DE112018000350T5

DE112018000350T5 - Steuerungseinrichtung für eine Leistungsumwandlungsschaltung und rotierende elektrische Maschineneinheit

Info

Publication number: DE112018000350T5
Application number: DE112018000350.7T
Authority: DE
Inventors: Takuto Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-10-17
Also published as: CN110168925A; JP2018113784A; CN110168925B; WO2018131568A1; JP6677176B2

Abstract

Eine Steuerungseinrichtung (14) zum Steuern einer Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Vielzahl von Schaltelementen (Sp und Sn) umfasst und eine Eingabeleistung umwandelt, um eine umgewandelte Leistung an eine rotierende elektrische Maschine (17) auszugeben. Die Steuerungseinrichtung umfasst Schaltelemente (Sp und Sn), wandelt eine Eingabeleistung um und gibt die umgewandelte Leistung an eine rotierende elektrische Maschine (17) aus. Die Steuerungseinrichtung umfasst eine PWM-Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, die Schaltelemente durch eine PWM-Steuerung an-/auszuschalten, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird, eine Bestimmungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob sich ein Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als eine vorbestimmte Periode ist, und eine vorbestimmte Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine vorbestimmte Steuerung auszuführen, die eine An-/Aus-Frequenz von jedem der Schaltelemente verwendet, die niedriger als eine An-/Aus-Frequenz des Entsprechenden der Schaltelemente in der PWM-Steuerung ist, in einem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-002803 , eingereicht am 11. Januar 2017, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist.
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Einrichtung, die eine Leistungsumwandlungsschaltung steuert, die eine Eingabeleistung umwandelt und die umgewandelte Leistung an eine rotierende elektrische Maschine ausgibt.
[Hintergrund]
Herkömmlicherweise werden, um einen blockierten Zustand eines Dreiphasen-AC-Motors (rotierende elektrische Maschine) zu lösen, eine erste Drehmomentreduzierungssteuerung und eine zweite Drehmomentreduzierungssteuerung ausgeführt, wobei in der ersten Drehmomentreduzierungssteuerung ein Drehmoment des Dreiphasen-AC-Motors vorübergehend von einem von dem Benutzer gewünschten Drehmoment reduziert wird und dann zurückgebracht wird, und in der zweiten Drehmomentreduzierungssteuerung ein Drehmoment des Dreiphasen-AC-Motors auf ein vorbestimmtes Drehmoment reduziert wird, das niedriger als das in der ersten Drehmomentreduzierungssteuerung ist (siehe PTL1). In der PTL1, wenn bestimmt ist, dass sich ein Motor in dem Motorblockierungszustand befindet, wird die erste Drehmomentreduzierungssteuerung nach einer geschätzte Erreichszeit, zu der eine Temperatur einer Spule eines Stators eine Temperaturobergrenze erreicht, ausgeführt und, in dem Fall, in dem der Motorblockierungszustand nicht aufgelöst ist, obwohl die erste Drehmomentreduzierungssteuerung ausgeführt wird, wird die zweite Drehmomentreduzierungssteuerung ausgeführt.
[Liste des Standes der Technik]
[Patent Literatur]
[PTL1]: JP 4985561 B
[Kurzfassung der Erfindung]
Jedoch hat der vorliegende Offenbarer seine Aufmerksamkeit auf die Tatsache gerichtet, dass es auch in dem Fall, in dem sich die rotierende elektrische Maschine nicht in einem blockierten Zustand befindet, wenn sich die rotierende elektrische Maschine fortgesetzt mit einer niedrigen Drehzahl dreht, eine Möglichkeit gibt, dass Teile oder Ähnliches einer Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Eingabeleistung umwandelt und die umgewandelte Leistung an die rotierende elektrische Maschine ausgibt, überhitzt werden könnten und beschädigt werden könnten.
Die vorliegende Offenbarung wurde vorgenommen, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und ist hauptsächlich darauf gerichtet, eine Steuerungseinrichtung für eine Leistungsumwandlungsschaltung zum Umwandeln einer Eingabeleistung und Ausgeben der umgewandelten Leistung an eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen; die Steuerungseinrichtung ist dazu in der Lage, zu unterdrücken, dass Teile oder Ähnliches der Leistungsumwandlungsschaltung überhitzen.
Ein erstes Mittel zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems ist eine Steuerungseinrichtung zum Steuern einer Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Vielzahl von Schaltelementen umfasst und eine Eingabeleistung umwandelt, um eine umgewandelte Leistung an eine rotierende elektrische Maschine auszugeben, wobei die Steuerungseinrichtung aufweist,
eine PWM-Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Schaltelementen durch eine PWM-Steuerung an-/auszuschalten, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird,
eine Bestimmungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob sich ein Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als eine vorbestimmte Periode ist, und
eine vorbestimmte Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine vorbestimmte Steuerung auszuführen, die eine An-/Aus-Frequenz von jedem der Schaltelemente verwendet, die niedriger als eine An-/Aus-Frequenz des entsprechenden der Schaltelemente in der PWM-Steuerung ist, in einem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration weist die Leistungsumwandlungsschaltung eine Vielzahl von Schaltelementen auf und wandelt eine Eingabeleistung um und gibt die umgewandelte Leistung an die rotierende elektrische Maschine aus. Dann, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird, wird die Vielzahl von Schaltelementen durch die PWM-Steuerungseinheit durch eine PWM-Steuerung an-/ausgeschaltet. Hier wird in einem Zustand, in dem sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, ein Strom, der durch die Leistungsumwandlungsschaltung fließt, groß, während der Strom nicht so groß ist wie der in dem Fall, in dem sich die rotierende elektrische Maschine in einem blockierten Zustand befindet. Weiterhin, in der PWM-Steuerung, weil die Schaltelemente häufig an-/ausgeschaltet werden, wird ein Betrag einer Wärmeerzeugung aufgrund eines Schaltverlusts groß. Deshalb könnten die Schaltelemente überhitzt werden und könnten beschädigt werden.
Bezüglich dieses Punktes wird durch die Bestimmungseinheit bestimmt, ob der Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt wurde, die länger als die vorbestimmte Periode ist. Dann wird in dem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt wurde, die länger als die vorbestimmte Periode ist, eine vorbestimmte Steuerung ausgeführt, bei der eine An-/Aus-Frequenz von jedem der Schaltelemente niedriger ist als die in einem Fall der PWM-Steuerung. Deshalb kann ein Schaltverlust der Schaltelemente reduziert werden, sodass ein Betrag einer Wärmeerzeugung der Schaltelemente reduziert werden kann. Deshalb, auch in dem Fall, in dem ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine fortgesetzt wird, kann ein Überhitzen der Schaltelemente unterdrückt werden. Weiterhin, weil die An-/Aus-Frequenz der Schaltelemente niedriger wird, kann ein Schaltgeräusch reduziert werden. Es sei angemerkt, dass, als der Niedrigdrehzahlrotationszustand, ein Zustand, in dem die PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die höher als eine erste vorbestimmte Drehzahl und niedriger als eine zweite vorbestimmte Drehzahl (entsprechend der vorbestimmten Drehzahl) ist, oder Ähnliches, eingesetzt werden kann.
