DE112018002712T5

DE112018002712T5 - Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine

Info

Publication number: DE112018002712T5
Application number: DE112018002712.0T
Authority: DE
Inventors: Takuya Kawamura; Takuto Suzuki; Kenji INOKUMA; Koji IRIE
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2020-02-13
Also published as: JP2018201321A; JP6705438B2

Abstract

Eine Steuervorrichtung (60) umfasst: eine Feldsteuereinheit (80 bis 82), die einen Feldstrom, der zu einer Feldwicklung (32) fließt, steuert; eine erste Steuereinheit (90 bis 92), die einen zu einer Statorwicklung (34U bis 34W, 34UA bis 34WB) fließenden Strom basierend auf einem Befehlswert zur Steuerung einer Hauptsteuervariable zu einer Befehlssteuervariable als Reaktion darauf, dass ein Modulationsfaktor größer als 1 ist, steuert; und eine zweite Steuereinheit (70 bis 75), die den zu der Statorwicklung fließenden Strom durch eine Sinuswellen-PWM-Steuerung basierend auf einem Befehlswert zur Steuerung der Hauptsteuervariable zu der Befehlssteuervariable als Reaktion darauf steuert, dass der Modulationsfaktor geringer als der Modulationsfaktor bei Durchführung der Steuerung durch die erste Steuereinheit ist. Beispielsweise unterdrückt die Steuervorrichtung eine Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die erste Steuereinheit zu der Steuerung durch die zweite Steuereinheit durch Durchführen einer Steuerung durch die Feldsteuereinheit, während ein bei der Feldsteuereinheit verwendeter Befehlswert eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des bei einer aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit verwendeten Befehlswerts.

Description

Querbezug zu verwandten Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nummer 2017-104902 , die am 26. Mai 2017 eingereicht wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nummer 2017-232406 , die am 4. Dezember 2017 eingereicht wurde, deren Beschreibungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine.
Hintergrundtechnik
Konventionell ist, wie in PTL 1 beschrieben, eine Steuervorrichtung bekannt, die einen Strom steuert, der zu einer Statorwicklung einer Elektrorotationsmaschine gesendet wird, und einen Feldstrom steuert, der zu einer Feldwicklung der Elektrorotationsmaschine eingestellt wird. Wenn eine Rotationsgeschwindigkeit der Elektrorotationsmaschine gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Wert ist, führt die Steuervorrichtung eine Pulsweitenmodulations-(PWM)-Steuerbetriebsart durch, bei der der Feldstrom gesteuert wird, und die Elektrorotationsmaschine wird dazu gebracht, Energie zu erzeugen, durch Zufuhr eines Stroms, der mittels PWM derart gesteuert wird, dass ein Modulationsfaktor gleich wie oder geringer als 1 ist, zu der Statorwicklung. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Elektrorotationsmaschine den vorbestimmten Wert übersteigt, führt die Steuervorrichtung eine Feldsteuerbetriebsart durch, bei der die Elektrorotationsmaschine dazu gebracht wird, mittels Steuerung des Feldstroms Energie zu erzeugen. Bei einem Schalten der einen Steuerbetriebsart zu der anderen Steuerbetriebsart aus der PWM-Steuerbetriebsart und der Feldsteuerbetriebsart führt die Steuervorrichtung ein Schalten durch eine Übermodulations-PWM-Steuerbetriebsart durch, bei der der Modulationsfaktor größer als 1 wird. Dies kann eine Variation beziehungsweise Schwankung einer gesteuerten Variable der Elektrorotationsmaschine unterdrücken, die gemeinsam mit dem Schalten auftritt.
Zitierliste
Patentliteratur
[PTL 1] JP-A-2016-189698
Zusammenfassung der Erfindung
Hierbei kann eine Ansprechempfindlichkeit der gesteuerten Variable der Elektrorotationsmaschine in einigen Fällen verringert sein. Beispielsweise kann sich, wenn die Übermodulations-PWM-Steuerbetriebsart durchgeführt wird, eine Ansprechempfindlichkeit als ein Ergebnis einer Proportionalbeziehung zwischen einer Amplitude einer Grundwellenkomponente, die in einer angelegten Spannung der Statorwicklung enthalten ist, und dem Modulationsfaktor, der nicht länger vorhanden ist, verringern. Wenn sich eine Ansprechempfindlichkeit verringert, erhöht sich ein Ausmaß von Zeit, in dem die gesteuerte Variable von einer Befehlssteuervariable geschaltet beziehungsweise verschoben wird, wenn die Steuerbetriebsart geschaltet wird, und eine Steuerbarkeit beziehungsweise Steuerfähigkeit der gesteuerten Variable kann sich verringern.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine bereitzustellen, die zur Unterdrückung einer Verringerung einer Steuerbarkeit einer gesteuerten Variable der Elektrorotationsmaschine in der Lage ist.
Die vorliegende Offenbarung wird auf ein Steuersystem angewendet, das eine Elektrorotationsmaschine und einen Umrichter aufweist. Die Elektrorotationsmaschine umfasst eine Feldwicklung und eine Statorwicklung. Der Umrichter führt eine Energieübertragung beziehungsweise Leistungsübertragung zwischen einer Gleichstromenergieversorgung beziehungsweise Gleichstromenergiezufuhr und der Statorwicklung durch.
Die vorliegende Offenbarung umfasst eine Feldsteuereinheit, eine erste Steuereinheit, eine zweite Steuereinheit, und eine Übergangssteuereinheit. Die Feldsteuereinheit steuert einen Feldstrom, der zu der Feldwicklung fließt, auf einen Feldbefehlsstrom, der ein Befehlswert für den Feldstrom ist. Die erste Steuereinheit steuert als Reaktion auf einen Modulationsfaktor größer als 1 einen zu dem Stator fließenden Strom basierend auf einem Befehlswert, um eine Hauptsteuervariable zu einer Befehlssteuervariable zu steuern. Die Hauptsteuervariable ist irgendeines aus einem Drehmoment der Elektrorotationsmaschine, einem Gleichstromstrom, der zwischen der Gleichstromenergieversorgung und dem Umrichter fließt, und einer Elektroenergie beziehungsweise Elektroleistung der Elektrorotationsmaschine. Der Modulationsfaktor ist ein Wert, der durch Normierung, mittels einer Spannung der Gleichstromenergieversorgung, einer Amplitude einer Grundwellenkomponente, die in einer angelegten Spannung der Statorwicklung enthalten ist, erlangter Wert. Die zweite Steuereinheit steuert als Reaktion darauf, dass der Modulationsfaktor geringer als der Modulationsfaktor ist, wenn eine Steuerung durch die erste Steuereinheit durchgeführt wird, den zu der Statorwicklung fließenden Strom mittels Sinuswellenpulsweitenmodulationssteuerung basierend auf dem Befehlswert, um die Hauptsteuervariable zu der Befehlssteuervariable zu steuern.
Die Übergangssteuereinheit führt einen Übergangssteuerprozess durch. Eine aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit ist eine Vorschaltsteuereinheit. Die andere aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit ist eine Nachschaltsteuereinheit. Eine aus der Vorschaltsteuereinheit, der Nachschaltsteuereinheit, und der Feldsteuereinheit ist eine Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit, die eine Steuereinheit entsprechend einem Steuersystem ist, das eine niedrigste Ansprechempfindlichkeit einer gesteuerten Variable unter einem Steuersystem, das den zu der Statorwicklung fließenden Strom als eine gesteuerte Variable durch Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit steuert, einem Steuersystem, das den zu der Statorwicklung fließenden Strom als eine gesteuerte Variable durch Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit steuert, und einem Steuersystem, das den Feldstrom als eine gesteuerte Variable durch Steuerung durch die Feldsteuereinheit steuert, aufweist.
Als Reaktion darauf, dass ein Schalten von einer Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu einer Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit durchgeführt wird, ist der Übergangssteuerprozess ein Prozess, um eine Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten von der Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu der Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit zu unterdrücken durch Durchführen einer Steuerung durch die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit, während der bei der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit verwendete Befehlswert eingestellt ist, um kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des bei irgendeiner aus der Vorschaltsteuereinheit, der Nachschaltsteuereinheit, und der Feldsteuereinheit, die verschieden von der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit ist, verwendeten Befehlswerts.
Bei der vorliegenden Offenbarung steuert als Reaktion darauf, dass der Modulationsfaktor größer als 1 ist, die erste Steuereinheit den zu der Statorwicklung fließenden Strom basierend auf den Befehlswert, um die gesteuerte Variable zu der Befehlssteuervariable zu steuern. Derweil steuert als Reaktion darauf, dass der Modulationsfaktor geringer als der Modulationsfaktor bei Durchführung der Steuerung durch die erste Steuereinheit ist, die zweite Steuereinheit den zu der Statorwicklung fließenden Strom mittels der Sinuswellen-PWM-Steuerung basierend auf dem Befehlswert, um die gesteuerte Variable zu der Befehlssteuervariable zu steuern.
Bei der vorliegenden Offenbarung sind die Vorschaltsteuereinheit, die Nachschaltsteuereinheit, und die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit wie vorstehend beschrieben definiert. Die vorliegende Offenbarung umfasst die Übergangssteuereinheit mit Fokus darauf, dass eine Ansprechempfindlichkeit bezüglich der gesteuerten Variable hoch/gering ist bei den Steuersystemen der Vorschaltsteuereinheit, der Nachschaltsteuereinheit, und der Feldsteuereinheit. Vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu der Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit steuert die Übergangssteuereinheit den Befehlswert, der bei der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit verwendet wird, durch die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit, während der Befehlswert eingestellt ist, kontinuierlich zu sein. Zudem unterdrückt die Übergangssteuereinheit eine Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable durch Anpassen des Befehlswerts, der bei irgendeiner aus der Vorschaltsteuereinheit, der Nachschaltsteuereinheit, und der Feldsteuereinheit verschieden von der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit verwendet wird. Die vorliegende Offenbarung kann ein Ausmaß von Zeit verkürzen, in dem die Hauptsteuervariable von der Befehlssteuervariable geschaltet beziehungsweise verschoben wird, wenn ein Schalten von der Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu der Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit durchgeführt wird, verglichen mit einer Konfiguration, bei der der Befehlswert, der bei der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit verwendet wird, auf eine schrittweise Weise geändert wird. Dies kann eine Verringerung einer Steuerbarkeit der gesteuerten Variable unterdrücken.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene Aufgabe, andere Aufgaben, Charakteristika, und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden mittels der nachstehenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen weiter geklärt bzw. erläutert. Die Zeichnungen sind wie folgt:

1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm eines bordseitigen Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 sind Diagramme von Ansteueraspekten eines Felderregungsschaltkreises,
3 ist ein Blockdiagramm einer Drehmomentsteuerung, wenn ein Modulationsfaktor gleich wie oder geringer als 1 ist,
4 ist ein Blockdiagramm einer Drehmomentsteuerung, wenn der Modulationsfaktor größer als 1 ist,
5 ist ein Diagramm eines Sinuswellenbereichs, eines Schaltbereichs, und eines Rechteckwellenbereichs,
6 ist ein Diagramm einer Definition eines Spannungsvektors,
7 zeigt Diagramme von Geschlossenschleifenübertragungsfunktionen für ein Steuersystem, das einen Feldstrom steuert, und ein Steuersystem, das einen d-Achsen-Strom steuert,
8 ist ein Diagramm von Frequenzcharakteristika bezüglich einer Verstärkung bei der Geschlossenschleifenübertragungsfunktion,
9 ist ein Diagramm einer Definition einer Zeitkonstante,
10 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei einem Drehmomentsteuerprozess,
11 zeigt Diagramme von Übergangssteuerprozessen während eines Energiebetriebs und während einer Regeneration,
12 ist ein Zeitdiagramm von Effekten des Übergangssteuerprozesses,
13 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei dem Drehmomentsteuerprozess gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
14 ist ein Diagramm des Übergangssteuerprozesses während eines Energiebetriebs,
15 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei dem Drehmomentsteuerprozess gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
16 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei dem Drehmomentsteuerprozess gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
17 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm des bordseitigen Systems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
18 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Abschnitts des bordseitigen Systems gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
19 ist ein Diagramm einer Raumphasendifferenz zwischen ersten und zweiten Statorwicklungsgruppen,
20 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei dem Drehmomentsteuerprozess gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel,
21 ist ein Zeitdiagramm der Effekte des Übergangssteuerprozesses,
22 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei dem Drehmomentsteuerprozess gemäß einem achten Ausführungsbeispiel,
23 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei dem Drehmomentsteuerprozess gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel,
24 ist ein Flussdiagramm der Schritte bei dem Drehmomentsteuerprozess gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel, und
25 ist ein Diagramm eines Ansteueraspekts von Schaltern unter Verwendung einer 120-Grad-Erregung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Steuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung bei einem Fahrzeug montiert ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt umfasst das Fahrzeug eine Maschine 10, die als eine bordseitige Hauptmaschine beziehungsweise hauptbordseitige Maschine dient. Die Maschine 10 umfasst ein Brennstoffeinspritzventil und dergleichen. Die Maschine 10 erzeugt Energie mittels Verbrennung von Brennstoff wie Benzin oder Dieselbrennstoff, der von dem Brennstoffeinspritzventil gesprüht wird. Die erzeugte Energie wird von einer Ausgangswelle 10a der Maschine 10 ausgegeben.
Das Fahrzeug umfasst eine Batterie 20, eine Last 22, und ein Steuersystem. Die Batterie 20 dient als eine Gleichstromenergiezufuhr beziehungsweise Gleichstromenergieversorgung. Beispielsweise ist die Batterie 20 eine Bleispeicherbatterie, deren Nennspannung 12 V beträgt. Das Steuersystem umfasst eine Elektrorotationsmaschine 30, die mittels eines Wechselstroms betrieben beziehungsweise angetrieben wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Wicklungsfeldtypsynchronmotor als die Elektrorotationsmaschine 30 verwendet. Zudem wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein integrierter Startergenerator (ISG), der ein Energiegenerator beziehungsweise ein Energieerzeugungselement ist, zu dem Funktionen eines Elektromotors hinzugefügt sind, als die Elektrorotationsmaschine 30 verwendet. Hierbei ist die Elektrorotationsmaschine 30 beispielsweise eine Schenkelpolmaschine.
