DE112016002664T5 - Elektrischer Leistungswandler und eine elektrische Servolenkvorrichtung, an der ein Solcher angebaut ist - Google Patents

Elektrischer Leistungswandler und eine elektrische Servolenkvorrichtung, an der ein Solcher angebaut ist Download PDF

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Shigehisa Aoyagi
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Abstract

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochleistungs-Motoransteuersteuerung durch Detektieren von GS-Strömen durchzuführen, um WS-Ströme mit hoher Genauigkeit in einem elektrischen Leistungswandler zu reproduzieren, in dem mehrere Wechselrichter mit einem Motor entweder unabhängig oder parallel verbunden sind. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer (T1), in der ein erster Stromdetektionsteil (a) einen GS-Strom eines ersten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert wird, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer mindestens eine Zeitgebung des Umschaltens zwischen einer Ein-Zeitgebung und einer Aus-Zeitgebung eines Schaltelements nicht überlappt, das einen zweiten Wechselrichter auslegt. Bevorzugter wird die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer (T1), in der der erste Stromdetektionsteil den GS-Strom des ersten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer Zeitdauern (T3, T4) nicht überlappt, in denen ein Strom zum zweiten Stromdetektionsteil geleitet wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft mehrere elektrische Leistungswandler, die parallel geschaltet sind, und eine elektrische Servolenkvorrichtung, an der ein solcher angebaut ist.
  • Technischer Hintergrund
  • Ein elektrischer Leistungswandler, wie ein Wechselrichter, steuert Ströme einer mehrphasigen rotierenden elektrischen Maschine durch PWM (Pulsbreitenmodulation). Wenn die rotierende elektrische Maschine ein dreiphasiger Motor ist, dann wird ein Spannungsbefehlswert, der an jede der dreiphasigen Wicklungen angelegt wird, mit einem Trägersignal verglichen, das als Referenz für die PWM dient, und Schaltelemente eines dreiphasigen Wechselrichters werden jeweils zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand umgeschaltet. Dreiphasige Wicklungsströme werden dadurch gesteuert. Ein Ausgangsdrehmoment und eine Drehgeschwindigkeit des dreiphasigen Motors werden durch die dreiphasigen Wicklungsströme auf Sollwerte gesteuert.
  • Um einen Wicklungsstrom zu steuern, ist es wichtig, eine Stromsteuerung derart auszuüben, dass ein tatsächlich geleiteter Strom detektiert wird, um einen Stromdetektionswert zurückzukoppeln, und um zu bewirken, dass der Wicklungsstrom einem Strombefehlswert folgt, welcher der Sollwert ist. Ein Stromdetektor, wie ein ACCT, der dreiphasige Ströme detektiert, die zum Motor geleitet werden, wird zur Stromdetektion verwendet. Der Stromdetektor verursacht nachteilige Erhöhungen eines Lastvolumens und erhöhte Kosten. Als Ansatz zur Lösung der Probleme gibt es eine wohlbekannte Technik zur Detektion eines Stroms, der zu einem Nebenschlusswiderstand geleitet wird, welcher auf einer GS-Seite eines Wechselrichters installiert ist, und dadurch zur Detektion des Stroms als jeder von dreiphasigen Strömen, die zum Motor geleitet werden.
  • Der zum Motor geleitete Wicklungsstrom wird zum Nebenschlusswiderstand als Impulsstrom in Abhängigkeit davon geleitet, ob die Schaltelemente des Wechselrichters ein- oder ausgeschaltet sind. Der Impulsnebenschlussstrom wird als Wicklungsstrom des Motors detektiert. Es ist zu beachten, dass ein Überschwingen, das ein Ein- und Ausschalten der Schaltelemente mit sich bringt, an dem Impulsnebenschlussstrom auftritt. Um einen genauen Stromwert zu detektieren, ist es notwendig, eine Zeitdauer zu vermeiden, in dem dieses Überschwingen auftritt.
  • Wenn jedoch mehrere dreiphasige Wechselrichter ausgelegt sind, parallel geschaltet zu sein, ist es möglich, eine Stromkapazität der Wechselrichter zu erhöhen. Alternativ dazu werden zwei oder mehr Systeme derart ausgelegt, dass jedes System eine Kombination von Wicklungen eines dreiphasigen Motors und eines dreiphasigen Wechselrichters ist, die in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung verbunden sind. Auch wenn eines der Systeme ausfällt, kann in diesem Fall das andere System oder können die anderen Systeme weiterhin arbeiten. In jeder der Auslegungen ist es notwendig, einen Ausgang aus jedem Wechselrichter zu steuern. Daher ist es notwendig, Stromdetektoren vorzusehen, die Ausgangsströme aus den Wechselrichtern detektieren, und eine Erhöhung der Anzahl von Wechselrichtern bewirkt eine Erhöhung der Anzahl von Stromdetektoren. Um diesen Problem zu beheben, wird der Nebenschlussstrom jedes Wechselrichters detektiert, wodurch es möglich ist, die Anzahl von Stromdetektoren zu minimieren.