Als ein zweites Mittel, in dem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, schaltet die vorbestimmte Steuerungseinheit die Vielzahl von Schaltelementen durch eine Rechteckwellensteuerung als die vorbestimmte Steuerung an/aus.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die Vielzahl von Schaltelementen durch die Rechteckwellensteuerung als die vorbestimmte Steuerung an-/ausgeschaltet. In der Rechteckwellensteuerung wird ein An und Aus der Schaltelemente für jeden Halbzyklus von einem Zyklus eines elektrischen Winkels abwechselnd geschaltet, und die Phase, in der die Schaltelemente eingeschaltet werden, wird gesteuert. Deshalb wird die An-/Aus-Frequenz der Schaltelemente signifikant niedriger als die in einem Fall der PWM-Steuerung, sodass ein Schaltverlust und ein Schaltgeräusch signifikant reduziert werden können.
Als ein drittes Mittel schaltet die PWM-Steuerungseinheit die Vielzahl der Schaltelemente durch die PWM-Steuerung unter Verwendung eines Trägersignals mit einer vorbestimmten Frequenz an/aus, wenn der Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird, und, in dem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, schaltet die vorbestimmte Steuerungseinheit die Vielzahl der Schaltelemente durch eine PWM-Steuerung unter Verwendung eines Trägersignals einer Frequenz, die niedriger als die vorbestimmte Frequenz ist, als die vorbestimmte Steuerung an/aus.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird, wird die Vielzahl von Schaltelementen durch die PWM-Steuerungseinheit durch eine PWM-Steuerung unter Verwendung des Trägersignals der vorbestimmten Frequenz an-/ausgeschaltet. Dann wird, als die vorbestimmte Steuerung, die Vielzahl von Schaltelementen durch eine PWM-Steuerung unter Verwendung des Trägersignals einer Frequenz, die niedriger als die vorbestimmte Frequenz ist, an-/ausgeschaltet. Deshalb wird eine An-/Aus-Frequenz der Schaltelemente niedriger als die in einem Fall der PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit, sodass ein Schaltverlust und ein Schaltgeräusch reduziert werden können.
Als ein viertes Mittel umfasst die rotierende elektrische Maschine, als Ankerwicklungen, einen ersten Satz von Mehrphasenwicklungen und einen zweiten Satz von Mehrphasenwicklungen, ist die Leistungsumwandlungsschaltung mit jeder Mehrphasenwicklung der Mehrphasendoppelwicklungen verbunden, und, in dem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, führt die vorbestimmte Steuerungseinheit die vorbestimmte Steuerung aus, die die An-/Aus-Frequenz von jedem der Schaltelemente verwendet, die niedriger als ein An-/Aus-Frequenz des Entsprechenden der Schaltelemente in der PWM-Steuerung ist, und schaltet die Vielzahl der Schaltelemente an/aus, um dadurch eine Leistung abwechselnd zu dem ersten Satz der Mehrphasenwicklungen und dem zweiten Satz der Mehrphasenwicklungen auszugeben.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration umfasst die rotierende elektrische Maschine die Mehrphasendoppelwicklungen als die Ankerwicklungen und ist die Leistungsumwandlungsschaltung mit jeder Mehrphasenwicklung der Mehrphasendoppelwicklungen verbunden. Dann wird in dem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die vorbestimmte Steuerung ausgeführt, die eine An-/Aus-Frequenz von jedem der Schaltelemente verwendet, die niedriger als eine An-/Aus-Frequenz des Entsprechenden der Schaltelemente in der PWM-Steuerung ist, und wird die Vielzahl von Schaltelementen an-/ausgeschaltet, sodass eine Leistung abwechselnd an jede Mehrphasenwicklung der Mehrphasendoppelwicklungen ausgegeben wird. Deshalb, während die Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Leistung an eine Mehrphasenwicklung der Mehrphasendoppelwicklungen ausgibt, mit Energie versorgt ist, kann die andere Leistungsumwandlungsschaltung abgekühlt werden, sodass ein Überhitzen der Schaltelemente unterdrückt werden kann.
Ein fünftes Mittel ist eine Steuerungseinrichtung zum Steuern einer Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Vielzahl von Schaltelementen umfasst und eine Eingabeleistung umwandelt, um eine umgewandelte Leistung an eine rotierende elektrische Maschine auszugeben,
wobei die rotierende elektrische Maschine Mehrphasendoppelwicklungen als Ankerwicklungen umfasst,
wobei jede Leistungsumwandlungsschaltung mit einer entsprechenden Mehrphasenwicklung der Mehrphasendoppelwicklungen verbunden ist, und
wobei die Steuerungseinrichtung aufweist
eine PWM-Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Schaltelementen durch eine PWM-Steuerung an-/auszuschalten, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird,
eine Bestimmungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob sich ein Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit ausgeführt wird und die rotierende elektrische Maschine sich bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als eine vorbestimmte Periode ist, und
eine Steuerungseinheit für eine wechselnde Ausgabe, die dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Schaltelementen an-/auszuschalten, um dadurch eine Ausgabeleistung abwechselnd an den ersten Satz der Mehrphasenwicklungen und den zweiten Satz der Mehrphasenwicklungen auszugeben, in dem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, auf eine ähnliche Weise wie bei dem vierten Mittel, während die Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Leistung an eine Mehrphasenwicklung der Mehrphasendoppelwicklungen ausgibt, mit Energie versorgt wird, kann die andere Leistungsumwandlungsschaltung abgekühlt werden, sodass ein Überhitzen der Schaltelemente unterdrückt werden kann
In einer Konfiguration, in der die rotierende elektrische Maschine eine Brennkraftmaschine startet, gibt es einen Fall, in dem Kraftstoff an der Brennkraftmaschine nicht gezündet wird oder die Brennkraftmaschine eine Fehlzündung aufweist. In diesem Fall, nach einem Start der Brennkraftmaschine, kann sich ein Zustand, in dem sich die rotierende elektrische Maschine mit einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, fortsetzen.
Bezüglich dieses Punktes ist die rotierende elektrische Maschine als ein sechstes Mittel dazu konfiguriert, eine Brennkraftmaschine zu starten, und setzt eine Konfiguration ein, bei der die PWM-Steuerungseinheit die Vielzahl von Schaltelementen durch die PWM-Steuerung an-/ausschaltet, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird. Deshalb kann in einer Konfiguration, in der die rotierende elektrische Maschine die Brennkraftmaschine startet, auch in dem Fall, in dem ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine fortgesetzt wird, ein Überhitzen der Schaltelemente unterdrückt werden.
In einer Konfiguration, in der die rotierende elektrische Maschine einen Zustand beibehält, in dem die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl gedreht wird, die niedriger als eine Leerlaufdrehzahl ist, in einem Zustand, in dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine abgesperrt ist, kann sich ein Zustand, in dem sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, fortsetzen.
Bezüglich dieses Punktes behält die rotierende elektrische Maschine als ein siebtes Mittel einen Zustand bei, in dem die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl gedreht wird, die niedriger als eine Leerlaufdrehzahl ist, in einem Zustand, in dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine abgesperrt ist, und setzt eine Konfiguration ein, bei der die PWM-Steuerungseinheit die Vielzahl der Schaltelemente durch die PWM-Steuerung an-/ausschaltet, während die rotierende elektrische Maschine den Zustand beibehält, in dem die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl gedreht wird, die niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist. Deshalb, in einer Konfiguration, in der die rotierende elektrische Maschine einen Zustand beibehält, in dem die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl gedreht wird, die niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist, in einem Zustand, in dem der Kraftstoff der Brennkraftmaschine abgesperrt beibehalten wird, kann ein Überhitzen der Schaltelemente unterdrückt werden.
