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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp und insbesondere die Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp, die an einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Hybridfahrzeug, montiert ist.
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Stand der Technik
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Die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp ist konfiguriert, einen Drehfeldtyp zu haben, bei dem ein Permanentmagnet ein Rotor und eine Ankerwicklung ein Stator ist. Die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp ist auf dem Hybridfahrzeug oder dergleichen montiert und weist beide Funktionen auf, nämlich die Funktion als Generator durch Empfangen von mechanischer Energie von einem Motor und die Funktion als Motor, der durch Empfangen von elektrischer Energie Antriebskraft erzeugt.
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Im Allgemeinen wird beim Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine vom Permanentmagnettyp, die am Fahrzeug als Motor montiert ist, die Steuerung durch Steuern des Stroms auf die Ankerwicklung der rotierenden elektrischen Maschine basierend auf einer Magnetpolposition des Rotors durchgeführt, die von einem Magnetpolpositionssensor, wie beispielsweise einem Synchroresolver, erfasst wird. Es besteht jedoch das Problem, dass kein gewünschtes Drehmoment erreicht werden kann, wenn ein erfasster Wert der Magnetpolposition aufgrund eines Montagefehlers oder einer Positionsabweichung des Magnetpolpositionssensors von einer tatsächlichen Magnetpolposition abweicht.
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Um dieses Problem zu lösen, wird der vom Magnetpolpositionssensor erfasste Wert auf die tatsächliche Magnetpolposition des Rotors korrigiert. So werden beispielsweise in der in der Patentliteratur 1 offenbarten konventionellen Steuervorrichtung sowohl ein d-Achsenstrom-Sollwert als auch ein q-Achsenstrom-Sollwert in der dq-Vektorsteuerung in einem Zustand, in dem sich der Rotor der rotierenden elektrischen Maschine vom Permanentmagnettyp dreht, auf Null gehalten. Während die Werte auf Null gehalten werden, wird ein dq-Vektor-Steuerungsprozess durchgeführt, und ein Korrekturbetrag für die Magnetpolposition wird basierend auf einem vorbestimmten arithmetischen Ausdruck aus einem d-Achsen-Spannungssteuerwert und einem durch den Prozess erhaltenen q-Achsen-Spannungssteuerwert berechnet, um eine vom Magnetpolpositionssensor erfasste Magnetpolerfassungsposition zu korrigieren.
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In der in der Patentliteratur 2 beschriebenen Steuervorrichtung für die konventionelle Synchronmaschine wird erkannt, ob sich das Fahrzeug kurz vor dem Anhalten befindet, und wenn festgestellt wird, dass es kurz vor dem Anhalten ist, werden der aktuelle Sollwert der d-Achse und der aktuelle Sollwert der q-Achse auf Null gesetzt. Basierend auf dem d-Achsen-Spannungssollwert und dem q-Achsen-Spannungssollwert zu diesem Zeitpunkt wird eine Phasendifferenz von einer Erfassungsphase durch den Magnetpolpositionssensor erfasst, um die Erfassungsphase basierend auf der Phasendifferenz zu korrigieren.
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Die in der Patentliteratur 1 und der Patentliteratur 2 beschriebene Steuerung ist die dq-Vektorsteuerung und ist die Steuerung der rotierenden elektrischen Maschine, die auf einem dq-Koordinatensystem durchgeführt wird, indem eine Richtung des vom Magnetpol erzeugten Magnetflusses (Mittelachse des Permanentmagneten) als d-Achse definiert wird und eine Achse (Achse zwischen Permanentmagneten) elektrisch und magnetisch orthogonal zur d-Achse als q-Achse definiert wird.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 3688673
- Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 5642251
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei den in der Patentliteratur 1 und der Patentliteratur 2 offenbarten konventionellen Steuervorrichtungen wird der Korrekturbetrag für die Magnetpolposition aus dem Sollwert der d-Achse und dem Sollwert der q-Achse berechnet.
Nach der Umwandlung des Spannungssollwerts der d-Achse und des Spannungssollwerts der q-Achse in einen dreiphasigen Spannungssollwert ist es notwendig, eine Totzeitkorrektur oder dergleichen durchzuführen, um eine Steuerspannung an eine Ist-Spannung anzupassen, jedoch kann aufgrund von Elementvariationen keine entsprechende Korrektur vorgenommen werden und es kann ein Fehler zwischen der Steuerspannung und der Ist-Spannung auftreten. Das heißt, wenn der Fehler in die Totzeitkorrektur einbezogen wird, wird der Fehler auch in dem aus der Totzeitkorrektur berechneten Korrekturbetrag der Magnetpolposition erzeugt.
