DE102010037541B4

DE102010037541B4 - Mehrphasendrehmaschinensteuervorrichtung und ein diesselbe verwendendes Servolenksystem

Info

Publication number: DE102010037541B4
Application number: DE102010037541.1A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Mukai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: DE102010037541A1; JP4998836B2; JP2011078221A; US20110074323A1; US8421388B2

Abstract

Steuervorrichtung für eine Mehrphasendrehmaschine (10), die einen Stator, einen Rotor und eine Welle aufweist, wobei der Stator mit einer Mehrzahl von Spulensätzen (18, 19), die jeweils Spulen (11 bis 13, 14 bis 16) einer Mehrzahl von Phasen aufweisen, bewickelt ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, und die Welle mit dem Rotor drehbar ist, mit:einer Mehrzahl von Wechselrichterteilen (20, 30), die in Entsprechung zu der Mehrzahl von Spulensätzen vorgesehen sind, wobei jeder Wechselrichterteil in Entsprechung zu jedem Spulensatz eine Mehrzahl von Schaltteilen (27 bis 29, 37 bis 39) aufweist;einem Drehungspositionserfassungsteil (69) zum Erfassen einer Drehungsposition des Rotors;einem Stromerfassungsteil (41 bis 46, 48, 49) zum Erfassen eines Stroms, mit dem jede der Spulen versorgt wird; undeinem Steuerteil (60) zum Ein- und Ausschalten der Schaltteile, um dadurch jeden Strom, mit dem die Spulen versorgt werden, zu steuern,dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil (60) folgende Merkmale aufweist:einen Ausfallidentifizierungsteil (60, S14) zum Identifizieren eines ausfallenden Schaltteils, der einen Aus-Ausfall hat, wenn der Schaltteil unfähig ist, sich einzuschalten, undeinen Ausfallzeitsteuerteil (60, S15) zum Steuern von anderen Schaltteilen, die sich von dem ausfallenden Schaltteil unterscheiden, bei einem ausfallenden Wechselrichterteil, der den ausfallenden Schaltteil aufweist, basierend auf einem Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswert, der als eine Funktion der Drehungsposition und eines Drehmomentbefehlswerts oder eine Funktion der Drehungsposition und eines q-Achsen-Strombefehlswerts berechnet ist, während ein anderer normaler Wechselrichterteil als der ausfallende Wechselrichterteil betrieben wird, wobeider Ausfallzeitsteuerteil (60, S15) einen Drehmomentunterschied berechnet und den normalen Wechselrichterteil durch Korrigieren eines q-Achsen-Strombefehlswerts des normalen Wechselrichterteils basierend auf dem Drehmomentunterschied steuert, wobei der Ausfallzeitsteuerteil den Drehmomentunterschied aus einem normalen Drehmoment, das erzeugt wird, wenn der Schaltteil keinen Ausfall hat und eine normale Steuerung durchgeführt wird, und einem Ausfallzeitdrehmoment, das erzeugt wird, wenn der Schaltteil den Aus-Ausfall hat und eine Ausfallzeitsteuerung basierend auf dem Ausfallzeitstrombefehlswert durchgeführt wird, berechnet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mehrphasendrehmaschinensteuervorrichtung und ein dieselbe verwendendes Servolenkungssystem bzw. elektrisches Kraftlenkungssystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine herkömmliche Mehrphasendrehmaschinensteuervorrichtung steuert durch Ein- und Ausschalten einer Mehrzahl von Schaltelementen eine Mehrphasendrehmaschine. Es wird durch die folgenden Patentdokumente vorgeschlagen, eine Drehmaschine so zu treiben, um ihre Drehung beizubehalten, selbst wenn ein Teil einer Mehrzahl von Schaltelementen ausfällt.

Patentdokument 1: JP 2005-304119A
Patentdokument 2: JP H06- 98 596 A
Patentdokument 3: JP 2009-6963A ( US 2010/0017063 A1 )

Gemäß Patentdokument 1 ist eine Mehrzahl von elektrischen Leistungsversorgungsquellen, wie zum Beispiel Wechselrichtern, vorgesehen. Wenn eine der Leistungsversorgungsquellen dahingehend ausfällt, normal in Betrieb zu sein, wird die Leistungsversorgung von einer solchen ausfallenden Leistungsversorgungsquelle zu einer Gruppe einer Mehrzahl von Spulen, die der ausfallenden Leistungsversorgungsquelle entspricht, gestoppt. Die anderen Leistungsversorgungsquellen als die ausfallende Leistungsversorgungsquelle, die normal in Betrieb sind, werden gesteuert, um eine solche Gruppe von Spulen, die der ausfallenden Leistungsversorgungsquelle entspricht, mit einer elektrischen Leistung zu versorgen. Die Menge einer elektrischen Leistung, mit der die Drehmaschine versorgt wird, wird jedoch um eine Menge reduziert, mit der durch die ausfallende Leistungsversorgungsquelle normalerweise versorgt wurde. Wenn die elektrische Leistung der anderen normalen Leistungsversorgungsquellen erhöht wird, um die elektrische Leistung für die Reduzierung zu kompensieren, erzeugen die Schaltelemente der normalen Leistungsversorgungsquellen mehr Wärme. Somit ist die Periode, während der zugelassen ist, dass die normalen Leistungsversorgungsquellen für eine Kompensation eine erhöhte Leistung ausgeben, als kurz begrenzt.
