DE112020005076T5

DE112020005076T5 - Leistungsumsetzungsvorrichtung und verfahren zum diagnostizieren einer störung der leistungsumsetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020005076T5
Application number: DE112020005076.9T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Ishikawa; Ryohichi Inada
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-07-21
Also published as: CN114747130A; US20220416688A1; US11955905B2; JPWO2021100414A1; JP7239734B2; WO2021100414A1

Abstract

Eine Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 erzeugt einen zusammengesetzten Vektor ίαβvon Dreiphasen-Wechselströmen basierend auf den Wechselströmen iu, iv und iw. Eine Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels gibt den elektrischen Winkel des zusammengesetzten Vektors ίαβbezüglich des U-Phasen-Wechselstroms iu aus. Eine Quadrantenberechnungseinheit 45 erhält, welchem Quadranten des ersten bis sechsten Quadranten, die im Voraus aufgeteilt worden sind, der erfasste elektrische Winkel entspricht, bestätigt, ob der zusammengesetzte Vektor iαβden festgelegten Quadranten durchläuft, und gibt dessen Quadranteninformationen aus. Eine Störungsdetektionseinheit 47 bestimmt, ob sich der zusammengesetzte Vektor iαβvom ersten Quadranten zum sechsten Quadranten gedreht hat, wobei sie, wenn es einen Quadranten gibt, der nicht durchlaufen worden ist, in Betracht zieht, dass es ein Störungszustand ist, einen Störungsabschnitt des Schaltelements aus der Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel und dem Störungsabschnitt spezifiziert und die Störungsinformationen an eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 ausgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung und ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Störung der Leistungsumsetzungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ist mit einer Leistungsumsetzungsvorrichtung zum Antreiben eines Motors ausgestattet. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung betreibt ein Schaltelement in einer Wechselrichterschaltung, um einen von einer Batterie zugeführten Gleichstrom in einen Wechselstrom umzusetzen, und treibt einen Motor mit dem umgesetzten Wechselstrom an.
In den letzten Jahren ist es notwendig, eine Störungsdetektion einer Leistungsumsetzungsvorrichtung auszuführen und nach der Störungsdetektion in einen sicheren Zustand zu wechseln, um die funktionalen Sicherheitsstandards für Kraftfahrzeuge zu unterstützen. PTL 1 offenbart eine Technik zum Spezifizieren eines Störungsabschnitts in einem Wechselrichter basierend auf einem Drehwinkel θ eines Motors, der durch einen Drehwinkelsensor detektiert wird, wenn ein Nullzustand eines d-Achsenstroms Id oder eines q-Achsenstroms Iq detektiert wird.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
PTL 1: JP 2011-50214 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der in der PTL 1 beschriebenen Technik besteht die Möglichkeit, dass ein Strom fälschlich in der Nähe von null detektiert wird.
Lösung des Problems
Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Wechselrichterschaltung, die durch ein Schaltelement konfiguriert ist und konfiguriert ist, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzusetzen; eine Stromdetektionseinheit, die konfiguriert ist, die Dreiphasen-Ausgangsströme der Wechselrichterschaltung zu detektieren; und eine Steuereinheit, die, wenn ein elektrischer Winkel eines zusammengesetzten Vektors, der aus den durch die Stromdetektionseinheit detektierten Dreiphasen-Ausgangsströmen berechnet wird, nicht in einem vorgegebenen Bereich enthalten ist, spezifiziert, dass in einem Schaltelement der Wechselrichterschaltung in einer Phase, die dem vorgegebenen Bereich entspricht, eine Unterbrechungs-Störung aufgetreten ist.
Ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Störung einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: Detektieren der Dreiphasen-Ausgangsströme einer Wechselrichterschaltung, die durch ein Schaltelement konfiguriert ist und konfiguriert ist, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzusetzen; Spezifizieren, wenn ein elektrischer Winkel eines zusammengesetzten Vektors, der aus den detektierten Dreiphasen-Ausgangsströmen der drei Phasen berechnet wird, nicht in einem vorgegebenen Bereich enthalten ist, dass eine Unterbrechungs-Störung in einem Schaltelement der Wechselrichterschaltung in einer Phase aufgetreten ist, die dem vorgegebenen Bereich entspricht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Störung eines Schaltelements mit hoher Genauigkeit detektiert werden, ohne durch die Größe des Ausgangsstroms jeder Phase beeinflusst zu werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Wechselrichterschaltung.
3 ist ein Diagramm, das die durch eine Stromdetektionseinheit detektierten Wechselströme iu, iv und iw veranschaulicht.
4 ist eine graphische Darstellung, die einen geometrischen Ort der Drehung eines zusammengesetzten Vektors i_αβ in einem Fall veranschaulicht, in dem eine Unterbrechungs-Störung in einer Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase auftritt.
5 ist eine Tabelle zum Erklären einer Beziehung zwischen einem Störungsabschnitt eines Schaltelements und dem zusammengesetzten Vektor i_αβ.
6 ist eine graphische Darstellung, die sechs Quadranten eines zusammengesetzten Vektors in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum veranschaulicht.
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb einer Steuereinheit in der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
10 ist eine graphische Darstellung, die einen Erfassungszeitpunkt von Dreiphasenstromwerten in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb einer Steuereinheit in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
12 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
13 ist eine graphische Darstellung, die einen Fall veranschaulicht, in dem eine Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase auftritt, die ein zusammengesetzter Vektor im αβ-Achsen-Koordinatenraum ist.
14 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb einer Steuereinheit in der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
16 ist eine graphische Darstellung, die einen Quadranten eines zusammengesetzten Vektors in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum in einer Modifikation 1 veranschaulicht.
17 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der Modifikation 1 veranschaulicht.
18 ist eine graphische Darstellung, die einen Quadranten eines zusammengesetzten Vektors in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum in einer Modifikation 2 veranschaulicht.
19 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der Modifikation 2 veranschaulicht.
20 ist eine graphische Darstellung, die einen Quadranten eines zusammengesetzten Vektors in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum in einer Modifikation 3 veranschaulicht.
21 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der Modifikation 3 veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 in der vorliegenden Ausführungsform.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 setzt eine von einer Gleichstrom-Leistungsquelle 10 erhaltene Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung um, um einen Motor 20 anzutreiben.
Der Motor 20 ist ein Dreiphasenmotor mit drei Wicklungen. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 detektiert eine später zu beschreibende Störung und meldet die Störungsinformationen einer Host-Steuervorrichtung.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 enthält eine Steuereinheit 40, eine Treiberschaltung 50, eine Wechselrichterschaltung 60 und eine Stromdetektionseinheit 70. Die Steuereinheit 40 enthält eine Betriebsberechnungseinheit 41, eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42, eine Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43, eine Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels, eine Quadrantenberechnungseinheit 45, einen Speicher 46 und eine Störungsdetektionseinheit 47.
Die Stromdetektionseinheit 70 misst einen Wechselstrom, der durch jede Phase (U-Phase, V-Phase und W-Phase) des Motors 20 fließt, unter Verwendung eines Stromsensors oder dergleichen. Spezifisch werden ein Wechselstrom iu, der durch die U-Phase fließt, ein Wechselstrom iv, der durch die V-Phase fließt, und ein Wechselstrom iw, der durch die W-Phase fließt, gemessen und an die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 ausgegeben. In dieser Weise detektiert die Stromdetektionseinheit 70 den Ausgangsstrom jeder Phase der Wechselrichterschaltung 60.
Die Steuereinheit 40 kommuniziert mit einer (nicht veranschaulichten) elektronischen Steuervorrichtung, die außerhalb der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 vorgesehen ist, empfängt ein Zieldrehmoment des Motors 20 von der externen elektronischen Steuervorrichtung und gibt das Zieldrehmoment in die Betriebsberechnungseinheit 41 ein.
Die Betriebsberechnungseinheit 41 erhält unter Verwendung des Zieldrehmoments oder dergleichen einen Zielstromwert, der zum Motor 20 fließen soll. Der Zielstromwert wird z. B. in Form eines d-Achsen-Zielstromwertes und eines q-Achsen-Zielstromwertes ausgedrückt. Ferner berechnet die Betriebsberechnungseinheit 41 basierend auf dem Zielstromwert und den durch die Stromdetektionseinheit 70 detektierten Wechselströmen iu, iv und iw einen U-Phasen-Betriebswert, einen V-Phasen-Betriebswert und einen W-Phasen-Betriebswert und gibt die berechneten Werte an die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 aus.
Wenn die Störungsinformationen von der Störungsdetektionseinheit 47 ausgegeben werden, steuert die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 das PWM-Signal, so dass der Motor 20 nicht angetrieben wird. Die Beispiele des Zustands, in dem der Motor 20 nicht angetrieben wird, enthalten einen Zustand, in dem alle sechs Schaltelemente in der Wechselrichterschaltung 60 ausgeschaltet sind (der in der vorliegenden Ausführungsform als ein Freilaufzustand bezeichnet wird). Andere Beispiele enthalten einen Zustand, in dem von den sechs Schaltelementen drei Schaltelemente der Schaltung des oberen Zweigs eingeschaltet sind und drei Schaltelemente der Schaltung des unteren Zweigs ausgeschaltet sind, (der in der vorliegenden Ausführungsform als ein aktiver Kurzschlusszustand des oberen Zweigs bezeichnet wird), und umgekehrt einen Zustand, in dem drei Schaltelemente der Schaltung des oberen Zweigs ausgeschaltet sind und drei Schaltelemente der Schaltung des unteren Zweigs eingeschaltet sind, (der in der vorliegenden Ausführungsform als ein aktiver Kurzschlusszustand des unteren Zweigs bezeichnet wird).
Die Treiberschaltung 50 empfängt das von der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 ausgegebene PWM-Signal und gibt ein Ansteuersignal zum EIN-/AUS-Schalten des Schaltelements an die Wechselrichterschaltung 60 aus.
Die Wechselrichterschaltung 60 enthält einen Glättungskondensator und sechs Schaltelemente und setzt die von der Gleichstrom-Leistungsquelle 10 erhaltene Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um, um den Motor 20 während des Leistungsbetriebs anzutreiben. Zur Zeit der Regeneration wird die Leistung des Motors 20 in Gleichstromleistung umgesetzt, um die Gleichstrom-Leistungsquelle 10 zu laden.