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In einem solchen Fall wird die Genauigkeit des berechneten Korrekturbetrags für die Magnetpolposition bei den in den Patentliteraturen 1 und 2 beschriebenen Verfahren verschlechtert.
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In Anbetracht der vorstehend beschriebenen konventionellen Fehler ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung der Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp, die in der Lage ist, die Abweichung des Korrekturbetrags bei der Berechnung des Korrekturbetrags der Magnetpolposition zu verringern und die Magnetpolpositionsursprung-Korrektur mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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Um das vorstehende Ziel zu erreichen, werden in der Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, in dem die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp rotiert wird, der d-Achsenstrom-Sollwert und der q-Achsenstrom-Sollwert in der dq-Vektorsteuerung im Wesentlichen Null gehalten, eine tatsächliche d-Achsenspannung und eine tatsächliche q-Achsenspannung aus einem von der Mittelpunktpotentialerfassungseinheit erfassten Mittelpunktpotential berechnet, der Korrekturbetrag der Magnetpolposition basierend auf einem vorbestimmten arithmetischen Ausdruck aus der tatsächlichen d-Achsenspannung und der tatsächlichen q-Achsenspannung berechnet und die Magnetpolpositionsursprungskorrektur basierend auf dem Korrekturbetrag der Magnetpolposition durchgeführt.
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Vorteil der Erfindung
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Nach der vorliegenden Erfindung kann die Magnetpolpositionsursprungskorrektur mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, basierend auf dem Korrekturbetrag für die Magnetpolposition, berechnet aus der tatsächlichen d-Achsenspannung und der tatsächlichen q-Achsenspannung.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist ein Konfigurationsschema, das eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- [2] 2 ist ein vollständiges Konfigurationsschema eines spezifischen Beispiels der Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Typ eines Permanentmagneten gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [3] 3 ist ein Blockschaltbild einer Wechselrichtersteuervorrichtung der Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Typ eines Permanentmagneten gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [4] 4 ist ein Blockdiagramm einer Mittelpunktpotentialerfassungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [5] 5 ist ein Wellenformdiagramm zur Erklärung der Erfassung des Mittelpunktpotentials gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [6] 6 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Typ Permanentmagnet gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [7] 7 ist eine erläuternde Ansicht, die die Bedingungen für die Durchführung der Magnetpolpositionsursprungskorrektur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- [8] 8 ist eine erklärende Ansicht, die Bedingungen für die Durchführung der Magnetpolpositionsursprungskorrektur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- [9] 9 ist ein Konfigurationsschema, das die Steuereinrichtung für die rotierende elektrische Maschine des Permanentmagnettyps gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- [10] 10 ist ein Blockschaltbild der Wechselrichtersteuerung der Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- [11] 11 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm zur Realisierung des Blockdiagramms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Modus zur Durchführung der Erfindung
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen wird die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp als Motor beschrieben, und ein Fall, in dem die Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp als Motorsteuervorrichtung an einem Hybridfahrzeug montiert ist, jedoch kann sie natürlich an anderen Fahrzeugen als dem Hybridfahrzeug montiert sein.
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1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Motorsteuerungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt, ist die Motorsteuerungsvorrichtung 100 zwischen einer Gleichstromversorgung 10 und einem Motor 30 vorgesehen. Die Motorsteuerungsvorrichtung 100 ist zwischen einem Hochspannungsseitenknoten P und einem Niederspannungsseitenknoten N geschaltet und beinhaltet: einen Glättungskondensator 11 zum Glätten einer Gleichspannung der Gleichstromversorgung 10; einen Wechselrichter 20 zum Umwandeln der Gleichspannung von Hochspannung in eine Wechselspannung durch Gleichstromwandlung und zum Versorgen des Motors 30; eine Wechselrichtersteuervorrichtung 40 zum Steuern des Wechselrichters 20; eine Mittelpunktspannungserfassungseinheit 50 zum Erfassen eines Mittelpunktpotentials des Drehstromausgangs des Wechselrichters 20; einen Spannungssensor 60 zum Erfassen einer vom Wechselrichter 20 zum Motor 30 gelieferten Spannung; einen Stromsensor 70 zum Erfassen eines vom Wechselrichter 20 zum Motor 30 gelieferten Stroms; und eine Zustanderfassungseinheit 80 zum Erfassen eines Zustandes des Motors 30.
