DE112017008293T5

DE112017008293T5 - Steuerungseinrichtung und steuerungsverfahren für elektrischerotationsmaschine

Info

Publication number: DE112017008293T5
Application number: DE112017008293.5T
Authority: DE
Inventors: Ryo MIYASHITA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-10-08
Also published as: WO2019123634A1; JPWO2019123634A1; US11063547B2; JP6925449B2; US20200343847A1

Abstract

Eine PWM-Steuerung eines ersten und zweiten Wechselrichters, die eine elektrische Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp steuern, wird mit einer Modusumschaltung zwischen asynchroner PWM und synchroner PWM durchgeführt. Eine Dreieckswelle (CWa) für eine erste Gruppe, die zur PWM-Steuerung des ersten Wechselrichters verwendet wird, wird von der asynchronen PWM zur synchronen PWM im ersten Timing (t1) umgeschaltet, bei welchem die Trägerphasen einer asynchronen PWM-Dreieckswelle und einer synchronen Dreieckswelle miteinander in Übereinstimmung gebracht sind. Eine Dreieckswelle (CWb) für eine zweite Gruppe, die zur PWM-Steuerung des zweiten Wechselrichters verwendet wird, wird von der asynchronen PWM zur synchronen PWM im zweiten Timing (t2) umgeschaltet, bei welchem die Trägerphasen der asynchronen PWM-Dreieckswelle und der synchronen Dreieckswelle miteinander in Übereinstimmung gebracht sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung und ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine. Sie betrifft insbesondere die Steuerung einer elektrischen Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp, die eine Wicklung für eine erste Gruppe und eine Wicklung für eine zweite Gruppe aufweist.
Stand der Technik
Beispielsweise offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2017-93208 A (PTL 1) eine Steuerungskonfiguration, bei welcher ein Wechselrichter separat für jede gemultiplexte Wicklungsgruppe in einer elektrischen Rotationsmaschine bereitgestellt ist, wobei die Wicklungen der elektrischen Rotationsmaschine gemultiplext sind.
Die PTL 1 offenbart eine Konfiguration, bei welcher zwei Wechselrichter für einen Dreiphasenmotor vom Doppelwicklungstyp bereitgestellt sind und jeder der zwei Wechselrichter einen U-Phasen-Schenkel, einen V-Phasen-Schenkel und einen W-Phasen-Schenkel aufweist. Außerdem wird in der PTL 1 das, was als „synchrone PWM-Steuerung“ bezeichnet wird, wobei die Frequenz der PWM-Trägerwelle (Pulsbreitenmodulation-Trägerwelle) (nachfolgend auch einfach als „Trägerwelle“ bezeichnet) mit einem ganzzahligen Vielfachen der Drehfrequenz der elektrischen Rotationsmaschine synchronisiert ist, und „asynchrone PWM-Steuerung“, wobei die Frequenz der Trägerwelle fix ist, selektiv in Bezug auf die PWM-Steuerung verwendet, die typischerweise für die Schaltsteuerung des Wechselrichters verwendet wird. Genauer gesagt: Die asynchrone PWM und die synchrone PWM werden in Abhängigkeit von der Drehzahl des Elektromotors und den Temperaturen eines Halbleiterschaltelements und einer Diode ausgewählt, die den Wechselrichter bilden.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
PTL 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2017-93208 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der elektrischen Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp gilt Folgendes: Bei einer Konfiguration, bei welcher die Wicklung für eine erste Gruppe und die Wicklung für eine zweite Gruppe so gewickelt sind, dass sie eine mechanische Winkeldifferenz haben, wird die PWM-Steuerung in jedem von erstem und zweitem Wechselrichter durchgeführt, die die Spannungen steuern, die an die Wicklung für eine erste Gruppe und die Wicklung für eine zweite Gruppe angelegt werden. Bei der synchronen PWM gilt Folgendes: Da die Phase der Trägerwelle mit der Phase des elektrischen Winkels in jeder Wicklungsgruppe synchronisiert ist, besteht eine Phasendifferenz zwischen den Trägerwellen in jedem von erstem und zweitem Wechselrichter.
Aus diesem Grund wird bei der PWM-Steuerung des ersten und zweiten Wechselrichters dann, wenn die synchrone PWM und die asynchrone PWM gleichzeitig umgeschaltet werden, die Steuerung instabil, da die Phase der Trägerwelle diskontinuierlich wird. Die PTL 1 berücksichtigt jedoch insbesondere nicht die Phase der Trägerwelle, wenn die synchrone PWM und die asynchrone PWM umgeschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um ein solches Problem zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die synchrone PWM und die asynchrone PWM bei der Wechselrichter-Steuerung einer elektrischen Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp sanft bzw. glatt umzuschalten, die eine Wicklung für eine erste Gruppe und eine Wicklung für eine zweite Gruppe aufweist, die mit einer mechanischen Winkeldifferenz gewickelt sind.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Steuerungseinrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp, die eine Wicklung für eine erste Gruppe und eine Wicklung für eine zweite Gruppe aufweist, die um einen Stator mit einer mechanischen Winkeldifferenz gewickelt sind, eine Spannungsbefehl-Betriebseinheit, eine Trägerwellen-Zuführungseinheit und eine PWM-Steuerungseinrichtung auf.
Die Trägerwellen-Zuführungseinheit weist eine Trägerwellen-Steuerungseinrichtung auf. Die Spannungsbefehl-Betriebseinheit erzeugt einen Spannungsbefehl für eine erste Gruppe für einen ersten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine erste Gruppe angelegt wird, und einen Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe für einen zweiten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine zweite Gruppe angelegt wird. Die Trägerwellen-Zuführungseinheit erzeugt eine erste Trägerwelle, die zur ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung im ersten Wechselrichter verwendet wird, und eine zweite Trägerwelle, die zur zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung im zweiten Wechselrichter verwendet wird.
Die PWM-Steuerungseinrichtung erzeugt ein PWM-Signal für eine erste Gruppe zum Steuern des ersten Wechselrichters mittels der ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine erste Gruppe und der ersten Trägerwelle, und sie erzeugt ein PWM-Signal für eine zweite Gruppe zum Steuern des zweiten Wechselrichters mittels der zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe und der zweiten Trägerwelle. Eine Trägerwellen-Steuerungseinrichtung schaltet zwischen ersten und zweiten Trägerwellen um, die für die erste Pulsbreitenmodulationssteuerung und die zweite Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet werden, und zwar gemäß einer Auswahl aus einem von einem ersten Modus, in welchem sich Frequenzen der ersten und zweiten Trägerwellen so verändern, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Frequenz der angelegten Spannung werden, und einem zweiten Modus, in welchem die Frequenzen der ersten und zweiten Träger konstant gehalten werden.
Wenn die Modusumschaltung zwischen dem ersten und zweiten Modus angewiesen wird, führt die Trägerwellen-Steuerungseinrichtung die Modusumschaltung im ersten Timing durch, bei welchem eine Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und eine Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander auf der einen Trägerwelle der ersten und zweiten Trägerwellen in Übereinstimmung gebracht sind. Die Trägerwellen-Steuerungseinrichtung führt die Modusumschaltung im zweiten Timing durch, bei welchem die Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und die Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander auf der anderen Trägerwelle der ersten und zweiten Trägerwellen in Übereinstimmung gebracht sind, und zwar nach dem ersten Timing.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp, die eine Wicklung für eine erste Gruppe und eine Wicklung für eine zweite Gruppe aufweist, die um einen Stator mit einer mechanischen Winkeldifferenz gewickelt sind, Folgendes auf:

(1) Erzeugen eines Spannungsbefehls für eine erste Gruppe für einen ersten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine erste Gruppe angelegt wird, und eines Spannungsbefehls für eine zweite Gruppe für einen zweiten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine zweite Gruppe angelegt wird;
(2) Zuführen einer ersten Trägerwelle, die zur ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung im ersten Wechselrichter verwendet wird, und einer zweiten Trägerwelle, die zur zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung im zweiten Wechselrichter verwendet wird; und
(3) Erzeugen eines PWM-Signals für eine erste Gruppe zum Steuern des ersten Wechselrichters mittels der ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine erste Gruppe und der ersten Trägerwelle, und Erzeugen eines PWM-Signals für eine zweite Gruppe zum Steuern des zweiten Wechselrichters mittels der zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe und der zweiten Trägerwelle.

Das Zuführen der ersten und zweiten Trägerwellen schließt ein Umschalten zwischen den ersten und zweiten Trägerwellen ein, die für die erste Pulsbreitenmodulationssteuerung und die zweite Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet werden, gemäß einer Auswahl aus einem von einem ersten Modus, in welchem sich Frequenzen der ersten und zweiten Trägerwellen so verändern, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Frequenz der angelegten Spannung werden, und einem zweiten Modus, in welchem die Frequenzen der ersten und zweiten Träger konstant gehalten werden.
Das Umschalten zwischen den ersten und zweiten Trägerwellen weist Folgendes auf: Wenn die Modusumschaltung zwischen dem ersten und zweiten Modus angewiesen wird, Durchführen der Modusumschaltung im ersten Timing, bei welchem eine Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und eine Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander in Übereinstimmung gebracht sind, auf der einen Trägerwelle aus den ersten und zweiten Trägerwellen; und Durchführen der Modusumschaltung im zweiten Timing, bei welchem die Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und die Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander in Übereinstimmung gebracht sind, auf der anderen Trägerwelle aus den ersten und zweiten Trägerwellen nach dem ersten Timing.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Stetigkeit der Trägerwellenphase während der Modusumschaltung sowohl für die erste, als auch für die zweite Trägerwelle gewährleistet werden, die bei der PWM-Steuerung des ersten und zweiten Wechselrichters verwendet werden, die die elektrische Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp steuern, die die Wicklung für eine erste Gruppe und die Wicklung für eine zweite Gruppe aufweist, die mit der mechanischen Winkeldifferenz gewickelt sind, so dass die Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM glatt bzw. sanft durchgeführt werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Motorsystems veranschaulicht, das von einer Steuerungseinrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine gesteuert wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungseinrichtung in 1 veranschaulicht.
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein spezifisches Steuerungs-Konfigurationsbeispiel zur Spannungsbefehl-Berechnung veranschaulicht.
4 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das eine Dreieckswelle veranschaulicht, die zur synchronen PWM verwendet wird.
5 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das eine Dreieckswelle veranschaulicht, die zur asynchronen PWM verwendet wird.
6 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das ein Vergleichsbeispiel der PWM-Steuerung bei der Modusumschaltung zwischen der asynchronen PWM und der synchronen PWM veranschaulicht.
7 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das die Modusumschaltung zwischen der asynchronen PWM und der synchronen PWM durch die Einrichtung zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
8 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das die Modusumschaltung veranschaulicht, bei welcher eine Interpolations-Dreieckswelle von der Steuerungseinrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine verwendet wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
9 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das ein Beispiel der PWM-Steuerung veranschaulicht, wenn die Modusumschaltung in 8 angewendet wird.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten der Verarbeitung zum Einstellen einer Dreieckswellenspannung in 10 veranschaulicht.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Flag-Einstellungsverarbeitung für die Modusumschaltung veranschaulicht.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Modifikation der Flag-Einstellungsverarbeitung für die Modusumschaltung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind gleiche oder entsprechende Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird im Prinzip nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Motorsystems veranschaulicht, das von einer Steuerungseinrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine gesteuert wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 1 gilt Folgendes: Das Motorsystem weist eine elektrische Rotationsmaschine 10 vom Doppelwicklungstyp, die gesteuert werden soll (nachfolgend auch einfach als elektrische Rotationsmaschine 10 bezeichnet), Wechselrichter 15a, 15b und eine Steuerungseinrichtung 100 auf. Ein Drehwinkelsensor 11 und Stromsensoren 22a und 22b sind in der elektrischen Rotationsmaschine 10 angeordnet.
Die elektrische Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp weist eine Wicklung 20a für eine erste Gruppe und eine Wicklung 20b für eine zweite Gruppe auf. Die Wicklung 20a für eine erste Gruppe ist eine Dreiphasenwicklung aus U-Phase, V-Phase und W-Phase. Die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe ist eine Dreiphasenwicklung aus U-Phase, V-Phase und W-Phase. Die Wicklungen 20a, 20b für erste und eine zweite Gruppe sind um einen Stator gewickelt. Beispielsweise kann eine elektrische Permanentmagnet-Synchron-AC-Rotationsmaschine, bei welcher ein Permanentmagnet in einem Rotor bereitgestellt ist, auf die elektrische Rotationsmaschine 10 angewendet werden. In der ersten Ausführungsform sind zwei Gruppen von Wicklungen 20a, 20b in einem einzigen Stator (nicht dargestellt) bereitgestellt, und eine oder eine Mehrzahl von Polpaaren von Permanentmagneten sind in einem einzigen Rotor (nicht dargestellt) bereitgestellt, der auf der radialen Innenseite des Stator angeordnet ist.
