DE112016003132T5

DE112016003132T5 - Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine, Arbeitsmaschine und Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE112016003132T5
Application number: DE112016003132.7T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Yamada
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-03-29
Also published as: JP6883524B2; JPWO2017111101A1; WO2017111101A1

Abstract

Bei der Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine mit zwei oder mehr Phasen legt eine Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine eine Spannung an, die einen Zyklus aufweist, der aufweist: eine erste Periode, in der eine erste Spannung an eine Wicklung jeder in der rotierenden elektrischen Maschine enthaltenen Phase angelegt wird; eine zweite Periode, in der an die Wicklung nach der ersten Periode eine Spannung von Null angelegt wird; eine dritte Periode, in der eine zweite Spannung in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung der ersten Spannung an die Wicklung nach der zweiten Periode angelegt wird; und eine vierte Periode, in der eine Spannung an die Wicklung nach der dritten Periode oder vor der ersten Periode angelegt wird, wobei die Steuervorrichtung die zweite Periode auf einen Wert zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert steuert, der größer als der erste Wert ist, und durch Teilen des einen Zyklus durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine, eine Arbeitsmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine. Hintergrund
Ein geschalteter Reluktanzmotor ist als eine dreiphasige rotierende elektrische Maschine bekannt. Die Patentliteratur 1 beschreibt beispielsweise eine Technik zur Steuerung eines geschalteten Reluktanzmotors.
Zitatenliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2014-233185

Zusammenfassung
Technisches Problem
Die rotierende elektrische Maschine, wie etwa der geschaltete Reluktanzmotor, kann aufgrund der elektromagnetischen Kraft, die zwischen einem Stator und einem Rotor insbesondere in einer radialen Richtung erzeugt wird, große Vibrationen und Geräusche erfahren. Darüber hinaus verringert ein Eisenverlust des Stators und des Rotors der rotierenden elektrischen Maschine den Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine. Die Effizienz eines Treibers der rotierenden elektrischen Maschine wird ebenso stark durch einen Schaltverlust reduziert, wenn das Schalten mehrmals durchgeführt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verringerung der Effizienz einer rotierenden elektrischen Maschine und deren Rauschen durch einfache Steuervorrichtung unabhängig von den Antriebsbedingungen, wie etwa der Spannung einer Gleichstromversorgung, zuverlässig zu verhindern.
Lösung für das Problem
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert eine Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei die Steuervorrichtung eine rotierende elektrische Maschine mit zwei oder mehr Phasen steuert, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist zum: Anlegen einer Spannung mit einem Zyklus, der eine erste Periode aufweist, in der eine Flussverkettung erhöht wird, indem eine erste Spannung an eine Wicklung jeder Phase, die in der rotierenden elektrischen Maschine enthalten ist, angelegt wird, eine zweite Periode, in der die Flussverkettung durch Anlegen einer Nullspannung an die Wicklung nach der ersten Periode beibehalten wird, eine dritte Periode, in der die Flussverkettung verringert wird, indem eine zweite Spannung in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung der ersten Spannung an die Wicklung nach der zweiten Periode angelegt wird, und eine vierte Periode, in der die Flussverkettung durch Anlegen einer Nullspannung an die Wicklung von der dritten Periode bis zur ersten Periode eines nächsten Zyklus beibehalten wird; und Steuern der zweiten Periode auf einen Wert zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert, der größer als der erste Wert ist, und durch Dividieren des einen Zyklus durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode gleich dem zweiten Wert ist.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass die zweite Periode auf den ersten Wert festgelegt wird, wenn eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode den zweiten Wert überschreitet.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode erhöht werden soll, indem eine Steuervorrichtung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer als Null ist, um zu bewirken, dass durch die Wicklung kontinuierlich ein Strom fließt, das Umschalten der Periode von der dritten Periode zu der vierten Periode vorverlegt wird, oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, ein Ende der dritten Periode in die vierte Periode geändert wird.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode verringert werden soll, indem eine Steuerung in dem Zustand durchgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer als Null ist, um zu bewirken, dass durch die Wicklung kontinuierlich ein Strom fließt, das Umschalten der Periode von der vierten Periode zu der ersten Periode des nächsten Zyklus verzögert wird oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, ein Beginn der ersten Periode des nächsten Zyklus in die vierte Periode geändert wird.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass beim Ändern von zumindest einem von einer Drehzahl und einem Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment und ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl an einem Mittelpunkt der zweiten Periode begrenzt werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Arbeitsmaschine: einen geschalteten Reluktanzmotor mit zwei oder mehr Phasen, d. h. die rotierende elektrische Maschine mit zwei oder mehr Phasen; und die Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine mit zwei oder mehr Phasen, wobei das das Verfahren aufweist: Anlegen einer Spannung mit einem Zyklus, der eine erste Periode aufweist, in der eine Flussverkettung durch Anlegen einer ersten Spannung an eine Wicklung jeder Phase, die in der rotierenden elektrischen Maschine enthalten ist, erhöht wird, eine zweite Periode, in der die Flussverkettung beibehalten wird, indem nach der ersten Periode eine Spannung an die Wicklung angelegt wird, eine dritte Periode, in der die Flussverkettung durch Anlegen nach der zweiten Periode einer zweiten Spannung in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung der ersten Spannung an die Wicklung verringert wird, und eine vierte Periode aufweist, in der die Flussverkettung durch Anlegen einer Nullspannung an die Wicklung von der dritten Periode bis zu der ersten Periode eines nächsten Zyklus beibehalten wird; und Steuern der zweiten Periode auf einen Wert zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert, der größer als der erste Wert ist und durch Dividieren des einen Zyklus durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode gleich dem zweiten Wert ist.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass die zweite Periode auf den ersten Wert festgelegt ist, wenn eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode den zweiten Wert überschreitet.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode erhöht werden soll, indem eine Steuerung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer als Null ist, um zu bewirken, dass durch die Wicklung kontinuierlich ein Strom fließt, das Umschalten der Periode von der dritten Periode zu der vierten Periode vorverlegt wird, oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, ein Ende der dritten Periode in die vierte Periode geändert wird.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode verringert werden soll, indem eine Steuerung in dem Zustand durchgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer als Null ist, um zu bewirken, dass durch die Wicklung kontinuierlich ein Strom fließt, das Umschalten der Periode von der vierten Periode zu der ersten Periode des nächsten Zyklus verzögert wird oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, ein Beginn der ersten Periode des nächsten Zyklus in die vierte Periode geändert wird.
In der Ausführungsform ist es zu bevorzugen, dass beim Ändern zumindest einem von einer Drehzahl und einem Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment und ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl an einem Mittelpunkt der zweiten Periode begrenzt werden. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann zuverlässig eine Verringerung der Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine und deren Rauschen durch einfache Steuervorrichtung unabhängig von den Antriebsbedingungen, wie etwa der Spannung der Gleichstromversorgung, verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine rotierende elektrische Maschine mit zwei oder mehr Phasen nach der vorliegenden Ausführungsform und eine Steuervorrichtung, die die rotierende elektrische Maschine steuert, darstellt.
2 ist eine Vorderansicht, die die rotierende elektrische Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Treibers nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Diagramm, das eine Positionsbeziehung zwischen einem Stator und einem Rotor der rotierenden elektrischen Maschine darstellt.
5A ist ein Graph zur Erläuterung eines Beispiels einer Steuerung, die von der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.
5B ist ein Graph zur Erläuterung eines Beispiels einer Steuerung, die von der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.
6 ist ein Graph zur Erläuterung eines Beispiels einer Steuerung, die von der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.
7 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Treibers, der auf der Grundlage eines Befehls von der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform arbeitet.
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Treibers, der auf der Grundlage eines Befehls von der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform arbeitet.
9 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Treibers, der auf der Grundlage eines Befehls von der Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform arbeitet.
10 ist ein Satz von Diagrammen, die ein Beispiel eines Drehwinkels darstellen, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass ein Drehmoment erzeugt wird, und ein Beispiel des Drehwinkels, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass ein Drehmoment erzeugt wird.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Erregungskraft für jede von der A-Phase, B-Phase und C-Phase in der Steuerung darstellt, in der ein Strom, der durch eine Wicklung fließt, eine rechteckige Wellenform aufweist.
12 ist ein Graph, der ein Beispiel der Erregungskraft für jede von der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase in einem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform durch die Steuervorrichtung darstellt.
13 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Stroms darstellt, der durch jede Phase fließt, wenn die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform die rotierende elektrische Maschine steuert.
14 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Strom, der durch eine Wicklung fließt, und einem elektrischen Winkel zum Zeitpunkt einer kontinuierlichen Erregung mit einer auf null gesetzten vierten Periode veranschaulicht.
15 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem durch die Wicklung fließenden Strom und dem elektrischen Winkel zur Zeit der kontinuierlichen Erregung mit der auf null gesetzten vierten Periode darstellt.
16 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem durch die Wicklung fließenden Strom und einer Flussverkettung zum Zeitpunkt der kontinuierlichen Erregung mit der auf null gesetzten vierten Periode darstellt.
17 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem durch die Wicklung fließenden Strom und der Flussverkettung zum Zeitpunkt der kontinuierlichen Erregung darstellt, wobei die vierte Periode auf null gesetzt ist.
18 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Wicklung in einer Phase der rotierenden elektrischen Maschine fließt, und dem elektrischen Winkel veranschaulicht.
19 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem durch die Wicklung in der A-Phase, B-Phase und C-Phase der rotierenden elektrischen Maschine fließenden Strom und dem elektrischen Winkel darstellt.
20 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Ergebnisses des Änderns des Drehmoments bei festgelegter Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine zeigt, wobei das Beispiel als eine Beziehung zwischen der Flussverkettung und dem Strom, der durch die Wicklung in einem Mittelpunkt des Rückflusses fließt, ausgedrückt wird.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Arbeitsmaschine zeigt, die die Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine aufweist, die das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform implementiert.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Modus (eine Ausführungsform) zum Ausführen der vorliegenden Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Dreiphasige rotierende elektrische Maschine>
1 ist ein Diagramm, das eine rotierende elektrische Maschine 1 mit zwei oder mehr Phasen nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt, und eine Steuervorrichtung 5, die die rotierende elektrische Maschine steuert. Die rotierende elektrische Maschine ist eine elektromagnetische Maschine, die den Betrieb eines Motors und den Betrieb eines Generators durchführt. Die Steuervorrichtung 5 der rotierenden elektrischen Maschine 1 (im Folgenden geeignet als eine Steuervorrichtung bezeichnet) erzeugt ein Steuersignal zur Steuerung von mindestens einem von der Drehzahl und dem Drehmoment einer Welle 1S der rotierenden elektrischen Maschine 1. Die Steuervorrichtung 5 übermittelt das erzeugte Steuersignal an einen Treiber 6, um beispielsweise die Drehung der Welle 1S der rotierenden elektrischen Maschine 1 über den Treiber 6 zu steuern. Die Steuervorrichtung 5 kann beispielsweise einen Mikrocomputer aufweisen, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Steuervorrichtung 5 implementiert ein Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform. Als Treiber 6 wird beispielsweise eine Vorrichtung mit mehreren Schaltelementen verwendet.