Die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 erzeugt einen zusammengesetzten Vektor i_αβ der Dreiphasen-Wechselströme basierend auf den Wechselströmen iu, iv und iw.
Die Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels gibt einen Vektorwinkel (der im Folgenden als ein elektrischer Winkel bezeichnet wird) des zusammengesetzten Vektors i_αβ bezüglich des U-Phasen-Wechselstroms iu aus.
Die Quadrantenberechnungseinheit 45 erhält, welchem Quadranten eines ersten Quadranten bis zu einem sechsten Quadranten, die im Voraus aufgeteilt werden, der erfasste elektrische Winkel entspricht, bestätigt den Quadranten, den der zusammengesetzte Vektor i_αβ durchlaufen hat, und gibt die Quadranteninformationen aus.
Der Speicher 46 speichert eine Bestimmungstabelle, die später beschrieben wird.
Die Störungsdetektionseinheit 47 detektiert, ob sich der zusammengesetzte Vektor i_αβ um einen elektrischen Winkel vom ersten Quadranten zum sechsten Quadranten gedreht hat. Dann, wenn es einen Quadranten gibt, der nicht durchlaufen worden ist, zieht die Störungsdetektionseinheit 47 in Betracht, dass es ein Störungszustand ist, wobei sie einen Störungsabschnitt des Schaltelements aus der Beziehung zwischen dem elektrischen Winkel und dem Störungsabschnitt bezüglich der Bestimmungstabelle im Speicher 46 spezifiziert und die Störungsinformationen an die Host-Steuervorrichtung und die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 ausgibt.
Die Einzelheiten der Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43, der Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels, der Quadrantenberechnungseinheit 45, des Speichers 46 und der Störungsdetektionseinheit 47 werden später beschrieben.
Es wird angegeben, dass jede Konfiguration in der Steuereinheit 40 die Funktion jeder Konfiguration ungeachtet der Konfiguration durch Hardware durch eine CPU und ein Programm implementieren kann, das durch einen in 8 veranschaulichten Ablaufplan repräsentiert wird, der später beschrieben wird. In einem Fall, in dem jede Konfiguration in der Steuereinheit 40 durch die CPU und das Programm verwirklicht ist, gibt es einen Vorteil, dass die Kosten gesenkt werden können, weil die Anzahl der Teile der Hardware verringert ist. Andererseits gibt es in einem Fall, in dem jede Konfiguration durch Hardware konfiguriert ist, die von der Steuereinheit 40 unabhängig ist, einen Vorteil, dass die Verarbeitungslast der Steuereinheit 40 verringert ist und die Diagnoseverarbeitung beschleunigt werden kann.
2 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm der Wechselrichterschaltung 60.
Die Wechselrichterschaltung 60 weist die Reihenschaltungen des oberen und des unteren Zweigs der UVW-Phasen auf. Eine Reihenschaltung 61 des oberen und des unteren Zweigs der U-Phase enthält ein Schaltelement Tuu des oberen Zweigs der U-Phase, eine Diode Duu des oberen Zweigs der U-Phase, ein Schaltelement Tul des unteren Zweigs der U-Phase und eine Diode Dul des unteren Zweigs der U-Phase. Eine Reihenschaltung 62 des oberen und des unteren Zweigs der V-Phase enthält ein Schaltelement Tvu des oberen Zweigs der V-Phase und eine Diode Dvu des oberen Zweigs der V-Phase und ein Schaltelement Tvl des unteren Zweigs der V-Phase und eine Diode Dvl des unteren Zweigs der V-Phase. Eine Reihenschaltung 63 des oberen und des unteren Zweigs der W-Phase enthält ein Schaltelement Twu des oberen Zweigs der W-Phase, eine Diode Dwu des oberen Zweigs der W-Phase, ein Schaltelement Twl des unteren Zweigs der W-Phase und eine Diode Dwl des unteren Zweigs der W-Phase.
Eine Schaltung 64 des oberen Zweigs enthält das Schaltelement Tuu des oberen Zweigs der U-Phase und die Diode Duu des oberen Zweigs der U-Phase, das Schaltelement Tvu des oberen Zweigs der V-Phase und die Diode Dvu des oberen Zweigs der V-Phase und das Schaltelement Twu des oberen Zweigs der W-Phase und die Diode Dwu des oberen Zweigs der W-Phase. Eine Schaltung 65 des unteren Zweigs enthält das Schaltelement Tul des unteren Zweigs der U-Phase und die Diode Dul des unteren Zweigs der U-Phase, das Schaltelement Tvl des unteren Zweigs der V-Phase und die Diode Dvl des unteren Zweigs der V-Phase und das Schaltelement Twl des unteren Zweigs der W-Phase und die Diode Dwl des unteren Zweigs der W-Phase. Das Schaltelement ist z. B. ein Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Leistungs-MOSFET) oder ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT).
Ein Glättungskondensator 66 glättet den durch das EIN/AUS des Schaltelements erzeugten Strom und unterdrückt die Welligkeit des Gleichstroms, der von der Gleichstrom-Leistungsquelle 10 der Wechselrichterschaltung 60 zugeführt wird. Als der Glättungskondensator 66 wird z. B. ein Elektrolytkondensator oder ein Schichtkondensator verwendet.
3 ist ein Diagramm, das die durch die Stromdetektionseinheit 70 detektierten Wechselströme iu, iv und iw veranschaulicht.
In 3 repräsentiert die horizontale Achse die Zeit, während die vertikale Achse einen Stromwert (Ampere) repräsentiert. Der U-Phasen-Wechselstrom iu ist durch eine durchgezogene Linie angegeben, der V-Phasen-Wechselstrom iv ist durch eine lang gestrichelte Linie angegeben und der W-Phasen-Wechselstrom iw ist durch eine kurz gestrichelte Linie angegeben. 3 veranschaulicht einen Fall, in dem die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase zum Zeitpunkt t ausfällt.
Wie vor dem Zeitpunkt t in 3 veranschaulicht ist, sind, wenn jedes Schaltelement der Wechselrichterschaltung 60 normal ist, Wechselstrom-Signalformen gezeichnet, bei denen die Phasen der Wechselströme iu, iv und iw um 120° verschoben sind. Wenn das Schaltelement Tuu des oberen Zweigs der U-Phase zum Zeitpunkt t eine Unterbrechungs-Störung aufweist, ist der Strom, der durch das Schaltelement Tuu hätte fließen sollen, unterbrochen, so dass die obere Hälfte des U-Phasen-Wechselstroms iu fehlt.
4 ist eine graphische Darstellung, die einen geometrischen Ort der Drehung des zusammengesetzten Vektors ί_αβ in einem Fall veranschaulicht, in dem in der Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase eine Unterbrechungs-Störung auftritt. Der geometrische Ort der Drehung des zusammengesetzten Vektors ί_αβ, wenn die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase auftritt, wird ein Halbkreis auf der linken Seite, wie durch die durchgezogene Linie in 4 angegeben ist. Wenn andererseits keine Störung auftritt, wird ein Kreis gebildet, wie durch die gepunktete Linie in 4 angegeben ist.
Die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 erhält den zusammengesetzten Vektor i_αβ der Dreiphasenströme, die die Wechselströme iu, iv und iw sind, wobei die positive Richtung des U-Phasenstroms iu (hier die Richtung von der Wechselrichterschaltung 60 zum Motor 20) auf 0° gesetzt ist. Im Allgemeinen wird diese Operation die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzung genannt, wobei das Umsetzungsergebnis auf einer α-Achse und einer β-Achse ausgedrückt wird. Eine positive Richtung des U-Phasen-Stroms iu ist als eine α-Achse definiert, während eine zur α-Achse orthogonale Achse als eine β-Achse definiert ist.
Im Normalzustand dreht sich der zusammengesetzte Vektor i_αβ der Dreiphasenströme, um einen Kreis zu zeichnen. Wenn jedoch in der Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase eine Unterbrechungs-Störung auftritt, tritt eine rechtsseitige Komponente des Kreises im zusammengesetzten Vektor ί_αβ nicht auf, wobei folglich deren geometrischer Ort der Drehung ein Halbkreis auf der linken Seite wird.
Es wird der zusammengesetzte Vektor i_αβ, der durch die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 erzeugt wird, beschrieben. Basierend auf dem U-Phasen-Strom iu werden die Dreiphasenwechselströme iu, iv und iw durch die folgenden Ausdrücke (1) bis (3) ausgedrückt.
[Math. 1] $i_{u} = A_{u} e^{j θ}$

[Math. 2] $i_{v} = A_{v} e^{j (θ - \frac{2}{3} π)}$

[Math. 3] $i_{w} = A_{w} e^{j (θ + \frac{2}{3} π)}$
Hier sind Au, Av und Aw die Absolutwerte der Wechselströme der U-Phase, der V-Phase bzw. der W-Phase.
Gemäß der Eulerschen Formel kann z. B. die U-Phase in den folgenden Ausdruck (4) in die Komponenten zerlegt werden.
[Math. 4] $i_{u} = A_{u} (c o s θ + j s i n θ)$
Zusätzlich wird die Transformationsmatrix des Bezugsvektors der U-Phase durch den folgenden Ausdruck (5) ausgedrückt.
[Math. 5] $c = \sqrt{\frac{2}{3}} [\begin{matrix} 1 & - \frac{1}{2} & - \frac{1}{2} \\ 0 & \frac{\sqrt{3}}{2} & - \frac{\sqrt{3}}{2} \end{matrix}]$
Deshalb werden in den Dreiphasenströmen die Zweiphasenkomponenten i_α und i_β auf der α-Achse und der β-Achse durch den folgenden Umsetzungsausdruck (6) erhalten.
[Math. 6] $[\begin{matrix} i_{α} \\ i_{β} \end{matrix}] = c [\begin{matrix} i_{u} \\ i_{v} \\ i_{w} \end{matrix}]$
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Tatsache Beachtung geschenkt, dass sich das Erzeugungsergebnis des zusammengesetzten Vektors i_αβ abhängig von dem Abschnitt des Schaltelements, in dem die Unterbrechungs-Störung auftritt, unterscheidet.
