JP2004504792A - 電動車両の無センサ式駆動調節方法及びその方法に従い動作する駆動調節部 - Google Patents

Abstract

回転磁界電動機（３）により駆動される電動車両両（１）、特に運搬車、を無センサで駆動調節するための方法において、回転磁界電動機（３）は一緒に移動される直流電圧源（１１）から給電されるインバータ（１０）により運転され、回転磁界電動機（３）の検出された固定子電圧（ｕ_Ｓ）及び少なくともｎ−１の測定された相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）から、回転磁界電動機（３）の磁束鎖交数の実際値（Ψ_ｉｓｔ）ならびに少なくとも１つの別のこれと関係する量（Ｔ_ｉｓｔ、ｎ_ｉｓｔ）が計算される。これらの実際値（Ψ_ｉｓｔ、Ｔ_ｉｓｔ、ｎ_ｉｓｔ）をもとにして線電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）により決定される回転磁界駆動部（３）の固定子電流（ｉ_Ｓ）が設定される。

Description

【０００１】
本発明は電動車両を無センサで駆動調節するための方法に関する。本発明はさらにその方法に従って作動する駆動調節部に関する。ここで電動車両または電気自動車とは特に運搬車として理解される。
【０００２】
電動機により作動する運搬車は通常荷物の持ち上げ又は運搬の領域において使用され、その際荷物は持ち上げられて屋内および屋外で運搬される。そのためにこのような運搬車は１つまたは複数の駆動電動機を有し、持ち上げ装置を利用する。通常高い数の個別駆動部、特に少なくとも１つの運搬駆動部、流体圧駆動部および操縦駆動部は運搬車により一緒に移動される。さらにこのような運搬車は、給電ケーブルなしで、移動しながら規定の課題を実行するため、通常蓄電池の形態の組み込まれたエネルギー源または直流電圧源を含んでいる。
【０００３】
独国特許出願公開第４０ ４２ ０４１ Ａ１号明細書から、直巻型の直流電動機を有する運搬車を回転数検出のための付加のセンサなしで作動させることは知られている。しかしこのような直巻電動機では整流子および特に炭素ブラシの摩損が欠点となり、定期的な保守作業が必要であり望ましくない。
【０００４】
それに対しブラシレスの回転磁界駆動部、特に非同期電動機または同期電動機は、軸受部を除いて保守不要で経済的に望ましくまた堅牢な技術である点で優れている。その場合同期機に対し非同期機によれば比較的簡単な調節および制御が可能である。さらに電気自動車又は電動車両のために重要な界磁弱めが比較的効率的に用いられ得る。それに対し同期機は部分負荷範囲における効率に関して有利である。
【０００５】
制御方法に関して現在主として、非同期機の定常的な作動から出発するＵ／ｆ特性曲線制御が使用されている。この制御方法は重畳された回転数調節および（または）滑り調節と組み合わせても用いられ得る。しかしこのような、たとえば独国特許第 １９６ ５１ ２８１ Ｃ２号明細書から公知の回転数調節は特に回転磁界駆動部を有する運搬車での使用の際にさらに回転数発信器または回転角度発信器を必要とする。
【０００６】
従って、非同期機の定常的な作動から出発するこれらの簡単な制御または調節は、過渡的に振動する状態及び従って回転数または回転モーメントの変化が存在するときに重大な欠点を有する。これらの場合に非同期機は“跳躍”することがある。また過電流を生じることがあり、または低い回転数の際に定格モーメントが得られず、従って電動機の始動が実際上不可能である。
【０００７】
これらの簡単な制御方法または制御構造の別の欠点は、電動機が部分負荷範囲において最適の効率で作動されないことである。このことは特に一緒に運ばれる蓄電池の限られた容量を有する運搬車において致命的である。なぜならば、これにより蓄電池充電あたりの使用時間が劇的に短縮されるからである。加えて、Ｕ／ｆ特性曲線制御により最初に速度設定の可能性しか与えられていないという欠点がある。しかししばしば運搬車では回転モーメント設定のための可能性が望ましい。なぜならば、それによって運転者に対して車の駆動の取扱がＰＫＷの熟知した取扱と等しくなるからである。この場合にはいわば回転数調節ループが運転者を経て閉じられる。
【０００８】
従って、本発明の課題は、前記の欠点を回避して、特に運搬車の無センサの駆動調節または制御のための特に適切な方法を提供することである。さらに、この方法を実行するために特に適した駆動調節部ならびにこのような駆動調節部により作動する運搬車を提供することである。
【０００９】