In einer Konfiguration, in der die rotierende elektrische Maschine ein Fahren eines Fahrzeugs veranlasst, gibt es einen Fall, in dem das Fahrzeug an einem steilen Hang fährt. In diesem Fall gibt es eine Möglichkeit, dass ein Zustand, in dem sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, fortsetzt, wenn das Fahrzeug fährt.
Bezüglich dieses Punktes wird als ein achtes Mittel eine Konfiguration eingesetzt, bei der die rotierende elektrische Maschine dazu dient, ein Fahren des Fahrzeugs zu veranlassen, und die PWM-Steuerungseinheit die Vielzahl der Schaltelemente durch die PWM-Steuerung an-/ausschaltet, wenn ein Fahren des Fahrzeugs veranlasst wird. Deshalb kann in einer Konfiguration, in der die rotierende elektrische Maschine das Fahren des Fahrzeugs veranlasst, ein Überhitzen der Schaltelemente unterdrückt werden.
Ein neuntes Mittel ist eine rotierende elektrische Maschineneinheit inklusive der Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem der ersten bis achten Mittel, der rotierenden elektrischen Maschine und der Leistungsumwandlungsschaltung.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann in der rotierenden elektrischen Maschineneinheit inklusive der Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung, der rotierenden elektrischen Maschine und der Leistungsumwandlungsschaltung ein Überhitzen der Schaltelemente unterdrückt werden.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den anhängigen Zeichnungen ersichtlicher, in denen zeigen:

1 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines fahrzeugseitigen rotierenden elektrischen Maschinensystems darstellt.
2 ein Diagramm, das eine Leistungsbetriebssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Drehzahl und einem Drehmoment darstellt.
3 ein Schaltungsdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer rotierenden elektrischen Maschineneinheit darstellt.

[Beschreibung der Ausführungsbeispiele]
Ein Ausführungsbeispiel eines rotierenden elektrischen Maschinensystems, das in einem Fahrzeug angebracht ist, wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen besch rieben.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst ein System 100 einer fahrzeugseitigen rotierenden elektrischen Maschine bzw. ein fahrzeugseitiges rotierendes elektrisches Maschinensystem 100 eine Einheit 10 einer rotierenden elektrischen Maschine bzw. eine rotierende elektrische Maschineneinheit 10, eine Brennkraftmaschinen-ECU bzw. Maschinen-ECU (elektronische Steuerungseinheit) 20, eine Batterie 22 (entsprechend einer Speichereinrichtung), einen zweiten Kondensator 23 (entsprechend einer Speichereinrichtung), eine elektrische Last 24, oder Ähnliches. Die rotierende elektrische Maschineneinheit 10 umfasst eine rotierende elektrische Maschine 17, einen Inverter 13, eine ECU 14 der rotierenden elektrischen Maschine bzw. eine rotierende elektrische Maschinen-ECU 14, oder Ähnliches. Die rotierende elektrische Maschineneinheit 10 ist ein Generator mit einer Motorfunktion (Leistungsbetriebsfunktion) und ist als ein mechanisch/elektrischintegrierter ISG (integrierter Anlassergenerator) konfiguriert. Die rotierende elektrische Maschine 17 umfasst X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Wicklungen 11X, 11Y und 11Z als Dreiphasen-Ankerwicklungen, eine Feldwicklung 12, einen Rotationspositionssensor 18 und Stromsensoren 19X und 19Y. Die Batterie 22 ist zum Beispiel eine Pb-Batterie, die eine Spannung von 12V ausgibt. Es sei angemerkt, dass es möglich ist, als die Batterie 22 ebenso eine Batterie einer anderen Art als der Pb-Batterie einzusetzen, die 12V ausgibt, oder eine Batterie, die eine andere Spannung als 12V ausgibt, oder Ähnliches.
Die X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Wicklungen 11X, 11Y und 11Z sind um einen Statorkern gewickelt, der nicht dargestellt ist, um einen Stator zu bilden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind erste Enden der entsprechenden X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Wicklungen 11X, 11Y und 11Z miteinander an einem neutralen Punkt verbunden. Das heißt, die rotierende elektrische Maschineneinheit 10 ist Y-verbunden bzw. in einer Y-Art verbunden.
Die Feldwicklung 12 ist um einen Feldpol gewickelt, der nicht dargestellt ist, und der auf einer inneren peripheren Seite des Statorkerns angeordnet ist, um dem Statorkern gegenüber zu liegen, um einen Rotor zu bilden. Durch einen Erregerstrom, der an die Feldwicklung 12 angelegt wird, wird der Feldpol magnetisiert. AC-Spannungen werden von den entsprechenden Phasenwicklungen 11X, 11Y, 11Z durch ein rotierendes magnetisches Feld, das erzeugt wird, wenn der Feldpol magnetisiert ist, ausgegeben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dreht sich der Rotor durch Empfangen einer Rotationsleistung von einer Kurbelwelle einer fahrzeugseitigen Brennkraftmaschine bzw. Maschine 101 (in 1 ist ein Gehäuse der fahrzeugseitigen Brennkraftmaschine schematisch dargestellt). Der Rotationspositionssensor 18 erfasst eine Rotationsposition der Feldwicklung 12. Der Rotationspositionssensor 18 ist mit einem Drehmelder, einem Hall-Element oder Ähnlichem konfiguriert. Die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 101 und der Rotor der rotierenden elektrischen Maschine 17 sind über einen Riemen verbunden. Der Rotor (rotierende elektrische Maschine 17) rotiert bei einer Drehzahl, die 2,2-mal größer ist als die Drehzahl der Kurbelwelle (Brennkraftmaschine 101). Die Brennkraftmaschine 101, die zum Beispiel eine Maschine unter Verwendung von Benzin als Kraftstoff ist, erzeugt eine Antriebskraft durch Verbrennung des Kraftstoffs. Es sei angemerkt, dass die Maschine 101 nicht auf eine Benzinbrennkraftmaschine beschränkt ist, und eine Dieselbrennkraftmaschine, die Leichtöl als Kraftstoff verwendet, oder eine Maschine, die anderen Kraftstoff verwendet, sein kann.