Die Elektrorotationsmaschine 30 umfasst einen Rotor 31. Der Rotor 31 umfasst eine Feldwicklung 32. Eine Rotationswelle des Rotors 31 ist zur Durchführung einer Energieübertragung beziehungsweise Leistungsübertragung mit der Ausgangswelle 10a der Maschine 10 mittels einer Riemenscheibe (nicht gezeigt) und dergleichen in der Lage. Wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als ein Energiegenerator betrieben beziehungsweise angesteuert wird, rotiert der Rotor 31 als ein Ergebnis von Rotationsenergie beziehungsweise Rotationsleistung, die von der Ausgangswelle 10a zugeführt wird. Die Elektrorotationsmaschine 30 erzeugt dadurch elektrische Energie. Die Batterie 20 wird durch die durch die Elektrorotationsmaschine 30 erzeugte elektrische Energie geladen. Derweil rotiert, wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als ein Elektromotor betrieben beziehungsweise angesteuert wird, die Ausgangswelle 10a begleitend zu der Rotation des Rotors 31. Rotationskraft wird an die Ausgangswelle 10a angelegt. Als ein Ergebnis kann beispielsweise Unterstützung bei einer Fortbewegung des Fahrzeugs durchgeführt werden. Hierbei sind Antriebsräder des Fahrzeugs mit der Ausgangswelle 10a mittels eines Getriebes oder dergleichen dazwischen verbunden.
Die Elektrorotationsmaschine 30 umfasst einen Stator 33. Der Stator 33 umfasst eine Statorwicklung. Die Statorwicklung umfasst U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34U, 34V und 34W, die derart angeordnet sind, um voneinander um einen elektrischen Winkel von 120° verschoben zu sein.
Das Steuersystem umfasst einen Umrichter 40 für die drei Phasen, einen Felderregungsschaltkreis 41, und einen Kondensator 21. Der Umrichter 40 umfasst Serienverbindungskörper, die aus U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschaltern SUp, SVp, und SWp, und U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschaltern SUn, SVn, und SWn ausgebildet sind. Erste Enden der U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34U, 34V, und 34W sind mit Verbindungspunkten zwischen den U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschaltern SUp, SVp, und SWp und den U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschaltern SUn, SVn, und SWn verbunden. Zweite Enden der U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34U, 34V, und 34W sind durch einen Neutralpunkt verbunden. Das heißt, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34U, 34V, und 34W durch eine Sternverbindung verbunden. Hierbei wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) als jeder der Zweigschalter SUp bis SWn verwendet. U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigdioden DUp, DVp, und DWp sind antiparallel zu den U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschaltern SUp, SVp, und SWp verbunden. U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigdioden DUn, DVn, und DWn sind antiparallel mit den U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschaltern SUn, SVn, und SWn verbunden.
Kollektoren (Collectors, Kollektoranschlüsse), die Hochpotentialseitenanschlüsse der U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschalter SUp, SVp, und SWp sind, sind mit einem Positivanschluss der Batterie 20 mittels eines Hochpotentialseitenelektropfades Lp verbunden. Emitter (Emitteranschlüsse), die Niedrigpotentialseitenanschlüsse der U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschalter SUn, SVn, und SWn sind, sind mit einem Negativanschluss der Batterie 20 mittels eines Niedrigpotentialseitenelektropfades Ln verbunden. Die Elektropfade beziehungsweise elektrischen Pfade Lp und Ln sind leitfähige Elemente wie Busschienen beziehungsweise Stromschienen. Ein Hochpotentialseitenanschluss des Kondensators 21 ist mit einem Abschnitt des Hochpotentialseitenelektropfades Lp weiter in Richtung der Positivanschlussseite der Batterie 20 als die Verbindungspunkte mit den Kollektoren der Oberzweigschalter SUp, SVp, und SWp verbunden. Ein Niedrigpotentialseitenanschluss des Kondensators 21 ist mit einem Abschnitt des Niedrigpotentialseitenelektropfads Ln weiter in Richtung der Negativanschlussseite der Batterie 20 als die Verbindungspunkte mit den Emittern der Niedrigzweigschalter SUn, SVn, und SWn verbunden.
Der Felderregungsschaltkreis 41 ist ein Vollbrückenschaltkreis. Der Felderregungsschaltkreis 41 umfasst einen Serienverbindungskörper, der aus einem ersten Oberzweigschalter SH1 und einem ersten Unterzweigschalter SL1 ausgebildet ist, und einen Serienverbindungskörper, der aus einem zweiten Oberzweigschalter SH2 und einem zweiten Unterzweigschalter SL2 ausgebildet ist. Ein erstes Ende der Feldwicklung 32 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Oberzweigschalter SH1 und dem ersten Unterzweigschalter SL1 mittels einer Bürste (nicht gezeigt) dazwischen verbunden. Ein zweites Ende der Feldwicklung ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Oberzweigschalter SH2 und dem zweiten Unterzweigschalter SL2 mittels einer Bürste (nicht gezeigt) dazwischen verbunden. Hierbei wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein IGBT als jeder der Zweigschalter SH1, SL1, SH2, und SL2 verwendet. Zudem sind Dioden DH1, DL1, DH2, und DL2 antiparallel zu den Zweigschaltern SH1, SL1, SH2, und SL2 verbunden.
Ein Abschnitt des Hochpotentialseitenelektropfades Lp weiter in Richtung der Seite des Umrichters 40 als der Verbindungspunkt mit dem Hochpotentialseitenanschluss des Kondensators 21 ist mit den Kollektoren verbunden, die die Hochpotentialseitenanschlüsse der ersten und zweiten Oberzweigschalter SH1 und SH2 sind. Ein Abschnitt des Niedrigpotentialseitenelektropfades Ln weiter in Richtung der Seite des Umrichters 40 als der Verbindungspunkt mit dem Niedrigpotentialseitenanschluss des Kondensators 21 ist mit den Emittern verbunden, die die Niedrigpotentialseitenanschlüsse der ersten und zweiten Unterzweigschalter SL1 und SL2 sind.
Das Steuersystem umfasst eine Spannungserfassungseinheit 50, eine Phasenstromerfassungseinheit 51, eine Feldstromerfassungseinheit 52, und eine Winkelerfassungseinheit 53. Die Spannungserfassungseinheit 50 erfasst eine Anschlussspannung des Kondensators 21 als eine Energiezufuhrspannung VDC. Die Phasenstromerfassungseinheit 51 erfasst einen Phasenstrom, der zu den U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34U, 34V, und 34W fließt. Die Feldstromerfassungseinheit 52 erfasst einen Feldstrom, der zu der Feldwicklung 32 fließt. Die Winkelerfassungseinheit 53 gibt ein Winkelsignal aus, das ein Signal basierend auf einem Rotationswinkel des Rotors 31 ist. Ausgangssignale beziehungsweise Ausgabesignale der Erfassungseinheiten 50 bis 53 werden in eine Steuervorrichtung 60 eingegeben, die bei dem Fahrzeug vorgesehen ist. Hierbei sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Elektrorotationsmaschine 30, der Umrichter 40, der Felderregungsschaltkreis 41, und die Steuervorrichtung 60 integriert und bilden eine mechanisch und elektrisch integrierte Ansteuervorrichtung beziehungsweise Antriebsvorrichtung aus.
Die Steuervorrichtung 60 umfasst einen Speicher 61, der einer Speichereinheit entspricht. Der Speicher 61 entspricht einem nichttransitorischen materiellen Aufzeichnungsmedium (nichttransitorisches computerlesbares Medium). Beispielsweise kann der Speicher 61 ein nichtflüchtiger Speicher sein.
Hierbei können beispielsweise ein Teil oder alle der Funktionen, die durch die Steuervorrichtung 60 bereitgestellt sind, durch Hardware, durch einen einzelnen oder eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen, oder dergleichen konfiguriert sein. Zudem können die durch die Steuervorrichtung 60 bereitgestellten Funktionen beispielsweise durch Software, die bei einem nichttransitorischen materiellen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, und einem Computer, der die Software ablaufen lässt, konfiguriert sein.
Die Steuervorrichtung 60 erzeugt ein Ansteuersignal für jeden Schalter, der den Umrichter 40 und den Felderregungsschaltkreis 41 ausbildet.
Als erstes wird der Umrichter 40 beschrieben. Die Steuervorrichtung 60 erlangt das Winkelsignal von der Winkelerfassungseinheit 53 und erzeugt Ansteuersignale, die die Schalter SUp bis SWn ein- und ausschalten, die den Umrichter 40 ausbilden, basierend auf dem erlangten Winkelsignal. Insbesondere erzeugt, wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Elektromotor betrieben beziehungsweise angesteuert wird, die Steuervorrichtung 60 die Ansteuersignale, um die Zweigschalter SUp bis SWn derart ein- und auszuschalten, dass Gleichstromenergie, die von der Batterie 20 ausgegeben wird, in Wechselstromenergie gewandelt und zu den U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34U, 34V, und 34W zugeführt wird. Die Steuervorrichtung 60 führt die erzeugten Ansteuersignale zu den Gates der Zweigschalter SUp bis SWn zu. Derweil erzeugt, wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Energiegenerator betrieben beziehungsweise angesteuert wird, die Steuervorrichtung 60 die Ansteuersignale, um die Zweigschalter SUp bis SWn derart ein- und auszuschalten, dass Wechselstromenergie, die von den U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34U, 34V, und 34W ausgegeben wird, in Gleichstromenergie gewandelt und zu zumindest einem aus der Batterie 20 und der Last 22 zugeführt wird.
Als Nächstes wird der Felderregungsschaltkreis 41 beschrieben. Die Steuervorrichtung 60 schaltet die Schalter, die den Felderregungsschaltkreis 41 konfigurieren beziehungsweise ausbilden, ein und aus, um die Feldwicklung 32 zu erregen. Insbesondere schaltet die Steuervorrichtung 60 die Schalter derart ein und aus, dass ein in 2 durch (a) gezeigter erster Zustand und ein in 2 durch (b) gezeigter zweiter Zustand im Wechsel auftreten. Der erste Zustand ist ein Zustand, in dem der erste Oberzweigschalter SH1 und der zweite Unterzweigschalter SL2 eingeschaltet sind, und der zweite Oberzweigschalter SH2 und der erste Unterzweigschalter SL1 ausgeschaltet sind. Der zweite Zustand ist ein Zustand, in dem der erste Oberzweigschalter SH1 und der zweite Unterzweigschalter SL2 ausgeschaltet sind, und der zweite Oberzweigschalter SH2 und der erste Unterzweigschalter SL1 eingeschaltet sind.
Die Steuervorrichtung 60 berechnet einen elektrischen Winkel θe der Elektrorotationsmaschine 30 und eine Rotationsgeschwindigkeit Nm des Rotors 31 basierend auf dem Winkelsignal von der Winkelerfassungseinheit 53.
Als Nächstes wird durch die Steuervorrichtung 60 durchgeführte Drehmomentsteuerung der Elektrorotationsmaschine 30 beschrieben. 3 und 4 sind Blockdiagramme der Drehmomentsteuerung.
Als erstes wird die in 3 gezeigte Drehmomentsteuerung beschrieben. Wie in 5 gezeigt, wird diese Drehmomentsteuerung durchgeführt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm der Elektrorotationsmaschine 30 gleich wie oder geringer als eine erste Schwelle L1 ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert sich die erste Schwelle L1, wenn sich ein Befehlsdrehmoment Trq* der Elektrorotationsmaschine 30 erhöht. Nachstehend wird ein Bereich, in dem die Rotationsgeschwindigkeit Nm gleich wie oder geringer als die erste Schwelle L1 ist, als Sinuswellenbereich bezeichnet.
Eine Zweiphasenwandlungseinheit 70 wandelt U-, V-, W-Phasenströme IU, IV, und IW in einem Dreiphasenfestkoordinatensystem der Elektrorotationsmaschine 30 zu d- und q-Achsen-Strömen Idr und Iqr in einem dq-Koordinatensystem, das ein Zweiphasenrotationskoordinatensystem ist, basierend auf dem durch die Phasenstromerfassungseinheit 51 erfassten Phasenstrom und dem elektrischen Winkel θe.
Eine d-Achsen-Befehlseinstelleinheit 71 stellt einen d-Achsen-Befehlsstrom Id* zum Einstellen des Drehmoments der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* basierend auf dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC, die durch die Spannungserfassungseinheit 50 erfasst ist, ein. Insbesondere stellt die d-Achsen-Befehlseinstelleinheit 71 den d-Achsen-Befehlsstrom Id* basierend auf Kennfeldinformationen ein, bei der das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC mit dem d-Achsen-Befehlsstrom Id* verknüpft sind. Die Kennfeldinformation ist in dem Speicher 61 gespeichert.
Eine q-Achsen-Befehlseinstelleinheit 72 stellt einen q-Achsen-Befehlsstrom Iq* zum Einstellen des Drehmoments der Elektrorotationsmaschine auf das Befehlsdrehmoment Trq* basierend auf dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC, die durch die Spannungserfassungseinheit 50 erfasst ist, ein. Insbesondere stellt die q-Achsen-Befehlseinstelleinheit 72 den q-Achsen-Befehlsstrom Iq* basierend auf Kennfeldinformation, bei denen das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC mit dem q-Achsen-Befehlsstrom Iq* verknüpft sind, ein. Die Kennfeldinformation ist in dem Speicher 61 gespeichert.
Hierbei entsprechen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq*, die durch die d- und q-Achsen-Befehlseinstelleinheiten 71 und 72 eingestellt sind, einem zweiten Befehlswert.