Gemäß dem Patentdokument 2 wird ein Zielwert eines Ankerstroms jeder Phase eines elektrischen Motors als eine Funktion eines Umkehrproportionswerts und eines Direktproportionswerts berechnet. Der Umkehrproportionswert ist umgekehrt proportional zu einer Summe von Quadraten von Momentanwerten induzierter Spannungen aller Phasen. Der Direktproportionswert ist direkt proportional zu einem Momentanwert einer induzierten Spannung jeder Phase. Der Ankerstrom jeder Phase wird gemäß dem berechneten Zielwert gesteuert. Bei einem Einphasen-Wechselrichtersystem wird jede Spule unabhängig von anderen Spulen mit einem Strom versorgt. Ein Phasenstrombefehlswert wird daher mit einer Umkehrproportion zu einer Summe von Quadraten induzierter Spannungen ohne Weiteres berechnet. Bei einem Dreiphasenwechselrichtersystem für beispielsweise einen Dreiphasenmotor sind Ströme Iu, Iv und Iw, mit denen Phasen U, V bzw. W versorgt werden, beschränkt, um Iu + Iv + Iw = 0 zu erfüllen. Mit dieser Beschränkung müssen die Phasenstrombefehlswerte in einer Umkehrproportion zu einer Summe von Quadraten induzierter Spannungen berechnet werden. Wenn ein Aus-Ausfall bzw. ein Ausfall bei Aus in einer der Phasen, beispielsweise der U-Phase, unter der Beschränkung entsteht und daher mit keinem Strom Iu versorgt wird, sind andere Phasenströme Iv und Iw beschränkt, um Iv = -Iw zu erfüllen. Es wird als ein Resultat während einiger Perioden kein Drehmoment erzeugt.
Gemäß dem Patentdokument 3 werden, wenn ein Aus-Ausfall in einer Phase eines Dreiphasenwechselrichtersystems entsteht, Phasenstrombefehlswerte für die anderen zwei Phasen berechnet, um Iu + Iv + Iw = 0 zu erfüllen. Die Phasenstrombefehlswerte werden durch Bezug nehmen auf eine Datentabelle, die vorbestimmte Daten als eine Funktion einer Winkelposition eines Rotors speichert, berechnet. Wenn der Aus-Ausfall entsteht, entsteht das gleiche Problem wie bei dem Patentdokument 2. Ein Speicher einer großen Kapazität ist ferner erforderlich, um die Phasenstrombefehlswerte als eine Datentabelle, auf die in einem Fall, bei dem eine der drei Phasen des Dreiphasenwechselrichtersystems ausfällt, Bezug genommen wird, zu speichern.
Weiterer Stand der Technik ist in dem folgenden Dokument offenbart.
US 5414339 A offenbart ein Steuerungssystem für Elektrofahrzeuge zum Antrieb eines batteriebetriebenen Motors unter Verwendung von Leistungsumrichtern. Ein erster und ein zweiter Wechselrichter sind mit den jeweiligen dreiphasigen Primärwicklungen eines Induktionsmotors verbunden. Wenn einer der Wechselrichter ausfällt, wird dies durch Fehlererkennungsschaltungen erkannt, und eine Steuereinheit stoppt den ausgefallenen Wechselrichter und erlaubt dem anderen normalen Wechselrichter, den Induktionsmotor anzutreiben, um das Elektrofahrzeug zu bewegen. Der Betrieb des einzelnen Motors mit mehreren Wechselrichtern ermöglicht es, das Elektrofahrzeug auch dann zu bewegen und zu betreiben, wenn einer der Wechselrichter ausfällt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Reduzierung einer Ausgangsleistung eines Wechselrichters selbst dann zu minimieren, wenn in einem Schaltelement ein Ausfall entsteht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 3 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für eine Mehrphasendrehmaschine geschaffen, die einen Stator, einen Rotor und eine Welle aufweist. Der Stator ist mit einer Mehrzahl von Spulensätzen, die jeweils Spulen einer Mehrzahl von Phasen aufweisen, bewickelt. Der Rotor ist relativ zu dem Stator drehbar, und die Welle ist mit dem Rotor drehbar. Die Steuervorrichtung weist eine Mehrzahl von Wechselrichterteilen, einen Drehungspositionserfassungsteil, einen Stromerfassungsteil und einen Steuerteil auf. Die Wechselrichterteile sind in Entsprechung zu der Mehrzahl von Spulensätzen vorgesehen. Jeder Wechselrichterteil weist in Entsprechung zu jedem Spulensatz eine Mehrzahl von Schaltteilen auf. Der Drehungspositionserfassungsteil erfasst eine Drehungsposition des Rotors. Der Stromerfassungsteil erfasst einen Strom, mit dem jede der Spulen versorgt wird. Der Steuerteil schaltet die Schaltteile ein und aus, um dadurch jeden Strom zu steuern, mit dem die Spulen versorgt werden. Der Steuerteil weist einen Ausfallidentifikationsteil zum Identifizieren eines ausfallenden Schaltteils, das einen Aus-Ausfall hat, auf, wenn der Schaltteil unfähig ist, sich einzuschalten. Der Steuerteil weist einen Ausfallzeitsteuerteil zum Steuern anderer sich von dem ausfallenden Schaltteil unterscheidender Schaltteile bei einem ausfallenden Wechselrichterteil, der den ausfallenden Schaltteil aufweist, basierend auf einem Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswert, der als eine Funktion der Drehungsposition und eines Drehmomentbefehlswerts oder als eine Funktion der Drehungsposition und eines q-Achsen-Strombefehlswerts berechnet wird, auf.
Der Ausfallzeitsteuerteil kann eine normale Steuerung oder eine Ausfallzeitsteuerung für einen anderen normalen Wechselrichterteil als den ausfallenden Wechselrichterteil durchführen. Bei der Ausfallzeitsteuerung berechnet der Ausfallzeitsteuerteil einen Drehmomentunterschied und steuert durch Korrigieren eines q-Achsen-Strombefehlswert des normalen Wechselrichterteils basierend auf dem Drehmomentunterschied den normalen Wechselrichterteil. Der Ausfallzeitsteuerteil berechnet aus einem normalen Drehmoment, das erzeugt wird, wenn der Schaltteil keinen Ausfall hat und die normale Steuerung durchgeführt wird, und einem Ausfallzeitdrehmoment, das erzeugt wird, wenn der Schaltteil den Aus-Ausfall hat, den Drehmomentunterschied. Die Ausfallzeitsteuerung wird basierend auf dem berechneten Ausfallzeitstrombefehlswert durchgeführt.