  • Ein erstes herkömmliches Beispiel im Patentdokument 1 beschreibt einen elektrischen Leistungswandler, der mit zwei Systemen versehen ist, von denen jedes ein Paar eines dreiphasigen Wechselrichters und eines dreiphasigen Motors ist, und in dem elektrischen Leistungswandler soll ein Welligkeitsstrom eines Kondensators reduziert werden, der zu einer GS-Leistungsversorgung der Wechselrichter parallel geschaltet ist. Als Mittel zur Lösung dieses Problems gibt das Patentdokument 1 ein Verfahren zur Reduktion eines Welligkeitsstroms durch das Verschieben von Ladungs- und Entladungszeitdauern des Kondensators zueinander an.
  • Dokument des Standes der Technik
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: JP-2012-50252-A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösende Probleme
  • Das Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zur Reduktion des Welligkeitsstroms durch Verschieben von Ladungs- und Entladungszeitdauern des Kondensators zueinander durch Verschieben der Ein-Zeitgebung und der Aus-Zeitgebung von Schaltelementen der Wechselrichter zwischen den Systemen. Das Patentdokument 1 offenbart jedoch kein Nebenschlussstrom-Detektionsverfahren.
  • Um den Impulsnebenschlussstrom zu detektieren, ist es notwendig, die Zeitdauer zu vermeiden, in der das Überschwingen auftritt, welches das Ein- und Ausschalten der Schaltelemente mit sich bringt. Eine ausreichende Impulsbreite kann jedoch in einem Zustand einer geringen Geschwindigkeit und eines geringen Drehmoments nicht sichergestellt werden, in dem eine Amplitude des Spannungsbefehlswerts klein ist. Daher ist die Impulsbreite des Nebenschlussstroms relativ zu einer Breite der Zeitdauer des Auftretens des Überschwingens klein, mit dem Ergebnis, dass es unmöglich ist, den Strom genau zu detektieren. Um dieses Problem zu vermeiden, ist ein Verfahren bekannt, das als Impulsverschiebung bezeichnet wird, um die Impulsbreite des Nebenschlussstroms durch die Überlagerung von Harmonischen auf den Spannungsbefehlswert zu verbreitern, wodurch eine Stromdetektion ermöglicht wird.
  • Bei der Impulsverschiebung wird die Impulsbreite des Nebenschlussstroms derart eingestellt, dass ein Einfluss der Zeitdauer des Auftretens des Überschwingens vermieden werden kann. Diese Impulsbreite wird als „Nebenschlussstrom-Detektionszeit” bezeichnet. Um ein Ausmaß der überlagerten Harmonischen zu unterdrücken, ist es zweckmäßig, dass das Ausmaß auf einen minimalen Betrag eingestellt wird, wodurch das Überschwingen innerhalb dieser Nebenschlussstrom-Detektionszeit abgeklungen ist und eine Stromwert-Abtastzeit sichergestellt werden kann. Das Auftreten des Überschwingens resultiert jedoch aus der Ein-Zeitgebung und Aus-Zeitgebung der Schaltelemente des Wechselrichters. Wenn mehrere Systeme verwendet werden, von denen jedes eine Kombination eines dreiphasigen Wechselrichters und eines dreiphasigen Motors ist, ist es schwierig, eine Regelung dieser Teile einer Zeitgebung zu bewirken. Ein Fall, in dem zwei Systeme vorgesehen werden, von denen jedes eine Kombination eines dreiphasigen Wechselrichters und eines dreiphasigen Motors ist, und die dreiphasigen Wechselrichter in den verschiedenen Systemen synchron angesteuert werden, wird als Beispiel herangezogen.
  • Wenn Spannungsbefehlswerte und Trägersignale für die PWM dazu gebracht werden, unter den synchronisierten Wechselrichtern in den beiden Systemen miteinander übereinzustimmen, stimmen auch die Impulsbreiten von Nebenschlussströmen dazwischen miteinander überein. Eine Elementverzögerungszeit, wie eine Ein-Verzögerung und eine Aus-Verzögerung, variiert jedoch unter den Schaltelementen, was die Erzeugung von Unterschieden in der Ein-Zeitgebung und Aus-Zeitgebung der Schaltelemente zwischen den Wechselrichtern bewirkt. Um die Nebenschlussströme zu detektieren, ist es daher erforderlich, eine Impulsbreite einzustellen, zu der zusätzliche Zeit unter Berücksichtigung eines Verzögerungselements hinzugefügt wird, das aus diesen Variationen resultiert. Außerdem wird ein Fall berücksichtigt, in dem die Wechselrichter in den beiden Systemen asynchron angesteuert werden. Wenn die Schaltelemente in dem anderen System innerhalb der Nebenschlussstrom-Detektionszeit eines Systems ein- oder ausgeschaltet werden, verhindert in diesem Fall der Einfluss des Überschwingens eine genaue Stromdetektion.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Angesichts der oben angeführten Probleme umfasst ein elektrische Leistungswandler gemäß der vorliegenden Erfindung: einen ersten Wechselrichter; einen zweiten Wechselrichter, der vom ersten Wechselrichter verschieden ist; einen ersten Stromdetektionsteil, der einen GS-Strom des ersten Wechselrichters detektiert; einen zweiten Stromdetektionsteil, der einen GS-Strom des zweiten Wechselrichters detektiert; und einen Steuerteil, der den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter steuert, um auf der Basis des Stroms, der von dem ersten Stromdetektionsteil oder dem zweiten Stromdetektionsteil detektiert wird, angesteuert zu werden. In dem elektrischen Leistungswandler wird eine vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer, in der der erste Stromdetektionsteil den GS-Strom des ersten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer mindestens eine Zeitgebung des Umschaltens zwischen einer Ein-Zeitgebung und einer Aus-Zeitgebung eines Schaltelements nicht überlappt, das den zweiten Wechselrichter auslegt.