Eine Statorsteuereinheit 73 berechnet eine d-Achsen-Befehlsspannung Vd* als eine manipulierte Variable zur Durchführung einer Rückkoppelungsregelung beziehungsweise Regelung eines d-Achsenstroms Idr zu dem d-Achsen-Befehlsstrom Id*. Insbesondere berechnet die Statorsteuereinheit 73 die d-Achsen-Stromabweichung ΔId als einen Wert, der dadurch erlangt ist, dass der d-Achsen-Strom Idr von dem d-Achsen-Befehlsstrom Id* subtrahiert ist. Die Statorsteuereinheit 73 berechnet die d-Achsen-Befehlsspannung Vd* als die manipulierte Variable zur Durchführung von Rückkoppelungsregelung beziehungsweise Regelung der berechneten d-Achsen-Stromabweichung ΔId zu 0.
Die Statorsteuereinheit 73 berechnet eine q-Achsen-Befehlsspannung Vq* als eine manipulierte Variable zur Durchführung von Rückkoppelungsregelung beziehungsweise Regelung eines q-Achsen-Stroms Iqr zu dem q-Achsen-Befehlsstrom Iq*. Insbesondere berechnet die Statorsteuereinheit 73 eine q-Achsen-Stromabweichung ΔIq als einen Wert, der dadurch erlangt ist, dass der q-Achsen-Strom Iqr von dem q-Achsen-Befehlsstrom Iq* subtrahiert ist. Die Statorsteuereinheit berechnet die q-Achsen-Befehlsspannung Vq* als die manipulierte Variable zur Durchführung von Rückkoppelungsregelung beziehungsweise Regelung der berechneten q-Achsen-Stromabweichung ΔIq zu 0.
Hierbei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die bei der Statorsteuereinheit 73 verwendete Rückkoppelungsregelung eine Proportionalintegralregelung. Hierbei ist die Rückkoppelungsregelung nicht auf Proportionalintegralregelung begrenzt und kann beispielsweise eine Proportionalintegraldifferenzialregelung sein.
Ein Befehlsspannungsvektor, der ein Befehlswert eines Spannungsvektors in dem dq-Koordinatensystem ist, wird durch die d-Achsen-Befehlsspannung Vd* und die q-Achsen-Befehlsspannung Vd* vorgeschrieben. Hierbei ist, wie in 6 gezeigt, ein Spannungsvektor Vtr, der an die Statorwicklung angelegt wird, jener, bei dem eine d-Achsen-Komponente davon eine d-Achsen-Spannung Vd und eine q-Achsen-Komponente davon eine q-Achsen-Spannung Vq ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Spannungsphase δ, die eine Phase des Spannungsvektors Vtr ist, derart definiert, dass mit einer Positivrichtung auf der d-Achse als eine Referenz eine Richtung, die entgegengesetzt von dieser Referenz liegt, eine Positivrichtung ist.
Eine Dreiphasenwandlungseinheit 74 wandelt die d- und q-Achsen-Befehlsspannungen Vd* und Vq* in U-, V-, und W-Phasen-Befehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw* in dem Dreiphasenfestkoordinatensystem basierend auf den d- und q-Achsen-Befehlsspannungen Vd* und Vq* und dem elektrischen Winkel θe. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw* Sinuswellen-Wellenformen, deren Phasen um einen elektrischen Winkel von 120° verschoben sind.
Eine Statorerzeugungseinheit 75 erzeugt Ansteuersignale zum Ein- und Ausschalten der Schalter SUp bis SWn des Umrichters 40 durch Sinuswellen-PWM-Steuerung basierend auf einem Trägersignal, den Phasenbefehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw*, und der Energiezufuhrspannung VDC. Insbesondere ist die Sinuswellen-PWM-Steuerung jene, bei der die Ansteuersignale basierend auf Magnitudenvergleichen zwischen Werten, die durch die Phasenbefehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw*, die durch VDC/2 dividiert sind, erlangt sind, und dem Trägersignal erzeugt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Trägersignal ein Dreieckwellensignal. Bei der Sinuswellen-PWM-Steuerung ist ein Wert, der durch die Amplitude jeder der Phasenbefehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw*, die durch VDC/2 dividiert sind, erlangt ist, gleich wie oder geringer als die Amplitude des Trägersignals. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Wert, der durch die Amplitude jeder der Phasenbefehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw*, die durch VDC/2 dividiert sind, erlangt ist, als ein Modulationsfaktor Mr definiert. Bei der Statorerzeugungseinheit 75 ist der Modulationsfaktor Mr 1, wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm die erste Schwelle L1 ist. Der Modulationsfaktor Mr ist geringer als 1, wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm geringer als die erste Schwelle L1 ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die Zweiphasenwandlungseinheit 70, die d- und q-Achsen-Befehlseinstelleinheiten 71 und 72, die Statorsteuereinheit 73, die Dreiphasenwandlungseinheit 74, und die Statorerzeugungseinheit 75 einer zweiten Steuereinheit. Eine durch die zweite Steuereinheit durchgeführte Steuerung wird als Sinuswellensteuerung bezeichnet. Als ein Ergebnis der zweiten Steuereinheit wird der tatsächliche Spannungsvektor zu dem Befehlsspannungsvektor gesteuert, der durch die d- und q-Achsen-Befehlsspannungen Vd* und Vq* vorgeschrieben ist.
Eine Feldbefehlseinstelleinheit 80 stellt einen Feldbefehlsstrom If* basierend auf dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC ein. Insbesondere stellt die Feldbefehlseinstelleinheit 80 den Feldbefehlsstrom If* basierend auf Kennfeldinformationen ein, bei der das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC mit dem Feldbefehlsstrom If* verknüpft sind. Die Kennfeldinformation ist in dem Speicher 61 gespeichert.
Eine Feldstromsteuereinheit 81 berechnet eine Feldbefehlsspannung Vf* als eine manipulierte Variable zur Durchführung von Rückkoppelungsregelung eines Feldstroms Ifr, der durch die Feldstromerfassungseinheit 52 erfasst ist, zu dem Feldbefehlsstrom If*. Insbesondere berechnet die Feldstromsteuereinheit 81 eine Feldstromabweichung ΔIf als einen Wert, der dadurch erlangt ist, dass der Feldstrom Ifr von dem Feldbefehlsstrom If* subtrahiert ist. Die Feldstromsteuereinheit 81 berechnet dann die Feldbefehlsspannung Vf* als die manipulierte Variable zur Durchführung von Rückkoppelungsregelung der berechneten Feldstromabweichung ΔIf zu 0. Hierbei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Rückkoppelungsregelung, die bei der Feldstromsteuereinheit 81 verwendet wird, eine Proportionalintegralregelung. Hierbei ist die Rückkoppelungsregelung nicht auf eine Proportionalintegralregelung beschränkt und kann beispielsweise eine Proportionalintegraldifferenzialregelung sein.
Eine Felderzeugungseinheit 82 erzeugt Ansteuersignale für die Schalter SH1 bis SL2 des Felderregungsschaltkreises 41, um die angelegte Spannung der Feldwicklung 32 zu der Feldbefehlsspannung Vf* zu steuern basierend auf einem Magnitudenvergleich eines Wertes, der dadurch erlangt ist, dass die Feldbefehlsspannung Vf* durch die Energiezufuhrspannung VDC dividiert ist, und dem Trägersignal, das ein Dreieckwellensignal ist.
Hierbei entsprechen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Feldbefehlseinstelleinheit 80, die Feldstromsteuereinheit 81, und die Felderzeugungseinheit 82 einer Feldsteuereinheit.
Als Nächstes wird die in 4 gezeigte Drehmomentsteuerung beschrieben. Wie in 5 gezeigt, wird diese Drehmomentsteuerung durchgeführt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm der Elektrorotationsmaschine 30 gleich wie oder größer als eine zweite Schwelle L2 (> L1) ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert sich die zweite Schwelle L2, wenn sich das Befehlsdrehmoment Trq* erhöht. Nachstehend wird ein Bereich, in dem die Rotationsgeschwindigkeit Nm gleich wie oder größer als die zweite Schwelle L2 ist, als ein Rechteckwellenbereich bezeichnet.
Eine Phaseninformationseinstelleinheit 90 stellt eine Befehlsspannungsphase δ* ein, die ein Befehlswert der Spannungsphase δ zum Einstellen des Drehmoments der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* ist, basierend auf dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC ein. Insbesondere stellt die Phaseninformationseinstelleinheit 90 die Befehlsspannungsphase δ* basierend auf Kennfeldinformation ein, bei der das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC mit der Befehlsspannungsphase δ* verknüpft sind. Die Kennfeldinformation ist in dem Speicher 61 gespeichert.
Eine Amplitudeninformationseinstelleinheit 91 stellt einen Befehlsmodulationsfaktor Mr*, der ein Befehlswert des Modulationsfaktors Mr ist, basierend auf dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC ein. Insbesondere stellt die Amplitudeninformationseinstelleinheit 91 den Befehlsmodulationsfaktor Mr* basierend auf Kennfeldinformation ein, bei der das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC mit dem Befehlsmodulationsfaktor Mr* verknüpft sind. Die Kennfeldinformation ist in dem Speicher 61 gespeichert. Der Befehlsmodulationsfaktor Mr* weist eine positive Korrelation mit einer Spannungsamplitude, die die Magnitude des Befehlsspannungsvektors ist, auf. Beispielsweise wird der Befehlsmodulationsfaktor Mr* verwendet, um eine Ein-Periode Ton bei einer Rechteckwellensteuerung vorzuschreiben. Die Ein-Periode Ton ist eine Periode, während der die Schalter SUp bis SWn des Umrichters 40 eingeschaltet sind. Beispielsweise wird die Ein-Periode auf einen elektrischen Winkel mit einer Spanne von 120° oder größer und 180° oder geringer eingestellt.
Eine Mustererzeugungseinheit 92 erzeugt Ansteuersignale für die Schalter SUp bis SWn des Umrichters 40 zur Ansteuerung der Elektrorotationsmaschine 30 durch die Rechteckwellensteuerung basierend auf der Befehlsspannungsphase δ*, dem Befehlsmodulationsfaktor Mr*, und dem elektrischen Winkel θe. Bei der Rechteckwellensteuerung tritt in jeder Phase ein Zustand, in dem der Oberzweigschalter eingeschaltet und der Unterzweigschalter ausgeschaltet wird, und ein Zustand, in dem der Oberzweigschalter ausgeschaltet und der Unterzweigschalter eingeschaltet wird, jeweils einmalig während einer einzelnen Periode eines elektrischen Winkels der Elektrorotationsmaschine 30 auf. Zudem ist bei der Rechteckwellensteuerung ein Schalten des Oberzweigschalters zu dem Aus-Zustand voneinander um einen elektrischen Winkel von 120° für jede Phase verschoben. Bei der Rechteckwellensteuerung wird das Drehmoment der Elektrorotationsmaschine 30 zu dem Befehlsdrehmoment Trq* durch die Spannungsphase gesteuert, die in einem Zustand gesteuert wird, in dem eine Amplitude einer Grundwellenkomponente der Phasenspannung jeder Phasenwicklung fest ist.
Der Speicher 61 speichert darin für jede der drei Phasen ein Pulsmuster, das Kennfeldinformation ist, bei der jedes aus einem ersten Signal, das nur den Oberzweigschalter der Ober- und Unterzweigschalter einschaltet, und einem zweiten Signal, das nur die Unterzweigschalter einschaltet, mit dem elektrischen Winkel θe verknüpft ist. Das Pulsmuster ist in dem Speicher 61 in Zusammenhang mit dem Befehlsmodulationsfaktor Mr* und der Befehlsspannungsphase δ* gespeichert. Die Mustererzeugungseinheit 92 wählt das Pulsmuster aus, das dem Befehlsmodulationsfaktor Mr* und der Befehlsspannungsphase δ* entspricht, und erzeugt die Ansteuersignale für die Schalter des Umrichters 40 basierend auf dem ausgewählten Pulsmuster. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm gleich wie oder größer als die zweite Schwelle L2 ist, der Modulationsfaktor Mr 1,27, was ein Obergrenzwert davon ist.
In 4 sind die Feldbefehlseinstelleinheit 80, die Feldstromsteuereinheit 81, und die Felderzeugungseinheit 82 identisch mit der in 3 gezeigten Konfiguration.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechen die Phaseninformationseinstelleinheit 90, die Amplitudeninformationseinstelleinheit 91, und die Mustererzeugungseinheit 92 einer ersten Steuereinheit. Als ein Ergebnis der durch die erste Steuereinheit durchgeführten Rechteckwellensteuerung wird der tatsächliche Spannungsvektor zu dem Befehlsspannungsvektor gesteuert, der durch den Befehlsmodulationsfaktor Mr* und die Befehlsspannungsphase δ* vorgeschrieben ist.
Als Nächstes wird die Drehmomentsteuerung, wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm größer als die erste Schwelle L1 und geringer als die zweite Schwelle L2 ist, beschrieben. Nachstehend wird ein Bereich, in dem die Rotationsgeschwindigkeit Nm größer als die erste Schwelle L1 und geringer als die zweite Schwelle L2 ist, als ein Schaltbereich bezeichnet. Zudem wird die Drehmomentsteuerung, die durch die Steuervorrichtung 60 in dem Schaltbereich durchgeführt wird, als Übergangssteuerung bezeichnet.
Bezüglich der Übergangssteuerung führt vor oder nach Schalten von einem zu dem anderen aus der Sinuswellensteuerung und der Rechteckwellensteuerung in einem Zustand, in dem der Feldbefehlsstrom If* fest ist, die Steuervorrichtung 60 Rückkoppelungsregelung des Feldstroms Ifr zu dem festen Feldbefehlsstrom If durch die Feldbefehlseinstelleinheit 80, die Feldstromsteuereinheit 81, und die Felderzeugungseinheit 82 durch. Zudem passt vor und nach Schalten die Steuervorrichtung 60 den zu den Phasenwicklungen 34U bis 34W fließenden Strom derart an, um eine Änderung des tatsächlichen Drehmoments der Elektrorotationsmaschine 30 relativ zu dem Befehlsdrehmoment Trq* in einem Zustand, in dem der Feldbefehlsstrom If* fest ist, zu unterdrücken.