Figurenliste
Die vorhergehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen ist, offensichtlicher. Es zeigen:

1 ein Schaltungsdiagramm, das ein elektrisches Kraftlenkungssystem, das eine Mehrphasenmotorsteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet, zeigt;
2 eine Draufsicht, die einen elektrischen Motor zeigt, der bei dem elektrischen Kraftlenkungssystem, das in 1 gezeigt ist, verwendet ist;
3 ein Flussdiagramm, das eine Ausfallbestimmungsverarbeitung, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, zeigt;
4A und 4B grafische Darstellungen, die Phasenströme und Motordrehmomente, die durch einen normalen Wechselrichter bzw. einen ausfallenden Wechselrichter erzeugt werden, bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
5 eine grafische Darstellung, die ein Motordrehmoment, das durch den Motor bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt wird, zeigt;
6 eine grafische Darstellung, die einen Phasenstrom und ein Motordrehmoment, die durch einen normalen Wechselrichter bei einem zweiten Ausführungsbeispiel erzeugt werden, zeigt; und
7A bis 7E Schaltungsdiagramme, die Stromsensoren, die bei einer Vielfalt von Orten verwendet sind, zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Die vorliegende Erfindung ist im Detail unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen gleiche oder ähnliche Teile durch die gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Bezug nehmend auf 1 ist eine Mehrphasenmotorsteuervorrichtung 1 zum Steuern des Betriebs eines elektrischen Mehrphasenmotors 10, der eine Drehmaschine ist, vorgesehen. Der Motor 10 ist bei einem elektrischen Kraftlenkungssystem (EPS; EPS = electric power steering system) bzw. Servolenkungssystem zum Kraftunterstützen des Lenkbetriebs eines Fahrzeugs verwendet. Der Motor 10 treibt durch ein Getriebe 93, um ein Drehmoment zu erzeugen, eine Säulenwelle 92, die eine Drehungswelle eines Lenkrads 91 des Fahrzeugs ist, sodass der Lenkbetrieb des Lenkrads 91 unterstützt wird. Wenn genauer gesagt das Lenkrad 91 durch einen Fahrer des Fahrzeugs betrieben wird, wird ein Lenkdrehmoment, das durch die Säulenwelle 92 erzeugt wird, durch einen Drehmomentsensor 94 erfasst. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch einen Geschwindigkeitssensor (nicht gezeigt) erfasst und durch ein Steuerungsbereichsnetz (CAN; CAN = Controller-Area-Network, nicht gezeigt) übernommen. Der Motor 10 wird gemäß dem erfassten Drehmoment und der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert.
Der Motor 10 ist ein bürstenloser Dreiphasenmotor, der das Getriebe 93 in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung treibt. Der Motor 10 ist aus einem Stator, einem Rotor und einer Welle gebildet, obwohl dies nicht im Detail gezeigt ist. Der Rotor ist ein zylindrischer Körper, der sich mit der Welle dreht. Permanentmagnete sind an der peripheren Oberfläche befestigt, um Magnetpole zu liefern. Der Stator nimmt den Rotor darin auf und trägt denselben drehbar. Der Stator hat Vorsprünge, die sich in der Innenrichtung radial erstrecken und voneinander in der Umfangsrichtung gleichwinklig beabstandet sind. Auf die Vorsprünge sind eine U1-Spule 11, eine V1-Spule 12, eine W1-Spule 13, eine U2-Spule 14, eine V2-Spule 15 und eine W2-Spule 16 gewickelt. Die U1-Spule 11, die V1-Spule 12 und die W1-Spule 13 bilden einen ersten Spulensatz 18. Die U2-Spule 14, die V2-Spule 15 und die W2-Spule 16 bilden einen zweiten Spulensatz 19. Der Motor 10 hat somit eine Mehrzahl von Spulensätzen 18 und 19, von denen jeder drei Spulen von drei Phasen U, V und W, die in eine Sternform geschaltet sind, hat. Ein Positionssensor 69 ist vorgesehen, um eine Drehungsposition θ des Rotors zu erfassen. Der Positionssensor 69 kann ein Drehmelder sein. Die Rotorposition kann basierend auf jeder Phasenspannung oder jedem Phasenstrom des Motors 10 anstelle des Positionssensors 69 bestimmt werden.
Die Steuervorrichtung 1 für den Motor 10 weist zusätzlich zu dem Positionssensor 69 und einer Batterie 70 einen ersten Wechselrichterteil 20, einen zweiten Wechselrichterteil 30, Stromerfassungsteile 40, Kondensatoren 50 und einen Steuerteil 60 auf. Der Teil 20 ist ein Dreiphasenwechselrichter, bei dem sechs Schaltelemente 21 bis 26 in eine Brückenform geschaltet sind, um dadurch die Stromversorgung sowohl der U1-Spule 11, der V1-Spule 12 als auch der W1-Spule 13 des ersten Spulensatzes 18 ein- und auszuschalten. Jedes der Schaltelemente 21 bis 26 ist ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET; MOSFET = metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). Auf die Schaltelemente 21 bis 26 ist jeweils als FET Bezug genommen.
Drei FET 21 bis 23 haben jeweilige Drains, die mit einer Hochpotenzialseite, d. h. der Seite der Leistungsquelle 70, verbunden sind. Die FET 21 bis 23 haben jeweilige Sources, die mit Drains der FET 24 bis 26 verbunden sind. Die FET 24 bis 26 haben jeweilige Sources, die an Masse gelegt sind. Die FET 21 und 24 sind als ein erstes Paar in Reihe geschaltet, und der Übergang zwischen den zwei FET 21 und 24 ist mit einem Ende der U1-Spule 11 verbunden. Die FET 22 und 25 sind als ein zweites Paar in Reihe geschaltet, und der Übergang zwischen den zwei FET 22 und 25 ist mit einem Ende der V1-Spule 12 verbunden. Die FET 23 und 26 sind als ein drittes Paar in Reihe geschaltet, und der Übergang zwischen den zwei FET 23 und 26 ist mit einem Ende der W1-Spule 13 verbunden.
