem Zeitpunkt, bei dem eine ideale Stromwellenform einen Peak zu dem Zeitpunkt markiert, zu dem eine tatsächliche Stromwellenform einen Peak markiert durch Subtrahieren des Winkels ΔθB von dem Zeitpunkt, zu dem die tatsächliche Stromerfassungsmodus einen Peak zu dem Zeitpunkt des Umschaltens eines Stromerfassungsmodus von dem Winkel ΔθA von dem Zeitpunkt, bei dem die ideale Stromwellenform einen Peak zu dem Zeitpunkt des Umschaltens des Stromerfassungsmodus markiert, um dadurch eine Phasenverschiebung der tatsächlichen Stromwellenform relativ zu der idealen Stromform zu erfassen.
Darüber hinaus gibt die obige Berechnungsgleichung im Fall des Berechnens des Winkels ΔθA auf Grundlage eines aus dem gegenwärtigen Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ abgeleiteten Phasenstrom-Schätzwert eine Phasenverschiebung zwischen einer tatsächlichen Phasenstromwellenform und einem Phasenstrom-Schätzwert, d. h. ein Fehler des aktuellen Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts. Dementsprechend wird der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ auf Grundlage des Korrekturwerts Δθaj korrigiert, so dass ein Phasenstrom-Schätzwert nahe an eine tatsächliche Phasenstromwellenform kommt.
Man beachte, dass auch Folgendes denkbar ist. Bezüglich der Verarbeitung zum Berechnen des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ unter Verwendung eines Phasenstromerfassungswerts, der bei dem elektrischen Winkel zum Umschalten eines Stromerfassungsmodus und einem Phasenstrom-Spitzenwert erhalten wird, wird die Verarbeitung durchgeführt, wenn eine Differenz (Abweichung) eines vorbestimmten Wertes oder mehr zwischen einem Phasenstromerfassungswert zu der Zeit des Umschaltens von dem Phasenstromerfassungswert zu einem Phasenstrom-Schätzwert und einem Phasenstromwert einer idealen Wellenform vorliegt, d. h. wenn eine Phasenverschiebung nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wohingegen die Verarbeitung unterbunden wird, wenn die Differenz (Abweichung) unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt.
Bei einer kleinen Phasenstromabweichung (Phasenverschiebung) wird die Empfindlichkeit zum Erfassen des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ niedrig. Ebenso, da der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ alle 60 Grad im elektrischen Winkel berechnet wird, was eine Periode zum Umschalten eines Stromerfassungsmodus ist, beinhaltet der Schätzwert eine Verzögerung, falls die Motordrehzahl niedrig ist. Wenn daher der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ mit einer kleinen Phasenstromabweichung (Phasenverschiebung) aktualisiert wird, kann die Stromregelung eventuell abweichen.
Um eine solche Situation zu vermeiden, stoppt die Steuereinheit 213 die Aktualisierung des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ die zum Berechnen des Phasenstrom-Schätzwerts verwendet wird, falls eine Differenz (Abweichung) kleiner als ein vorbestimmter Wert zwischen einem Phasenstromerfassungswert zu einem Zeitpunkt des Umschaltens von dem Phasenstromerfassungswert zu dem Phasenstrom-Schätzwert und einem Phasenstromwert einer idealen Wellenform oder eines Phasenstrom-Schätzwerts beobachtet wird.
Auch Beispiele einer Motorkonstante, die sich auf den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ beziehen, beinhalten Widerstand Ra, Induktivität La und induzierte Spannungskonstante Ke wie oben erwähnt. Davon variiert die Induktivität La nicht in Abhängigkeit von der Temperatur, aber der Widerstand Ra und die induzierte Spannungskonstante Ke variieren je nach Temperatur.
Steuereinheit 213 schätzt die Werte des Widerstands Ra und der induzierten Spannungskonstante Ke, die in Abhängigkeit von der Temperatur wie folgt variieren, um so den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ mittels dem Schätzergebnis zu berechnen.
Wie in dem Vektor-Plot von 13 gezeigt, ist der rechte Winkel zwischen dem Interferenzterm und dem Widerstandsterm gebildet. Wenn also ein Kreis gezogen wird, der an der Spitze des Motorspannungsvektors zentriert ist, der durch die d-Achsenspannung Vd und die q-Achsenspannung Vq mit dem Radius von ω·La·(Phasenstrom-Spitzenwert) definiert ist, entspricht ein q-Achsenabschnitt durch einen Punkt C1, wo die Tangente des Kreises oder die Tangente mit einer Neigung zur q-Achse = tan(Δθ) die q-Achse kreuzt, einem induzierten Spannungsterm. Ebenso entspricht die Linie, die Kreuzungspunkt C1 und eine Kontaktstelle C2 verbindet, dem Widerstandsterm.