Ein Steuersystem, das die d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr zu den d- und q-Achsen-Befehlsströmen Id* und Iq* steuert, wird als ein Sinuswellenstromsteuersystem bezeichnet. Ein Steuersystem, das den Feldstrom Ifr zu dem Feldbefehlsstrom If* steuert, wird als ein Feldstromsteuersystem bezeichnet. Die Übergangssteuerung wird im Lichte dessen durchgeführt, dass eine Ansprechempfindlichkeit der d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr durch das Sinuswellenstromsteuersystem relativ zu einer Änderung der d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* größer als eine Ansprechempfindlichkeit des Feldstroms Ifr durch das Feldstromsteuersystem relativ zu einer Änderung des Feldbefehlsstroms If* ist. Hierbei ist beispielsweise die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems höher als die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems, weil unabhängig von einer Induktanz beziehungsweise einer Induktivität der Feldwicklung 32, die größer als eine Induktanz beziehungsweise Induktivität der Statorwicklung ist, die Spannung, die an die Feldwicklung 32 durch die Batterie 20 angelegt werden kann, unzureichend ist.
Hierbei wird ein Steuersystem für die Rechteckwellensteuerung als ein Rechteckwellenstromsteuersystem bezeichnet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Ansprechempfindlichkeit des Modulationsfaktors und der Spannungsphase durch das Rechteckwellenstromsteuersystem relativ zu den Änderungen des Befehlsmodulationsfaktors Mr* und der Befehlsspannungsphase δ* größer als eine Antwortfrequenz des Feldstromsteuersystems.
Hierbei entsprechen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Zweiphasenwandlungseinheit 70, die d- und q-Achsen-Befehlseinstelleinheiten 71 und 72, die Statorsteuereinheit 73, die Dreiphasenwandlungseinheit 74, und die Statorerzeugungseinheit 75 einer Hochantwortsteuereinheit beziehungsweise Hochreaktionssteuereinheit beziehungsweise Hochansprechsteuereinheit. Die Feldbefehlseinstelleinheit 80, die Feldstromsteuereinheit 81, und die Felderzeugungseinheit 82 entsprechen einer Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit.
Hierbei kann die Ansprechempfindlichkeit eines Steuersystems, die hoch/niedrig ist, vorgeschrieben sein durch (A) bis (C), wie nachstehend.
Geschlossenschleifenübertragungsfunktion
Eine Geschlossenschleifenübertragungsfunktion Gcf(s), für das der Feldbefehlsstrom If* ein Eingang ist, und der Feldstrom Ifr ein Ausgang ist, wird unter Bezugnahme auf 7 durch (a) beschrieben. Eine erste Übertragungsfunktion 101, die durch G1(s) ausgedrückt ist, ist jene, bei der die Feldstromabweichung ΔIf der Eingang ist, und die eine angelegte Spannung Vf der Feldwicklung 32 ausgibt, die die manipulierte Variable zur Durchführung von Rückkoppelungsregelung der Feldstromabweichung ΔIf zu 0 ist. Die erste Übertragungsfunktion 101 entspricht der Feldstromsteuereinheit 81.
Eine zweite Übertragungsfunktion 102, die durch G2(s) ausgedrückt ist, die Frequenzcharakteristika der Feldwicklung 32 modelliert, entspricht einem Gerät. Bei der zweiten Übertragungsfunktion 102 ist die angelegte Spannung Vf der Feldwicklung 32 der Eingang, und der Feldstrom Ifr ist der Ausgang.
Die Geschlossenschleifenübertragungsfunktion Gcf(s) des Feldstromsteuersystems wird durch einen nachstehenden Ausdruck (eq1) ausgedrückt.
Formel 1 $G c f (s) = \frac{G 1 (s) G 2 (s)}{1 + G 1 (s) G 2 (s)}$
Als Nächstes wird eine Geschlossenschleifenübertragungsfunktion Gcd(s), für die der d-Achsen-Befehlsstrom Id* der Eingang ist, und der d-Achsen-Strom Idr der Ausgang ist, wenn eine Nichtinterferenz zwischen der d-Achse und der q-Achse erlangt ist, unter Bezugnahme auf 7 durch (b) beschrieben. Eine dritte Übertragungsfunktion 201, die durch G3(s) ausgedrückt ist, ist jene, bei der die d-Achsen-Stromabweichung ΔId der Eingang ist, und die d-Achsen-Spannung Vd, die die manipulierte Variable zur Durchführung von Rückkoppelungsregelung beziehungsweise Rückkoppelungssteuerung der d-Achsen-Stromabweichung ΔId zu 0 ist, ausgegeben wird. Die dritte Übertragungsfunktion 201 entspricht der Statorsteuereinheit 73.
Eine vierte Übertragungsfunktion 202, die durch G4(s) ausgedrückt ist, die die Frequenzcharakteristika der Statorwicklung modelliert, entspricht einem Gerät. Bei der vierten Übertragungsfunktion 202 ist die d-Achsen-Spannung Vd der Eingang, und der d-Achsen-Strom Idr wird ausgegeben.
Die Geschlossenschleifenübertragungsfunktion Gcd(s) des d-Achsen-Sinuswellenstromsteuersystems wird durch einen nachstehenden Ausdruck (eq2) ausgedrückt.
Formel 2 $G c d (s) = \frac{G 3 (s) G 4 (s)}{1 + G 3 (s) G 4 (s)}$
Hierbei ist das q-Achsen-Sinuswellenstromsteuersystem vergleichbar mit dem d-Achsen-Sinuswellenstromsteuersystem. Daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Wie in 8 gezeigt, ist in den Frequenzcharakteristika bezüglich Verstärkung der Geschlossenschleifenübertragungsfunktion eines Steuersystems eine Frequenz, bei der die Verstärkung ein vorbestimmter Wert ist (wie -3 dB), der geringer als 0 dB ist, als eine Antwortfrequenz definiert. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Antwortfrequenz der Geschlossenschleifenübertragungsfunktion des d- und q-Achsen-Sinuswellenstromsteuersystems größer als die Antwortfrequenz der Geschlossenschleifenübertragungsfunktion Gcf(s) des Feldstromsteuersystems. Hierbei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Antwortfrequenz des Rechteckwellenstromsteuersystems größer als die Antwortfrequenz des Feldstromsteuersystems.
Hierbei kann beispielsweise die Antwortfrequenz basierend auf der Geschlossenschleifenübertragungsfunktion analytisch berechnet oder basierend auf einer Simulation berechnet werden. Zudem kann beispielsweise die Antwortfrequenz experimentell unter Verwendung des tatsächlichen Steuersystems und der Steuervorrichtung 60 berechnet werden.
Offenschleifenübertragungsfunktion
Die Ansprechempfindlichkeit erhöht sich, wenn sich eine Verstärkungsüberleitungswinkelfrequenz einer Offenschleifenübertragungsfunktion erhöht. Daher kann die Ansprechempfindlichkeit, die hoch/niedrig ist, basierend auf der Verstärkungsüberleitungswinkelfrequenz vorbeschrieben sein. Hierbei wird, wenn mit dem Feldstromsteuersystem als ein Beispiel beschrieben, eine Offenschleifenübertragungsfunktion Gof(s) des Steuersystems durch einen nachstehenden Ausdruck (eq3) ausgedrückt.
Formel 3 $G o f (s) = \frac{I f r}{I f *} = G 1 (s) G 2 (s)$
Zeitkonstante
Wie in 9 gezeigt, erhöht sich die Ansprechempfindlichkeit, wenn eine Zeitkonstante τ, die basierend auf einem Befehlswert, der in einer schrittweisen Weise geändert wird, und einem tatsächlichen Wert vorgeschrieben ist, kürzer wird. Daher kann die Ansprechempfindlichkeit, die hoch/niedrig ist, basierend auf der Zeitkonstante τ vorgeschrieben sein.
Als Nächstes wird der Drehmomentsteuerprozess beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden, wenn ein Betriebspunkt in dem Schaltbereich enthalten ist, alle aus einem Einstellprozess für die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* durch die d- und q-Achsen-Befehlseinstelleinheiten 71 und 72 wie in 3 gezeigt und einem Einstellprozess für die Befehlsspannungsphase δ* durch die Phaseninformationseinstelleinheit 90 und einem Einstellprozess für den Befehlsmodulationsfaktor Mr* durch die Amplitudeninformationseinstelleinheit 91 wie in 4 gezeigt durchgeführt. In diesem Fall erfüllen eine Spannungsamplitude Vr, die basierend auf den d- und q-Achsen-Befehlsströmen Id* und Iq* vorgeschrieben ist, die Befehlsspannungsphase δ*, und der Befehlsmodulationsfaktor Mr* Beziehungen in nachstehenden Ausdrücken (eq4) und (eq5). Hierbei bezeichnet in den nachstehenden Ausdrücken (eq4) und (eq5) Vr die Spannungsamplitude, ωe bezeichnet eine elektrische Winkelfrequenz der Elektrorotationsmaschine 30, Ra bezeichnet einen Wicklungswiderstand, und Lf bezeichnet eine Induktivität der Feldwicklung 32.
Formel 4 $V d = V r \cdot c o s δ = R a \cdot I d - ω e \cdot L q \cdot I q$
Formel 5 $V q = V r \cdot sin δ = R a \cdot I q + ω e \cdot L d \cdot I d + ω e \cdot L f \cdot I f$
10 zeigt die Schritte des Drehmomentsteuerprozesses. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt. Hierbei entspricht der in 10 gezeigte Prozess, dem, wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Elektromotor angesteuert wird und wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Energiegenerator angesteuert wird.
In Schritt S10 erlangt die Steuervorrichtung 60 das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC. Hierbei entsprechen das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC einem Ansteuerzustand beziehungsweise Antriebszustand der Elektrorotationsmaschine 30. Zudem entspricht der Prozess in Schritt S10 einer Erlangungseinheit.
In Schritt S11 bestimmt die Steuervorrichtung 60, ob der durch das Befehlsdrehmoment Trq* und die Rotationsgeschwindigkeit Nm vorgeschriebene Betriebspunkt in dem Schaltbereich enthalten ist, und ob der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten eines Bewegens von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich über den Schaltbereich ist. In Schritt S11 entspricht die Sinuswellensteuerung in dem Sinuswellenbereich einer Vorschaltsteuereinheit. Die Rechteckwellensteuerung in dem Rechteckwellenbereich entspricht einer Nachschaltsteuereinheit. Bei Bestimmung, dass die erlangte Rotationsgeschwindigkeit Nm größer als die erste Schwelle L1 und geringer als die zweite Schwelle L2 ist, bestimmt die Steuervorrichtung 60, dass der Betriebspunkt in dem Schaltbereich enthalten ist. Wie in 5 gezeigt, sind die erste Schwelle L1 und die zweite Schwelle L2 variabel basierend auf dem erlangten Befehlsdrehmoment Trq* eingestellt.
Bei Bestimmung, dass sich der Betriebspunkt nicht in der Mitte bzw. inmitten eines Bewegens von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich über den Schaltbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S12 fort. In Schritt S12 bestimmt die Steuervorrichtung 60, ob der Betriebspunkt in dem Schaltbereich enthalten ist und der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten eines Bewegens von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich über den Schaltbereich ist oder nicht. In Schritt S12 entspricht die Rechteckwellensteuerung in dem Rechteckwellenbereich der Vorschaltsteuereinheit. Die Sinuswellensteuerung in dem Sinuswellenbereich entspricht der Nachschaltsteuereinheit.
Bei Bestimmung in Schritt S12, dass sich der Betriebspunkt nicht in der Mitte bzw. inmitten eines Bewegens von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S13 fort. In Schritt S13 bestimmt die Steuervorrichtung 60, ob der Betriebspunkt in dem Sinuswellenbereich enthalten ist oder nicht. Insbesondere bestimmt die Steuervorrichtung 60, ob die erlangte Rotationsgeschwindigkeit Nm gleich wie oder geringer als die erste Schwelle L1 ist oder nicht.
Bei Bestimmung in Schritt S13, dass der Betriebspunkt in dem Sinuswellenbereich enthalten ist, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S14 fort und wählt den d-Achsen-Befehlsstrom Id*, den q-Achsen-Befehlsstrom Iq*, und den Feldbefehlsstrom If*, die den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entsprechen, aus der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus. Der Prozess in Schritt S14 entspricht den Prozessen der d-Achsen-Befehlseinstelleinheit 71, der q-Achsen-Befehlseinstelleinheit 72, und der Feldbefehlseinstelleinheit 80 in 3. Wenn die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* eingestellt sind, führen die Statorsteuereinheit 73, die Dreiphasenwandlungseinheit 74, und die Statorerzeugungseinheit 75 Rückkoppelungsregelung der d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr zu den d- und q-Achsen-Befehlsströmen Id* und Iq* durch.
Wenn der Feldbefehlsstrom If* eingestellt ist, führen die Feldstromsteuereinheit 81 und die Felderzeugungseinheit 82 Rückkoppelungsregelung des Feldstroms Ifr zu dem Feldbefehlsstrom If* durch.