Der Inverter 13 (entsprechend der Leistungsumwandlungsschaltung) wandelt AC-Spannungen (eine AC-Leistung), die von den entsprechenden Phasenwicklungen 11X, 11Y und 11Z ausgegeben werden, in DC-Spannungen (DC-Leistung) um. Weiterhin wandelt der Inverter 13 DC-Spannungen, die von der Batterie 22 eingegeben werden, in AC-Spannungen um und gibt die AC-Spannungen an die entsprechenden Phasenwicklungen 11X, 11Y und 11Z aus. Der Inverter 13 (entsprechend einer Gleichrichterschaltung) ist eine Brückenschaltung mit oberen und unteren Armen, deren Anzahl die gleiche ist wie die Anzahl von Phasen der Ankerwicklungen. Detailliert umfasst der Inverter 13 ein X-Phasen-Modul 13X, ein Y-Phasen-Modul 13Y und ein Z-Phasen-Modul 13Z und bildet eine Dreiphasen-Vollwellen-Gleichrichterschaltung. Weiterhin bildet der Inverter 13 eine Antriebsschaltung, die die rotierende elektrische Maschine 17 durch Anpassen der AC-Spannungen, die an die entsprechenden Phasenwicklungen 11X, 11Y und 11Z der rotierenden elektrischen Maschine 17 zuzuführen sind, ansteuert bzw. antreibt. Der Stromsensor 19X erfasst einen Strom, der durch die X-Phasen-Wicklung fließt, und der Stromsensor 19Y erfasst einen Strom, der durch die Y-Phasen-Wicklung fließt.
Jedes der X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Module 13X, 13Y und 13Z umfasst einen Schalter eines oberen Arms Sp und einen Schalter eines unteren Arms Sn. Das heißt, die Schalter Sp und Sn (entsprechend den Schaltelementen) sind in der Form einer Brücke bzw. als Brückenschaltung verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden als die entsprechenden Schalter Sp und Sn spannungsgesteuerte Halbleiterschaltelemente verwendet und insbesondere werden N-Kanal MOSFETs verwendet. Eine Diode eines oberen Arms Dp ist antiparallel (parallel) mit dem Schalter des oberen Arms Sp verbunden und eine Diode eines unteren Arms Dn ist antiparallel (parallel) mit dem Schalter eines unteren Arms Sn verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden als entsprechende Dioden Dp und Dn intrinsische Dioden der entsprechenden Schalter Sp und Sn verwendet. Es sei angemerkt, dass die entsprechenden Dioden Dp und Dn nicht auf intrinsische Dioden beschränkt sind und zum Beispiel Dioden sein können, die separate Komponenten von den entsprechenden Schaltern Sp und Sn sind.
Ein zweites Ende der X-Phasen-Wicklung 11X ist mit einem X-Phasen-Anschluss PX des X-Phasen-Moduls 13X verbunden. Ein Anschluss auf einer Seite mit niedrigem Potential (Source) des Schalters des oberen Arms Sp und ein Anschluss auf einer Seite mit hohem Potential (Drain) des Schalters des unteren Arms Sn sind mit dem X-Phasen-Anschluss PX verbunden. Ein Anschluss B (entsprechend einem Ausgabeanschluss) der rotierenden elektrischen Maschineneinheit 10 ist mit einem Drain des Schalters des oberen Arms Sp verbunden, und eine Karosserie der Brennkraftmaschine 101 als ein Massekontaktabschnitt (Masse GND) ist mit einer Source des Schalters des unteren Arms Sn über einen Anschluss E der rotierenden elektrischen Maschineneinheit 10 verbunden. Der Anschluss B ist ein Anschluss, der mit einer positiven Elektrode der vorstehend beschriebenen Batterie 22 verbunden ist und ist in der Form eines abnehmbaren Konnektors ausgebildet.
Ein zweites Ende der Y-Phasen-Wicklung 11Y ist mit einem Y-Phasen-Anschluss PY des Y-Phasen-Moduls 13Y verbunden. Ein Verbindungspunkt des Schalters des oberen Arms Sp und des Schalters des unteren Arms Sn ist mit dem Y-Phasen-Anschluss PY verbunden. Der Anschluss B ist mit einem Drain des Schalters des oberen Arms Sp verbunden und die Karosserie der Brennkraftmaschine 101 als die Masse GND ist mit einer Source des Schalters des unteren Arms Sn über den Anschluss E verbunden.
Ein zweites Ende der Z-Phasen-Wicklung 11Z ist mit einem Z-Phasen-Anschluss PZ des Z-Phasen-Moduls 13Z verbunden. Ein Verbindungspunkt des Schalters des oberen Arms Sp und des Schalters des unteren Arms Sn ist mit dem Z-Phasen-Anschluss PZ verbunden. Der Anschluss B ist mit einem Drain des Schalters des oberen Arms Sp verbunden und die Karosserie der Brennkraftmaschine 101 als die Masse GND ist mit einer Source des Schalters des unteren Arms Sn über den Anschluss E verbunden.
Die Schalter Sp und Sn von jedem Phasenmodul 13X, 13Y und 13Z bilden eine Reihenschaltung der entsprechenden Phasenmodule. Ein erster Kondensator 15 entsprechend einer Speichereinrichtung ist parallel zu jeder Reihenschaltung verbunden und eine Zener-Diode 16 ist ebenso parallel zu jeder Reihenschaltung verbunden. Ein Spannungssensor 41 (entsprechend einer Spannungserfassungseinheit) ist bereitgestellt, um eine Spannung zwischen einem Verbindungspunkt auf einer Seite mit höherer Spannung P1 und einem Verbindungspunkt auf einer Seite mit niedrigerer Spannung P2 des Inverters 13 zu erfassen.
Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung) ist als ein Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle oder Ähnlichem konfiguriert. Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 passt einen Erregerstrom, der an die Feldwicklung 12 anzulegen ist, durch einen IC-Regler an, der nicht dargestellt ist, als einen Teil der rotierenden elektrischen Maschinen-ECU 14. Dadurch wird die Leistungserzeugungsspannung (Spannung des Anschlusses B) der rotierenden elektrischen Maschineneinheit 10 gesteuert. Weiterhin steuert die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 den Inverter 13, um die rotierende elektrische Maschine 17 anzutreiben, nachdem das Fahrzeug ein Fahren startet, und unterstützt die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 101. Die rotierende elektrische Maschine 17 kann eine Rotation an die Kurbelwelle nach einem Start der Brennkraftmaschine 101 in dem Fall bereitstellen, in dem eine Anweisung zum Starten der Brennkraftmaschine 101 (automatischer Neustart, nachdem die Brennkraftmaschine automatisch stoppt, was später beschrieben wird) von der Brennkraftmaschinen-ECU 20 empfangen wird, und funktioniert als ein Anlasser. Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 ist mit der Brennkraftmaschinen-ECU 20, die eine Steuerungseinrichtung außerhalb der rotierenden elektrischen Maschineneinheit 10 ist, über einen Anschluss L, der ein Kommunikationsanschluss ist, und eine Kommunikationsleitung verbunden.
Die Brennkraftmaschinen-ECU 20 ist als ein Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle oder Ähnlichem konfiguriert und steuert einen Operationszustand der Brennkraftmaschine 101. Die Brennkraftmaschinen-ECU 20 veranlasst, dass die Brennkraftmaschine 101 automatisch in dem Fall stoppt, in dem vorbestimmte Automatikstoppbedingungen erfüllt sind, und veranlasst, dass die Brennkraftmaschine 101 automatisch in dem Fall neu startet, in dem vorbestimmte Automatikneustartbedingungen erfüllt sind. Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 und die Brennkraftmaschinen-ECU 20 führen eine bidirektionale Kommunikation (zum Beispiel eine serielle Kommunikation unter Verwendung des LIN-Protokolls) durch und tauschen Informationen miteinander aus.
Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 erhält ein Anforderungsdrehmoment (inklusive eines Bremsdrehmoments), das an die rotierende elektrische Maschine 17 anzufordern ist, basierend auf einem seriellen Kommunikationssignal, das von der Brennkraftmaschinen-ECU 20 übertragen wird. Dann steuert die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 eine PWM-Spannung, die an die Feldwicklung 12 anzulegen ist, An-/Aus-Zustände der Schalter Sp und Sn, sodass die rotierende elektrische Maschine 17 das Anforderungsdrehmoment erzeugt.
Im Detail berechnet die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 eine Drehzahl der Feldwicklung 12 (das heißt der rotierenden elektrischen Maschine 17) basierend auf der Rotationsposition der Feldwicklung 12, die durch den Rotationspositionssensor 18 erfasst wird. Es sei angemerkt, dass die Drehzahl der Anzahl von Umdrehungen pro Zeiteinheit entspricht, und eine Winkelgeschwindigkeit, einen Winkeländerungsbetrag pro Zeiteinheit oder Ähnliches umfasst. Weiterhin kann die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 einen Durchschnitt von berechneten Werten der Drehzahl verwenden. Dadurch ist es möglich, Schwankungen der Drehzahl aufgrund eines Lockerns oder Ähnliches eines Riemens, der die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 101 und den Rotor der rotierenden elektrischen Maschine 17 verbindet, zu unterdrücken, und somit ist es möglich, fehlerhafte Erfassungen der Drehzahl zu unterdrücken.
Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 steuert An-/Aus-Phasen und An-/Aus-Perioden (wie etwa Einschaltdauern) der entsprechenden Schalter Sp und Sn durch eine PWM-Steuerung basierend auf den Strömen der X-Phase und der Y-Phase, die durch die Stromsensoren 19X und 19Y erfasst werden, und der Rotationsposition und der Drehzahl der Feldwicklung 12. Weiterhin führt die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 eine Rechteckwellensteuerung basierend auf der Rotationsposition der Feldwicklung 12 aus. Die Rechteckwellensteuerung für jede Phase der rotierenden elektrischen Maschine 17 schaltet die Schalter Sp und Sn abwechselnd für jeden Halbzyklus des elektrischen Winkels der rotierenden elektrischen Maschine 17 an und steuert die Phase eines An-Zeitpunkts von jedem der Schalter Sp und Sn. Die Phase unter den entsprechenden Phasen-An-Zeitpunkten ist untereinander um einen elektrischen Winkel von 120° verschoben.
Die Brennkraftmaschinen-ECU 20 und der positive Elektrodenanschluss der Batterie 22 sind mit dem Anschluss B über ein Relais 21 verbunden. Die Karosserie der Brennkraftmaschine 101 als die Masse GND ist mit einem negativen Elektrodenanschluss der Batterie 22 verbunden. Der zweite Kondensator 23 und die elektrische Last 24 sind mit dem Anschluss B verbunden. Die elektrische Last 24 umfasst elektrische Lasten, wie etwa zum Beispiel ein elektronisch gesteuertes Bremssystem und eine elektrische Servolenkung eines Fahrzeugs, bei denen eine Operationsspannung gleich oder größer als eine vorbestimmte Spannung ist. Die Operationsspannung ist eine Spannung, wie etwa eine garantierte Spannung und eine Nennspannung der elektrischen Last, bei der die elektrische Last eine spezifizierte Leistung ausüben kann. Die elektrische Last 24 kann eine Klimaanlage, ein fahrzeugseitiges Audiogerät, einen Scheinwerfer oder Ähnliches umfassen. Es sei angemerkt, dass das Relais 21 dadurch, dass ein Zündschalter eingeschaltet wird, in einen An-Zustand versetzt wird.
Wie in 2 dargestellt ist, schaltet die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 auf einen Leistungsbetrieb hin basierend auf der Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 17 und einem gewünschten Drehmoment (inklusive eines Bremsdrehmoments), das an die rotierende elektrische Maschine 17 angefordert wird, eine Steuerung um.
Im Detail führt die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend der PWM-Steuerungseinheit) eine PWM-Steuerung (Pulsbreitenmodulationssteuerung) in einem Bereich A aus, in dem die Drehzahl kleiner als eine erste Drehzahl N1 ist, auf einen Leistungsbetrieb hin. Die erste Drehzahl N1 wird auf einen Wert eingestellt, der ungefähr 400 U/min beträgt und sich gemäß dem gewünschten Drehmoment ändert. Es sei angemerkt, dass die erste Drehzahl N1 ein fester Wert sein kann, der nicht von dem gewünschten Drehmoment abhängt. In diesem Fall wird die erste Drehzahl N1 zum Beispiel auf 400 U/min eingestellt. Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer PWM-Steuerungseinheit) führt eine PWM-Steuerung auf einen Start der Brennkraftmaschine 101 hin auf eine ähnliche Weise aus wie die, die in dem Bereich A durchgeführt wird. Weiterhin führt die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 eine Rechteckwellensteuerung in einem Bereich B aus, in dem die Drehzahl gleich oder höher als die erste Drehzahl N1 ist, auf einen Leistungsbetrieb hin.
Auf einen Leistungsbetrieb hin, in der PWM-Steuerung, während ein Ausgabedrehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 17 größer gemacht werden kann als das im Fall einer Rechteckwellensteuerung, wenn die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 17 ansteigt, erhöhen sich eine Last und ein Schaltverlust in der Steuerung. Deshalb wird die PWM-Steuerung in dem Bereich A ausgeführt, in dem die Drehzahl niedriger ist, und wird die Rechteckwellensteuerung in dem Bereich B ausgeführt, in dem die Drehzahl höher ist.
Hier, wenn die Brennkraftmaschine 101 durch die rotierende elektrische Maschine 17 gestartet wird, gibt es einen Fall, in dem Kraftstoff an der Brennkraftmaschine 101 nicht gezündet wird oder in dem die Brennkraftmaschine 101 eine Fehlzündung aufweist. In diesem Fall, auch wenn sich die rotierende elektrische Maschine 17 nach einem Start der Brennkraftmaschine 101 nicht in einem blockierten Zustand befindet, gibt es eine Möglichkeit, dass sich ein Zustand fortsetzt, in dem sich die rotierende elektrische Maschine 17 bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist (zum Beispiel 400 U/min). Dann wird in einem Zustand, in dem sich die rotierende elektrische Maschine 17 bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, ein Strom, der durch den Inverter 13 fließt, groß, während der Strom nicht so groß ist wie der in dem Fall, in dem sich die rotierende elektrische Maschine 17 in einem blockierten Zustand befindet. Weiterhin wird in der PWM-Steuerung, weil die entsprechenden Schalter Sp und Sn häufiger an-/ausgeschaltet werden als in einem Fall der Rechteckwellensteuerung, ein Betrag einer Wärmeerzeugung aufgrund eines Schaltverlusts groß. Deshalb gibt es eine Möglichkeit, dass die Schalter Sp und Sn überhitzen und beschädigt werden.