Der Teil 30 ist ferner ein Dreiphasenwechselrichter, bei dem sechs Schaltelemente 31 bis 36 in eine Brückenform geschaltet sind, um dadurch die Stromversorgung von sowohl der U2-Spule 14, der V2-Spule 15 als auch der W2-Spule 16 des zweiten Spulensatzes 19 ein- und auszuschalten. Jedes der Schaltelemente 31 bis 36 ist ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Auf die Schaltelemente 31 bis 36 ist jeweils als FET Bezug genommen.
Drei FET 31 bis 33 haben jeweilige Drains, die mit einer Hochpotenzialseite, d. h. der Seite der Leistungsquelle 70, verbunden sind. Die FET 31 bis 33 haben jeweilige Sources, die mit Drains der FET 34 bis 36 verbunden sind. Die FET 34 bis 36 haben jeweilige Sources, die an Masse gelegt sind. Die FET 31 und 34 sind als ein erstes Paar in Reihe geschaltet, und der Übergang zwischen den zwei FET 31 und 34 ist mit einem Ende der U2-Spule 14 verbunden. Die FET 32 und 35 sind als ein zweites Paar in Reihe geschaltet, und der Übergang zwischen den zwei FET 32 und 35 ist mit einem Ende der V2-Spule 15 verbunden. Die FET 33 und 36 sind als ein drittes Paar in Reihe geschaltet, und der Übergang zwischen den zwei FET 33 und 36 ist mit einem Ende der W2-Spule 16 verbunden.
Auf jeden der FET 21 bis 23 und 31 bis 33 ist als ein Hochseiten-FET Bezug genommen. Auf jeden der FET 24 bis 26 und 34 bis 36 ist als ein Niederseiten-FET Bezug genommen. Auf jeden FET kann ferner als ein U1-Hochseiten-FET 21 beispielsweise in Kombination mit der entsprechenden Spule Bezug genommen sein. Die FET 21 und 24 bilden ein U1-Schaltelementepaar 27. Die FET 22 und 25 bilden ein V1-Schaltelementepaar 28. Die FET 23 und 26 bilden ein W1-Schaltelementepaar 29. Die FET 31 und 34 bilden ein U2-Schaltelementepaar 37. Die FET 32 und 35 bilden ein V2-Schaltelementepaar 38. Die FET 33 und 36 bilden ein W2-Schaltelementepaar 39.
Die FET 21 und 24 des U1-Schaltelementepaars 27 sind als Halbleiterchips hergestellt und als ein Halbleitermodul 51, wie in 2 gezeigt ist, harzgeformt. Die FET 22 und 25 des V1-Schaltelementepaars 28 sind als Halbleiterchips hergestellt und als ein Halbleitermodul 52, wie in 2 gezeigt ist, harzgeformt. Die FET 23 und 26 des W1-Schaltelementepaars 29 sind als Halbleiterchips hergestellt und als ein Halbleitermodul 53, wie in 2 gezeigt ist, harzgeformt. Die FET 31 und 34 des U2-Schaltelementepaars 37 sind als Halbleiterchips hergestellt und als ein Halbleitermodul 54, wie in 2 gezeigt ist, harzgeformt. Die FET 32 und 35 des V2-Schaltelementepaars 38 sind als Halbleiterchips hergestellt und als ein Halbleitermodul 55, wie in 2 gezeigt ist, harzgeformt. Die FET 33 und 36 des W1-Schaltelementepaars 39 sind als Halbleiterchips hergestellt und als ein Halbleitermodul 56, wie in 2 gezeigt ist, harzgeformt. FET 200 und 300 (1) sind rückwärts bzw. gegen die FET 21 bis 26 und 31 bis 36 für einen Schutz vor der Rückwärtsverbindung bzw. Gegenverbindung der Kondensatoren 50 oder dergleichen geschaltet. Der FET 200 ist in dem Halbleitermodul 53 vorgesehen. Der FET 300 ist in dem Halbleitermodul 54 vorgesehen.
Der Stromerfassungsteil weist einen U1-Stromerfassungsteil 41, einen V1-Stromerfassungsteil 42, einen W1-Stromerfassungsteil 43, einen U2-Stromerfassungsteil 44, einen V2-Stromerfassungsteil 45 und einen W2-Stromerfassungsteil 46 auf. Jeder der Stromerfassungsteile ist ein Nebenschlusswiderstand. Der Erfassungsteil 41 ist zwischen dem U1-Niederseiten-FET 24 und Masse vorgesehen. Der Erfassungsteil 42 ist zwischen dem V1-Niederseiten-FET 25 und Masse vorgesehen. Der Erfassungsteil 43 ist zwischen dem W1-Niederseiten-FET 26 und Masse vorgesehen. Der Erfassungsteil 44 ist zwischen dem U2-Niederseiten-FET 34 und Masse vorgesehen. Der Erfassungsteil 45 ist zwischen dem V2-Niederseiten-FET 35 und Masse vorgesehen. Der Erfassungsteil 46 ist zwischen dem W2-Niederseiten-FET 36 und Masse vorgesehen. Die AD-Werte (A/Dgewandelten Werte) von elektrischen Strömen, die durch die Stromerfassungsteile 41 bis 46 erfasst werden, werden in Register des Steuerteils 60 übernommen und gespeichert. Alle AD-Werte der Stromerfassungsteile 41 bis 46 werden zu der gleichen Zeit übernommen. In diesem Moment wird die Drehungsposition θ des Rotors des Motors 10, die durch den Positionssensor 69 erfasst wird, ebenfalls übernommen.
Jeder Kondensator 50 kann ein Aluminiumelektrolytkondensator sein, der eine elektrische Ladung speichert, um eine Versorgung einer elektrischen Leistung zu den FET 21 bis 26 und 31 bis 36 zu ergänzen und Rauschkomponenten in Stoßströmen zu entfernen. Die Kondensatoren 50 sind radial außerhalb der Halbleitermodule 51 bis 56, wie in 2 gezeigt ist, vorgesehen, in der die Kondensatoren 50 für die Halbleitermodule 52, 53 und 55 nicht gezeigt sind. Die Kondensatoren 50 können alternativ radial innerhalb der Halbleitermodule 51 bis 56 vorgesehen sein. Eine Drosselspule 71 ist radial innerhalb der Halbleitermodule 51 bis 56, die sich allgemein in einer hexagonalen Form befinden, vorgesehen, um ein Rauschen der elektrischen Leistung, mit der von der Batterie 70 versorgt wird, zu reduzieren.