Wenn in Schritt S13 NEIN bestimmt ist, bestimmt die Steuervorrichtung 60, dass der Betriebspunkt in dem Rechteckwellenbereich enthalten ist, und schreitet zu Schritt S15 fort. In Schritt S15 wählt die Steuervorrichtung 60 die Befehlsspannungsphase δ*, den Befehlsmodulationsfaktor Mr*, und den Feldbefehlsstrom If*, die den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entsprechen, von der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus. Der Prozess in Schritt S14 entspricht den Prozessen der Phaseninformationseinstelleinheit 90, der Amplitudeninformationseinstelleinheit 91, und der Feldbefehlseinstelleinheit 80 in 4. Wenn der Befehlsmodulationsfaktor Mr* und die Befehlsspannungsphase δ* eingestellt sind, steuert die Mustererzeugungseinheit 92 den tatsächlichen Spannungsvektor zu dem Befehlsspannungsvektor, der durch den Befehlsmodulationsfaktor Mr* und die Befehlsspannungsphase δ* vorgeschrieben ist. Wenn der Feldbefehlsstrom If* eingestellt ist, führen die Feldstromsteuereinheit 81 und die Felderzeugungseinheit 82 Rückkoppelungsregelung des Feldstroms Ifr zu dem Feldbefehlsstrom If* durch.
Bei Bestimmung in Schritt S11, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten eines Bewegens von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S16 fort. Die Steuervorrichtung 60 legt den Feldbefehlsstrom If* auf den Feldbefehlsstrom If* fest, der gegenwärtig eingestellt ist. Insbesondere wählt die Steuervorrichtung 60 den Feldbefehlsstrom If*, der den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entspricht, von der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus.
In Schritt S17 passt die Steuervorrichtung 60 die Befehlsspannungsphase δ* und den Befehlsmodulationsfaktor Mr* an, um ein tatsächliches Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine zu dem Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Insbesondere wählt die Steuervorrichtung 60 die Befehlsspannungsphase δ* und den Befehlsmodulationsfaktor Mr*, die den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entsprechen, von der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus.
Bei Bestimmung in Schritt S12, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten eines Bewegens von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S18 fort und legt den Feldbefehlsstrom If* auf den Feldbefehlsstrom If* fest, der gegenwärtig eingestellt ist. Insbesondere wählt die Steuervorrichtung 60 den Feldbefehlsstrom If*, der den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entspricht, von der in dem Speicher gespeicherten Kennfeldinformation aus.
In Schritt S19 passt die Steuervorrichtung 60 die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* an, um das tatsächliche Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 zu dem Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Insbesondere wählt die Steuervorrichtung 60 die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq*, die den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entsprechen, von der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus. Hierbei werden beispielsweise die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq*, die in der Kennfeldinformation enthalten sind, vorab basierend auf einem Ausdruck (eq6) wie nachstehend berechnet, der eine Beziehung zwischen dem Drehmoment Trq der Elektrorotationsmaschine 30, einer Anzahl von Polpaaren Pn, der Induktivität Lf der Feldwicklung 32, dem Feldstrom If, den d- und q-Achsen-Strömen Id und Iq, und d- und q-Achsen-Induktivitäten Ld und Lq vorschreibt und in dem Speicher 61 gespeichert ist. Der Prozess in Schritt S19 entspricht den Prozessen der d-Achsen-Befehlseinstelleinheit 71 und der q-Achsen-Befehlseinstelleinheit 72.
Formel 6 $T r q = P n \cdot L f \cdot I f \cdot I q + P n \cdot (L d - L q) I d \cdot I q$
Hierbei entsprechen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Prozesse der Schritte S11 bis S19 einer Übergangssteuereinheit.
Die Übergangssteuerung wird unter Bezugnahme auf 11 weiter beschrieben. In 11 indiziert Lsw eine erste Basislinie, die durch eine Kombination der d- und q-Achsen-Ströme Id und Iq ausgebildet ist, wenn der Modulationsfaktor Mr bei Sinuswellensteuerung ein Obergrenzwert mit 1 davon ist. Lrw indiziert eine zweite Referenzlinie, die durch eine Kombination der d- und q-Achsen-Ströme Id und Iq ausgebildet ist, wenn die Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird. Ltc indiziert eine Gleichdrehmomentlinie, die durch eine Kombination der d- und q-Achsen-Ströme Id und Iq ausgebildet ist, wenn das Drehmoment ein gleiches Drehmoment ist. Lmtpa indiziert eine Maximaleffizienzlinie, die durch eine Kombination der d- und q-Achsen-Ströme Id und Iq ausgebildet ist, die einer Minimalstrommaximaldrehmomentsteuerung (MTPA) entspricht.
Als erstes wird die Übergangssteuerung, wenn die Elektrorotationsmaschine als der Elektromotor angesteuert wird, unter Bezugnahme auf 11 durch (a) beschrieben. 11 zeigt durch (a) einen Fall, in dem ein gegenwärtiger Betriebspunkt, der durch die d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr vorgeschrieben ist, von einem zu einem anderen aus einem ersten Betriebspunkt OP1 auf der ersten Basislinie Lsw und einem zweiten Betriebspunkt OP2 auf der zweiten Basislinie Lrw geschaltet wird. Der erste Betriebspunkt OP1 und der zweite Betriebspunkt OP2 liegen auf der Gleichdrehmomentlinie Ltc, die durch das Befehlsdrehmoment Trq* vorgeschrieben ist.
11 zeigt ein Beispiel, bei dem, wenn der durch das Befehlsdrehmoment Trq* und dergleichen vorgeschriebene Betriebspunkt bestimmt ist, sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich zu befinden, sich das Befehlsdrehmoment Trq* in einer Periode von wenn der Betriebspunkt bestimmt ist, sich von dem Sinuswellenbereich zu dem Schaltbereich bewegt zu haben, bis die Bewegung von dem Schaltbereich zu dem Rechteckwellenbereich abgeschlossen ist, nicht ändert. Zudem zeigt 11 ein Beispiel, in dem, wenn bestimmt ist, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich befindet, sich das Befehlsdrehmoment in einer Periode von wenn der Betriebspunkt bestimmt ist, sich von dem Rechteckwellenbereich zu dem Schaltbereich bewegt zu haben, bis die Bewegung von dem Schaltbereich zu dem Sinuswellenbereich abgeschlossen ist, nicht ändert.
Der Feldbefehlsstrom If* während der gegenwärtige Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem ersten Betriebspunkt OP1 zu dem zweiten Betriebspunkt OP2 befindet ist auf den Feldbefehlsstrom If* festgelegt, der eingestellt wurde, wenn der gegenwärtige Betriebspunkt der erste Betriebspunkt OP1 ist. Als ein Ergebnis ist der Feldbefehlsstrom If* kontinuierlich in der Periode bis der gegenwärtige Betriebspunkt sich von dem ersten Betriebspunkt OP1 zu dem zweiten Betriebspunkt OP2 bewegt. Zudem werden, während der gegenwärtige Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem ersten Betriebspunkt OP1 zu dem zweiten Betriebspunkt OP2 befindet, die Befehlsspannungsphase δ* und der Befehlsmodulationsfaktor Mr* angepasst, um das tatsächliche Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf den Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Dies kann eine Separation beziehungsweise Trennung zwischen dem gegenwärtigen Betriebspunkt und der Gleichdrehmomentlinie Ltc, die durch das Befehlsdrehmoment Trq* vorgeschrieben ist, unterdrücken. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm die zweite Schwelle L2 erreicht, erreicht der gegenwärtige Betriebspunkt den zweiten Betriebspunkt OP2. In diesem Fall werden negative Bestimmungen in Schritten S11 bis S13 gemacht, und ein Schalten zu der Rechteckwellensteuerung wird in Schritt S15 durchgeführt.
Der Feldbefehlsstrom If* während der gegenwärtige Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem zweiten Betriebspunkt OP2 zu dem ersten Betriebspunkt OP1 befindet ist auf den Feldbefehlsstrom If* festgelegt, der eingestellt wurde, wenn der gegenwärtige Betriebspunkt der zweite Betriebspunkt OP2 ist. Zudem werden, während der gegenwärtige Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem zweiten Betriebspunkt OP2 zu dem ersten Betriebspunkt OP1 befindet, die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* angepasst, um das Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Als ein Ergebnis bewegt sich der gegenwärtige Betriebspunkt auf der Gleichdrehmomentlinie Ltc. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm die erste Schwelle L1 erreicht, erreicht der gegenwärtige Betriebspunkt den ersten Betriebspunkt OP1. In diesem Fall werden negative Bestimmungen in Schritten S11 und S12 gemacht, und eine positive Bestimmung wird in Schritt S13 gemacht. Als ein Ergebnis wird in Schritt S14 ein Schalten zu der Sinuswellensteuerung durchgeführt.
Als Nächstes wird die Übergangssteuerung, wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Energiegenerator betrieben beziehungsweise angesteuert wird, unter Bezugnahme auf 11 durch (b) beschrieben. 11 zeigt durch (b) einen Fall, in dem der gegenwärtige Betriebspunkt von einem zu einem anderen aus einem dritten Betriebspunkt OP3 auf der ersten Basislinie Lsw und einem vierten Betriebspunkt OP4 auf der zweiten Basislinie Lrw geschaltet wird.
Der Feldbefehlsstrom If* während sich der gegenwärtige Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem dritten Betriebspunkt OP3 zu dem vierten Betriebspunkt OP4 befindet, ist auf den Feldbefehlsstrom If* festgelegt, der eingestellt wurde, wenn der gegenwärtige Betriebspunkt der dritte Betriebspunkt OP3 ist. Zudem werden, während der gegenwärtige Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem dritten Betriebspunkt OP3 zu dem vierten Betriebspunkt OP4 befindet, die Befehlsspannungsphase δ* und der Befehlsmodulationsfaktor Mr* angepasst, um das Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Als ein Ergebnis bewegt sich der gegenwärtige Betriebspunkt auf der Gleichdrehmomentlinie Ltc. Hierbei ist die Übergangssteuerung, während sich der gegenwärtige Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem vierten Betriebspunkt OP4 zu dem dritten Betriebspunkt OP3 befindet, vergleichbar zu jener, die unter Bezugnahme auf 11 durch (a) beschrieben ist.
Effekte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird, werden im Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel beschrieben. Das Vergleichsbeispiel ist eine Konfiguration, bei der der Feldbefehlsstrom If* auf eine schrittweise Weise geändert wird, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird. 12 zeigt durch (a) Übergänge in den d- und q-Achsen-Befehlsströmen Id* und Iq* und den d- und q-Achsen-Strömen Idr und Iqr. 12 zeigt durch (b) Übergänge in dem Feldbefehlsstrom If* und dem Feldstrom Ifr. 12 zeigt durch (c) Übergänge in dem Befehlsdrehmoment Trq* und dem tatsächlichen Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems geringer als die Ansprechempfindlichkeit der Sinuswellen- und Rechteckwellenstromsteuersysteme. Daher ist der Feldbefehlsstrom If* in dem Schaltbereich auf den Feldbefehlsstrom If* zu einer Zeit t1 unmittelbar vor einem Übergang zu dem Schaltbereich festgelegt. Folglich ist der Feldbefehlsstrom If* kontinuierlich in der Periode bis der Betriebspunkt den Rechteckwellenbereich von dem Sinuswellenbereich über den Schaltbereich erreicht. Dann wird in dem Schaltbereich als ein Ergebnis davon, dass die Befehlsspannungsphase δ* und der Befehlsmodulationsfaktor Mr* angepasst ist, das tatsächliche Drehmoment Trqr auf das Befehlsdrehmoment Trq* gesteuert. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Zeit t1 bis t2, während der das tatsächliche Drehmoment Trqr von dem Befehlsdrehmoment Trq* geschaltet beziehungsweise verschoben wird, kürzer als eine Zeit t1 bis t3 in dem Vergleichsbeispiel gemacht werden. Dies kann eine Verringerung der Drehmomentsteuerbarkeit unterdrücken und auch eine Verringerung einer Fahrbarkeit des Fahrzeugs unterdrücken. Hierbei indiziert die Zeit t2 in dem Vergleichsbeispiel einen Zeitpunkt, zu dem die d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* verfolgen.
Zudem werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in jedem aus dem Sinuswellenbereich, dem Rechteckwellenbereich, und dem Schaltbereich die Befehlswerte wie die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id: und Iq*, die dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC entsprechen, aus den Befehlswerten ausgewählt, die in dem Speicher 61 gespeichert sind. Daher kann verglichen mit einer Konfiguration, in der die Befehlswerte jedes Mal basierend auf dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC berechnet werden, eine Berechnungslast der Steuervorrichtung 60 reduziert werden.
Variationsbeispiele gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
In Schritt S17 in 10 können die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* angepasst werden, um das Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern.
In Schritt S19 können die Befehlsspannungsphase δ* und der Befehlsmodulationsfaktor Mr* angepasst werden, um das Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern.
In Schritt S16 kann der Feldbefehlsstrom If* graduell beziehungsweise allmählich in der Periode, bis sich der gegenwärtige Betriebspunkt von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich über den Schaltbereich bewegt, allmählich beziehungsweise graduell geändert werden, ohne fest zu sein. Auch in diesem Fall ist der Feldbefehlsstrom If* kontinuierlich in der Periode, bis der Betriebspunkt den Rechteckwellenbereich von dem Sinuswellenbereich über den Schaltbereich erreicht. Dies kann eine Verringerung einer Drehmomentsteuerbarkeit unterdrücken. Hierbei kann der allmählich zu ändernde Feldbefehlsstrom If* von der Kennfeldinformation ausgewählt werden, bei der das Befehlsdrehmoment Trq*, die Rotationsgeschwindigkeit Nm, und die Energiezufuhrspannung VDC mit dem Feldbefehlsstrom If* verknüpft sind.
Zudem kann in Schritt S18 der Feldbefehlsstrom If* in der Periode, bis der gegenwärtige Betriebspunkt sich von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich über den Schaltbereich bewegt, allmählich geändert werden, ohne fest zu sein.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei sich hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels fokussiert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems und des Rechteckwellenstromsteuersystems. Hierbei wird beispielsweise die Ansprechempfindlichkeit des Rechteckwellenstromsteuersystems geringer als die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems, weil die Rechteckwellensteuerung mit einem Modulationsfaktor durchgeführt wird, bei dem eine Proportionalbeziehung zwischen einer Grundwellenkomponente, die in der Phasenspannung enthalten ist, und dem Modulationsfaktor nicht länger vorhanden ist. Hierbei wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen, dass die Nennspannung (wie 48 V) der Batterie 20 höher als jene gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Dies trägt dazu bei, dass die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems höher als die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems und des Rechteckwellenstromsteuersystems ist.