5 ist eine Tabelle zum Erklären einer Beziehung zwischen einem Störungsabschnitt des Schaltelements und dem zusammengesetzten Vektor i_αβ.
Wie in 5 veranschaulicht ist, wird der zusammengesetzte Vektor i_αβ ein Halbkreis auf der linken Seite, wenn die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase ausfällt. Wenn die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase ausfällt, wird der zusammengesetzte Vektor i_αβ ein Halbkreis auf der unteren rechten Seite. Wenn die Schaltung des oberen Zweigs der W-Phase ausfällt, wird der zusammengesetzte Vektor i_αβ ein Halbkreis auf der oberen rechten Seite.
Wenn zusätzlich die Schaltung des unteren Zweigs der U-Phase ausfällt, wird der zusammengesetzte Vektor i_αβ ein Halbkreis auf der rechten Seite. Wenn die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase ausfällt, wird der zusammengesetzte Vektor i_αβ ein Halbkreis auf der oberen linken Seite. Wenn die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ausfällt, wird der zusammengesetzte Vektor ί_αβ ein Halbkreis auf der unteren linken Seite.
Weil sich der Abschnitt, in dem der zusammengesetzte Vektor i_αβ fehlt, abhängig vom Störungsabschnitt unterscheidet, ist im Ergebnis die (αβ-Achsen-Ebene in sechs Quadranten aufgeteilt, wobei die Störungsphase des Schaltelements und der Schaltung des oberen Zweigs oder der Schaltung des unteren Zweigs durch das Detektieren des fehlenden Quadranten und des Winkels, bei dem der zusammengesetzte Vektor i_αβ fortschreitet, bestimmt werden kann.
Als Nächstes wird die Berechnung des elektrischen Winkels in der Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels beschrieben. Aus dem Ergebnis des Umsetzens der Dreiphasenwechselströme iu, iv und iw in die Zweiphasenkomponenten ί_α und i_β auf der α-Achse und der β-Achse wird der elektrische Winkel θ_αβ auf der α-Achse und der β-Achse des zusammengesetzten Vektors i_αβ durch den folgenden Ausdruck (7) berechnet.
[Math. 7] $θ_{α β} = {tan}^{- 1} \frac{i_{β}}{i_{α}}$
Als ein Beispiel eines Verfahrens zum Verwirklichen der Berechnung des elektrischen Winkels wird ein Kennfeld der Beziehung zwischen i_α und i_β und dem elektrischen Winkel θ_αβ mit einem Stromwert, der eine der Montagegenauigkeit entsprechende Wertebreite aufweist, durch einen Rechner oder einen Speicher gespeichert und wird der elektrische Winkel θ_αβ ausgegeben. Wenn jedes Schaltelement der Wechselrichterschaltung 60 normal ist, dreht sich der elektrische Winkel θ_αβ um den Schnittpunkt der α-Achse und der β-Achse.
6 ist eine graphische Darstellung, die sechs Quadranten des zusammengesetzten Vektors im αβ-Achsen-Koordinatenraum veranschaulicht. Wie in 6 veranschaulicht ist, teilt die Quadrantenberechnungseinheit 45 einen vorgegebenen Quadranten im αβ-Achsen-Koordinatenraum z. B. durch (1) die β-Achse, (2) eine um 60° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade und (3) eine um 120° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade in einen ersten bis sechsten Quadranten auf. Wenn die Quadranten in dieser Weise aufgeteilt sind, dann weist jeder Quadrant einen Winkelbereich von 60° auf, wobei die Quadrantenberechnungseinheit 45 erhält, welchem Quadranten der erfasste elektrische Winkel entspricht, bestätigt, ob der zusammengesetzte Vektor i_αβ jeden unterteilten Quadranten durchlaufen hat, und die Quadranteninformationen ausgibt.
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Die in 7 veranschaulichte Bestimmungstabelle wird im Voraus im Speicher 46 gespeichert. Wie in 7 veranschaulicht ist, sind der Bestimmungswinkelbereich und der Störungsabschnitt den Bestimmungsbereichen vom ersten Quadranten bis zum sechsten Quadranten zugeordnet gespeichert. In der in 7 veranschaulichten Bestimmungstabelle veranschaulicht eine Kreismarkierung einen Quadranten, durch den der zusammengesetzte Vektor hindurchgeht, während eine Kreuzmarkierung einen Quadranten angibt, durch den der zusammengesetzte Vektor an dem Störungsabschnitt nicht hindurchgeht.
Der Bestimmungswinkelbereich im ersten Quadranten weist eine Mitte von 0 Grad, ein Minimum von 330 Grad und ein Maximum von 30 Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den ersten Quadranten nicht durchläuft.
Der Bestimmungswinkelbereich im zweiten Quadranten weist eine Mitte von 60 Grad, ein Minimum von 30 Grad und ein Maximum von 90 Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den zweiten Quadranten nicht durchläuft.
Der Bestimmungswinkelbereich im dritten Quadranten weist eine Mitte von 120 Grad, ein Minimum von 90 Grad und ein Maximum von 150 Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des unteren Zweigs der U-Phase, die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den dritten Quadranten nicht durchläuft.
Der Bestimmungswinkelbereich im vierten Quadranten weist eine Mitte von 180 Grad, ein Minimum von 150 Grad und ein Maximum von 210 Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des unteren Zweigs der U-Phase, die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des oberen Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den vierten Quadranten nicht durchläuft.
Der Bestimmungswinkelbereich im fünften Quadranten weist eine Mitte von 240 Grad, ein Minimum von 210 Grad und ein Maximum von 270 Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des unteren Zweigs der U-Phase, die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des oberen Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den fünften Quadranten nicht durchläuft.
Der Bestimmungswinkelbereich im sechsten Quadranten weist eine Mitte von 300 Grad, ein Minimum von 270 Grad und ein Maximum von 330 Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des oberen Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den sechsten Quadranten nicht durchläuft.
Die Störungsdetektionseinheit 47 bestimmt, ob sich der zusammengesetzte Vektor vom ersten Quadranten zum sechsten Quadranten um einen elektrischen Winkel gedreht hat. Dann, wenn es einen Quadranten gibt, der auf der Grundlage der Quadranteninformationen von der Quadrantenberechnungseinheit 45 nicht durchlaufen worden ist, zieht die Störungsdetektionseinheit 47 in Betracht, dass es ein Störungszustand ist, wobei sie einen Störungsabschnitt auf der Grundlage der Bestimmungstabelle im Speicher 46 spezifiziert und die Störungsinformationen ausgibt.
8 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb der Steuereinheit 40 veranschaulicht.
Im Schritt S101 nach 8 wird bestimmt, ob eine maximale Motordrehzahl Nmax [min^-1] kleiner als 60/6 ts ist. Hier ist ts eine Abtastzeit zum Erfassen eines Stromwertes. Wenn die maximale Motordrehzahl Nmax [min^-1] die im Schritt S101 gezeigte Bedingung nicht erfüllt, weil die Drehzahl des Motors 20 zu hoch ist, geht der Prozess zum Schritt S102 weiter, um der Host-Steuervorrichtung zu melden, dass die Störungsdiagnose nicht gültig ist.
Die Abtastzeit zum Erfassen des Stromwertes in der Stromdetektionseinheit 70 ist etwa durch die Leistung eines Analog-Digital-Umsetzers (ADC) bestimmt, der in der Arithmetikeinheit (dem Mikrocomputer) der Steuereinheit 40 enthalten ist. Während einer Umdrehung des elektrischen Winkels ist die Anzahl der Abtastungen am kleinsten, wenn die Motordrehzahl maximal ist.
Wenn z. B. die Abtastzeit ts [s] des ADC 100 [µs] beträgt, ist eine Motordrehzahl N [min^-1], bei der nur sechs Punkte erfasst werden können, ein numerischer Wert, der durch den folgenden Ausdruck (8) gezeigt ist.
[Math. 8] $N = \frac{60}{100 \times 10^{- 6} \times 6} = 100000$
Die Abtastzeit ts und die maximale Motordrehzahl Nmax [min_-1] sind in einem (nicht veranschaulichten) Speicher in der Steuereinheit 40 gespeichert, um zu überprüfen, ob die Detektion durch die Stromdetektionseinheit 70 und die Steuereinheit 40 eine gültige Montagebedingung ist.
Wenn die maximale Motordrehzahl Nmax [min^-1] die im Schritt S101 gezeigte Bedingung erfüllt, kann ein Minimum von 6 Punkten erhalten werden, wenn die Drehzahl des Motors 20 eine Umdrehung des elektrischen Winkels ausführt. Das heißt, die Stromdetektionseinheit 70 und die Steuereinheit 40 führen eine Stromdetektion in einer Abtastperiode aus, die wenigstens sechs Punkte oder mehr der Grundschwingungskomponente des Ausgangsstroms während einer Periode von einem Zyklus beträgt. Mit anderen Worten, die Stromdetektionseinheit 70 und die Steuereinheit 40 führen eine Stromdetektion mit einer Abtastfrequenz aus, die wenigstens das 6-fache oder mehr der Frequenz des Ausgangsstroms ist. Wenn die im Schritt S101 gezeigte Bedingung erfüllt ist, geht der Prozess zum Schritt S103 weiter.
Im Schritt S103 erfasst die Stromdetektionseinheit 70 die Wechselströme iu, iv und iw der jeweiligen Phasen.
Im nächsten Schritt S104 erfasst die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 den zusammengesetzten Vektor i_αβ auf der α-Achse und der β-Achse.
Im nächsten Schritt S105 erhält die Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels den elektrischen Winkel des zusammengesetzten Vektors i_αβ bezüglich des U-Phasen-Wechselstroms iu. Dann gibt die Quadrantenberechnungseinheit 45 im Schritt S106 die Quadranteninformationen aus, die angeben, welchem Quadranten des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten, die im Voraus aufgeteilt worden sind, der erfasste elektrische Winkel entspricht.
Im Schritt S107 wird bestimmt, ob i 6 oder größer ist. i ist die Anzahl der erfassten Quadranten.
Falls i nicht 6 oder größer ist, ist es ein Fall, in dem die Erfassung nicht bis zum sechsten Quadranten abgeschlossen worden ist, wobei der Prozess zum Schritt S108 weitergeht.