方法に関して前記の課題は、本発明によれば、請求項１の特徴により解決される。そのために、回転磁界電動機により駆動される車両、特に運搬車において、回転磁界電動機は一緒に動かされる直流電圧源から給電されるインバータにより駆動され、無センサの駆動調節部が使用される。その際に回転磁界電動機の検出された固定子電圧及び少なくともｎ−１の測定された相電流から、回転磁界電動機の磁束鎖交数の実際値及びこれに関係する少なくとも１つの別の量が計算される。これらの値を手がかりにして回転磁界駆動部の相電流により決定される固定子電流が設定される。ここで無センサとは回転数センサの使用を避けることと解されるべきものである。
【００１０】
本発明はその際に、一方ではたとえばフィールドオリエンティッド調節のような高級な方法が使用されるならば、また他方では回転磁界電動機として非同期電動機が使用される場合に適切な磁束鎖交数が計算され、それによってセンサなしで駆動調節に対する現在の回転数、回転モーメントおよび（または）回転角度の実際値が与えられるならば、前記の欠点が避けられ得るという考察から出発する。それにより、固定子または回転子磁束鎖交数におけるオリエンテーションを有する非同期機の調節の際にさもなければ必要な高価な回転数発信器または回転モーメント発信器または高価なケーブルを有するセンサを必要としない。
【００１１】
この際に、目的にかなった仕方で、数学的なアルゴリズムまたは計算機構を用いて磁束鎖交数、特に回転子磁束鎖交数または固定子磁束鎖交数、の決定または推定が行われる。そのために、目的にかなった仕方で、回転磁界電動機の電動機特性データを手がかりにしてパラメータ化された電動機モデルが駆動調節に対して使用され、それにより磁束鎖交数ならびに特に回転数および回転モーメントの実際値が求められる。目標値との回転モーメントの実際値の比較を手がかりにして、また目標値との磁束鎖交数の実際値の比較を手がかりにして、次いで目的にかなった仕方で、各固定子電圧または各相電流の目標値が決定される。その際に磁束鎖交数の目標値は、有利な仕方で、入力側に回転数の実際値および（または）固定子電圧の目標値の絶対値を与えられる制御要素に基づいて求められる。それに代えて磁束鎖交数の目標値は、特性曲線要素を用いて回転モーメントおよび回転数の実際値から有利に求めることができる。
【００１２】
付加の入力量として制御要素または特性曲線要素に与えられる回転モーメントの考慮のもとに、その際に効率に関して最適化された駆動調節が行われる。その際に、目的にかなった仕方で、回転モーメントおよび（または）回転数の実際値が利用される。回転モーメントまたは回転数の実際値および目標値が少なくとも近似的に等しいならば、効率の最適化のために目標値も利用され得る。
【００１３】
磁束鎖交数の知識により、発信器を有するシステムと類似して、高度なフィールドオリエンティッド調節が可能である。無センサの調節はその際に牽引応用またはネット結合された駆動を目的とする。磁束鎖交数は数学的に関係式
【数１】

により記述され得る。
【００１４】
これは基本考察から導き出された補助量であり、それに従って先ず知られているように面を貫く磁束が磁束密度の面積分として定義されている。いま巻線への作用を考察するときには、誘導される電圧または他の量の決定に対して巻回数を算入することができる。
【００１５】
電気機械では通常すべての巻線が等しい磁束により貫かれないので、前記の補助量、すなわちいわゆる磁束鎖交数が前記の関係式により定義され得る。その際にすべての巻線の作用は一括されるので、それによって実現される数学的関係式または表示のなかに巻回数はもはや入らない。換言すれば、磁束鎖交数は、全作用が単一の巻回数を有する（仮想の）巻線を貫く仮想的な磁束により記述されることによって、磁束の作用を巻線の巻回数の和に一括する。
【００１６】
本発明による方法ではエネルギー蓄積装置の電圧が測定され、パルスインバータの知られているデューティ比により、この場合には固定子電圧の目標値と同一である固定子電圧が計算される。それに代えて、固定子電圧、すなわちその実際値は直接的に検出される。さらに、ｎ線又はｎ相を有する電動機において少なくともｎ−１の相電流が測定される。その際ｎはｎ＞１の任意の自然数である。これらの入力量から計算機構またはアルゴリズムを用いて電動機モデルに基づき磁束鎖交数が計算される。これらの量により再び次いでその他の決定すべき量またはパラメータ、特に回転モーメント、回転数、回転角度、回転子磁束、固定子磁束または空隙磁束またはそれらにそれぞれ比例する量が求められ得る。計算機構は計算された量をアナログおよび（または）ディジタル量として相応の実際値の形態で与える。またこれらの量はディジタル計算機構のメモリに格納され得る。
【００１７】
こうして回転モーメント、または回転磁界駆動のそれに比例する１つの量、を調節するため、調節のための実際値として計算機構の相応の量が使用される。類似して回転数、またはそれに比例する量、を調節するため、調節のための実際値として計算機構の相応の量が使用される。同様に回転角度、またはそれに比例する量、を調節するため、調節のための実際値として計算機構の相応の量が使用される。
