DE112020001414T5

DE112020001414T5 - Leistungsumsetzungsvorrichtung und Kraftfahrzeugsystem, das sie enthält

Info

Publication number: DE112020001414T5
Application number: DE112020001414.2T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Matsuo; Noriya Nakao; Kenichi Yoshida
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2021-12-23
Also published as: JPWO2020217764A1; US20220209702A1; US11664756B2; JP7158573B2; WO2020217764A1; CN113826314A

Abstract

Es wird eine Leistungsumsetzungsvorrichtung geschaffen, die keine Anpassungsarbeit erfordert und die eine Stromschwebung unabhängig von einem Betriebszustand eines Motors unterdrücken kann. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält einen Wechselrichter 1, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt und einen Wechselstrommotor 2 ansteuert, und Schwebungskompensationseinheiten 46 und 49, die eine Stromschwebungskomponente eines Ausgangsstroms des Wechselrichters 1 unterdrücken. Die Schwebungskompensationseinheiten 46 und 49 enthalten Schwebungsauskopplungseinheiten 50, 51 und 52, die Schwebungskomponenten des Ausgangsstroms des Wechselrichters 1 berechnen, und Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheiten 53 und 54, die aus den durch die Schwebungsauskopplungseinheiten 50, 51 und 52 berechneten Schwebungskomponenten Schwebungskompensationsspannungen schätzen. Die Stromschwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters 1 wird auf der Grundlage der durch die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheiten 53 und 54 geschätzten Schwebungskompensationsspannungen unterdrückt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsumsetzungsvorrichtung und ein Kraftfahrzeugsystem, das diese enthält.
In Leistungsumsetzungsvorrichtungen, die in Wechselstrommotoren verwendet werden, tritt eine Stromschwebungserscheinung auf, in der einem Phasenstrom, der durch einen Motor fließt, wegen eines Fehlers in einem für die Steuerung verwendeten Sensorsignalwert, eines Ausgangsspannungsfehlers eines Wechselrichters oder dergleichen eine Niederfrequenzkomponente, die langsamer als eine Grundfrequenz ist, überlagert wird. Diese Erscheinung verursacht eine Pulsation eines Ausgangsdrehmoments des Motors und eine Verschlechterung der Effizienz.
Ferner ist der Phasenstrom durch eine Stromschwebung versetzt, fließt ein höherer Strom als ein Amplitudenwert der Phasenstroms. Üblicherweise ist in den Wechselrichter eine Überstromschutzfunktion eingebaut, so dass außerdem das Problem besteht, dass durch die Stromschwebung der Überstromschutz wirkt, so dass der Wechselrichter anhält.
Falls insbesondere eine Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht ausreichend höher als die Grundfrequenz des durch den Motor fließenden Stroms ist, tritt zwischen einem positiven Ausgang und einem negativen Ausgang des Wechselrichters eine Spannungsdifferenz auf, so dass die Stromschwebung auftritt.
Falls ein hochdrehender Motor angetrieben wird, ist eine Grundfrequenz eines durch den Motor fließenden Stroms hoch und ist eine Impedanz des Motors klein, so dass eine große Stromschwebung auftritt.
Als eine Gegenmaßnahme gegen die Stromschwebung sind die folgenden Verfahren vorgeschlagen worden.
PTL 1 offenbart als eine Stromschwebungs-Unterdrückungsvorrichtung ein Verfahren zum Auskoppeln von Pulsationskomponenten in den d-q-Achsen durch ein Hochpassfilter (HPF) und zum Ausführen einer Dreiphasenumsetzung an den Pulsationskomponenten, um eine Stromschwebungskomponente jeder der drei Phasen zu berechnen, und zum Ausführen einer Proportional-Integral-Operation (Pl-Kompensation) an der berechneten Stromschwebungskomponente, um einen Dreiphasenspannungsbefehl zu kompensieren.
PTL 2 beschreibt ein Verfahren zum Subtrahieren eines Werts, der durch Dreiphasenumsetzung von d-Achsen- und q-Achsen-Strombefehlswerten von tatsächlichen Werten eines Dreiphasenstroms zum Auskoppeln einer Stromschwebungskomponente erhalten wird, und zum Umsetzen der Stromschwebungskomponente in eine Amplitude und eine Phase unter Verwendung eines Phasenregelkreises (PLL), um eine Stromschwebung zu unterdrücken.
PTL 3 beschreibt ein Verfahren zum Auskoppeln von Pulsationskomponenten in einem rotierenden Koordinatensystem durch ein Hochpassfilter (HPF) und zum Ausführen einer Dreiphasenumsetzung an den Pulsationskomponenten, um eine Stromschwebungskomponente jeder der drei Phasen zu berechnen, und zum Ausführen einer Proportionaloperation (P-Kompensation) an der Stromschwebungskomponente, um einen Dreiphasenspannungsbefehl zu kompensieren.
PTL 4 beschreibt ein Verfahren zum Detektieren einer Gleichspannung eines Wechselrichters durch einen Spannungssensor, zum Berechnen eine Welligkeitsfrequenz aus einem detektierten Spannungssignal und zum Kompensieren von d-Achsen und q-Achsen-Spannungsbefehlswerten unter Verwendung eines Controllers, der nur eine Komponente der Welligkeitsfrequenz verstärkt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

PTL 1: JP 2010-063335 A
PTL 2: JP 2017-017817 A
PTL 3: JP 2004-104898 A
PTL 4: JP 2018-113770 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Allerdings wird in dem in PTL 1 beschriebenen Verfahren das HPF verwendet, um die Stromschwebungskomponente auszukoppeln, und wird ein PI-Kompensator verwendet, so dass es notwendig ist, eine Anpassungsarbeit für eine Grenzfrequenz des HPF und für eine Verstärkung des PI-Kompensators auszuführen. Dies verursacht eine Zunahme der Anzahl der Entwicklungsschritte einer Leistungsumsetzungsvorrichtung. Ferner besteht eine Möglichkeit, dass eine Grundschwingungskomponente als die Stromschwebungskomponente detektiert wird, wenn in einem niedrigdrehenden Bereich, in dem es unwahrscheinlich ist, dass eine Stromschwebung auftritt, eine Frequenz der angenommenen Stromschwebungskomponente im Wesentlichen gleich einer Grundfrequenz ist. In diesem Fall ist es notwendig, eine Kompensationsoperation für die Stromschwebungskomponente anzuhalten, was einen Betrieb eines für die Drehmomentsteuerung des Motors wesentlichen Stromsteuersystems wahrscheinlich negativ beeinflusst.
Ferner wird in dem in PTL 2 beschriebenen Verfahren die PLL verwendet, um die Stromschwebungskomponente in die Amplitude und in die Phase umzusetzen. Dieses Verfahren weist ein Problem auf, dass das Ansprechen langsam ist, wenn eine Frequenz der Stromschwebungskomponente unbekannt ist.
