DE112020001917T5 - Steuervorrichtung und steuerverfahren für rotierende elektrische maschine - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Antriebskraft und die Bremskraft eines Motors zu steuern, während ein SOC eines Akkumulators berücksichtig wird. Eine Steuervorrichtung steuert eine rotierende elektrische Maschine, die die Wicklungen mehrerer unabhängiger Systeme enthält. Die rotierende elektrische Maschine wird gesteuert in: einer ersten Betriebsart, in der ein Wechselstrom in den Wicklungen der mehreren Systeme erregt wird, um ein Drehmoment zu erzeugen, so dass ein in den Wicklungen erzeugtes kombiniertes Magnetfeld größer als ein oder gleich einem vorgegebenen Wert ist; und einer zweiten Betriebsart, in der der Wechselstrom mit einer Phasendifferenz, die sich von der in der ersten Betriebsart unterscheidet, in den Wicklungen der mehreren Systeme erregt wird, das in den Wicklungen erzeugte kombinierte Magnetfeld kleiner als der vorgegebene Wert gemacht wird und ein Strom fließt, der größer als der oder gleich dem in der ersten Betriebsart ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine rotierende elektrische Maschine.
  • Technischer Hintergrund
  • Der technische Hintergrund des vorliegenden technischen Gebiets enthält den folgenden Stand der Technik. PTL 1 ( JP 2007-259644 A ) offenbart eine elektrische Leistungserzeugungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die enthält: einen Generatormotor, der wenigstens zwei Dreiphasenwicklungen enthält, die durch eine vorgegebene räumliche Phasendifferenz voneinander getrennt angeordnet sind; wenigstens zwei orthogonale Umsetzer, die einen Dreiphasenwechselstrom mit jeder der Dreiphasenwicklungen einzeln austauschen; und einen Controller, der den orthogonalen Umsetzer steuert. In der elektrischen Leistungserzeugungsvorrichtung für das Fahrzeug steuert der Controller intermittierend ein Schaltelement eines ersten orthogonalen Umsetzers in Reaktion auf eine Anforderung für ein Drehmoment oder eine Drehzahl, um die erste Dreiphasenwicklung mit einem ersten Dreiphasenwechselstrom zu erregen, wobei ein Schaltelement des zweiten orthogonalen Umsetzers intermittierend so gesteuert wird, dass ein zweiter Dreiphasenwechselstrom, mit dem die zweite Dreiphasenwicklung erregt wird, eine vorgegebene Stromphasendifferenz bezüglich des ersten Dreiphasenwechselstroms sicherstellt.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2007-259644 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Eine Regenerationsbremse, die durch das Regenerationsdrehmoment eines Motors abbremst, wird in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angewendet. Zusätzlich erfordert eine kooperative Regenerationsbremse, die sowohl die Regenerationsbremse als auch eine mechanische Bremse verwendet, ein dediziertes Bremssystem, das das Wechseln zwischen der Regenerationsbremse und der mechanischen Bremse steuert, wobei es unter dem Gesichtspunkt der Kosten schwierig ist, die kooperative Regenerationsbremse in vielen Kraftfahrzeugen anzuwenden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass die Regenerationsbremse die Steuerung vom Abbremsen bis zum Anhalten ausführt.
  • Wenn jedoch das Abbremsen bis zum Anhalten des Fahrzeugs nur durch die Regenerationsbremse gesteuert wird, ist ein Spielraum erforderlich, in dem die elektrische Leistung während des Bremsens durch einen Akkumulator empfangen werden kann. Aus diesem Grund gibt es einen Bedarf an einem Verfahren zum Steuern der Antriebskraft und der Bremskraft des Motors, während ein SOC des Akkumulators berücksichtigt wird.