2 ist eine Vorderansicht, die die rotierende elektrische Maschine 1 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die rotierende elektrische Maschine 1 ein dreiphasiger geschalteter Reluktanzmotor (engl. switched reluctance motor, SRM), bei dem ein Verhältnis der Anzahl der Pole eines Stators zu der Anzahl der Pole eines Rotors 6:4 ist, aber die Anzahl der Phasen und die Anzahl der Pole ist nicht auf die vorstehend erwähnten Werte beschränkt. Zum Beispiel kann die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1, nämlich die Anzahl der unabhängigen Wicklungen eines Stators 2 gleich zwei oder mehr sein und ist nicht auf drei beschränkt. Darüber hinaus kann das Dreiphasen-SRM beispielsweise eine Anzahl von Polen aufweisen, die einem ganzzahligen Vielfachen von 6:4 gleicht.
Die rotierende elektrische Maschine 1 weist den Stator 2, einen Rotor 3, eine Wicklung 4 und einen Drehwinkelsensor 11 auf. Der Stator 2 ist eine ringförmige Struktur. Der Stator 2 ist beispielsweise ein Laminat aus mehreren elektromagnetischen Stahlblechen. Der Stator 2 weist mehrere Zähne 2T auf, die von einer inneren Umfangsfläche radial nach innen vorstehen. Obwohl der Stator 2 in der vorliegenden Ausführungsform sechs der Zähne 2T aufweist, ist die Anzahl der Zähne 2T nicht darauf beschränkt.
Der Rotor 3 ist in einem inneren peripheren Teil des Stators 2 angeordnet. Der Rotor 3 dreht sich um eine zentrale Rotationsachse Zr in dem inneren peripheren Teil des Stators 2. Der Rotor 3 dreht sich in einer Richtung, die durch einen Pfeil R in 2 angezeigt ist, oder z. B. in einer Richtung, die zu dem Pfeil R entgegengesetzt ist. Da die rotierende elektrische Maschine 1 in der vorliegenden Ausführungsform ein SRM ist, ist der Rotor 3 eine Struktur, in der mehrere elektromagnetische Stahlbleche in einer Richtung z. B. parallel zur zentralen Rotationsachse Zr laminiert sind. Der Rotor 3 weist mehrere Zähne 3T auf, die von einer äußeren Umfangsfläche radial nach außen vorstehen. Obwohl der Rotor 3 in der vorliegenden Ausführungsform vier Zähne 3T aufweist, ist die Anzahl der Zähne 3T nicht darauf beschränkt. Der Drehwinkelsensor 11 misst einen mechanischen Winkel θm, der der Drehwinkel des Rotors 3 ist, und gibt den Winkel zu der in 5 dargestellten Steuervorrichtung 5 aus. Die Steuervorrichtung 5, die in 1 dargestellt ist, erfasst einen vom Drehwinkelsensor 11 erfassten Wert.
Die Wicklung 4 ist ein Draht, der um jeden Zahn 2T des Stators 2 gewickelt ist. Die Wicklung 4 ist beispielsweise ein Kupferdraht. Die Wicklungen 4 sind in der Reihenfolge aus einer +A-Phase, einer –B-Phase, einer +C-Phase, einer –A-Phase, einer +B-Phase und einer –C-Phase entlang des Pfeils R in 2 oder in der Reihenfolge aus der +A-Phase, der +B-Phase, der +C-Phase, der –A-Phase, der –B-Phase und der –C-Phase angeordnet. Die vorliegende Ausführungsform gilt in jeder der Reihenfolgen und verwendet daher ersteres als ein Beispiel. Darüber hinaus sind der Strom Ic und die Spannung V, die an die A-Phase, B-Phase und C-Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1 angelegt werden, jeweils um 120 Grad phasenverschoben.
Wenn in der folgenden Beschreibung jede Phase unterschieden werden soll, wird die Wicklung 4 als Wicklung 4A+, 4B–, 4C+, 4A–, 4B+ und 4C– beschrieben, und die Zähne 2T des Stators 2 werden als Zähne 2TA+, 2TB–, 2TC+, 2TA–, 2TB+ und 2TC– beschrieben. Die Wicklung 4A+ und die Wicklung 4A– sind an Positionen angeordnet, die voneinander um 180 Grad im Drehwinkel des Rotors 3 verschieden sind, die Wicklung 4B+ und die Wicklung 4B– sind an Positionen angeordnet, die voneinander im Drehwinkel des Rotors 3 um 180 Grad abweichen, und die Wicklung 4C+ und die Wicklung 4C– sind an Positionen angeordnet, die voneinander um 180 Grad im Drehwinkel des Rotors 3 verschieden sind.
Die Wicklung 4A+ und die Wicklung 4A– entsprechen der A-Phase und unterscheiden sich nur in der Polarität. Die Wicklungen werden als Wicklung 4A bezeichnet, wenn ihre Polaritäten nicht unterschieden werden solle. Die Wicklung 4B+ und die Wicklung 4B– entsprechen der B-Phase und unterscheiden sich nur in der Polarität. Die Wicklungen werden als Wicklung 4B bezeichnet, wenn ihre Polaritäten nicht unterschieden werden sollen. Die Wicklung 4C+ und die Wicklung 4C– entsprechen der C-Phase und unterscheiden sich nur in der Polarität. Die Wicklungen werden als eine Wicklung 4C bezeichnet, wenn ihre Polaritäten nicht unterschieden werden sollen.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Treibers 6 nach der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform überträgt der Treiber 6 Energie von einer Energieversorgung 9 zu den Wicklungen 4A, 4B und 4C der rotierenden elektrischen Maschine 1. Die Energieversorgung 9 ist eine Gleichstromversorgung. Der Treiber 6 weist eine erste Treibereinheit 7A auf, die Energie an die Wicklung 4A der A-Phase überträgt, eine zweite Treibereinheit 7B, die Energie an die Wicklung 4B der B-Phase überträgt, eine dritte Treibereinheit 7C, die Energie an die Wicklung 4C der C-Phase überträgt, Stromsensoren 12A, 12B und 12C, die durch die entsprechenden Wicklungen 4A, 4B und 4C fließende Ströme messen, und einen Spannungssensor 13, der eine Spannung der Energieversorgung 9 misst. Die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 5 erfasst von den Stromsensoren 12A, 12B und 12C und dem Spannungssensor 13 erfasste Werte. Jede von der ersten Antriebseinheit 7A, der zweiten Antriebseinheit 7B und der dritten Antriebseinheit 7C weist jeweils mehrere Schaltelemente auf. Jedes der mehreren Schaltelemente ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ist aber nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise auch ein Feldeffekttransistor (FET) sein.
Die Steuervorrichtung 5, die in 1 dargestellt ist, verwendet mindestens einen von dem durch den Drehwinkelsensor 11 erfassten Wert, den von den Stromsensoren 12A, 12B und 12C erfassten Werten und dem von dem Spannungssensor 13 erfassten Wert, um ein Steuersignal zu erzeugen, das mindestens eines von der Drehzahl und des Drehmoments der Welle 1S der rotierenden elektrischen Maschine 1 steuert.
Die erste Treibereinheit 7A weist vier Schaltelemente 8Aa, 8Ab, 8Ac und 8Ad auf. Ein Kollektor des Schaltelements 8Aa ist mit einem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Aa ist mit einem Kollektor des Schaltelements 8Ab sowie mit einem ersten Ende der Wicklung 4A verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Ab ist mit einem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Kollektor des Schaltelements 8Ac ist mit dem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Ac ist mit einem Kollektor des Schaltelements 8Ad sowie mit einem zweiten Ende der Wicklung 4A verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Ad ist mit dem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Jedes der Schaltelemente 8Aa, 8Ab, 8Ac und 8Ad ist parallel zu einer Diode geschaltet, so dass ein Strom von dem Emitter zu dem Kollektor fließt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schaltelemente 8Ab und 8Ac immer ausgeschaltet, und nur die dazu parallel verbundenen Dioden werden verwendet.
Die zweite Antriebseinheit 7B weist vier Schaltelemente 8Ba, 8Bb, 8Bc und 8Bd auf. Ein Kollektor des Schaltelements 8Ba ist mit dem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Ba ist mit einem Kollektor des Schaltelements 8Bb sowie mit einem ersten Ende der Wicklung 4B verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Bb ist mit dem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Kollektor des Schaltelements 8Bc ist mit dem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Bc ist mit einem Kollektor des Schaltelements 8Bd sowie mit einem zweiten Ende der Wicklung 4B verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Bd ist mit dem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Jedes der Schaltelemente 8Ba, 8Bb, 8Bc und 8Bd ist parallel mit einer Diode verbunden, so dass ein Strom von dem Emitter zu dem Kollektor fließt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schaltelemente 8Bb und 8Bc immer ausgeschaltet, und nur die dazu parallel verbundenen Dioden werden verwendet.
Die dritte Treibereinheit 7C weist vier Schaltelemente 8Ca, 8Cb, 8Cc und 8Cd auf. Ein Kollektor des Schaltelements 8Ca ist mit dem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Ca ist mit einem Kollektor des Schaltelements 8Cb sowie mit einem ersten Ende der Wicklung 4C verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Cb ist mit dem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Kollektor des Schaltelements 8Cc ist mit dem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Cc ist mit einem Kollektor des Schaltelements 8Cd sowie mit einem zweiten Ende der Wicklung 4C verbunden. Ein Emitter des Schaltelements 8Cd ist mit dem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 verbunden. Jedes der Schaltelemente 8Ca, 8Cb, 8Cc und 8Cd ist parallel mit einer Diode verbunden, so dass ein Strom von dem Emitter zu dem Kollektor fließt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schaltelemente 8Cb und 8Cc immer ausgeschaltet, und nur die dazu parallel verbundenen Dioden werden verwendet.
Die erste Treibereinheit 7A, die zweite Treibereinheit 7B und die dritte Treibereinheit 7C des Treibers 6 schalten die entsprechenden Schaltelemente als Reaktion auf einen Befehl von der in 1 dargestellten Steuervorrichtung 5 ein und aus, wodurch die Spannung V an die jeweiligen Wicklungen 4A, 4B und 4C der Reihe nach angelegt wird. Dieser Vorgang ermöglicht es dem Treiber 6, die rotierende elektrische Maschine 1 durch Ändern der Magnetfelder der Wicklungen 4A, 4B und 4C und Anziehen der Zähne 3T des Rotors 3 zu einem geeigneten Zeitpunkt zu drehen.
4 ist ein Diagramm, das eine Positionsbeziehung zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 3 der rotierenden elektrischen Maschine 1 darstellt. In dem in 4 dargestellten Beispiel wird angenommen, dass der Rotor 3 in der durch den Pfeil R angezeigten Richtung durch einen Verbrennungsmotor oder dergleichen gedreht wird, der mit der rotierenden elektrischen Maschine 1 über die Welle 1S in Eingriff steht. Wenn dementsprechend ein Drehmoment in der gleichen Richtung wie die Richtung des Pfeils R erzeugt wird, erzeugt die rotierende elektrische Maschine 1 Energie oder führt eine Energieversorgung aus. Infolgedessen, wenn ein Drehmoment in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Pfeils R erzeugt wird, erzeugt die rotierende elektrische Maschine 1 elektrische Energie oder führt eine Energieversorgung durch.