  • Effekt der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, GS-Eingangsströme in einen elektrischen Leistungswandler genau zu detektieren und WS-Ausgangsströme hochgenau zu detektieren, so dass es möglich ist, ein Ausgangsdrehmoment und eine Rotationsgeschwindigkeit einer rotierenden elektrischen Maschine mit hoher Ansprechgeschwindigkeit und hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Auslegungsschaltbild eines elektrischen Leistungswandlers gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 2 ist ein Schaltbild eines dreiphasigen Wechselrichters.
  • 3 ist ein erläuterndes Diagramm von Nebenschlussstromwellenformen vor und nach einer Impulsverschiebung.
  • 4 ist ein erläuterndes Diagramm eines Problems, das mit einer Nebenschlussstromdetektion in Wechselrichtern in zwei Systemen zusammenhängt.
  • 5 zeigt Nebenschlussstromwellenformen der Wechselrichter in den beiden Systemen gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 6 ist ein Auslegungsschaltbild eines elektrischen Leistungswandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • 7 zeigt eine Beziehung zwischen einem Ansteuersignal und einer Nebenschlussstromwellenform für einen Wechselrichter in einem System.
  • 8 zeigt Nebenschlussstromwellenformen von Wechselrichtern in zwei Systemen gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • 9 ist ein Auslegungsschaltbild eines elektrischen Leistungswandlers gemäß einer vierten Ausführungsform.
  • 10 ist ein Auslegungsschaltbild einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
  • Ausführungsweisen der Erfindung
  • Ausführungsformen eines elektrischen Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Erfindung werden hier im Nachstehenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass in den Zeichnungen dieselben Elemente mit denselben Bezugszahlen bezeichnet werden und eine wiederholende Beschreibung weggelassen wird.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 zeigt ein Auslegungsschaltbild einer Ansteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Die Ansteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Motor 1, der erste Wicklungen 11 und zweite Wicklungen aufweist, die voneinander unabhängig sind, einen ersten Wechselrichter 21, der mit den ersten Wicklungen 11 verbunden ist, einen zweiten Wechselrichter 22, der mit den zweiten Wicklungen 12 verbunden ist, einen Steuerteil 3, der den ersten Wechselrichter 21 und den zweiten Wechselrichter 22 steuert, um angesteuert zu werden, und eine GS-Leistungsversorgung 4, die mit dem ersten Wechselrichter 21 und dem zweiten Wechselrichter 22 verbunden ist.
  • Im Motor 1 legen die ersten Wicklungen 11 und die zweiten Wicklungen 12 einen Magnetkreis aus, in dem ein Rotor zwischen den ersten Wicklungen 11 und den zweiten Wicklungen 12 über einen Stator miteinander geteilt wird. Der Steuerteil 3 gibt ein Ansteuersignal 31 an den ersten Wechselrichter 21 aus und gibt ein Ansteuersignal 32 an den zweiten Wechselrichter 22 aus. Die GS-Leistungsversorgung 4 kann eine Batterie sein, die eine GS-Energie ausgeben kann, oder kann einen Glättungskondensator aufweisen, der eine Schwankung in der GS-Ausgangsleistung unterdrückt.
  • Ein erster Stromdetektionsteil 41 ist zwischen die GS-Leistungsversorgung 4 und den ersten Wechselrichter 21 geschaltet. Zusätzlich ist ein zweiter Stromdetektionsteil 42 zwischen die GS-Leistungsversorgung 4 und den zweiten Wechselrichter 22 geschaltet. Ausgangssignale aus dem ersten Stromdetektionsteil 41 und dem zweiten Stromdetektionsteil 42 werden in den Steuerteil 3 eingegeben. Der erste Stromdetektionsteil 41 und der zweite Stromdetektionsteil 42 sind jeweils mit einem Stromdetektor, wie einem Nebenschlusswiderstand oder einem DCCT, ausgelegt, der einen GS-Strom detektiert.
  • 2 ist ein Schaltbild eines dreiphasigen Wechselrichters. Ein in 2 gezeigter dreiphasiger Wechselrichter 2 repräsentiert eine Schaltungsauslegung jedes von dem ersten Wechselrichter 21 und dem zweiten Wechselrichter 22. Der dreiphasige Wechselrichter 2 ist durch eine dreiphasige Brückenverbindung von Schaltelementen, wie IGBTs oder MOSFETs, ausgelegt. Es ist definiert, dass GS-seitige Anschlüsse des dreiphasigen Wechselrichters 2 ein P-Anschluss und ein N-Anschluss sind, und dass WS-seitige Anschlüsse davon ein U-Anschluss, ein V-Anschluss und ein W-Anschluss sind.