【００１８】
目的にかなった仕方で、計算機構の出力量の少なくとも１つが作動データ記録器、診断ツール、サービスツールまたは生活環監視ツールのために利用される。また有利な仕方で、計算機構の出力量の１つが、回転数および回転モーメントまたは回転モーメント目標値またはそれらにそれぞれ比例する量の知られている量を手がかりにして固定子磁束鎖交数、回転子磁束鎖交数または空隙磁束鎖交数が影響されることによって、駆動ユニットを効率最適化して作動させるために利用される。
【００１９】
また、計算された量の回転モーメントおよび（または）回転数またはそれらにそれぞれ比例する量を有し、またたとえば効率、流体ポンプの固有運搬体積、リフティングシリンダのシリンダ面積および（または）リフティングステージの伝達比のような場合によっては既知の流体的および機械的な定数を有する運搬車において、リフティング負荷および（または）負荷の走行速度が決定され得る。これらの量は走行速度の指示、監視または調節のためにも利用され得る。
【００２０】
目的にかなった仕方で、さらに、流体ポンプが弁を介して流体圧負荷から脱結合されて動作する時間内に、計算された量の回転モーメントおよび（または）回転数またはそれらにそれぞれ比例する量により、また場合によっては既知の流体的および機械的な定数またはパラメータ、特に効率または流体ポンプの固有運搬挙動により、流体圧油の粘性および（または）温度および（または）流体システムの温度が決定され得る。またこれらの量は再び指示または監視のためにも利用され得る。
【００２１】
電流の測定は、目的にかなった仕方で、磁界勾配計を用いて行われ、その際に測定又は測定の各々は磁気抵抗効果またはＧＭＲ効果（ジャイアント磁気抵抗効果）またはＣＭＲ効果（コロサル磁気抵抗効果）に基づいて実行される。
【００２２】
固定子電圧の決定は、目的にかなった仕方で、直接的にｎの相を有する電動機においてｎ−１の線間電圧またはｎの相電圧の測定により行われる。必要な計算はアルゴリズムまたは計算機構を用いて、またはそのなかで、目的にかなった仕方で、共通に利用されるマイクロコントローラまたは信号プロセッサを用いて実行される。
【００２３】
無センサの駆動調節と結び付けられる始動費用は、有利に、自動始動措置により減ぜられ得る。これはその際に回転磁界電動機のパラメータの好ましくは自動的な識別と、予め定められた磁束鎖交数に関する動作点設定と、調節回路又は各調節回路の等化とを含んでいる。自動的なパラメータ識別のためのメカニズムはさらにサービス中にまたは欠陥認識および欠陥診断のための駆動停止時間中に利用され得る。
【００２４】
無センサの駆動調節の質および性能は、回転磁界電動機が適当にモディファイされるならば高められ得る。こうして、一方では異なる流れ方向にまた他方では回転子位置に関係して明らかなインダクタンス差が生ずるように、回転子または固定子のいわゆる電気鋼板積層が変更され得る。これらは再び決定することができ、その際に相応の結果により現在の回転子位置が推定され得る。特に、小さい回転数の際にも１つの高度な無センサの調節が達成され得る。なぜならば、再びインダクタンスの確実な識別を可能にする検査信号の重畳の可能性があるからである。
【００２５】
本発明により達成される利点は特に、同時に特に適した無センサの駆動調節の際に回転磁界駆動を有するこのような電気的に作動する車両のパルスインバータにより作動される非同期電動機または同期電動機の特に電動機回転モーメント、電動機回転数、回転角度、回転子磁束、固定子磁束および（または）空隙磁束のような付加的に重要な状態量または駆動パラメータが決定され、有利に診断目的および寿命決定のために利用され得ることにある。
【００２６】
回転数および（または）回転モーメント検出のためのセンサ構成要素の使用の回避は、これらの構成要素の、このような運搬車に対する荒い使用条件の結果として実際上機能の不可避の危険に基づく全システムの堅牢性の低下が排除され得るという顕著な利点を与える。さらに効率が改善され得る。また、効率的な磁界弱めの可能性を別として、同期機が運搬車の駆動のための回転磁界電動機として使用され得る。
【００２７】
本発明は、このような電気的に作動する車両においても、特に付加の回転数センサを有する冗長性システムが要求または希望されている電気的に操縦される車両における操縦ロックに関して、特に適している。
【００２８】
以下、本発明の実施例を図面により一層詳細に説明する。互いに相応する部分にはすべての図面中で等しい符号が付されている。
【００２９】