  • Lösung des Problems
  • Ein repräsentatives Beispiel der in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Erfindung ist wie folgt. Das heißt, eine Steuervorrichtung steuert eine rotierende elektrische Maschine, die die Wicklungen mehrerer unabhängiger Systeme enthält. Die rotierende elektrische Maschine wird gesteuert in: einer ersten Betriebsart, in der die Wicklungen der mehreren Systeme mit einem Wechselstrom erregt werden, um ein Drehmoment zu erzeugen, so dass ein in den Wicklungen erzeugtes kombiniertes Magnetfeld größer als ein oder gleich einem vorgegebenen Wert ist; und einer zweiten Betriebsart, in der die Wicklungen der mehreren Systeme mit dem Wechselstrom mit einer Phasendifferenz, die sich von der in der ersten Betriebsart unterscheidet, erregt werden, das in den Wicklungen erzeugte kombinierte Magnetfeld kleiner als der vorgegebene Wert gemacht wird und ein Strom fließt, der größer als der oder gleich dem in der ersten Betriebsart ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Antriebskraft und die Bremskraft der rotierenden elektrischen Maschine gesteuert werden, während der SOC des Akkumulators berücksichtigt wird. Andere Aufgaben, Konfigurationen und vorteilhafte Wirkungen als jene, die oben beschrieben worden sind, werden durch die Beschreibungen der folgenden Ausführungsform verdeutlicht.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein Hybrid-Elektrofahrzeug veranschaulicht, das mit einem Antriebssystem einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
    • 2 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration des Antriebssystems der rotierenden elektrischen Maschine und einer rotierenden elektrischen Maschine der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 3 ist eine graphische Darstellung, die einen Vektor der magnetomotorischen Kraft in einer ersten Betriebsart während des Kraftbetriebs der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 4 ist eine graphische Darstellung, die eine Signalform des Stroms in der ersten Betriebsart während des Kraftbetriebs der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 5 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft in einer zweiten Betriebsart während des Kraftbetriebs der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 6 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms in der zweiten Betriebsart während des Kraftbetriebs der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 7 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft in der ersten Betriebsart während der Regeneration der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 8 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms in der ersten Betriebsart während der Regeneration der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft in der zweiten Betriebsart während der Regeneration der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 10 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms in der zweiten Betriebsart während der Regeneration der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 11 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft während der Zwangsentladung (dritten Betriebsart) der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 12 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms während der Zwangsentladung (dritten Betriebsart) der Ausführungsform veranschaulicht.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen bezüglich der Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration eines Fahrzeugs (eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs) 10 veranschaulicht, an dem eine Steuervorrichtung 16 einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
  • Das Fahrzeug 10, d. h., das Hybridfahrzeug, ist z. B. mit einer Kraftmaschine 12, einer ersten rotierenden elektrischen Maschine 100, einer zweiten rotierenden elektrischen Maschine 101, und einem Hochspannungsakkumulator 201 ausgestattet. Der Akkumulator 201 enthält einen Akkumulator, wie z. B. einen Lithium-Ionen-Akkumulator oder einen Nickel-Wasserstoff-Akkumulator, und gibt eine Hochspannungs-Gleichstromleistung von 250 V bis 600 V oder höher aus. Der Akkumulator 201 führt die Gleichstromleistung den rotierenden elektrischen Maschinen 100, 101 zu, wenn die Antriebskraft durch die rotierenden elektrischen Maschinen 100, 101 erforderlich ist, während die Gleichstromleistung von den rotierenden elektrischen Maschinen 100, 101 während des Regenerationsbetriebs zugeführt wird. Die Gleichstromleistung zwischen dem Akkumulator 201 und den rotierenden elektrischen Maschinen 100, 101 wird durch die Steuervorrichtung 16 der rotierenden elektrischen Maschinen gesendet und empfangen.
  • Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, ist das Fahrzeug 10 mit einem Hilfsakkumulator ausgestattet, der eine Niederspannungsleistung (z. B. 14-Volt-Systemleistung) zuführt. Das von der Kraftmaschine 12 und den rotierenden elektrischen Maschinen 100, 101 erzeugte Drehmoment wird durch ein Getriebe 13 und ein Differentialgetriebe 140 auf ein Vorderrad 11 übertragen. Weil die rotierenden elektrischen Maschinen 100, 101 im Wesentlichen völlig gleich konfiguriert sind, wird im Folgenden die rotierende elektrische Maschine 100 beschrieben.
  • Die rotierende elektrische Maschine 100 ist ein eingebauter Dreiphasen-Synchronmotor mit Permanentmagneten. Die rotierende elektrische Maschine 100 arbeitet als ein Elektromotor, der durch das Zuführen eines Dreiphasenwechselstroms zu einer um einen Statorkern gewickelten Statorspule einen Rotor dreht. Wenn sie durch die Kraftmaschine 12 angetrieben wird, arbeitet die rotierende elektrische Maschine 100 als ein Generator, um die erzeugte Leistung des Dreiphasenwechselstroms auszugeben. Das heißt, die rotierende elektrische Maschine 100 weist sowohl eine Funktion des Kraftbetriebs als der Elektromotor, der das Drehmoment unter Verwendung von elektrischer Energie erzeugt, als auch eine Regenerationsfunktion als der Generator, der die Leistung unter Verwendung von mechanischer Energie erzeugt, auf, wobei die oben beschriebenen Funktionen abhängig von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs selektiv verwendet werden können.
  • Das Fahrzeug 10 beschleunigt und verzögert, wenn ein Fahrer ein Fahrpedal und ein Bremspedal (die nicht veranschaulicht sind) betätigt. Wenn der Fahrer z. B. das Fahrpedal betätigt, wird die Antriebskraft gemäß einem Niederdrückbetrag erzeugt, wobei ein Kraftbetrieb ausgeführt wird. Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, wird die Bremskraft gemäß dem Niederdrückbetrag erzeugt, wobei ein Regenerationsbetrieb ausgeführt wird.
  • Zusätzlich kann das Fahrzeug 10 durch den Fahrer beschleunigt und verzögert werden, der ein (nicht veranschaulichtes) einzelnes Fahrpedal betätigt. In diesem Fall wird der Kraftbetrieb ausgeführt, um die Antriebskraft zu erzeugen, wenn der Fahrer auf das Fahrpedal tritt, um den großen Betätigungsbetrag des Fahrpedals zu erzeugen, während der Regenerationsbetrieb ausgeführt wird, um die Bremskraft zu erzeugen, wenn der Betätigungsbetrag des Fahrpedals klein ist.