Der Steuerteil 60 ist konfiguriert, um einen Gesamtbetrieb der Steuervorrichtung 1 zu steuern, und weist einen Mikrocomputer (MC) 61, Vortreiber (PD; PD = predrivers) 62, 63 und Register (nicht gezeigt) auf. Bei dem Steuerteil 60 steuert der Mikrocomputer 61 durch Ein- und Ausschalten der FET 21 bis 26 und 31 bis 36 basierend auf den AD-Werten der Ströme, die durch den Stromerfassungsteil 40 erfasst werden, und der Drehungsposition θ des Rotors, die durch den Positionssensor 69 erfasst wird, elektrische Ströme, mit denen die Spulen 11 bis 16 versorgt werden.
Die FET 21 bis 26 und 31 bis 36 werden auf die folgende Art und Weise PWMgesteuert, wenn kein Ausfall in den FET 21 bis 26 und 31 bis 36 entsteht. Da die PWM-Steuerverarbeitung für den ersten Wechselrichterteil 20 und den zweiten Wechselrichterteil 30 grundsätzlich gleich ist, ist die PWM-Steuerverarbeitung für den ersten Wechselrichterteil 20 im Folgenden als ein Beispiel beschrieben. Dreiphasenstromwerte Iu1, Iv1 und Iw1 der U1-Spule 11, der V1-Spule 12 und der W1-Spule 13 werden basierend auf den AD-Werten von Strömen, die jeweils durch die Stromerfassungsteile 41 bis 43 erfasst werden, berechnet. Ein d-Achsen-Stromerfassungswert Id1 und ein q-Achsen-Stromerfassungswert Iq1 werden basierend auf den berechneten Dreiphasenströmen Iu1, Iv1 und Iw1 und der Rotordrehungsposition θ, die durch den Positionssensor 69 erfasst wird, berechnet. Die d-Achse ist hier gleich der Richtung eines Magnetflusses, und die q-Achse ist eine Achse orthogonal zu dem Magnetfluss. Der q-Achsen-Strom ist eine Stromkomponente, die proportional zu einem Drehmoment, das durch den Motor 10 erzeugt wird, ist.
Ein d-Achsen-Befehlsspannungswert Vd1 und q-Achsen-Befehlsspannungswert Vq1 werden durch Durchführen einer Stromrückkopplungssteuerung gemäß einem d-Achsen-Strombefehlswert Id* 1, einem q-Achsen-Strombefehlswert Iq* 1, dem d-Achsen-Stromerfassungswert Id1 und dem q-Achsen-Stromerfassungswert Iq1 berechnet.
Bei der Stromrückkopplungssteuerung werden sowohl ein Stromunterschied ΔId1 zwischen dem d-Achsen-Wert Id*1 und dem d-Achsen-Wert Id1 als auch ein Stromunterschied ΔIq1 zwischen dem q-Achsen-Wert Iq* 1 und dem q-Achsen-Wert Iq1 berechnet. Der d-Achsen-Wert Vd1 und q-Achsen-Wert Vq1 werden berechnet, um die Stromunterschiede ΔId1 und ΔIq1 auf null zu reduzieren, sodass der d-Achsen-Wert Id1 und der q-Achsen-Wert Iq1 dem d-Achsen-Wert Id* 1 und dem q-Achsen-Wert Iq* 1 jeweils folgen. Als Dreiphasen-Befehlsspannungswerte werden ein U-Phasen-Befehlsspannungswert Vu*1, ein V-Phasen-Befehlsspannungswert Vv*1 und ein W-Phasen-Befehlsspannungswert Vw* 1 basierend auf den Befehlsspannungswerten Vd1, V q 1 und der Rotordrehungsposition θ berechnet.
Als Tastbefehlssignale werden basierend auf den Dreiphasen-Befehlsspannungswerten Vu*1, Vv*1, Vw*1 und einer Kondensatorspannung Vc ein U-Phasen-Tastwert Du1, ein V-Phasen-Tastwert Dv1 und ein W-Phasen-Tastwert Dw1 berechnet. Die berechneten Tastwerte Du1, Dv1 und Dw1 werden in Registern gespeichert. Die Tastbefehlssignale, die die jeweiligen Tastwerte Du1, Dv1 und Dw1 haben, werden durch den Vortreiber 62 mit einem PWM-Bezugssignal verglichen. Die FET 21 bis 26 werden ein- und ausgeschaltet, um die Ströme, mit denen die Spulen 11 bis 13 versorgt werden, durch den Vortreiber 62 basierend auf den Vergleichsresultaten zu steuern.
Das erste Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um eine Charakteristiksteuerung in einem Fall eines Aus-Ausfalls bei einem der FET 21 bis 26 und 31 bis 36 durchzuführen. Der Aus-Ausfall gibt an, dass ein FET andauernd ausgeschaltet ist und nicht eingeschaltet werden kann. Die Charakteristiksteuerung ist unter Bezugnahme auf den Aus-Ausfall in dem U1-Niederseiten-FET 24 als ein Beispiel beschrieben. Die anderen FET werden ähnlich bei dem Fall von jeweiligen Aus-Ausfällen gesteuert. Eine Identifizierung eines ausfallenden Schaltelementepaars, das den Aus-Ausfall hat, unter den FET 21 bis 26 und 31 bis 36 ist erstens unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Beispiel der Identifizierungsverarbeitung hinsichtlich des U1-Schaltelementepaars 27, das ein Schaltteil ist. Diese Identifizierungsverarbeitung wird für jedes der Schaltelementepaare 27 bis 29 und 37 bis 39 parallel in einem vorbestimmten Intervall (beispielsweise 5 ms) durchgeführt, wenn die Motordrehungsgeschwindigkeit ω niedriger als eine vorbestimmte Drehungsgeschwindigkeit ist.