図１および２に示されている運搬車１は直流電圧源としての蓄電池１１ならびに以下で駆動調節部と呼ばれる調節装置２およびブラシレスの回転磁界駆動の形態の電動駆動部３、好ましくは非同期電動機、を一緒に運ぶ。蓄電池により作動する運搬車１は、それぞれ転輪５の上に支えられている２つのプロング４を含んでいる。プロング４は上から見てベースコンソール６と一緒にＵ字状のフレームを形成する。ベースコンソール６の範囲において、車輪７を有する電気駆動ユニット３が存在し、この電気駆動ユニット３は手押し長柄８を使用して垂直軸９の周りを揺動可能であり、また運搬車またはフォークリフト車を操縦するのに用いられる。駆動ユニット３は駆動調節部２を介して、ベースコンソール６内に配置されている直流電圧源１１の形態のエネルギー蓄積器、特にたとえば２４Ｖまたは４８Ｖの蓄電池、から給電される。
【００３０】
無センサで作動する駆動調節部２は図３に示すインバータまたはパルスインバータ１０、測定装置１２および計算機構１４を含んでいる。インバータ１０に供給線１５を経て供給される直流電圧ｕ_Ｚはインバータ１０により三相交流電圧に変換され、この交流電圧（又は相応する電流）は３つの相線Ｌ_Ｎ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３またはｕ、ｖ、ｗ）を経て回転磁界駆動部３に供給されるる。
【００３１】
図４および５はパルスインバータ１０ならびに電圧検出のための測定モジュール１２ａおよび電流検出のための測定モジュール１２ｂを有する駆動調節部２を比較的詳細に示す。ここで符号ＶＳはパルスインバータ１０の各弁制御部１６を示す。測定モジュール１２ａ、１２ｂは出力側で計算機構１４の入力端と接続されている。
【００３２】
図４による実施例ではエネルギー蓄積装置または蓄電池１１の電圧ｕ_Ｚが測定され、それからパルスインバータ１０の既知のデューティ比により、固定子電圧が計算される。そのために計算機構１４に入力側でパルスインバータ１０に対応付けられているパルス幅変調器１７により固定子電流ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}の目標値から発生されている目標デューティ比ｚ_ａ、ｚ_ｂ、ｚ_ｃが与えられる。それに対して図５による実施例では固定子電圧ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}は直接検出され、測定モジュール１２ａを介して計算機構１４に導かれる。
【００３３】
計算機構１４により決定される状態量またはパラメータ、特に磁束鎖交数Ψ、回転数ｎ、回転モーメントＴおよび例えば回転角度、は回転磁界電動機３の駆動調節部２に対して多面的に利用され得る。それらは回転モーメントＴ、回転数ｎ、回転磁界駆動部３の回転子の位置または磁束鎖交数Ψの間接的な調節を可能にする。ユーザーはそれによって駆動部３へのインタフェースに関して制限を持たない。
【００３４】
別の重要な使用例はデータロガーまたは寿命サイクル監視に対する求められたデータの使用である。その際にたとえば過負荷が認識され、車両駆動部または流体圧ポンプの故障が予測される際に、適時に警報が利用者に発せられ、予防的な保守が行われる。同じく、これらの出力量は故障の場合に、サービス技術者に故障探索の際の決定的な支援を与える診断ツールとして役立ち、その結果故障時間が短縮され得る。
【００３５】
さらに重要な使用例は、特に非同期機として構成されている回転磁界駆動部３の駆動調節部２の動作点の効率最適な設定の目的に、求められたデータを使用することである。既知の回転数ｎおよび既知の回転モーメントＴならびに非同期機の既知のパラメータにより、その磁束鎖交数Ψが、鉄損および銅損の和が最小であるように設定され得る。部分負荷範囲においてそれによって効率の明らかな上昇が達成され、このことは蓄電池により作動する運搬車１において大きな利点である。
【００３６】
さらに重要な使用例は、回転モーメントＴおよび回転数ｎの量から物理的法則の考慮のもとに、先ず流体圧が決定され得ることによって、運搬車１のリフト負荷を計算するために、求められたデータ、特に流体圧ポンプの効率およびメカニックスの効率ならびに流体圧ポンプの固有の送り体積、を使用することである。リフトシリンダのシリンダ面積およびリフトステージの変換比の考慮のもとに、リフトステージのリフト負荷および輸送速度が決定され得る。流体圧ポンプが弁を介してリフトシリンダから脱結合され得る場合には、類似の仕方により流体圧油の粘性及びそれによって流体圧油または流体圧システムの温度が決定され得る。駆動部３が定められた回転数ｎにより流体圧ポンプを作動させるために費やさなければならない回転モーメントＴはその場合に流体圧油の粘性にのみ関係する。
【００３７】