Die Wicklung 20a für eine erste Gruppe und die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe sind um den Stator mit einer konstanten mechanischen Phasendifferenz (Winkeldifferenz) gewickelt. Das heißt, eine konstante Phasendifferenz ist zwischen der U-Phasen-Wicklung der ersten Gruppe und der U-Phasen-Wicklung der zweiten Gruppe, zwischen der V-Phasen-Wicklung der ersten Gruppe und der V-Phasen-Wicklung der zweiten Gruppe sowie zwischen der W-Phasen-Wicklung der ersten Gruppe und der W-Phasen-Wicklung der zweiten Gruppe bereitgestellt.
Der Wechselrichter 15a wandelt DC-Energie, die von einer DC-Energieversorgung (nicht dargestellt) zugeführt wird, in AC-Energie um, und er führt die AC-Energie der Wicklung 20a für eine erste Gruppe zu. Der Wechselrichter 15b wandelt die gleiche DC-Energie in AC-Energie um, und er führt die AC-Energie der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe zu. Nachfolgend wird der Wechselrichter 15a auch als Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe bezeichnet, und der Wechselrichter 15b wird auch als Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe bezeichnet,
Jeder von dem Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe und dem Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe weist eine Mehrzahl von Schaltelementen auf. Jeder der Wechselrichter 15a, 15b hat eine Konfiguration, bei welcher drei Sätze von Reihenschaltungen für eine Phase, wobei ein Schaltelement auf der positiven Seite, das mit einem positiven Anschluss der DC-Energieversorgung verbunden ist, und ein Schaltelement auf der negativen Seite, das mit einem negativen Anschluss der DC-Energieversorgung verbunden ist, in Reihe geschaltet sind, gemäß der Dreiphasenwicklung bereitgestellt sind. Ein Verbindungspunkt der zwei Schaltelemente in jeder Reihenschaltung ist mit der entsprechenden Phasenwicklung verbunden. Ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder dergleichen kann als das Schaltelement verwendet werden.
Ein Gate-Anschluss jedes Schaltelements ist mit der Steuerungseinrichtung 100 durch eine Gate-Treiberschaltung (nicht dargestellt) verbunden. Die Einschalt- und Ausschaltzustände der Schaltelemente für die drei Phasen, die den Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe bilden, werden mittels PWM-Signalen Sua, Sva, Swa für eine erste Gruppe gesteuert. Genauer gesagt: Die Einschalt- und Ausschaltzustände der Schaltelemente auf der positiven Seite und auf der negativen Seite, die mit der U-Phasen-Wicklung verbunden sind, werden vom PWM-Signal Sua gesteuert. Die Einschalt- und Ausschaltzustände der Schaltelemente auf der positiven Seite und auf der negativen Seite, die mit der V-Phasen-Wicklung verbunden sind, werden vom PWM-Signal Sva gesteuert. Die Einschalt- und Ausschaltzustände der Schaltelemente auf der positiven Seite und auf der negativen Seite, die mit der W-Phasen-Wicklung verbunden sind, werden vom PWM-Signal Swa gesteuert. Auf ähnliche Weise werden für den Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe die Einschalt- und Ausschaltzustände der Schaltelemente für drei Phasen mittels PWM-Signalen Sub, Svb, Swb für eine zweite Gruppe gesteuert.
Der Stromsensor 22a ist zum Detektieren des Stroms angeordnet, der durch die Wicklung 20a für eine erste Gruppe fließt. Der Stromsensor 22b ist zum Detektieren des Stroms angeordnet, der durch die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe fließt. Beispielsweise ist der Stromsensor 22a an einer Stromleitung angeordnet, die mit einer Reihenschaltung (nicht dargestellt) der Schaltelemente, die den Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe bilden, und jeder Phasenwicklung verbunden ist, die die Wicklung 20a für eine erste Gruppe bildet. Auf ähnliche Weise ist der Stromsensor 22b an einer Stromleitung angeordnet, die mit einer Reihenschaltung (nicht dargestellt) der Schaltelemente, die den Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe bilden, und jeder Phasenwicklung verbunden ist, die die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe bildet. Nachfolgend wird der Stromsensor 22a auch als Stromsensor 22a für eine erste Gruppe bezeichnet, und der Stromsensor 22b wird auch als Stromsensor 22b für eine zweite Gruppe bezeichnet.
Der Drehwinkelsensor 11 detektiert den Drehwinkel (Magnetpolposition) des Rotors (nicht dargestellt) der elektrischen Rotationsmaschine 10. Beispielsweise kann der Drehwinkelsensor 11 aus einem Resolver gebildet sein.
Die Steuerungseinrichtung 100 weist einen Magnetpol-Positionsdetektor 130, eine Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140, eine Dreieckswellen-Zuführungseinheit 150 und eine PWM-Steuerungseinrichtung 133 als einen funktionalen Block zur Motorsteuerung auf. Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, steuert die Steuerungseinrichtung 100 die elektrische Rotationsmaschine 10 durch den Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe und den Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe. Genauer gesagt: Die PWM-Signale Sua, Sva, Swa für eine erste Gruppe und die PWM-Signale Sub, Svb, Swb für eine zweite Gruppe zum Steuern der AC-Spannung, die aus den Wechselrichtern 15a, 15b für eine erste und eine zweite Gruppe ausgegeben werden, werden mittels Rückführungs-Regelung unter Verwendung von Detektionswerten des Drehwinkels und des Stroms der elektrischen Rotationsmaschine 10 erzeugt, derart, dass die elektrische Rotationsmaschine 10 gemäß einem Strombefehlswert auf der Basis eines Betriebsbefehls (Ausgangsmoment) arbeitet.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Steuerungseinrichtung 100 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 2 gilt Folgendes: Die Steuerungseinrichtung 100 weist eine Eingangsschaltung 112, eine Betriebseinheit 115, eine Speichereinrichtung 116 und eine Ausgangsschaltung 120 als Hardware auf. Die Betriebseinheit 115 kann aus einer CPU (einer zentralen Verarbeitungseinheit), einem DSP (einem digitalen Signalprozessor), einer ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder dergleichen gebildet sein.
Die Speichereinrichtung 116 tauscht Daten mit der Betriebseinheit 115 aus. Beispielsweise weist die Speichereinrichtung 116 ein RAM (Speicher mit wahlweisem Zugriff) 116a, das so konfiguriert ist, dass es dazu imstande ist, Daten aus der Betriebseinheit 115 zu lesen und in diese hineinzuschreiben, und ein ROM (Nur-LeseSpeicher) 116b auf, das so konfiguriert ist, dass es dazu imstande ist, Daten aus der Betriebseinheit 115 zu lesen.
Die Eingangsschaltung 112 hat eine A/D-Umwandlungsfunktion, bei welcher ein Signal von einem externen Sensor oder Schalter der Steuerungseinrichtung 100 in die Betriebseinheit 115 eingegeben wird. In der Konfiguration gemäß 1 werden die Ausgabewerte des Drehwinkelsensors 11 und der Stromsensoren 22a, 22b in 1 in die Eingangsschaltung 112 eingegeben, und der Ausgabewert des Spannungssensors 24, der die DC-Spannung detektiert, die von der DC-Energieversorgung (nicht dargestellt) an die Wechselrichter 15a, 15b zugeführt wird, wird ebenfalls in die Eingangsschaltung 112 eingegeben. Die Betriebseinheit 115 kann den Drehwinkel, der vom Drehwinkelsensor 11 detektiert wird, die Stromwerte (dreiphasig), die von den Stromsensoren 22a, 22b detektiert werden, und die Spannung, die vom Spannungssensor 24 detektiert wird, durch die Eingangsschaltung 112 erfassen.
Die Ausgangsschaltung 120 hat die Funktion, dass sie ein elektrisches Signal an eine externe Einrichtung der Steuerungseinrichtung 100 ausgibt. In dem Konfigurationsbeispiel gemäß 1 gibt die Ausgangsschaltung 120 die PWM-Signale Sua, Sva, Swa für eine erste Gruppe und die PWM-Signale Sub, Svb, Swb für eine zweite Gruppe an die Gate-Treiberschaltungen (nicht dargestellt) des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe und des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe aus.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 gilt Folgendes: Typischerweise führt die Betriebseinheit 115 eine Software (ein Programm) aus, das in der Speichereinrichtung 116 wie z. B. dem ROM 116b gespeichert ist, und sie kooperiert mit der übrigen Hardware der Steuerungseinrichtung 100 wie z. B. der Speichereinrichtung 116, der Eingangsschaltung 112 und der Ausgangsschaltung 120. Dadurch implementiert sie die Funktionen der funktionalen Blöcke, die die Steuerungseinrichtung 100 bilden. Ein Teil der Funktionen oder sämtliche Funktionen eines jeden funktionalen Blocks kann auch mittels einer dedizierten elektronischen Schaltung (Hardware) implementiert sein.
Jede Funktion der Steuerungseinrichtung 100 wird im Einzelnen unten beschrieben.
Auf der Basis des Ausgangssignals des Drehwinkelsensors 11 berechnet der Magnetpol-Positionsdetektor 130 den Drehwinkel (nachfolgend auch als Motor-Drehwinkel bezeichnet) der elektrischen Rotationsmaschine 10 entsprechend der Rotor-Magnetpolposition (in diesem Beispiel der Position des N-Pols des Permanentmagneten) des Rotors bei einem elektrischen Winkel. Der Magnetpol-Positionsdetektor 130 kann die Drehwinkelgeschwindigkeit bei dem elektrischen Winkel durch Ableitung des Motor-Drehwinkels nach der Zeit berechnen.
In der ersten Ausführungsform werden der Detektionswert des Drehwinkels entsprechend der Magnetpolposition des Rotors in Bezug auf die Wicklung 20a für eine erste Gruppe (beispielsweise: U-Phasen-Wicklung) und der Detektionswert des Drehwinkels entsprechend der Magnetpolposition des Rotors in Bezug auf die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe (beispielsweise: U-Phasen-Wicklung) vom Drehwinkelsensor 11 in den Magnetpol-Positionsdetektor 130 eingegeben. Der Magnetpol-Positionsdetektor 130 berechnet den Motor-Drehwinkel θa auf der Basis der Wicklung für eine erste Gruppe und den Motor-Drehwinkel θb auf der Basis der Wicklung für eine zweite Gruppe, und zwar auf der Basis der Detektionswerte des Drehwinkelsensors 11.
Die Winkeldifferenz (Phasendifferenz), die erhalten wird, indem die mechanische Winkeldifferenz (Phasendifferenz) zwischen der Wicklung 20a für eine erste Gruppe und der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe, die um den Stator gewickelt sind, in den elektrischen Winkel umgewandelt wird, besteht zwischen dem Motor-Drehwinkel θa auf der Basis der Wicklung für eine erste Gruppe und dem Motor-Drehwinkel θb auf der Basis der Wicklung für eine zweite Gruppe. Das heißt, wenn die obige Intergruppen-Phasendifferenz (elektrischer Winkel) Δθcoil verwendet wird, besteht das Verhältnis, das durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist, zwischen dem Motor-Drehwinkel θa auf der Basis der Wicklung für eine erste Gruppe und dem Motor-Drehwinkel θb auf der Basis der Wicklung für eine zweite Gruppe. $θ b = θ a + Δθ coil$
Die mechanische Phasendifferenz zwischen der Wicklung 20a für eine erste Gruppe und der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe wird mit der Anzahl von Polpaaren multipliziert, und das Produkt wird durch 2 geteilt. Dadurch wird eine Intergruppen-Phasendifferenz Δθcoil in Gleichung (1) erhalten.
Nachdem der Motor-Drehwinkel θa aus dem Detektionswert des Drehwinkelsensors 11 berechnet wurde, kann der Magnetpol-Positionsdetektor 130 weiter den Motor-Drehwinkel θb durch den Vorgang der Gleichung (1) erhalten.
Die Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140 weist eine Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140a auf, die die Spannungsbefehle Vua, Vva, Vwa für die Spannung erzeugt, die an die Wicklung 20a für eine erste Gruppe angelegt wird, sowie eine Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140b, die die Spannungsbefehle Vub, Vvb, Vwb für die Spannung erzeugt, die an die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe angelegt wird. Im Folgenden wird die Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140a auch als eine Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140a für eine erste Gruppe bezeichnet, und die Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140b wird auch als eine Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140b für eine zweite Gruppe bezeichnet. Auf ähnliche Weise werden die Spannungsbefehle Vua, Vva, Vwa auch als ein Spannungsbefehl für eine erste Gruppe bezeichnet, und die Spannungsbefehle Vub, Vvb, Vwb werden auch als ein Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe bezeichnet.
Spannungsbefehl-Betriebseinheiten 140a, 140b können den Spannungsbefehl erzeugen, indem sie eine Strom-Rückführungs-Regelung auf einem rotierenden Koordinatensystem mit dq-Achse durchführen. Wie wohlbekannt ist, ist das rotierende Koordinatensystem mit dq-Achsen ein rotierendes Zweiachsen-Koordinatensystem, das synchron mit der Rotation des Rotors (nicht dargestellt) unter dem elektrischen Winkel rotiert. Die d-Achse ist durch die Magnetpolposition des Rotors definiert (beispielsweise die Ausrichtung des N-Pols des Permanentmagneten). Die q-Achse ist als die Richtung definiert, die um 90° (π/2) bezogen auf den elektrischen Winkel von der d-Achse vorauseilt.