Bei einem Schritt 10 (S10) wird geprüft, ob der Absolutwert des U1-Phasen-Befehlsspannungswerts Vu*1 gleich oder größer als eine Schwellenspannung (erster vorbestimmter Wert) Vth ist, und der Stromwert Iu1 der U1-Spule 11 gleich oder kleiner als ein Schwellenstrom (zweiter vorbestimmter Wert) Ith ist. Der zweite vorbestimmte Wert Ith ist eingestellt, um nahe 0 zu sein, um zu erfassen, dass kein Strom in der U1-Spule 11 fließt. Ein Messungsfehler und dergleichen werden beim Einstellen des zweiten vorbestimmten Werts Ith ermittelt. Wenn der Absolutwert des U1-Phasen-Befehlsspannungswerts Vu*1 gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert ist, und der Stromwert Iu1 der U1-Spule 11 gleich oder kleiner als der zweite vorbestimmte Wert ist (S10: JA), d. h. kein Strom in der U1-Spule 11 fließt, selbst wenn die Spannung an dieselbe angelegt ist, wird S11 ausgeführt. Wenn der Absolutwert des U1-Phasen-Befehlsspannungswerts Vu*1 kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist, oder der Stromwert Iu1 der U1-Spule 11 größer als der zweite vorbestimmte Wert ist (S10: NEIN), wird S12 ausgeführt.
Bei S11 wird ein Zählwert, der eine Abnormalitäts-Fortsetzungsperiode T angibt, implementiert. Bei S12 wird der Zählwert, der die Abnormalitäts-Fortsetzungsperiode T angibt, auf 0 gelöscht (neu eingestellt).
Folgend S11 oder S12 wird bei S 13 geprüft, ob die Abnormalitäts-Fortsetzungsperiode T gleich oder länger als eine Schwellenperiode (ein dritter vorbestimmter Wert) Tth ist. Der dritte vorbestimmte Wert Tth kann innerhalb eines zulässigen Bereichs eingestellt sein, der bei dem Fahrzeugbetrieb keine kritischen Probleme verursachen wird. Wenn die Abnormalitäts-Fortsetzungsperiode T kürzer als der dritte vorbestimmte Wert ist (S13: NEIN), wird kein weiterer Schritt ausgeführt. Wenn die Abnormalitäts-Fortsetzungsperiode T gleich oder länger als der dritte vorbestimmte Wert ist (S13: JA), wird S14 ausgeführt.
Bei S14 wird das U1-Schaltelementepaar 27 als den Aus-Ausfall habend bestimmt. D. h. mindestens einer der FET 21 und 24 des U1-Schaltelementepaars 27 hat den Aus-Ausfall, wenn der Stromwert der U1-Spule 11 für mehr als der dritte vorbestimmte Wert weiter kleiner als der zweite Wert unter der Bedingung ist, dass der U1-Befehlsspannungswert Vu*1, dessen Absolutwert gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert ist, kontinuierlich angelegt ist. Das Paar 27 ist somit ein ausfallendes Schaltteil. Bei S15 wird die Steuerung des ersten Wechselrichterteils 20, der das U1-Schaltelementepaar 27 aufweist, zu einer Ausfallzeitstromsteuerung umgeschaltet, sodass der erste Wechselrichterteil 20 basierend auf Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerten gesteuert wird. Der erste Wechselrichterteil ist somit ein ausfallender Wechselrichterteil.
Die Ausfallzeitsteuerung gemäß dem Phasenstrombefehlswert wird wie im Folgenden beschrieben ist durchgeführt. Die Ausgangsleistung des Motors 10 ist durch den folgenden Ausdruck definiert. In dem folgenden Ausdruck gibt Tm [Nm] ein Motordrehmoment an, und ω [rad/s] gibt eine Rotordrehungsgeschwindigkeit an. Eu, Ev, Ew geben jeweils induzierte Spannungen von U-, V-, W-Phasen an. Iu, Iv, Iw geben jeweils Ströme von U-, V-, W-Phasen an. $Tm \times ω = Eu \times Iu + Ev \times Iv + Ew \times Iw$
Der Phasenstrom, der in der normalen Zeit (nicht der Ausfallszeit) fließt, ist wie folgt mit Im [A] ausgedrückt, der einen maximalen Betrag eines Phasenstroms angibt. $Iu = Im \times sin θ$
$Iv = Im \times sin {θ - (\frac{2}{3}) π}$
$Iw = Im \times sin {θ - (\frac{4}{3}) π}$
Die induzierte Spannung ist wie folgt ausgedrückt, wobei Ke [V/ (rad/s)] eine Konstante einer elektromotorischen Gegenkraft angibt, und θ [rad] einen elektrischen Winkel des Motors 10 angibt. $Eu = Ke \times ω \times sin θ$
$Ev = Ke \times ω \times sin {θ - (\frac{2}{3}) π}$
$Ew = Ke \times ω \times sin {θ - (\frac{4}{3}) π}$
Der folgende Ausdruck wird gewonnen, wobei Kt [Nm/A] eine Konstante eines Drehmoments angibt, und Iq [A] den q-Achsen-Strom angibt. $Tm = Kt \times Iq$
$Iq = K 1 \times Im$
Wobei K1 die Quadratwurzel von 3/2 ist.
Da der Motor 10 der bürstenlose Dreiphasenmotor ist, gilt gemäß den Kirchhoffschen Gesetzen die folgende Gleichung. $Iu + Iv + Iw = 0$
Die folgende Beziehung gilt ferner zwischen der Konstante einer elektromotorischen Gegenkraft Ke und der Kontante eines Drehmoments Kt. $Kt = K 1 \times Ke$
In dem Fall, dass das U1-Schaltelementepaar 27 ausfällt, fließt kein Strom in der U1-Spule 11. Der folgende Ausdruck (12) wird daher durch Einsetzen der Ausdrücke (5) bis (7) in den Ausdruck (1) gewonnen, während Iu auf 0 (Iu = 0) und Iv auf -Iw (Iv = -Iw) aus dem Ausdruck (10) eingestellt werden. $\begin{matrix} T m \times ω = [Ke \times ω \times sin {θ - (\frac{2}{3}) π}] \times Iv + \\ [Ke \times ω \times sin {θ - (\frac{4}{3}) π}] \times (- Iv) \\ = (Ke \times ω \times K 2 \times cos θ) \times Iv \end{matrix}$
Wobei K2 die Quadratwurzel von 3 ist.