Ferner ist es in dem in PTL 3 beschriebenen Verfahren unmöglich, die Stromschwebungskomponente prinzipiell vollständig zu unterdrücken, da ein P-Kompensator verwendet wird.
Darüber hinaus ist es in dem in PTL 4 beschriebenen Verfahren möglich, eine durch die Pulsation der Gleichspannung des Wechselrichters verursachte Stromschwebungserscheinung zu unterdrücken, während es schwierig ist, eine durch andere Faktoren verursachte Stromschwebungserscheinung zu unterdrücken.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die keine Anpassungsarbeit erfordert und die eine Stromschwebung unabhängig von einem Betriebszustand eines Motors unterdrücken kann, und eines Kraftfahrzeugsystems, das diese enthält.
Lösung des Problems
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist die vorliegende Erfindung wie folgt konfiguriert.
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält: einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt und einen Wechselstrommotor ansteuert; und eine Schwebungskompensationseinheit, die eine Stromschwebungskomponente eines Ausgangsstroms des Wechselrichters unterdrückt. Die Schwebungskompensationseinheit enthält eine Schwebungsauskopplungseinheit, die eine Schwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters berechnet, und eine Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit, die aus der durch die Schwebungsauskopplungseinheit berechneten Schwebungskomponente eine Schwebungskompensationsspannung schätzt, und unterdrückt auf der Grundlage der durch die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit geschätzten Schwebungskompensationsspannung die Stromschwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters.
Ein Kraftfahrzeugsystem enthält: einen Motor, der ein Fahrzeug antreibt; und eine Motorsteuervorrichtung, die den Motor steuert. Die Motorsteuervorrichtung enthält eine Leistungsumsetzungsvorrichtung. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält: einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt und einen Wechselstrommotor ansteuert; und eine Schwebungskompensationseinheit, die eine Stromschwebungskomponente eines Ausgangsstroms des Wechselrichters unterdrückt. Die Schwebungskompensationseinheit enthält eine Schwebungsauskopplungseinheit, die eine Schwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters berechnet, und eine Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit, die aus der durch die Schwebungsauskopplungseinheit berechneten Schwebungskomponente eine Schwebungskompensationsspannung schätzt, und unterdrückt auf der Grundlage der durch die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit geschätzten Schwebungskompensationsspannung die Stromschwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Leistungsumsetzungsvorrichtung, die die Anpassungsarbeit nicht erfordert und die eine Stromschwebung unabhängig von dem Betriebszustand des Motors unterdrücken kann, und das Kraftfahrzeugsystem, das diese enthält, zu schaffen.
Weitere Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen, die oben nicht beschrieben worden sind, gehen aus im Folgenden zu beschreibenden Ausführungsformen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die eine Stromlaufplankonfiguration einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Verarbeitungsblockschaltplan zur Beschreibung der Verarbeitung eines Controllers der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Darstellung, die eine Dreiphasenstrom-Signalform (experimentelle Signalform) darstellt, wenn wegen einer Spannungsdifferenz zwischen einem positiven Ausgang und einem negativen Ausgang eines Wechselrichters eine Stromschwebung auftritt.
4 ist ein interner Blockschaltplan, der einen Verarbeitungsinhalt einer Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
5 ist ein interner Blockschaltplan, der einen Verarbeitungsinhalt einer Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Graph zur Beschreibung der Verarbeitung einer Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit in der zweiten Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Kraftfahrzeugsystems gemäß einer dritten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Übrigens sind dieselben Elemente in den jeweiligen Zeichnungen durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ist ihre redundante Beschreibung weggelassen.
Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Stromlaufplankonfiguration einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung eines Motors 2 in 1 enthält hauptsächlich einen Wechselrichter 1, eine Batterie 3, einen Controller 4 und dergleichen.
Der Wechselrichter 1 ist ein Dreiphasenspannungstyp-Zweipegelwechsel richter.
Der Motor 2 ist mit einem Antriebsmechanismus eines später zu beschreibenden Kraftfahrzeugsystems verbunden und der Motor 2 dreht sich, um ein Fahrzeug vorzutreiben. Der Motor 2 der ersten Ausführungsform ist ein Wechselstrommotor und ist ein Dreiphasen-Innenpermanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM). Der Motor 2 arbeitet durch eine Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Fluss, der von einem in einem Rotor (nicht dargestellt) vorgesehenen Permanentmagneten erzeugt wird, und einem Magnetfeld, das durch Ströme iu, iv und iw erzeugt wird, die durch an einem Anker befestigte Dreiphasenwicklungen 5, 6 und 7 fließen. Hier repräsentieren iu, iv und iw in dieser Reihenfolge einen U-Phasen-Strom, einen V-Phasen-Strom und einen W-Phasen-Strom.
Der Motor 2 enthält einen Magnetpol-Positionssensor 8. Der Magnetpol-Positionssensor 8 weist eine Funktion zum Detektieren einer Magnetpolposition des Rotors des Motors 2 als einen Drehwinkel auf. Der Magnetpol-Positionssensor 8 gibt ein in den Controller 4 einzugebendes Magnetpol-Positionssignal 9 (θ) aus. Die Verarbeitung des Magnetpol-Positionssignals 9 (θ) in dem Controller 4 wird später anhand von 2 beschrieben.
Der Stromsensor 10 detektiert durch die Wicklungen 5, 6 und 7 fließende Ströme, gibt auf der Grundlage der detektierten Ströme ein U-PhasenStromsensorsignal 11 (ein Signal, das den Strom iu angibt), ein V-PhasenStromsensorsignal 12 (ein Signal, das den Strom iv angibt) und ein W-PhasenStromsensorsignal 13 (ein Signal, das den Strom iw angibt) aus, die in den Controller 4 eingegeben werden sollen.
Die Verarbeitung der Stromsensorsignale 11, 12 und 13 in dem Controller 4 wird ebenfalls später anhand von 2 beschrieben.
Der Wechselrichter 1 enthält Schaltelemente 14, 15, 16, 17, 18 und 19 und Freilaufdioden 20, 21, 22, 23, 24 und 25. Jedes der Schaltelemente 14 bis 19 der ersten Ausführungsform ist ein Si-IGBT und enthält einen Gateanschluss, einen Kollektoranschluss und einen Emitteranschluss. Jede der Freilaufdioden 20 bis 25 ist zwischen den Kollektoranschluss und den Emitteranschluss jedes der Schaltelemente 14 bis 19 geschaltet.
Wenn der Kollektoranschluss in jedem der Schaltelemente 14 bis 19 ein höheres Potential als der Emitteranschluss aufweist, verhindert jede der Freilaufdioden 20 bis 25, dass über die Freilaufdioden 20 bis 25 ein Strom fließt, und verhindert sie, dass an die Schaltelemente 14 bis 19 eine hohe Sperrspannung angelegt wird. Das Ein- und Ausschalten jedes der Schaltelemente 14 bis 19 wird durch jedes der Gateansteuersignale 26, 27, 28, 29, 30 und 31 ausgeführt, die mit den Gateanschlüssen der jeweiligen Schaltelemente 14 bis 19 verbunden sind.