Unter Bezugnahme auf 3 wird unten ein spezifisches Steuerungs-Konfigurationsbeispiel zur Spannungsbefehl-Berechnung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3 ändert die Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140a für eine erste Gruppe die dq-Achsen-Spannungsbefehle Vda, Vqa für eine erste Gruppe derart, dass sich die dq-Achsen-Ströme Ida, Iqa der Wicklung 20a für eine erste Gruppe den dq-Achsen-Strombefehlen Ida*, Iqa* annähern. Auf ähnliche Weise verändert die Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140b für eine zweite Gruppe die dq-Achsen-Spannungsbefehle Vdb, Vqb für eine zweite Gruppe so, dass die dq-Achsen-Ströme Idb, Iqb der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe sich den dq-Achsen-Strombefehlen Idb*, Iqb* für eine zweite Gruppe annähern.
Die Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140a für eine erste Gruppe weist Folgendes auf: Einen Strombefehl-Berechner 141a für eine erste Gruppe, einen Stromdetektor 142a für eine erste Gruppe, einen Dreiphasen-nach-dq-Umsetzer 143a für eine erste Gruppe, eine Strom-Rückkopplungssteuerung 144a für eine erste Gruppe und einen Nicht-Interferenz-Prozessor 145a für eine erste Gruppe und einen dq-nach-Dreiphasen-Umsetzer 146a für eine erste Gruppe. Die Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140b für eine zweite Gruppe weist auf ähnliche Weise Folgendes auf: Einen Strombefehl-Berechner 141b für eine zweite Gruppe, einen Stromdetektor 142b für eine zweite Gruppe, einen Dreiphasen-nach-dq-Umsetzer 143b für eine zweite Gruppe, eine Strom-Rückkopplungssteuerung 144b für eine zweite Gruppe, einen Nicht-Interferenz-Prozessor 145b für eine zweite Gruppe und einen dq-nach-Dreiphasen-Umsetzer 146b für eine zweite Gruppe.
Der Strombefehl-Berechner 141a für eine erste Gruppe berechnet den d-Achsen-Strombefehl Ida* für eine erste Gruppe und den q-Achsen-Strombefehl Iqa* für eine erste Gruppe. Der Strombefehl-Berechner 141b für eine zweite Gruppe berechnet den d-Achsen-Strombefehl Idb* für eine zweite Gruppe und den q-Achsen-Strombefehl Iqb* für eine zweite Gruppe. Beispielsweise wird der dq-Achsen-Strombefehl für jede Gruppe aus einem Drehmomentbefehl der elektrischen Rotationsmaschine 10 durch ein Stromvektor-Steuerungsverfahren berechnet, wie z. B. der Maximalmoment-Stromsteuerung, Flussabschwächungssteuerung und Steuerung mit Id = 0.
Der Stromdetektor 142a für eine erste Gruppe detektiert die Ströme Iua, Iva, Iwa jeder Phase der Wicklung 20a für eine erste Gruppe auf der Basis des Ausgangssignals des Stromsensors 22a. Der Stromdetektor 142b für eine zweite Gruppe detektiert die Ströme Iub, Ivb, Iwb jeder Phase der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe auf der Basis des Ausgangssignals des Stromsensors 22b.
Der Dreiphasen-nach-dq-Umsetzer 143a für eine erste Gruppe wandelt die Phasenströme Iua, Iva, Iwa für eine erste Gruppe, die vom Stromdetektor 142a für eine erste Gruppe detektiert werden, in einen d-Achsen-Strom Ida für eine erste Gruppe und einen q-Achsen-Strom Iqa für eine erste Gruppe um. Die Dreiphasen-nach-dq-Umsetzereinheit 143b für eine zweite Gruppe wandelt auf ähnliche Weise die Phasenströme Iub, Ivb, Iwb für eine zweite Gruppe, die vom Stromdetektor 142b für eine zweite Gruppe detektiert werden, in einen d-Achsen-Strom Idb für eine zweite Gruppe und einen q-Achsen-Strom Iqb für eine zweite Gruppe um. In den Dreiphasen-nach-dq-Umsetzereinheiten 143a, 143b wird jeder Phasenstrom in den dq-Strom umgewandelt, der von dem rotierenden dq-Achsen-Koordinatensystem dargestellt wird, und zwar auf der Basis der Wicklung für eine erste oder eine zweite Gruppe mittels einer Dreiphasen-nach-Zweiphasen-Umwandlung und einer rotierenden Koordinatenumwandlung auf der Basis des Motor-Drehwinkels θa.
Die Strom-Rückkopplungssteuerung 144a für eine erste Gruppe verändert die dq-Achsen-Spannungsbefehle Vdba, Vqba für eine erste Gruppe so, dass die dq-Achsen-Ströme Ida, Iqa für eine erste Gruppe sich den dq-Achsen-Strombefehlen Ida*, Iqa* für eine erste Gruppe annähern. Beispielsweise kann die dq-Achsen-Strom-Rückführungs-Regelung für eine erste Gruppe mittels PI-Regelungsbetrieb durchgeführt werden, der in den folgenden Gleichungen (2), (3) beispielhaft beschrieben ist. $Vdba = (Kpd + Kid/s) \cdot (Ida* - Ida)$
$Vqba = (Kpq + Kiq/s) \cdot (Iqa* - Iqa)$
In den Gleichungen (2), (3) gilt Folgendes: Kpd ist die Proportionalverstärkung für die d-Achse, Kpq ist die Proportionalverstärkung für die q-Achse, Kid ist die Integralverstärkung für die d-Achse, und Kiq ist die Integralverstärkung für die q-Achse. s ist der Laplace-Operator.
Auf ähnliche Weise verändert die Strom-Rückkopplungssteuerung 144b für eine zweite Gruppe die dq-Achsen-Spannungsbefehle Vdbb, Vqbb für eine zweite Gruppe so, dass die dq-Achsen-Ströme Idb, Iqb für eine zweite Gruppe sich den dq-Achsen-Strombefehlen Idb*, Iqb* für eine zweite Gruppe annähern. Beispielsweise kann die dq-Achsen-Strom-Rückführungs-Regelung für eine erste Gruppe mittels PI-Regelungsbetrieb durchgeführt werden, der in den folgenden Gleichungen (4), (5) beispielhaft beschrieben ist. $Vdbb = (Kpd + Kid/s) \cdot (Idb* - Idb)$
$Vqbb = (Kpq + Kiq/s) \cdot (Iqb* - Iqb)$
In den Gleichungen (4), (5) sind Kpd, Kpq, Kid, Kiq und s die gleichen wie diejenigen in den Gleichungen (2), (3).
Der Nicht-Interferenz-Prozessor 145a für eine erste Gruppe und der Nicht-Interferenz-Prozessor 145b für eine zweite Gruppe führen eine erste Nicht-Interferenz-Verarbeitung zum Kompensieren der Interferenz infolge der magnetischen Kopplung zwischen den Wicklungen derselben Gruppe und eine zweite Nicht-Interferenz-Verarbeitung zum Kompensieren der Interferenz infolge der magnetischen Kopplung zwischen den Wicklungen von unterschiedlichen Gruppen, und zwar jeweils auf Rückführungswerte der dq-Achsen-Spannungsbefehle für eine erste Gruppe bzw. eine zweite Gruppe. Endgültige dq-Achsen-Spannungsbefehle Vda, Vqa für eine erste Gruppe und endgültige dq-Achsen-Spannungsbefehle Vdb, Vqb für eine zweite Gruppe werden durch erste und zweite Teile der Nicht-Interferenz-Verarbeitung der Nicht-Interferenz-Prozessoren 145a, 145b erzeugt.
Beispielsweise führt der Nicht-Interferenz-Prozessor 145a für eine erste Gruppe die Nicht-Interferenz-Verarbeitung durch Berechnungen durch, die in den folgenden Gleichungen (6), (7) veranschaulicht sind. $Vda = Vdba - ω \cdot Lqa \cdot Iqa + Mbd \cdot s \cdot Idb - ω \cdot Mqb \cdot Iqb$
$Vqa = Vqba - ω \cdot (Lda \cdot Iqa + Φ) + Mqb \cdot s \cdot Iqb - ω \cdot Mdb \cdot Idb$
Auf ähnliche Weise führt der Nicht-Interferenz-Prozessor 145b für eine zweite Gruppe die Nicht-Interferenz-Verarbeitung durch Berechnungen durch, die in den folgenden Gleichungen (8), (9) veranschaulicht sind. $Vdb = Vdbb - ω \cdot Lqb \cdot Iqb + Mda \cdot s \cdot Ida - ω \cdot Mqa \cdot Iqa$
$Vqb = Vqbb - ω \cdot (Ldb \cdot Idb + Φ) + Mqa \cdot s \cdot Iqa - ω \cdot Mba \cdot Ida$
In den Gleichungen (6) bis (9) sind Lda und Lqa jeweils die d-Achsen-Induktivität für dieselbe Gruppe der ersten Gruppe bzw. die q-Achsen-Induktivität für dieselbe Gruppe der ersten Gruppe, die die eine erste Gruppe beeinflussen. Ldb und Ldq sind jeweils die d-Achsen-Induktivität für dieselbe Gruppe der zweiten Gruppe bzw. die q-Achsen-Induktivität für dieselbe Gruppe der zweiten Gruppe, die die zweite Gruppe beeinflussen. Mda und Mqa sind jeweils die Intergruppen-d-Achsen-Induktivität der ersten Gruppe bzw. die Inter-Gruppen-q-Achsen-Induktivität der ersten Gruppe, die die zweite Gruppe beeinflussen. Mdb und Mqb sind jeweils die Intergruppen-d-Achsen-Induktivität der zweiten Gruppe bzw. die Inter-Gruppen-q-Achsen-Induktivität der zweiten Gruppe, die die eine erste Gruppe beeinflussen. Φ ist der Verkettungsfluss des Permanentmagneten, s ist der Laplace-Operator und co ist die Winkelbeschleunigung, die durch Differenzieren des Motor-Drehwinkels θa berechnet werden kann.
In den Gleichungen (6) und (7) gilt Folgendes: „ω · Lqa · Iqa“ und „ω · (Lqa · Iqa + Φ)“ sind ein Term für die Nicht-Interferenz-Verarbeitung für dieselbe Gruppe, und „Mdb · s · Idb“, „ω · Mqb · Iqb“, „Mqb · s · Iqb“ und „ω · Mdb · Idb“ sind ein Term für die Intergruppen-Nicht-Interferenz-Verarbeitung.
Auf ähnliche Weise gilt für die Gleichungen (8) und (9) Folgendes: „ω · Lqb · Iqb“ und „ω · (Lqb · Iqb + Φ)“ sind ein Term für die Nicht-Interferenz-Verarbeitung für dieselbe Gruppe, und „Mda · s · Ida“, „ω · Mqa · Iqa“, „Mqa · s · Iqa“ und „ω · Mda · Ida“ sind ein Term für die Intergruppen-Nicht-Interferenz-Verarbeitung. Der Betrieb der Nicht-Interferenz-Verarbeitung ist nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Beispielsweise führen der Nicht-Interferenz-Prozessor 145a für eine erste Gruppe und der Nicht-Interferenz-Prozessor 145b für eine zweite Gruppe den Nicht-Interferenz-Verarbeitungsbetrieb gemäß der Beschreibung in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift JP 2016-149904 A oder der japanischen Patent-Offenlegungsschrift JP 2014-138494 A durch.
Wie oben beschrieben, korrigiert bei der Intergruppen-Nicht-Interferenz-Verarbeitung der Nicht-Interferenz-Prozessor 145a für eine erste Gruppe die Rückführungswerte Vqba, Vdba für den dq-Achsen-Spannungsbefehl für eine erste Gruppe auf Basis der dq-Achsen-Ströme Idb, Iqb für eine zweite Gruppe. Auf ähnliche Weise korrigiert der Nicht-Interferenz-Prozessor 145b für eine zweite Gruppe die Rückführungswerte Vdbb, Vqbb für den dq-Achsen-Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe auf der Basis der dq-Achsen-Ströme Ida, Iqa für eine erste Gruppe.
Wenn wiederum eine Bestimmung, dass die Nicht-Interferenz-Verarbeitung für dieselbe Gruppe und die Intergruppen-Nicht-Interferenz-Verarbeitung nicht durchgeführt werden, auf der Basis einer Betriebsbedingung der elektrischen Rotationsmaschine 10 durchgeführt wird, können der Nicht-Interferenz-Prozessor 145a für eine erste Gruppe und der Nicht-Interferenz-Prozessor 145b für eine zweite Gruppe die Rückführungswerte der dq-Achsen-Spannungsbefehle für eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe direkt auf die endgültigen dq-Achsen-Spannungsbefehle für eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe einstellen. Alternativ stellen der Nicht-Interferenz-Prozessor 145a für eine erste Gruppe und der Nicht-Interferenz-Prozessor 145b für eine zweite Gruppe die endgültigen dq-Achsen-Spannungsbefehle für eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe auf einen Wert ein, der erhalten wird, indem nur die Nicht-Interferenz-Verarbeitung für dieselbe Gruppe auf den Rückführungswerten der dq-Achsen-Spannungsbefehlen für eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe durchgeführt wird.