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2 ist ein vollständiges Konfigurationsdiagramm, das ein konkretes Beispiel für 1 zeigt. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet der Wechselrichter 20 Halbleiterschaltvorrichtungen 21a bis 21d, Halbleitergleichrichter 22a bis 22d, eine oberarmseitige Leistungshalbleitervorrichtung 23a, eine unterarmseitige Leistungshalbleitervorrichtung 23b, einen U-Phasen-Schaltarm 24a, einen V-Phasen-Schaltarm 24b und einen W-Phasen-Schaltarm 24c, und der Wechselrichter 20 beinhaltet ferner einen Spannungssensor 60 und einen Stromsensor 70. Der Spannungssensor 60 erfasst eine Spannung jeder Phase durch einen Spannungssensor VSu, einen Spannungssensor VSv und einen Spannungssensor VSw und gibt die Spannungen an die Mittelpunktpotentialerfassungseinheit 50 aus. Der Stromsensor 70 erfasst einen Strom jeder Phase durch einen Stromsensor CSu, einen Stromsensor CSv und einen Stromsensor CSw und gibt die Ströme an die Wechselrichtersteuervorrichtung 40 aus.
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Die Zustandserfassungseinheit 80 beinhaltet eine Magnetpolpositionserfassungseinheit 31 zum Erfassen einer Magnetpolposition eines Rotors des Motors 30, eine Drehzahlerfassungseinheit 32 zum Erfassen einer Drehzahl des Motors 30 und eine Temperaturerfassungseinheit 33 zum Erfassen einer Temperatur.
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Die Gleichstromversorgung 10 ist aufladbar und entladbar und tauscht die Leistung mit dem Motor 30 über den Wechselrichter 20 aus. Zwischen der Gleichstromversorgung 10 und dem Wechselrichter 20 kann ein Aufwärtswandler vorgesehen werden, und die von der Gleichstromversorgung 10 gelieferte Gleichspannung kann durch DC/DC-Wandlung erhöht werden. Der Glättungskondensator 11 ist zwischen dem Hochspannungsseitenknoten P und dem Niederspannungsseitenknoten N geschaltet und zum Glätten der Gleichspannung konfiguriert. Eine Spannungserfassungseinheit 12 misst die Spannung zwischen dem Hochspannungsseitenknoten P und dem Niederspannungsseitenknoten N des Glättungskondensators 11 und gibt einen Spannungswert VPN an die Wechselrichtersteuervorrichtung 40 aus. Der Wechselrichter 20 wandelt eine Hochspannungs-Gleichspannung durch DC/AC-Wandlung in die Wechselspannung um.
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Der Motor 30 wird mit dem Wechselspannungsausgang des Wechselrichters 20 beaufschlagt, so dass die Antriebskraft und eine Bremskraft des Fahrzeugs gesteuert werden. Die Magnetpolpositionserfassungseinheit 31 der Zustandserfassungseinheit 80 ist eine bekannte, die unter Verwendung eines Hallelements oder eines Kodierers konfiguriert ist, und gibt ein Signal aus, das einen erfassten Wert eines Magnetpoldrehwinkels θr (Drehwinkel der q-Achse) von einer vorbestimmten Referenzdrehposition des Rotors des Motors 30 als Erfassungssignal RSL der Magnetpolposition anzeigt. Es ist zu beachten, dass der von der Magnetpolpositionserfassungseinheit 31 erhaltene erfasste Wert des Magnetpoldrehwinkels θr im Allgemeinen einen Fehler in Bezug auf eine tatsächliche Magnetpolposition (tatsächlicher Drehwinkel des Magnetpols) des Rotors des Motors 30 aufgrund eines Montagefehlers der Magnetpolpositionserfassungseinheit 31 oder dergleichen aufweist.
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Die Drehzahlerfassungseinheit 32 erfasst die Drehrichtungsinformationen des Motors 30. Die Temperaturerfassungseinheit 33 erfasst zusätzlich die Temperaturinformationen des Motors 30. Die Drehzahlinformation des Motors 30 kann aus der Magnetpolpositionserfassungseinheit 31 berechnet werden.
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Im Wechselrichter 20 ist die Leistungshalbleitervorrichtung eine Einheit, in der die Halbleiterschaltvorrichtung und die Halbleitergleichrichtervorrichtung antiparallel miteinander verbunden sind. Eine Reihenschaltung von Leistungshalbleitern wird als Arm bezeichnet. Hier wird die detaillierte Konfiguration des Wechselrichters 20 beschrieben. Die Anzahl der im Wechselrichter 20 vorgesehenen Arme entspricht der Anzahl der Phasen des anzutreibenden Motors 30, und wie in 2 dargestellt, beinhaltet der Wechselrichter 20 drei Schaltarme 24a bis 24c der U-, V- und W-Phase.