13 zeigt die Schritte des Drehmomentsteuerprozesses. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt. Hierbei sind in 13 Prozesse, die identisch mit den vorstehend beschriebenen in 10 gezeigten Prozessen sind, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Wenn in Schritt S11 bestimmt wird, dass der Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S20 fort. In Schritt S20 legt die Steuervorrichtung 60 die Befehlsspannungsphase δ* auf die Befehlsspannungsphase δ* fest, die gegenwärtig eingestellt ist. Insbesondere wählt die Steuervorrichtung 60 die Befehlsspannungsphase δ*, die den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entspricht, von der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus.
In Schritt S21 passt die Steuervorrichtung 60 den Feldbefehlsstrom If* an, um das tatsächliche Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Insbesondere wählt die Steuervorrichtung 60 den Feldbefehlsstrom If*, der den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entspricht, von der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus.
Wenn in Schritt S12 bestimmt ist, dass der Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S22 fort. In Schritt S22 legt die Steuervorrichtung die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* auf die d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr, die gegenwärtig erfasst sind, fest. Insbesondere legt die Steuervorrichtung 60 die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* auf die gegenwärtigen d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr bei der Zweiphasenwandlungseinheit 70 fest.
In Schritt S23 passt die Steuervorrichtung 60 den Feldbefehlsstrom If* an, um das gegenwärtige Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Insbesondere wählt die Steuervorrichtung 60 den Feldbefehlsstrom If*, der den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC entspricht, aus der in dem Speicher 61 gespeicherten Kennfeldinformation aus.
Hierbei entsprechen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Prozesse in Schritten S11, S12, und S20 bis S23 der Übergangssteuereinheit.
Die Übergangssteuerung, wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Elektromotor betrieben beziehungsweise angesteuert wird, wird unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. 14 entspricht 11, die vorstehend beschrieben ist. 14 zeigt einen Fall, in dem der gegenwärtige Betriebspunkt, der durch die d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr vorgeschrieben ist, von einem fünften Betriebspunkt OP5 auf der zweiten Basislinie Lrw zu einem sechsten Betriebspunkt OP6 auf der ersten Basislinie Lsw geschaltet beziehungsweise verschoben wird.
Die Befehlsspannungsphase δ*, während sich der gegenwärtige Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem fünften Betriebspunkt OP5 zu dem sechsten Betriebspunkt OP6 befindet, ist auf die Befehlsspannungsphase δ* festgelegt, die eingestellt wurde, wenn der gegenwärtige Betriebspunkt der fünfte Betriebspunkt OP5 ist. Hierbei ändert sich die tatsächliche Spannungsamplitude, während der gegenwärtige Betriebspunkt sich in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem fünften Betriebspunkt OP5 zu dem sechsten Betriebspunkt OP6 befindet.
Zudem wird, während sich der gegenwärtige Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem fünften Betriebspunkt OP5 zu dem sechsten Betriebspunkt OP6 befindet, der Feldbefehlsstrom If* angepasst, um das tatsächliche Drehmoment Trqr der Elektrorotationsmaschine 30 auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern. Dies kann eine Separation beziehungsweise Trennung zwischen dem gegenwärtigen Betriebspunkt und der Gleichdrehmomentlinie Ltc, die durch das Befehlsdrehmoment Trq* vorgeschrieben ist, unterdrücken.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie vorstehend beschrieben können Effekte vergleichbar mit jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Variationsbeispiele gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
In Schritt S20 in 13 können die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* auf die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* festgelegt werden, die gegenwärtig eingestellt sind.
In Schritt S22 in 13 kann die Befehlsspannungsphase δ* auf die Befehlsspannungsphase δ* festgelegt werden, die gegenwärtig eingestellt ist.
In Schritt S20 in 13 kann die Befehlsspannungsphase δ* in der Periode, bis sich der Betriebspunkt von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich über den Schaltbereich bewegt, allmählich geändert werden, ohne dass die Befehlsspannungsphase δ* fest ist. Auch in diesem Fall ist die Befehlsspannungsphase δ* in der Periode, bis der Betriebspunkt den Rechteckwellenbereich von dem Sinuswellenbereich über den Schaltbereich erreicht, kontinuierlich.
Zudem kann in Schritt S22 zumindest einer aus dem d- und q-Achsen-Befehlsstrom Id* und Iq* in der Periode, bis sich der Betriebspunkt von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich über den Schaltbereich bewegt, allmählich geändert werden, ohne dass die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* fest sind.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele fokussiert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Rechteckwellenstromsteuersystems nach einem Schalten. Zudem ist, wenn ein Schalten von der Rechteckwellensteuerung zu der Sinuswellensteuerung durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems.
15 zeigt die Schritte in dem Drehmomentsteuerprozess. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt. Hierbei werden in 15 Prozesse, die identisch den in 10 und 13 gezeigten Prozessen sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit denselben Bezugszahlen versehen.
Wenn in Schritt S11 bestimmt wird, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S21 über Schritt S20 fort. Als ein Ergebnis wird in dem Schaltbereich in einem Zustand, in dem die Spannungsphase δ auf die Befehlsspannungsphase δ* festgelegt ist, der Feldbefehlsstrom If* angepasst, um das tatsächliche Drehmoment Trqr auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern.
Wenn in Schritt S12 bestimmt wird, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 von Schritt S18 zu Schritt S19 fort. Als ein Ergebnis werden in dem Schaltbereich in einem Zustand, in dem der Feldstrom Ifr auf den Feldbefehlsstrom If* festgelegt ist, die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* angepasst, um das tatsächliche Drehmoment Trqr auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können Effekte vergleichbar mit jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Variationsbeispiele gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
In 15 muss die Übergangssteuerung während irgendeinem aus einem Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung und einem Schalten von der Rechteckwellensteuerung zu der Sinuswellensteuerung nicht durchgeführt werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele fokussiert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Rechteckwellenstromsteuersystems nach einem Schalten größer als die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems. Zudem ist, wenn ein Schalten von der Rechteckwellensteuerung zu der Sinuswellensteuerung durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems nach einem Schalten.
16 zeigt die Schritte in dem Drehmomentsteuerprozess. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt. Hierbei werden in 16 Prozesse, die identisch mit den in 10, 13, und 15 gezeigten Prozessen sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Wenn in Schritt S11 bestimmt wird, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S17 über Schritt S16 fort. Als ein Ergebnis wird in dem Schaltbereich in einem Zustand, in dem der Feldstrom Ifr auf den Feldbefehlsstrom If* festgelegt ist, die Befehlsspannungsphase δ* und der Befehlsmodulationsfaktor Mr* angepasst, um das tatsächliche Drehmoment Trqr auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern.
Wenn in Schritt S12 bestimmt wird, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Rechteckbereich zu dem Sinuswellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S23 über Schritt S22 fort. Als ein Ergebnis wird in dem Schaltbereich in einem Zustand, in dem die d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr auf die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* festgelegt sind, der Feldbefehlsstrom If* angepasst, um das tatsächliche Drehmoment Trqr auf das Befehlsdrehmoment Trq* zu steuern.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können Effekte vergleichbar mit jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Variationsbeispiele gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
In 16 muss die Übergangssteuerung während irgendeinem aus einem Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung und einem Schalten von der Rechteckwellensteuerung zu der Sinuswellensteuerung nicht durchgeführt werden.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Ein fünftes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele fokussiert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist wie in 17 gezeigt der Felderregungsschaltkreis 42 ein Halbbrückenschaltkreis. Hierbei werden in 17 Konfigurationen, die identisch mit jenen in 1 gezeigten sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Der Felderregungsschaltkreis 42 umfasst einen Serienverbindungskörper, der aus dem ersten Oberzweigschalter SH1 und dem ersten Unterzweigschalter SL1 ausgebildet ist. Das erste Ende der Feldwicklung 32 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Oberzweigschalter SH1 und dem ersten Unterzweigschalter SL1 mittels einer Bürste (nicht gezeigt) dazwischen verbunden. Der Emitter des ersten Unterzweigschalters SL1 ist mit dem zweiten Ende der Feldwicklung 32 verbunden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können Effekte entsprechend denen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erzielt werden.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Ein sechstes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele fokussiert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst wie in 18 die Elektrorotationsmaschine zwei Statorwicklungsgruppen. Daher umfasst das Steuersystem einen ersten Umrichter 40A und einen zweiten Umrichter 40B. Hierbei werden in 18 Konfigurationen, die identisch mit jenen in 1 gezeigten sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Referenzzahlen beziehungsweise Referenzzeichen versehen. Zudem werden in 18 eine Veranschaulichung des Felderregungsschaltkreises 41, der Steuervorrichtung 60, und dergleichen weggelassen.
Der Stator 33 der Elektrorotationsmaschine 30 umfasst eine erste Statorwicklungsgruppe und eine zweite Statorwicklungsgruppe. Die erste Statorwicklungsgruppe umfasst erste U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen 34UA, 34VA, und 34WA, die voneinander um einen elektrischen Winkel von 120° verschoben sind. Die zweite Statorwicklungsgruppe umfasst zweite U-, V- und W-Phasen-Wicklungen 34UB, 34VB, und 34WB, die voneinander um einen elektrischen Winkel von 120° verschoben sind. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 19 gezeigt, eine Raumphasendifferenz Δθ ein Winkel, der durch die erste Statorwicklungsgruppe und die zweite Statorwicklungsgruppe ausgebildet ist, und ist ein elektrischer Winkel von 30°.
Der erste Umrichter 40A umfasst einen Serienverbindungskörper, der aus ersten U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschaltern SUp1, SVp1, und SWp1 und ersten U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschaltern SUn1, SVn1, und SWn1 ausgebildet ist. Hierbei sind erste U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigdioden DUp1, DVp1, und DWp1 antiparallel zu den ersten U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschaltern SUp1, SVp1, und SWp1 verbunden. Erste U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigdioden DUn1, DVn1, und DWn1 sind antiparallel mit den ersten U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschaltern SUn1, SVn1, und SWn1 verbunden.
Der zweite Umrichter umfasst einen Serienverbindungskörper, der aus zweiten U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschaltern SUp2, SVp2, und SWp2 und zweiten U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschaltern SUn2, SVn2, und SWn2 ausgebildet. Hierbei sind zweite U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigdioden DUp2, DVp2, und DWp2 antiparallel mit den zweiten U-, V-, und W-Phasen-Oberzweigschaltern SUp2, SVp2, und SWp2 verbunden. Zweite U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigdioden DUn2, DVn2, und DWn2 sind antiparallel mit den zweiten U-, V-, und W-Phasen-Unterzweigschaltern SUn2, SVn2, und SWn2 verbunden.
Der Positivanschluss der Batterie 20 ist mit den Kollektoren der Oberzweigschalter SUp1 bis SWp2 mittels des Hochpotentialseitenelektropfades Lp verbunden. Der Negativanschluss der Batterie 20 ist mit den Emittern der Unterzweigschalter SUn1 bis SWn2 mittels des Niedrigpotentialseitenelektropfades Ln verbunden. Der Hochpotentialseitenanschluss des Kondensators 21 ist mit einem Abschnitt des Hochpotentialseitenelektropfades Lp mehr in Richtung der Positivanschlussseite der Batterie 20 als die Verbindungspunkte mit den Kollektoren der Oberzweigschalter SUp1 bis SWp2 sind verbunden. Der Niedrigpotentialseitenanschluss des Kondensators 20 ist mit einem Abschnitt des Niedrigpotentialseitenelektropfades Ln weiter in Richtung der Negativanschlussseite der Batterie 20 als die Verbindungspunkte mit den Emittern der Unterzweigschalter SUn1 bis SWn2 verbunden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können Effekte vergleichbar mit jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Ein siebtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels fokussiert wird. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird bei der Konfiguration, bei der die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems und des Rechteckwellenstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems ist, der Feldbefehlsstrom If* vor und nach einem Schalten von einem zu dem anderen aus der Sinuswellensteuerung und der Rechteckwellensteuerung festgelegt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Feldbefehlsstrom If* vor und nach dem Schalten einer Steuerung allmählich beziehungsweise graduell geändert. Jedoch ist vor und nach einem Schalten der Steuerung ein Drehmomentänderungsausmaß der Elektrorotationsmaschine 30, das einem Änderungsausmaß dIf des Feldstroms entspricht, geringer als ein Drehmomentänderungsausmaß, das einem Änderungsausmaß dIs des Stroms entspricht, der zu der Statorwicklung fließt.
20 zeigt die Schritte des Drehmomentsteuerprozesses. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt. Hierbei werden in 20 Prozesse, die identisch mit den in 10 gezeigten Prozessen sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Bezugszahlen beziehungsweise Bezugszeichen versehen.
Wenn in Schritt S11 bestimmt wird, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Sinuswellenbereich zu dem Rechteckwellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S24 fort. In Schritt S24 ändert die Steuervorrichtung 60 den Feldbefehlsstrom If* allmählich. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in einem Zustand, in dem eine zustimmende beziehungsweise bestätigende Bestimmung in Schritt S11 gemacht wird, der Feldbefehlsstrom If* allmählich derart geändert, dass ein Drehmomentänderungsausmaß dTf, das einem Änderungsausmaß des Feldbefehlsstroms If* entspricht, geringer als ein Drehmomentänderungsausmaß dTs der Elektrorotationsmaschine 30 ist, das Änderungen der Befehlsspannungsphase δ* und des Befehlsmodulationsfaktors Mr*, die in dem Prozess in Schritt S17 eingestellt sind, entspricht. Das Drehmomentänderungsausmaß dTs der Elektrorotationsmaschine 30, das den Änderungen der Befehlsspannungsphase δ* und des Befehlsmodulationsfaktors Mr* entspricht, ist ein Drehmomentänderungsausmaß, das einem Änderungsausmaß der Magnitude eines Stromvektors entspricht, der den Änderungen der Befehlsspannungsphase δ* und des Befehlsmodulationsfaktors Mr* entspricht. Das Änderungsausmaß der Magnitude des Stromvektors, der den Änderungen der Befehlsspannungsphase δ* und des Befehlsmodulationsfaktors Mr* entspricht, ist durch jeweilige Änderungsausmaße der d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* vorgeschrieben, die den Änderungen der Befehlsspannungsphase δ* und des Befehlsmodulationsfaktors Mr* entsprechen. Hierbei ist die Magnitude des Stromvektors, der zu der Statorwicklung fließt, als eine Quadratwurzel eines Werts, der durch einen Quadratwert des d-Achsen-Stroms und eines Quadratwerts des q-Achsen-Stroms, die addiert sind, erlangt ist, definiert.