さらに重要な使用例は、冗長性のシステムに対して、求められたデータを使用することである。すなわち付加的に回転数発信器または回転角度発信器が使用されると、相応の測定量が計算機構１４の出力量と比較され得る。加えて計算機構１４の出力量が回転角度発信器または回転数発信器または回転モーメント発信器の測定値と比較され、その際に比較の結果は使用されるセンサまたは駆動部３のエラー認識のために利用される。センサに故障が生じた場合には、次いで駆動調節部または制御部２が計算機構１４の相応の出力量Ｔ、ｎ、Ψにより継続されるので、有利な冗長性のシステムが生ずる。問題となるような偏差が生じている際には、エラーが駆動システムまたは発信器に存在しており、駆動部３はスイッチオフされ、または、エラーがすぐ次のサービスまたは保守期限の際に除去され得るまで、センサなしで一種の非常作動で作動させられ得る。
【００３８】
使用される低い蓄電池電圧から非常に大きい電流ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}がとられなければならないので、Ｕ／ｆ特性曲線制御とは逆にこの応用のために必要な電流ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}の測定のための測定モジュール１２ｂは、ＭＲ効果（磁気抵抗効果）、ＧＭＲ効果（ジャイアント磁気抵抗効果）またはＣＭＲ効果（コロサル磁気抵抗効果）に基づく磁界勾配計として構成されている。これらの磁界勾配計は、高い感度に基づいて磁束コンセントレータなしの測定が可能であるので、非常に狭い空間での電流ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}の測定を可能にする。
【００３９】
図６は再び回転磁界駆動部３およびこれを作動させるインバータ１０ならびに計算機構１４を有する無センサの駆動調節部２の調節スキームを示す。計算機構１４は回転磁界駆動部３をシミュレートする電動機モデルまたは駆動モデル２０を含んでおり、その入力側に、検出された相電流ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}ならびに直流電圧源１１から与えられる直流電圧または中間回路電圧の測定値ｕ_Ｚが与えられる。さらに電動機モデル２０にパルス幅変調器１７のパルス幅比率または変調度Ｐ_Ｍが与えられる。これらの入力値ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}、Ｐ_Ｍおよびｕ_Ｚから電気的モデル２０が磁束鎖交数の実際値Ψ_ｉｓｔおよび回転モーメントの実際値Ｔ_ｉｓｔならびに回転数の実際値ｎ_ｉｓｔを求める。
【００４０】
そのために電動機特有の量を用いてパラメータ化されている電動機モデル２０において、相電流ｉ_{ａ，ｂ，ｃ} に比例する量が回転子磁束座標系内の関係式：
【数２】

および固定子磁束座標系内の関係式：
【数３】

により利用される。その際Ｔ_ｅｌは回転磁界駆動部３の内部回転モーメント、ｐは極対数、Ｌ_ｈは主インダクタンス、Ｌ_Ｒは回転磁界駆動部３の固定子側に関する回転子インダクタンス、電圧測定値ｕ_ｚに比例するΨ_Ｒｄは磁束鎖交数、Ｒ_Ｒは固定子側に関する回転子抵抗、またσは分散指数である。インデックスＲは常に回転子量に、またインデックスＳは常に固定子量に付けられている。インデックスｄは磁束座標系内の空間ベクトルの実数部分を、またインデックスｑは虚数部分を表す。
【００４１】
加えてω_ＦＲは回転子固定の座標系における磁束鎖交数Ψの角速度である。固定子固定の座標系における磁束鎖交数Ψの角速度は関係式：
【数４】

により与えられる。その際にｕ_Ｓｑは固定子電圧である。
【００４２】
固定子磁束鎖交数は関係式：
【数５】

により生ずる。
【００４３】
実際回転数または回転数ｎの実際値ｎ_ｉｓｔはこれから関係式２π・ｐ・ｎ_ｉｓｔ＝ω_ＲＳ＝ω_ＦＳ−ω_ＦＲに従って決定される。その際に
【数６】

は固定子固定の座標系内の磁束鎖交数Ψの角速度および滑りを考慮に入れ、その際にω_ＲＳは回転磁界駆動部３の回転子の角速度である。
【００４４】
回転数ｎ_ｉｓｔの実際値から制御要素２１を用いて磁束鎖交数の目標値Ψ_ｓｏｌｌが求められる。その際、電流空間ベクトルの磁束形成成分および回転モーメント形成成分が、一方では電流空間ベクトルの最大許容長さ、他方では固定子電圧ｕ_Ｓのインバータ１７により最大操作可能な空間ベクトル長さを上回らないように適切に予め定められることによって、最適な回転モーメントの形成が保証される。その際制御要素２１は、特性曲線要素として、または磁束設定のため即ち目標値Ψ_ｓｏｌｌを求めるための電圧調節器として構成することができる。
【００４５】