Durch den Controller 4 werden sechs Gatesignale 32 erzeugt, die die Grundlage der Gateansteuersignale 26 bis 31 sind, und an die Gateansteuerschaltung 35 ausgegeben. Die Gateansteuerschaltung 35 setzt die Gatesignale 32 in Potentiale um, die notwendig sind, um die Schaltelemente 14, 15, 16, 17, 18 und 19 zwischen ein und aus zu schalten, und gibt die Gateansteuersignale 26, 27, 28, 29, 20 und 31 aus. Die Erzeugung des Gatesignals 32 in dem Controller 4 wird später anhand von 2 beschrieben.
Der Emitteranschluss des Schaltelements 14 und der Kollektoranschluss des Schaltelements 15 sind miteinander verbunden und ihr Verbindungspunkt ist mit der Wicklung 5 verbunden, um das Fließen des Stroms iu zu ermöglichen. Der Emitteranschluss des Schaltelements 16 und der Kollektoranschluss des Schaltelements 17 sind miteinander verbunden und ihr Verbindungspunkt ist mit der Wicklung 6 verbunden, um das Fließen des Stroms iv zu ermöglichen. Der Emitteranschluss des Schaltelements 18 und der Kollektoranschluss des Schaltelements 19 sind miteinander verbunden und ihr Verbindungspunkt ist mit der Wicklung 7 verbunden, um das Fließen des Stroms iw zu ermöglichen. Die Kollektoranschlüsse der Schaltelemente 14, 16 und 18 sind miteinander verbunden und sind mit einer Gleichstromwicklung 33 auf hohem Potential verbunden. Ferner sind die Emitteranschlüsse der Schaltelemente 15, 17 und 19 miteinander verbunden und mit einer Gleichstromwicklung 34 auf tiefem Potential verbunden.
Im Ergebnis schaltet der Controller 4 die Schaltelemente 14, 15, 16, 17, 18 und 19 auf der Grundlage der erzeugten Gatesignale 32 zu geeigneten Zeitpunkten ein und aus und steuert er die durch die Wicklungen 5, 6 und 7 fließenden Ströme iu, iv und iw, um eine Drehungssteuerung des Motors 2 zu verwirklichen. Das Gatesignal 32 weist die Form eines Pulsbreitenmodulationssignals (PWM-Signals) derart auf, dass die Ströme iu, iv und iw sinusförmige Signale sind, die um 120 Grad voneinander verschiedene Phasen aufweisen.
Ein Spannungssensor 36 ist mit der Gleichstromwicklung 33 auf hohem Potential und mit der Gleichstromwicklung 34 auf tiefem Potential verbunden und detektiert eine Potentialdifferenz dazwischen. Da die Potentialdifferenz zwischen der Gleichstromwicklung 33 auf hohem Potential und der Gleichstromwicklung 34 auf tiefem Potential üblicherweise eine Hochspannung z. B. von 100 V oder mehr ist, erzeugt der Spannungssensor 36 ein Gleichspannungs-Sensorsignal 37 (Vdc), das in eine durch den Controller 4 detektierbare Niederspannung umgesetzt wird, und gibt das Gleichspannungs-Sensorsignal in den Controller 4 ein.
Zwischen die Gleichstromwicklung 33 auf hohem Potential und die Gleichstromwicklung 34 auf tiefem Potential ist ein in dem Wechselrichter 1 enthaltener Glättungskondensator 38 geschaltet. Der Glättungskondensator 38 weist eine Funktion zum Unterdrücken einer durch jede Schaltoperation der Schaltelemente 14 bis 19 erzeugten Pulsation einer Gleichspannung auf.
In der Batterie 3 ist ein Anschluss auf der Seite des hohen Potentials der Batterie 3 mit der Gleichstromwicklung 33 auf hohem Potential verbunden und ist ein Anschluss auf der Seite des tiefen Potentials der Batterie 3 mit der Gleichstromwicklung 34 auf tiefem Potential verbunden. Im Ergebnis dient die Batterie 3 als eine Gleichstrom-Leistungsversorgung, die dem Wechselrichter 1 und dem Motor 2 Leistung zuführt.
In den Controller 4 wird ein von einem Host-Controller eines Fahrzeugs wie etwa einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gegebener Drehmomentbefehl 39 (T*) eingegeben. Der Controller 4 führt auf der Grundlage des Drehmomentbefehls 39 (T*) eine Drehmomentsteuerung des Motors 2 aus.
2 ist ein Verarbeitungsblockschaltplan, der die Verarbeitung des Controllers 4 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 2 enthalten Verarbeitungsblöcke des Controllers 4 eine Strombefehls-Berechnungseinheit 40, eine Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 41, eine Stromsteuereinheit 42, eine Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 43, eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit 44, eine PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit (Steuersignal-Erzeugungseinheit) 45, eine Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46, eine Abweichungsberechnungseinrichtung 47 und eine Abweichungsberechnungseinrichtung 48. Die Strombefehls-Berechnungseinheit 40, die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 41, die Stromsteuereinheit 42, die Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 43, die Abweichungsberechnungseinrichtung 47 und die Abweichungsberechnungseinrichtung 48 bilden eine Dreiphasen-Spannungsbefehlswert-Erzeugungseinheit.
Der Controller 4 führt die Drehsteuerung dadurch aus, dass er veranlasst, dass die Dreiphasenströme iu, iv und iw durch den Motor 2 fließen. Innerhalb des Controllers 4 wird ein sogenanntes Stromvektor-Steuerverfahren verwendet, in dem die Verarbeitung in einem Koordinatensystem ausgeführt wird, das durch Umsetzen einer festen Dreiphasenkoordinate in eine durch eine d-Achse und eine q-Achse repräsentierte sich drehende Zweiphasenkoordinate erhalten wird.
Die Strombefehls-Berechnungseinheit 40 berechnet einen d-Achsen-Strombefehlswert id* und einen q-Achsen-Strombefehlswert iq*. Der Drehmomentbefehl 39 (T*), eine Drehwinkelgeschwindigkeit ω und das Gleichspannungs-Sensorsignal 37 (Vdc) werden in die Strombefehls-Berechnungseinheit 40 eingegeben und aus diesen Eingaben werden der d-Achsen-Strombefehlswert id* und der q-Achsen-Strombefehlswert iq* berechnet.
Die Drehwinkelgeschwindigkeit ω wird auf der Grundlage des Magnetpol-Positionssignals 9 (θ) durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 44 berechnet.
In einem Synchronmotor mit einer magnetischen Salienz wie etwa einem IPMSM ist ein Drehmoment T durch die folgende Formel (1) ausgedrückt und hängt es von einem Strom ab.
$T = Pp \cdot {F + (Ld - Lq) id \cdot iq}$
In Formel (1) ist id ein d-Achsen-Strom, ist iq ein q-Achsen-Strom, ist Pp die Anzahl der Polpaare, ist Ld eine d-Achsen-Induktivität, ist Lq eine q-Achsen-Induktivität und ist F ein magnetischer Fluss.