Wenn in Schritt S12 bestimmt wird, dass sich der Betriebspunkt in der Mitte bzw. inmitten einer Bewegung von dem Rechteckwellenbereich zu dem Sinuswellenbereich befindet, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S25 fort. In Schritt S25 ändert die Steuervorrichtung 60 allmählich den Feldbefehlsstrom If*. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in einem Zustand, in dem eine bestätigende beziehungsweise zustimmende Bestimmung in Schritt S12 gemacht wird, der Feldbefehlsstrom If* allmählich derart geändert, dass das Drehmomentänderungsausmaß dTf, das dem Änderungsausmaß des Feldbefehlsstroms If* entspricht, geringer als das Drehmomentänderungsausmaß dTs ist, das den jeweiligen Änderungsausmaßen der d- und q-Achsen-Befehlsströmen Id* und Iq* entspricht, die in dem Prozess in Schritt S19 eingestellt werden.
Effekte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird, werden unter Bezugnahme auf 21 im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben. Das in 21 gezeigte Vergleichsbeispiel ist eine Konfiguration, bei der der Feldbefehlsstrom If* festgelegt ist, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird. In 21 entsprechen (a) bis (c) (a) bis (c) der 12, die vorstehend beschrieben ist. Die Befehlsströme If*, Id*, und Iq*, die durch unterbrochene Linien in 21 angezeigt sind, indizieren Werte zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Schalten zu der Rechteckwellensteuerung abgeschlossen ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Feldbefehlsstrom If* allmählich in einer Zeit tA bis Zeit tB, während der sich der Betriebspunkt in dem Schaltbereich befindet, geändert. Zu dieser Zeit wird der Feldbefehlsstrom If* derart allmählich geändert, dass das Drehmomentänderungsausmaß dTf, das dem Änderungsausmaß dIs des Feldbefehlsstroms If* entspricht, geringer als das Drehmomentänderungsausmaß dTs der Elektrorotationsmaschine ist, das den Änderungen der Befehlsphasenspannung δ* und dem Befehlsmodulationsfaktor Mr* entspricht, die in dem Prozess in Schritt S17 in 20 eingestellt sind.
Hierbei werden in 21 die Änderungsausmaße der d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq*, die den Änderungen der Befehlsphasenspannung δ* und des Befehlsmodulationsfaktors Mr* entsprechen, durch ΔD und ΔQ indiziert.
Verglichen mit der Konfiguration, bei der der Feldbefehlsstrom If* fest ist, was als das Vergleichsbeispiel in 21 gezeigt ist, kann die Konfiguration, bei der eine allmähliche Änderung des Feldbefehlsstroms If* zugelassen ist, jedes aus dem Änderungsausmaß ΔD des d-Achsen-Befehlsstroms Id* und dem Änderungsausmaß ΔQ des q-Achsen-Befehlsstroms Iq* reduzieren, die den Änderungen der Befehlsphasenspannung δ* und des Befehlsmodulationsfaktors Mr* entsprechen. Dies kann ein Ausmaß von Zeit verkürzen, bis sich die d- und q-Achsen-Ströme Idr und Iqr zu den d- und q-Achsen-Befehlsströmen Id* und Iq* wandeln. Dies macht es möglich, ein Schalten beziehungsweise Verschieben des tatsächlichen Drehmoments Trqr relativ zu dem Befehlsdrehmoment Trq* zu reduzieren, wodurch eine Drehmomentvariation unterdrückt wird, die mit einem Schalten der Steuerung einhergeht.
Achtes Ausführungsbeispiel
Ein achtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich des vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels fokussiert wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden bei einer Konfiguration, bei der die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems und des Rechteckwellenstromsteuersystems ist, die Befehlsspannungsphase δ oder die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* vor und nach einem Schalten der Steuerung allmählich geändert. Jedoch ist vor und nach einem Schalten der Steuerung das Drehmomentänderungsausmaß dTs, das dem Änderungsausmaß dIs des zu dem Stator fließenden Stroms entspricht, geringer als das Drehmomentänderungsausmaß dTf, das dem Änderungsausmaß dIf des Feldstroms entspricht.
22 zeigt die Schritte in dem Drehmomentsteuerprozess. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt. Hierbei werden in 22 Prozesse, die identisch mit den in 13 gezeigten Prozessen sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Bezugszahlen beziehungsweise Bezugszeichen versehen.
Wenn in Schritt S11 JA bestimmt wird, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S26 fort und ändert allmählich die Befehlsspannungsphase δ*.Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in einem Zustand, in dem eine zustimmende beziehungsweise bestätigende Bestimmung in Schritt S11 gemacht wird, die Befehlsspannungsphase δ* allmählich derart geändert, dass das Drehmomentänderungsausmaß dTs, das dem Änderungsausmaß der Magnitude des Stromvektors entspricht, der der Änderung der Befehlsspannungsphase δ* entspricht, geringer als das Drehmomentänderungsausmaß dTf ist, das dem Änderungsausmaß des Feldbefehlsstroms If* entspricht, der in dem Prozess in Schritt S21 eingestellt wird.
Wenn in Schritt S12 JA bestimmt wird, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S27 fort und ändert allmählich die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq*. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden in einem Zustand, in dem eine zustimmende beziehungsweise bestätigende Bestimmung in Schritt S12 gemacht wird, die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* allmählich derart geändert, dass das Drehmomentänderungsausmaß dTs, das den jeweiligen Änderungsausmaßen der d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* entspricht, geringer als das Drehmomentänderungsausmaß dTf ist, das dem Änderungsausmaß des Feldbefehlsstroms If* entspricht, der in dem Prozess in Schritt S23 eingestellt wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie vorstehend beschrieben können Effekte vergleichbar mit jenen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Neuntes Ausführungsbeispiel
Ein neuntes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich des vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiels fokussiert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird auf eine Weise vergleichbar mit jener gemäß dem siebten und achten Ausführungsbeispiel der Feldbefehlsstrom If* oder die Befehlsspannungsphase δ* allmählich vor und nach einem Schalten der Steuerung geändert. Hierbei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf eine Weise vergleichbar mit jener gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Rechteckwellenstromsteuersystems nach einem Schalten. Zudem ist, wenn ein Schalten von der Rechteckwellensteuerung zu der Sinuswellensteuerung durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems nach einem Schalten höher als die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems.
23 zeigt die Schritte in dem Drehmomentsteuerprozess. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt. Hierbei werden in 23 Prozesse, die identisch mit den in 15, 20, und 22 gezeigten Prozessen sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Bezugszeichen beziehungsweise Bezugszahlen versehen.
Wenn in Schritt S11 JA bestimmt wird, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S26 fort. Zudem schreitet, wenn in Schritt S12 JA bestimmt wird, die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S25 fort.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie vorstehend beschrieben können Effekte vergleichbar mit jenen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Ein zehntes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede bezüglich des vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiels fokussiert wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden auf eine Weise vergleichbar mit jener gemäß dem siebten und achten Ausführungsbeispiel der Feldbefehlsstrom If* oder die d- und q-Achsen-Befehlsströme Id* und Iq* allmählich vor und nach einem Schalten der Steuerung geändert. Hierbei ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf eine Weise vergleichbar mit jener gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, wenn ein Schalten von der Sinuswellensteuerung zu der Rechteckwellensteuerung durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Rechteckwellenstromsteuersystems nach einem Schalten höher als die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems. Zudem ist, wenn ein Schalten von dem Rechteckwellensteuersystem zu dem Sinuswellensteuersystem durchgeführt wird, die Ansprechempfindlichkeit des Feldstromsteuersystems größer als die Ansprechempfindlichkeit des Sinuswellenstromsteuersystems nach einem Schalten.
24 zeigt die Schritte des Drehmomentsteuerprozesses. Der Prozess wird wiederholt durch die Steuervorrichtung 60 zu beispielsweise jedem vorbestimmten Steuerzyklus durchgeführt.
Hierbei werden in 24 Prozesse, die identisch mit den in 16, 20, und 22 gezeigten Prozessen sind, wie vorstehend beschrieben, der Zweckmäßigkeit halber mit den gleichen Bezugszeichen beziehungsweise Bezugszahlen versehen.
Wenn in Schritt S11 JA bestimmt wird, schreitet die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S24 fort. Zudem schreitet, wenn in Schritt S12 JA bestimmt wird, die Steuervorrichtung 60 zu Schritt S27 fort.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie vorstehend beschrieben können Effekte vergleichbar mit jenen gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Andere Ausführungsbeispiele
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können auf die folgende Weise modifiziert werden.
Bei der Sinuswellensteuerung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Prozess, bei dem eine dritte harmonische Welle auf jede Phasenspannung überlagert wird, oder ein Prozess, bei dem Zweiphasenmodulation verwendet wird, durchgeführt werden. In diesem Fall ist bei der Statorerzeugungseinheit 75 der Modulationsfaktor Mr 1,15, wenn die Rotationsgeschwindigkeit Nm die erste Schwelle L1 ist.
Die Ansteuerzustände der Elektrorotationsmaschine 30, die mit den Befehlswerten, die in dem Speicher 61 gespeichert sind, verknüpft sind, sind nicht auf alle aus dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC beschränkt. Als der Ansteuerzustand beziehungsweise Antriebszustand kann ein Teil von und zumindest eines aus dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC verwendet werden.
Die Konfiguration ist nicht beschränkt auf jene, bei der die Befehlswerte in dem Speicher 61 gespeichert sind. Beispielsweise ist auch eine Konfiguration, bei der die Befehlswerte zu jedem Steuerzyklus basierend auf den erlangten Befehlsdrehmoment Trq*, Rotationsgeschwindigkeit Nm, und Energiezufuhrspannung VDC berechnet werden, möglich.
Die Steuerung, die durchgeführt wird, wenn der Modulationsfaktor größer als 1 ist, ist nicht auf die in 4 gezeigte Rechteckwellensteuerung beschränkt. Beispielsweise kann 120-Grad-Erregungssteuerung wie in 25 gezeigt oder Synchrongleichrichtungssteuerung durchgeführt werden. Die Synchrongleichrichtungssteuerung ist eine Steuerung, bei der während zumindest einem Abschnitt oder der Gesamtheit einer Periode, in der die Phasenspannung größer als die Anschlussspannung der Batterie 20 ist, Schalter, die in einem Stromflusspfad von der Statorwicklung zu der Batterie 20 enthalten sind, unter den Schaltern, die den Umrichter 40 konfigurieren, eingeschaltet werden. Hierbei wird bei der Synchrongleichrichtungssteuerung eine Totzeit zwischen dem Oberzweigschalter und dem Unterzweigschalter der gleichen Phase basierend auf einem Ansteuerzustand beziehungsweise Antriebszustand der Elektrorotationsmaschine 30 angepasst. Daher wird, wenn die Synchrongleichrichtungssteuerung verwendet wird, beispielsweise die Totzeit, die mit dem Befehlsdrehmoment Trq*, der Rotationsgeschwindigkeit Nm, und der Energiezufuhrspannung VDC verknüpft ist, in dem Speicher 61 gespeichert.
Zudem ist die Steuerung, die durchgeführt wird, wenn der Modulationsfaktor größer als 1 ist, nicht auf jene beschränkt, bei der in jeder Phase der Zustand, in dem der Oberzweigschalter eingeschaltet ist und der Unterzweigschalter ausgeschaltet ist und der Zustand, in dem der Oberzweigschalter ausgeschaltet ist und der Unterzweigschalter eingeschaltet ist, jeweils einmal während einer einzelnen Periode eines elektrischen Winkels der Elektrorotationsmaschine auftritt. Beispielsweise kann die Steuerung derart sein, dass für den Zweck einer Reduzierung harmonischer Komponenten, die in jeder Phasenspannung enthalten sind, der Zustand, in dem der Oberzweigschalter eingeschaltet ist und der Unterzweigschalter ausgeschaltet ist und der Zustand, in dem der Oberzweigschalter ausgeschaltet ist und der Unterzweigschalter eingeschaltet ist, eine Vielzahl von Malen während einer einzelnen Periode eines elektrischen Winkels auftreten, während die Amplitude der Grundwellenkomponente, die in jeder Phasenspannung enthalten ist, eine Amplitude ist, die dem Modulationsfaktor für die Rechteckwellensteuerung entspricht.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Sinuswellensteuerung durchgeführt, wenn der Modulationsfaktor gleich wie oder geringer als 1 ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können, wenn der Modulationsfaktor ein Wert ist, der größer als 1 und geringer als 1.27 ist, die Ansteuersignale basierend auf Magnitudenvergleichen zwischen Werten, die durch die Phasenbefehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw*, die durch VDC/2 dividiert sind, erlangt werden, und dem Trägersignal erzeugt werden. In diesem Fall ist ein Bereich, in dem der Modulationsfaktor größer als 1 ist, ein Bereich, in dem Übermodulations-PWM-Steuerung durchgeführt wird. In diesem Bereich ist der Wert, der durch die Amplitude jeder der Phasenbefehlsspannungen Vu*, Vv*, und Vw*, die durch VDC/2 dividiert sind, erlangt ist, größer als die Amplitude des Trägersignals. Ebenfalls in diesem Fall kann beispielsweise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das Zeitausmaß, in dem das tatsächliche Drehmoment von dem Befehlsdrehmoment Trq* geschaltet beziehungsweise verschoben wird, dadurch verkürzt werden, dass der Strom, der zu der Statorwicklung dessen mit der höheren Ansprechempfindlichkeit fließt, in einem Zustand gesteuert wird, in dem der Feldstrom dessen mit der niedrigeren Ansprechempfindlichkeit fest ist.