Ein elektrischer Winkel θe ist der Drehwinkel, wenn ein Zyklus einer Stromwellenform gleich 360 Grad ist, und ist durch den mechanischen Winkel θm und die Anzahl der Pole des Rotors 3 definiert. Die Anzahl der Pole des Rotors 3 der rotierenden elektrische Maschine 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform gleich vier, wobei die Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel θe und dem mechanischen Winkel θm als θe = 4 × θm ausgedrückt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der elektrische Winkel θe gleich 0 Grad, wenn ein Zahn 3Ta des Rotors 3 einem Zahn 2T des Stators 2 zugewandt ist. Der elektrische Winkel θe ist gleich 360 Grad, wenn sich der Rotor 3 dreht, um zu bewirken, dass der Zahn 3Ta und ein benachbarter nächster Zahn 3Tb des Rotors 3 dem Zahn 2T des Stators 2 zugewandt ist.
Konzentriert man sich auf den Zahn 3Ta des Rotors 3 mit dem elektrischen Winkel θe im Bereich von 0 Grad ≤ θe < 360 Grad, bewirkt die Erregung der Wicklung 4 um den Zahn 2T, dass die rotierende elektrische Maschine 1 elektrische Energie erzeugt, nämlich Energieregeneration durchführt, wenn der Zahn 3Ta näher am Zahn 2T des Stators 2 als der Zahn 3Tb liegt. Der elektrische Winkel θe liegt dabei im Bereich von 0 Grad < θe < 180 Grad. Konzentriert man sich auf den Zahn 3Tb des Rotors 3, bewirkt die Erregung der Wicklung 4 um den Zahn 2T, dass die rotierende elektrische Maschine 1 Energie erzeugt, nämlich Energie zuführt, wenn der Zahn 3Tb näher am Zahn 2T des Stators 2 als der Zahn 3Ta ist. Der elektrische Winkel θe liegt in diesem Fall im Bereich von 180 Grad < θe < 360 Grad. Wenn der elektrische Winkel θe gleich 0 Grad oder 180 Grad ist, wird kein Drehmoment erzeugt, selbst wenn die Wicklung 4 erregt wird.
5A, 5B und 6 sind Graphen zur Erläuterung eines Beispiels einer Steuerung, die von der Steuervorrichtung 5 nach der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. 5A und 5B enthalten jeweils eine vertikale Achse, die den durch die Wicklung 4 fließenden Strom Ic darstellt, und eine horizontale Achse, die den elektrischen Winkel θe darstellt. 5A veranschaulicht einen Zustand, in dem die rotierende elektrische Maschine 1 eine Regeneration durchführt, und 5B veranschaulicht einen Zustand, in dem die rotierende elektrische Maschine 1 eine Energiezuführung durchführt. 6 weist eine vertikale Achse auf, die die Flussverkettung ψ darstellt, und eine horizontale Achse, die den durch die Wicklung 4 fließenden Strom Ic darstellt. 5A, 5B und 6 stellen den Strom Ic und die Flussverkettung ψ für eine Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1 dar. Die Flussverkettung ψ wird durch einen Wert dargestellt, der durch Integrieren der an der Wicklung 4 anliegenden Spannung über die Zeit erhalten wird. Eine gestrichelte Linie OP in 6 zeigt einen Zustand (der elektrische Winkel θe = 0 Grad) an, in dem der Zahn 2T des Stators 2 dem Zahn 3T des Rotors 3 zugewandt ist, und eine gestrichelte Linie IM zeigt einen Zustand an (der elektrische Winkel θe = 180 Grad), bei dem der Zahn 2T des Stators 2 in der Mitte zwischen den Zähnen 3Ta und 3Tb des Rotors 3 liegt. Der elektrische Winkel von θe = 180 Grad zeigt eine nicht entgegengesetzte Position oder einen nicht entgegengesetzten Zustand an. Gleiches gilt für die folgenden Beispiele. Wenn die rotierende elektrische Maschine 1 eine Regeneration durchführt, ändert sich ein geometrischer Ort der Flussverkettung ψ der Wicklung 4 und des Stroms Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, verändert sich in eine Richtung, die in 6 durch einen Pfeil G (in 6 im Uhrzeigersinn) angezeigt ist. Wenn die rotierende elektrische Maschine 1 Energie zuführt, ändert sich ein geometrischer Ort der Flussverkettung ψ und der durch die Wicklung 4 fließende Stroms Ic, verändert sich in eine Richtung, die in 6 durch einen Pfeil P (in 6 gegen den Uhrzeigersinn) angezeigt ist. Verglichen mit einem anderen Motortyp weist der geschaltete Reluktanzmotor eine große Induktivitätsänderung auf, die ein Verhältnis der Flussverkettung ψ mit dem Strom ist. Aus diesem Grund bestimmt das vorliegende Ausführungsbeispiel den Umschaltzeitpunkt zur Steuerung des Magnetfelds nicht aus dem Strom, sondern aus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung und der Anlegedauer der Spannung, wodurch die Flussverkettung ψ direkt gesteuert wird.
7 bis 9 sind Diagramme zur Erläuterung des Betriebs des Treibers 6, der auf der Grundlage eines Befehls von der Steuervorrichtung 5 nach der vorliegenden Ausführungsform arbeitet. 10 ist ein Satz von Diagrammen, die ein Beispiel des Drehwinkels, bei dem ein Drehmoment wahrscheinlicher erzeugt wird, und ein Beispiel des Drehwinkels, bei dem ein Drehmoment weniger wahrscheinlich erzeugt wird, darstellen. In den 7 bis 9 werden die erste Antriebseinheit 7A, die zweite Antriebseinheit 7B und die dritte Antriebseinheit 7C jeweils als eine Antriebseinheit 7 bezeichnet, wenn die Antriebseinheiten nicht unterschieden werden sollen, in welchem Fall Schaltelemente jeder Antriebseinheit mit den Bezugszeichen 8a, 8b, 8c und 8d bezeichnet werden.
Die Steuervorrichtung 5 steuert die rotierende elektrische Maschine 1 auf der Basis des elektrischen Winkels θe. Beim Steuern der rotierenden elektrischen Maschine 1 werden eine erste Periode Δθe1, eine zweite Periode Δθe2, eine dritte Periode Δθe3 und eine vierte Periode Δθe4 eingestellt, um einen Zyklus, nämlich 360 Grad im elektrischen Winkel θe zu bilden und die Spannung V, die jeder Periode entspricht, wird an die Wicklungen 4A, 4B und 4C der jeweiligen Phasen über den Treiber 6 angelegt. Die Spannung V, die an die Wicklungen 4A, 4B und 4C der jeweiligen Phasen durch die Steuervorrichtung 5 angelegt wird, ist in der Phase um einen Wert verschoben, der durch Teilen von 360 Grad im elektrischen Winkel θe durch die Anzahl der Phasen erhalten wird. Da die Anzahl der Phasen bei der vorliegenden Ausführungsform drei beträgt, wird die Spannung angelegt, während sie um 120 Grad phasenverschoben ist. Ein Produkt aus der Phasenverschiebung und der Anzahl der Phasen entspricht 360 Grad, was mit dem einen Zyklus des Stroms Ic übereinstimmt, der an jede der Wicklungen 4A, 4B und 4C angelegt wird.
Die erste Periode Δθe1 ist eine Periode, in der eine erste Spannung an jede Phase angelegt wird, um die Flusskopplung ψ zu erhöhen. Die zweite Periode Δθe2 ist eine Periode, in der Null Volt an jede Phase nach der ersten Periode Δθe1 angelegt wird, um die Flussverkettung ψ aufrechtzuerhalten. Die dritte Periode Δθe3 ist eine Periode, in der eine zweite Spannung an jede Phase in einer Richtung entgegengesetzt zu der ersten Spannung nach der zweiten Periode Δθe2 angelegt wird, um die Flussverkettung ψ zu verringern. Die vierte Periode Δθe4 ist eine Periode, in der Null Volt an jede Phase nach der dritten Periode Δθe3 und bis zur ersten Periode Δθe1 eines nächsten Zyklus angelegt wird, um die Flussverkettung ψ aufrechtzuerhalten. In der vorliegenden Ausführungsform kann die vierte Periode Δθe4 auf null gesetzt werden. Darüber hinaus ist die Flussverkettung ψ die größte in der zweiten Periode Δθe2, so dass der Drehwinkel, bei dem das Drehmoment wahrscheinlicher erzeugt wird, wünschenswerterweise in der zweiten Periode Δθe2 eingestellt wird, wie in 10 dargestellt ist. Dies entspricht der Einstellung des Drehwinkels, bei dem sich die zweite Periode Δθe2 in 6 wahrscheinlich in horizontaler Richtung verschieben wird.
Die erste Spannung kann eine Spannung der Energieversorgung 9 sein, die dem Treiber 6 zugeführt wird, oder eine Spannung, die durch Erhöhen oder Verringern der Spannung der Energieversorgung 9 erhalten wird. Die zweite Spannung ist eine Spannung, deren Polarität bezüglich der ersten Spannung entgegengesetzt ist und den gleichen absoluten Wert wie die erste Spannung aufweist, wobei sie die Polarität entgegengesetzt zu derjenigen der ersten Spannung aufweist, wenn sie an die Wicklungen 4A, 4B und 4C angelegt wird. Die vorliegende Ausführungsform nimmt an, dass eine Schwankung der ersten Spannung und eine Schwankung der zweiten Spannung in demselben Zyklus ignoriert werden können, um die Spannungen so zu behandeln, als wiesen sie den gleichen Wert auf. Wenn jedoch die Schwankung der ersten Spannung und die Schwankung der zweiten Spannung nicht ignoriert werden können, kann die Länge jeder Periode einer Feineinstellung in Übereinstimmung mit der Größe der Spannungsschwankung unterworfen werden.
Die Steuervorrichtung 5 steuert die zweite Periode Δθe2 auf einen Wert zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert. Das heißt, die zweite Periode Δθe2 wird auf einen Wert eingestellt, der größer oder gleich dem ersten Wert und kleiner oder gleich dem zweiten Wert ist. Der zweite Wert ist ein Wert, der größer als der erste Wert ist und durch Dividieren eines Zyklus der an die Wicklungen 4A, 4B und 4C angelegten Spannung V durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhalten wird. Die rotierende elektrische Maschine 1 weist in der vorliegenden Ausführungsform drei Phasen auf, wobei der zweite Wert gleich 120 Grad im elektrischen Winkel ist. Der erste Wert ist etwa die Hälfte des zweiten Wertes, wie etwa 60 Grad im elektrischen Winkel (60 Grad in der vorliegenden Ausführungsform), ist jedoch nicht darauf beschränkt und wird in Abhängigkeit von den Spezifikationen, der Betriebsumgebung und dergleichen der rotierenden elektrische Maschine 1 geändert.
Ein Zyklus der an die Wicklungen 4A, 4B und 4C der jeweiligen Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 angelegten Spannung ist in der Reihenfolge aus der ersten Periode Δθe1, der zweiten Periode Δθe2, der dritten Periode Δθe3 und der vierten Periode Δθe4 sowohl im Falle des Einschaltens als auch der Regeneration dargestellt.