  • 2 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration der Steuervorrichtung 16 der rotierenden elektrischen Maschine und der rotierenden elektrischen Maschine 100 der Ausführungsform veranschaulicht. Obwohl die Steuerung der rotierenden elektrischen Maschine 100 im Folgenden beschrieben wird, kann die rotierende elektrische Maschine 101 ähnlich gesteuert werden.
  • Die Steuervorrichtung 16 der rotierenden elektrischen Maschine der Ausführungsform 1 steuert das Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine 100. Die rotierende elektrische Maschine 100 ist z. B. ein Motor zum Betreiben des Fahrzeugs 10. Die Steuervorrichtung 16 der rotierenden elektrischen Maschine enthält einen Akkumulator 201, einen Kondensator 202, einen Steuermikrocomputer 203, eine Ansteuerschaltung 204 und eine Wechselrichterschaltung 210.
  • Die rotierende elektrische Maschine 100 ist eine rotierende elektrische Dreiphasenwechselstrom-Maschine in Y-Schaltung aus zwei unabhängigen Systemen. Das heißt, die rotierende elektrische Maschine 100 enthält die Dreiphasen-Ankerwicklungen 102u1, 102v1, 102w1, die einer U1-Phase, einer V1-Phase bzw. einer W1-Phase eines ersten Systems entsprechen, und die Dreiphasen-Ankerwicklungen 102u2, 102v2, 102w2, die einer U2-Phase, einer V2-Phase bzw. einer W2-Phase eines zweiten Systems entsprechen. In jeder Phase kann ein anderer Strom fließen, weil die Ankerwicklungen 102u bis 102w jedes Systems unabhängig voneinander vorgesehen sind. Die Ankerwicklung 102 ist für jedes System mit den Sternpunkten n1, n2 verbunden. Die Sternpunkte n1, n2 können innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100, wie in 2 veranschaulicht ist, oder außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100 vorgesehen sein.
  • Die Wechselrichterschaltung 210 treibt die rotierende elektrische Maschine 100 durch das unabhängige Steuern der durch die Ankerwicklungen 102u bis 102w fließenden Ströme an. Ein Positionsdetektor 110, der eine Magnetpolposition der rotierenden elektrischen Maschine 100 detektiert, ist an einer Ausgangswelle der rotierenden elektrischen Maschine 100 angebracht. Ein Detektionsergebnis der Magnetpolposition durch den Positionsdetektor 110 wird an den Steuermikrocomputer 203 ausgegeben.
  • Der Akkumulator 201 führt die Gleichstromleistung durch die Gleichstrombusse 201a, 201b der Wechselrichterschaltung 210 zu. Als der Akkumulator 201 kann z. B. ein Akkumulator, wie z. B. ein Lithium-Ionen-Akkumulator, verwendet werden.
  • Der Kondensator 202 absorbiert eine durch den Betrieb der Wechselrichterschaltung 210 verursachte Fluktuation der Gleichspannung und ist zwischen dem Gleichstrombus 201a und dem Gleichstrombus 201b zur Wechselrichterschaltung 210 parallelgeschaltet.
  • Der Steuermikrocomputer 203 führt eine vorgegebene Stromsteuer-Arithmetikoperation aus und gibt basierend auf einem Arithmetikergebnis ein Steuersignal, das die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom jeder Phase anweist, an die Ansteuerschaltung 204 aus. Die Ansteuerschaltung 204 gibt die Ansteuersignale Gu1, Gv1, Gw1 an die Brückenschaltungen 211u1, 211v1, 211w1 der jeweiligen Phasen der Wechselrichterschaltung 210 aus. Durch das Betreiben der Brückenschaltungen 211u1, 211v1, 211w1 gemäß den Ansteuersignalen Gu1, Gv1, Gw1 steuert der Steuermikrocomputer 203 durch die Ansteuerschaltung 204 die Wechselrichterschaltung 210.
  • Die Wechselrichterschaltung 210 enthält die Brückenschaltungen 211u1, 211v1, 211w1, die einer U-Phase, einer V-Phase bzw. einer W-Phase des ersten Systems entsprechen. Jede der Brückenschaltungen 211u1, 211v1, 211w1 enthält einen IGBT, der als ein Schaltelement für jeden des oberen und des unteren Arms arbeitet, und eine Diode, die zu jedem IGBT parallel vorgesehen ist. In den Brückenschaltungen 211u1, 211v1, 211w1 führt jeder IGBT eine Schaltoperation gemäß den Ansteuersignalen Gu1, Gv1, Gw1 von der Ansteuerschaltung 204 aus. Folglich wird die von dem Akkumulator 201 zugeführte Gleichstromleistung in Dreiphasenwechselstromleistung umgesetzt, wobei der Wechselstrom von den Brückenschaltungen 211u1, 211v1, 211w1 durch die Wechselstrom-Ausgangsleitungen 120 jeder Phase an die Ankerwicklungen 102u1, 102v1, 102w1 jeder Phase der rotierenden elektrischen Maschine 100 ausgegeben wird.