Beispielsweise können die bei dem Umrichter und dem Felderregungsschaltkreis verwendeten Schalter N-Kanal-Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs) sein.
Die Hauptsteuervariable der Elektrorotationsmaschine ist nicht auf Drehmoment beschränkt. Beispielsweise kann wie in 1 gezeigt die Hauptsteuervariable ein Gleichstromstrom IDC sein, der von dem Verbindungspunkt mit dem Hochpotentialseitenanschluss des Kondensators 21 in Richtung der Positivanschlussseite der Batterie 20 auf dem Hochpotentialseitenelektropfad Lp fließt. In diesem Fall ist, wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Elektromotor betrieben beziehungsweise angesteuert wird, der Gleichstromstrom IDC als ein negativer Wert definiert. Wenn die Elektrorotationsmaschine 30 als der Energiegenerator betrieben beziehungsweise angesteuert wird, ist der Gleichstromstrom IDC als ein positiver Wert definiert. Zudem kann beispielsweise die Hauptsteuervariable eine verbrauchte Energie beziehungsweise Leistung oder eine erzeugte Energie beziehungsweise Leistung der Elektrorotationsmaschine 30 sein.
Die Elektrorotationsmaschine ist nicht auf jene beschränkt, bei der eine Verbindung durch eine Sternverbindung konfiguriert ist, und kann beispielsweise jene sein, bei der eine Verbindung durch eine Δ-Verbindung konfiguriert ist.
Während die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele davon beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung beabsichtigt, verschiedene Modifikationsbeispiele und Modifikationen innerhalb der Spanne beziehungsweise des Bereichs einer Äquivalenz abzudecken. Zudem liegen verschiedene Kombinationen und Konfigurationen und ferner andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger, oder nur ein Einzelelement davon auch innerhalb des Geistes und Bereichs 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 2017104902 [0001]
JP 2017232406 [0001]
JP 2016189698 A [0004]

Claims

Steuervorrichtung (60) für eine Elektrorotationsmaschine, wobei die Steuervorrichtung auf ein Steuersystem angewendet ist, wobei das Steuersystem eine Elektrorotationsmaschine (30) und einen Umrichter (40, 40A, 40B) aufweist, wobei die Elektrorotationsmaschine (30) eine Feldwicklung (32) und eine Statorwicklung (34U bis 34W, 34UA bis 34WB) aufweist, wobei der Umrichter (40, 40A, 40B) eine Energieübertragung zwischen einer Gleichstromenergiezufuhr (20) und der Statorwicklung durchführt, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Feldsteuereinheit (80 bis 82), die einen Feldstrom, der zu der Feldwicklung fließt, zu einem Feldbefehlsstrom steuert, der ein Befehlswert für den Feldstrom ist, eine erste Steuereinheit (90 bis 92), die einen zu dem Stator fließenden Strom basierend auf einem Befehlswert als Reaktion darauf, dass ein Modulationsfaktor größer als 1 ist, steuert, um eine Hauptsteuervariable zu einer Befehlssteuervariable zu steuern, wobei die Hauptsteuervariable eines aus einem Drehmoment der Elektrorotationsmaschine, einem Gleichstromstrom, der zwischen der Gleichstromenergiezufuhr und dem Umrichter fließt, und elektrischer Energie der Elektrorotationsmaschine ist, wobei der Modulationsfaktor ein Wert ist, der durch Normierung, mittels einer Spannung der Gleichstromenergiezufuhr, einer Amplitude einer Grundwellenkomponente, die in einer angelegten Spannung der Statorwicklung enthalten ist, erlangt ist, eine zweite Steuereinheit (70 bis 75), die den zu der Statorwicklung fließenden Strom als Reaktion darauf, dass der Modulationsfaktor geringer als der Modulationsfaktor ist, wenn eine Steuerung durch die erste Steuereinheit durchgeführt ist, mittels Sinuswellenpulsbreitenmodulationssteuerung basierend auf dem Befehlswert steuert, um die Hauptsteuervariable zu der Befehlssteuervariable zu steuern, und eine Übergangssteuereinheit, die einen Übergangssteuerprozess durchführt, wobei eine aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit eine Vorschaltsteuereinheit ist, die andere aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit eine Nachschaltsteuereinheit ist, eine aus der Vorschaltsteuereinheit, der Nachschaltsteuereinheit, und der Feldsteuereinheit eine Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit ist, die eine Steuereinheit entsprechend einem Steuersystem ist, das eine geringste Ansprechempfindlichkeit einer gesteuerten Variable unter einem Steuersystem, das den zu der Statorwicklung fließenden Strom als eine gesteuerte Variable durch Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit steuert, einem Steuersystem, das den zu der Statorwicklung fließenden Strom als eine gesteuerte Variable durch Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit steuert, und einem Steuersystem, das den Feldstrom als eine gesteuerte Variable durch Steuerung durch die Feldsteuereinheit steuert, aufweist, und wobei als Reaktion darauf, dass ein Schalten von einer Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu einer Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit durchgeführt ist, der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten von der Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu der Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit durch Durchführung von Steuerung durch die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit, während der Befehlswert, der bei der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit verwendet ist, eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des Befehlswerts, der bei irgendeiner der Vorschaltsteuereinheit, der Nachschaltsteuereinheit, und der Feldsteuereinheit, die verschieden von der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit ist, verwendet ist, ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei: die zweite Steuereinheit den zu der Statorwicklung fließenden Strom durch die Sinuswellenpulsbreitenmodulationssteuerung als Reaktion darauf, dass ein Proportionalverhältnis zwischen dem Modulationsfaktor und der Amplitude der Grundwellenkomponente aufrechterhalten ist, steuert.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit die Feldsteuereinheit ist, und der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu der Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit durch Steuern des Feldstroms zu dem Feldbefehlsstrom durch die Feldsteuereinheit, während der Feldbefehlsstrom eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch Anpassung des Befehlswerts, der in einer aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit verwendet ist, ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit die Nachschaltsteuereinheit ist, und der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die Vorschaltsteuereinheit zu der Steuerung durch die Nachschaltsteuereinheit durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die Nachschaltsteuereinheit, während der bei der Nachschaltsteuereinheit verwendete Befehlswert eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 4, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die Nachschaltsteuereinheit, während der bei der Nachschaltsteuereinheit verwendete Befehlswert fest ist, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 4, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die Nachschaltsteuereinheit, während der bei der Nachschaltsteuereinheit verwendete Befehlswert allmählich derart geändert ist, dass ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable, das einem Änderungsausmaß des zu der Statorwicklung fließenden Stroms entspricht, geringer als ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable ist, das einem Änderungsausmaß des Feldstroms entspricht, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Vorschaltsteuereinheit die zweite Steuereinheit ist, die Nachschaltsteuereinheit die erste Steuereinheit ist, die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit die erste Steuereinheit ist, und der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die zweite Steuereinheit zu der Steuerung durch die erste Steuereinheit durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die erste Steuereinheit, während der bei der ersten Steuereinheit verwendete Befehlswert eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 7, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die erste Steuereinheit, während der bei der ersten Steuereinheit verwendete Befehlswert fest ist, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 7, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des zu dem Stator fließenden Stroms durch die erste Steuereinheit, während der bei der ersten Steuereinheit verwendete Befehlswert allmählich derart geändert ist, dass ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable, das einem Änderungsausmaß des zu der Statorwicklung fließenden Stroms entspricht, geringer als ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable ist, das einem Änderungsausmaß des Feldstroms entspricht, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 und 7, wobei: die Vorschaltsteuereinheit die erste Steuereinheit ist, die Nachschaltsteuereinheit die zweite Steuereinheit ist, die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit die Feldsteuereinheit ist, und der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die erste Steuereinheit zu der Steuerung durch die zweite Steuereinheit durch Steuern des Feldstroms zu dem Feldbefehlsstrom durch die Feldsteuereinheit, während der Feldbefehlsstrom eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch Anpassung des bei einer aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit verwendeten Befehlswerts ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Vorschaltsteuereinheit die zweite Steuereinheit ist, die Nachschaltsteuereinheit die erste Steuereinheit ist, die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit die Feldsteuereinheit ist, und der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die zweite Steuereinheit zu der Steuerung durch die erste Steuereinheit durch Steuern des Feldstroms zu dem Feldbefehlsstrom durch die Feldsteuereinheit, während der Feldbefehlsstrom eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch Anpassung des bei einer aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit verwendeten Befehlswerts ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach einem der Ansprüche 3, 10, und 11, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des Feldstroms zu dem Feldbefehlsstrom durch die Feldsteuereinheit, während der Feldbefehlsstrom fest ist, und durch Anpassen des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch Anpassung des bei einer aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit verwendeten Befehlswerts ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach einem der Ansprüche 3, 10, und 11, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des Feldstroms zu dem Feldbefehlsstrom durch die Feldsteuereinheit, während der Feldbefehlsstrom allmählich derart geändert ist, dass ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable, das einem Änderungsausmaß des Feldstroms entspricht, geringer als ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable ist, das einem Änderungsausmaß des Stroms entspricht, der zu der Statorwicklung fließt, und durch Anpassen des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch Anpassung des bei einer aus der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit verwendeten Befehlswerts ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 und 7, wobei: die Vorschaltsteuereinheit die erste Steuereinheit ist, die Nachschalteinheit die zweite Steuereinheit ist, die Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit die zweite Steuereinheit ist, und der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach einem Schalten von der Steuerung durch die erste Steuereinheit zu der Steuerung durch die zweite Steuereinheit durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die zweite Steuereinheit, während der bei der zweiten Steuereinheit verwendete Befehlswert eingestellt ist, kontinuierlich zu sein, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 14, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die zweite Steuereinheit, während die bei der zweiten Steuereinheit verwendete Befehlsspannung fest ist, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach Anspruch 14, wobei: der Übergangssteuerprozess ein Prozess zur Unterdrückung einer Änderung der Hauptsteuervariable relativ zu der Befehlssteuervariable vor und nach dem Schalten durch Steuern des zu der Statorwicklung fließenden Stroms durch die zweite Steuereinheit, während der bei der zweiten Steuereinheit verwendete Befehlswert allmählich derart geändert ist, dass ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable, das einem Änderungsausmaß des zu der Statorwicklung fließenden Stroms entspricht, geringer als ein Änderungsausmaß der Hauptsteuervariable ist, das einem Änderungsausmaß des Feldstroms entspricht, und durch Anpassen des Feldbefehlsstroms durch die Feldsteuereinheit ist.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit: einer Speichereinheit (61), die darin bei jeder aus der ersten Steuereinheit, der zweiten Steuereinheit, und der Übergangssteuereinheit verwendete Befehlswerte in Zusammenhang mit Ansteuerzuständen der Elektrorotationsmaschine speichert, und einer Erlangungseinheit, die einen Ansteuerzustand der Elektrorotationsmaschine erlangt, wobei die Feldsteuereinheit den Feldbefehlsstrom, der dem durch die Erlangungseinheit erlangten Ansteuerzustand entspricht, basierend auf dem erlangten Ansteuerzustand und dem Feldbefehlsstrom, der der in der Speichereinheit gespeicherte Befehlswert ist, einstellt, die erste Steuereinheit einen ersten Befehlswert, der dem durch die Erlangungseinheit erlangten Ansteuerzustand entspricht, basierend auf dem erlangten Ansteuerzustand und dem ersten Befehlswert einstellt, wobei der erste Befehlswert der Befehlswert ist, der in der Speichereinheit gespeichert und bei der ersten Steuereinheit verwendet ist, die zweite Steuereinheit einen zweiten Befehlswert, der dem durch die Erlangungseinheit erlangten Ansteuerzustand entspricht, basierend auf dem erlangten Ansteuerzustand und dem zweiten Befehlswert einstellt, wobei der zweite Befehlswert der Befehlswert ist, der in der Speichereinheit gespeichert und bei der zweiten Steuereinheit verwendet ist, und wobei die Übergangssteuereinheit einstellt, den Befehlswert, der bei der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit verwendet ist und dem durch die Erlangungseinheit erlangten Ansteuerzustand entspricht, und den Befehlswert, der bei irgendeiner aus der Vorschaltsteuereinheit, der Nachschaltsteuereinheit, und der Feldsteuereinheit verschieden von der Niedrigansprechempfindlichkeitssteuereinheit verwendet ist und dem erlangten Ansteuerzustand entspricht, basierend auf dem erlangten Ansteuerzustand und dem in der Speichereinheit gespeicherten Befehlswert.
Steuervorrichtung für eine Elektrorotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei: der Umrichter einen Serienverbindungskörper aufweist, der einen Oberzweigschalter (SUp bis SWp und SUp1 bis SWp2) und einen Unterzweigschalter (SUn bis SWn, SUn1 bis SWn2) aufweist, und Energieübertragung zwischen der Gleichstromenergiezufuhr und der Statorwicklung durch Schalten des Oberzweigschalters und des Unterzweigschalters durchführt, und die erste Steuereinheit den zu der Statorwicklung fließenden Strom unter einer Bedingung steuert, das ein Zustand, in dem der Oberzweigschalter eingeschaltet ist und der Unterzweigschalter ausgeschaltet ist und ein Zustand, in dem der Oberzweigschalter ausgeschaltet ist und der Unterzweigschalter eingeschaltet ist, jeweils einmalig während einer einzelnen Periode eines elektrischen Winkels der Elektrorotationsmaschine auftritt.