Wie in 7 dargestellt, wird in der ersten Periode Δθe1 die Spannung der Energieversorgung 9 an die Wicklung 4 angelegt, indem die Schaltelemente 8a und 8d eingeschaltet werden und die Schaltelemente 8b und 8c der Antriebseinheit 7 ausgeschaltet werden. Die Schaltelemente 8b und 8c sind in der vorliegenden Ausführungsform in all den Perioden ausgeschaltet und nur die Dioden, die parallel mit diesen Schaltelementen verbunden sind, werden verwendet. Zu dieser Zeit wird eine Spannung (+) an dem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 an eine Seite der Wicklung 4 angelegt, die dem Schaltelement 8a entspricht, und eine Spannung (–) an dem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 wird an eine Seite der Wicklung 4 angelegt, die dem Schaltelement 8d entspricht. Das Anlegen der Spannung der Energieversorgung 9 an die Wicklung 4 erhöht die Flussverkettung ψ der Wicklung 4 (oder erregt diese), wie in 6 dargestellt ist, und erhöht den Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, wie in den 5A und 5B dargestellt ist.
In der zweiten Periode Δθe2 wird, wie in 8 dargestellt, die Spannung über der Wicklung 4 gleich, indem nur eines der Schaltelemente 8a und 8d der Treibereinheit 7 von dem Zustand der ersten Periode Δθe1 ausgeschaltet wird und bewirkt, dass die Dioden parallel zu den Schaltelementen 8a und 8c oder die Dioden parallel zu den Schaltelementen 8d und 8b der Antriebseinheit 7 eingeschaltet werden. Als ein Ergebnis wird Null Volt an die Wicklung 4 angelegt.
Die Größe der Flussverkettung ψ ändert sich nicht, wenn die an die Wicklung 4 angelegte Spannung gleich null Volt ist, wodurch der Wert der Flussverkettung ψ am Ende der ersten Periode Δθe1 beibehalten wird. Dieser Zustand wird Rückfluss bzw. Reflux genannt. Die Flussverkettung ψ der zweiten Periode Δθe2 weist auf der vertikalen Achse einen konstanten Wert auf, um eine gerade Linie zu bilden, wie in 3 dargestellt ist. Wie in 5A dargestellt, steigt mit einer Erhöhung des elektrischen Winkels θe zum Zeitpunkt der Regeneration, an dem der geometrische Ort in der Richtung des Pfeils G (in 6 im Uhrzeigersinn) ist, der Strom Ic darüber hinaus in der zweiten Periode Δθe2, die der geraden Linie entspricht, an, wobei die horizontale Achse in 6 den Strom Ic repräsentiert. In ähnlicher Weise verringert sich der Strom Ic in der zweiten Periode Δθe2, die der geraden Linie entspricht, zum Zeitpunkt der Energiezuführung, bei dem der geometrische Ort in der Richtung des Pfeils P ist (in 6 entgegen dem Uhrzeigersinn), wie in 5B mit einem Anstieg des elektrischen Winkels θe dargestellt ist.
In der dritten Periode Δθe3 wird, wie in 9 dargestellt, die Spannung der Energieversorgung 9 an die Wicklung 4 angelegt, indem beide Schaltelemente 8a und 8d der Treibereinheit 7 vom Zustand der zweiten Periode Δθe2 getrennt werden und bewirkt wird, dass die Diode parallel zu dem Schaltelement 8b und die Diode parallel zu dem Schaltelement 8c der Antriebseinheit 7 eingeschaltet werden. Zu dieser Zeit wird eine Spannung (+) an dem positiven Anschluss der Energieversorgung 9 an die Seite der Wicklung 4 angelegt, die dem Schaltelement 8c entspricht, und eine Spannung (–) an dem negativen Anschluss der Energieversorgung 9 wird an die Seite der Wicklung 4, die dem Schaltelement 8b entspricht, angelegt. Das heißt, die Polarität der an der Wicklung 4 anliegenden Spannung ist entgegengesetzt zu der der ersten Periode Δθe1. Das Anlegen der Spannung der Energieversorgung 9 in die entgegengesetzte Richtung an die Wicklung 4 verringert die Flussverkettung ψ der Wicklung 4 (oder entmagnetisiert sie), wie in 6 dargestellt ist, und verringert den Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, wie in den 5A und 5B dargestellt ist.
In der vierten Periode Δθe4 befinden sich die Schaltelemente 8a, 8b, 8c und 8d und die dazu parallelen Dioden in unterschiedlichen Zuständen abhängig von dem Wert der Flussverkettung ψ am Ende der dritten Periode Δθe3, aber in jedem Fall wird Null Volt an die Wicklung 4 angelegt. Dementsprechend ändert sich der Wert der Flussverkettung ψ nicht wie bei der zweiten Periode Δθe2. Zuerst wird die Diode automatisch ausgeschaltet, wenn am Ende der dritten Periode Δθe3 die Flussverkettung ψ gleich Null ist, nämlich wenn der Strom Ic gleich Null ist, wodurch die Periode auf die vierte Periode Δθe4 verschoben wird. In diesem Fall sind alle Schaltelemente 8a, 8b, 8c und 8d und die dazu parallelen Dioden ausgeschaltet, so dass keine Spannung oder Null Volt an die Wicklung 4 angelegt wird. Wenn die Flussverkettung ψ am Ende der dritten Periode Δθe3 beibehalten wird und der Strom Ic fließt, wird die Periode durch Einschalten eines beliebigen der Schaltelemente 8a und 8d auf die vierte Periode Δθe4 verschoben. Dies entspricht dem in 8 dargestellten Zustand, wie in der zweiten Periode Δθe2, so dass die Spannung über der Wicklung 4 gleich wird und Null Volt an sie angelegt wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann die vierte Periode Δθe4 auf null gesetzt werden.
Nach dem Betätigen des Schaltelements des Treibers 6 während der ersten Periode Δθe1 ändert die Steuervorrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform die Ein-/Aus-Zustände des Schaltelements des Treibers 6 bis zum Ende der ersten Periode Δθe1 nicht. Nach dem Betätigen des Schaltelements des Treibers 6 zu Beginn der zweiten Periode Δθe2 ändert die Steuervorrichtung 5 die Ein-/Aus-Zustände des Schaltelements des Treibers 6 bis zum Ende der zweiten Periode Δθe2 nicht. Nach dem Betätigen des Schaltelements des Treibers 6 zu Beginn der dritten Periode Δθe3 ändert die Steuervorrichtung 5 die Ein-/Aus-Zustände des Schaltelements des Treibers 6 bis zum Ende der dritten Periode Δθe3 oder vor einer vorbestimmten Periode vor dem Beginn der ersten Periode Δθe1, wenn die vierte Periode Δθe4 auf null gesetzt ist, nicht. Nach dem Betätigen des Schaltelements des Treibers 6 zu Beginn der vierten Periode Δθe4 ändert die Steuervorrichtung 5 die Ein-/Aus-Zustände des Schaltelements des Treibers 6 bis zum Ende der vierten Periode Δθe4 nicht.
Die Bereitstellung der zweiten Periode Δθe2 in der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht, dass die Flussverkettung ψ während dieser Periode konstant ist. Die Flussverkettung ψ in der zweiten Periode Δθe2 ist der maximale Wert in einem Zyklus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung. Die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform können den maximalen Wert der Flussverkettung ψ reduzieren, die in den Wicklungen 4A, 4B und 4C der jeweiligen Phasen erzeugt wird, und den Änderungsbetrag der Flussverkettung ψ verglichen mit der Steuerung reduzieren, die in der zweiten Periode Δθe2 eine Spannung an die Wicklung 4 anlegt, wie z. B. in einem Fall, bei dem der Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, eine rechteckige Wellenform aufweist. Teilen der Flussverkettung ψ durch die Anzahl der Windungen der Wicklung 4 entspricht einem magnetischen Fluss, so dass die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform einen kleinen Maximalwert des magnetischen Flusses sowie einen kleinen Änderungswert darin aufweisen können, verglichen mit der Steuerung, die eine Spannung an die Wicklung 4 in der zweiten Periode Δθe2 anlegt, und der Steuerung, die den Minimalwert für die zweite Periode Δθe2 nicht vorgibt. Gemäß der Steuervorrichtung 5 und dem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform ist den Änderungsbetrag des Magnetflusses klein im Vergleich zu der Steuerung, die eine Spannung an die Wicklung 4 in der zweiten Periode Δθe2 anlegt und der Steuerung, die den Minimalwert für die zweite Periode Δθe2 nicht vorgibt, wodurch der Eisenverlust gering ist, um eine Verringerung des Wirkungsgrades der rotierenden elektrischen Maschine 1 verhindern zu können.
Die Erregungskraft des Geräusches in der rotierenden elektrischen Maschine 1 ist eine Pulsation einer radialen Komponente der elektromagnetischen Kraft in jedem Zahn, und somit wird die Pulsation als eine Erregungskraft Fr behandelt. Im entgegengesetzten Zustand wird ein Momentanwert der Erregungskraft Fr in jedem Zahn durch den bekannten Ausdruck (1) ausgedrückt. Modifikation von Ausdruck (1) ergibt Ausdruck (2). Fr = (B² × A)/(2 × μ) (1) Fr = ψ²/(2 × μ × N² × A) (2)
In den Ausdrücken (1) und (2) repräsentiert B die magnetische Flussdichte, μ repräsentiert die magnetische Permeabilität im Vakuum, N repräsentiert die Anzahl der Windungen eines Polpaares der Wicklung 4 und A repräsentiert die Querschnittsfläche des Zahnes 2T des Ständers 2. Nahezu keine Erregerkraft Fr wird in dem nicht gegenüberliegenden Bereich erzeugt, wo sich die Zähne des Stators 2 und des Rotors 3 nicht überlappen. In einer Zone von dem gegenüberliegenden Zustand zu dem nicht gegenüberliegenden Bereich erhöht eine Verringerung der Überlappungsfläche zwischen den Zähnen die Größe der elektromagnetischen Kraft, und wenn sich die elektromagnetische Kraft von der radialen Richtung aus in eine Tangentialrichtung annähert, trifft Ausdruck (2) ungefähr zu.