  • Die Wechselstrom-Ausgangsleitung 120 jeder Phase ist mit einem Stromsensor 130 versehen, der jeden Strom detektiert, der durch die Ankerwicklungen 102u1, 102v1, 102w1 der rotierenden elektrischen Maschine 100 fließt. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Stromsensor 130 innerhalb der Wechselrichterschaltung 210 vorgesehen. Der Stromsensor 130 kann jedoch außerhalb der Wechselrichterschaltung 210 vorgesehen sein. Der durch den Stromsensor 130 detektierte Stromwert jeder Phase wird an den Steuermikrocomputer 203 ausgegeben. Der Steuermikrocomputer 203 führt basierend auf der Betätigung des Fahrpedals und des Bremspedals durch den Fahrer, einem von einer weiteren ECU eingegebenen Steuerbefehl, dem vom Stromsensor 130 eingegebenen Stromwert jeder Phase und der Detektion der Magnetpolposition durch den Positionsdetektor 110 eine vorgegebene Stromsteuer-Arithmetikoperation aus und gibt ein Steuersignal aus, das die Ansteuerschaltung 204 anweist, die Ansteuersignale Gu1, Gv1 und Gw1 jeder Phase basierend auf dem Arithmetikergebnis auszugeben.
  • Obwohl die Operationen des Steuermikrocomputers 203, der Ansteuerschaltung 204 und des Wechselrichters 210 oben für das erste System beschrieben worden sind, arbeitet das zweite System ähnlich. Wie oben beschrieben worden ist, werden durch das Steuern der Amplitude und der Phase des Wechselstroms jeder Phase die Größe und die Richtung der magnetomotorischen Kraft der Ankerwicklung 102 jedes Systems gesteuert, werden die Richtung und die Größe einer kombinierten magnetomotorischen Kraft gesteuert, werden die Größe des Stroms, die Größe des Kraftbetriebs-Drehmoments und die Größe des Regenerationsdrehmoments eingestellt und werden der in den Akkumulator 201 eingegebene Energiebetrag und der von dem Akkumulator 201 ausgegebene Energiebetrag eingestellt.
  • 3 ist eine graphische Darstellung, die einen Vektor der magnetomotorischen Kraft in einer ersten Betriebsart während des Kraftbetriebs veranschaulicht, und 4 ist eine graphische Darstellung, die eine Signalform des Stroms in der ersten Betriebsart während des Kraftbetriebs veranschaulicht.
  • In der ersten Betriebsart während des Kraftbetriebs wird bewirkt, dass phasengleiche Ströme durch die Ankerwicklungen 102 der jeweiligen Systeme fließen, wobei die Steuerung so ausgeführt wird, dass sich die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des ersten Systems und die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des zweiten Systems einander annähern. Das heißt, wie in 3 veranschaulicht ist, weicht die Richtung der magnetomotorischen Kraft jedes Systems von der Differenz (30° in 3) in einer Wicklungsposition der Ankerwicklung 102 jedes Systems ab, wobei sich aber die kombinierte magnetomotorische Kraft in der Richtung nah bei der Richtung der magnetomotorischen Kraft jedes Systems befindet, die kombinierte magnetomotorische Kraft zunimmt und das erzeugte Drehmoment zunimmt. Das heißt, in der ersten Betriebsart werden eine Stromamplitude la und eine Stromphase β (Stromphase β = 0) so eingestellt, dass der Stromwert bezüglich des Solldrehmoments abnimmt.
  • Obwohl die Richtungen der magnetomotorischen Kräfte der Systeme im Fall nach 3 um 30° verschoben sind, können durch das Verursachen, dass der um 30° voreilende Strom von der Ankerwicklung 102 des ersten Systems durch die Ankerwicklung 102 des zweiten Systems fließt, die Richtungen der magnetomotorischen Kräfte der jeweiligen Systeme einander angeglichen werden. In dieser Weise kann die kombinierte magnetomotorische Kraft während des Kraftbetriebs in 3 größer als die in der ersten Betriebsart erhöht werden.
  • 5 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft in einer zweiten Betriebsart während des Kraftbetriebs veranschaulicht, und 6 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms in der zweiten Betriebsart während des Kraftbetriebs veranschaulicht.