Ein dq-nach-Dreiphasen-Umsetzer 146a für eine erste Gruppe führt eine fixe Koordinatenumwandlung und eine Zweiphasen-zu-Dreiphasen-Umwandlung auf Basis der Motor-Drehwinkels θa in Bezug auf die Wicklung 20a für eine erste Gruppe durch. Dadurch wandelt er die dq-Achsen-Spannungsbefehle Vda, Vq für eine erste Gruppe in Spannungsbefehle Vua, Vva, Vwa für eine erste Gruppe um, die AC-Spannungsbefehle für jede Phase (drei Phasen) der Wicklung 20a für eine erste Gruppe sind.
Auf ähnliche Weise führt ein dq-nach-Dreiphasen-Umsetzer 146b für eine zweite Gruppe die fixe Koordinatenumwandlung und die Zweiphasen-zu-Dreiphasen-Umwandlung auf Basis der Motor-Drehwinkels θb in Bezug auf die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe durch. Dadurch wandelt er die dq-Achsen-Spannungsbefehle Vda, Vq für eine zweite Gruppe in Spannungsbefehle Vub, Vvb, Vwb für eine zweite Gruppe um, die AC-Spannungsbefehle für jede Phase (drei Phasen) der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe sind.
Die Spannungsbefehle Vua, Vva, Vwa für eine erste Gruppe, die von der Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140a für eine erste Gruppe erzeugt werden, sind durch Sinuswellenspannungen dargestellt, die voneinander um 120° (elektrischer Winkel) verschiedene Spannungsphasen aufweisen. Auf ähnliche Weise sind die Spannungsbefehle Vub, Vvb, Vwb für eine zweite Gruppe, die von der Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140b für eine zweite Gruppe erzeugt werden, durch Sinuswellenspannungen dargestellt, die voneinander um 120° (elektrischer Winkel) verschiedene Spannungsphasen aufweisen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 gilt Folgendes: Die Dreieckswellen-Zuführungseinheit 150 weist eine Dreieckswellen-Steuerung 152 und eine Dreieckswellen-Steuerung 154 auf. Die Dreieckswellen-Zuführungseinheit 150 erzeugt eine Dreieckswelle CWa, die zur PWM-Steuerung des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe verwendet wird, und eine Dreieckswelle CWb, die zur PWM-Steuerung des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe verwendet wird.
Die PWM-Steuerungseinrichtung 133 weist eine PWM-Steuerungseinrichtung 133a für eine erste Gruppe und eine PWM-Steuerungseinrichtung 133b für eine zweite Gruppe auf. Die PWM-Steuerungseinrichtung 133a für eine erste Gruppe erzeugt PWM-Signale Sua, Sva, Swa für eine erste Gruppe, indem sie die Spannungen der Spannungsbefehle Vua, Vva, Vwa für eine erste Gruppe mit der Dreieckswelle CWa für eine erste Gruppe vergleicht. Die Einschalt- und Ausschaltzustände des Schaltelements auf der positiven Seite und des Schaltelements auf der negativen Seite jeder Phase, die den Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe bilden, werden gemäß den PWM-Signales Sua, Sva, Swa für eine erste Gruppe gesteuert. Demzufolge steuert der Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe die Spannung, die an die Wicklung 20a für eine erste Gruppe angelegt wird, gemäß den PWM-Signalen Sua, Sva, Swa für eine erste Gruppe.
Die PWM-Steuerungseinrichtung 133b für eine zweite Gruppe erzeugt PWM-Signale Sub, Svb, Swb für eine zweite Gruppe, indem sie die Spannungen der Spannungsbefehle Vub, Vvb, Vwb für eine zweite Gruppe mit der Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe vergleicht. Die Einschalt- und Ausschaltzustände des Schaltelements auf der positiven Seite und des Schaltelements auf der negativen Seite jeder Phase, die den Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe bilden, werden gemäß den PWM-Signalen Sub, Svb, Swb für eine zweite Gruppe für eine zweite Gruppe gesteuert. Demzufolge steuert der Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe die Spannung, die an die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe angelegt wird, gemäß den PWM-Signalen Sub, Svb, Swb für eine zweite Gruppe.
In dem Motorsystem der vorliegenden Ausführungsform wird eine synchrone PWM oder eine asynchrone PWM selektiv in der PWM-Steuerung zum Steuern der Ausgangsspannungen der Wechselrichter 15a, 15b angelegt.
Beispielsweise wird die Auswahl zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM gemäß dem Drehzahlbereich der elektrischen Rotationsmaschine 10 oder dem Grad der Wärmeerzeugung der Wechselrichter 15a, 15b umgeschaltet. Demzufolge ist die Dreieckswellen-Zuführungseinheit 150 so konfiguriert, dass sie zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM umschaltet.
Der Dreieckswellen-Generator 152 weist einen Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe und einen Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe auf. Die Dreieckswellen-Steuerungseinheit 154 weist eine Dreieckswellensteuerung 154a für eine erste Gruppe und eine Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe auf.
Der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe erzeugt eine synchrone PWM-Dreieckswelle CWXa und eine asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYa. Der Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe erzeugt eine synchrone PWM-Dreieckswelle CWXb und eine asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYb. Wie später noch beschrieben, wird gelegentlich eine Phasendifferenz zwischen den synchronen PWM-Dreieckswellen CWXa, CWXb und zwischen den asynchronen PWM-Dreieckswellen CWYa, CWYb erzeugt.
4 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das die Dreieckswelle veranschaulicht, die zur synchronen PWM verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf 4 gilt Folgendes: Der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe ändert die Phase θXa (nachfolgend auch als eine Trägerphase θXa bezeichnet) der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXa für eine erste Gruppe gemäß einer Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe. Die Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe wird durch die folgenden Gleichungen (10), (11) gemäß dem Motor-Drehwinkel θa auf der Basis der Wicklung 20a für eine erste Gruppe und einer Spannungsbefehlsphase θvdqa für eine erste Gruppe in Bezug auf den Motor-Drehwinkel θa berechnet. $θ refa = θ a + θ vdqa - (π / 2)$
$θ vdqa = {tan}^{- 1} (Vqa/Vda)$
Auf ähnliche Weise gilt Folgendes: Der Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe ändert die Phase θXb (nachfolgend auch als eine Trägerphase θXb bezeichnet) der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb für eine zweite Gruppe CWXb gemäß einer Referenzphase θrefb für eine zweite Gruppe. Die Referenzphase θrefb für eine zweite Gruppe wird durch die folgenden Gleichungen (12), (13) gemäß dem Motor-Drehwinkel θb auf der Basis der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe und einer Spannungsbefehlsphase θvdqb für eine zweite Gruppe in Bezug auf den Motor-Drehwinkel θb berechnet. $θ refb = θ b + θ vdqb - (π / 2)$
$θ vdqb = {tan}^{- 1} (Vqb/Vdb)$
Gleichung (14) wird erhalten, wenn Gleichung (12) unter Verwendung von Gleichung (1) umgeformt wird, so dass die Phasendifferenz Δθref (Δθref = θrefa - θrefb) zwischen den Referenzphasen θrefa, θrefb durch die folgende Gleichung (15) gegeben ist. $θ refb = θ a + Δθ coil + θ vdqb - (π / 2)$
$Δθ ref = (θ vdqa - θ vdqb) - Δθ coil$
Der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe berechnet die Phase θXa in Synchronisation mit der Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe, so dass M Dreieckswellen innerhalb einer Periode (0 bis 2π) der Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe erzeugt werden. M ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr, aber sie ist typischerweise auf eine ganze Zahl vorgegeben, die durch 3 · (2 · i - 1) dargestellt wird, wie z. B. 3 und 9 (i ist eine vorab vorgegebene natürliche Zahl). In der ersten Ausführungsform wird M = 3 angenommen.
Wie in 4 veranschaulicht, berechnet der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe die Trägerphase θXa so, dass sie sich mit einer Geschwindigkeit ändert, die das Dreifache (das M-Fache) der Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe ist. Während sich die Referenzphase θrefa von 0 zu 2π ändert, wird demzufolge die Trägerphase θXa so berechnet, dass die Änderung von 0 bis 2π dreimal wiederholt wird.
Der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe erzeugt die synchrone PWM-Dreieckswelle CWXa so, dass sie einmal oszilliert, und zwar von „Tal“ zu „Tal“ in Ansprechen auf die Änderung der Trägerphase θXa von 0 bis 2π. Beispielsweise werden Kartendaten bzw. Abbildungsdaten, welche die Trägerphase θXa mit einem Spannungsverhältnis auf die Amplitude der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXa beziehen, vorab erzeugt. Beispielsweise können die Abbildungsdaten derart erzeugt werden, dass die Dreieckswelle des „Tals“ gebildet wird, wenn die Trägerphase 0 oder 2π beträgt, und derart, dass die Dreieckswelle des „Scheitelwerts“ bzw. der „Spitze“ gebildet wird, wenn die Trägerphase π beträgt.
Ein Amplitudenwert der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXa ist auf eine DC-Spannnung Vdc vorgegeben, die in den Wechselrichter 15a eingegeben wird (d. h. den Wert, der vom Spannungssensor 24 detektiert wird. Demzufolge kann der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe den Spannungswert der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXa zu jedem Zeitpunkt berechnen, indem er sich auf die Abbildungsdaten unter Verwendung der Trägerphase θXa und der DC-Spannung Vdc bezieht.
Auf ähnliche Weise berechnet der Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe die Trägerphase θXb so, dass sie sie sich mit einer Geschwindigkeit ändert, die das Dreifache (das M-Fache) der Referenzphase θrefb für eine zweite Gruppe ist. Während sich die Referenzphase θrefb von 0 zu 2π ändert, wird demzufolge die Trägerphase θXb so berechnet, dass die Änderung von 0 bis 2π dreimal wiederholt wird.
Der Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe erzeugt die synchrone PWM-Dreieckswelle CWXb so, dass sie einmal oszilliert, und zwar von „Tal“ zu „Tal“ während einer Änderung der Trägerphase θXb von 0 bis 2π. Beispielsweise kann durch Verwendung von Abbildungsdaten, die für den Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe gemeinsam sind, der Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe den Spannungswert der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb zu jedem Zeitpunkt aus der Trägerphase θXb und der DC-Spannung Vdc berechnen. Die synchronen PWM-Dreieckswellen CWXa, CWXb entsprechen einem Aggregat bzw. einer Verknüpfung der Spannungswerte, die zu jedem Zeitpunkt berechnet werden. Die Phasendifferenz entsprechend dem M-Fachen von Δθref in Gleichung (15) wird zwischen den synchronen PWM-Dreieckswellen CWXa, CWXb erzeugt.
5 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das die Dreieckswelle veranschaulicht, die zur asynchronen PWM verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf 5 gilt Folgendes: Die Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe und die Referenzphase θrefb für eine zweite Gruppe werden vom Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe und vom Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe auf die gleiche Weise wie in 4 berechnet.
Der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe ändert die Phase θYa (nachfolgend auch als eine Trägerphase θYa bezeichnet) der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYa für eine erste Gruppe gemäß einer Trägerperiode Tcw, die von außerhalb der Steuerungseinrichtung 100 zugewiesen wird. Die Trägerphase θYa wird so berechnet, dass eine einzige Dreieckswelle für jede Trägerperiode Tcw erzeugt wird. Das heißt, die Trägerphase θYa ändert sich von 0 bis 2π für jede Trägerperiode Tcw.
Der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe erzeugt die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYa unter Verwendung der Abbildungsdaten, die für die Erzeugung der synchronen PWM-Dreieckswelle gemeinsam sind, so dass die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYa von „Tal“ zu „Tal“ oszilliert, während sich die Trägerphase θYa von 0 bis 2π ändert. Der Dreieckswellen-Generator 152a für eine erste Gruppe kann den Spannungswert der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYa zu jedem Zeitpunkt berechnen, indem er sich auf die Abbildungsdaten unter Verwendung der Trägerphase θYa und der DC-Spannung Vdc bezieht.
Auf ähnliche Weise ändert der Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe die Phase θYb (nachfolgend auch als eine Trägerphase θYb bezeichnet) der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYb für eine zweite Gruppe gemäß der Trägerperiode Tcw. Ähnlich wie bei der Trägerphase θXa wird die Trägerphase θYb so berechnet, dass sie sich von 0 bis 2π in jeder Trägerperiode Tcw ändert.
Der Dreieckswellen-Generator 152b für eine zweite Gruppe kann den Spannungswert der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYb zu jedem Zeitpunkt aus der Trägerphase θYb und der DC-Spannung Vdc unter Verwendung der Abbildungsdaten berechnen. Im Ergebnis wird die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYb so berechnet, dass sie einmal oszilliert, und zwar von „Tal“ zu „Tal“ für jede Trägerperiode Tcw.
Die asynchronen PWM-Dreieckswellen CWYa, CWYb entsprechen dem Aggregat der Spannungswerte, die zu jedem Zeitpunkt berechnet werden. Eine konstante Phasendifferenz, die von außerhalb der Steuerungseinrichtung 100 zugewiesen wird, wird zwischen den asynchronen PWM-Dreieckswellen CWYa, CWYb erzeugt.