Insbesondere ist eine Länge LE des q-Achsenabschnitts, der durch den Kreuzungspunkt C1 definiert ist, einem induzierten Spannungsterm. Als induzierter Spannungsterm = Ke·ω, LE = Ke·ω. Induzierte Spannungskonstante Ke kann durch die folgende Gleichung auf Grundlage der Länge LE und der entsprechenden Motordrehzahl ω berechnet werden. Ke = LE/ω
Darüber, der Widerstandsterm = Widerstand RA·Phasenstrom-Spitzenwert IPeak, erfüllt ein Abstand D1 zwischen dem Kreuzungspunkt C1 und dem Kontaktpunkt C2: Abstand D1 = Widerstand Ra·Phasenstrom-Spitzenwert Ipeak
Dann kann Widerstand Ra durch die folgende Gleichung aus dem Abstand D1 und dem Phasenstrom-Spitzenwert berechnet werden. Ra = D1/Ipeak
Dann steuert die Steuereinheit 213 als konstante, induzierte Spannungskonstante Ke und Widerstand Ra, wie oben erhalten. Zum Zeitpunkt der Berechnung des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ basierend auf der q-Achsenspannung Vq, der d-Achsenspannung Vd und der Motordrehzahl ω werden diese Konstanten verwendet. Somit kann der Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ unter Verwendung der induzierten Spannungskonstante Ke und des Widerstands Ra entsprechend der tatsächlichen Umgebungstemperatur berechnet werden, so dass eine Schätzgenauigkeit für einen Phasenstrom-Schätzwert verbessert wird.
Auch unter der Bedingung, dass der Widerstand Ra einen kleinen Fehler aufweist, kann die Steuereinheit 213 die induzierte Spannungskonstante Ke basierend auf dem Phasenstrom-Spitzenwert Ipeak, der von einem Phasenstromerfassungswert abgeleitet ist, wie folgt berechnen: Ke = (Vq – √(Ipeak)²·(ω²·La² + Ra²) – Vd²))/ω
Wenn ein Phasenstrom-Schätzwert unter Verwendung des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ abgeleitet von der induzierten Spannungskonstante Ke, wie oben abgeschätzt berechnet wird, falls sich Widerstand Ra verändert und eine Stromabweichung beobachtet wird, nachdem zwischen dem Phasenstromerfassungswert und dem Phasenstrom-Schätzwert umgeschaltet wird, berechnet Steuereinheit 213 Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ mittels dem Phasenstromerfassungswert zu einer Zeit des Umschaltens eines Stromerfassungsmodus und dem Phasenstrom-Spitzenwert, der von dem Phasenstromerfassungswert, wie oben erwähnt, um Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ zu setzen, unter Berücksichtigung von Änderungen des Widerstands Ra und induzierter Spannungskonstante Ke.
Darüber hinaus führt die Steuereinheit 213 die Verarbeitung des Setzens des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ basierend auf den obigen Winkeln ΔθA und ΔθB einmal durch, zum Beispiel nach dem Start des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 und führt dann die Verarbeitung der Schätzung der induzierten Spannungskonstante Ke und des Widerstands Ra durch und geht weiter zur Verarbeitung des Setzens des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ basierend auf der geschätzten induzierten Spannungskonstante Ke und dem Widerstand Ra und der q-Achsenspannung Vq, der d-Achsenspannung Vd und der Motordrehzahl ω.
Um darüber hinaus eine zulässige Periode für eine Phasenstromerfassung sicherzustellen, die nicht kürzer als ein vorbestimmter Wert ist, bei der Steuerung des Antreibens des dreiphasigen bürstenlosen Motors 2 durch das obige sinusförmige Antriebsverfahren (180° Energetisierungsverfahren), kann Steuereinheit 213 anstelle des sensorlosen sinusförmigen Antriebsverfahrens in einem Betriebsbereich, für den die obige Pulsverschiebungsverarbeitung erforderlich ist (Bereich, in dem ein Steuerbetriebszyklus unterhalb eines vorgegebenen Wertes ist), den dreiphasigen bürstenlosen Motor 2 durch ein sensorloses rechteckiges Wellen-Antriebsverfahren (120° Energetisierungsverfahren) ansteuern.