  • Der dreiphasige Wechselrichter 2 umfasst U-Phasenzweige, in denen Schaltelemente Sup und Sun in Serie geschaltet sind, V-Phasenzweige, in denen Schaltelemente Svp und Svn in Serie geschaltet sind, und W-Phasenzweige, in denen Schaltelemente Swp und Swn in Serie geschaltet sind. Der U-Anschluss ist mit einem Verbindungspunkt zwischen Sup und Sun verbunden. Der V-Anschluss ist mit einem Verbindungspunkt zwischen Svp und Svn verbunden. Der W-Anschluss ist mit einem Verbindungspunkt zwischen Swp und Swn verbunden.
  • Der P- und N-Anschluss des ersten Wechselrichters 21 sind mit der GS-Leistungsversorgung 4 über den ersten Stromdetektionsteil 41 verbunden. Der P- und N-Anschluss des zweiten Wechselrichters 22 sind mit der GS-Leistungsversorgung 4 über den zweiten Stromdetektionsteil 42 verbunden. Der U-, V- und W-Anschluss des ersten Wechselrichters 21 sind mit den ersten Wicklungen 11 verbunden. Der U-, V- und W-Anschluss des zweiten Wechselrichters 22 sind mit den zweiten Wicklungen 12 verbunden.
  • 3 ist ein erläuterndes Diagramm von Nebenschlusswellenformen vor und nach der Impulsverschiebung. Momentanwerte von dreiphasigen Spannungsbefehlswerten sind in einer absteigenden Reihenfolge der Größe angeordnet, und eine Phase, in welcher der Momentanwert ein Maximalwert ist, eine Phase, in welcher der Momentanwert ein zweitgrößter Wert ist, und eine Phase, in welcher der Momentanwert ein drittgrößter Wert ist, werden hier im Nachstehenden als maximale Spannungsphase, Zwischenspannungsphase bzw. minimale Spannungsphase bezeichnet. Die maximale Spannungsphase, die Zwischenspannungsphase und die minimale Spannungsphase werden hier im Nachstehenden als R-Phase, S-Phase bzw. T-Phase bezeichnet.
  • In 3 sind die dreiphasigen Spannungsbefehlswerte, die durch gestrichelte Linien angezeigt werden, Werte vor der Impulsverschiebung, und jene, die durch durchgehende Linien angezeigt werden, sind Werte nach der Impulsverschiebung. Ein Fall, in dem eine Spannungsdifferenz zwischen der maximalen Spannungsphase und der Zwischenspannungsphase und eine Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenspannungsphase und der minimalen Spannungsphase jeweils kleiner sind als ein erster vorherbestimmter Wert, der notwendig ist, um eine ausreichende Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauer zu erhalten, wird hier berücksichtigt. In 3 sind hinsichtlich der dreiphasigen Spannungsbefehlswerte vor der Korrektur, die durch die gestrichelten Linien angezeigt werden, die Spannungsdifferenz zwischen der maximalen Spannungsphase (R-Phase) und der Zwischenspannungsphase (S-Phase) und die Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenspannungsphase (S-Phase) und der minimalen Spannungsphase (T-Phase) jeweils kleiner als der erste vorherbestimmte Wert. Zu dieser Zeit ist eine Impulsbreite eines Nebenschlussstroms vor der Korrektur, die in 3 in einer abgestuften Form angezeigt wird, kleiner als eine vorherbestimmte Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauer.
  • In diesem Fall wird ein Korrekturbetrag zu den Spannungsbefehlswerten derart hinzugefügt, dass die dreiphasigen Spannungsbefehlswerte, die durch die durchgehenden Linien in 3 angezeigt werden, d. h. derart, dass die Spannungsdifferenz zwischen der maximalen Spannungsphase (R-Phase) und der Zwischenspannungsphase (S-Phase) und die Spannungsdifferenz zwischen der Zwischenspannungsphase (S-Phase) und der minimalen Spannungsphase (T-Phase), jeweils gleich dem ersten vorherbestimmten Wert sind. Eine Impulsbreite eines Nebenschlussstroms nach der Korrektur wird dadurch gleich der Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauer. Sobald die Nebenschluss-Detektionszeitdauer sichergestellt werden kann, kann der Nebenschlussstrom nach Abklingen des Überschwingens detektiert werden, und ein detektierter Strom ISHT1 ist ein Phasenstrom I(R) der R-Phase. Das Gleiche gilt für die T-Phase, welche die minimale Spannungsphase ist; ein Nebenschlussstrom ISHT2, der durch die Korrektur der Spannungsbefehlswerte detektiert wird, ist ein Phasenstrom I(T) der T-Phase. Dreiphasige Ströme werden bestimmt, indem I(S) aus den detektierten I(R) und I(T) erhalten wird, wie durch die Gleichung (1) dargestellt.