Da eine einzige Periode jeder der Referenzphasen θrefa, θrefb einer einzigen Umdrehung des elektrischen Winkels entspricht, ist eine einzige Periode jeder der Referenzphasen θrefa, θrefb gleich einer einzigen Periode von jedem der Spannungsbefehle Vua, Vva, Vwa für eine erste Gruppe und der Spannungsbefehle Vub, Vvb, Vwb für eine zweite Gruppe. Demzufolge betragen die Frequenzen der synchronen PWM-Dreieckswellen CWXa, CWXb das M-Fache der Frequenz des Spannungsbefehls. Die Frequenzen der asynchronen PWM-Dreieckswellen CWYa, CWYb wiederum werden gemäß der Trägerperiode Tcw konstant gehalten. Das heißt, die synchrone PWM entspricht dem „ersten Modus“, und die asynchrone PWM entspricht dem „zweiten Modus“. Nachfolgend wird das Umschalten zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM auch als „Modusumschaltung“ bezeichnet.
6 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das ein Vergleichsbeispiel der PWM-Steuerung bei der Modusumschaltung zwischen der asynchronen PWM und der synchronen PWM veranschaulicht. 6 veranschaulicht einen Steuerungsbetrieb in der U-Phase des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe und des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe unter Verwendung der PWM-Steuerungseinrichtung 133a für eine erste Gruppe und der PWM-Steuerungseinrichtung 133b für eine zweite Gruppe. Insbesondere veranschaulicht 6 ein Wellenform-Beispiel während der Modusumschaltung von der asynchronen PWM zur synchronen PWM.
Unter Bezugnahme auf 6 gilt Folgendes: Vor dem Zeitpunkt td werden die Dreieckswelle CWa für eine erste Gruppe und die Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe mit einer konstanten Trägerperiode (Tcw) gemäß den asynchronen PWM-Dreieckswellen CWYa, CWYb (5) erzeugt.
Im Vergleichsbeispiel wird zum Zeitpunkt td, wenn sowohl die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYa, als auch die synchrone PWM-Dreieckswelle CWXa die Phase annehmen, die dem „Scheitelwert“ bzw. der „Spitze“ entsprechen, die Modusumschaltung von der asynchronen PWM zur synchronen PWM gleichzeitig sowohl bei der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe, als auch bei der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe vorgenommen.
Im Ergebnis gilt zum Zeitpunkt td Folgendes: Da die Trägerphasen θXa, θYa für eine erste Gruppe miteinander in Übereinstimmung gebracht sind, ist die Kontinuität der Phase der Dreieckswelle CWa für eine erste Gruppe vor und nach dem Zeitpunkt td gewährleistet, d. h. während der Modusumschaltung.
Da die Phasendifferenz zwischen den Trägerphasen θXa, θXb und zwischen den Trägerphasen θYa, θYb besteht, sind die Trägerphasen θXb, θYb für eine zweite Gruppe zum Zeitpunkt td miteinander nicht in Übereinstimmung gebracht. Vor und nach dem Zeitpunkt td, d. h. während der Modusumschaltung, wird daher die Phase der Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe diskontinuierlich.
Die PWM-Steuerungseinrichtung 133a für eine erste Gruppe erzeugt das PWM-Signal Sua in der U-Phase auf der Basis des Spannungsvergleichs der Dreieckswelle CWa mit dem Spannungsbefehl Vua. Genauer gesagt: Während des Zeitraums Vca > CWa wird das PWM-Signal Sua auf einen logischen High-Pegel (nachfolgend auch als „H-Pegel“ bezeichnet) eingestellt. Während des H-Pegel-Zeitraums des PWM-Signals Sua wird in einer Reihenschaltung der U-Phase das Schaltelement auf der positiven Seite eingeschaltet und so die DC-Spannung Vdc an die U-Phasen-Wicklung angelegt. Während des Zeitraums Vca < CWa wiederum wird das PWM-Signal Sua auf einen logischen Low-Pegel (nachfolgend auch als „L-Pegel“ bezeichnet) eingestellt. Während des L-Pegel-Zeitraums des PWM-Signals Sua wird das Schaltelement auf der negativen Seite eingeschaltet, so dass die U-Phasen-Wicklung von der DC-Spannung Vdc getrennt wird.
Das Verhältnis von H-Pegel-Zeitraum zu L-Pegel-Zeitraum des PWM-Signals Sua wird für jede Periode der Dreieckswelle CWa gesteuert. Dadurch wird die PWM-Steuerung auf der Spannung durchgeführt, die an die U-Phasen-Wicklung angelegt wird, und zwar gemäß dem Sinuswellenspannungsbefehl Vua. Auf ähnliche Weise erzeugt die PWM-Steuerungseinrichtung 133b für eine zweite Gruppe das PWM-Signal Sub in der U-Phase auf der Basis des Spannungsvergleichs der Dreieckswelle CWb mit dem Spannungsbefehl Vub.
Für die Wellenformen der PWM-Signale Sua, Sub in 6 gilt Folgendes: Bei der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe, wobei die Kontinuität der Trägerphase gewährleistet ist, wird ein Übergang zwischen dem H-Pegel und dem L-Pegel im PWM-Signal Sua in jedem Zeitraum der Dreieckswelle CWa erzeugt. Demzufolge werden die Einschalt- und Ausschaltzustände des Schaltelements auf der positiven Seite des Schaltelements auf der negativen Seite umgeschaltet, die mit der Wicklung 20a für eine erste Gruppe (U-Phase) verbunden sind.
Bei der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe wiederum, wobei die Kontinuität der Trägerphase nicht gewährleistet ist, wird der Zeitraum, in welchem der Pegel des PWM-Signals Sub beibehalten wird, jenseits von einer Periode der Dreieckswelle CWb über den Zeitpunkt td hinweg erzeugt. Demzufolge kann die AC-Spannung, die an die U-Phasen-Wicklung vom Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe angelegt wird, vom Spannungsbefehl Vub abweichen, indem der Einschaltzustand des Schaltelements auf der positiven Seite oder des Schaltelements auf der negativen Seite beibehalten wird, die mit der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe (U-Phase) verbunden sind. Im Ergebnis besteht die Sorge, dass die Steuerung des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe instabil wird.
Um das unter Bezugnahme auf 6 beschriebene Phänomen zu vermeiden, führt die Steuerungseinrichtung für die elektrische Rotationsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform die Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM durch, während sie die Kontinuität der Trägerphase gewährleistet.
7 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das die Modusumschaltung zwischen der asynchronen PWM und der synchronen PWM durch die Einrichtung zum Steuern einer elektrischen Rotationsmaschine veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 7 gilt - wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben - Folgendes: Die synchrone PWM-Dreieckswelle CWXa und die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYa werden gemäß der Veränderung der Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe erzeugt. Wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben, werden die synchrone PWM-Dreieckswelle CWXb und die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYb gemäß der Veränderung der Referenzphase θrefb für eine zweite Gruppe erzeugt. In dem Beispiel gemäß 7 gilt M=9 bei der synchronen PWM, und eine einzige Periode jeder der synchronen PWM-Dreieckswellen CWXa, CWXb entspricht 2π/9 jeder der Referenzphasen θrefa, θrefb. Das heißt, die synchronen PWM-Dreieckswellen CWXa, CWXb werden so erzeugt, dass eine einzige Periode (0 bis 2π) der Referenzphasen θrefa, θrefb neun Dreieckswellen einschließt.
Zum Zeitpunkt t0, wobei die asynchrone PWM angelegt wird und CWa = CWYa und CWb = CWYb erfüllt sind, wird die Modusumschaltung von der asynchronen PWM zur synchronen PWM angewiesen. Nach dem Zeitpunkt t0 vergleicht die Dreieckswellensteuerung 154a für eine erste Gruppe die Phasen der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXa für eine erste Gruppe mit der Phase der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYa für eine erste Gruppe gemäß der Veränderung der Referenzphase θrefa für eine erste Gruppe. Auf ähnliche Weise vergleicht die Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe die Phasen der zweiten Gruppe von synchronen PWM-Dreieckswellen CWXb mit der Phase der asynchronen PWM-Dreieckswellen CWYb für eine zweite Gruppe gemäß der Veränderung der Referenzphase θrefb für eine zweite Gruppe.
Zum Zeitpunkt t1 nehmen - ähnlich wie beim Zeitpunkt td in 6 - sowohl die synchrone PWM-Dreieckswelle CWXa, als auch die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYa die Phase entsprechend „Scheitelwert“ bzw. „Spitze“ an. Zu diesem Zeitpunkt schaltet die Dreieckswellensteuerung 154a für eine erste Gruppe die Dreieckswelle CWa von der asynchronen PWM auf die synchrone PWM um. Das heißt, nach dem Zeitpunkt t1 ist CWa = CWXa erfüllt.
Zum Zeitpunkt t1 wiederum sind die Phasen der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb für eine zweite Gruppe und der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYb für eine zweite Gruppe miteinander nicht in Übereinstimmung. Demzufolge wird die Diskontinuität der Phase erzeugt, wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, wenn die Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe die Dreieckswelle CWb von der asynchronen PWM auf die synchrone PWM zu diesem Zeitpunkt umschaltet.
Demzufolge führt die Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe das Umschalten auf die synchrone PWM nicht zum gleichen Zeitpunkt durch wie die Dreieckswellensteuerung 154a für eine erste Gruppe, sondern sie führt den Phasenvergleich zwischen der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb für eine zweite Gruppe und der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYb für eine zweite Gruppe weiter durch. Das heißt, CWb = CWYb ist sogar nach dem Zeitpunkt t1 erfüllt.
Zum Zeitpunkt t2, wenn sowohl die synchrone PWM-Dreieckswelle CWXb, als auch die asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYb die Phase entsprechend dem „Scheitelwert“ bzw. der „Spitze“ zum Zeitpunkt t2 annehmen, schaltet die Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe die Dreieckswelle CWb von der asynchronen PWM auf die synchrone PWM um. Das heißt, CWb = CWXb ist nach dem Zeitpunkt t2 erfüllt.
Mit dieser Modusumschaltung kann die Kontinuität der Trägerphase sowohl bei der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe, als auch bei der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe gewährleistet werden. Im Ergebnis kann die Instabilität der unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen Wechselrichter-Steuerung bei der Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM verhindert werden. In dem Beispiel gemäß 7 entspricht der Zeitpunkt t1 einem Beispiel des „ersten Timings“, und der Zeitpunkt t2 entspricht einem Beispiel des „zweiten Timings“.
In dem Beispiel gemäß 7 wird die Modusumschaltung der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe früher durchgeführt, aber die Modusumschaltung der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe kann auch mit festgelegtem Vorauseilen durchgeführt werden. Es ist nicht immer nötig, im Voraus den Wechselrichter festzulegen, der das Ziel der Modusumschaltung ist. Beispielsweise kann die Modusumschaltung auch in einer von der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe durchgeführt werden, in welchen die Trägerphasen der synchronen PWM-Dreieckswelle und der asynchronen PWM-Dreieckswelle miteinander früher in Übereinstimmung gebracht sind.
Es versteht sich, das in dem Zeitraum (nachfolgend auch als ein „Modus-Übergangszeitraum bezeichnet“) vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2, in welchem auf die Modusumschaltung in dem Wechselrichter 15b gewartet wird, die Steuerung des Wechselrichters 15b unter Verwendung der Dreieckswelle vor der Modusumschaltung fortgesetzt werden kann (in dem Beispiel in 7: die asynchrone PWM-Dreieckswelle).
Während des Modus-Übergangszeitraums (Zeitpunkt t1 bis t2) wiederum wird einer von den Wechselrichtern 15a, 15b für eine erste und eine zweite Gruppe mittels der synchronen PWM gesteuert, während der andere mittels der asynchronen PWM gesteuert wird. Aus diesem Grund gilt Folgendes: Wenn der Modus-Übergangszeitraum verlängert wird, dann bestehen Bedenken, dass die Steuerung instabil wird, und zwar infolge der Differenz zwischen den AC-Spannungen, die an die Wicklung 20a für eine erste Gruppe und die Wicklung 20b für eine zweite Gruppe angelegt werden.
Bei der Steuerungseinrichtung für die elektrische Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann daher die Modusumschaltung durchgeführt werden, indem eine Interpolations-Dreieckswelle in 8 angelegt wird, um den Modus-Übergangszeitraum zu verkürzen.
8 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das die Modusumschaltung veranschaulicht, bei welcher die Interpolations-Dreieckswelle von der Steuerungseinrichtung für die elektrische Rotationsmaschine verwendet wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 8 gilt Folgendes: Die Referenzphasen θrefa, θrefb, die synchronen PWM-Dreieckswellen CWXa, CWXb und die asynchronen PWM-Dreieckswellen CWYa, CWYb ändern sich auf die gleiche Weise wie in 7. Ähnlich wie in 7 gilt außerdem Folgendes: Wenn die Modusumschaltung von der asynchronen PWM zur synchronen PWM zum Zeitpunkt t0 angewiesen wird, schaltet die Dreieckswellensteuerung 154a für eine erste Gruppe die Dreieckswelle CWa von der asynchronen PWM auf die synchrone PWM zum Zeitpunkt t1 um. Zum Zeitpunkt t1 wiederum bestimmt die Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe den Zeitpunkt t2, der das Modusumschaltungs-Timing der Dreieckswelle CWb ist, und sie führt die Vorgänge zum Erzeugen einer Interpolations-Dreieckswelle CWint auf Basis der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb und der asynchronen PWM-Dreieckswelle CWYb durch. Der Zeitpunkt t2 entspricht einem Interpolations-Endpunkt, bei welchem das Anlegen der Interpolations-Dreieckswelle CWint beendet wird.