Das heißt $Iv = Tm \frac{□}{□} (K 2 \times Ke \times cos θ)$
Der folgende Ausdruck (13) wird durch Einsetzen der Ausdrücke (8) und (11) in den Ausdruck (12) gewonnen. $\begin{matrix} Iv = Kt \times Iq \frac{□}{□} (K 2 \times Ke \times cos θ) \\ = K 1 \times Ke \times Iq \frac{□}{□} (K 2 \times Ke \times cos θ) \\ = Iq \frac{□}{□} (K 3 \times cos θ) \end{matrix}$
Wobei K3 die Quadratwurzel von 2 ist.
Da der U1-Niederseiten-FET 24 des U1-Schaltelementepaars 27 als sich in einem Ausfall befindend angenommen wird, werden die anderen zwei Paare, d. h. das V1-Schaltelementepaar 28 und das W1-Schaltelementepaar 29, basierend auf den Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerten in dem ersten Wechselrichterteil 20, der der ausfallende Wechselrichterteil ist, gesteuert.
Der q-Achsen-Strombefehlswert ist hier Iq* 1, der maximale Phasenstromwert ist Imax und der minimale Phasenstromwert ist -Imax. Der V1-Phasenstrombefehlswert Iv1 ref der V1-Spule 12 und der W1-Phasenstrombefehlswert Iw1ref der W1-Spule 13 werden durch die folgenden Ausdrücke, die Funktionen des q-Achsen-Werts Iq* 1 und der Rotordrehungsposition θ basierend auf dem Ausdruck (13) sind, berechnet. $Iv 1 ref = Iq * \frac{1}{K 3 \times cos θ}, (- Imax ≦ Iv 1 ref ≦ Imax)$
$Iv 1 ref = Imax (Iv 1 ref > I m a x)$
$Iv 1 ref = - Imax (Iv 1 ref < - I m a x)$
$Iw 1 ref = - Iv 1 ref$
Ivlref und Iwlref, die basierend auf den Ausdrücken (14) bis (17) berechnet werden, sind Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte.
Wenn die Ausfallzeitsteuerung in dem Fall des Aus-Ausfalls des U1-Niederseiten-FET 24 des U1-Schaltelementepaars 27 durchgeführt wird, ändern sich der Phasenstrom I und das Motordrehmoment Tq wie in 4A und 4B gezeigt ist. Der U-Phasen-Strom Iu, der V-Phasen-Strom Iv und der W-Phasen-Strom Iw sind durch eine durchgezogene Linie, eine unterbrochene Linie bzw. eine Einpunkt-Strichpunktlinie gezeigt. Das Drehmoment Tq, das durch die Stromversorgung erzeugt wird, ist durch eine Zweipunkt-Strichpunktlinie gezeigt.
4A zeigt genauer gesagt drei Phasenströme Iu2, Iv2 und Iw2, mit denen versorgt wird, wenn die normale PWM-Steuerung in dem zweiten Wechselrichterteil 30, der ein normaler Wechselrichterteil ist, durchgeführt wird. 4A zeigt ferner ein Drehmoment Tq2, das erzeugt wird, wenn die Spulen 14 bis 16 mit solchen Strömen versorgt werden. Bei der normalen Steuerung werden die FET 31 bis 36 so ein- und ausgeschaltet, dass die Spulen 14 bis 16 mit den Dreiphasenströmen Iu2, Iv2 und Iw2 in Sinuswellenformen, die jeweils um einen elektrischen Winkel von 120° verschoben sind, versorgt werden. Das Drehmoment Tq2, das somit durch den zweiten Spulensatz 19 erzeugt wird, ist im Wesentlichen hinsichtlich des elektrischen Winkels gleich.
Es ist angenommen, dass der FET 24 bei dem ersten Wechselrichterteil 20 einen Ausfall hat und dem ausfallenden Wechselrichterteil entspricht. Die Spule 11, die mit dem FET 24 verbunden ist, wird mit keinem Strom (Iu1 = 0), wie in 4B gezeigt ist, versorgt, und daher wird im Gegensatz zu den in 4A gezeigten Sinuswellenströmen mit keinen Sinuswellenströmen versorgt. Die FET 22, 25 des V1-Schaltelementepaars 28 und die FET 23, 26 des W1-Schaltelementpaars 29 werden jedoch basierend auf den Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerten Ivlref und Iwlref, die durch die Ausdrücke (14) bis (17) berechnet werden, ein- und ausgeschaltet. Als ein Resultat ändern sich die drei Phasenströme Iu1, Iv1, Iw1, mit denen die Spulen 11 bis 13 versorgt werden, wie es in 4B gezeigt ist.
Das Drehmoment Tq1 wird durch den ersten Spulensatz 18 bei den elektrischen Winkeln 90° und 270° nicht erzeugt (Tq1 = 0). Ein ähnliches Drehmoment wird wie bei dem Fall einer normalen PWM-Steuerung während eines bestimmten Intervalls erzeugt, bei dem der Absolutwert von Ivlref kleiner als der Absolutwert | Imax | ist, der der Absolutwert des maximalen Phasenstromwerts Imax oder der Absolutwert des minimalen Phasenstromwerts -Imax ist.