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Der U-Phasen-Schaltarm 24a des Wechselrichters 20 verwendet beispielsweise einen Bipolartransistor (IGBT) mit isoliertem Gate aus Si als Halbleiterschaltvorrichtungen 21a und 21b und eine PiN-Diode ebenfalls aus Si als Halbleitergleichrichtervorrichtungen 22a und 22b. Oder es können andere Materialien verwendet werden.
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Eine Kathodenelektrode K der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22a ist mit einer Kollektorelektrode C der Halbleiterschaltvorrichtung 21a verbunden, eine Anodenelektrode A der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22a ist mit einer Emitterelektrode E der Halbleiterschaltvorrichtung 21a verbunden, und sie sind miteinander verbunden, um eine Einheit der Leistungshalbleiteranordnung zu bilden. Ebenso ist die Kathodenelektrode K der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22b mit der Kollektorelektrode C der Halbleiterschaltvorrichtung 21b und die Anodenelektrode A der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22b mit der Emitterelektrode E der Halbleiterschaltvorrichtung 21b verbunden. Wie vorstehend beschrieben, ist der U-Phasen-Schaltarm 24a des Wechselrichters 20 so konfiguriert, dass die Leistungshalbleitervorrichtung mit der Halbleiterschaltvorrichtung 21a und der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22a und die Leistungshalbleitervorrichtung mit der Halbleiterschaltvorrichtung 21b und der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22b in Reihe geschaltet sind.
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Der V-Phasen-Schaltarm 24b und der W-Phasen-Schaltarm 24c des Wechselrichters 20 beinhalten auch eine Reihenschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung mit der Halbleiterschaltvorrichtung 21c und der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22c, und die Leistungshalbleitervorrichtung mit der Halbleiterschaltvorrichtung 21d und der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22d, und eine Reihenschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung mit der Halbleiterschaltvorrichtung 21e und der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22e, und die Leistungshalbleitervorrichtung mit der Halbleiterschaltvorrichtung 21f und der Halbleitergleichrichtervorrichtung 22f. Die Wechselrichtersteuervorrichtung 40 steuert einen Schaltvorgang der Halbleiterschaltvorrichtungen in der oberarmseitigen Leistungshalbleitervorrichtung 23a und der unterarmseitigen Leistungshalbleitervorrichtung 23b der im Wechselrichter 20 enthaltenen Schaltarme 24a bis 24c und passt die Potentiale der Verbindungsknoten Uac, Vac und Wac mit dem Motor 30 an, um eine durch den Motor 30 fließende Strommenge zu steuern.
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Wie in 3 dargestellt, beinhaltet die Wechselrichtersteuervorrichtung 40 einen Steuerstromberechnungsblock DB, einen Stromsteuerungsberechnungsblock CB, einen Zweiphasen-/Dreiphasenumwandlungsblock TB1, einen Dreiphasen-/Zweiphasenumwandlungsblock TB2, einen Dreiphasen-/Zweiphasenumwandlungsblock TB3, einen Gate-Treiberblock GD, einen AD-Umwandlungsblock AD, einen Magnetpolpositionsursprungskorrekturblock ZB, einen Magnetpolpositionskorrekturbetragsberechnungsblock PB, einen Ist-Tastwertberechnungsblock DU und einen Magnetpolpositionsrechnungsblock MB.
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Die Wechselrichtersteuervorrichtung 40 steuert die Drehung des Motors 30 durch die dq-Vektorregelung. Der Steuerstromberechnungsblock DB in der Wechselrichtersteuervorrichtung 40 berechnet einen d-Achsenstrom-Sollwert Cid und einen q-Achsenstrom-Sollwert Ciq als Reaktion auf einen Drehmoment-Sollwert Rtrq (von außerhalb der Wechselrichtersteuervorrichtung 40 gegeben), der ein Sollwert eines vom Motor 30 erzeugten Drehmoments ist, und gibt ihn an den Stromregelberechnungsblock CB aus.
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Der Stromsteuerungsberechnungsblock CB empfängt den d-Achsen-Stromsollwert Cid und den q-Achsen-Stromsollwert Ciq aus dem Steuerstromberechnungsblock DB sowie eine d-Achsen-Sollwert id und einen q-Achsen-Sollwert iq aus dem Dreiphasen-/Zweiphasenumwandlungsblock TB2, und berechnet einen d-Achsen-Spannungssollwert Cvd und einen q-Achsen-Spannungssollwert Cvq von zweiphasigem DC, so dass die Abweichung zwischen dem d-Achsen-Stromwert id und dem q-Achsen-Stromwert iq „0“ wird, um sie an den Zweiphasen-/Dreiphasenumwandlungsblock TB1 auszugeben.