Wie aus dem Ausdruck (2) ersichtlich ist, kann der Maximalwert der Pulsation, der die Erregungskraft Fr in jedem Zahn ist, als proportional zu einem Quadrat des Maximalwerts der Flussverkettung ψ in jeder Phase angenähert werden, ausgenommen des nicht gegenüberliegenden Bereichs. Nahezu keine Erregungskraft Fr wird in dem nicht gegenüberliegenden Bereich erzeugt, in dem der Minimalwert der Pulsation als Null angenähert werden kann. Gemäß der Steuervorrichtung 5 und dem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform ist der Maximalwert der Flussverkettung ψ klein im Vergleich zu der Steuervorrichtung, die in der zweiten Periode Δθe2 eine Spannung an die Wicklung 4 anlegt, und zu der Steuervorrichtung, die den Minimalwert für die zweite Periode Δθe2 nicht vorgibt, so dass die Pulsation der Erregungskraft Fr reduziert wird und dass Rauschen und Vibration in jedem Zahn verhindert werden kann.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel der Erregungskraft Fr für jede von der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase darstellt, in denen der durch die Wicklung 4 fließende Strom Ic die Rechteckwellenform aufweist. 11 veranschaulicht ein Vergleichsbeispiel. 12 ist ein Graph, der ein Beispiel der Erregungskraft Fr für jede von der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase in dem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform durch die Steuervorrichtung 5 zeigt. Ein Zyklus der Erregungskraft Fr wird mit Δθet bezeichnet. 11 veranschaulicht ein Beispiel einer resultierenden Kraft der Erregungskraft Fr für jede von der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase in der Steuerung, bei der der Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, die Rechteckwellenform aufweist, wenn die Anzahl der Pole der rotierenden elektrischen Maschine größer als diejenige der vorliegenden Ausführungsform ist, und es wird angenommen, dass sich die Erregungskraft Fr für jede Phase auf denselben Punkt konzentriert. In ähnlicher Weise veranschaulicht 12 ein Beispiel einer resultierenden Kraft der Erregungskraft Fr für jede von der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase in dem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform durch die Steuervorrichtung 5. In dem in 11 dargestellten Fall weist die resultierende Kraft der Erregungskraft Fr in jeder von der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase eine große Pulsation auf. Darüber hinaus ist eine Hochfrequenzkomponente groß, so dass die mechanische Resonanz wahrscheinlich ein Problem darstellt. Andererseits weist in dem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform durch die Steuervorrichtung 5 die resultierende Kraft der Erregungskraft Fr in jeder von der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase eine kleine Pulsation auf, wie in 12 dargestellt ist, wodurch Geräusche und Vibrationen verhindert werden können. Darüber hinaus ist die Hochfrequenzkomponente klein, so dass die mechanische Resonanz weniger wahrscheinlich ein Problem darstellt. Das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform durch die Steuervorrichtung 5 kann daher sowohl in dem Fall, in dem die Erregungskraft Fr in jeder Phase nahezu unabhängig ist, wobei die Anzahl der Pole der rotierenden elektrischen Maschine klein ist, Rauschen und Vibration verhindern, und dem Fall, in dem die Erregungskraft Fr nahe der resultierenden Kraft jeder Phase ist, wobei die Anzahl der Pole der rotierenden elektrischen Maschine 1 groß ist.
Ein Kern des Stators 2 und ein Kern des Rotors 3 der rotierenden elektrischen Maschine 1 müssen jeweils die Querschnittsfläche aufweisen, die den Durchgang von zumindest dem maximalen magnetischen Fluss erlaubt. Der maximale magnetische Fluss ist gemäß der Steuervorrichtung 5 und dem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich zu der Steuervorrichtung, die in der zweiten Periode Δθe2 eine Spannung an die Wicklung 4 anlegt, und der Steuervorrichtung, die den Minimalwert für die zweite Periode Δθe2 nicht vorgibt, gering, wodurch der Kern des Stators 2 und der Kern des Rotors 3 in der Größe verkleinert werden können.
Das durchschnittliche Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 ist proportional zu der Fläche, die von dem geometrischen Ort der Flussverkettung ψ eingeschlossen ist, und dem Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, die in 6 dargestellt ist (der Bereich, der in dem in 6 dargestellten Beispiel durch eine durchgezogene Linie RT eingeschlossen ist, wobei der Bereich nachfolgend als ein „ψIc-Bereich” bezeichnet wird). Die Höhe des ψIc-Bereichs ist proportional zu der angelegten Spannung und der ersten Periode Δθe1, wie in 6 dargestellt ist, so dass das mittlere Drehmoment durch Erhöhen der angelegten Spannung oder der ersten Periode Δθe1 erhöht werden kann. Die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform können eine Änderungsgröße im ψIc-Bereich, nämlich die Flussverkettung pro durchschnittlichem Drehmoment, stark reduzieren, indem sie zulassen, dass der Strom Ic derart durch die Wicklung 4 fließt, dass die von der durchgezogenen Linie RT eingeschlossene Fläche aus einem Bereich gefüllt wird, der einer kleinen Flussverkettung ψ entspricht.
Die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform schalten die Schaltelemente 8a und 8d nur einmal ein und aus, wenn weder das Schaltelement 8a noch 8d während der vierten Periode Δθe4 in einem Zyklus der Spannung V eingeschaltet werden, die an die Wicklung 4 angelegt wird. Selbst wenn eines der Schaltelemente 8a und 8d in der vierten Periode Δθe4 angeschaltet wird, nimmt die Anzahl der Male, in denen eines der Schaltelemente 8a und 8d während der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus eingeschaltet wird, ab, so dass angenommen wird, dass die Schaltelemente 8a und 8d nur einmal ein- und ausgeschaltet werden. Die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform können somit den Schaltverlust des Treibers 6 nahe dem minimalen Wert aufweisen, um den Treiber 6 mit hoher Effizienz steuern zu können. Darüber hinaus können auch eine Schwankung des Magnetflusses und eine Verringerung des mit dem Schalten einhergehenden ψIc-Bereichs eliminiert werden, so dass der Eisenverlust der rotierenden elektrischen Maschine 1 weiter reduziert werden kann.
Ein Anstieg in der ersten Periode Δθe1 erhöht die Flussverkettung ψ in der zweiten Periode Δθe2, wodurch das von der rotierenden elektrischen Maschine 1 erzeugte Drehmoment erhöht wird. Dementsprechend bewirkt eine übermäßige Zunahme der ersten Periode Δθe1 zur Erhöhung des Drehmoments eine Verringerung der zweiten Periode Δθe2, selbst wenn die zweite Periode Δθe2 eingestellt ist. Das heißt, die Rückflussperiode wird in einem Zyklus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung V verringert, so dass die Periode, während der die Flussverkettung konstant ist, verringert wird. Dies verringert die Periode, während der der magnetische Fluss unverändert ist, wodurch der Eisenverlust der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhöht wird. Der maximale magnetische Fluss erhöht sich auch, um eine Vergrößerung des Kerns des Stators 2 und des Kerns des Rotors 3 zu bewirken. Daher stellt die vorliegende Ausführungsform den minimalen Wert für die zweite Periode Δθe2 ein, um die Periode des Rückflusses und die Periode, während der die Flussverkettung konstant ist, selbst zu der Zeit eines hohen Drehmoments sicherzustellen, wodurch ein Anstieg des Eisenverlustes der rotierenden elektrischen Maschine 1 verhindert wird.
Hinsichtlich des geschalteten Reluktanzmotors werden viele Stromwellenformen als Stand der Technik vorgeschlagen, bei denen im Fall der Erzeugung einer komplizierten Stromwellenform die Spannung der Gleichstromversorgung und die Schaltfrequenz ausreichend hoch eingestellt werden müssen. Es erfordert auch eine große Anstrengung, zu überprüfen, dass die Stromwellenform bei allen Drehzahlen und Drehmomenten zuverlässig erzeugt werden kann. Die vorliegende Ausführungsform verwendet nur eine einfache Steuerlogik, um eine hocheffiziente, rauscharme Stromwellenform zuverlässig erzeugen zu können, die innerhalb des Bereichs der Antriebsbedingungen für alle Drehzahlen und Drehmomente möglich ist. Darüber hinaus kann, selbst wenn die Spannung der Gleichstromversorgung fluktuiert, die vorliegende Ausführungsform leicht eine Korrektur durchführen, indem die Länge jeder Periode so angepasst wird, dass ein Produkt aus der in jeder Periode angelegten Spannung und der Anlegedauer ungefähr gleich wie jenes vor der Schwankung ist.
13 ist ein Graph, der ein Beispiel des Stroms Ic darstellt, der durch jede Phase fließt, wenn die Steuervorrichtung 5 nach der vorliegenden Ausführungsform die rotierende elektrische Maschine 1 steuert. In der Steuervorrichtung 5 und dem Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform ist die Summe aus der ersten Periode Δθe1 und der zweiten Periode Δθe2 vorzugsweise gleich dem zweiten Wert oder dem Wert, der erhalten wird, indem ein Zyklus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung V durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 in der vorliegenden Ausführungsform geteilt wird. Wenn die rotierende elektrische Maschine 1 drei Phasen aufweist, ist die Summe aus der ersten Periode Δθe1 und der zweiten Periode Δθe2 gleich 120 Grad im elektrischen Winkel. Die erste Periode Δθe1 entspricht einer Anregungsperiode und die zweite Periode Δθe2 entspricht in der vorliegenden Ausführungsform einer Rückflussperiode, wobei die Summe Δθet aus der Anregungsperiode und der Rückflussperiode gleich dem Wert ist, der durch Dividieren eines Zyklus der Spannung V, die an die Wicklung 4 angelegt wird, durch die Anzahl von Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhalten wird.
In der dreiphasigen rotierenden elektrischen Maschine 1 sind die A-Phase, die B-Phase und die C-Phase um 120 Grad im elektrischen Winkel verschoben. Die Summe Δθet aus der ersten Periode Δθe1 und der zweiten Periode Δθe2 ist der Wert, der durch Teilen eines Zyklus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung V durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhalten wird, wobei die dritte Periode Δθe3 der A-Phase mit der ersten Periode Δθe1 der B-Phase überlappt, wobei die dritte Periode Δθe3 der B-Phase mit der ersten Periode Δθe1 der C-Phase überlappt, und die dritte Periode Δθe3 der C-Phase mit der ersten Periode Δθe1 der A-Phase überlappt. Das heißt, der Entmagnetisierungszeitpunkt der A-Phase überlappt mit dem Erregungszeitpunkt der B-Phase, der Entmagnetisierungszeitpunkt der B-Phase überlappt mit dem Erregungszeitpunkt der C-Phase, und der Entmagnetisierungszeitpunkt der C-Phase überlappt mit dem Erregungszeitpunkt der A-Phase. Dies macht den Gesamtmagnetfluss der gesamten rotierenden elektrischen Maschine 1 konstant. Der Eisenverlust wird durch eine Änderung des Magnetflusses erzeugt, so dass, indem der Gesamtmagnetfluss der gesamten rotierenden elektrischen Maschine 1 konstant gemacht wird, ein Teil der Änderung des Magnetflusses in jeder Phase durch den Rotor 3 und den Stator 2 aufgehoben wird und dass in Folge dessen der Eisenverlust der rotierenden elektrischen Maschine 1 reduziert wird.
Wenn die Summe Δθet der ersten Periode Δθe1 und der zweiten Periode Δθe2 auf den Wert eingestellt ist, der durch Teilen eines Zyklus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung V durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhalten wird, bewirkt eine Erhöhung der ersten Periode Δθe1 eine relative Abnahme der zweiten Periode Δθe2. Daher wird, wie vorstehend beschrieben, der Minimalwert für die zweite Periode Δθe2 eingestellt, um die Rückflussperiode und die Periode, während der die Flussverkettung ψ konstant ist, sicherstellen und eine Zunahme des Eisenverlusts und eine Zunahme des Geräusches der rotierenden elektrischen Maschine 1 verhindern zu können.