  • [Gleichung 1]
    • I(S) = –{I(R) + I(T)} (1)
  • Es wird angemerkt, dass das Hinzufügen des Korrekturbetrags bedeutet, dass Spannungen, die von den ursprünglichen Spannungsbefehlswerten verschieden sind, angelegt werden. Daher wird eine Addition von den Spannungsbefehlswerten subtrahiert, wodurch bewirkt wird, dass ein Mittelwert der Spannungsbefehlswerte nach der Korrektur mit Spannungen vor der Korrektur übereinstimmt, und bewirkt wird, dass die angelegte Spannung gleich einem Soll-Spannungsbefehlswert ist. In 3 wird der Korrekturbetrag in die Hälfte geteilt, um jeder von einer ersten Hälfte und einer zweiten Hälfte einer Trägerperiode zu entsprechen, zu dem der Korrekturbetrag hinzugefügt wird, wodurch eine Subtraktion vorgenommen wird. Die Subtraktion ist ausreichend, wenn der Mittelwert der Spannungsbefehlswerte nach der Korrektur mit den Spannungsbefehlswerten vor der Korrektur übereinstimmt, und die Addition und Subtraktion können für jede Halbperiode der Trägerperiode wiederholt werden. Wie aus 3 hervorgeht, ist der Korrekturbetrag eine harmonische Komponente für die Spannungsbefehlswerte. Wegen der Harmonischen wird der Korrekturbetrag häufig ein elektromagnetisches Rauschen in Abhängigkeit von einer Frequenz der zu überlagernden Harmonischen. Um dieses Problem zu behandeln, ist es notwendig, eine Rauschlosigkeit aufrechtzuerhalten, indem ein Betrag der Überlagerung auf einem Minimum gehalten wird.
  • 4 ist ein erläuterndes Diagramm eines Problems, das mit einer Nebenschlussstromdetektion in den dreiphasigen Wechselrichtern in den beiden Systemen zusammenhängt. Mit Bezugnahme auf 4(a) und 4(b) werden zuerst Nebenschlussstromwellenformen in einem Fall eines synchronen Ansteuerns des ersten Wechselrichters 21 und des zweiten Wechselrichters 22 beschrieben. 4(a) zeigt eine Nebenschlussstromwellenform des ersten Wechselrichters 21, und 4(b) zeigt eine Nebenschlussstromwellenform des zweiten Wechselrichters 22. 4 zeigt nur Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauern innerhalb einer Halbperiode einer Trägerperiode Tc.
  • In 4(a) wird eine Impulsbreite des Nebenschlussstroms des ersten Wechselrichters 21 innerhalb einer Zeit sichergestellt, die eine Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauer Tsht1 ist, und innerhalb welcher jede von I1(R) und I1(T) detektiert wird. In 4(b) wird die Verzögerungszeit vom Anstieg des Nebenschlussstroms, der in 4(a) gezeigt ist, mit Tdelay bezeichnet, und Nebenschlussströme des zweiten Wechselrichters 22 sind gezeigt. Was die in 4(a) und 4(b) gezeigten Nebenschlussströme betrifft, verschieben sich die Zeitdauern Tsht1 des ersten Wechselrichters von den Zeitdauern Tsht1 des zweiten Wechselrichters um Tdelay, so dass I1(T) des ersten Wechselrichters und I2(R) und I2(T) des zweiten Wechselrichters nicht detektiert werden können.
  • Um dieses Problem zu lösen, wird eine Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauer Tsht2, die durch Addieren von Tdelay mit Tsht1 erhalten wird, neu definiert, wie durch die Gleichung (2) dargestellt.
  • [Gleichung 2]
    • Tsht2 = Tsht1 + Tdelay (2)
  • 4(c) zeigt eine Nebenschlussstromwellenform des ersten Wechselrichters 21, für welche die Zeitdauern Tsht2 sichergestellt werden, und 4(d) ist eine Nebenschlussstromwellenform des zweiten Wechselrichters 22, für welche die Zeitdauern Tsht2 sichergestellt werden. Die Nebenschlussströme des zweiten Wechselrichters 22 werden insbesondere zur Zeitgebung der Sicherstellung der Zeitdauern Tsht1 detektiert, die in 4(d) gezeigt sind. Daher ist es möglich, die Nebenschlussströme ohne den Einfluss des Überschwingens zu detektieren. Mit diesem Verfahren ist jedoch ein Korrekturbetrag für Tsht2 notwendig, und Tsht2 wird redundant verglichen mit Tsht1, was nachteilig das elektromagnetische Rauschen erhöht, verglichen mit einem Fall des Sicherstellens von Tsht1.
  • 5 zeigt Nebenschlussstromwellenformen der Wechselrichter in den beiden Systemen gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 5(a) zeigt eine Nebenschlussstromwellenform des ersten Wechselrichters 21, und 5(b) zeigt eine Nebenschlussstromwellenform des zweiten Wechselrichters 22. In 5(a) ist eine Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauer mit T1 bezeichnet, und eine andere Nebenschlussstrom-Leitzeitdauer als die Zeitdauer T1 ist mit T2 bezeichnet. Ebenso ist in 5(b) eine Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauer mit T3 bezeichnet, und eine andere Nebenschlussstrom-Leitzeitdauer als die Zeitdauer T3 ist mit T4 bezeichnet.
  • Eine Kombination der Zeitdauern T1 und T2 des ersten Wechselrichters 21 ist eine durch Koppeln der Zeitdauer T1, in der die Impulsbreite verbreitert wird, um den Nebenschlussstrom zu detektieren, mit der Zeitdauer T2, in der die Impulsbreite reduziert wird, um zu bewirken, dass der Mittelwert der Spannungsbefehlswerte nach der Korrektur mit den Spannungsbefehlswerten vor der Korrektur übereinstimmt. Die Zeitdauer T2 wird in einer ersten Halbperiode der Trägerperiode reduziert, während die Zeitdauer T1 in einer zweiten Halbperiode Tc/2 davon verbreitert wird, wodurch es möglich ist, eine Zeitdauer sicherzustellen, in welcher der Nebenschlussstrom nicht geleitet wird.