Das Magnetpol-Positionssignal 9 (θ) wird in die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 41 und in die Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 43 eingegeben und wird zur Umsetzung zwischen einer Zweiphasenkoordinate und einer Dreiphasenkoordinate der d-Achse und der q-Achse verwendet.
Die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 41 führt auf der Grundlage von Informationen über das Magnetpol-Positionssignal 9 (θ) an den Stromsensorsignalen 11 (iu), 12 (iv) und 13 (iw) die Koordinatenumsetzung in die d-Achse und in die q-Achse aus und gibt einen d-Achsen-Detektionsstrom id und einen q-Achsen-Detektionsstrom iq aus.
Die Abweichungsberechnungseinrichtung 47 berechnet eine Abweichung zwischen dem von der Strombefehls-Berechnungseinheit 40 ausgegebenen d-Achsen-Strombefehlswert id* und dem von der Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 41 ausgegebenen d-Achsen-Erfassungsstrom id und gibt an die Stromsteuereinheit 42 eine d-Achsen-Stromabweichung Δid aus.
Die Abweichungsberechnungseinrichtung 48 berechnet eine Abweichung zwischen dem von der Strombefehls-Berechnungseinheit 40 ausgegebenen q-Achsen-Strombefehlswert iq* und dem von der Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 41 ausgegebenen q-Achsen-Erfassungsstrom iq und gibt an die Stromsteuereinheit 42 eine q-Achsen-Stromabweichung Δiq aus.
Die Stromsteuereinheit 42 führt eine Rückkopplungsregelung der Art aus, dass der d-Achsen-Differenzstrom Δid und die q-Achsen-Stromabweichung Δiq, die jeweils eine Abweichung zwischen einem Befehlswert, der ein Zielwert ist, und einem Messwert, der ein Ausgabewert ist, angeben, null werden, und berechnet einen d-Achsen-Spannungsbefehl Vd* und einen q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* als Spannungsbefehle und gibt sie aus, um die Ausgabewerte zu aktualisieren. Die Rückkopplungsregelung in der Stromsteuereinheit 42 wird z. B. durch eine PI-Regelung ausgeführt.
Der d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd* und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq*, die von der Stromsteuereinheit 42 ausgegeben werden, werden in die Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 43 eingegeben, wodurch auf der Grundlage des Magnetpol-Positionssignals 9 (θ) Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte Vu*, Vv* und Vw* berechnet und ausgegeben werden.
Die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 und eine Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 sind Prozesse in Bezug auf die vorliegende Erfindung und werden in einer typischen Stromvektorsteuerung nicht verwendet.
Somit werden in der typischen Stromvektorsteuerung die Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte Vu*, Vv* und Vw*, die die Ausgaben der Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 43 sind, ohne irgendeine Verarbeitung in die PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit 45 eingegeben.
In der typischen Stromvektorsteuerung vergleicht die PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit (Steuersignal-Erzeugungseinheit) 45 die Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte Vu*, Vv* und Vw* mit einer Trägerschwingung (nicht dargestellt), um die sechs Gatesignale 32 zu erzeugen, die PWM-Signale sind, und gibt sie die Gate-Signale an die Gateansteuerschaltung 35 aus.
In der ersten Ausführungsform ist eine sogenannte asynchrone PWM angenommen, in der sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters 1 nicht ununterbrochen in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit (Frequenz) des Motors 2 ändert. Somit ändert sich die Frequenz (Trägerfrequenz) der Trägerschwingung nicht ununterbrochen in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit.
Das Obige ist die typische Steuerungsverarbeitung des Controllers 4.
Nachfolgend wird ein Prinzip des Auftretens einer Stromschwebungserscheinung, die in der vorliegenden Erfindung ein Problem ist, zusammengefasst.
Faktoren, die eine Stromschwebung verursachen, enthalten die Folgenden.

(1) Eine Erscheinung wegen einer Pulsation einer Eingangsgleichspannung eines Wechselrichters.
(2) Eine Erscheinung wegen eines Fehlers eines für die Stromvektorsteuerung verwendeten Stromdetektionswerts, wegen Fehlern eines Magnetpolpositionssignals und wegen eines Schätzwerts und einer elektrischen und mechanischen Struktur eines Motors.
(3) Eine Erscheinung wegen einer Spannungsdifferenz zwischen einem positiven Ausgang und einem negativen Ausgang eines Wechselrichters.

(1) bezieht sich auf eine Erscheinung, die wahrscheinlich hauptsächlich in einem System auftritt, das mit einem Wechselstrom-Leistungssystem verbunden ist und in dem eine Leistungspulsation, wenn Systemleistung durch einen Gleichrichter in Gleichstrom gleichgerichtet wird, eine Schwebung eines Wechselstroms eines Wechselrichters veranlasst. Eine Frequenz einer Stromschwebung ist durch eine Beziehung zwischen einer Pulsationsfrequenz einer Gleichspannung und einer Grundfrequenz des Wechselrichters eindeutig bestimmt. In PTL 2, PTL 3 und PTL 4 beschriebene Techniken sind auf diese Erscheinung gerichtet.
PTL 1 beschreibt, dass (2) auftritt, wenn eine schnelle Stromvektorsteuerung insbesondere in einem Übermodulationsgebiet oder in einem Rechteckschwingungs-Ansteuergebiet, in dem eine Modulationsrate eines Wechselrichters groß ist, schwierig auszuführen ist.
Es ist schwierig, eine Frequenz einer Stromschwebung, die von der in (1) beschriebenen Erscheinung verschieden ist, analytisch zu erhalten.
PTL 1 ist auf dieser Erscheinung gerichtet.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Stromschwebungserscheinung gemäß (3) gerichtet. (3) tritt auf, wenn eine Trägerfrequenz relativ zu einer Grundfrequenz nicht ausreichend ist. Insbesondere tritt dies bemerkenswert in einem System auf, das eine asynchrone PWM und eine Aktualisierungszeiteinstellung eines Spannungsbefehlswerts für jeden Trägerzyklus ausführt. Es ist schwierig, eine Frequenz einer Stromschwebung analytisch zu erhalten, was ähnlich der in (2) beschriebenen Erscheinung ist.
Nachfolgend werden die Schwebungsunterdrückungsverarbeitung und eine Konfiguration eines Steuersystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie oben beschrieben ist, sind zu dem Controller 4 die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 und die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 hinzugefügt.
Der Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 werden die Phasenströme iu, iv und iw von dem Stromsensor 10 zugeführt und werden der d-Achsen-Strombefehlswert id* und der q-Achsen-Strombefehlswert iq* von der Strombefehls-Berechnungseinheit 40 zugeführt. Ferner wird der Schwebungsstromunterdrückungs-Steuereinheit 46 das Magnetpol-Positionssignal 9 (θ) von dem Magnetpol-Positionssensor 8 zugeführt und wird ihr die Winkelgeschwindigkeit ω von der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 44 zugeführt.