  • In der zweiten Betriebsart während des Kraftbetriebs wird veranlasst, dass die Ströme verschiedener Phasen (z. B. 60°, wie in 6 veranschaulicht ist) durch die Ankerwicklungen 102 jedes Systems fließen, wobei die Steuerung so ausgeführt wird, dass die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des ersten Systems und die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des zweiten Systems orthogonal zueinander sind. Wie in 5 veranschaulicht ist, ist spezifisch die Richtung der magnetomotorischen Kraft jedes Systems um 90° einer Summe der Phasendifferenz 60° des Stroms jedes Systems und der Differenz (30° in 5) der Wicklungsposition der Ankerwicklung 102 jedes Systems verschoben, wobei die kombinierte magnetomotorische Kraft klein wird. Das heißt, in der zweiten Betriebsart werden die Stromamplitude la und die Stromphase β (Stromphase β = 0) so eingestellt, dass der Stromwert bezüglich des Solldrehmoments zunimmt.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wählt der Steuermikrocomputer 203 die erste Betriebsart, die zweite Betriebsart oder eine weitere Betriebsart während des Kraftbetriebs gemäß dem Betätigungsbetrag des Fahrpedals durch den Fahrer aus, wobei er die Amplitude und die Phase des durch die Ankerwicklung 102 der rotierenden elektrischen Maschine 100 fließenden Stroms steuert. In der ersten Betriebsart kann z. B. während des Kraftbetriebs der Stromwert verringert werden, um das gleiche Drehmoment zu erhalten, wobei das Fahrzeug mit einem hohen Energieverbrauchswirkungsgrad gesteuert werden kann. Andererseits kann in der zweiten Betriebsart während des Kraftbetriebs der Stromwert erhöht werden, um das gleiche Drehmoment zu erhalten, kann der Energieverbrauch im Vergleich zur ersten Betriebsart erhöht werden und kann der SOC des Akkumulators 201 so gesteuert werden, dass er nicht hoch ist. Bei der sogenannten Vorausschausteuerung, bei der der Betrieb unter Berücksichtigung einer Situation einer zukünftigen Fahrtroute gesteuert wird, werden das Laden und Entladen des Akkumulators 201 in wünschenswerter Weise abhängig von einer Steigung einer vorhergehenden Straße und einer Verkehrssituation gesteuert. Wenn in der zweiten Betriebsart der Akkumulator 201 vor dem Einfahren in ein Gefälle aktiv verbraucht wird, wird die erforderliche Bremskraft durch die Regeneration auf dem Gefälle erhalten.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft in der ersten Betriebsart während der Regeneration veranschaulicht, und 8 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms in der ersten Betriebsart während der Regeneration veranschaulicht. Der Steuermikrocomputer 203 wählt die erste Betriebsart während der Regeneration zum Zeitpunkt der Verzögerung gemäß dem Betätigungsbetrag des Fahrpedals oder des Bremspedals durch den Fahrer aus und steuert die Amplitude und die Phase des zur Ankerwicklung 102 der rotierenden elektrischen Maschine 100 fließenden Stroms.
  • In der ersten Betriebsart während der Regeneration werden die gleichphasigen Ströme veranlasst, durch die Ankerwicklungen 102 der jeweiligen Systeme zu fließen, und wird die Steuerung so ausgeführt, dass sich die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des ersten Systems und die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des zweiten Systems einander annähern. Das heißt, wie in 7 veranschaulicht ist, weicht die Richtung der magnetomotorischen Kraft jedes Systems von der Differenz (30° in 7) in der Wicklungsposition der Ankerwicklung 102 jedes Systems ab, wobei sich aber die kombinierte magnetomotorische Kraft in der Richtung nah bei der Richtung der magnetomotorischen Kraft jedes Systems befindet, die Größe der kombinierten magnetomotorischen Kraft zunimmt und das erzeugte Drehmoment zunimmt.
  • Weil in der ersten Betriebsart die Stromamplitude Ia und die Stromphase β (Stromphase β = 180) so eingestellt sind, dass der Stromwert bezüglich des Solldrehmoments minimiert ist, ist der Wirkungsgrad des Generators verringert und ist der Strom zum Erhalten des Solldrehmoments (der Bremskraft) verringert.
  • 9 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft in der zweiten Betriebsart während der Regeneration veranschaulicht, und 10 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms in der zweiten Betriebsart während der Regeneration veranschaulicht. Der Steuermikrocomputer 203 wählt während der Regeneration zum Zeitpunkt der Verzögerung gemäß dem Betätigungsbetrag des Fahrpedals oder des Bremspedals durch den Fahrer die zweite Betriebsart aus und steuert die Amplitude und die Phase des zur Ankerwicklung 102 der rotierenden elektrischen Maschine 100 fließenden Stroms.
  • In der zweiten Betriebsart während der Regeneration werden die Ströme unterschiedlicher Phasen (z. B. 300°, wie in 10 veranschaulicht ist) veranlasst, durch die Ankerwicklungen 102 jedes Systems zu fließen, wobei die Steuerung so ausgeführt wird, dass die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des ersten Systems und die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklungen 102 des zweiten Systems zueinander orthogonal sind. Wie in 9 veranschaulicht ist, ist spezifisch die Richtung der magnetomotorischen Kraft jedes Systems um 90° einer Summe der Phasendifferenz 60° des Stroms jedes Systems und der Differenz (30° in 9) der Wicklungsposition der Ankerwicklung 102 jedes Systems verschoben, wobei die kombinierte magnetomotorische Kraft klein wird. Weil in der zweiten Betriebsart die Stromamplitude Ia und die Stromphase β (Stromphase β = 180) so eingestellt sind, dass der Stromwert bezüglich des Solldrehmoments zunimmt, nimmt der Wirkungsgrad des Generators zu und nimmt der Strom zum Erhalten des Solldrehmoments (der Bremskraft) zu.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wählt der Steuermikrocomputer 203 die erste Betriebsart, die zweite Betriebsart oder eine weitere Betriebsart während des Kraftbetriebs gemäß dem Betätigungsbetrag des Fahrpedals durch den Fahrer aus, wobei er die Amplitude und die Phase des durch die Ankerwicklung 102 der rotierenden elektrischen Maschine 100 fließenden Stroms steuert. In der ersten Betriebsart während der Regeneration kann der Stromwert z. B. verringert werden, um das Bremsmoment zu erhalten, kann die in den Akkumulator 201 geladene Energiemenge im Vergleich zur zweiten Betriebsart verringert werden und kann die Steuerung so ausgeführt werden, dass der SOC des Akkumulators 201 nicht hoch wird.