Bezüglich dieses Punktes bestimmt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer Bestimmungseinheit), ob sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine 17 bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als eine vorbestimmte Periode ist. Die vorbestimmte Drehzahl ist ein Wert, mit dem es möglich ist, einen Zustand zu bestimmen, in dem sich die rotierende elektrische Maschine 17 mit einer niedrigen Drehzahl durch die PWM-Steuerung dreht, und wird vorzugsweise zwischen 100 und 400 U/min eingestellt, und wird zum Beispiel auf 250 U/min eingestellt. Die vorbestimmte Periode ist eine Periode, während der bestimmt wird, ob die Schalter Sp und Sn dadurch überhitzen können, dass die Brennkraftmaschine 101 nach einem Start durch die PWM-Steuerung nicht normal gestartet wird, und wird vorzugsweise zwischen 800 und 1200 Millisekunden eingestellt und wird zum Beispiel auf 1000 Millisekunden eingestellt.
Dann führt in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass sich der vorstehend beschriebene Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer vorbestimmten Steuerungseinheit) die Rechteckwellensteuerung aus, das heißt, eine vorbestimmte Steuerung, in der eine An-/Aus-Frequenz von jedem der Schalter Sp und Sn niedriger ist als in einem Fall der PWM-Steuerung. Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 beendet einen Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine 17, das heißt, eine Rechteckwellensteuerung des Inverters 13, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine 101 eine Selbstzündungsdrehzahl, das heißt, eine Drehzahl, bei der ein Selbstbetrieb möglich ist, erreicht, nach einem Start der Brennkraftmaschine 101. Unterdessen setzt in einem Fall, in dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine 101 die Selbstzündungsdrehzahl nicht erreicht, die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 die Rechteckwellensteuerung für nur bis zu mehrere Sekunden, das heißt eine Ausführungsperiode, die im Voraus eingestellt ist, fort bzw. führt diese aus, und beendet den Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine 17.
Wenn die Rechteckwellensteuerung ausgeführt wird, wird die Anzahl des Umschaltens pro einem Zyklus des elektrischen Winkels für jede einer An-Operation und einer Aus-Operation gleich Eins, und die Anzahl des Umschaltens pro einem Zyklus des elektrischen Winkels wird wesentlich niedriger als die in dem Fall, in dem die PWM-Steuerung ausgeführt wird. Deshalb wird dadurch, dass sie Rechteckwellensteuerung ausgeführt wird, eine Umschaltfrequenz wesentlich niedriger als die in einem Fall der PWM-Steuerung, sodass es möglich ist, einen Schaltverlust signifikant zu reduzieren.
Das vorstehend im Detail beschriebene Ausführungsbeispiel weist die folgenden Vorteile auf.
Es wird bestimmt, ob sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine 17 bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist. Dann wird in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die vorbestimmte Steuerung ausgeführt; die vorbestimmte Steuerung weist eine An-/Aus-Frequenz von jedem der Schalter Sp und Sn auf, die kleiner ist als die in dem Fall der PWM-Steuerung. Deshalb ist es möglich, einen Schaltverlust von jedem der Schalter Sp und Sn zu reduzieren, sodass es möglich ist, den Betrag an Wärme, der von jedem der Schalter Sp und Sn erzeugt wird, zu reduzieren. Deshalb kann auch in dem Fall, in dem ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine 17 fortgesetzt wird, ein Überhitzen der Schalter Sp und Sn unterdrückt werden. Weiterhin ist es möglich, weil die An-/Aus-Frequenz der entsprechenden Schalter Sp und Sn niedriger wird, ein Schaltgeräusch zu reduzieren.
Als die vorbestimmte Steuerung werden die entsprechenden Schalter Sp und Sn durch die Rechteckwellensteuerung an-/ausgeschaltet. Die Rechteckwellensteuerung schaltet die Schalter Sp und Sn für jeden Halbzyklus des elektrischen Winkels der rotierenden elektrischen Maschine 17 abwechselnd an, und steuert die Phase eines An-Zeitpunkts von jedem der Schalter Sp und Sn. Deshalb wird die An-/Aus-Frequenz der entsprechenden Schalter Sp und Sn wesentlich niedriger als die in einem Fall der PWM-Steuerung, sodass es möglich ist, einen Schaltverlust und ein Schaltgeräusch signifikant zu reduzieren.
Die rotierende elektrische Maschine 17 dient zum Starten der Brennkraftmaschine 101, und wenn die Brennkraftmaschine 101 gestartet ist, schaltet die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 die entsprechenden Schalter Sp und Sn durch die PWM-Steuerung an/aus. Deshalb kann auf einen Start der Brennkraftmaschine 101 hin in dem Fall, in dem Kraftstoff in der Brennkraftmaschine 101 nicht gezündet wird oder die Brennkraftmaschine 101 eine Fehlzündung aufweist, auch wenn die Brennkraftmaschine durch Fortsetzen eines Leistungsbetriebs unter Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine 17 gestartet wird, ein Überhitzen der Schalter Sp und Sn unterdrückt werden.
In der rotierenden elektrischen Maschineneinheit 10 mit der rotierenden elektrischen Maschinen-ECU 14, der rotierenden elektrischen Maschine 17 und dem Inverter 13 kann ein Überhitzen der Schalter Sp und Sn unterdrückt werden.
Es sei angemerkt, dass das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel implementiert werden kann, während die folgenden Modifikationen vorgenommen werden. Die gleichen Bezugszeichen werden Teilen zugewiesen, die die gleichen sind wie die in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, und eine Beschreibung wird weggelassen.
Die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer PWM-Steuerungseinheit) kann die entsprechenden Schalter Sp und Sn (entsprechend Schaltelementen) durch eine PWM-Steuerung unter Verwendung eines Trägersignals einer vorbestimmten Frequenz f1, wenn die Brennkraftmaschine 101 durch die rotierende elektrische Maschine 17 gestartet (mit Leistung angetrieben) wird, an-/ausschalten. Dann kann in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass der vorstehend beschriebene Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt wurde, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer vorbestimmten Steuerungseinheit) die entsprechenden Schalter Sp und Sn durch eine PWM-Steuerung unter Verwendung eines Trägersignals einer Frequenz f2, die niedriger als die vorbestimmte Frequenz f1 ist, das heißt f2 < f1, als die vorbestimmte Steuerung an-/ausschalten.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine 17 durchgeführt wird, werden die entsprechenden Schalter Sp und Sn durch die PWM-Steuerung unter Verwendung eines Trägersignals der vorbestimmten Frequenz f1 an-/ausgeschaltet. Dann werden die entsprechenden Schalter Sp und Sn durch die PWM-Steuerung unter Verwendung des Trägersignals der Frequenz f2, die niedriger als die vorbestimmte Frequenz f1 ist, als die vorbestimmte Steuerung an-/ausgeschaltet. Deshalb wird die An-/Aus-Frequenz der entsprechenden Schalter Sp und Sn niedriger als die in einem Fall der PWM-Steuerung unter Verwendung des Trägersignals der vorbestimmten Frequenz f1, sodass es möglich ist, einen Schaltverlust und ein Schaltgeräusch zu reduzieren.