Daraufhin detektiert die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 Schwebungskomponenten der Dreiphasenströme iu, iv und iw und gibt sie an die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** aus.
Die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 subtrahiert die von der der Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 ausgegebenen Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** von den von der Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 43 ausgegebenen Dreiphasen-Spannungsbefehlswerten Vu*, Vv* und Vw*, um neue Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte (Kompensations-Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte) Vu**, Vv** und Vw** zu berechnen, die in die PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit 45 eingegeben werden sollen. Die berechneten Kompensations-Dreiphasen-Spannungsbefehlswerte Vu**, Vv** und Vw** werden in die PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit 45 eingegeben. Daraufhin wird durch die PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit 45 das Gatesignal 32 erzeugt und an die Gateansteuerschaltung 35 ausgegeben.
3 ist eine Ansicht, die eine Dreiphasenstrom-Signalform (experimentelle Signalform) darstellt, wenn die obige Erscheinung (3) auftritt, d. h., wenn wegen der Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Ausgang und dem negativen Ausgang des Wechselrichters in der in 1 dargestellten Leistungsumsetzungsvorrichtung der ersten Ausführungsform, die die Ansicht ist, die ein Beispiel darstellt, falls eine Grundfrequenz 500 Hz ist, die Stromschwebung auftritt.
Eine in (A) aus 3 dargestellte Signalform repräsentiert eine Signalform vor der Stromschwebungsunterdrückung und (B) aus 3 stellt eine Signalform dar, nachdem die Stromschwebung durch die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterdrückt worden ist. Von oben sind dann in (A) und (B) aus 3 der U-Phasen-, der V-Phasen- und der W-Phasen-Strom dargestellt.
Wie in (A) aus 3 dargestellt ist, kann bestätigt werden, dass eine Stromschwebung von etwa 40 Hz auftritt, während die Grundfrequenz des Stroms 500 Hz ist.
Wie in (B) aus 3 dargestellt ist, kann andererseits bestätigt werden, dass die Stromschwebung von den Strömen iu, iv und iw mit der Grundfrequenz von 500 Hz unterdrückt wird.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf die Stromschwebungserscheinung gerichtet, die durch den Faktor in (3) verursacht wird, wobei die Stromschwebung aber sogar unterdrückt werden kann, falls die Stromschwebungserscheinung wegen der Faktoren (1) und (2) auftritt.
4 ist ein interner Blockschaltplan, der einen Verarbeitungsinhalt der Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 in 4 enthält eine Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 50, eine Magnetpolpositions-Korrektureinheit 51, einen Subtrahierer 52, eine Einheit 53 für inverses Motormodell, ein Tiefpassfilter 54 und einen Rückkopplungskreis 55. Die Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 50, die Magnetpolpositions-Korrektureinheit 51 und der Subtrahierer 52 bilden eine Schwebungsauskopplungseinheit. Die Schwebungsauskopplungseinheit berechnet eine Stromschwebungskomponente eines Ausgangsstroms des Wechselrichters 1.
Wenn in den Phasenströmen iu, iv und iw eine Stromschwebungserscheinung auftritt, schätzt die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 eine Störungsspannung, die eine derartige Stromschwebung erzeugt, und gibt Kompensationsspannungen (Störungsschätzungsspannungen) ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** aus.
Die Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 50 berechnet auf der Grundlage einer von der Magnetpolpositions-Korrektureinheit 51 ausgegebenen korrigierten Magnetpolposition θ' Dreiphasen-Strombefehlswerte iu*, iv* und iw* des d-Achsen-Strombefehlswerts id* und des q-Achsen-Strombefehlswerts iq* von der Strombefehls-Berechnungseinheit 40.
Die Magnetpolpositions-Korrektureinheit 51 berechnet aus der von der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 44 ausgegebenen Winkelgeschwindigkeit ω unter Verwendung einer Winkelkorrekturverstärkung Kω einen Magnetpolpositions-Korrekturwinkel Δθ, addiert den Magnetpolpositions-Korrekturwinkel Δθ zu dem von dem Magnetpol-Positionssensor 8 ausgegebenen Magnetpol-Positionssignal 9 (θ) und berechnet die korrigierte Magnetpolposition θ' und gibt sie aus. Die Winkelkorrekturverstärkung Kω ist eine Dimension der Zeit und korrigiert eine Phasendifferenz zwischen jedem der Phasenströme iu, iv und iw und jedem der durch eine Detektionsverzögerung des Stromsensors 10 oder dergleichen verursachten Phasen-Strombefehlswerte iu*, iv* und iw*.
Der Subtrahierer 52 subtrahiert die Phasen-Strombefehlswerte iu*, iv* und iw* von den Phasenströmen iu, iv und iw, um die Stromschwebungskomponenten Δiu, Δiv und Δiw auszukoppeln.
Die Einheit 53 für inverses Motormodell empfängt von dem Subtrahierer 52 die Stromschwebungskomponenten Δiu, Δiv und Δiw und gibt Störungsschätzungsspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* aus, die Stromschwebungen erzeugen. Eine Funktion der Einheit 53 für inverses Motormodell ist durch eine Übertragungsfunktion G₁(s) in der folgenden Formel (2) ausgedrückt.
$G_{1} (s) = K_{1} s / (Tds + 1) + K_{0}$
In der obigen Formel (2) ist s ein Laplace-Operator, ist Td eine PseudoDifferentiator-Zeitkonstante und sind K₁ und Ko Steuerverstärkungen.
Da ein reines inverses Modell eine Differentialoperation enthält, ist der erste Term auf der rechten Seite der obigen Formel (2) ein Pseudodifferentiator (Hochpassfilter).
Das Tiefpassfilter 54 entfernt den von der Einheit 53 für inverses Motormodell ausgegebenen Störungsschätzungsspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* überlagertes Rauschen und gibt die Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** aus. Da eine Rauschkomponente gelegentlich durch die Einheit 53 für inverses Motormodell verstärkt wird, wird die Rauschkomponente durch das Tiefpassfilter 54 entfernt.
Eine Funktion des Tiefpassfilters 54 ist durch eine Übertragungsfunktion in der folgenden Formel (3) ausgedrückt.
$G_{2} (s) = 1 / (TLs + 1)$
In der obigen Formel (3) ist TL eine Tiefpassfilter-Zeitkonstante. Üblicherweise sind die Zeitkonstanten als TL >> Td eingestellt.