  • Die Zeitdauern T3 und T4 des zweiten Wechselrichters 22 sind Zeitdauern, in denen der Nebenschlussstrom geleitet wird, und welche die Zeitdauern T1 und T2 des ersten Wechselrichters 21 nicht überlappen. Spezifischer wird die Zeitdauer T3, in welcher der Nebenschlussstrom des zweiten Wechselrichters 22 detektiert wird, mit der Zeitdauer T2 kombiniert, in der die Impulsbreite in der ersten Halbperiode der Trägerperiode reduziert wird. Die Zeitdauer T4, in der die Impulsbreite reduziert wird, wird mit der Zeitdauer T1 kombiniert, in der die Impulsbreite in der zweiten Halbperiode der Trägerperiode verbreitert wird.
  • Dadurch ist es möglich, die Ein-Zeitgebung und Aus-Zeitgebung der Schaltelemente zu verschieben, die eine Störung der Stromdetektion aus den Zeitdauern T1 und T3 verursachen, in denen die Nebenschlussströme detektiert werden, so dass es möglich ist, genaue Stromwerte zu detektieren. Zusätzlich ist es dadurch möglich, den Korrekturbetrag zu minimieren und eine Erhöhung des elektromagnetischen Rauschens zu unterdrücken.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 6 zeigt eine Auslegung einer Ansteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. 6 zeigt eine derartige Auslegung, dass ein Stromdetektionsteil 40 zwischen dem ersten Wechselrichter 21 und dem zweiten Wechselrichter 22 gemeinsam genutzt wird, verschieden von der Auslegung von 1. Mit der vorliegenden Auslegung werden WS-Impulsströme des ersten Wechselrichters 21 und des zweiten Wechselrichters 22 zum Stromdetektionsteil 40 geleitet, der mit einem Nebenschlusswiderstand oder dgl. ausgelegt ist. Bei der Ein-Zeitgebung und Aus-Zeitgebung der Schaltelemente, die in 4 gezeigt sind, ist eine Amplitude des Nebenschlussstroms ein Wert, der durch das Addieren der Ströme des ersten Wechselrichters 21 und des zweiten Wechselrichters 22 miteinander erhalten wird, und der nicht separierbar ist. Zur zeitlich geteilten Ein-Zeitgebung und Aus-Zeitgebung der Schaltelemente, die in 5 gezeigt sind, werden jedoch die Ströme des ersten Wechselrichters 21 und des zweiten Wechselrichters 22 bei einer unterschiedlichen Zeitgebung geleitet, so dass die Amplitude des Nebenschlussstroms nicht der addierte Wert ist, sondern separierbar ist. Die Verwendung dieser Charakteristik ermöglicht, dass die Ströme des ersten Wechselrichters 21 und des zweiten Wechselrichters 22 aus dem gemeinsamen Stromdetektionsteil 40 erhalten werden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Stromdetektionsteile der Nebenschlusswiderstände oder dgl., die einzeln für den ersten Wechselrichter 21 und den zweiten Wechselrichter 22 notwendig sind, auf den gemeinsamen Stromdetektionsteil 40 geändert werden, der zwischen dem ersten Wechselrichter 21 und dem zweiten Wechselrichter 22 gemeinsam genutzt wird. Daher ist es möglich, eine Kostenreduktion durch die Reduktion der Anzahl von Komponenten und eine Größenreduktion durch die Reduktion einer Fläche für die Installation von Mustern und Komponenten zu erzielen.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 7 zeigt eine Beziehung zwischen einem Ansteuersignal und einer Nebenschlussstromwellenform für einen Wechselrichter in einem bestimmen System. 7 zeigt Ein-Zustände und Aus-Zustände der Schaltelemente Sup, Sun, Svp, Svn, Swp und Swn in Momenten, in denen eine U-Phase die maximale Spannungsphase (R-Phase) wird, eine V-Phase die Zwischenspannungsphase (S-Phase) wird, und eine W-Phase die minimale Spannungsphase (T-Phase) wird. In 7 repräsentiert „1”, dass das Schaltelement eingeschaltet ist, und „0” repräsentiert, dass das Schaltelement ausgeschaltet ist.
  • Mit der Schaltungsauslegung von 1 oder 6 werden die Schaltelemente, die den Wechselrichter auslegen, ansprechend auf das Ansteuersignal 31 oder 32 umgeschaltet. Wenn die oberen Zweige Sup, Svp und Swp aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand umgeschaltet werden, werden die unteren Zweige Sun, Svn und Swn, kombiniert mit den oberen Zweigen, aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand umgeschaltet. Das Umschalten zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand zu dieser Zeit wird als Flanke bezeichnet. Teile einer Flankenzeitgebung der Nebenschlussströme relativ zu den Impulsströmen umfassen eine maximale Phasenflanke, eine Zwischenphasenflanke und eine minimale Phasenflanke, die in einer untersten Ebene von 7 gezeigt ist.
  • 8 zeigt Nebenschlussstromwellenformen der Wechselrichter in den beiden Systemen gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 8 zeigt sowohl die Zeitgebung der Detektion des Nebenschlussstroms als auch die Flankenzeitgebung. 8(a) zeigt die Nebenschlussstromwellenform des ersten Wechselrichters 21, und 8(b) zeigt die Nebenschlussstromwellenform des zweiten Wechselrichters 22.