Die Erregung und die Entmagnetisierung überlappen einander idealerweise vollständig, wenn die Summe Δθet aus der ersten Periode Δθe1 und der zweiten Periode Δθe2 gleich dem Wert ist, der durch Dividieren eines Zyklus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung V durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhalten wird. In Wirklichkeit verursacht der Widerstand der Wicklung 4 oder dergleichen möglicherweise einen kleinen Fehler zwischen dem Erregungszeitpunkt und dem Entmagnetisierungszeitpunkt. Die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform können somit eine Feineinstellung bezüglich der Summe Δθet aus der ersten Periode Δθe1 und der zweiten Periode Δθe2 unter Berücksichtigung des zuvor erwähnten Fehlers durchführen.
Wenn die erste Periode Δθe1 erhöht wird, um das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 zu erhöhen, überschreitet die Summe Δθet aus der ersten Periode Δθe1 und der zweiten Periode Δθe2 den zweiten Wert. Es ist in diesem Fall vorzuziehen, das Drehmoment zu erhöhen, indem die erste Periode Δθe1 allmählich erhöht wird, während die zweite Periode Δθe2 auf dem Minimalwert festgelegt wird. In diesem Fall weist die Flussverkettung ψ an dem Punkt, an dem die Summe Δθet den zweiten Wert überschreitet, bereits einen großen Wert auf. Aus diesem Grund ist der Einfluss der Flussverkettung ψ aufgrund einer unvollständigen Überlappung zwischen der Erregung und der Entmagnetisierung relativ gering, wodurch ein Anstieg des Eisenverlusts und ein Anstieg der Geräusche der rotierenden elektrischen Maschine 1 verhindert werden können.
14 und 15 sind Graphen, die die Beziehung zwischen dem Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, und dem elektrischen Winkel θe zum Zeitpunkt der kontinuierlichen Erregung mit der auf null gesetzten vierten Periode Δθe4 veranschaulichen. 16 und 17 sind Graphen, die die Beziehung zwischen dem durch die Wicklung 4 fließenden Strom Ic und der Flussverkettung ψ zum Zeitpunkt der kontinuierlichen Erregung mit der auf null gesetzten vierten Periode Δθe4 veranschaulichen. In den 14 und 16 wird die Flussverkettung ψ zu Beginn der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus erhöht, um in der Lage zu sein, das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 zu erhöhen. In den 15 und 17 wird die Flussverkettung ψ zu Beginn der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus verringert, um das erhöhte Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 auf das ursprüngliche Drehmoment wiederherstellen zu können.
Der Strom Ic fließt ohne Unterbrechung weiter, wenn die Flussverkettung ψ zu Beginn der ersten Periode Δθe1 in einem Zyklus der an die Wicklung 4 angelegten Spannung V größer als Null ist. Dies wird als kontinuierliche Erregung bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt kann die vierte Periode Δθe4 auf null gesetzt werden, wie in 14 und 15 dargestellt ist.
Wenn die Wicklungen 4A, 4B und 4C der jeweiligen Phasen in der vorstehend beschriebenen kontinuierlichen Erregung sind, führt die Steuervorrichtung 5 eine Steuerung durch, um die Periode von der dritten Periode Δθe3 zu der vierten Periode Δθe4 zum Beispiel früher als ein vorhergehender Steuerzyklus umzuschalten und um die Flussverkettung ψ zu Beginn der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus erhöhen zu können. Wenn die vierte Periode Δθe4 auf null gesetzt ist, ändert die Steuervorrichtung das Ende der dritten Periode Δθe3 in die vierte Periode Δθe4, um in ähnlicher Weise die Flussverkettung ψ zu Beginn der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus erhöhen zu können. Beispielsweise wird durch Ändern einer in 6 dargestellten Periode Δθeu in die vierte Periode Δθe4 die Flussverkettung in eine Richtung des Anstiegs (eine Richtung, die durch einen Pfeil U angezeigt ist) verschoben, wie in 4 dargestellt ist, und die Beziehung zwischen der Flussverkettung ψ der Wicklung 4 und dem Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, wird auch insgesamt in einer Richtung des Anstiegs verschoben (Verschiebung von einer durchgezogenen Linie zu einer Punkt-Strich-Kettenlinie in 14). Die ψIc-Fläche wird dadurch vergrößert. Da das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1, wie vorstehend beschrieben, durch den ψIc-Bereich bestimmt wird, kann die Steuervorrichtung 5 durch Vorschieben des Schaltens zwischen der dritten Periode Δθe3 und der vierten Periode Δθe4 erhöhen oder Ändern des Endes der dritten Periode Δθe3 in die vierte Periode Δθe4 das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 erhöhen.
Wenn die Flussverkettung ψ, wie vorstehend beschrieben, in der Steuerung, in der die Wicklungen 4A, 4B und 4C der jeweiligen Phasen in vorstehend beschriebener kontinuierlicher Erregung sind, erhöht wird, kann die Zunahme der Flussverkettung ψ im nächsten Zyklus durch Umschalten der Periode von der vierten Periode Δθe4 zur ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus zum Beispiel später als der vorherige Steuerzyklus wiederhergestellt werden. Wenn die vierte Periode Δθe4 auf null gesetzt ist, kann der Anstieg der Flussverkettung ψ im nächsten Zyklus wiederhergestellt werden, indem der Beginn der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus in die vierte Periode Δθe4 geändert wird. Zum Beispiel durch Ändern der ersten Periode Δθe1 in die vierte Periode Δθe4 während einer Periode Δθed, die in 15 dargestellt ist, wird die Flussverkettung in einer Abnahmerichtung (eine Richtung, die durch einen Pfeil D angezeigt ist) verschoben, wie in 17 dargestellt ist, und die Beziehung zwischen der Flussverkettung ψ der Wicklung 4 und dem Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, wird auch insgesamt in einer Abnahmerichtung verschoben (Verschiebung von einer Punkt-Strich-Kettenlinie zu einer durchgezogenen Linie in 15). Der ψIc-Bereich, der erhöht worden ist, wird infolgedessen verringert. Die Steuervorrichtung 5 kann das erhöhte Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 verringern, indem beispielsweise die Periode zwischen der vierten Periode Δθe4 und der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus später als der vorherige Steuerzyklus umgeschaltet wird, oder, wenn die vierte Periode Δθe4 auf null gesetzt ist, indem der Beginn der ersten Periode Δθe1 des nächsten Zyklus in die vierte Periode Δθe4 geändert wird.
Obwohl die Wicklungen 4A, 4B und 4C der jeweiligen Phasen in der vorliegenden Ausführungsform alle in ähnlicher Weise kontinuierlich erregt werden, ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf den Fall beschränkt, bei dem alle Phasen auf ähnliche Weise kontinuierlich erregt werden. Es kann lediglich die Wicklung 4A kontinuierlich erregt werden, oder der Anstieg der Flussverbindung kann zum Beispiel in jeder Phase variieren.
Die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform ändern sich nur vor dem Beginn der Erregung oder dem Ende der Entmagnetisierung, um so in der Lage zu sein, eine Änderung des ψIc-Bereichs zu begrenzen, der das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 bestimmt, zu einem kleinen Bereich, in dem sowohl die Flussverkettung ψ als auch der Strom Ic nahe Null sind. Infolgedessen können die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform den Drehmomentfehler der rotierenden elektrischen Maschine 1 reduzieren, selbst wenn eine kontinuierliche Erregung implementiert wird. Darüber hinaus ändern die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform keinen Befehlswert für die an die Wicklung 4 angelegte Spannung, mit Ausnahme des Einstellens der an die Wicklung 4 angelegten Spannung auf null vor Beginn der Erregung oder am Ende der Entmagnetisierung, um einen Rückfluss in der Wicklung 4 zu verursachen. Daher können die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform das Drehmoment zuverlässig mit einer einfachen Steuerlogik bei kontinuierlicher Erregung einstellen. Die bei der Steuerung involvierte Berechnung wird ebenfalls erleichtert, da der Betrag, um den die Flussverkettung ψ angepasst wird, ein Produkt aus der Spannung, die an die Wicklung 4 angelegt wird, und eines Betrags der Änderung der Perioden Δθeu und Δθed, nämlich die Rückflusszeit ist. Ferner können die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform die Änderung des Magnetflusses der rotierenden elektrischen Maschine 1 selbst zur Zeit einer kontinuierlichen Erregung reduzieren und die Anzahl der Schaltvorgänge in dem Treiber 6 verringern, wodurch eine Verringerung der Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine 1 und des Treibers 6 verhindert wird und Geräusche und Vibrationen in der rotierenden elektrischen Maschine 1 verhindert werden.
Die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform können die Flussverkettung ψ einmal oder mehrmals anpassen. Der Widerstand der Wicklung 4 oder dergleichen verursacht möglicherweise eine geringe Differenz zwischen dem tatsächlichen Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, und dem Befehlswert des Stroms Ic. Daher können die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform eine Rückkopplungssteuerung an dem Befehlswert des Stroms Ic derart ausführen, dass die Differenz zwischen dem gemessenen Strom Ic und dem Befehlswert des Stroms Ic gleich Null ist, wodurch ermöglicht wird, dass die Differenz zwischen dem tatsächlichen Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, und dem Befehlswert des Stroms Ic Null wird.
18 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Strom Ic, der durch die Wicklung 4 in einer Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1 fließt, und dem elektrischen Winkel θe veranschaulicht. 19 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Strom Ic, der durch die Wicklung 4 in der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase der rotierenden elektrischen Maschine 1 fließt, und dem elektrischen Winkel θe veranschaulicht. 20 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Ergebnisses des Änderns des Drehmoments bei fester Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 1 darstellt, wobei das Beispiel als eine Beziehung zwischen der Flussverkettung ψ bei einem Mittelpunkt des Rückflusses und dem Strom Ic, der durch die Wicklung 4 fließt, ausgedrückt wird.
Durch Ändern zumindest eines von der Drehzahl und des Drehmoments der rotierenden elektrischen Maschine 1 in der vorliegenden Ausführungsform begrenzen die Steuervorrichtung 5 und das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine der vorliegenden Ausführungsform einen Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment und einen Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl in einem Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2. Der Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 entspricht einem mittleren Winkel zwischen einem Winkel θes an einem Beginnpunkt der zweiten Periode Δθe2 und einem Winkel θef an einem Endpunkt der zweiten Periode Δθe2, wie in 18 dargestellt ist. Der Mittelpunkt Δθe2c kann durch (θes + θef)/2 erhalten werden. Die Winkel θes und θef sind Befehlswerte zum Bestimmen der zweiten Periode Δθe2, wodurch die Steuervorrichtung 5 den Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 leicht finden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die Steuervorrichtung 5 den Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment an dem Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 beispielsweise auf 1 Grad/Nm oder den Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl an dem Mittelpunkt zum Beispiel auf 0,1 Grad/Umdrehung pro Minute (U/min) einstellen. Die Größe der Änderung pro Drehmomenteinheit und den Änderungsbetrag pro Drehzahleinheit sind nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Durch die Änderung von zumindest der Drehzahl und/oder des Drehmoments der rotierenden elektrischen Maschine 1 begrenzt die Steuervorrichtung 5 den Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment an dem Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 auf weniger als oder gleich dem Betrag der vorstehend beschriebenen Änderung.