Der Rückkopplungskreis 55 koppelt die Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** zu dem Eingang des Tiefpassfilter 54 zurück. Mit diesem Rückkopplungskreis wird die Stromschwebung durch die Stromschwebungsregelung vollständig unterdrückt und halten die Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** die Ausgaben selbst dann, wenn ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* null werden, so dass die Kompensation fortgesetzt werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, koppelt die Schwebungsauskopplungseinheit in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Stromschwebungskomponenten Δiu, Δiv und Δiw aus den durch den Stromsensor 10 detektierten Dreiphasen-Stromsignalen iu, iv und iw aus, setzt die Einheit 53 für inverses Motormodell die ausgekoppelten Stromschwebungskomponenten Δiu, Δiv und Δiw in die Störungsschätzungsspannungen ΔVu*, ΔVv* und ΔVw* um und entfernt das Tiefpassfilter 54 das Rauschen, wodurch die Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** geschätzt werden. Daraufhin werden die geschätzten Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** durch die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 von den Dreiphasen-Spannungsbefehlswerten Vu*, Vv* und Vw* subtrahiert, um die Kompensation auszuführen, und der PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit 45 zugeführt, die den Wechselrichter 1 ansteuert. Das Gatesignal 32 wird von der PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit 45 der Gateansteuerschaltung 35 zugeführt und die Gateansteuersignale 26 bis 31 werden an den Wechselrichter 1 ausgegeben, der den Motor 2 ansteuert.
Somit ist es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, die Leistungsumsetzungsvorrichtung zu verwirklichen, die keine Anpassungsarbeit erfordert und die die Stromschwebung unabhängig von einem Betriebszustand des Motors unterdrücken kann.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
5 ist ein interner Blockschaltplan, der einen Verarbeitungsinhalt der Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In dem in 5 dargestellten Beispiel sind zu dem internen Block der in 4 dargestellten Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 der ersten Ausführungsform eine Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 und ein Ausgabeeinstellungsmultiplizierer 57 hinzugefügt. Andere Konfigurationen in der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie jene in der ersten Ausführungsform, so dass ihre Darstellung und ausführliche Beschreibung weggelassen werden.
Wenn die Geschwindigkeit des Motors 2 niedrig ist und eine angenommene Frequenz einer Stromschwebungskomponente nahe einer Grundfrequenz eines Phasenstroms ist, besteht eine Möglichkeit, dass es für die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 schwierig ist, eine Schwebungskompensationsspannung richtig zu berechnen.
Ferner ist die Geschwindigkeit des Motors 2 sehr hoch, wird der Einfluss einer Detektionsverzögerung oder eine Berechnungsverzögerung der Dreiphasenströme iu, iv und iw groß und ist es schwierig, mit dem Subtrahierer 52 eine richtige Stromschwebung auszukoppeln. In einem derartigen Fall wird ein Betrieb der Stromsteuereinheit 42 negativ beeinflusst und besteht eine Möglichkeit, dass es schwierig ist, ein Ausgangsdrehmoment des Motors 2 richtig zu steuern.
Da die Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 die Schwebungskompensation in einem Geschwindigkeitsgebiet, in dem in einem Betrieb der Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 wahrscheinlich ein Problem auftritt, anhält, kann der Einfluss der Störung beseitigt werden. Das heißt, der Betrieb der Unterdrückung der Schwebungskomponente wird in Übereinstimmung mit der durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit 44 berechneten Winkelgeschwindigkeit ω angehalten.
In 5 empfängt die Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 2, die der Absolutwertverarbeitung ausgesetzt worden ist, und stellt die von dem Tiefpassfilter 54 ausgegebenen Schwebungskompensationsspannungen ΔVu**, ΔVv** und ΔVw** in Übereinstimmung mit der Winkelgeschwindigkeit des Motors 2 ein.
6 ist ein Graph zur Beschreibung der Verarbeitung der Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 in der zweiten Ausführungsform.
In 6 repräsentiert die vertikale Achse einen Ausgabewert der Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 und repräsentiert die horizontale Achse die in die Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 eingegebene Winkelgeschwindigkeit ω von der Geschwindigkeitsberechnungseinheit 44.
Wenn der Motor 2 mit einer Winkelgeschwindigkeit zwischen den Winkelgeschwindigkeiten ω_min1 und ω_max1 betrieben wird, führt die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 eine Schwebungskompensation aus. Das heißt, der Ausgabewert der Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 ist 1 und wird dem Ausgabeeinstellungsmultiplizierer 57 zugeführt und eine Ausgabe von dem Tiefpassfilter 54 wird mit 1 multipliziert, wodurch die Ausgabe von dem Tiefpassfilter 54 an die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 ausgegeben wird.
Wenn der Motor 2 mit einer Winkelgeschwindigkeit gleich der oder kleiner als die Winkelgeschwindigkeit ω_min0 (minimale Winkelgeschwindigkeit (erste Winkelgeschwindigkeit)) betrieben wird oder gleich oder größer als ω_max0 (maximale Winkelgeschwindigkeit (vierte Winkelgeschwindigkeit)) betrieben wird, wird die Schwebungskompensation angehalten. Das heißt, der Ausgabewert der Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 ist 0 und wird dem Ausgabeeinstellungsmultiplizierer 57 zugeführt und eine Ausgabe von dem Tiefpassfilter 54 wird mit 0 multipliziert, wodurch die Ausgabe von dem Tiefpassfilter 54 nicht an die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 ausgegeben wird.
Bis die Geschwindigkeit gleich oder kleiner als ω_min1 (zweite Winkelgeschwindigkeit) wird, nachdem sie die Winkelgeschwindigkeit ω_min0 (erste Winkelgeschwindigkeit) überschritten hat, nimmt der Ausgabewert der Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 allmählich mit einem beliebigen Gradienten von 0 auf 1 zu.
Ferner nimmt der Ausgabewert der Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 allmählich mit einem beliebigen Gradienten von 1 auf 0 ab, bis die Geschwindigkeit ω_max0 (vierte Winkelgeschwindigkeit) wird, nachdem sie gleich der oder größer als die Winkelgeschwindigkeit ω_max1 (dritte Winkelgeschwindigkeit) gewesen ist.
Auf diese Weise wird der Schwebungskompensationsbetrag mit einem beliebigen Gradienten der Winkelgeschwindigkeit von der Winkelgeschwindigkeit ω_min0 bis ω_max1 und der Winkelgeschwindigkeit von der Winkelgeschwindigkeit ω_max1 bis ω_max0 erhöht oder verringert.
Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ähnlich der ersten Ausführungsform ist, möglich, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung zu verwirklichen, die keine Anpassungsarbeit erfordert und die die Stromschwebung unabhängig von einem Betriebszustand des Motors unterdrücken kann.
Darüber hinaus wird die Schwebungskompensation gemäß der zweiten Ausführungsform in einem Geschwindigkeitsgebiet, in dem die Geschwindigkeit des Motors 2 gleich der oder kleiner als die minimale Geschwindigkeit ist, und in einem Geschwindigkeitsgebiet, in dem die Geschwindigkeit gleich der oder größer als die maximale Geschwindigkeit ist, angehalten. Somit kann das Ausgangsdrehmoment des Motors 2 selbst in einem Fall, dass die Geschwindigkeit des Motors 2 niedrig ist und die angenommene Frequenz der Stromschwebungskomponente nahe der Grundfrequenz des Phasenstroms ist, oder selbst in einem Fall, dass die Geschwindigkeit des Motors 2 sehr hoch ist und dass der Einfluss der Detektionsverzögerung oder der Berechnungsverzögerung der Dreiphasenströme iu, iv und iw groß wird, richtig gesteuert werden.