Im Schritt S108 wird bestimmt, ob der Quadrant vom vorherigen Zeitpunkt fortgeschritten ist. Wenn der Quadrant nicht fortgeschritten ist, wird der Prozess beendet, wobei die in 8 veranschaulichte Verarbeitung zum nächsten Abtastzeitpunkt ts vom Schritt S101 ausgeführt wird. Falls der Quadrant vom vorherigen Zeitpunkt im Schritt S108 fortgeschritten ist, wird im Schritt S109 1 zu i addiert, wobei der Prozess beendet wird.
In einem Fall, in dem im Schritt S107 bestimmt wird, dass die Erfassung bis zum sechsten Quadranten abgeschlossen ist, geht der Prozess zum Schritt S110 weiter. Im Schritt S110 bestimmt die Störungsdetektionseinheit 47, ob die im Schritt S106 ausgegebenen Quadranteninformationen allen Quadranten entsprechen, d. h., ob die Quadranteninformationen alle Quadranten durchlaufen. Falls nicht alle Quadranten durchlaufen worden sind, geht der Prozess zum Schritt S111 weiter.
Im Schritt S111 zieht die Störungsdetektionseinheit 47 in Betracht, dass es ein Störungszustand ist, wobei sie einen Störungsabschnitt bezüglich der Bestimmungstabelle im Speicher 46 und des Quadranten, der nicht durchlaufen worden ist, spezifiziert und die Störungsinformationen an die Host-Steuervorrichtung und die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 ausgibt.
Im Schritt S112 wird bestimmt, ob die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des unteren Zweigs auftritt. In einem Fall, in dem die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des unteren Zweigs auftritt, erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 im Schritt S113 ein PWM-Signal und gibt es aus, um sich im Dreiphasen-Kurzschlusszustand des oberen Zweigs zu befinden. Im Ergebnis tritt die Wechselrichterschaltung 60 in einen aktiven Kurzschlusszustand des oberen Zweigs ein.
Andererseits erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 in einem Fall, in dem die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des oberen Zweigs im Schritt S112 auftritt, im Schritt S114 ein PWM-Signal und gibt es aus, um sich im Dreiphasen-Kurzschlusszustand des unteren Zweigs zu befinden. Im Ergebnis tritt die Wechselrichterschaltung 60 in einen aktiven Kurzschlusszustand des unteren Zweigs ein.
Nach dem Verarbeiten der Schritte S113 und S114 ist der in 8 veranschaulichte Prozess beendet.
Wenn im Schritt S110 bestimmt wird, dass die im Schritt S106 ausgegebenen Quadranteninformationen alle Quadranten durchlaufen haben, bestimmt die Störungsdetektionseinheit 47, dass die Wechselrichterschaltung 60 normal ist, wobei der Prozess zum Schritt S115 weitergeht. Im Schritt S115 wird i, das die Anzahl der detektierten Quadranten ist, auf 0 zurückgeführt. Dann erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 im Schritt S116 ein PWM-Signal gemäß dem Betriebswert jeder Phase. Danach, nach einer vorgegebenen Zeit, werden die Prozesse von Schritt S101 in 8 wiederholt.
Um den Zustand des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Störung des Schaltelements zu bestimmen, ist es in dieser Weise notwendig, anzugeben, dass alle Quadranten vom ersten Quadranten bis zum sechsten Quadranten auf der αβ-Achsen-Koordinate durchlaufen worden sind. Das heißt, es ist erforderlich, wenigstens sechs Abtastpunkte bei einer Umdrehung des elektrischen Winkels zu erhalten, wobei außerdem die Abtastzeit gemäß der Erfassung des Dreiphasenstromwerts erhalten wird. Das heißt, weil es notwendig ist, die Informationen von sechs Quadranten zu erhalten, anstatt einfach sechs Abtastwerte an spezifischen Punkten bei der αβ-Achsen-Koordinate zu erfassen, werden die Dreiphasenstromwerte bei einer Abtastfrequenz erfasst, die das Sechsfache oder mehr der elektrischen Winkelfrequenz ist.
Um die Störung unter Verwendung des elektrischen Winkels zu detektieren, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Störung des Schaltelements mit hoher Genauigkeit unter Verwendung nur des Stromwerts des Dreiphasenwechselstroms ungeachtet der Amplitudengenauigkeit des Dreiphasenwechselstromwerts zu detektieren.
Zusätzlich wird, wenn die αβ-Achsen-Ebene in sechs Quadranten aufgeteilt ist, eine Störung unter Verwendung von Durchgangsbestätigungsinformationen der Quadranten detektiert. Falls pro einer Umdrehung des Motors sechs Abtastwerte der elektrischen Winkel erhalten werden können, kann deshalb eine Störung innerhalb einer Umdrehung des Motors detektiert werden, ohne einen Wechselstromwert für mehrere Zyklen zu erhalten.
Um eine höhere Zuverlässigkeit bezüglich der Störungsdetektion zu erhalten, kann zusätzlich eine Bestimmung mit den Ergebnissen mehrerer Umdrehungen ausgeführt werden, ohne zu bestimmen, ob das Ergebnis einer Umdrehung des elektrischen Winkels normal oder fehlgeschlagen ist.
Es wird angegeben, dass, obwohl der Fall, in dem der elektrische Winkel eine Linksdrehung ist, beschrieben worden ist, die vorliegende Erfindung mit der gleichen Idee angewendet werden kann, selbst wenn die Richtung, in der der Dreiphasenstrom fließt, eine Rechtsdrehung wie bei der Regeneration ist.
Weil die vorliegende Ausführungsform keinen Rotationssensor, wie z. B. einen Drehmelder, benötigt und nur den Wert der Stromdetektionseinheit 70, wie z. B. eines Stromsensors, verwendet, ist der Typ des Elektromotors ungeachtet der Synchronmaschine und der Induktionsmaschine anwendbar.
[Zweite Ausführungsform]
9 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 in der vorliegenden Ausführungsform.
Die gleichen Abschnitte wie jene der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Beschreibung weggelassen wird.
Eine Steuereinheit 40' enthält zusätzlich zu der Betriebsberechnungseinheit 41, der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42, der Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43, der Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels, der Quadrantenberechnungseinheit 45, dem Speicher 46 und der Störungsdetektionseinheit 47 eine Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors, eine Motordrehzahl-Berechnungseinheit 82 und eine Berechnungseinheit 83 der erforderlichen Drehzahl.
Die Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors erfasst das Zieldrehmoment des Motors 20 von einer (nicht veranschaulichten) elektronischen Steuervorrichtung, die außerhalb der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 vorgesehen ist, berechnet die Drehrichtung des zusammengesetzten Vektors aus dem Zieldrehmoment und gibt die Drehrichtung an die Störungsdetektionseinheit 47 aus.
Die Motordrehzahl-Berechnungseinheit 82 berechnet die Motordrehzahl N aus den Dreiphasenwechselströmen iu, iv und iw und gibt die Motordrehzahl N an die Berechnungseinheit 83 der erforderlichen Drehzahl 83 aus.
Die Berechnungseinheit 83 der erforderlichen Drehzahl speichert im Voraus eine Übereinstimmungstabelle der Motordrehzahl N, der Abtastzeit Ts des Stromsensors und der Drehzahl des elektrischen Winkels, die zum Überprüfen des Durchgangs durch alle Quadranten erforderlich ist, und gibt die entsprechende Drehzahl Nr des elektrischen Winkels von der Motordrehzahl N basierend auf dem Berechnungsergebnis der Motordrehzahl-Berechnungseinheit 82 bezüglich der Übereinstimmungstabelle aus.
Es wird angegeben, dass jede Komponente in der Steuereinheit 40' ungeachtet der Konfiguration durch die Hardware die Funktion jeder Komponente durch eine CPU und ein Programm, das durch einen in 11 veranschaulichten Ablaufplan repräsentiert wird, der später beschrieben wird, implementieren kann. In einem Fall, in dem jede Konfiguration in der Steuereinheit 40' durch die CPU und das Programm verwirklicht ist, gibt es einen Vorteil, dass die Kosten gesenkt werden können, weil die Anzahl der Teile der Hardware verringert ist. Andererseits gibt es in einem Fall, in dem jede Konfiguration durch Hardware unabhängig von der Steuereinheit 40' konfiguriert ist, einen Vorteil, dass die Verarbeitungslast der Steuereinheit 40' verringert ist und die Diagnoseverarbeitung beschleunigt werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Dreiphasenstromwerte für eine oder mehrere Umdrehungen des Motors 20 erfasst und wird eine Störung eines Schaltelements in der Wechselrichterschaltung 60 unter Verwendung der Quadrantendurchgangsinformationen für eine oder mehrere Umdrehungen detektiert.
Aus der Beziehung zwischen dem Erfassungszeitpunkt des Dreiphasenstromwertes und der Drehzahl des Motors 20 gibt es einen Fall, in dem es schwierig ist, den elektrischen Winkel des zusammengesetzten Vektors zu erfassen, so dass der zusammengesetzte Vektor innerhalb einer Umdrehung des elektrischen Winkels alle Quadranten durchläuft. Unter der Bedingung, dass die Daten bei jedem elektrischen Winkel von 103° erfasst werden, durchläuft der Motor 20 z. B. alle 6 Quadranten bei etwas mehr als etwa 2 Umdrehungen.
10 ist eine graphische Darstellung, die den Erfassungszeitpunkt der Dreiphasenstromwerte im αβ-Achsen-Koordinatenraum veranschaulicht.
Die in 10 veranschaulichte Kreuzmarkierung gibt den Erfassungszeitpunkt des Dreiphasenstromwerts an, während die Zahl die Erfassungsreihenfolge angibt. In 10 werden die Daten bei jedem elektrischen Winkel von 103° erfasst, wobei die sechs Quadranten entsprechenden Quadranteninformationen bei etwas mehr als etwa 2 Umdrehungen des Motors 20 erhalten werden.