制御要素２１として特性曲線要素を使用する際には、これに入力側で回転数ｎ、回転モーメントＴの実際値ｎ_ｉｓｔ、Ｔ_ｉｓｔが与えられる。図７中の回転モーメント・回転数ダイアグラムにおいて、横軸には回転数ｎが、また縦軸には回転モーメントＴが、それぞれ定格回転数ｎ_ｎｅｎｎ、定格回転モーメントＴ_ｎｅｎｎとの比としてとられている。破線で記入されているのは、電動機特有の特性データから生じ、また種々の同期回転数または定格回転数に対する跳躍モーメントの包絡線として関数Ｋ≒１／ｎ^２ を有する値対（１／２）から延びている特性曲線Ｋであり、他方において定格特性曲線Ｋ_ｎｅｎｎは関数Ｋ_ｎｅｎｎＫ≒１／ｎを有する値対（１／１）から延びている。出力側において制御要素または特性曲線要素２１は磁束鎖交数Ψの目標値Ψ_ｓｏｌｌを回転モーメントＴの関数として、また回転数ｎと固定子電流のｑ成分ｉ_Ｓｑとの間の比例性を介して回転数ｎの関数として与える。
【００４６】
回転モーメントＴを最大にするため、磁束鎖交数Ψの目標値Ψ_ｓｏｌｌは回転数ｎに関係して所与の中間回路電圧ｕ_Ｚにおいて一義的に決定されている。車両１の部分負荷範囲内で、駆動部または電動機３の効率の最適化のために利用され得る付加の自由度が生ずる。制御要素２１はそのために更に回転モーメントＴの実際値Ｔ_ｉｓｔまたは目標値Ｔ_ｓｏｌｌを必要とする。
【００４７】
制御要素２１が特性曲線要素として構成されているならば、この場合、入力量として回転数ｎおよび回転モーメントＴを有する二次元の特性曲線領域または要素が生ずる。制御要素２１の出力量はこの場合にも磁束鎖交数Ψの目標値Ψ_ｓｏｌｌである。こうして制御要素２１により回転磁界駆動部３の動作点が目的に則して定められ得る。効率の改善は回転磁界機３の銅損および鉄損を記述するモデルをもとにして最適化計算により行われる。
【００４８】
回転磁界電動機３の設計に対しては最大回転モーメントＴおよび負荷サイクルが決定的である。最大回転モーメントＴにより行われる車両１の加速は通常既に短い時間の後に終了しているので、回転磁界電動機３はインバータ１７により調整され得る最大の固定子電流ｉ_Ｓに対して設計され得る。車両１の最大速度は、跳躍モーメントが定格モーメントの下側に位置し、またそれによって決定的である範囲内で運転される。
【００４９】
こうして求められた磁束鎖交数の目標値Ψ_ｓｏｌｌと電動機モデル２０を用いて求められた磁束鎖交数の実際値Ψ_ｉｓｔとの比較の結果と、同じく電動機モデル２０を用いて求められた回転モーメントの実際値Ｔ_ｉｓｔと予め定め得る回転モーメントの目標値Ｔ_ｓｏｌｌとの比較の結果とが、計算機構１４の調節装置２２に入力側で与えられる。入力量を形成する磁束鎖交数Ψおよび回転モーメントＴの制御偏差をもとにして調節装置２２が固定子電圧ｕ_Ｓの目標値ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}を決定する。磁束鎖交数Ψは固定子電流ｉ_Ｓｄのｄ成分に比例しているので、直接的に磁束鎖交数Ψの制御偏差から直接にｄ電流成分ｉ_Ｓｄに対する制御偏差が決定され得る。
【００５０】
それに代えて磁束調節も行われ、相応の電流成分の調節が下位の電流調節回路において実行され得る。電気的な回転モーメントＴ_ｅｌはｑ固定子電流成分ｉ_Ｓｄに比例しているので、直接に回転モーメントの制御偏差によりｑ固定子電流成分ｉ_Ｓｄに対する制御偏差が決定され得る。しかしそれに代えてここでも再び先ず回転モーメント調節が行われ、他方においてｑ電流成分ｉ_Ｓｄの調節は下位の電流調節回路において行われ得る。
【００５１】
調節装置２２の入力量はフィールドオリエンティッドな座標系内に存在している。制御装置２２の出力量ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}は固定子固定の座標系に存在している。従って制御装置２２内で相応の座標変換が行われる。その際に、どの個所でこの座標変換が行われるかは重要なことではない。たとえば両方の固定子電流成分の調節がフィールドオリエンティッドな座標系内で行われ得る。この場合、電流調節器の出力量、すなわち電圧目標値ｕ_Ｓｄおよびｕ_Ｓｑが固定子固定の量ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}に変換される。また電流目標値ｉ_Ｓｄおよびｉ_Ｓｑも固定子固定の量ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}に変換することができ、電流調節が固定子固定の座標系内で行われ得る。この場合、電圧目標値ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}は直接に固定子固定の座標系のなかに存在している。電流調節が行われる座標系がこうして自由に選択可能である。しかし調節装置２２の出力量は常に固定子固定の座標系内の電圧目標値ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}または固定子電圧ｕ_Ｓである。
【００５２】