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Der Zweiphasen-/Dreiphasenumwandlungsblock TB1 wandelt den d-Achsen-Spannungssollwert Cvd und den q-Achsen-Spannungssollwert Cvq des Zweiphasen-DC in dreiphasige Wechselspannungssollwerte Cvu, Cvv, Cvw basierend auf einer Magnetpolposition θ aus dem Magnetpolpositionsursprungskorrekturblock ZB um. Der Gate-Treiberblock GD steuert den Schaltvorgang der Halbleiterschaltvorrichtungen 21a bis 21f in der oberarmseitigen Leistungshalbleitervorrichtung 23a und der unterarmseitigen Leistungshalbleitervorrichtung 23b des im Wechselrichter 20 enthaltenen Schaltarms und gibt ein Steuersignal zur Durchführung einer DC/AC-Wandlung im Wechselrichter 20 aus.
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Anschließend wird ein Korrekturverfahren zur Korrektur des Ursprungs der Magnetpolposition (ROL: Resolver-Offset-Lernen, nachfolgend ROL genannt) mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben. 4 ist ein Konfigurationsdiagramm der Mittelpunktpotentialerfassungseinheit 50 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 zeigt ein Wellenformdiagramm zur Erklärung der Erfassung des Mittelpunktpotentials. Allerdings ist hier nur die U-Phase dargestellt. Obwohl 4 die Konfiguration mit einem Komparator zeigt, kann eine andere Konfiguration (z.B. eine Konfiguration mit AD-Wandlung) verwendet werden. Bei der Magnetpolpositionsursprungskorrektur wird der Magnetpolpositionskorrekturbetrag aus dem Mittelpunktpotential des Wechselrichters mit dem d-Achsenstrom-Sollwert Cid = 0 und dem q-Achsenstrom-Sollwert Ciq = 0 in einem Zustand, in dem der Motor 30 gedreht wird, erhalten.
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Wie in 4 dargestellt, werden die erfassten Mittelpunktpotentiale VSu, VSv, VSw in die Komparatoren CM1, CM2, CM3 eingegeben und mit einem Bezugspotential verglichen. Die Komparatoren CM1, CM2 und CM3 geben aus, dass das Eingangsmittelpunktpotenzial höher (Hi) oder niedriger (Lo) als das Bezugspotenzial ist. Daher ist es möglich, einen EIN-Zustand und einen AUS-Zustand basierend auf dem Ausgang der Mittelpunktpotentialerfassungseinheit 50 zu erfassen. Das heißt, wenn es höher als das Bezugspotential ist, zeigt es an, dass es mit dem Hochspannungsseitenknoten P der Stromversorgung verbunden ist, d.h. eingeschaltet ist, und wenn es niedriger als das Bezugspotential ist, bedeutet es, dass es mit dem Niederspannungsseitenknoten N der Stromversorgung verbunden ist, d.h. ausgeschaltet ist.
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Wie in 5 dargestellt, wird unter der Annahme, dass ein Zeitpunkt, zu dem eine Ausgabe VU aus den Komparatoren CM1, CM2, CM3 Hi ist, Ton ist, und ein Zeitpunkt von einem Tal zu einem Tal eines Trägers Tc ist, ein tatsächlicher Tastwert vU der VU als „Ton/Tc“ erhalten. Das heißt, da der Tastwert einen Anteil (%) von EIN in einem Zyklus angibt, ist es möglich, den tatsächlichen Tastwert zu berechnen, indem man eine Zeit zählt, die höher ist als ein Referenzwert in einem Zyklus.
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Um anschließend eine ROL in der in 3 dargestellten Wechselrichtersteuervorrichtung 40 durchzuführen, wandelt ein aktueller Tastberechnungsblock RB der Wechselrichtersteuervorrichtung 40 die Tastverhältnisse der tatsächlichen Tastverhältnisse VU, VV, VW der Ausgangswerte von der Mittelpunktpotentialerfassungseinheit 50 in die tatsächlichen Tastverhältnisse vU, vV, vW um und gibt sie an den Dreiphasen-/Zweiphasenumwandlungsblock TB3 aus. Der Dreiphasen-/Zweiphasenumwandlungsblock TB3 berechnet einen aktuellen d-Achsen-Spannungswert vd und einen q-Achsen-Spannungswert vq des zweiphasigen Gleichstroms unter Verwendung der tatsächlichen Tastwerte vU, vV, vW aus dem aktuellen Tastblock RB und gibt diese an den Magnetpolpositionskorrekturbetragsberechnungsblock PB aus.