11 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb der Steuereinheit 40' in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
Im Schritt S201 nach 11 berechnet die Motordrehzahl-Berechnungseinheit 82 die Motordrehzahl N aus den Dreiphasenwechselströmen iu, iv und iw. Im nächsten Schritt S202 bestimmt die Berechnungseinheit 83 der erforderlichen Drehzahl aus der Drehzahl N und der Stromabtastzeit Ts die Drehzahl Nr des elektrischen Winkels, die zum Bestätigen des Durchlaufens aller Quadranten erforderlich ist. Die Berechnungseinheit 83 der erforderlichen Drehzahl bereitet z. B. eine Übereinstimmungstabelle der Motordrehzahl N, der Abtastzeit Ts des Stromsensors und der zum Überprüfen des Durchgangs durch alle Quadranten erforderlichen Drehzahl Nr des elektrischen Winkels vor und gibt basierend auf dem Berechnungsergebnis der Motordrehzahl-Berechnungseinheit 82 bezüglich der Übereinstimmungstabelle die entsprechende Drehzahl Nr des elektrische Winkels von der Motordrehzahl N aus.
Im Schritt S203 nach 11 erfasst die Stromdetektionseinheit 70 die Wechselströme iu, iv und iw der jeweiligen Phasen. Im nächsten Schritt S204 erfasst die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 den zusammengesetzten Vektor i_αβ auf der α-Achse und der β-Achse. Im nächsten Schritt S205 erhält die Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels den elektrischen Winkel des zusammengesetzten Vektors ί_αβ bezüglich des U-Phasen-Wechselstroms iu. Dann gibt die Quadrantenberechnungseinheit 45 im Schritt S206 die Quadranteninformationen aus, die angeben, welchem Quadranten des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten, die im Voraus aufgeteilt worden sind, der erfasste elektrische Winkel entspricht.
Ferner erfasst die Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors im Schritt S207 nach 11 das Zieldrehmoment des Motors 20 von der externen elektronischen Steuervorrichtung. Dann, im Schritt S208, berechnet die Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors die Drehrichtung des zusammengesetzten Vektors aus dem Zieldrehmoment, wobei sie die Drehrichtung an die Störungsdetektionseinheit 47 ausgibt.
Im Schritt S209 detektiert die Störungsdetektionseinheit 47, ob sich der zusammengesetzte Vektor nach links dreht.
Falls die Drehung die Linksdrehung ist, geht der Prozess zum Schritt S210 weitet, während, falls die Drehung die Rechtsdrehung ist, der Prozess zum Schritt S211 weitergeht. In den Schritten S210 und S211 ist der erfasste Winkel als (θαβ)η dargestellt, während der vorher erfasste Winkel als (θαβ)n - 1 dargestellt ist.
Im Schritt S210 wird bestimmt, ob der Winkel des zusammengesetzten Vektors die Bedingung des folgenden Ausdrucks (9) bezüglich der α-Achse erfüllt.
[Math. 9] $180 ° \leq {(θ_{α β})}_{n - 1} < 360 ° und 0 ° \leq {(θ_{α β})}_{n} < 180 °$
Im Schritt S211 wird bestimmt, ob der Winkel des zusammengesetzten Vektors die Bedingung des folgenden Ausdrucks (10) bezüglich der α-Achse erfüllt.
[Math. 10] $0 ° \leq {(θ_{α β})}_{n - 1} < 180 ° und 180 ° \leq {(θ_{α β})}_{n} < 360 °$
In einem Fall, in dem im Schritt S210 und Schritt S211 bestimmt wird, dass die Bedingung erfüllt ist, geht der Prozess zum Schritt S212 weiter, während in einem Fall, in dem bestimmt wird, dass die Bedingung nicht erfüllt ist, der Prozess beendet wird. Im Schritt S212 wird 1 zu i addiert. Dann wird im nächsten Schritt S213 bestimmt, ob i größer als die Drehzahl Nr des elektrischen Winkels ist.
Im Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn des zusammengesetzten Vektors kann z. B. in einem Fall, in dem sich der zusammengesetzte Vektor im Schritt S210 von der negativen Seite (rechten Seite) zur positiven Seite (linken Seite) der α-Achse bewegt, gesagt werden, dass der zusammengesetzte Vektor den 0°-Punkt durchlaufen hat. Deshalb wird im Schritt S212 der Zähler i addiert, wobei im Schritt S213 bestätigt wird, ob die erforderliche Drehzahl Nr erhalten worden ist. Weil im Beispiel im Uhrzeigersinn des zusammengesetzten Vektors gesagt werden kann, dass der zusammengesetzte Vektor den 0°-Punkt durchlaufen hat, wenn sich der zusammengesetzte Vektor im Schritt S211 von der positiven Seite (linken Seite) zur negativen Seite (rechten Seite) der α-Achse bewegt, wird der Zähler i im Schritt S212 addiert, wobei im Schritt S213 bestätigt wird, ob die erforderliche Drehzahl Nr erhalten worden ist.
In einem Fall, in dem im Schritt S213 bestimmt wird, dass i größer als die Drehzahl Nr des elektrischen Winkels ist, ist es ein Fall, in dem der zusammengesetzte Vektor alle Quadranten durchlaufen hat, wobei der Prozess zum Schritt S214 weitergeht. In einem Fall, in dem im Schritt S213 nicht bestimmt wird, dass i größer als die Drehzahl Nr des elektrischen Winkels ist, wird der Prozess beendet, wobei die in 11 veranschaulichte Verarbeitung wiederholt wird, nachdem eine vorgegebene Zeit vergangen ist.
Im Schritt S214 bestimmt die Störungsdetektionseinheit 47, ob die im Schritt S206 ausgegebenen Quadranteninformationen allen Quadranten entsprechen, d. h., ob alle Quadranten durchlaufen worden sind. Falls nicht alle Quadranten durchlaufen worden sind, geht der Prozess zum Schritt S215 weiter.
Im Schritt S215 zieht die Störungsdetektionseinheit 47 in Betracht, dass es ein Störungszustand ist, wobei sie bezüglich einer im Voraus in dem Speicher 46 gespeicherten Bestimmungstabelle und des Quadranten, der nicht durchlaufen worden ist, einen Störungsabschnitt spezifiziert und die Störungsinformationen an die Host-Steuervorrichtung und die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 ausgibt. Es wird angegeben, dass die Bestimmungstabelle zu der Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der in 7 veranschaulichten ersten Ausführungsform ähnlich ist.
Im Schritt S216 wird bestimmt, ob die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des unteren Zweigs auftritt. In einem Fall, in dem die Unterbrechungs-Störung der Schaltung des unteren Zweigs im Schritt S216 auftritt, erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 im Schritt S217 ein PWM-Signal und gibt es aus, um sich im Dreiphasen-Kurzschlusszustand des oberen Zweigs zu befinden. Im Ergebnis tritt die Wechselrichterschaltung 60 in den aktiven Kurzschlusszustand des oberen Zweigs ein. Alternativ werden im Schritt S217 alle sechs Schaltelemente in der Wechselrichterschaltung 60 ausgeschaltet, um in einen Freilaufzustand einzutreten.
Andererseits erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 in einem Fall, in dem die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des oberen Zweigs auftritt, im Schritt S218 ein PWM-Signal und gibt es aus, um sich im Dreiphasen-Kurzschlusszustand des unteren Zweigs zu befinden. Im Ergebnis tritt die Wechselrichterschaltung 60 in den aktiven Kurzschlusszustand des unteren Zweigs ein. Alternativ werden im Schritt S218 alle sechs Schaltelemente in der Wechselrichterschaltung 60 ausgeschaltet, um in einen Freilaufzustand einzutreten.
Nach dem Verarbeiten der Schritte S217 und S218 wird der in 11 veranschaulichte Prozess beendet.
Wenn im Schritt S214 bestimmt wird, dass in den im Schritt S206 ausgegebenen Quadranteninformationen alle Quadranten durchlaufen worden sind, bestimmt die Störungsdetektionseinheit 47, dass die Wechselrichterschaltung 60 normal ist, wobei der Prozess zum Schritt S219 weitergeht. Im Schritt S219 wird der Zähler i auf 0 zurückgeführt. Dann erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 im Schritt S220 ein PWM-Signal gemäß dem Betriebswert jeder Phase. Dann, nachdem eine vorgegebene Zeit vergangen ist, werden die in 11 veranschaulichten Prozesse wiederholt.
Um die Störung unter Verwendung des elektrischen Winkels zu detektieren, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform ungeachtet der Amplitudengenauigkeit des Dreiphasenwertwechselstromwerts möglich, die Störung des Schaltelements mit hoher Genauigkeit nur unter Verwendung des Stromwerts des Dreiphasenwechselstroms zu detektieren.
Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus der Beziehung zwischen dem Erfassungszeitpunkt des Dreiphasenstromwerts und der Drehzahl des Motors 20 möglich, selbst in einem Fall, in dem es nicht möglich ist, den elektrischen Winkel des zusammengesetzten Vektors zu erfassen, so dass der zusammengesetzte Vektor innerhalb einer Umdrehung des elektrischen Winkels alle Quadranten durchläuft, die Störung des Schaltelements zu detektieren, wenn der zusammengesetzte Vektor innerhalb mehrerer Umdrehungen des elektrischen Winkels alle Quadranten durchläuft.
[Dritte Ausführungsform]
12 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 in der vorliegenden Ausführungsform.
Die gleichen Abschnitte wie die der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 in der in 1 veranschaulichten ersten Ausführungsform sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren Beschreibung weggelassen wird. In der dritten Ausführungsform wird der Störungsabschnitt aus der Position des fehlenden Quadranten bestimmt, wobei aber in der vorliegenden Ausführungsform der erste fehlende Quadrant spezifiziert wird und der Störungsabschnitt frühzeitig bestimmt wird.
Eine Steuereinheit 40" enthält zusätzlich zu der Betriebsberechnungseinheit 41, der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42, der Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43, der Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels, der Quadrantenberechnungseinheit 45, dem Speicher 46 und der Störungsdetektionseinheit 47 die Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors, einen Verzögerer 84 und eine Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit 85.
Die Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors erfasst das Zieldrehmoment des Motors 20 von einer (nicht veranschaulichten) elektronischen Steuervorrichtung, die außerhalb der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 vorgesehen ist, berechnet die Drehrichtung des zusammengesetzten Vektors aus dem Zieldrehmoment und gibt die Drehrichtung an die Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit 85 aus.