Das obige Rechteckwellen-Antriebsverfahren besteht darin, den bürstenlosen Motor 2 durch sequentielles Umschalten, an jeder vorbestimmten Rotorposition, eines Auswahlmusters (Energetisierungsmodus) für zwei Phasen, unter den drei Phasen, an die eine gepulste Spannung angelegt wird. Gemäß diesem Rechteckwellen-Antriebsverfahren erhält die Steuereinheit 213 Positionsinformationen über einen Rotor aus einer Spannung (transformator-induzierte Spannung oder puls-induzierte Spannung), die zu einer nicht-energetisierten Phase (offene Phase) zusammen mit dem Anlegen einer gepulsten Spannung auf energetisierte Phasen induziert wird. Dann erfasst Steuereinheit 213 einen Zeitpunkt des Umschaltens eines Auswahlmusters zum Auswählen von zu energetisierenden Phasen.
Die vorliegende Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, aber es ist offensichtlich, dass der Fachmann verschiedene Modifikationen basierend auf der grundlegenden technischen Idee und der Lehren vornehmen kann.
Beispielsweise sind folgende Änderungen möglich. Bei der Verarbeitung zum Schätzen des Widerstands Ra und der induzierten Spannungskonstante Ke, die verwendet werden, um den Strom-Vektorwinkel-Korrekturwert Δθ zu berechnen, werden beispielsweise temporäre Daten über den Widerstand Ra und die induzierte Spannungskonstante Ke gemittelt und zur Berechnung des Strom-Vektorwinkel-Korrekturwerts Δθ verwendet. Ebenso wenn der geschätzte Widerstand Ra und die induzierte Spannungskonstante Ke einen vorbestimmten Bereich überschreiten, wird die Verwendung des Schätzergebnisses verboten.
Ebenso wenn ein Phasenstrom für eine bestimmte Phase von dem Phasenstromerfassungswert zu dem Phasenstrom-Schätzwert oder von dem Phasenstrom-Schätzwert zu dem Phasenstromerfassungswert umgeschaltet wird, zusammen mit dem Umschalten eines Stromerfassungsmodus, falls ein Phasenstrom eine Differenz (Abweichung) vor und nach dem Umschalten beinhaltet, ein Stromkorrekturwert wird so eingestellt, dass er allmählich näher an den geschalteten Phasenstromwert von dem vorgeschalteten Phasenstromwert gesetzt wird, wodurch der dreiphasige bürstenlose Motor 2 vorübergehend mit einem solch einem Stromkorrekturwert gesteuert werden.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung beispielsweise auf die Konfiguration anwendbar, dass Phasenstromerfassungswerte zwei festen Phasen zugeordnet sind und in einem solchen Stromerfassungsmodus, dass Phasenströme der zwei Zielphasen nicht direkt von einem Ausgang des Stromsensors 220 erfasst werden können, wobei allen drei Phasen Phasenstrom-Schätzwerte zugeordnet werden.
In diesem Fall ist folgendes denkbar. Phasenstromerfassungswerte werden zwei festen Phasen, z. B. U- und V-Phasen zugeordnet, und ein Phasenstromerfassungswert wird der U-Phase in dem dritten oder sechsten Stromerfassungsmodus zugeordnet, während Phasenstrom-Schätzwerte den V- und W-Phasen zugeordnet werden. In dem zweiten oder fünften Stromerfassungsmodus ist ein Phasenstromerfassungswert der V-Phase zugeordnet, während Phasenstrom-Schätzwerte den U- und W-Phasen zugeordnet sind. In dem ersten oder vierten Stromerfassungsmodus werden Phasenstrom-Schätzwerte allen drei Phasen zugeordnet.
Hierbei kann eine Kombination von zwei festen Phasen, denen Phasenstromerfassungswerte zugeordnet sind, jeden vorgegebenen Zyklus geändert werden, oder es ist möglich, einen Modus zum Fixieren von zwei Phasen, denen Phasenstromerfassungswerte zugeordnet sind, und einen Modus zum sequentiellen und schaltenden Auswählen einer Phase, der ein Phasenstromerfassungswert gemäß dem Stromerfassungsmodus zugeordnet ist, abhängig von der Bedingung, wie beispielsweise einer Motordrehzahl zu schalten.