パルス幅変調器１７および弁制御部または制御装置１６を介して、これらの電圧目標値ｕ_ａ、ｕ_ｂ、ｕ_ｃが開閉命令としてパルスインバータ１０に伝達される。パルスインバータ１７は所望の電圧ｕ_Ｓを回転磁界駆動部または回転磁界電動機３に与える操作端である。電動機または駆動部３の電気的パラメータおよび機械的回転数ｎに関係して電動機３の巻線に、相電流ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}の実際値をもとにして測定モジュール１２ｂを介して測定され回転磁界機３の電動機モデルに与えられる固定子電流ｉ_Ｓが生ずる。
【００５３】
制御要素２１が電圧調節器として構成されているならば、この電圧調節部は磁界弱め範囲内の磁束鎖交数Ψ_ｓｏｌｌの簡単な設定を可能にする。調節量は回転磁界電動機３の電圧需要である。それに応じて、電圧調節器２１に与えられる実際値ｕ_ｉｓｔが、電流調節により予め与えられる固定子電圧ｕ_Ｓの空間ベクトルの絶対値から生ずる。それに代えて固定子電圧の絶対値は直接的な測定によって決定することもできる。電圧調節の目標値ｕ_ｓｏｌｌは中間回路電圧ｕ_Ｚから導き出され、パルスインバータ１７により最大操作可能な固定子電圧ｕ_Ｓの絶対値を表す。また若干の操作余裕も予定され得る。
【００５４】
制御要素２１における電圧調節の作用メカニズムは下記のとおりである。回転磁界駆動部３の電圧需要は決定的に磁束鎖交数Ψにより影響され得る。いま駆動部３の電圧需要が電圧調節部２１の目標値ｕ_ｓｏｌｌよりも大きいならば、電圧調節回路の操作量、すなわち磁束鎖交数の目標値Ψ_ｓｏｌｌは減ぜられる。それにより過渡的過程の減衰の後に駆動部３の電圧需要も減少する。逆に電圧需要が電圧調節部の目標値ｕ_ｓｏｌｌよりも小さいならば、磁束鎖交数の目標値Ψ_ｓｏｌｌは高められる。定常的な場合は駆動部３は磁界弱め範囲内でこうして常に最大操作可能な固定子電圧ｕ_Ｓにより動作し、また磁束鎖交数Ψの設定が自動的に行われる。
【００５５】
駆動調節部２ゴルフカートなどにも有利に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動機による駆動部および無センサの駆動調節部を有する運搬車の側面図。
【図２】電動機による駆動部および無センサの駆動調節部を有する運搬車の平面図。
【図３】無センサの駆動調節部の機能要素の概要を示すブロック回路図。
【図４】駆動調節部のための間接的な電圧検出の比較的詳細なブロック回路図。
【図５】電圧検出の図４とは異なる例のブロック回路図。
【図６】駆動調節部の調節パターンのブロック回路図。
【図７】制御要素の回転モーメント・回転数ダイアグラム。
【符号の説明】
１　　運搬車
２　　駆動調節部
３　　駆動部／回転磁界電動機
４　　プロング
５　　転輪
６　　ベースコンソール
７　　車輪
８　　手押し長柄
９　　軸
１０　パルスインバータ
１１　直流電圧源
１２　測定装置
１２ａ、ｂ　測定モジュール
１４　計算機構
１５　供給線
１６　弁制御部／制御装置
１７　パルス幅変調器
２０　電動機モデル
２１　制御要素／特性曲線要素
２２　調節装置

Claims (14)

1. 回転磁界電動機（３）により駆動される電動車両（１）、特に運搬車、を無センサで駆動調節するための方法において、回転磁界電動機（３）は一緒に移動される直流電圧源（１１）から給電されるインバータ（１０）により運転され、インバータ（１０）のｎの相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）が回転磁界電動機（３）の固定子電流（ｉ_Ｓ）を決定し、
   −その際に回転磁界電動機（３）の検出された固定子電圧（ｕ_Ｓ）及び少なくともｎ−１の測定された相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）から回転磁界電動機（３）の磁束鎖交数（Ψ）の実際値及びこれと関係する少なくとも１つの別の量（Ｔ、ｎ）が求められ、
   −その際にこれらの実際値（Ψ_ｉｓｔ、Ｔ_ｉｓｔ、ｎ_ｉｓｔ）をもとにして固定子電流（ｉ_Ｓ）が設定される
   ことを特徴とする電動車両の無センサ式駆動調節方法。