Eine plötzliche Änderung im Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 wird somit verhindert, wenn mindestens eines von der Drehzahl und dem Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 geändert wird. Infolgedessen werden, selbst wenn zumindest entweder die Drehzahl oder das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 geändert wird, die Erregungsperiode und die Entmagnetisierungsperiode der Wicklung 4 stabil und überlappen einander um einen festen Betrag, so dass eine Verringerung der Effizienz der rotierenden elektrischen Maschine 1 und deren Geräusch verhindert werden und die rotierende elektrische Maschine 1 infolgedessen einen hohen Wirkungsgrad und ein geringes Geräusch aufweist. Darüber hinaus stellt die Steuervorrichtung 5 den Mittelpunkt Δθe2c als eine Referenz ein, um zu bewirken, dass sich die Erregungsperiode und die Entmagnetisierungsperiode der Wicklung 4 um einen festen Betrag überlappen, selbst wenn sich die Länge der zweiten Periode Δθe2 ändert, wodurch eine Verringerung des Wirkungsgrads der rotierenden elektrischen Maschine 1 und ihres Geräuschs verhindert werden und ermöglicht wird, dass die rotierende elektrische Maschine 1 infolgedessen einen hohen Wirkungsgrad und ein geringes Geräusch aufweist.
In der vorliegenden Ausführungsform begrenzt die Steuervorrichtung 5 den Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment und den Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl an Mittelpunkten Δθe2c_A, Δθe2c_B, Δθe2c_C der zweiten Perioden Δθe2_A, Δθe2_B und Δθe2_C der A-Phase, der B-Phase und der C-Phase. Dementsprechend wird eine plötzliche Änderung der Differenz zwischen einer Periode θeA und einer Periode θeB verhindert, wenn mindestens eines von der Drehzahl und dem Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 geändert wird. Die Periode θeA ist eine Periode zwischen dem Mittelpunkt Δθe2c_A der zweiten Periode Δθe2_A der A-Phase und dem Mittelpunkt Δθe2c_B der zweiten Periode Δθe2_B der B-Phase, und die Periode θeB ist eine Periode zwischen dem Mittelpunkt Δθe2c_B der zweiten Periode Δθe2_B der B-Phase und dem Mittelpunkt Δθe2c_C der zweiten Periode Δθe2_C der C-Phase.
Folglich können die Erregungsperiode und die Entmagnetisierungsperiode der Wicklung 4 nicht nur dann sich gegenseitig nicht überlappen, wenn sich die rotierende elektrische Maschine 1 in einem stationären Zustand befindet, sondern auch wenn die rotierende elektrische Maschine 1 in einer transienten Antwort ist. Die Schwankung des Magnetflusses der gesamten rotierenden elektrischen Maschine 1 wird infolgedessen verhindert, so dass eine Verringerung der Effizienz und des Geräuschs der rotierenden elektrischen Maschine 1 verhindert wird und dass die rotierende elektrische Maschine 1 infolgedessen einen hohen Wirkungsgrad und ein geringes Geräusch aufweist.
Wenn sich das Drehmoment in einem Zustand ändert, in dem die rotierende elektrische Maschine 1 die gleiche Drehzahl aufweist, sind die Punkte T1, T2, T3 und T4, die den Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 anzeigen, auf einer monoton ansteigenden Kurve CV aufgetragen, wie in 20 dargestellt ist. Die Punkte erfüllen eine Drehmomentbeziehung von T1 < Drehmoment von T2 < Drehmoment von T3 < Drehmoment von T4. Die Steuervorrichtung 5 kann den Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 ändern oder nicht, wenn sich die Drehzahl ändert. Die Steuervorrichtung 5 kann beispielsweise nur die zweite Periode Δθe2 ändern, indem sie den Mittelpunkt Δθe2c der zweiten Periode Δθe2 festlegt oder den Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment und den Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl begrenzt.
Es wurden Beispiele des Verfahrens zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform und der Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine, die das Verfahren implementiert, beschrieben, bei denen der maximale Nennstrom des Schaltelements in der vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ausreichend groß ist. Das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform und dergleichen wird nicht nur auf den Fall angewendet, bei dem der maximale Nennstrom des Schaltelements ausreichend groß ist. Wie in 6 veranschaulicht, wird der maximale Strom in der vorliegenden Ausführungsform an einem rechten Ende der geraden Linie erzeugt, wo die Flussverkettung ψ der zweiten Periode Δθe2 konstant ist. Dementsprechend kann, wenn die maximale Nennstromstärke des Schaltelements unzureichend ist, das Schalten zum Beispiel am rechten Ende der geraden Linie hinzugefügt werden, wo die Flussverkettung ψ der zweiten Periode Δθe2 konstant ist, um den maximalen Strom innerhalb der Nennleistung des Schaltelements zu halten. In diesem Fall tritt eine Änderung nur in einem kleinen Bereich am rechten Ende der geraden Linie in 6 auf, so dass, wie vorstehend beschrieben, die rotierende elektrische Maschine 1 eine hohe Effizienz und eine niedrige Geräuschkontrolle aufrechterhalten kann.
<Anwendungsbeispiel für die Arbeitsmaschine>
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Arbeitsmaschine zeigt, die die Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine aufweist, die das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform implementiert. Obwohl ein Hybridbagger 10 als ein Beispiel der Arbeitsmaschine beschrieben wird, können das Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Rotationsmaschine nach der vorliegenden Ausführungsform und die Steuervorrichtung 5, die das Verfahren implementiert, nicht nur auf den Hybridbagger 10, sondern auch auf einen Hybrid-Radlader, einen Elektro-Muldenkipper oder dergleichen angewendet werden.
Der Hybridbagger 10 weist einen Verbrennungsmotor 17 als eine Antriebsquelle, eine Hydraulikpumpe 18 und die rotierende elektrische Maschine 1 auf. Die rotierende elektrische Maschine 1 funktioniert als ein Generator und ein Motor. Die rotierende elektrische Maschine 1 ist ein SRM. Ein Dieselmotor wird als der Verbrennungsmotor 17 verwendet, während eine Hydraulikpumpe mit variabler Verdrängung als die Hydraulikpumpe 18 verwendet wird. Die Hydraulikpumpe 18 und die rotierende elektrische Maschine 1 sind mechanisch mit einer Antriebswelle 20 des Verbrennungsmotors 17 verbunden und werden durch die Drehung des Verbrennungsmotors 17 gedreht.
Ein hydraulisches Antriebssystem des Hybridbaggers 10 weist ein Steuerventil 33, einen Auslegerhydraulikzylinder 14, einen Armhydraulikzylinder 15, einen Schaufelhydraulikzylinder 16, einen Rechtslaufhydraulikmotor 34 und einen Linkslaufhydraulikmotor 35 auf. Die Hydraulikpumpe 18 dient als Quelle für die Zufuhr einer Hydraulikflüssigkeit zu dem hydraulischen Antriebssystem, um diese hydraulischen Einheiten anzutreiben.
Ein elektrisches Antriebssystem weist einen ersten Treiber 21, einen zweiten Treiber 22, einen Verstärker 26, eine Speicherbatterie 25 und einen Schwenkmotor 23 auf. Der erste Treiber 21 ist mit der rotierenden elektrischen Maschine 1 über eine Stromleitung verbunden. Der zweite Treiber 22 ist mit dem ersten Treiber 21 über eine große Stromverdrahtung, wie etwa eine Busschiene, verbunden. Der Verstärker 26 ist zwischen dem ersten Treiber 21 und dem zweiten Treiber 22 über eine große Stromverdrahtung, wie etwa eine Busschiene, vorgesehen. Die Speicherbatterie 25 ist mit dem Verstärker 26 verbunden. Der Schwenkmotor 23 ist mit dem zweiten Treiber 22 über eine Stromleitung verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Treiber 21 und der zweite Treiber 22 zum Beispiel als Komponenten innerhalb eines Inverters installiert.
Der Schwenkmotor 23 ist mit der Schwenkvorrichtung 24 mechanisch verbunden. Der Schwenkmotor 23 wird durch mindestens eine von der in der rotierenden elektrischen Maschine 1 erzeugten Energie und der in der Speicherbatterie 25 gespeicherten Energie angetrieben. Der Schwenkmotor 23, der durch die Energie angetrieben wird, die von mindestens einer von der rotierenden elektrischen Maschine 1 und der Speicherbatterie 25 zugeführt wird, führt einen Energiezuführungsbetrieb durch und schwenkt einen oberen Schwenkkörper 28. Darüber hinaus führt der Schwenkmotor 23 einen regenerativen Betrieb durch, wenn der obere Schwenkkörper 28 eine Schwenkverzögerung erfährt und führt Energie (regenerative Energie), die durch den regenerativen Betrieb erzeugt wird, der Speicherbatterie 25 zu (lädt diese), oder führt die Energie als Energie, die verwendet wird, wenn die rotierende elektrische Maschine 1 als ein Motor dient, zu.
Abhängig von der Situation führt die rotierende elektrische Maschine 1 die darin erzeugte Energie an die Speicherbatterie 25 zu (lädt diese), wenn sie von dem Verbrennungsmotor 17 angetrieben wird, und führt Energie dem Schwenkmotor 23 zu. Die rotierende elektrische Maschine 1 funktioniert als ein Motor, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 17 unzureichend ist, wodurch die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 17 unterstützt wird. Die rotierende elektrische Maschine 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein SRM. Eine Welle der rotierenden elektrischen Maschine 1 ist mit der Antriebswelle 20 des Verbrennungsmotors 17 mechanisch verbunden. Eine solche Struktur ermöglicht, dass sich der Rotor 3 der rotierenden elektrischen Maschine 1 durch Antreiben des Verbrennungsmotors 17 dreht, so dass die rotierende elektrische Maschine 1 Energie erzeugt oder eine Unterstützung durchführt.
Der Verstärker 26 ist zwischen der rotierenden elektrischen Maschine 1 sowie dem Schwenkmotor 23 und der Speicherbatterie 25 vorgesehen. Der Verstärker 26 erhöht oder verringert die Spannung der Energie (die in der Speicherbatterie 25 gespeicherte elektrische Energie), die der rotierenden elektrischen Maschine 1 oder dem Schwenkmotor 23 über den ersten Treiber 21 oder den zweiten Treiber 22 zugeführt wird. Die Spannung, die erhöht oder verringert wird, wird an den Schwenkmotor 23 angelegt, wenn der Schwenkmotor 23 den Energiezuführungsbetrieb (Schwenkbeschleunigung) ausführen soll, oder an die rotierende elektrische Maschine 1 angelegt, wenn die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 17 unterstützt werden soll.
Unter der Steuerung einer Hybridsteuervorrichtung C2 wird die Drehzahl oder das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 1 und des Schwenkmotors 23 durch den ersten Treiber 21 bzw. den zweiten Treiber 22 gesteuert. Die Hybridsteuervorrichtung C2 führt das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform aus, um die rotierende elektrische Maschine 1 zu steuern. Die Hybridsteuervorrichtung C2 funktioniert somit als die Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform. Die Hybridsteuervorrichtung C2 kann nicht nur die rotierende elektrische Maschine 1, sondern auch irgendeine Ausrüstung steuern.