Der Verzögerer 84 verzögert die Quadranteninformationen von der Quadrantenberechnungseinheit 45 um einen Abtastwert und leitet die Informationen zu der Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit 85 weiter.
Die Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit 85 gibt basierend auf den durch den Verzögerer 84 erhaltenen Quadranteninformationen einen Abtastwert vorher und der Drehrichtung des zusammengesetzten Vektors die Vorhersage-Quadranteninformationen an die Störungsdetektionseinheit 47 aus.
Es wird angegeben, dass jede Komponente in der Steuereinheit 40" ungeachtet der Konfiguration durch die Hardware die Funktion jeder Komponente durch eine CPU und ein Programm, das durch einen in 15 veranschaulichten Ablaufplan, der später beschrieben wird, repräsentiert wird, implementieren kann. In einem Fall, in dem jede Konfiguration in der Steuereinheit 40" durch die CPU und das Programm verwirklicht ist, gibt es einen Vorteil, dass die Kosten gesenkt werden können, weil die Anzahl der Teile der Hardware verringert ist. Andererseits gibt es in einem Fall, in dem jede Konfiguration durch eine von der Steuereinheit 40" unabhängige Hardware konfiguriert ist, einen Vorteil, dass die Verarbeitungslast der Steuereinheit 40" verringert ist und die Diagnoseverarbeitung beschleunigt werden kann.
13 ist eine graphische Darstellung, die einen Fall veranschaulicht, in dem eine Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase auftritt, die ein zusammengesetzter Vektor im αβ-Achsen-Koordinatenraum ist.
13 veranschaulicht eine Situation, in der sich der zusammengesetzte Vektor entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Wenn eine Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase auftritt, ändert sich der geometrische Ort der Drehung des zusammengesetzten Vektors zu einem Halbkreis, der durch eine durchgehende Linie in 13 angegeben ist. Das heißt, es wird die Position des Quadranten erhalten, in dem der sechste Quadrant zuerst ausgelassen ist.
14 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Die in 14 veranschaulichte Bestimmungstabelle veranschaulicht einen Fall, in dem der zusammengesetzte Vektor entgegen dem Uhrzeigersinn ist, wobei diese Bestimmungstabelle im Voraus im Speicher 46 gespeichert wird. Wie in 14 veranschaulicht ist, sind der Bestimmungswinkelbereich und die Störungs-Fehlreihenfolge in Verbindung mit den Bestimmungsbereichen des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten gespeichert.
Wie in 14 veranschaulicht ist, ist die Störungs-Fehlreihenfolge in einem Fall, in dem die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase ausfällt, die Reihenfolge des sechsten Quadranten, des ersten Quadranten und des zweiten Quadranten. Die Störungs-Fehlreihenfolge, wenn die Schaltung des unteren Zweigs der U-Phase ausfällt, ist die Reihenfolge des dritten Quadranten, des vierten Quadranten und des fünften Quadranten. Die Störungs-Fehlreihenfolge, wenn die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase ausfällt, ist die Reihenfolge des zweiten Quadranten, des dritten Quadranten und des vierten Quadranten. Die Störungs-Fehlreihenfolge, wenn die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase ausfällt, ist die Reihenfolge des fünften Quadranten, des sechsten Quadranten und des ersten Quadranten. Die Störungs-Fehlreihenfolge, wenn die Schaltung des oberen Zweigs der W-Phase ausfällt, ist die Reihenfolge des vierten Quadranten, des fünften Quadranten und des sechsten Quadranten. Die Störungs-Fehlreihenfolge, wenn die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ausfällt, ist die Reihenfolge des ersten Quadranten, des zweiten Quadranten und des dritten Quadranten.
15 ist ein Ablaufplan, der einen Betrieb der Steuereinheit 40" in der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
Im Schritt S301 nach 15 wird bestimmt, ob die maximale Motordrehzahl Nmax [min^-1] kleiner als 60/6 ts ist. Es wird angegeben, dass die Verarbeitung der Schritte S301 bis S306 zu der in 8 veranschaulichten Verarbeitung der Schritte S101 bis S106, die der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, ähnlich ist, wobei folglich deren Beschreibung vereinfacht wird.
Wenn die im Schritt S301 veranschaulichte Bedingung nicht erfüllt ist, ist die Drehzahl des Motors 20 zu hoch. Deshalb geht der Prozess zum Schritt S302 weiter, wobei der Host-Steuervorrichtung gemeldet wird, dass die Störungsdiagnose nicht gültig ist.
Im Schritt S303 erfasst die Stromdetektionseinheit 70 die Wechselströme iu, iv und iw der jeweiligen Phasen.
Im nächsten Schritt S304 erfasst die Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit 43 den zusammengesetzten Vektor i_αβ auf der α-Achse und der β-Achse.
Im Schritt S305 erhält die Berechnungseinheit 44 des elektrischen Winkels den elektrischen Winkel des zusammengesetzten Vektors i_αβ bezüglich des U-Phasen-Wechselstroms iu. Dann gibt die Quadrantenberechnungseinheit 45 im Schritt S306 die Quadranteninformationen aus, die angeben, welchem Quadranten des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten, die im Voraus aufgeteilt worden sind, der erfasste elektrische Winkel entspricht.
Im Schritt S307 werden die Quadranteninformationen von der Quadrantenberechnungseinheit 45 in den Verzögerer 84 eingegeben, wobei eine einem Abtastwert entsprechende Verzögerung ausgeführt wird.
Im Schritt S308 erfasst die Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors das Ziel-Drehmoment des Motors 20. Dann berechnet die Drehrichtungs-Berechnungseinheit 81 des zusammengesetzten Vektors im Schritt S309 die Drehrichtung des zusammengesetzten Vektors aus dem Zieldrehmoment, wobei sie die Drehrichtung an die Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit 85 ausgibt.
Als Nächstes bestimmt im Schritt S310 die Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit 85 die Vorhersage-Quadranteninformationen durch das Kombinieren der Drehrichtung des zusammengesetzten Vektors und der durch den Verzögerer 84 verzögerten Quadranteninformationen, wobei sie die Vorhersage-Quadranteninformationen an die Störungsdetektionseinheit 47 ausgibt. In dem Beispiel nach 13, d. h., in dem Beispiel, in dem der zusammengesetzte Vektor entgegen dem Uhrzeigersinn ist und die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase eine Unterbrechungs-Störung aufweist, werden die Informationen des sechsten Quadranten zu der Störungsdetektionseinheit 47 als die Vorhersage-Quadranteninformationen ausgegeben, wenn der aktuelle Zeitpunkt der Abtastzeitpunkt des fünften Quadranten ist.
Im Schritt S311 vergleicht die Störungsdetektionseinheit 47 die durch die Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit 85 erhaltenen Vorhersage-Quadranteninformationen mit den aktuellen Quadranteninformationen. Im Schritt S312 bestimmt die Störungsdetektionseinheit 47, ob die Vorhersage-Quadranteninformationen mit der aktuellen Quadranteninformationen übereinstimmen. Im Beispiel nach 13 fehlt der durchlaufene sechste Quadrant zum aktuellen Zeitpunkt, wobei im Schritt S312 bestimmt wird, dass die Vorhersage-Quadranteninformationen nicht mit dem sechsten Quadranten als die Vorhersage-Quadranteninformationen (dem Quadranten, der nach dem fünften Quadranten durchlaufen werden soll, der einmal vorher durchlaufen worden ist) übereinstimmen, wobei der Prozess zum Schritt S313 weitergeht.
Im Schritt S313 zieht die Störungsdetektionseinheit 47 in Betracht, dass es ein Störungszustand ist, wobei sie einen Störungsabschnitt bezüglich der Störungs-Fehlreihenfolge in der Bestimmungstabelle in dem Speicher 46 spezifiziert und die Störungsinformationen an die Host-Steuervorrichtung und die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 ausgibt. Im Beispiel nach 14 wird, falls die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die die erste Störungs-Fehlreihenfolge im sechsten Quadranten aufweist, eine Unterbrechungs-Störung ist, der Störungsabschnitt spezifiziert.
Im Schritt S314 wird bestimmt, ob die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des unteren Zweigs auftritt. In einem Fall, in dem die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des unteren Zweigs auftritt, erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 im Schritt S315 ein PWM-Signal und gibt es aus, um sich im Dreiphasen-Kurzschlusszustand des oberen Zweigs zu befinden. Im Ergebnis tritt die Wechselrichterschaltung 60 in den aktiven Kurzschlusszustand des oberen Zweigs ein.
Andererseits erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 in einem Fall, in dem die Unterbrechungs-Störung in der Schaltung des oberen Zweigs im Schritt S314 auftritt, im Schritt S316 ein PWM-Signal und gibt es aus, um sich im Dreiphasen-Kurzschlusszustand des unteren Zweigs zu befinden. Im Ergebnis tritt die Wechselrichterschaltung 60 in den aktiven Kurzschlusszustand des unteren Zweigs ein.
Nach dem Verarbeiten der Schritte S315 und S316 ist der in 15 veranschaulichte Prozess beendet.
Im Schritt S312, wenn bestimmt wird, dass die Vorhersage-Quadranteninformationen mit den aktuellen Quadranteninformationen übereinstimmen, bestimmt die Störungsdetektionseinheit 47, dass der zuvor durchlaufene Quadrant und der aktuell durchlaufene Quadrant nicht fehlen und dass sich die Wechselrichterschaltung 60 in einem normalen Zustand befindet, wobei der Prozess zum Schritt S317 weitergeht. Im Schritt S317 erzeugt die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 42 ein PWM-Signal gemäß dem Betriebswert jeder Phase. Dann, nachdem eine vorgegebene Zeit vergangen ist, werden die in 15 veranschaulichten Prozesse wiederholt.
Es wird angegeben, dass die Quadranteninformationen um einen Abtastwert verzögert und mit den Quadranteninformationen eines vorhergehenden Abtastwerts verglichen werden, wobei aber die Quadranteninformationen um zwei Abtastwerte verzögert werden und mit den Quadranteninformationen von zwei vorhergehenden Abtastwerten verglichen werden können. Im Ergebnis ist es sogar in einem Fall, in dem sich die Quadranteninformationen eines Abtastwerts vorher in einer Übergangsperiode befinden und mehrdeutig sind, möglich, einen fehlenden Quadranten unter Verwendung von Quadranteninformationen zwei Abtastwerte vorher zuverlässig zu erfassen.