Es wird angemerkt, dass der Schwebungskompensationsbetrag mit einem beliebigen Gradienten der Winkelgeschwindigkeit zwischen der Winkelgeschwindigkeit ω_min0 und ω_min1und der Winkelgeschwindigkeit zwischen der Winkelgeschwindigkeit ω_max1 und ω_max0 erhöht oder verringert wird. Allerdings kann anstelle des Erhöhens oder Verringerns des Schwebungskompensationsbetrags mit einem beliebigen Gradienten der Ausgabewert der Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 auf 1 eingestellt werden, wenn die Geschwindigkeit gleich oder größer als ω_min1wird, kann der Ausgabewert von 0 auf 1 verringert werden, wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich oder größer als ω_max1 wird, und kann der Ausgabewert auf 0 eingestellt werden, wenn die Geschwindigkeit kleiner als ω_min1 wird.
(Dritte Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die dritte Ausführungsform ist ein Beispiel eines Kraftfahrzeugsystems, das eine Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält.
7 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung des Kraftfahrzeugsystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es wird hier ein Beispiel des Kraftfahrzeugsystems beschrieben, das mit der Leistungsumsetzungsvorrichtung entweder der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist.
Wie in 7 dargestellt ist, sind in einem Kraftfahrzeugsystem 58 ein Paar Achsen 59 und 60 an einer Fahrzeugkarosserie schwenkbar gestützt. An beiden Enden der Achse 59 sind ein Rad 61 und ein Rad 62 befestigt und an beiden Enden der anderen Achse 60 sind ein Rad 63 und ein Rad 64 befestigt. Der Motor 2 ist mit der einen Achse 59 verbunden und die Drehleistung des Motors 2 wird über die Achse 59 an die Räder 61 und 62 übertragen.
Eine Motoransteuervorrichtung (Motorsteuervorrichtung) 65 empfängt ein durch ein Host-System wie etwa eine ECU erzeugtes Befehlsdrehmoment T* und steuert den Motor 2 an. Die Motoransteuervorrichtung 65 enthält die Leistungsumsetzungsvorrichtung der ersten oder der zweiten Ausführungsform.
Falls die vorliegende Erfindung auf das Kraftfahrzeugsystem 58 angewendet ist, ist es möglich, ein Problem, dass ein Überstromschutz wegen einer Stromschwebung wirkt und ein Wechselrichter anhält, zu vermeiden.
Somit kann die Betriebsqualität des Kraftfahrzeugsystems 58 verbessert werden und kann die Zuverlässigkeit verbessert werden.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Verschlechterung der Motoreffizienz wegen einer Stromschwebungserscheinung zu unterdrücken. Im Ergebnis kann in dem Kraftfahrzeugsystem 58 die Verbesserung der Elektrizitätskosten erwartet werden.
Obwohl die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 und die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 in 2 in der oben beschriebenen Ausführungsform getrennt vorgesehen sind, ist es ebenfalls möglich, eine Konfiguration anzunehmen, in der die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 in der Weise enthält, dass der Dreiphasen-Spannungsbefehlswert von der Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit 43 an die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 ausgegeben wird. Die Konfiguration, in der die Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit 46 die Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit 49 enthält, ist als eine Schwebungskompensationseinheit definiert.
Ferner sind die Einheit 53 für inverses Motormodell und das Tiefpassfilter 54 in 4 in der oben beschriebenen Ausführungsform getrennt vorgesehen, wobei aber die Einheit 53 für inverses Motormodell und das Tiefpassfilter 54 als ein Funktionsblock einteilig konfiguriert sein können. Die Einheit 53 für inverses Motormodell und das Tiefpassfilter 54 als ein Funktionsblock sind als eine Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit definiert. Die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit schätzt eine Spannung, die eine Stromschwebungskomponente des Wechselrichters 1 erzeugt.
Ferner können die Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 und der Ausgabeeinstellungsmultiplizierer 57 als ein Funktionsblock konfiguriert sein. Die Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit 56 und der Ausgabeeinstellungsmultiplizierer 57 als ein Funktionsblock können als eine Ausgabeeinstelleinheit definiert sein.
Übrigens ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern enthält sie verschiedene Änderungen.
Zum Beispiel sind die oben beschriebenen Beispiele ausführlich beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung auf leicht verständliche Weise zu beschreiben, und sind sie nicht notwendig auf eines beschränkt, das die Gesamtkonfiguration, die oben beschrieben worden ist, enthält.
Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform durch die Konfiguration eine anderen Ausführungsform ersetzt werden und kann zu der Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform die Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden.
Ferner kann in Bezug auf einige Konfigurationen jeder Ausführungsform eine Hinzufügung, eine Beseitigung oder eine Ersetzung anderer Konfigurationen vorgenommen werden. Beispiele dafür sind wie folgt dargestellt.
Das in dem Wechselrichter 1 verwendete Schaltelement ist nicht auf den Si-IGBT beschränkt. Das Schaltelement kann von dem Si-IGBT in einen SiC-MOSFET ersetzt werden.
Der Motor 2 ist nicht auf den IPMSM beschränkt. Zum Beispiel kann der Motor 2 durch einen Synchronmotor vom Oberflächenmagnettyp oder durch einen Induktionsmotor ersetzt werden.