Die Hybridsteuervorrichtung C2 überwacht die Ladungsmenge (wie etwa die Spannung der Speicherbatterie 25) in der Speicherbatterie 25 und führt ein Energiemanagement durch, das bestimmt, ob die von der rotierenden elektrischen Maschine 1 erzeugte Energie der Speicherbatterie 25 zugeführt wird (diese geladen wird), oder dem Schwenkmotor 23 zugeführt wird.
Wie vorstehend beschrieben, speichert die Speicherbatterie 25 die von der rotierenden elektrischen Maschine 1 erzeugte Energie. Die Speicherbatterie 25 speichert ferner die Energie, die durch den regenerativen Betrieb des Schwenkmotors 23 erzeugt wird, wenn der obere Schwenkkörper 28 eine Schwenkverzögerung erfährt. Der Schwenkmotor 23 ist beispielsweise eine permanentmagnetische synchrone rotierende elektrische Maschine, ist aber nicht darauf beschränkt. Der SRM kann zum Beispiel auch als Schwenkmotor 23 verwendet werden.
Eine Steuervorrichtung C1 ist aus einer Kombination einer arithmetischen Einheit, wie etwa einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), und einer Speichervorrichtung (Speicher) gebildet und ist beispielsweise ein Mikrocomputer. Die Steuervorrichtung C1 steuert den Verbrennungsmotor 17 und die Hydraulikpumpe 18. Der Verbrennungsmotor 17 wird durch die Steuervorrichtung C1 gesteuert, um eine geeignete Kraftstoffeinspritzmenge aufzuweisen, um eine Soll-Motorleistung erhalten zu können. Das heißt, die Steuervorrichtung C1 stellt die Drehzahl und das Drehmoment ein, die von dem Verbrennungsmotor 17 abhängig von einem Lastzustand des Hybridbaggers 10 ausgegeben werden können, um den Verbrennungsmotor 17 anzutreiben.
Die Hybridsteuervorrichtung C2 ist aus einer Kombination einer arithmetischen Einheit, wie etwa einer CPU, und einer Speichervorrichtung (Speicher) gebildet und ist beispielsweise ein Mikrocomputer. Bei kooperativer Steuerung mit der Steuervorrichtung C1 steuert die Hybridsteuervorrichtung C2 den ersten Treiber 21, den zweiten Treiber 22 und den Verstärker 26, wie vorstehend beschrieben, und steuert die Übertragung von Energie für die rotierende elektrische Maschine 1, den Schwenkmotor 23 und die Speicherbatterie 25. Die Hybridsteuervorrichtung C2 speichert in dem Speicher ein Computerprogramm, das bewirkt, dass der Mikrocomputer eine Verarbeitungsprozedur des Verfahrens zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform ausführt. Wenn das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, liest die Hybridsteuervorrichtung C2 das zuvor erwähnte Computerprogramm aus dem Speicher ein und führt einen in dem Programm beschriebenen Befehl aus, wodurch die rotierende elektrische Maschine 1 durch das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform gesteuert wird.
Der Hybridbagger 10 weist die Hybridsteuervorrichtung C2 auf, die als die Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform dient, wodurch eine Verringerung der Effizienz und des Geräusches der rotierenden elektrischen Maschine 1 verhindert wird und infolgedessen die rotierende elektrische Maschine mit hoher Effizienz und geringem Rauschen gesteuert wird. Die rotierende elektrische Maschine 1, der Verbrennungsmotor 17 und die Hydraulikpumpe 18 sind in einem Fahrzeugkörper des Hybridbaggers 10 montiert, aber die Größe der rotierenden elektrischen Maschine 1 ist vorzugsweise so klein wie möglich, da der Raum innerhalb des Fahrzeugkörpers begrenzt ist. Der Kern des Stators 2 und der Kern des Rotors 3 können, wie vorstehend beschrieben, in der rotierenden elektrischen Maschine 1, die durch die Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform gesteuert wird, reduziert werden, wodurch die rotierende elektrische Maschine 1 ebenfalls in der Größe reduziert werden kann. Daher sind die Steuervorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform und die rotierende elektrische Maschine 1, die durch die Steuervorrichtung gesteuert wird, für den Hybridbagger 10 geeignet.
Obwohl das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die Steuerung der rotierenden elektrischen Maschine, die das Verfahren implementiert, auf die Arbeitsmaschine in dem vorstehend beschriebenen Beispiel angewendet werden, kann das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Erfindung und dergleichen auch auf eine andere Maschine angewendet werden. Das Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach der vorliegenden Ausführungsform und dergleichen kann beispielsweise auf eine rotierende elektrische Fahrmaschine oder einen Kompressor für ein Elektrofahrzeug, wie etwa ein Elektroauto, oder eine rotierende elektrische Antriebsmaschine für eine Pumpe angewendet werden.
Die vorliegende Ausführungsform wurde beschrieben, ist aber nicht auf das beschränkt, was vorstehend beschrieben wurde. Die Komponenten der vorliegenden Ausführungsform weisen eine, die für den Fachmann leicht vorstellbar ist, und eine, die im Wesentlichen mit den Komponenten identisch ist, oder sogenannte, die in den Bereich der Äquivalenz fällt, auf. Die Komponenten der vorliegenden Ausführungsform können auch in geeigneter Weise kombiniert werden. Darüber hinaus können die Komponenten der vorliegenden Ausführungsform verschiedenen Auslassungen, Ersetzungen oder Modifikationen unterzogen werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: ROTIERENDE ELEKTRISCHE MASCHINE
2: STATOR
2T: ZÄHNE
3: ROTOR
3T, 3Ta, 3Tb: ZÄHNE
4, 4A, 4B, 4C: WICKLUNGEN
5: STEUERVORRICHTUNG
6: TREIBER
7: ANTRIEBSEINHEIT
7A: ERSTE ANTRIEBSEINHEIT
7B: ZWEITE ANTRIEBSEINHEIT
7C: DRITTE ANTRIEBSEINHEIT
9: ENERGIEVERSORGUNG
10: HYBRIDBAGGER
11: DREHWINKELSENSOR
12A, 12B, 12C: STROMSENSOR
13: SPANNUNGSSENSOR
C2: HYBRIDSTEUERVORRICHTUNG
Δθe1: ERSTE PERIODE
Δθe2, Δθe2_A, Δθe2_B, Δθe2_C: ZWEITE PERIODE
Δθe2c, Δθe2c_A, Δθe2c_B, Δθe2c_C: MITTELPUNKT DER ZWEITEN PERIODE
Δθe3: DRITTE PERIODE
Δθe4: FOURTH PERIOD

Claims

Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine, wobei die Steuervorrichtung eine rotierende elektrische Maschine mit zwei oder mehr Phasen steuert, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist zum: Anlegen einer Spannung mit einem Zyklus, der eine erste Periode aufweist, in der eine Flussverkettung durch Anlegen einer ersten Spannung an eine Wicklung jeder Phase in der rotierenden elektrischen Maschine erhöht wird, eine zweite Periode, in der die Flussverkettung durch Anlegen einer Nullspannung an die Wicklung nach der ersten Periode beibehalten wird, eine dritte Periode, in der die Flussverkettung durch Anlegen einer zweiten Spannung in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung der ersten Spannung an die Wicklung nach der zweiten Periode verringert wird, und eine vierte Periode, in der die Flussverkettung beibehalten wird, indem an die Wicklung von der dritten Periode bis zur ersten Periode eines nächsten Zyklus eine Nullspannung angelegt wird; und Steuern der zweiten Periode auf einen Wert zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert, der größer als der erste Wert ist, und durch Dividieren des einen Zyklus durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird.
Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, bei der eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode gleich dem zweiten Wert ist.
Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, bei der die zweite Periode auf den ersten Wert festgelegt wird, wenn eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode den zweiten Wert überschreitet.
Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, bei der, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode erhöht werden soll, indem eine Steuerung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer als Null ist, um zu bewirken, dass ein Strom kontinuierlich durch die Wicklung fließt, das Umschalten der Periode von der dritten Periode zu der vierten Periode vorverlegt wird oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, ein Ende der dritten Periode in die vierte Periode geändert wird.
Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 4, bei der, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode verringert werden soll, indem eine Steuerung in dem Zustand ausgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer als Null ist, um zu bewirken, dass ein Strom kontinuierlich durch die Wicklung fließt, das Umschalten der Periode von der vierten Periode zu der ersten Periode des nächsten Zyklus verzögert wird oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, der Beginn der ersten Periode des nächsten Zyklus in die vierte Periode geändert wird.
Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der beim Ändern von mindestens einem von einer Drehzahl und einem Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment und ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl in der Mitte der zweiten Periode begrenzt werden.
Arbeitsmaschine, umfassend: einen geschalteten Reluktanzmotor mit zwei oder mehr Phasen, der die rotierende elektrische Maschine mit zwei oder mehr Phasen ist; und die Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine mit zwei oder mehr Phasen, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen einer Spannung mit einem Zyklus, der eine erste Periode aufweist, in der eine Flussverkettung durch Anlegen einer ersten Spannung an eine Wicklung jeder in der rotierenden elektrischen Maschine enthaltenen Phase erhöht wird, eine zweite Periode, in der die Flussverkettung durch Anlegen einer Nullspannung an die Wicklung nach der ersten Periode beibehalten wird, eine dritte Periode, in der die Flussverkettung durch Anlegen einer zweiten Spannung in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung der ersten Spannung an die Wicklung nach der zweiten Periode verringert wird, und eine vierte Periode, in der die Flussverkettung beibehalten wird, indem an die Wicklung von der dritten Periode bis zur ersten Periode eines nächsten Zyklus eine Nullspannung angelegt wird; und Steuern der zweiten Periode auf einen Wert zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert, der größer als der erste Wert ist und durch Teilen des einen Zyklus durch die Anzahl der Phasen der rotierenden elektrischen Maschine erhalten wird.
Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 8, bei dem eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode gleich dem zweiten Wert ist.
Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 8, bei dem die zweite Periode auf den ersten Wert festgelegt wird, wenn eine Summe aus der ersten Periode und der zweiten Periode den zweiten Wert überschreitet.
Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 8, bei dem, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode erhöht werden soll, indem eine Steuervorrichtung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer Null ist, um zu bewirken, dass ein Strom kontinuierlich durch die Wicklung fließt, das Umschalten der Periode von der dritten Periode zu der vierten Periode vorverlegt wird oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, ein Ende der dritten Periode in die vierte Periode geändert wird.
Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach Anspruch 11, bei dem, wenn die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode verringert werden soll, indem eine Steuerung in dem Zustand durchgeführt wird, in dem die Flussverkettung zu Beginn der ersten Periode größer als Null ist, um zu bewirken, dass ein Strom kontinuierlich durch die Wicklung fließt, das Umschalten der Periode von der vierten Periode zu der ersten Periode des nächsten Zyklus verzögert wird oder, wenn die vierte Periode gleich Null ist, ein Beginn der ersten Periode des nächsten Zyklus in die vierte Periode geändert wird.
Verfahren zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem beim Ändern mindestens eines von einer Drehzahl und einem Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehmoment und ein Änderungsbetrag pro Einheitsdrehzahl in der Mitte der zweiten Periode begrenzt werden.