  • In 8 sind die Teile der Flankenzeitgebung die maximale Phasenflanke, die Zwischenphasenflanke und die minimale Phasenflanke in einer aufsteigenden Reihenfolge der Zeit des Auftretens. Um die Nebenschlussströme zu detektieren, sind die Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauern Tsht1 notwendig, und es ist wichtig zu verhindern, dass die Flankenzeitgebung des ersten Wechselrichters 21 und des zweiten Wechselrichters 22 in diesen Zeitdauern auftritt. Um die Herausforderung zu bewältigen, werden Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauern Tsht1 jeweils von einer späteren Zeit des Auftretens auf eine frühere Zeit des Auftretens festgelegt, die zwei Teile benachbarter Flankenzeitgebungen sind. In 8 wird unter den Teilen der Flankenzeitgebung des ersten Wechselrichters 21 eine Zeitdauer von der Zwischenphasenflanke zur maximalen Phasenflanke mit Tedge1 bezeichnet, und eine Zeitdauer von der minimalen Phasenflanke zur Zwischenphasenflanke wird mit Tedge2 bezeichnet. Ähnlich werden unter den Teilen der Flankenzeitgebung des zweiten Wechselrichters 22 Zeitdauern Tedge3 und Tedge4 definiert. Es ist möglich, die Nebenschlussströme genau zu detektieren, indem verhindert wird, dass die Flankenzeitgebung sowohl des ersten Wechselrichters 21 als auch des zweiten Wechselrichters 22 innerhalb der Zeitdauern Tedge1 bis Tedge4 auftreten.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Störung zwischen den Systemen durch die Nebenschlussstrom-Detektionszeitdauern Tsht1 zu vermeiden, und es ist möglich, genaue Stromwerte zu erfassen und letztlich den elektrischen Leistungswandler mit hoher Leistung zu steuern.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • 9 ist ein Auslegungsschaltbild einer Ansteuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform. 9 zeigt eine derartige Auslegung, dass die ersten Wicklungen 11 des Motors 1 gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform von dem ersten Wechselrichter 21 und dem zweiten Wechselrichter 22 gemeinsam genutzt werden. Mit dieser Auslegung werden der erste Wechselrichter 21 und der zweite Wechselrichter 22 parallel geschaltet, und Stromkapazitäten der Wechselrichter können addiert werden, um verdoppelt zu werden.
  • Dreiphasige WS-Ausgänge aus dem ersten Wechselrichter 21 werden von dem ersten Stromdetektionsteil 41 detektiert, und dreiphasige WS-Ausgänge aus dem zweiten Wechselrichter 22 werden von dem zweiten Stromdetektionsteil 42 detektiert.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • 10 ist ein Auslegungsblockschaltbild einer elektrischen Servolenkvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform. Die elektrische Servolenkvorrichtung betätigt ein Lenkrad 201, wodurch ein Lenkmechanismus 204 über einen Drehmomentsensor 202 und einen Lenkunterstützungsmechanismus 203 betätigt wird, Räder 205 zum Rollen gebracht werden, um eine Richtung der Räder 205 zu ändern, und eine Fahrzeugbewegungsrichtung gelenkt wird. Der Lenkunterstützungsmechanismus 203 gibt eine Lenkkraft zum Betätigen des Lenkmechanismus 204 durch eine resultierende Kraft zwischen einer manuell erzeugten Lenkkraft des Lenkrads 201 und einer leistungsunterstützten Lenkkraft, die von einer Ansteuervorrichtung 100 erhalten wird, aus. Ein elektrischer Leistungswandler 101 der Ansteuervorrichtung 100 bestimmt eine Unterdeckung der manuellen Lenkkraft aus einem Ausgangssignal, das von dem Drehmomentsensor 202 erhalten wird, als die leistungsunterstützte Lenkkraft, und die Ansteuervorrichtung 100 steuert einen Motor 102 an.
  • Der Motor 102 in 10 entspricht dem Motor 1 in 1, 6, 9 und dgl. Ferner entspricht der elektrische Leistungswandler 101 in 10 Wechselrichterteilen und dem Steuerteil in 1, 6, 9 und dgl.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden Detektionswerte von Nebenschlussströmen des elektrischen Leistungswandlers 101 genau detektiert, wodurch es möglich wird, den Motor 102 mit hoher Leistung anzusteuern, und letztendlich die leistungsunterstützte Lenkkraft in Bezug auf ein Betätigungsausmaß des Lenkrads 201 problemlos zu erzeugen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    11
    erste Wicklungen
    12
    zweite Wicklungen
    2
    dreiphasiger Wechselrichter
    21
    erster Wechselrichter
    22
    zweiter Wechselrichter
    3
    Steuerteil
    31
    Ansteuersignal
    32
    Ansteuersignal
    4
    GS-Leistungsversorgung
    40
    Stromdetektionsteil
    41
    erster Stromdetektionsteil
    42
    zweiter Stromdetektionsteil
    100
    Ansteuervorrichtung
    101
    elektrischer Leistungswandler
    102
    Motor
    201
    Lenkrad
    202
    Drehmomentsensor
    203
    Lenkunterstützungsmechanismus
    204
    Lenkmechanismus
    205
    Rad

Claims (10)

  1. Elektrischer Leistungswandler, umfassend: einen ersten Wechselrichter; einen zweiten Wechselrichter, der vom ersten Wechselrichter verschieden ist; einen ersten Stromdetektionsteil, der einen GS-Strom des ersten Wechselrichters detektiert; einen zweiten Stromdetektionsteil, der einen GS-Strom des zweiten Wechselrichters detektiert; und einen Steuerteil, der den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter steuert, um auf der Basis des Stroms, der von dem ersten Stromdetektionsteil oder dem zweiten Stromdetektionsteil detektiert wird, angesteuert zu werden, wobei eine vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer, in der der erste Stromdetektionsteil den GS-Strom des ersten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert wird, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer mindestens eine Zeitgebung des Umschaltens zwischen einer Ein-Zeitgebung und einer Aus-Zeitgebung eines Schaltelements nicht überlappt, das den zweiten Wechselrichter auslegt.