2. 回転磁界電動機（３）の磁束鎖交数（Ψ）に付加して回転モーメント（Ｔ）も回転数（ｎ）も実際値（Ψ_ｉｓｔ、Ｔ_ｉｓｔ、ｎ_ｉｓｔ）として求められることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 固定子電流（ｉ_Ｓ）が、回転モーメント（Ｔ）の実際値（Ｔ_ｉｓｔ）と目標値（Ｔ_ｓｏｌｌ）との比較ならびに磁束鎖交数の実際値（Ψ_ｉｓｔ）と目標値（Ψ_ｓｏｌｌ）との比較をもとにして設定されることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 磁束鎖交数の目標値（Ψ_ｓｏｌｌ）が回転磁界電動機（３）の回転数（ｎ_ｉｓｔ）および（または）固定子電圧（ｕ_Ｓ）の目標値から求められることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 磁束鎖交数の目標値（Ψ_ｓｏｌｌ）が付加的に回転モーメント（Ｔ）の実際値（Ｔ_ｉｓｔ）をもとにして求められることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 磁束鎖交数の実際値（Ψ_ｉｓｔ）および回転モーメントの実際値（Ｔ_ｉｓｔ）ならびに回転数の実際値（ｎ_ｉｓｔ）が駆動調節部（２）に対する電動機モデル（２０）より求められることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
7. 固定子電圧（ｕ_Ｓ）が間接的に、一緒に移動される直流電圧源（１１）の測定された電圧（ｕ_Ｚ）から求められることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
8. 各々の相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）が磁気抵抗効果により動作する１つの測定モデル（１２ｂ）により検出されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
9. 少なくとも１つの求められた実際値（Ψ_ｉｓｔ、Ｔ_ｉｓｔ、ｎ_ｉｓｔ）が診断目的に利用されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
10. 一緒に移動される直流電圧源（１１）から給電され、回転磁界電動機（３）の固定子電流（ｉ_Ｓ）を決定するｎの相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）を有するインバータ（１０）により運転される回転磁界電動機（３）を有する電動車両（１）の無センサ式駆動調節部において、
    −ｎの相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）の際に少なくともｎ−１の相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）と、回転磁界電動機（３）の固定子電圧（ｕ_Ｓ）を決定するのに重要な電圧値（ｕ_Ｚ）とを検出する測定装置（１２）を有し、また
    −相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）および固定子電圧（ｕ_Ｓ）から回転磁界電動機（３）の磁束鎖交数（Ψ）ならびにこれと関係する少なくとも１つの別の量（Ｔ、ｎ）を求め、これらの量ならびに磁束鎖交数（Ψ）から回転磁界電動機（３）の固定子電圧（ｕ_Ｓ）の目標値（ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}）及び（又は）固定子電流（ｉ_Ｓ）を設定するための相電流（ｉ_{ａ，ｂ，ｃ}）とを計算する演算機構（１４）を有する
    ことを特徴とする電動車両の無センサ式駆動調節部。
11. 演算機構（１４）が回転磁界電動機（３）の電動機モデル（２０）および調節装置（２２）を含んでおり、
    −その際に電動機モデル（２０）が回転モーメントの実際値（Ｔ_ｉｓｔ）および回転数の実際値（ｎ_ｉｓｔ）ならびに磁束鎖交数の実際値（Ψ_ｉｓｔ）を計算し、
    −その際に調節装置（２２）が磁束鎖交数の目標値（Ψ_ｓｏｌｌ）からの実際値（Ψ_ｉｓｔ）の偏差から固定子電圧（ｕ_Ｓ）の目標値（ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}）を求める
    ことを特徴とする請求項１０記載の無センサ式駆動調節部。
12. 演算機構（１４）が、回転数の実際値（ｎ_ｉｓｔ）および（または）固定子電圧（ｕ_Ｓ）の目標値（ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}）から磁束鎖交数の目標値（Ψ_ｓｏｌｌ）を求める制御要素（２１）を含んでいることを特徴とする請求項１１記載の無センサの駆動調節。
13. 演算機構（１４）の出力側に接続されているインバータ（１０）の制御装置（１６）が固定子電圧（ｕ_Ｓ）の目標値（ｕ_{ａ，ｂ，ｃ}）からインバータ（１０）に対する相応の制御信号（ｚ_{ａ，ｂ，ｃ}）を生成することを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の無センサ式駆動調節部。
14. 請求項１０ないし１３のいずれか１つによる無センサ式駆動調節部（２）を有する運搬車。