Bezugszeichenliste

1: Elektrische Unterölpumpe
2: dreiphasiger bürstenloser Motor
3: Motorantriebsvorrichtung (MCU)
212: Antriebsschaltung (Wechselrichterschaltung)
213: Steuereinheit
213a: A/D-Wandler
213b: Mikrocomputer
220: Stromsensor
220a: Nebenschlusswiderstand
220b: Erfassungsschaltung

Claims

Motorantriebsvorrichtung, die umfasst: einen Wechselrichter, der konfiguriert ist zum Zuführen eines Wechselstroms zu einem dreiphasigen bürstenlosen Motor; einen Stromsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen eines DC-Busstroms des Wechselrichters; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Empfangen eines Ausgangs des Stromsensors und den Wechselrichter PWM zu steuern, wobei die Motorantriebsvorrichtung eine sinusförmige Ansteuerung des dreiphasigen bürstenlosen Motors ausführt, wobei die Steuereinheit einen Phasenstrom für eine Phase berechnet, wobei ein absoluter Phasenstromwert davon maximal wird bei einem Erfassungszeitpunkt, der einmal pro PWM-Steuerzyklus gesetzt wird, von einem Ausgang des Stromsensors, und schätzt dann Phasenströme für die verbleibenden zwei Phasen basierend auf einem Spitzenwert eines Phasenstroms, der an jedem Erfassungszeitpunkt erfasst wird, einem Motorwinkel und einer Phasenverschiebung einer aktuellen Phasenstromwellenform relativ zu dem Motorwinkel.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine Phase festlegt, deren absoluter Phasenstromwert auf Grundlage eines Steuerbetriebszyklus jeder Phase maximal wird.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Phasenverschiebung in Abhängigkeit von einer d-Achsenspannung, einer q-Achsenspannung und einer Motordrehzahl einstellt.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Phasenverschiebung basierend auf einem Winkel berechnet, der durch einen Widerstandsterm und einen Interferenzterm in einem d-q-Achsenspannungsmodell des dreiphasigen bürstenlosen Motors oder einem durch einen Vektor gebildeten Winkel, erhalten wird durch Subtrahieren eines induzierten Spannungsterms von einem Motorspannungsvektor und einem q-Achsenvektor.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Phasenverschiebung korrigiert, um so eine Stromabweichung zum Zeitpunkt des Umschaltens eines Phasenstroms für eine Phase zwischen einem Erfassungswert von dem Stromsensor und einem Schätzwert zu verringern.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Phasenverschiebung basierend auf einem Erfassungswert aus dem Stromsensor berechnet, der zum Zeitpunkt des Umschaltens eines Phasenstroms für eine Phase zwischen dem Erfassungswert von dem Stromsensor und einem Schätzwert, und der Spitzenwert erhalten wird.
Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor, die einen Phasenstrom jeder Phase in dem dreiphasigen bürstenlosen Motor bestimmt, der durch eine PWM-Steuerung eines Wechselrichters sinusförmig angesteuert wird, basierend auf einem Ausgang eines Stromsensors zum Erfassen eines DC-Busstroms des Wechselrichters, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einstellen eines Erfassungszeitpunkts zum Erfassen eines Phasenstroms für eine Phase, wobei ein absoluter Phasenstromwert maximal wird, pro PWM-Steuerzyklus; Einstellen eines Phasenstromerfassungswerts auf Grundlage eines Ausgangs des Stromsensors zu dem Erfassungszeitpunkt; Bestimmen eines Spitzenwerts des Phasenstromerfassungswerts; Erfassen eines Motorwinkels; Einstellen einer Phasenverschiebung einer tatsächlichen Phasenstromwellenform relativ zu dem Motorwinkel; Berechnen eines Phasenstrom-Schätzwerts basierend auf dem Spitzenwert, dem Motorwinkel und der Phasenverschiebung; und Zuordnen des Phasenstromerfassungswerts als ein Phasenstromwert für eine Phase, und Zuordnen von Phasenstrom-Schätzwerten zu den verbleibenden zwei Phasen.
Phasenstromerfassungsverfahren für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor nach Anspruch 7, wobei in dem Schritt des Einstellens der Phasenverschiebung, die Phasenverschiebung basierend auf einem Winkel bestimmt wird, der durch einen Widerstandsterm und einen Interferenzterm in einem d-q-Achsen-Spannungsmodell des dreiphasigen bürstenlosen Motors gebildet wird und einem Winkel, der durch einen Vektor gebildet wird, der durch Subtrahieren eines induzierten Spannungsterms von einem Motorspannungsvektor und einem q-Achsenvektor erhalten wird.