Wie in 3 dargestellt ist, ist es ebenso möglich, eine Konfiguration einzusetzen, bei der die rotierende elektrische Maschine 17 zwei Sätze (doppelt so viele) der Mehrphasenwicklungen 11X bis 11Z und Mehrphasenwicklungen 11U bis 11W als Ankerwicklungen umfasst, und Inverter 13A und 13B (entsprechend Leistungsumwandlungsschaltungen) entsprechend mit den zwei Sätzen der Mehrphasenwicklungen 11X bis 11Z und Mehrphasenwicklungen 11U bis 11W verbunden sind. Dann kann in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass sich der vorstehend beschriebene Niedrigdrehzahlrotationszustand für die Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer vorbestimmten Steuerungseinheit) eine vorbestimmte Steuerung ausführen, in der die An-/Aus-Frequenz von jedem der Schalter Sp und Sn niedriger ist als die in einem Fall der PWM-Steuerung, und kann die entsprechenden Schalter Sp und Sn der Inverter 13A und 13B an-/ausschalten, um dadurch eine Leistung abwechselnd an den ersten Satz der Mehrphasenwicklungen 11X bis 11Z und den zweiten Satz von Mehrphasenwicklungen 11U bis 11W auszugeben.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, während einer der Inverter 13A und 13B mit Energie versorgt wird, um eine Leistung an einen des ersten Satzes der Mehrphasenwicklungen 11X bis 11Z und des zweiten Satzes der Mehrphasenwicklungen 11U bis 11W auszugeben, ist es möglich, den anderen des Inverters 13A und 13B zu kühlen, sodass ein Überhitzen der Schalter Sp und Sn weiter unterdrückt werden kann. Es sei angemerkt, dass es ebenso möglich ist, eine Konfiguration einzusetzen, bei der die rotierende elektrische Maschine 17 Wicklungen mit vier oder mehr Phasen aufweist.
Weiterhin kann in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer Steuerungseinheit einer wechselnden Ausgabe) ebenso eine Steuerung einer wechselnden Ausgabe ausführen, die entsprechende Schalter Sp und Sn der Inverter 13A und 13B an-/ausschaltet, um dadurch abwechselnd eine Leistung an den ersten Satz der Mehrphasenwicklungen 11X bis 11Z und den zweiten Satz von Mehrphasenwicklungen 11U bis 11W auszugeben, während eine Ausführung einer vorbestimmten Steuerung, bei der die An-/Aus-Frequenz von jedem der Schalter Sp und Sn niedriger ist als die in einem Fall der PWM-Steuerung, vermieden wird. In dem Fall zum Beispiel, in dem bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, setzt die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 die PWM-Steuerung fort.
Ebenso, gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration, während einer der Inverter 13A und 13B mit Energie versorgt wird, um eine Leistung an einen entsprechenden des ersten Satzes der Mehrphasenwicklungen 11X bis 11Z und des zweiten Satzes der Mehrphasenwicklungen 11U bis 11W auszugeben, ist es möglich, den anderen des Inverters 13A und 13B zu kühlen, sodass ein Überhitzen der Schalter Sp und Sn unterdrückt werden kann. Weiterhin, weil nur eine Steuerung einer wechselnden Ausgabe aus der vorbestimmten Steuerung und einer Steuerung einer wechselnden Ausgabe ausgeführt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass sich eine Steuerung in dem Fall abrupt ändert, in dem bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.
Die rotierende elektrische Maschine 17 kann ebenso eine Konfiguration einsetzen, bei der, in einem Zustand, in dem ein Kraftstoff der Brennkraftmaschine 101 abgesperrt ist, ein Zustand beibehalten wird, in dem die Brennkraftmaschine 101 bei einer Drehzahl gedreht wird, die niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist. Dann, wenn der Zustand, in dem die Brennkraftmaschine 101 bei der Drehzahl gedreht wird, die niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist, beibehalten wird, schaltet die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer PWM-Steuerungseinheit) die entsprechenden Schalter Sp und Sn durch die PWM-Steuerung an/aus. In solch einer Konfiguration gibt es eine Möglichkeit, dass sich ein Zustand, in dem sich die rotierende elektrische Maschine 17 bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, fortsetzt.
Deshalb kann in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer vorbestimmten Steuerungseinheit) eine vorbestimmte Steuerung ausführen, bei der die An-/Aus-Frequenz von jedem der Schalter Sp und Sn niedriger ist als die in einem Fall der PWM-Steuerung. Gemäß solch einer Konfiguration kann in einem Zustand, in dem ein Kraftstoff der Brennkraftmaschine 101 abgesperrt ist, wenn die rotierende elektrische Maschine 17 einen Zustand beibehält, in dem die Brennkraftmaschine 101 bei einer Drehzahl gedreht wird, die niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist, ein Überhitzen der Schalter Sp und Sn unterdrückt werden.
Es ist ebenso möglich, als die rotierende elektrische Maschine 17 einen Motorgenerator (MG) einzusetzen, der eine Antriebskraft erzeugt, die einem Fahrzeug ermöglicht, zu fahren, oder Ähnliches, und eine EV-Fahrt ausführt, bei der veranlasst wird, dass das Fahrzeug durch die rotierende elektrische Maschine 17 fährt. Dann, wenn veranlasst wird, dass das Fahrzeug fährt, schaltet die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer PWM-Steuerungseinheit) die entsprechenden Schalter Sp und Sn durch die PWM-Steuerung und die Rechteckwellensteuerung unter Verwendung einer Übersicht basierend auf 2 an/aus. In solch einer Konfiguration gibt es einen Fall, in dem das Fahrzeug an einem steilen Hang fährt. In diesem Fall gibt es eine Möglichkeit, dass sich ein Zustand, in dem sich die rotierende elektrische Maschine 17 bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als die vorbestimmte Drehzahl ist, während einer EV-Fahrt des Fahrzeugs fortsetzt.
Deshalb kann in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer vorbestimmten Steuerungseinheit) eine vorbestimmte Steuerung ausführen, bei der die An-/Aus-Frequenz von jedem der Schalter Sp und Sn niedriger ist als die in einem Fall der PWM-Steuerung. Gemäß solch einer Konfiguration kann ein Überhitzen der Schalter Sp und Sn unterdrückt werden, wenn die rotierende elektrische Maschine 17 das Fahrzeug veranlasst, eine EV-Fahrt durchzuführen. Es sei angemerkt, dass es auch in dem Fall, in dem die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 101 durch die rotierende elektrische Maschine 17 unterstützt wird, nachdem die Brennkraftmaschine 101 gestartet ist, möglich ist, eine ähnliche Steuerung auszuführen. In diesen Fällen, auch wenn sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand nicht für eine Periode fortsetzt, die länger als die vorbestimmte Periode ist, wird die Rechteckwellensteuerung ausgeführt, wenn die Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 17 gleich oder höher als die erste Drehzahl N1 wird.
Ein Zustand, in dem die PWM-Steuerung ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine 17 bei einer Drehzahl dreht, die höher als die erste vorbestimmte Drehzahl ist (zum Beispiel 100 U/min) und niedriger als eine zweite vorbestimmte Drehzahl ist (zum Beispiel 400 U/min), kann als der Niedrigdrehzahlrotationszustand eingestellt werden. Dann, in dem Fall, in dem bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist, kann die rotierende elektrische Maschinen-ECU 14 (entsprechend einer vorbestimmten Steuerungseinheit) zumindest eine der vorstehend beschriebenen vorbestimmten Steuerung und der vorstehend beschriebenen Steuerung einer wechselnden Ausgabe ausführen.