Um die Störung unter Verwendung des elektrischen Winkels zu detektieren, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Störung des Schaltelements mit hoher Genauigkeit nur unter Verwendung des Stromwerts des Dreiphasenwechselstroms ungeachtet der Amplitudengenauigkeit des Dreiphasenwechselstromwerts zu detektieren.
Zusätzlich ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Störungsabschnitt in einem frühen Stadium zu bestimmen, ohne zu warten, bis sich der zusammengesetzte Vektor um einen elektrischen Winkel dreht.
(Modifikation 1)
16 ist eine graphische Darstellung, die einen Quadranten eines zusammengesetzten Vektors in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum in der Modifikation 1 veranschaulicht.
Die Zahlen in 16 geben die Quadrantennummern an. Wie in 16 veranschaulicht ist, ist ein vorgegebener Quadrant im αβ-Achsen-Koordinatenraum z. B. durch (1) die β-Achse, (2) eine um 60° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade und (3) eine um 120° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade in die ersten bis sechsten Quadranten aufgeteilt. Die Quadranten in der Umgebung der durch die Ziffer 7 angegebenen Grenze sind an der Grenze der jeweiligen Quadranten definiert. Um eine fehlerhafte Erkennung des Quadranten zu verhindern, durch den der rotierende zusammengesetzte Vektor hindurchgegangen ist, wird im Ergebnis die Umgebung der Grenze des Quadranten als ein weiterer Quadrant festgelegt.
17 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der Modifikation 1 veranschaulicht.
Wie in 17 veranschaulicht ist, sind der Bestimmungswinkelbereich und der Störungsabschnitt in Verbindung mit jedem des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten und den Bestimmungsbereichen in der Umgebung der Grenze gespeichert. Die Symbole in der Zeichnung repräsentieren die Zahlen in der Zeichnung in 16. α im Bestimmungswinkelbereich repräsentiert einen Winkelbereich in der Umgebung der Grenze.
Im Bestimmungswinkelbereich des ersten Quadranten beträgt die Mitte 0 Grad, beträgt das Minimum 330 + α Grad und beträgt das Maximum 30 - α Grad. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den ersten Quadranten nicht durchläuft.
Im Bestimmungswinkelbereich des zweiten Quadranten beträgt die Mitte 60 Grad, beträgt das Minimum 30 + α Grad und beträgt das Maximum 90 - α Grad. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den zweiten Quadranten nicht durchläuft.
Außerdem gibt ähnlich im dritten Quadranten bis sechsten Quadranten in der in 17 veranschaulichten Bestimmungstabelle eine Kreismarkierung einen Quadranten an, den der zusammengesetzte Vektor durchläuft, während eine Kreuzmarkierung einen Quadranten angibt, den der zusammengesetzte Vektor am Störungsabschnitt nicht durchläuft.
In der Umgebung der Grenze sind sechs Unterteilungen mit einem Minimum bis zu einem Maximum von 30 - α bis 30 + α, 90 - α bis 90 + α, 150 - α bis 150 + α, 210 - α bis 210 + α, 270 - α bis 270 + α und 330 - α bis 330 + α definiert.
Die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebene Quadrantenberechnungseinheit 45 gibt die Quadranteninformationen irgendeines des ersten bis sechsten Quadranten und der Umgebung der Grenze aus.
Die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebene Störungsdetektionseinheit 47 gibt die Störungsinformationen bezüglich einer in dem Speicher 46 gespeicherten Bestimmungstabelle oder dergleichen aus. In diesem Fall wird die Störungsbestimmung in der Umgebung der Grenze nicht ausgeführt.
(Modifikation 2)
18 ist eine graphische Darstellung, die einen Quadranten eines zusammengesetzten Vektors in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum in einer Modifikation 2 veranschaulicht.
Die Zahlen in 18 geben die Quadrantennummern an. Wie in 18 veranschaulicht ist, ist ein vorgegebener Quadrant im αβ-Achsen-Koordinatenraum z. B. durch (1) die β-Achse, (2) eine um 60° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade und (3) eine um 120° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade in den ersten bis sechsten Quadranten aufgeteilt. Die Quadranten in der Umgebung der Grenze, die durch die Zahlen 7 bis 12 angegeben ist, sind an der Grenze der jeweiligen Quadranten definiert. Um die fehlerhafte Erkennung des Quadranten, durch den der rotierende zusammengesetzte Vektor hindurchgegangen ist, zu verhindern, wird im Ergebnis die Umgebung der Grenze des Quadranten als weiterer Quadrant festgelegt.
19 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in der Modifikation 2 veranschaulicht.
Wie in 19 veranschaulicht ist, sind der Bestimmungswinkelbereich und der Störungsabschnitt in Verbindung mit jedem des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten und den Bestimmungsbereichen in der Umgebung der Grenze gespeichert. Die Symbole in der Zeichnung repräsentieren die Zahlen in der Zeichnung in 18. α im Bestimmungswinkelbereich repräsentiert einen Winkelbereich in der Umgebung der Grenze.
Im Bestimmungswinkelbereich des ersten Quadranten beträgt die Mitte 0 Grad, beträgt das Minimum 330 + α Grad und beträgt das Maximum 30 - α Grad. Wenn der Störungsabschnitt um die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den ersten Quadranten nicht durchläuft.
Im Bestimmungswinkelbereich des zweiten Quadranten beträgt die Mitte 60 Grad, beträgt das Minimum 30 + α Grad und beträgt das Maximum 90 - α Grad. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase, die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ den zweiten Quadranten nicht durchläuft. Außerdem gibt in der in 19 dargestellten Bestimmungstabelle im dritten Quadranten bis sechsten Quadranten eine Kreismarkierung einen Quadranten, den der zusammengesetzte Vektor durchläuft, während eine Kreuzmarkierung einen Quadranten angibt, den der zusammengesetzte Vektor im Störungsabschnitt nicht durchläuft.
In den Umgebungen der Grenzen 7 bis 12 sind sechs Unterteilungen mit einem Minimum bis zu einem Maximum von 30 - α bis 30 + α, 90 - α bis 90 + α, 150 - α bis 150 + α, 210 - α bis 210 + α, 270 - α bis 270 + α und 330 - α bis 330 + α definiert.
In der in 19 veranschaulichten Bestimmungstabelle gibt in Übereinstimmung mit den Umgebungen der Grenzen 7 bis 12 eine Kreismarkierung einen Bereich an, den der zusammengesetzte Vektor durchläuft, gibt eine Kreuzmarkierung einen Bereich an, den der zusammengesetzte Vektor an einem Störungsabschnitt nicht durchläuft, und gibt eine Minusmarkierung einen Bereich an, in dem die Störungsbestimmung nicht ausgeführt wird. Die Umgebung der Grenze 7 weist z. B. eine Mitte von 30 Grad, ein Minimum von 30 - α Grad und ein Maximum von 30 + α Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ die Umgebung der Grenze 7 nicht durchläuft. In der Umgebung der Grenze 7 bestimmen die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase und die Schaltung des unteren Zweigs der V-Phase keine Störung.
Die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebene Quadrantenberechnungseinheit 45 gibt die Quadranteninformationen irgendeines des ersten bis sechsten Quadranten und der Umgebung der Grenze aus.
Die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebene Störungsdetektionseinheit 47 gibt die Störungsinformationen bezüglich einer in dem Speicher 46 gespeicherten Bestimmungstabelle oder dergleichen aus. In diesem Fall wird für die Umgebungen der Grenzen 7 bis 12 die Bestimmung in der Annahme ausgeführt, dass die Umgebung der Grenze 7 der erste Quadrant oder der zweite Quadrant ist, die Umgebung der Grenze 8 der zweite Quadrant oder der dritte Quadrant ist, die Umgebung der Grenze 9 der dritte Quadrant oder der vierte Quadrant ist, die Umgebung der Grenze 10 der vierte Quadrant oder der fünfte Quadrant ist, die Umgebung der Grenze 11 der fünfte Quadrant oder der sechste Quadrant ist und die Umgebung der Grenze 12 der sechste Quadrant oder der erste Quadrant ist.
(Modifikation 3)
20 ist eine graphische Darstellung, die einen Quadranten eines zusammengesetzten Vektors in einem αβ-Achsen-Koordinatenraum in einer Modifikation 3 veranschaulicht.
Die Zahlen in 20 geben die Quadrantennummern an. Wie in 20 veranschaulicht ist, ist der αβ-Achsen-Koordinatenraum, der die α-Achse, die mit der Richtung des Stroms irgendeiner Phase zusammenfällt, und die β-Achse, die zur α-Achse orthogonal ist, enthält, durch einen vorgegebenen Quadranten auf der α-Achse und der β-Achse z. B. (1) eine um 30° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade, (2) eine um 90° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade und (3) eine um 150° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade in einen ersten bis sechsten Quadranten aufgeteilt. Eine gestrichelte Linie in 20 gibt die Grenze des Quadranten an. Sie ist entgegen dem Uhrzeigersinn um 30° bezüglich der in 6 der ersten Ausführungsform veranschaulichten Quadrantenfestlegung geneigt.
21 ist eine graphische Darstellung, die eine Bestimmungstabelle der Störungsdetektion in einer Modifikation 3 veranschaulicht.
Die in 21 veranschaulichte Bestimmungstabelle wird im Speicher 46 im Voraus gespeichert. Wie in 21 veranschaulicht ist, sind der Bestimmungswinkelbereich und der Störungsabschnitt in Verbindung mit den Bestimmungsbereichen des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten gespeichert.
Der Bestimmungswinkelbereich im ersten Quadranten weist eine Mitte von 30 Grad, ein Minimum von 0 Grad und ein Maximum von 60 Grad auf. Wenn der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, ist der zusammengesetzte Vektor i_αβ, der den ersten Quadranten nicht durchläuft, durch eine Kreuzmarkierung angegeben.