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Der Berechnungsblock PB verwendet den aktuellen d-Achsen-Spannungswert vd und den q-Achsen-Spannungswert vq aus dem Dreiphasen-/Zweiphasenumwandlungsblock TB3, um einen magnetischen Polpositionskorrekturbetrag θofs basierend auf einem arithmetischen Ausdruck θofs = atan (vd/vq) zu berechnen und gibt ihn an den Korrekturblock ZB aus.
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Der Magnetpolpositionsursprungskorrekturblock ZB speichert und hält den Magnetpolpositionskorrekturbetrag θofs aus dem Magnetpolpositionskorrekturbetrag-Berechnungsblock PB, verwendet den Magnetpolpositionskorrekturbetrag θofs , der gespeichert und gehalten wird, und den Magnetpoldrehwinkel θr aus einem Magnetpolpositionserfassungsblock MB, um eine tatsächliche Magnetpolposition 9 basierend auf einem arithmetischen Ausdruck θ = θr - θofs zu berechnen, und gibt sie an den Zweiphasen/Dreiphasenumwandlungsblock TB1 und den Dreiphasen/Zweiphasenumwandlungsblock TB2 aus.
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Die oben beschriebene ROL wird wie in einem Flussdiagramm in 6 dargestellt durchgeführt.
Zunächst wird der Prozess in Schritt S100 gestartet und in Schritt S101 ein Betriebszustand eines Motors erfasst. Wenn es sich um einen Zustand vor dem Motorstart handelt, fährt der Prozess mit Schritt 108 fort, und wenn es nicht der Zustand vor dem Motorstart ist, fährt der Prozess mit Schritt S102 fort.
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Wenn in Schritt S108 bereits eine ROL durchgeführt wurde und der Betrag der Korrektur der Magnetpolposition θofs eingestellt ist, fährt der Prozess erneut mit Schritt S101 fort, um den oben beschriebenen Vorgang zu wiederholen. Wenn der Korrekturbetrag der Magnetpolposition θofs nicht eingestellt ist, wird ein Anfangswert in dem Korrekturbetrag der Magnetpolposition θofs in Schritt S109 gespeichert. Der Anfangswert ist vorzugsweise ein Wert, der auf der Toleranz oder Montagegenauigkeit der Magnetpolpositionserfassungseinheit 31 basiert.
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In Schritt S102 wird der Betriebszustand des Motors erfasst, und wenn sich der Motor beim Anlassen befindet, fährt der Prozess mit Schritt S101 fort und der oben beschriebene Vorgang wird wiederholt. Da der Anfangswert in der Magnetpolpositionkorrekturbetrag θofs des Motors während des Starts eingestellt wird, kann in einigen Fällen kein optimales Drehmoment erzeugt werden, jedoch kann das zum Starten des Motors erforderliche Drehmoment erreicht werden. Wenn dies nicht während des Starts (nach dem Motorstart) geschieht, fährt der Prozess mit Schritt S103 fort.
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Das heißt, von vor dem Start bis nach dem Start des Motors ändert sich die Drehzahl des Motors, wie in 7 dargestellt. Die Drehzahl des Motors ist vor dem Start des Motors natürlich Null, die Drehzahl wird zu einer vorgegebenen Drehzahl oder mehr und geht beim Motorstart in einen stabilen Zustand über, und die Drehzahl befindet sich in einem pulsierenden Zustand in einem stabilen Bereich nach dem Motorstart. Die Magnetpolpositionsursprungskorrektur wird durch Einstellen von Bedingungen in Abhängigkeit von der Motordrehzahl durchgeführt. Das heißt, durch die Durchführung der Magnetpolpositionsursprungskorrektur, wenn die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine vom Permanentmagnettyp im Wesentlichen konstant ist, ist es möglich, die Bedingungen zu vermeiden, unter denen die Berechnungsgenauigkeit verschlechtert wird, und so die Magnetpolpositionsursprungskorrektur mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
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In Schritt S103 wird bestimmt, ob die Bedingungen für die Durchführung der ROL erfüllt sein können, und wenn erfüllt, fährt der Prozess mit Schritt S104 fort. Wenn dies nicht der Fall ist, fährt der Prozess mit Schritt S101 fort, um den oben beschriebenen Vorgang zu wiederholen.
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In Schritt S104 werden der aktuelle Sollwert der d-Achse Cid und der aktuelle Sollwert der q-Achse Ciq auf Null gesetzt. Infolgedessen wird der Ankerstrom, der durch jede der Phasen U, V, W des Motors 30 fließt, im Wesentlichen auf Null geregelt.