Anstelle der rotierenden elektrischen Maschinen-ECU 14 können Funktionen der PWM-Steuerungseinheit, der Bestimmungseinheit, der vorbestimmten Steuerungseinheit und der Steuerungseinheit einer wechselnden Ausgabe durch eine Brennkraftmaschinen-ECU 20 implementiert werden. Weiterhin können diese Funktionen zwischen der rotierenden elektrischen Maschinen-ECU 14 und der Brennkraftmaschinen-ECU 20 geteilt sein.
Als die rotierende elektrische Maschine 17, ist es ebenso möglich, anstelle der Feldwicklung 12, eine rotierende elektrische Maschine der Magnetart einzusetzen, die einen Magneten als den Rotor 58 umfasst. In diesem Fall ist es nur notwendig, die Steuerung des Inverters 13 gemäß einer Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 17 zu ändern. Es sei angemerkt, dass der Inverter 13 derart konfiguriert sein kann, dass alle der X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Module 13X, 13Y und 13Z als ein integriertes Modul konfiguriert sind, oder zwei der X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Module 13X, 13Y und 13Z als ein integriertes Modul konfiguriert sind.
Während die vorliegende Offenbarung gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf das Ausführungsbeispiel und die Struktur beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene modifizierte Beispiele und Modifikationen innerhalb eines Bereichs einer Äquivalenz. Zusätzlich liegen mehrere Kombinationen und Formen, und weiterhin andere Kombinationen und Formen, die nur ein Element, gleich viele oder mehr Elemente oder gleich viele oder weniger Elemente umfassen, innerhalb des Umfangs und eines Bereichs einer Idee der vorliegenden Offenbarung.
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 2017002803 [0001]
JP 4985561 B [0004]

Claims

Steuerungseinrichtung zum Steuern einer Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Vielzahl von Schaltelementen (Sp und Sn) umfasst und eine Eingabeleistung umwandelt, um eine umgewandelte Leistung an eine rotierende elektrische Maschine (17) auszugeben, wobei die Steuerungseinrichtung aufweist: eine PWM-Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Schaltelementen durch eine PWM-Steuerung an-/auszuschalten, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird; eine Bestimmungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob sich ein Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit durchgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als eine vorbestimmte Periode ist; und eine vorbestimmte Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine vorbestimmte Steuerung auszuführen, die eine An-/Aus-Frequenz von jedem der Schaltelemente verwendet, die niedriger als eine An-/Aus-Frequenz des Entsprechenden der Schaltelemente in der PWM-Steuerung ist, in einem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.
Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Steuerungseinheit die Vielzahl von Schaltelementen durch eine Rechteckwellensteuerung als die vorbestimmte Steuerung an-/ausschaltet, in einem Fall, in dem durch die Bestimmungseinrichtung ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.
Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß Anspruch 1, wobei die PWM-Steuerungseinheit die Vielzahl von Schaltelementen durch die PWM-Steuerung unter Verwendung eines Trägersignals mit einer vorbestimmten Frequenz an-/ausschaltet, wenn der Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird, und die vorbestimmte Steuerungseinheit die Vielzahl von Schaltelementen durch die PWM-Steuerung unter Verwendung des Trägersignals mit der Frequenz, die niedriger als die vorbestimmte Frequenz ist, als die vorbestimmte Steuerung an-/ausschaltet, in einem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.
Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die rotierende elektrische Maschine, als Ankerwicklungen, einen ersten Satz von Mehrphasenwicklungen (11X bis 11Z) und einen zweiten Satz von Mehrphasenwicklungen (11U bis 11W) umfasst, die Leistungsumwandlungsschaltung (13A, 13B) mit jedem des ersten Satzes der Mehrphasenwicklungen (11X bis 11Z) und des zweiten Satzes der Mehrphasenwicklungen (11U bis 11W) verbunden ist, und die vorbestimmte Steuerungseinheit die vorbestimmte Steuerung ausführt, die die An-/Aus-Frequenz von jedem der Schaltelemente verwendet, die niedriger ist als die der An-/Aus-Frequenz des Entsprechenden der Schaltelemente in der PWM-Steuerung, und die Vielzahl der Schaltelemente an-/ausschaltet, um dadurch eine Leistung abwechselnd an den ersten Satz der Mehrphasenwicklungen und den zweiten Satz der Mehrphasenwicklungen auszugeben.
Steuerungseinrichtung zum Steuern einer Leistungsumwandlungsschaltung, die eine Vielzahl von Schaltelementen (Sp und Sn) umfasst und eine Eingabeleistung umwandelt, um eine umgewandelte Leistung an eine rotierende elektrische Maschine (17) auszugeben, wobei die rotierende elektrische Maschine, als Ankerwicklungen, einen ersten Satz von Mehrphasenwicklungen (11X bis 11Z) und einen zweiten Satz von Mehrphasenwicklungen (11U bis 11W) umfasst, wobei die Leistungsumwandlungsschaltung (13A, 13B) mit jedem des ersten Satzes der Mehrphasenwicklungen und des zweiten Satzes der Mehrphasenwicklungen verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung aufweist: eine PWM-Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Schaltelementen durch eine PWM-Steuerung an-/auszuschalten, wenn ein Leistungsbetrieb durch die rotierende elektrische Maschine durchgeführt wird; eine Bestimmungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob sich ein Niedrigdrehzahlrotationszustand, in dem die PWM-Steuerung durch die PWM-Steuerungseinheit ausgeführt wird und sich die rotierende elektrische Maschine bei einer Drehzahl dreht, die niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist, für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als eine vorbestimmte Periode ist; und eine Steuerungseinheit einer wechselnden Ausgabe, die dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Schaltelementen an-/auszuschalten, um dadurch eine Leistung abwechselnd an den ersten Satz der Mehrphasenwicklungen und den zweiten Satz der Mehrphasenwicklungen auszugeben, in einem Fall, in dem durch die Bestimmungseinheit bestimmt ist, dass sich der Niedrigdrehzahlrotationszustand für eine Periode fortgesetzt hat, die länger als die vorbestimmte Periode ist.
Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die rotierende elektrische Maschine dazu konfiguriert ist, eine Brennkraftmaschine (101) zu starten, und die PWM-Steuerung die Vielzahl der Schaltelemente durch die PWM-Steuerung an-/ausschaltet, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird.
Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die rotierende elektrische Maschine einen Zustand beibehält, in dem die Maschine bei einer Drehzahl dreht wird, die niedriger als eine Leerlaufdrehzahl ist, in einem Zustand, in dem ein Kraftstoff der Brennkraftmaschine (101) abgesperrt ist, und die PWM-Steuerungseinheit die Vielzahl von Schaltelementen durch die PWM-Steuerung an-/ausschaltet, während die rotierende elektrische Maschine den Zustand beibehält, in dem die Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl gedreht wird, die niedriger als die Leerlaufdrehzahl ist.
Steuerungseinrichtung für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die rotierende elektrische Maschine dazu konfiguriert ist, zu veranlassen, dass ein Fahrzeug fährt, und die PWM-Steuerungseinheit die Vielzahl von Schaltelementen durch die PWM-Steuerung an-/ausschaltet, wenn veranlasst wird, dass das Fahrzeug fährt.
Rotierende elektrische Maschineneinheit (10), mit: der Leistungsumwandlungsschaltung (13, 13A, 13B); der Steuerungseinrichtung (14, 20) für die Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; und der rotierenden elektrischen Maschine (17).