  2. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 1, wobei der Steuerteil den ersten Wechselrichter steuert, derart angesteuert zu werden, dass eine Leitzeitdauer, in der ein Strom zum ersten Stromdetektionsteil während einer Halbperiode einer Trägerperiode geleitet wird, gleich einer oder länger als eine Zeitdauer ist, die für den ersten Stromdetektionsteil notwendig ist, um den Strom zu detektieren, und die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer des ersten Stromdetektionsteils die Zeitdauer ist, die notwendig ist, um den Strom zu detektieren.
  3. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer, in der der erste Stromdetektionsteil den GS-Strom des ersten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert wird, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer eine Zeitdauer nicht überlappt, in der ein Strom zum zweiten Stromdetektionsteil geleitet wird.
  4. Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer, in der der zweite Stromdetektionsteil den GS-Strom des zweiten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert wird, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer mindestens eine Zeitgebung des Umschaltens zwischen einer Ein-Zeitgebung und einer Aus-Zeitgebung eines Schaltelements nicht überlappt, das den ersten Wechselrichter auslegt.
  5. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 4, wobei der Steuerteil den zweiten Wechselrichter steuert, derart angesteuert zu werden, dass eine Leitzeitdauer, in der ein Strom zum zweiten Stromdetektionsteil während einer Halbperiode einer Trägerperiode geleitet wird, gleich einer oder länger als eine Zeitdauer ist, die für den zweiten Stromdetektionsteil notwendig ist, um den Strom zu detektieren, und die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer des zweiten Stromdetektionsteils die Zeitdauer ist, die notwendig ist, um den Strom zu detektieren.
  6. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 4 oder 5, wobei die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer, in der der zweite Stromdetektionsteil den GS-Strom des zweiten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert wird, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer eine Zeitdauer nicht überlappt, in welcher der Strom zum ersten Stromdetektionsteil geleitet wird.
  7. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 6, wobei, wenn die Trägerperiode in eine erste Zeitdauer und eine zweite Zeitdauer geteilt wird, die jeweils einer Halbperiode entsprechen, der Steuerteil den ersten Wechselrichter steuert, derart angesteuert zu werden, dass eine Zeitdauer, in welcher der Strom zum ersten Stromdetektionsteil innerhalb der zweiten Zeitdauer geleitet wird, länger ist als eine Zeitdauer, in welcher der Strom zum ersten Stromdetektionsteil innerhalb der ersten Zeitdauer geleitet wird, und der Steuerteil ferner den zweiten Wechselrichter steuert, derart angesteuert zu werden, dass eine Zeitdauer, in welcher der Strom zum zweiten Stromdetektionsteil innerhalb der zweiten Zeitdauer geleitet wird, kürzer ist als eine Zeitdauer, in welcher der Strom zum zweiten Stromdetektionsteil innerhalb der ersten Zeitdauer geleitet wird.
  8. Elektrischer Leistungswandler nach Anspruch 1, umfassend: einen Stromdetektionsteil, der als der erste Stromdetektionsteil funktioniert und als der zweite Stromdetektionsteil funktioniert, wobei eine vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer, in der der Stromdetektionsteil den GS-Strom des ersten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert wird, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer eine Zeitdauer nicht überlappt, in der ein Strom zum zweiten Stromdetektionsteil geleitet wird, und eine vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer, in der der Stromdetektionsteil den GS-Strom des zweiten Wechselrichters detektiert, derart gesteuert wird, dass die vorherbestimmte Stromdetektionszeitdauer eine Zeitdauer nicht überlappt, in der ein Strom zum ersten Stromdetektionsteil geleitet wird.
  9. Elektrischer Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Wechselrichter mit ersten Wicklungen einer rotierenden elektrischen Maschine verbunden ist, der zweite Wechselrichter mit zweiten Wicklungen verbunden ist, die unabhängig von den ersten Wicklungen der rotierenden elektrischen Maschine vorgesehen sind, und ein Ausgang aus dem ersten Wechselrichter unabhängig von einem Ausgang aus dem zweiten Wechselrichter gesteuert wird.
  10. Elektrische Servolenkvorrichtung, umfassend: den elektrischen Leistungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und eine rotierende elektrische Maschine, wobei die Ausgangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine vom elektrischen Leistungswandler gesteuert wird, und die rotierende elektrische Maschine das Lenken durch die Ausgangsleistung unterstützt.
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