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In Schritt S105 wird nach dem Warten einer vorbestimmten Zeit, bis der Ankerstrom jeder Phase des Motors 30 ausreichend auf nahe Null konvergiert, der Magnetpolpositionskorrekturbetrag θofs berechnet und der Prozess mit Schritt S106 fortgesetzt. Oder, nach dem Warten auf eine vorbestimmte Zeit, wenn ein d-Achsenstrom id und ein q-Achsenstrom iq im Wesentlichen konstant sind, fährt der Prozess mit Schritt S106 fort, und wenn sie nicht zu im Wesentlichen konstanten Werten konvergieren, wird der Prozess beendet. Durch die Durchführung der Magnetpolpositionsursprungskorrektur, wenn der d-Achsenstrom und der q-Achsenstrom im Wesentlichen konstant sind, ist es möglich, die Bedingungen zu vermeiden, unter denen die Rechengenauigkeit verschlechtert wird, und so die Magnetpolpositionsursprungskorrektur mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
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In Schritt S106 wird der im Berechnungsblock PB berechnete Korrekturbetrag für die Magnetpolpositionskorrektur θofs gespeichert und im Korrekturblock ZB für den Ursprung der Magnetpolposition gehalten, und der ROL-Prozess wird in Schritt S107 beendet. Hier kann der Korrekturbetrag der Magnetpolposition θofs begrenzt werden, so dass der Korrekturbetrag der Magnetpolposition θofs innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwertbereichs liegt. In Schritt S106 wird der Korrekturbetrag der Magnetpolposition θofs, der im Korrekturblock ZB gespeichert und gehalten wird, mit dem Magnetpoldrehwinkel θr berechnet, um die tatsächliche Magnetpolposition θ zu berechnen.
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In der bisher beschriebenen ROL-Verarbeitung kann eine genaue Korrektur der Magnetpolposition durchgeführt werden, indem der Korrekturbetrag der Magnetpolposition θofs basierend auf einer Mittelpunktspannung des Wechselrichters berechnet wird, wodurch die Reduzierung von Leistungsfaktor und Wirkungsgrad reduziert wird.
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Unter den Bedingungen für die Durchführung der ROL von Schritt S103 kann die ROL ausgeführt werden, wenn ein in 1 dargestelltes Offsetkorrekturberechtigungssignal ROL EN „Berechtigung“ ist. Auf diese Weise ist es möglich, durch die Durchführung der Magnetpolpositionsursprungskorrektur basierend auf dem Genehmigungssignal eine unbeabsichtigte Drehmomentschwankung beim Start eines Prozesses zur Berechnung einer Ursprungsposition zu verhindern.
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Die Bedingung kann sein, dass die Drehzahl des Motors 30, die von der Drehzahlerfassungseinheit 32 der in 2 dargestellten Zustandserfassungseinheit 80 erfasst wird, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von Schwellenwerten liegt. Auf diese Weise ist es möglich, die Bedingungen zu vermeiden, unter denen die Rechengenauigkeit verschlechtert wird, und somit die Magnetpolpositionsursprungskorrektur mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Weiterhin kann die Bedingung sein, dass der Spannungswert VPN zwischen dem Hochspannungsseitenknoten P und dem Niederspannungsseitenknoten N des Glättungskondensators 11, der von der in 1 dargestellten Spannungserfassungseinheit 12 erfasst wird, innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwertbereichs liegt. 8 zeigt ein Beispiel für einen Fall, in dem die Drehzahl des Motors 30 und der Spannungswert VPN innerhalb des vorgegebenen Schwellenwertbereichs liegen. Das heißt, durch die Durchführung der Magnetpolpositionsursprungskorrektur, wenn die Spannung der Gleichstromversorgung innerhalb des voreingestellten Bereichs der Schwellenwerte liegt, ist es möglich, die Bedingungen zu vermeiden, unter denen die Rechengenauigkeit verschlechtert wird, und so die Magnetpolpositionsursprungskorrektur mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
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Die Bedingung kann sein, dass die Drehzahl des Motors 30, die von der in 1 dargestellten Drehzahlerfassungseinheit 32 erfasst wird, im Wesentlichen konstant ist.
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Die vorstehend beschriebenen Schwellenwerte der Drehzahl des Motors 30 können in Abhängigkeit von der Temperatur des Motors 30 geändert werden, die von der in 1 dargestellten Temperaturerfassungseinheit 33 erfasst wird. Durch Ändern der Schwellenwerte der Drehzahl in Abhängigkeit von der Magnettemperatur der rotierenden elektrischen Maschine vom Typ Permanentmagnet ist es möglich, die Bedingungen zu vermeiden, unter denen die Rechengenauigkeit verschlechtert wird, wodurch die Magnetpolpositionsursprungskorrektur mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird.