Die Interpolations-Dreieckswelle CWint wird so erzeugt, dass eine Trägerphase θ1 zum Zeitpunkt t1 gleich groß wie die Trägerphase der asynchronen Dreieckswelle CWYb vor der Modusumschaltung ist, und derart, dass eine Trägerphase θ2 zum Zeitpunkt t2 gleich groß wie die Trägerphase der Synchronisations-Dreieckswelle CWXb nach der Modusumschaltung ist. Die Interpolations-Dreieckswelle CWint wird so erzeugt, dass sich die Trägerphase mit einer konstanten Rate in Richtung der Trägerphase θ2 am Interpolations-Endpunkt verändert.
Demzufolge gilt Folgendes: Selbst wenn die Modusumschaltung vom Zeitpunkt t2 an durchgeführt wird, während CWb = CWXb vorgegeben ist, ist die Kontinuität der Trägerphase der Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe gewährleistet. Das heißt, das Timing der Modusumschaltung der Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe kann bewusst vorgegeben werden, indem die Interpolations-Dreieckswelle CWint eingeführt wird. Auch in dem Beispiel gemäß 8 entspricht also der Zeitpunkt t1 einem Beispiel des „ersten Timings“, und der Zeitpunkt t2 entspricht einem Beispiel des „zweiten Timings“.
Beispielsweise kann das Modusumschaltungs-Timing (Zeitpunkt t2) der Dreieckswelle CWb auf das Timing eingestellt werden, dass es die Phase entsprechend dem „Scheitelwert“ bzw. der „Spitze“ annimmt, und zwar nach dem Zeitpunkt t1, da die asynchrone Dreieckswelle CWYb zum Zeitpunkt t1 nahe am „Tal“ ist. Dies ermöglicht es, dass der Modus-Übergangszeitraum verkürzt wird, nachdem die Kontinuität der Trägerphase während der Modusumschaltung für die nachfolgende Trägerwelle gewährleistet wurde, auf welcher die Modusumschaltung angewendet wird (in 8: Die Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe).
Die Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe kann den Zeitpunkt t2 gemäß der Trägerphase der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb und einer Veränderungsrate der Referenzphase θrefb zum Zeitpunkt t1 einstellen. Außerdem kann die Veränderungsrate der Interpolations-Dreieckswelle CWint berechnet werden, indem die Phasendifferenz zwischen der Trägerphase (π für „Scheitelwert“ bzw. „Spitze“) der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb zum Zeitpunkt t2, der der Interpolations-Endpunkt ist, und der Trägerphase (d. h., asynchrone PWM-Dreieckswelle CWYb) der Dreieckswelle CWb zum Zeitpunkt t1 (gegenwärtige Zeit) geteilt wird.
Im Modus-Übergangszeitraum (Zeitpunkte t1 bis t2) führt die Dreieckswellensteuerung 154b für eine zweite Gruppe periodisch eine Interpolationsberechnung zum Ändern der Trägerphase gemäß der berechneten konstanten Veränderungsrate durch.
Demzufolge kann die Dreieckswelle CWb gemäß der Interpolations-Dreieckswelle CWint erzeugt werden. Als ein Ergebnis kann die Steuerung des Wechselrichters 15b, auf welchen die Modusumschaltung später angewendet wird, weiter stabilisiert werden, da der Modus-Übergangszeitraum verkürzt werden kann, indem die stufenweise Modusumschaltung angewendet wird, und zwar zusätzlich zu der Gewährleistung der Kontinuität der Trägerphase in der PWM-Steuerung beider Wechselrichter 15a, 15b.
Das Timing des Beginns der Anwendung der Interpolations-Dreieckswelle CWint braucht nicht das gleiche zu sein wie der Zeitpunkt t1 (erstes Timing), sondern es kann auch auf das zuerst ankommende Timing nach dem „Scheitelwert“/„Spitze“ oder dem „Tal“ der Dreieckswelle sein (in 8: Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe), in welchem die Modusumschaltung nicht vervollständigt wurde. In diesem Fall kann das Timing, zu welchem „Tal“ oder „Spitze“ der Dreieckswelle (in dem Beispiel gemäß 8: synchrone PWM-Dreieckswelle CWXb) angewendet wird, nachdem die Modusumschaltung zuerst nach dem Beginn der Anwendung der Interpolations-Dreieckswelle CWint ankommt, als der Interpolations-Endpunkt (d. h., der Zeitpunkt t2) festgelegt werden.
9 ist ein konzeptuelles Wellenform-Diagramm, das ein Beispiel der PWM-Steuerung veranschaulicht, wenn die Modusumschaltung in 8 angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf 9 gilt ähnlich zu 6 Folgendes: Die Kontinuität der Trägerphase der Dreieckswelle CWa für eine erste Gruppe wird bei der Modusumschaltung von der asynchronen PWM zur synchronen PWM zum Zeitpunkt t1 gewährleistet. Demzufolge wird das PWM-Signal des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe so erzeugt, dass das Umschalten (der Übergang zwischen H-Pegel und L-Pegel) für jede Periode der Dreieckswelle sogar bei der Modusumschaltung erzeugt wird.
Die Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe wiederum wird gemäß der Interpolations-Dreieckswelle CWint nach dem Zeitpunkt t1 erzeugt. Dann wird die Modusumschaltung der Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe zum Zeitpunkt t2 durchgeführt, was das nächste Timing mit „Scheitelwert“/„Spitze“ der synchronen PWM-Dreieckswelle CWXb ist. Im Ergebnis kann das PWM-Signal Sub des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe ebenfalls so erzeugt werden, dass das Umschalten (der Übergang zwischen H-Pegel und L-Pegel) für jede Periode der Dreieckswelle während der Modusumschaltung erzeugt wird.
Wie oben beschrieben, gilt bei der Steuerungseinrichtung für die elektrische Rotationsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform Folgendes: Die Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM bei der PWM-Steuerung durch den Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe und den Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe, zum Steuern der elektrischen Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp inklusive der Wicklung für eine erste Gruppe und der Wicklung für eine zweite Gruppe, die so gewickelt sind, dass sie die mechanische Winkeldifferenz aufweisen, kann sanft bzw. glatt durchgeführt werden.
Die Modusumschaltung von der asynchronen PWM zur synchronen PWM ist in der ersten Ausführungsform beschrieben. Für die Modusumschaltung von der synchronen PWM zur asynchronen PWM kann die Steuerung auf die gleiche Weise durchgeführt werden, gemäß dem Vergleich der Trägerphasen der Dreieckswelle (synchrone PWM), die vor der Modusumschaltung angewendet wird, und der Dreieckswelle (asynchrone PWM), die nach der Modusumschaltung angewendet wird.
Solange die Kontinuität der Trägerphase gewährleistet ist, kann die Modusumschaltung mit dem Timing durchgeführt werden, mit Ausnahme des Timings entsprechend „Scheitelwert“/„Spitze“ oder „Tal“ der synchronen PWM und/oder der asynchronen PWM. Unter dem Gesichtspunkt, die Einschalt- und Ausschaltzustände des Schaltelements in einer Periode der Dreieckswelle stabil zu steuern, wird vorzugsweise das Timing der Modusumschaltung (erste und zweite Timings) vorgegeben, während es auf das Timing von „Spitze“ oder „Tal“ der Dreieckswelle beschränkt wird.
Außerdem ist während der Einführung der Interpolations-Dreieckswelle CWint das Timing vom Zeitpunkt t2 nicht auf das Timing der nächsten „Spitze“ oder des nächsten „Tals“ beschränkt, sondern der Zeitpunkt t2 wird in dem Timing vorgegeben, das unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist, so dass die Wirkung erweitert wird, die den Modus-Übergangszeitraum verkürzt.
Zweite Ausführungsform
Es wird die Steuerungsverarbeitung der Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM durch die Einrichtung zum Steuern der elektrischen Rotationsmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Das heißt, in der zweiten Ausführungsform wird die in der ersten Ausführungsform beschriebene Modusumschaltung unter Verwendung eines Ablaufdiagramms beschrieben.
Die Steuerungseinrichtung 100 führt ein Programm aus, das vorab in einem ROM 116b gespeichert wurde, unter Verwendung einer Betriebseinheit 115 (CPU), wodurch hauptsächlich die Verarbeitung jedes Schritts durchgeführt werden kann, der in dem folgenden Ablaufdiagramm gezeigt ist. Alternativ können einige oder sämtliche der unten beschriebenen Schritte unter Verwendung einer dedizierten elektronischen Schaltung (Hardware) verarbeitet werden, die in der Betriebseinheit 115 bereitgestellt ist.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Steuerungsverfahren für die elektrische Rotationsmaschine der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 10 gilt Folgendes: Die Steuerungseinrichtung 100 berechnet einen Motor-Drehwinkel auf Basis eines Ausgangssignals des Drehwinkelsensors 11 im Schritt S100. Die Verarbeitung im Schritt S 100 wird von der Funktion des Magnetpol-Positionsdetektors 130 in 1 durchgeführt.
Außerdem detektiert im Schritt S110 die Steuerungseinrichtung 100 die Ströme Iua, Iva, Iwa der Wicklung 20a für eine erste Gruppe und die Ströme Iub, Ivb, Iwb der Wicklung 20b für eine zweite Gruppe, indem sie die Ausgangssignale der Stromsensoren 22a, 22b abtastet. Die Verarbeitung im Schritt S110 wird durch die Funktionen der Stromdetektoren 142a, 142b durchgeführt, die in 3 veranschaulicht sind.
Im Schritt S120 berechnet die Steuerungseinrichtung 100 Spannungsbefehle Vua, Vva, Vwa des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe und Spannungsbefehle Vub, Vvb, Vwb des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe. Die Verarbeitung im Schritt S120 wird durch die Funktion der Spannungsbefehl-Betriebseinheit 140 in 1 durchgeführt.
Wenn die Dreieckswellenspannung im Schritt S200 eingestellt wird, erzeugt außerdem die Steuerungseinrichtung 100 PWM-Signale Sua, Sva, Swa zum Steuern des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe und PWM-Signale Sub, Svb, Swb zum Steuern des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe, indem sie den Spannungsbefehl (S120) mit der Dreieckswellenspannung (S200) im Schritt S150 vergleicht. Demzufolge wird die AC-Spannung, die an die Wicklungen 20a, 20b der elektrischen Rotationsmaschine 10 von den Wechselrichtern 15a, 15b angelegt wird, gemäß dem Spannungsbefehl der Rückführungs-Regelung gesteuert.
Die Verarbeitung im Schritt S200 wird mittels der Dreieckswellen-Zuführungseinheit 150 durchgeführt, die die Funktion zum Erzeugen von Dreieckswellen CWa, CWb hat. Die Verarbeitung im Schritt S150 wird von der Funktion der PWM-Steuerungseinrichtung 133 durchgeführt.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, werden die synchrone PWM und die asynchrone PWM selektiv bei Einstellung der Dreieckswellenspannung im Schritt S200 angewendet.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten der Verarbeitung zum Einstellen der Dreieckswellenspannung 200 in 10 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 11 gilt Folgendes: Die Steuerungseinrichtung 100 berechnet die Trägerphase im Schritt S210. Genauer gesagt: Die Referenzphasen θrefa, θrefb werden aus den Motor-Drehwinkeln θa, θb berechnet, die im Schritt S100 berechnet werden, und zwar unter Verwendung der Gleichungen (10), (11). Wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben, werden außerdem die Trägerphasen θXa (synchrone PWM) und θXb (asynchrone PWM) für eine erste Gruppe, die Trägerphasen θYa (synchrone PWM) und θYb (asynchrone PWM) für eine zweite Gruppe aus den Referenzphasen θrefa, θrefb berechnet.
Im Schritt S212 prüft die Steuerungseinrichtung 100 den Wert eines Flags FLa, das anzeigt, ob die synchrone PWM-Steuerung oder die asynchrone PWM-Steuerung auf die PWM-Steuerung der ersten Gruppe von Wechselrichtern 15a angewendet wird.
Das Flag FLa wird bei Auswahl der synchronen PWM auf FLa = 1 vorgegeben, und es wird bei Auswahl der asynchronen PWM auf FLa = 0 vorgegeben. Auf ähnliche Weise wird ein Flag FLb eingeführt, das sich auf die zweite Gruppe von Wechselrichtern 15b bezieht. Auch das Flag FLb wird bei Auswahl der synchronen PWM auf FLb = 1 vorgegeben, und es wird bei Auswahl der asynchronen PWM auf FLb = 0 vorgegeben. Wie später beschrieben, steuert die Vorgabe des Werts (0 oder 1) der Flags Fla und Flb die Modusumschaltung.