Der Bestimmungswinkelbereich im zweiten Quadranten weist eine Mitte von 90 Grad, ein Minimum von 60 Grad und ein Maximum von 120 Grad auf. In einem Fall, in dem der Störungsabschnitt die Schaltung des oberen Zweigs der V-Phase oder die Schaltung des unteren Zweigs der W-Phase ist, gibt eine Kreuzmarkierung an, dass der zusammengesetzte Vektor i_αβ diesen zweiten Quadranten nicht durchläuft.
Außerdem gibt ähnlich im dritten Quadranten bis sechsten Quadranten in der in 21 veranschaulichten Bestimmungstabelle eine Kreismarkierung einen Quadranten an, den der zusammengesetzte Vektor durchläuft, während eine Kreuzmarkierung einen Quadrant angibt, den der zusammengesetzte Vektor im Störungsabschnitt nicht durchläuft.
Die Störungsdetektionseinheit 47 bestimmt, ob sich der zusammengesetzte Vektor vom ersten Quadranten zum sechsten Quadranten um wenigstens einen elektrischen Winkel gedreht hat. Wenn es einen Quadranten gibt, der auf der Grundlage der Quadranteninformationen von der Quadrantenberechnungseinheit 45 nicht durchlaufen worden ist, dann zieht die Störungsdetektionseinheit 47 in Betracht, dass es ein Störungszustand ist, wobei sie auf der Grundlage der Bestimmungstabelle im Speicher 46 einen Störungsabschnitt spezifiziert und die Störungsinformationen ausgibt. Die Störungsdetektionseinheit 47 bestimmt z. B., dass die Schaltung des oberen Zweigs der U-Phase ausgefallen ist, wenn der zusammengesetzte Vektor den in 20 durch Schraffur angegebenen Bereich (einen Abschnitt mit einer Breite von ±60° um die α-Achse) nicht durchlaufen hat.
Gemäß der Modifikation 3 ist es möglich, eine Mehrdeutigkeit der Störungsdetektion zu vermeiden, selbst wenn der zusammengesetzte Vektor die Umgebung der in 18 beschriebenen Grenze angibt.
Gemäß der obigen Ausführungsform werden die folgenden Betriebswirkungen erhalten.

(1) Die Leistungsumsetzungsvorrichtungen 100, 200 und 300 enthalten die Wechselrichterschaltung 60, die durch ein Schaltelement konfiguriert ist und konfiguriert ist, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzusetzen, die Stromdetektionseinheit 70, die die Dreiphasen-Ausgangsströme der Wechselrichterschaltung 60 detektiert, und die Steuereinheiten 40, 40', und 40", die spezifizieren, dass in dem Schaltelement der Wechselrichterschaltung 60 in einer Phase, die einem vorgegebenen Bereich entspricht, eine Unterbrechungs-Störung aufgetreten ist, wenn der elektrische Winkel des zusammengesetzten Vektors i_αβ, der aus den durch die Stromdetektionseinheit 70 detektierten Dreiphasen-Ausgangsströmen berechnet wird, nicht in dem vorgegebenen Bereich enthalten ist. Im Ergebnis kann die Störung des Schaltelements mit hoher Genauigkeit detektiert werden, ohne durch die Größe des Ausgangsstroms jeder Phase beeinflusst zu werden.
(2) Ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Störung der Leistungsumsetzungsvorrichtungen 100, 200 und 300 detektiert die Dreiphasen-Ausgangsströme der Wechselrichterschaltung 60, die durch ein Schaltelement konfiguriert ist und konfiguriert ist, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzusetzen, und spezifiziert, dass eine Unterbrechungs-Störung in dem Schaltelement der Wechselrichterschaltung 60 in einer Phase aufgetreten ist, die einem vorgegebenen Bereich entspricht, wenn der elektrische Winkel des zusammengesetzten Vektors i_αβ, der aus den detektierten Dreiphasen-Ausgangsströmen berechnet wird, nicht in dem vorgegebenen Bereich enthalten ist. Im Ergebnis kann die Störung des Schaltelements mit hoher Genauigkeit detektiert werden, ohne durch die Größe des Ausgangsstroms jeder Phase beeinflusst zu werden.

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen eingeschränkt und enthält andere Formen, die innerhalb des Schutzumfangs der technischen Ideen der Erfindung betrachtet werden, solange wie die Merkmale der Erfindung nicht verschlechtert werden. Zusätzlich können die obigen Ausführungsformen und die mehreren Modifikationen kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

10: Gleichstrom-Leistungsquelle
20: Motor
40, 40', 40": Steuereinheit
41: Betriebsberechnungseinheit
42: PWM-Signal-Erzeugungseinheit
43: Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzungseinheit
44: Berechnungseinheit des elektrischen Winkels
45: Quadrantenberechnungseinheit
46: Speicher
47: Störungsdetektionseinheit
50: Treiberschaltung
60: Wechselrichterschaltung
70: Stromdetektionseinheit
81: Drehrichtungs-Berechnungseinheit des zusammengesetzten Vektors
82: Motordrehzahl-Berechnungseinheit
83: Berechnungseinheit der erforderlichen Drehzahl
84: Verzögerer
85: Vorhersage-Quadrantenbestimmungseinheit
100, 200, 300: Leistungsumsetzungsvorrichtung

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 2011050214 A [0004]

Claims

Leistungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: eine Wechselrichterschaltung, die durch ein Schaltelement konfiguriert ist und konfiguriert ist, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzusetzen; eine Stromdetektionseinheit, die konfiguriert ist, die Dreiphasen-Ausgangsströme der Wechselrichterschaltung zu detektieren; und eine Steuereinheit, die, wenn ein elektrischer Winkel eines zusammengesetzten Vektors, der aus den durch die Stromdetektionseinheit detektierten Dreiphasen-Ausgangsströmen berechnet wird, nicht in einem vorgegebenen Bereich enthalten ist, spezifiziert, dass in einem Schaltelement der Wechselrichterschaltung in einer Phase, die dem vorgegebenen Bereich entspricht, eine Unterbrechungs-Störung aufgetreten ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit bestimmt, welchen Quadranten eines ersten Quadranten bis sechsten Quadranten, die in Einheiten von 60° des elektrischen Winkels aufgeteilt sind, der zusammengesetzte Vektor im ersten Quadranten bis sechsten Quadranten durchläuft, wodurch die Phase der Wechselrichterschaltung mit der Unterbrechungs-Störung spezifiziert wird.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit eine Bestimmungstabelle enthält, die einen Bestimmungswinkelbereich des elektrischen Winkels und einen Störungsabschnitt in Verbindung mit jedem Bestimmungsbereich des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten speichert, und die Steuereinheit bezüglich der Bestimmungstabelle eine Phase der Wechselrichterschaltung spezifiziert, in der die Unterbrechungs-Störung auftritt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit enthält, die ein PWM-Signal erzeugt und das PWM-Signal der Wechselrichterschaltung zuführt, und die PWM-Signal-Erzeugungseinheit das PWM-Signal steuert, so dass ein mit der Wechselrichterschaltung verbundener Motor nicht angetrieben wird, wenn die Unterbrechungs-Störung spezifiziert wird.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromdetektionseinheit eine Stromerfassung in einer Abtastperiode von wenigstens sechs Punkten einer Grundschwingungskomponente des Ausgangsstroms während einer Periode von einem Zyklus ausführt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromdetektionseinheit die Stromdetektion bei einer Abtastfrequenz ausführt, die wenigstens das Sechsfache oder mehr einer Frequenz des Ausgangsstroms ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit aus einer Motordrehzahl und einer Stromabtastzeit durch die Stromdetektionseinheit den elektrischen Winkel bestimmt, der notwendig ist, um den Durchgang durch alle Quadranten vom ersten Quadranten bis zum sechsten Quadranten zu überprüfen, und die Unterbrechungs-Störung spezifiziert, wenn eine Drehung zu dem bestimmten elektrischen Winkel ausgeführt wird.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit die Unterbrechungs-Störung basierend auf einem durchlaufenen Quadranten und einem zuvor durchlaufenen Quadranten spezifiziert.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit die Unterbrechungs-Störung basierend auf einem durchlaufenen Quadranten und einem vorhergehend durchlaufenen Quadranten spezifiziert.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit eine Umgebung jeder Grenze des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten definiert und die Unterbrechungs-Störung nicht spezifiziert, wenn der zusammengesetzte Vektor die Umgebung der Grenze durchläuft.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit einen αβ-Achsen-Koordinatenraum, der eine α-Achse, die mit einer Richtung eines Stroms irgendeiner Phase übereinstimmt, und eine β-Achse, die zur α-Achse orthogonal ist, enthält, durch (1) die β-Achse, (2) eine um 60° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade und (3) eine um 120° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade als den ersten Quadranten bis sechsten Quadranten aufteilt.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit einen αβ-Achsen-Koordinatenraum, der eine α-Achse, die mit einer Richtung eines Stroms irgendeiner Phase übereinstimmt, und eine β-Achse, die zur α-Achse orthogonal ist, enthält, durch (1) eine um 30° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade, (2) eine um 90° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade und (3) eine um 150° bezüglich der β-Achse geneigte Gerade als den ersten Quadranten bis sechsten Quadranten aufteilt.
Verfahren zum Diagnostizieren einer Störung für eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, das umfasst: Detektieren der Dreiphasen-Ausgangsströme einer Wechselrichterschaltung, die durch ein Schaltelement konfiguriert ist und konfiguriert ist, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzusetzen; Spezifizieren, wenn ein elektrischer Winkel eines zusammengesetzten Vektors, der aus den detektierten Dreiphasen-Ausgangsströmen der drei Phasen berechnet wird, nicht in einem vorgegebenen Bereich enthalten ist, dass eine Unterbrechungs-Störung in einem Schaltelement der Wechselrichterschaltung in einer Phase aufgetreten ist, die dem vorgegebenen Bereich entspricht.
Verfahren zum Diagnostizieren einer Störung für eine Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei beim Spezifizieren der Unterbrechungs-Störung die Unterbrechungs-Störung durch das Bestimmen, welchen Quadranten des ersten Quadranten bis sechsten Quadranten, die in Einheiten von 60° des elektrischen Winkels aufgeteilt sind, der zusammengesetzte Vektor im ersten Quadranten bis sechsten Quadranten durchläuft, spezifiziert wird.