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Die Bedingung kann sein, dass die von der in 1 dargestellten Spannungserfassungseinheit 12 erfasste Spannung VPN im Wesentlichen konstant ist. Auf diese Weise ist es möglich, durch die Durchführung der Magnetpolpositionsursprungskorrektur bei im Wesentlichen konstanter Spannung der Gleichstromversorgung die Bedingungen zu vermeiden, unter denen die Rechengenauigkeit verschlechtert wird, und somit die Magnetpolpositionsursprungskorrektur mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp als Motor beschrieben, und ein Fall, in dem die Steuervorrichtung für die rotierende elektrische Maschine vom Permanentmagnettyp an dem Hybridfahrzeug montiert ist, wie die Motorsteuervorrichtung beschrieben wird. In einem Fall, indem der Motor 30 auf dem Hybridfahrzeug montiert ist, ist der Motor 30 jedoch mit einer Abtriebswelle (Antriebswelle) einer Maschine 301 verbunden, wie in 9 dargestellt, um die Maschine durch Starten des Motors zu starten. Weiterhin wird der Motor 30 durch die Maschine 301 gedreht.
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In einem solchen Fall beinhaltet die Wechselrichtersteuervorrichtung 40 eine Startzeitsteuereinheit 401, in der ein temporärer Korrekturwert (erster Korrekturwert) eingestellt ist, und nach einer vorbestimmten Startzeit der Maschine 301 durch den Motor 30 kann eine geeignete Motorsteuerung durchgeführt werden, indem die Magnetpolpositionsursprungskorrektur basierend auf der Mittelpunktpotentialerfassung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
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Das heißt, der Motor wird mit dem ersten Korrekturwert gesteuert, bis die Drehung des Motors 30 einen vorbestimmten Zustand erreicht, und die Magnetpolpositionsursprungskorrektur wird basierend auf der Mittelpunktpotentialerfassung der vorliegenden Erfindung durchgeführt, wenn die Drehung den vorbestimmten Zustand erreicht. Ein solcher Start der Maschine 301 ist notwendig, um das Starten der Maschine durch den Motor noch vor der Magnetpolpositionsursprungskorrektur zu ermöglichen.
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In der in 3 gezeigten Wechselrichtersteuervorrichtung 40 ist der Korrekturbetrag der Magnetpolposition θofs des Ausgangs des Berechnungsblocks PB so vorgesehen, wie er sich für den Magnetpolpositionsursprungskorrekturblock ZB befindet. Als Sicherheitsmaßnahme, wenn der Korrekturbetrag aus irgendeinem Grund extrem groß wird, wie in 10 dargestellt, kann jedoch durch Bereitstellen eines Korrekturmengenbegrenzungsblocks LB am Ausgang des Magnetpolpositionskorrekturbetragsberechnungsblocks PB eine Gegenmaßnahme ergriffen werden, wenn der Magnetpolpositionskorrekturbetrag θofs ein unerwarteter Wert ist.
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Tritt ein Fehler in der Mittelpunktpotentialerfassungseinheit 50, dem Spannungssensor 60 oder dergleichen auf, kann der berechnete Korrekturbetrag stark von einem Sollwert abweichen. In diesem Fall ist ein Fehler des Drehmoments größer als vor der Durchführung der Korrektur. So wird beispielsweise der Schwellenwert basierend auf der Toleranz, der Genauigkeit der Einbauposition o.ä. der Magnetpolpositionserfassungseinheit 31 bestimmt, und wenn der Ausgangswert den Schwellenwert überschreitet, kann die Steuerung mit dem Wert vor der Korrektur fortgesetzt und damit der Fehler angezeigt werden.
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Jeder der in den 1 und 3 dargestellten Funktionsblöcke wird durch die in 11 dargestellte Hardware realisiert. Das heißt, ein Prozessor 200, ein Speicher 201 zum Speichern von Programmen und Daten und eine Ein-/Ausgabevorrichtung 202, wie beispielsweise ein Sensor, sind über einen Datenbus 203 verbunden, und die Datenverarbeitung und Datenübertragung erfolgt unter der Steuerung des Prozessors 200.
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Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, sondern es können verschiedene Konstruktionsänderungen vorgenommen werden, und die Ausführungsformen können entsprechend geändert oder weggelassen werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die als Ausführungsformen bezeichneten Inhalte zu kombinieren und umzusetzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3688673 [0006]
- JP 5642251 [0006]