  • Andererseits kann in der zweiten Betriebsart während der Regeneration der Stromwert erhöht werden, um das Bremsmoment zu erhalten, wobei die in dem Akkumulator 201 geladene Energiemenge zunimmt und der Energiewirkungsgrad verbessert werden kann. Aus diesem Grund kann in dem Zustand, in dem der SOC des Akkumulators 201 hoch ist, die erste Betriebsart gewählt werden, um die in dem Akkumulator 201 geladene elektrische Leistung zu verringern, während die erforderliche Bremskraft erhalten wird, und kann in dem Zustand, in dem der SOC des Akkumulators 201 niedrig ist, die zweite Betriebsart gewählt werden, um die in den Akkumulator 201 geladene elektrische Leistung zu erhöhen.
  • Insbesondere in dem Kraftfahrzeug, in dem die Ein-Pedal-Steuerung zum Steuern von der Beschleunigung bis zur Verzögerung mit dem oben beschriebenen einzelnen Fahrpedal erfolgt, ist ein Spielraum erforderlich, in dem der Akkumulator 201 die elektrische Leistung aufnehmen kann, weil die Verzögerungssteuerung durch die Regenerationsbremse ausgeführt wird, wenn der Betätigungsbetrag des Fahrpedals klein ist. Aus diesem Grund kann während der Ein-Pedal-Steuerung, wenn die erste Betriebsart und die zweite Betriebsart gemäß dem SOC des Akkumulators 201 gewechselt werden, der SOC des Akkumulators 201 so gesteuert werden, dass er nicht hoch ist, und kann das Fahrzeug problemlos gesteuert werden.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, die den Vektor der magnetomotorischen Kraft in einer Entladungsbetriebsart (dritten Betriebsart) veranschaulicht, und 12 ist eine graphische Darstellung, die die Signalform des Stroms in der Entladungsbetriebsart (dritten Betriebsart) veranschaulicht.
  • Die dritte Betriebsart ist eine Betriebsart zum Entladen der Ladungen des Akkumulators 201 und des Kondensators 202. Die dritte Betriebsart wird z. B. verwendet, wenn das Fahrzeug die Energie des Akkumulators 201 während des Fahrens im Leerlauf (Drehmoment = 0) verbraucht oder wenn das Fahrzeug die Ladung des Kondensators 202 während des Anhaltens schnell entlädt.
  • In der dritten Betriebsart wird veranlasst, dass die Ströme verschiedener Phasen (z. B. 150°, wie in 12 veranschaulicht ist) durch die Ankerwicklung 102 jedes Systems fließen, wobei die Steuerung so ausgeführt wird, dass die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklung 102 des ersten Systems und die Richtung der magnetomotorischen Kraft durch die Ankerwicklung 102 des zweiten Systems einander entgegengesetzt sind. Wie in 11 veranschaulicht ist, ist spezifisch die Richtung der magnetomotorischen Kraft jedes Systems um 180° der Summe der Phasendifferenz von 150° des Stroms jedes Systems und der Differenz (30° in 11) der Wicklungsposition der Ankerwicklung 102 jedes Systems verschoben, wobei die kombinierte magnetomotorische Kraft null wird und kein Drehmoment erzeugt wird.
  • In der herkömmlichen Entladungsbetriebsart ist der Rotor angehalten und fließt der Gleichstrom zur Ankerwicklung 102 eines spezifischen Systems, so dass es ein Problem gibt, dass die spezifische Ankerwicklung 102 Wärme gemäß dem Gleichstromwiderstand der Ankerwicklung 102 erzeugt. Zusätzlich erzeugt der Magnet Wärme, weil ein Magnetfeld aufgrund des durch die Ankerwicklung 102 fließenden Stroms unmittelbar über dem Magneten erzeugt wird. In der dritten Betriebsart der Ausführungsform kann jedoch, weil der Wechselstrom durch die Ankerwicklungen 102 der beiden Systeme fließt, ein Heizwert (Temperaturanstieg) der Ankerwicklungen 102 gemittelt werden. Zusätzlich erzeugt der Magnet keine Wärme, weil sich die Magnetfelder durch die Wicklungen der beiden Systeme aufheben.
  • Zusätzlich werden bei der sogenannten Vorausschausteuerung, bei der der Betrieb unter Berücksichtigung der Situation der zukünftigen Fahrtroute gesteuert wird, in wünschenswerter Weise das Laden und Entladen des Akkumulators 201 abhängig von der Steigung der vorhergehenden Straße und der Verkehrssituation. Wenn z. B. der Akkumulator 201 in der dritten Betriebsart während des Fahrens im Leerlauf vor dem Einfahren in die Abfahrt aktiv entladen wird, wird die erforderliche Bremskraft durch die Regenerationsbremse bei der Abfahrt erhalten. Zusätzlich kann, wenn der Betrieb des Elektrofahrzeugs an einem Ort eines Staus auf der Fahrtroute voraus gewünscht wird, die Leistungsaufnahme durch die erste Betriebsart während des Kraftbetriebs unterdrückt werden, oder kann die Ladungsmenge durch die zweite Betriebsart während der Regeneration erhöht werden, um die elektrische Leistung für den Betrieb des Elektrofahrzeugs sicherzustellen.