Ferner ist eine Gleichspannungsquelle des Wechselrichters 1 nicht auf eine Batterie beschränkt. In einem mit einem Wechselstrom-Leistungssystem verbundenen System kann Wechselstromleistung des Systems durch einen Gleichrichter in Gleichstrom gleichgerichtet werden, um eine Gleichspannungsquelle zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Wechselrichter
2: Motor
3: Batterie
4: Controller
5, 6, 7: Dreiphasenwicklung
8: Magnetpol-Positionssensor
9(θ): Magnetpol-Positionssignal
10: Stromsensor
11, 12, 13: Phasenstromsensorsignal
14 bis 19: Schaltelement
20 bis 25: Freilaufdiode
26 bis 31: Gateansteuersignal
32: Gatesignal
33: Gleichstromwicklung auf hohem Potential
34: Gleichstromwicklung auf tiefem Potential
35: Gateansteuerschaltung
36: Spannungssensor
37: Gleichspannungs-Sensorsignal
38: Glättungskondensator
39: Drehmomentbefehl
40: Strombefehls-Berechnungseinheit
41: Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit
42: Stromsteuereinheit
43,50: Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzungseinheit
44: Geschwindigkeitsberechnungseinheit
45: PWM-Gatesteuersignal-Erzeugungseinheit (Steuersignal-Erzeugungseinheit)
46: Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit
47,48: Abweichungsberechnungseinrichtung
49: Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit
51: Magnetpolpositions-Korrektureinheit
52: Subtrahierer
53: Einheit für inverses Motormodell
54: Tiefpassfilter
55: Rückkopplungskreis
56: Ausgabeeinstellungs-Verarbeitungseinheit
57: Ausgabeeinstellungsmultiplizierer
58: Kraftfahrzeugsystem
59, 60: Achse
61 bis 64: Rad
65: Motoransteuervorrichtung (Motorsteuervorrichtung)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010063335 A [0010]
JP 2017017817 A [0010]
JP 2004104898 A [0010]
JP 2018113770 A [0010]

Claims

Leistungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt und einen Wechselstrommotor ansteuert; und eine Schwebungskompensationseinheit, die eine Stromschwebungskomponente eines Ausgangsstroms des Wechselrichters unterdrückt, wobei die Schwebungskompensationseinheit eine Schwebungsauskopplungseinheit, die eine Schwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters berechnet, und eine Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit, die aus der durch die Schwebungsauskopplungseinheit berechneten Schwebungskomponente eine Schwebungskompensationsspannung schätzt, enthält, und die Stromschwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters auf der Grundlage der durch die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit geschätzten Schwebungskompensationsspannung unterdrückt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Dreiphasen-Spannungsbefehlswert-Erzeugungseinheit, die einen Dreiphasen-Spannungsbefehlswert erzeugt; eine Steuersignal-Erzeugungseinheit, die ein Ansteuersignal zum Ansteuern des Wechselrichters erzeugt wobei die Schwebungskompensationseinheit enthält: eine Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit, die eine Schwebungskompensationsspannung ausgibt; und eine Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit, die die von der Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit ausgegebene Schwebungskompensationsspannung von dem von der Dreiphasen-Spannungsbefehlswert-Erzeugungseinheit ausgegebenen Dreiphasen-Spannungsbefehlswert subtrahiert, um ein Subtraktionsergebnis an die Steuersignal-Erzeugungseinheit auszugeben.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit enthält: eine Einheit für inverses Motormodell, die aus einer von der Schwebungsauskopplungseinheit ausgegebenen Stromschwebungskomponente eine Störungsschätzungsspannung berechnet; und ein Tiefpassfilter, das Rauschen der von der Einheit für inverses Motormodell ausgegebenen Störungsschätzungsspannung entfernt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Winkelgeschwindigkeit eines Motors berechnet; und eine Ausgabeeinstelleinheit, die eine durch die Schwebungskompensationseinheit ausgeführte Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation in Übereinstimmung mit der durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit berechneten Winkelgeschwindigkeit anhält.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ausgabeeinstelleinheit die Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation anhält, wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich der oder kleiner als eine erste Winkelgeschwindigkeit ist und wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich der oder größer als eine vierte Winkelgeschwindigkeit ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ausgabeeinstelleinheit die Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation allmählich von der ersten Winkelgeschwindigkeit zu einer zweiten Winkelgeschwindigkeit erhöht, wenn die Winkelgeschwindigkeit die erste Winkelgeschwindigkeit überschreitet und gleich der oder kleiner als die zweite Winkelgeschwindigkeit ist, und die Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation allmählich von einer dritten Winkelgeschwindigkeit zu der vierten Winkelgeschwindigkeit verringert, wenn die Winkelgeschwindigkeit die dritte Winkelgeschwindigkeit überschreitet und gleich der oder kleiner als die vierte Winkelgeschwindigkeit ist.
Kraftfahrzeugsystem, das umfasst: einen Motor, der ein Fahrzeug antreibt; und eine Motorsteuervorrichtung, die den Motor steuert, wobei die Motorsteuervorrichtung eine Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält, wobei die Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält: einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt und einen Wechselstrommotor ansteuert; und eine Schwebungskompensationseinheit, die eine Stromschwebungskomponente eines Ausgangsstroms des Wechselrichters unterdrückt, und wobei die Schwebungskompensationseinheit eine Schwebungsauskopplungseinheit, die eine Schwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters berechnet, und eine Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit, die aus der durch die Schwebungsauskopplungseinheit berechneten Schwebungskomponente eine Schwebungskompensationsspannung schätzt, enthält, und die Stromschwebungskomponente des Ausgangsstroms des Wechselrichters auf der Grundlage der durch die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit geschätzten Schwebungskompensationsspannung unterdrückt.
Kraftfahrzeugsystem nach Anspruch 7, wobei: die Leistungsumsetzungsvorrichtung ferner enthält: eine Dreiphasen-Spannungsbefehlswert-Erzeugungseinheit, die einen Dreiphasen-Spannungsbefehlswert erzeugt; und eine Steuersignal-Erzeugungseinheit, die ein Ansteuersignal zum Ansteuern des Wechselrichters erzeugt, und wobei die Schwebungskompensationseinheit enthält: eine Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit, die eine Schwebungskompensationsspannung ausgibt; und eine Schwebungskompensationsbetrag-Subtraktionseinheit, die die von der Schwebungsunterdrückungs-Steuereinheit ausgegebene Schwebungskompensationsspannung von dem von der Dreiphasen-Spannungsbefehlswert-Erzeugungseinheit ausgegebenen Dreiphasen-Spannungsbefehlswert subtrahiert, um ein Subtraktionsergebnis an die Steuersignal-Erzeugungseinheit auszugeben.
Kraftfahrzeugsystem nach Anspruch 8, wobei die Schwebungskompensationsspannungs-Berechnungseinheit enthält: eine Einheit für inverses Motormodell, die aus einer von der Schwebungsauskopplungseinheit ausgegebenen Stromschwebungskomponente eine Störungsschätzungsspannung berechnet; und ein Tiefpassfilter, das aus der von der Einheit für inverses Motormodell ausgegebenen Störungsschätzungsspannung Rauschen entfernt.
Kraftfahrzeugsystem nach Anspruch 7, wobei die Leistungsumsetzungsvorrichtung ferner enthält: eine Geschwindigkeitsberechnungseinheit, die eine Winkelgeschwindigkeit des Motors berechnet; und eine Ausgabeeinstelleinheit, die eine durch die Schwebungskompensationseinheit ausgeführte Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation in Übereinstimmung mit der durch die Geschwindigkeitsberechnungseinheit berechneten Winkelgeschwindigkeit anhält.
Kraftfahrzeugsystem nach Anspruch 10, wobei die Ausgabeeinstelleinheit die Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation anhält, wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich der oder kleiner als eine erste Winkelgeschwindigkeit ist und wenn die Winkelgeschwindigkeit gleich der oder größer als eine vierte Winkelgeschwindigkeit ist.
Kraftfahrzeugsystem nach Anspruch 11, wobei die Ausgabeeinstelleinheit die Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation allmählich von der ersten Winkelgeschwindigkeit zu einer zweiten Winkelgeschwindigkeit erhöht, wenn die Winkelgeschwindigkeit die erste Winkelgeschwindigkeit überschreitet und gleich der oder kleiner als die zweite Winkelgeschwindigkeit ist, und die Schwebungskomponenten-Unterdrückungsoperation allmählich von einer dritten Winkelgeschwindigkeit zu der vierten Winkelgeschwindigkeit verringert, wenn die Winkelgeschwindigkeit die dritte Winkelgeschwindigkeit überschreitet und gleich der oder kleiner als die vierte Winkelgeschwindigkeit ist.