Für FLa = 1 (JA in S212) fährt die Steuerungseinrichtung 100 mit der Verarbeitung im Schritt S214 fort und berechnet den Spannungswert der Dreieckswelle CWa aus der Trägerphase θXa für synchrone PWM unter Verwendung der Abbildungsdaten. Für FLa = 0 (NEIN in S212) wiederum berechnet im Schritt S216 die Steuerungseinrichtung 200 den Spannungswert der Dreieckswelle CWa aus der Trägerphase θYa für asynchrone PWM unter Verwendung der Abbildungsdaten. Demzufolge werden eine von der asynchronen PWM und der synchronen PWM ausgewählt, und der Spannungswert der Dreieckswelle CWa für eine erste Gruppe wird berechnet.
Außerdem bestimmt die Steuerungseinrichtung 100, ob ein Flag FLint 1 ist, im Schritt S220. Das Flag FLint wird auf FLint = 1 vorgegeben, wenn die Interpolations-Dreieckswelle im Modus-Übergangszeitraum angewendet wird, der unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben ist, und anderenfalls wird FLint = 0 (Standard- bzw. Default-Wert) vorgegeben. Das Einstellen des Werts des Flags FLint wird später noch detailliert beschrieben.
Für FLint = 0 (NEIN in S220) prüft die Steuerungseinrichtung 100 den Wert des Flags FLb im Schritt S230. Für FLb = 1 (JA in S230) fährt die Verarbeitung mit Schritt S234 fort, und der Spannungswert der Dreieckswelle CWb wird aus der Trägerphase θXb für synchrone PWM unter Verwendung der Abbildungsdaten berechnet. Für FLb = 0 wiederum (NEIN in S230) fährt die Steuerungseinrichtung 100 mit Schritt S236 fort, und der Spannungswert der Dreieckswelle CWb wird aus der Trägerphase θYb für asynchrone PWM unter Verwendung der Abbildungsdaten berechnet.
Für FLint = 1 (JA in S220) wiederum berechnet die Steuerungseinrichtung 100 den Spannungswert der Dreieckswelle CWb gemäß der Interpolationsberechnung und erhält die Interpolations-Dreieckswelle CWint, wie unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
12 veranschaulicht die Verarbeitung zum Einstellen bzw. Vorgeben der Flags FLa, FLb, FLint für die Modusumschaltung. Die Steuerungsverarbeitung in 12 wird wiederholt separat von der Verarbeitung in 11 ausgeführt, und die neuesten Werte der Trägerphasen θXa, θXb, θYa, θYb, periodisch im Schritt S210 von 11 aktualisiert, werden in jedem Schritt der Steuerungsverarbeitung in 12 verwendet. Auf ähnliche Weise wird sich auf die neuesten Werte der Flags FLa, FLb, Flint, die jedes Mal durch die Verarbeitung in 12 aktualisiert werden, in den Schritten S212, S220, S230 von 11 bezogen.
Unter Bezugnahme auf 12 bestimmt im Schritt S310 die Steuerungseinrichtung 100, ob eine Modusumschaltungs-Anweisung abgesetzt wird. Wenn die Modusumschaltung-Anweisung nicht abgesetzt wurde (NEIN in S310), stellt die Steuerungseinrichtung 100 das Flag FLint auf 0, was den Standardwert darstellt, während sie die Werte der Flags FLa, FLb so belässt wie sie sind, und zwar im Schritt S315. Die Steuerungsverarbeitung in 11 wird gemäß den auf diese Weise eingestellten Flags FLa, FLb, FLint durchgeführt, wodurch die Spannungswerte der Dreieckswellen CWa, CWb eingestellt werden, wenn die Modusumschaltung nicht durchgeführt wird.
Wenn wiederum die Modusumschaltung-Anweisung abgesetzt wurde (JA in S310), dann führt die Steuerungseinrichtung 100 den Übereinstimmungsvergleich zwischen den Trägerphasen des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe im Schritt S320 durch. Das heißt, wenn die Trägerphase θXa für synchrone PWM und die Trägerphase θYa für asynchrone PWM miteinander in Übereinstimmung gebracht sind (insbesondere, wenn |θXa - θYa| < ε gilt), dann wird die bestätigende Bestimmung im Schritt S320 vorgenommen, und anderenfalls wird die negative Bestimmung im Schritt S320 vorgenommen. Vorzugsweise wird im Schritt S320 die bestätigende Bestimmung nur dann gemacht, wenn die Trägerphasen θXa, θYa die Phase entsprechend den „Spitzen“ oder „Tälern“ ist und wenn die Trägerphasen θXa, θYa miteinander in Übereinstimmung gebracht sind.
Die Steuerungseinrichtung 100 wiederholt den Übereinstimmungsvergleich (S320), während sie die Werte der Flags FLa, FLb im Schritt S325 beibehält, bis die Trägerphasen θXa, θYa miteinander in Übereinstimmung gebracht sind (NEIN in S320).
Wenn die Trägerphasen θXa, θYa miteinander in Übereinstimmung gebracht sind (JA in S320), dann verändert die Steuerungseinrichtung 100 den Wert des Flags FLa von 0 zu 1 oder von 1 zu 0, um den Modus der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe im Schritt S330 umzuschalten. Demzufolge kann die Modusumschaltung im ersten Timing (Zeitpunkt t1) von 8 durchgeführt werden.
Wenn die Modusumschaltung des Wechselrichters 15a abgeschlossen ist, bestimmt die Steuerungseinrichtung 100, ob die Trägerphase der Dreieckswelle CWb, bei welcher die Modusumschaltung nicht vervollständigt wurde, „Spitze“ oder „Tal“ im Schritt S340 entspricht. Bei der Modusumschaltung von der synchronen PWM zur asynchronen PWM wird die Bestimmung im Schritt S340 auf der Basis der Trägerphase θXb durchgeführt. Bei der Modusumschaltung von der asynchronen PWM zur synchronen PWM wird die Bestimmung im Schritt S340 auf der Basis der Trägerphase θYb vorgenommen. Nach der Modusumschaltung in den Wechselrichtern 15a für eine erste Gruppe wird daher, bis „Spitze“ oder „Tal“ der Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe, in welcher die Modusumschaltung nicht vervollständigt wurde, zuerst ankommt, die negative Bestimmung im Schritt S340 vorgenommen, und die Steuerungseinrichtung 100 behält FLint = 0 im Schritt S345 bei. In dem Zeitraum mit Flag FLint = 0 wird die Dreieckswelle vor der Modusumschaltung als die Dreieckswelle CWb für eine zweite Gruppe verwendet, ohne dass die Interpolations-Dreieckswelle CWint angelegt wird.
Wenn „Spitze“ oder „Tal“ der Dreieckswelle CWb ankommt (JA in S340), fährt die Steuerungseinrichtung 100 mit Schritt S350 fort, so dass der Wert des Flags FLint von 0 zu 1 geändert wird. Außerdem führt im Schritt S360 die Steuerungseinrichtung 100 die Interpolations-Berechnung durch, während sie den Interpolations-Endpunkt vorgibt (d. h., das zweite Timing). Wie oben beschrieben, wird der Interpolations-Endpunkt auf das Timing (zweites Timing) vorgegeben, bei welchem die Dreieckswelle angelegt wird, nachdem die Modusumschaltung die Phase von „Spitze“ oder „Tal“ annimmt. Wenn beispielsweise die bestätigende Bestimmung im Schritt S340 bei der „Spitze“ der Dreieckswelle CWb vor der Modusumschaltung vorgenommen wird, kann das Timing, bei welchem die Dreieckswelle, die nach der Modusumschaltung angelegt wird, das nächste „Tal“ erreicht, auf den Interpolations-Endpunkt vorgegeben werden. Wenn im umgekehrten Fall die bestätigende Bestimmung im Schritt S340 beim „Tal“ der Dreieckswelle CWb vor der Modusumschaltung durchgeführt wird, wird das Timing, zu welchem die nach der Modusumschaltung angelegte Dreieckswelle die nächste „Spitze“ erreicht, auf den Interpolations-Endpunkt eingestellt.
Wie oben beschrieben, wird die Interpolationsberechnung so durchgeführt, dass sich die Trägerphase der Interpolations-Dreieckswelle CWint mit einer konstanten Rate in Richtung der Phase (entsprechend „Spitze“ oder „Tal“) der Dreieckswelle verändert, die nach dem Interpolations-Endpunkt angelegt wird.
Wenn die Interpolationsberechnung gestartet wird, berechnet die Steuerungseinrichtung 100 den Spannungswert der Interpolations-Dreieckswelle CWint gemäß der Interpolationsberechnung (S360), während FLint = 1 (S350) bis zum Interpolations-Endpunkt beibehalten wird, also Zeitpunkt t2 in 8 ankommt (NEIN im Schritt S370). Im Schritt S225 von 11 wird der Spannungswert der Dreieckswelle CWb gemäß dem Berechnungsergebnis im Schritt S360 berechnet.
Wenn der Interpolations-Endpunkt während der Durchführung der Interpolationsberechnung ankommt (JA in S370), dann lässt die Steuerungseinrichtung 100 die Verarbeitung zu S380 fortschreiten, gibt FLint = 0 vor, um das Anlegen der Interpolations-Dreieckswelle zu beenden, und ändert das Flag FLb von 0 zu 1 oder von 1 zu 0, um den PWM-Steuerungsmodus des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe umzuschalten. Demzufolge kann die Modusumschaltung im zweiten Timing (Zeitpunkt t2) gemäß 8 durchgeführt werden.
Gemäß den Flags FLa, FLb, FLint, die gemäß der Steuerungsverarbeitung in 12 gesteuert werden, kann die Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM, die unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wurde, durch die Einstellungen der Spannungswerte der Dreieckswellen CWa, CWb mittels der Steuerungsverarbeitung gemäß 11 durchgeführt werden.
Indem die Schritte S340 und S350 bei der Verarbeitung von 12 weggelassen werden, kann das Anlegen der Interpolations-Dreieckswelle CWint im Modus-Übergangszeitraum durchgehend vom Modusumschaltungs-Zeitpunkt (Zeitpunkt t1) des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe an gestartet werden.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Modifikation der Flag-Einstellungsverarbeitung für die Modusumschaltung veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 13 gilt Folgendes: Die Teile der Verarbeitung in den Schritten S310 bis S330, d. h. die Modusumschaltungs-Verarbeitung, die sich auf den Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe bezieht, ist zu 12 gleich.
Wenn die Modusumschaltung des Wechselrichters 15a vervollständigt wird, vergleicht im Schritt S400 die Steuerungseinrichtung 100 die Trägerphase θXb für synchrone PWM und die Trägerphase θYb für asynchrone PWM in Bezug auf die Dreieckswelle CWb, die bei der PWM-Steuerung des Wechselrichters 15b verwendet wird, in welchem die Modusumschaltung nicht vervollständigt wird.
Die Bestimmung im Schritt S400 kann auf die gleiche Weise wie im Schritt S320 durchgeführt werden. Die Steuerungseinrichtung 100 behält den Wert des Flags FLb im Schritt S405 bei, wenn die Trägerphasen θXb, θYb miteinander nicht in Übereinstimmung gebracht sind (NEIN im Schritt S400). Wenn wiederum die Trägerphasen θXb, θYb miteinander in Übereinstimmung gebracht sind (JA in S400), führt die Steuerungseinrichtung 100 die Verarbeitung im Schritt S410 fort und ändert den Wert des Flags FLb von 0 zu 1 oder von 1 zu 0, um den PWM-Steuerungsmodus des Wechselrichters 15b umzuschalten.
Demzufolge kann der Betrieb mit dem zweiten Timing (Zeitpunkt t2) von 7 durchgeführt werden, und zwar durch die Modusumschaltung, auf welche die Interpolations-Dreieckswelle CWint nicht angewendet wird.
Das heißt, unter Verwendung der Flags FLa, FLb, die gemäß der Steuerungsverarbeitung in 13 gesteuert werden, kann die Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM, die unter Bezugnahme auf 7 beschrieben ist, durch Einstellen der Spannungswerte der Dreieckswellen CWa, CWb mittels der Steuerungsverarbeitung gemäß 11 durchgeführt werden. Wenn die Teile der Steuerungsverarbeitung in den 13 und 11 kombiniert werden, wird FLint auf 0 festgelegt, so dass stets die negative Bestimmung im Schritt S220 vorgenommen wird, und die Verarbeitung im Schritt S225 wird übersprungen.
Das Steuerungsbeispiel, in welchem die Modusumschaltung des Wechselrichters 15a für eine erste Gruppe festgelegt im Voraus durchgeführt wird, ist in den 12 und 13 beschrieben. Umgekehrt kann der Trägerphasenvergleich des Wechselrichters 15b für eine zweite Gruppe im Voraus durchgeführt werden. Alternativ werden im Schritt S320 (12 und 13) sowohl der Trägerwellenvergleich (S320), der sich auf den Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe bezieht, als auch der Phasenvergleich durchgeführt, der sich auf den Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe bezieht, der Modus von einem der Wechselrichter, in welchem die Trägerphase miteinander früher in Übereinstimmung gebracht sind, wird umgeschaltet, und die Modusumschaltung des anderen Wechselrichters wird gemäß den Schritten nach Schritt S340 in 12 oder den Schritten nach Schritt S400 in 13b gesteuert.