  • Wenn ein Insasse gerettet werden muss, weil sich das Fahrzeug aufgrund eines Unfalls oder einer Störung in einem Notstopp befindet, muss zusätzlich der Akkumulator 201 abgeschaltet werden und muss die elektrische Leistung des Kondensators 202 schnell entladen werden. An diesem Punkt kann ein elektrischer Schlag eines Retters verhindert werden, indem die elektrische Leistung des Kondensators 202 in der dritten Betriebsart verbraucht wird.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Steuervorrichtung (dem Steuermikrocomputer 203 der Steuervorrichtung 16 der rotierenden elektrischen Maschine), die die rotierende elektrische Maschine 100 steuert, die die Wicklungen der mehreren unabhängigen Systeme enthält, die rotierende elektrische Maschine 100 durch die erste Betriebsart, in der der Wechselstrom durch die Wicklungen der mehreren Systeme geleitet wird, um das Drehmoment zu erzeugen, so dass das in den Wicklungen erzeugte kombinierte Magnetfeld größer als der oder gleich dem vorgegebenen Wert ist, und durch die zweite Betriebsart, in der der Wechselstrom mit der Phasendifferenz, die sich von der ersten Betriebsart unterscheidet, durch die Wicklungen der mehreren Systeme geleitet wird, um zu bewirken, dass das in den Wicklungen erzeugte kombinierte Magnetfeld kleiner als der vorgegebene Wert ist, gesteuert, wobei der Strom, der größer als der oder gleich dem der ersten Betriebsart ist, in der zweiten Betriebsart geleitet wird. Folglich können die Antriebskraft und die Bremskraft der rotierenden elektrischen Maschine unter Berücksichtigung des SOC des Akkumulators gesteuert werden. Das heißt, die elektrische Leistung des Akkumulators 201 kann aktiv verbraucht werden, während das erforderliche Antriebsdrehmoment durch die zweite Betriebsart während des Kraftbetriebs erzeugt wird, wobei die in dem Akkumulator 201 geladene elektrische Leistung verringert werden kann, während das erforderliche Bremsmoment durch die erste Betriebsart während der Regeneration erzeugt wird. Aus diesem Grund kann der Temperaturanstieg der Ankerwicklung 102 unterdrückt werden. Zusätzlich kann im Vergleich zu der herkömmlichen Steuerung, bei der die Leistungsaufnahme des Akkumulators 201 durch die Größe eines d-Achsen-Stroms eingestellt wird, der Temperaturanstieg der Ankerwicklung 102 ausgeglichen werden und der Temperaturanstieg des Magneten unterdrückt werden, weil die Leistungsaufnahme durch das Fließen des Wechselstroms durch die Wicklungen der beiden Systeme eingestellt wird.
  • Zusätzlich steuert die Steuervorrichtung den Motor in der dritten Betriebsart, in der die elektrische Leistung des Akkumulators 201 und/oder des Kondensators 202 durch den durch die Wicklung fließenden Wechselstrom verbraucht wird, während das erzeugte kombinierte Magnetfeld durch das Erregen der Wechselströme mit unterschiedlichen Phasen in den Wicklungen der mehreren Systeme auf null gesetzt wird. Das durch den durch die Ankerwicklung 102 des ersten Systems fließenden Dreiphasenwechselstrom erzeugte Magnetfeld und das durch den durch die Ankerwicklung 102 der zweiten Wicklung fließenden Dreiphasenwechselstrom erzeugte Magnetfeld werden aufgehoben, wobei die Ankerwicklung 102 erregt wird, ohne das Drehmoment zu erzeugen. Folglich kann der Kondensator 202, der in der vorhergehenden Stufe der Wechselrichterschaltung 210 vorgesehen ist, die die Wechselstromleistung der rotierenden elektrischen Maschine 100 zuführt, effizient und schnell entladen werden, wobei die Ladungsmenge des Akkumulators 201 während des Fahrens im Leerlauf verringert werden kann.
  • Zusätzlich wechselt die Steuervorrichtung zwischen der Kraftbetriebssteuerung und der Regenerationssteuerung durch den Betätigungsbetrag des Pedals, wobei sie zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart gemäß der Ladungsmenge des Akkumulators 201 während der Regenerationssteuerung wechselt. Folglich kann die Ladungsmenge des Akkumulators 201 eingestellt werden, während die Beschleunigung oder die Verzögerung gemäß der Situation des Fahrzeugs erzeugt wird, kann die Steuerung so ausgeführt werden, dass der SOC des Akkumulators 201 nicht hoch wird, und kann das Fahrzeug problemlos gesteuert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern enthält verschiedene Modifikationen und äquivalente Konfigurationen innerhalb des Erfindungsgedankens der beigefügten Ansprüche. Die obige Ausführungsform ist z. B. zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden, wobei die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die Ausführungsform mit allen oben beschriebenen Konfigurationen eingeschränkt ist. Ein Teil der Konfiguration der einen Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform ersetzt werden. Die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform kann zu der Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. In einem Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform kann eine weitere Konfiguration hinzugefügt, gelöscht oder ersetzt werden.