Wie oben beschrieben, kann indem die Steuerungsverarbeitung gemäß den Ablaufdiagrammen in 11 bis 14 durchgeführt wird, die Steuerungseinrichtung 100 die Modusumschaltung zwischen der synchronen PWM und der asynchronen PWM in der PWM-Steuerung sanft bzw. glatt durchführen, die vom Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe und vom Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe durchgeführt werden, die die elektrische Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp steuern, und zwar auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform.
In der ersten und zweiten Ausführungsform wird beispielhaft die Dreieckswelle als die Trägerwelle für die PWM-Steuerung beschrieben. Alternativ kann auch eine periodische Wellenform mit Ausnahme der Dreieckswelle, wie z. B. eine Sägezahnwelle, als die Trägerwelle verwendet werden.
Das heißt, der Wechselrichter 15a für eine erste Gruppe entspricht einem Beispiel des „ersten Wechselrichters“, der Wechselrichter 15b für eine zweite Gruppe entspricht einem Beispiel des „zweiten Wechselrichters“, die Dreieckswelle CWa entspricht einem Beispiel der „ersten Trägerwelle“, und die Dreieckswelle CWb entspricht einem Beispiel der „zweiten Trägerwelle“. Auf ähnliche Weise entspricht die Dreieckswellen-Zuführungseinheit 150 einem Beispiel der „Trägerwellen-Zuführungseinheit“, und die Dreieckswellen-Steuerung 154 entspricht einem Beispiel der „Trägerwellen-Steuerungseinrichtung“.
Es sei angemerkt, dass die offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur beispielhaft und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche bestimmt. Es ist angedacht, dass sämtliche Modifikationen innerhalb von der Bedeutung und dem Umfang der Ansprüche in der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
Bezugszeichenliste

10:: elektrische Rotationsmaschine vom Doppelwicklungstyp,
11:: Drehwinkelsensor,
15a:: Wechselrichter für eine erste Gruppe,
15b:: Wechselrichter für eine zweite Gruppe,
20a:: Wicklung (erste Gruppe),
20b:: Wicklung (zweite Gruppe),
22a:: Stromsensor für eine erste Gruppe,
22b:: Stromsensor für eine zweite Gruppe,
24:: Spannungssensor,
100:: Steuerungseinrichtung,
112:: Eingangsschaltung,
115:: Arithmetik-Einrichtung,
116:: Speichereinrichtung,
120:: Ausgangsschaltung,
130:: Magnetpol-Positionsdetektor,
133:: PWM-Steuerungseinrichtung,
133a:: PWM-Steuerungseinrichtung für eine erste Gruppe,
133b:: PWM-Steuerungseinrichtung für eine zweite Gruppe,
140:: Spannungsbefehl-Betriebseinheit,
140a:: Spannungsbefehl-Betriebseinheit für eine erste Gruppe,
140b:: Spannungsbefehl-Betriebseinheit für eine zweite Gruppe,
141a:: Strombefehl-Berechner für eine erste Gruppe,
141b:: Strombefehl-Berechner für eine zweite Gruppe,
142a:: Stromdetektor für eine erste Gruppe,
142b:: Stromdetektor für eine zweite Gruppe,
143a:: Dreiphasen-nach-dq-Umsetzer für eine erste Gruppe,
143b:: Dreiphasen-nach-dq-Umsetzer für eine erste Gruppe,
144a:: Strom-Rückkopplungssteuerung für eine erste Gruppe,
144b:: Strom-Rückkopplungssteuerung für eine zweite Gruppe,
145a:: Nicht-Interferenz-Prozessor für eine erste Gruppe,
145b:: Nicht-Interferenz-Prozessor für eine zweite Gruppe,
146a:: dq-nach-Dreiphasen-Umsetzer für eine erste Gruppe,
146b:: dq-nach-Dreiphasen-Umsetzer für eine zweite Gruppe,
150:: Dreieckswellen-Zuführungseinheit,
152:: Dreieckswellen-Generator,
152a:: Dreieckswellen-Generator für eine erste Gruppe,
152b:: Dreieckswellen-Generator für eine zweite Gruppe,
154:: Dreieckswellen-Steuerung,
154a:: Dreieckswellen-Steuerung für eine erste Gruppe,
154b:: Dreieckswellen-Steuerung für eine zweite Gruppe,
CWXa:: Synchronisations-Dreieckswelle (erste Gruppe),
CWXb:: Synchronisations-Dreieckswelle (zweite Gruppe),
CWYa:: Asynchronisations-Dreieckswelle (erste Gruppe),
CWYb:: Asynchronisations-Dreieckswelle (zweite Gruppe),
CWa:: Dreieckswelle (erste Gruppe),
CWb:: Dreieckswelle (zweite Gruppe),
CWint:: Interpolations-Dreieckswelle,
Ida, Idb, Iqa, Iqb:: Wellen-Strombefehl,
Iua, Iub, Iva:: Wicklungsstrom (erste Gruppe),
Ivb, Iwa, Iwb:: Wicklungsstrom (zweite Gruppe),
Sua, Sva, Swa:: PWM-Signal für eine erste Gruppe,
Sub, Svb, Swb:: PWM-Signal für eine erste Gruppe,
Tcw:: Trägerperiode,
Vua, Vva, Vwa:: Spannungsbefehl für eine erste Gruppe,
Vub, Vvb, Vwb:: Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201793208 A [0002, 0004]
JP 2016149904 A [0056]
JP 2014138494 A [0056]

Claims

Steuerungseinrichtung für eine elektrische Rotationsmaschine, die eine Wicklung für eine erste Gruppe und eine Wicklung für eine zweite Gruppe aufweist, die um einen Stator mit einer mechanischen Winkeldifferenz gewickelt sind, wobei die Steuerungseinrichtung Folgendes aufweist: - eine Spannungsbefehl-Betriebseinheit zum Erzeugen eines Spannungsbefehls für eine erste Gruppe für einen ersten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine erste Gruppe angelegt wird, und eines Spannungsbefehls für eine zweite Gruppe für einen zweiten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine zweite Gruppe angelegt wird; - eine Trägerwellen-Zuführungseinheit zum Erzeugen einer ersten Trägerwelle, die zur ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung im ersten Wechselrichter verwendet wird, und einer zweiten Trägerwelle, die zur zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung im zweiten Wechselrichter verwendet wird; und - eine PWM-Steuerungseinrichtung zum Erzeugen eines PWM-Signals für eine erste Gruppe zum Steuern des ersten Wechselrichters mittels der ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine erste Gruppe und der ersten Trägerwelle, und zum Erzeugen eines PWM-Signals für eine zweite Gruppe zum Steuern des zweiten Wechselrichters mittels der zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe und der zweiten Trägerwelle, wobei die Trägerwellen-Zuführungseinheit Folgendes aufweist: eine Trägerwellen-Steuerungseinrichtung zum Umschalten zwischen ersten und zweiten Trägerwellen, die für die erste Pulsbreitenmodulationssteuerung und ddie zweite Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet werden, gemäß einer Auswahl aus einem von einem ersten Modus, in welchem sich Frequenzen der ersten und zweiten Trägerwellen so verändern, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Frequenz der angelegten Spannung werden, und einem zweiten Modus, in welchem die Frequenzen der ersten und zweiten Träger konstant gehalten werden, und wenn die Modusumschaltung zwischen dem ersten und zweiten Modus angewiesen wird, die Trägerwellen-Steuerungseinrichtung die Modusumschaltung im ersten Timing durchführt, bei welchem eine Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und eine Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander auf der einen Trägerwelle der ersten und zweiten Trägerwellen in Übereinstimmung gebracht sind, und die Modusumschaltung im zweiten Timing durchführt, bei welchem die Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und die Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander auf der anderen Trägerwelle der ersten und zweiten Trägerwellen in Übereinstimmung gebracht sind, und zwar nach dem ersten Timing.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trägerwellen-Steuerungseinrichtung die andere Trägerwelle der PWM-Steuerungseinrichtung gemäß einem Modus aus den ersten und zweiten Modi zuführt, der vor der Modusumschaltung während eines Modus-Übergangszeitraums zwischen dem ersten Timing und dem zweiten Timing ausgewählt wird.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Trägerwellen-Steuerungseinrichtung eine Interpolations-Trägerwelle, die aus der anderen Trägerwelle gemäß dem ersten Modus und der andere Trägerwelle gemäß dem zweiten Modus erzeugt wird, der PWM-Steuerungseinrichtung als die andere Trägerwelle während eines Modus-Übergangszeitraums zwischen dem ersten Timing und dem zweiten Timing zuführt, und die Interpolations-Trägerwelle so erzeugt wird, dass sich im Modus-Übergangszeitraum die Trägerwellenphase mit einer konstanten Rate in Richtung der Phase der einen Trägerwelle ändert, und zwar nach der Modusumschaltung im zweiten Timing.
Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Timing gemäß einem Scheitelwert oder einem Tal der einen Trägerwelle eingestellt ist.
Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei das erste Timing gemäß einem von einem Scheitelwert und einem Tal der einen Trägerwelle eingestellt ist, und das zweite Timing gemäß dem anderen von dem Scheitelwert und dem Tal der anderen Trägerwelle eingestellt ist, das nach dem ersten Timing eintrifft.
Steuerungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine, die eine Wicklung für eine erste Gruppe und eine Wicklung für eine zweite Gruppe aufweist, die um einen Stator mit einer mechanischen Winkeldifferenz gewickelt sind, wobei das Steuerungsverfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Spannungsbefehls für eine erste Gruppe für einen ersten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine erste Gruppe angelegt wird, und eines Spannungsbefehls für eine zweite Gruppe für einen zweiten Wechselrichter, der eine Spannung steuert, die an die Wicklung für eine zweite Gruppe angelegt wird; Zuführen einer ersten Trägerwelle, die zur ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung im ersten Wechselrichter verwendet wird, und einer zweiten Trägerwelle, die zur zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung im zweiten Wechselrichter verwendet wird, und Erzeugen eines PWM-Signals für eine erste Gruppe zum Steuern des ersten Wechselrichters mittels der ersten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine erste Gruppe und der ersten Trägerwelle, und Erzeugen eines PWM-Signals für eine zweite Gruppe zum Steuern des zweiten Wechselrichters mittels der zweiten Pulsbreitenmodulationssteuerung auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Spannungsbefehl für eine zweite Gruppe und der zweiten Trägerwelle, wobei das Zuführen der ersten und zweiten Trägerwellen ein Umschalten zwischen den ersten und zweiten Trägerwellen einschließt, die für die erste Pulsbreitenmodulationssteuerung und die zweite Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet werden, gemäß einer Auswahl aus einem von einem ersten Modus, in welchem sich Frequenzen der ersten und zweiten Trägerwellen so verändern, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches einer Frequenz der angelegten Spannung werden, und einem zweiten Modus, in welchem die Frequenzen der ersten und zweiten Träger konstant gehalten werden, und wobei das Umschalten zwischen den ersten und zweiten Trägerwellen Folgendes aufweist: Wenn die Modusumschaltung zwischen dem ersten und zweiten Modus angewiesen wird, Durchführen der Modusumschaltung im ersten Timing, bei welchem eine Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und eine Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander in Übereinstimmung gebracht sind, auf der einen Trägerwelle aus den ersten und zweiten Trägerwellen; und Durchführen der Modusumschaltung im zweiten Timing, bei welchem die Trägerwellenphase gemäß dem ersten Modus und die Trägerwellenphase gemäß dem zweiten Modus miteinander in Übereinstimmung gebracht sind, auf der anderen Trägerwelle aus den ersten und zweiten Trägerwellen nach dem ersten Timing.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, wobei das Umschalten zwischen den ersten und zweiten Trägerwellen ferner ein Zuführen der anderen Trägerwelle einschließt, die für die erste oder zweite Pulsbreitenmodulationssteuerung gemäß einem Modus von dem ersten und zweiten Modus verwendet wird, der vor der Modusumschaltung ausgewählt wird, und zwar während eines Modus-Übergangszeitraums zwischen dem ersten Timing und dem zweiten Timing.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 6, wobei das Umschalten zwischen den ersten und zweiten Trägerwellen ferner ein Zuführen einer Interpolations-Trägerwelle einschließt, die aus der anderen Trägerwelle gemäß dem ersten Modus und der anderen Trägerwelle gemäß dem zweiten Modus erzeugt wird, und zwar als die andere Trägerwelle, die für die erste Pulsbreitenmodulationssteuerung oder die zweite Pulsbreitenmodulationssteuerung verwendet wird, im Modus-Übergangszeitraum zwischen dem ersten Timing und dem zweiten Timing, und die Interpolations-Trägerwelle so erzeugt wird, dass sich im Modus-Übergangszeitraum die Trägerwellenphase mit einer konstanten Rate in Richtung der Phase der einen Trägerwelle ändert, und zwar nach der Modusumschaltung im zweiten Timing.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das erste Timing gemäß einem Scheitelwert oder einem Tal der einen Trägerwelle eingestellt ist.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das erste Timing gemäß einem von einem Scheitelwert und einem Tal der einen Trägerwelle eingestellt ist, und das zweite Timing gemäß dem anderen von dem Scheitelwert und dem Tal der anderen Trägerwelle eingestellt ist, das nach dem ersten Timing eintrifft.