  • Zusätzlich kann ein Teil oder alles der oben beschriebenen Konfigurationen, Funktionen, Verarbeitungseinheiten, Verarbeitungsmittel und dergleichen durch Hardware, z. B. durch das Entwerfen einer integrierten Schaltung, implementiert werden oder durch Software durch einen Prozessor, der ein Programm zum Implementieren jeder Funktion interpretiert und ausführt, implementiert werden.
  • Die Informationen, wie z. B. ein Programm, eine Tabelle und eine Datei, die jede Funktion implementieren, können in einer Speichervorrichtung, wie z. B. einem Speicher, einer Festplatte und einem Festkörperlaufwerk (SSD), oder einem Aufzeichnungsmedium, wie z. B. einer IC-Karte, einer SD-Karte und einer DVD, gespeichert sein.
  • Die Steuerleitung und die Informationsleitung geben jene an, die für die Beschreibung als notwendig erachtet werden, geben aber nicht notwendigerweise alle Steuerleitungen und Informationsleitungen an, die für die Montage erforderlich sind. Tatsächlich kann in Betracht gezogen werden, dass fast alle Komponenten miteinander verbunden sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeug
    11
    Vorderrad
    12
    Kraftmaschine
    13
    Getriebe
    16
    Steuervorrichtung einer rotierenden elektrischen Maschine
    100, 101
    rotierende elektrische Maschine
    102
    Ankerwicklung
    110
    Positionsdetektor
    120
    Wechselstrom-Ausgangsleitung
    130
    Stromsensor
    140
    Differentialgetriebe
    201
    Akkumulator
    201a, 201b
    Gleichstrombus
    202
    Kondensator
    203
    Steuermikrocomputer
    204
    Ansteuerschaltung
    210
    Wechselrichterschaltung
    211
    Brückenschaltung
  • 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 2007259644 A [0002, 0003]

Claims (6)

  1. Steuervorrichtung, die eine rotierende elektrische Maschine steuert, die die Wicklungen mehrerer unabhängiger Systeme enthält, wobei die rotierende elektrische Maschine gesteuert wird in: einer ersten Betriebsart, in der in den Wicklungen der mehreren Systeme ein Wechselstrom erregt wird, um ein Drehmoment zu erzeugen, so dass ein in den Wicklungen erzeugtes kombiniertes Magnetfeld größer als ein oder gleich einem vorgegebenen Wert ist; und einer zweiten Betriebsart, in der der Wechselstrom mit einer Phasendifferenz, die sich von der in der ersten Betriebsart unterscheidet, in den Wicklungen der mehreren Systeme erregt wird, das in den Wicklungen erzeugte kombinierte Magnetfeld kleiner als der vorgegebene Wert gemacht wird und ein Strom fließt, der größer als der oder gleich dem in der ersten Betriebsart ist.
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die rotierende elektrische Maschine durch eine dritte Betriebsart gesteuert wird, in der ein Wechselstrom mit einer unterschiedlichen Phase in den Wicklungen der mehreren Systeme erregt wird, das erzeugte kombinierte Magnetfeld auf null gesetzt wird und die elektrische Leistung eines Akkumulators und/oder eines Kondensators durch den durch die Wicklungen fließenden Wechselstrom verbraucht wird.
  3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kraftbetriebssteuerung und die Regenerationssteuerung durch einen Betätigungsbetrag eines Pedals gewechselt werden, und während der Regenerationssteuerung die erste Betriebsart und die zweite Betriebsart gemäß einer Ladungsmenge eines Akkumulators gewechselt werden.
  4. Steuerverfahren zum Steuern einer rotierenden elektrischen Maschine, die die Wicklungen mehrerer unabhängiger Systeme enthält, wobei die rotierende elektrische Maschine gesteuert wird in: einer ersten Betriebsart, in der eine Steuervorrichtung, die die rotierende elektrische Maschine steuert, die Wicklungen der mehreren Systeme mit einem Wechselstrom erregt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen, so dass ein in den Wicklungen erzeugtes kombiniertes Magnetfeld größer als ein oder gleich einem vorgegebenen Wert ist; und einer zweiten Betriebsart, in der der Wechselstrom mit einer Phasendifferenz, die sich von der in der ersten Betriebsart unterscheidet, in den Wicklungen der mehreren Systeme erregt wird, das in den Wicklungen erzeugte kombinierte Magnetfeld kleiner als der vorgegebene Wert gemacht wird und ein Strom fließt, der größer als der oder gleich dem in der ersten Betriebsart ist.
  5. Steuerverfahren nach Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung ferner die rotierende elektrische Maschine in einer dritten Betriebsart steuert, in der ein Wechselstrom mit einer unterschiedlichen Phase in den Wicklungen der mehreren Systeme erregt wird, das erzeugte kombinierte Magnetfeld auf null gesetzt wird und die elektrische Leistung eines Akkumulators und/oder eines Kondensators durch den durch die Wicklungen fließenden Wechselstrom verbraucht wird.
  6. Steuerverfahren nach Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung: durch einen Betätigungsbetrag eines Pedals zwischen der Kraftbetriebssteuerung und der Regenerationssteuerung wechselt; und gemäß einer Ladungsmenge eines Akkumulators während der Regenerationssteuerung zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart wechselt.
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