Der Motor 10 erzeugt somit, wie es in 5 gezeigt ist, durch die Stromversorgung des ersten Spulensatzes 18 und des zweiten Spulensatzes 19 sein Gesamtdrehmoment Tq3. Es sei bemerkt, dass das Drehmoment Tq2, das durch den zweiten Spulensatz 19 erzeugt wird, hinsichtlich der elektrischen Winkel, wie durch die durchgezogene Linie angegeben ist, im Wesentlichen gleich ist. Wie durch die unterbrochene Linie angegeben ist, wird das Drehmoment Tq1 durch den ersten Spulensatz 18 bei den elektrischen Winkeln 90° und 270° nicht erzeugt (Tq1 = 0). Ein ähnliches Drehmoment wird, sowie das Drehmoment Tq2 durch den zweiten Spulensatz 19 erzeugt wird, während eines bestimmten Intervalls, bei dem die Absolutwerte der Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte Ivlref und Iw1ref kleiner als der Absolutwert des maximalen Phasenstromwerts | Imax | sind, erzeugt.
Wie durch die Einpunkt-Strickpunktlinie gezeigt ist, fällt das Gesamtdrehmoment Tq3, das einer Summe des Drehmoments Tq1, das durch den ersten Spulensatz 18 erzeugt wird, und des Drehmoments Tq2, das durch den zweiten Spulensatz 19 erzeugt wird, entspricht, nie bei irgendeinem elektrischen Winkel auf 0. Das gleiche Drehmoment wird wie bei dem normalen Fall im Wesentlichen so lange erzeugt, wie die Absolutwerte der Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte Ivlref und Iw1ref kleiner als der Absolutwert des maximalen Phasenstromwerts | Imax | sind.
Es sei bemerkt, dass eine ähnliche Steuerung in dem Fall des Aus-Ausfalls von anderen FET als dem U1-Niederseiten-FET 24 durchgeführt wird. Wenn der FET in anderen Phasen ausfällt, wird das Drehmoment bei unterschiedlichen elektrischen Winkeln nicht erzeugt. Die zwei elektrischen Winkel, bei denen kein Drehmoment erzeugt wird, sind um einen elektrischen Winkel von 180° voneinander verschoben.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, weist der Steuerteil 60 den Ausfallidentifizierungsteil und den Ausfallzeitsteuerteil auf. Der Ausfallidentifizierungsteil identifiziert, wenn der U1-Niederseiten-FET 24 den Aus-Ausfall hat, bei dem der FET 29 unfähig ist, eingeschaltet zu werden, das U1-Schaltelementepaar 27 als den ausfallenden Schaltteil. Dieser Ausfall kann basierend auf dem Strom, der in dem Stromerfassungsteil 41 fließt, erfasst werden, da kein Strom nach einem Ausfall des FET 24 fließen wird. Der Ausfallzeitsteuerteil des Steuerteils 60 berechnet basierend auf den Ausdrücken (14) bis (17), die Funktionen der Rotordrehungsposition θ und des q-Achsen-Werts Iq* 1 sind, die Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte Ivlref und Iw 1 ref. Der Ausfallzeitsteuerteil des Steuerteils 60 steuert das V1-Schaltelementpaar 28 und das W1-Schaltelementpaar 29 in dem ersten Wechselrichterteil 20, der das U1-Schaltelementepaar 27, das als der ausfallende Schaltteil identifiziert ist, aufweist, basierend auf den Ausfallzeit Phasenstrombefehlswerten Ivlref bzw. Iwlref. Der Ausfallzeitsteuerteil steuert auf eine normale Art und Weise, d. h. unterschiedlich zu dem ersten Wechselrichterteil 20, den zweiten Wechselrichterteil 30.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Wechselrichterteilen 20 und 30 vorgesehen. Selbst wenn der U1-Niederseiten-FET 24 des ersten Wechselrichterteils 20 ausfällt, wird der zweite Wechselrichterteil 30, der den U1-Niederseiten-FET 24 nicht aufweist, auf eine normale Art und Weise gesteuert. Als ein Resultat wird der Motor 10 getrieben, um zu jeder Zeit ein Drehmoment zu erzeugen. Die Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte Ivlref und Iwlref werden als eine Funktion der Rotordrehungsposition θ und des q-Achsen-Strombefehlswerts Iq*1 berechnet. Der erste Wechselrichterteil 20 wird durch Verwenden der Schaltelementepaare 28 und 29 basierend auf den Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerten Ivlref und Iwlref getrieben. Der erste Spulensatz 18 wird somit kontinuierlich mit elektrischen Strömen versorgt. Als ein Resultat wird die Reduzierung eines Drehmoments minimiert. Eine ähnliche Steuerung wird durchgeführt, wenn ein anderer FET dahingehend ausfällt, sich aufgrund seines Aus-Ausfalls einzuschalten. Die Schaltelementepaare in einem Wechselrichterteil, die den Aus-Ausfall nicht haben, werden genauer gesagt basierend auf den Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerten, die durch Einstellen eines Stroms der Spule, die dem ausfallenden Schaltelementepaar entspricht, berechnet werden, gesteuert. Der andere Wechselrichterteil, der kein ausfallendes Schaltelementepaar aufweist, wird normal gesteuert. Selbst wenn der Aus-Ausfall in einem der FET 21 bis 26 und 31 bis 36 entsteht, wird somit bei allen elektrischen Winkeln ein bestimmtes Drehmoment kontinuierlich erzeugt. Da der Motor 10 somit andauernd lediglich mit einer minimalen Drehmomentreduzierung getrieben wird, ist es möglich, den Motor 10 andauernd und sicher zu treiben.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden ferner die Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte Ivlref und Iwlref als eine Funktion der Rotordrehungsposition θ und des q-Achsen-Strombefehlswert Iq* 1 berechnet. Die Drehmomenterzeugung kann im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Phasenstrombefehlswerte als eine Datentabelle in einem Speicher vorgespeichert sind, in einer Periode, in der die Absolutwerte der Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte Ivlref und Iwlref kleiner als der Absolutwert des maximalen Phasenstromwerts | Imax | sind, genauer gesteuert werden. Die Kapazität des Speicherteils und daher die Größe und der Aufwand der ganzen Vorrichtung können zusätzlich reduziert werden.
Das U1-Schaltelementepaar 27 wird durch den Ausfallidentifizierungsteil als den Aus-Ausfall habend bestimmt, wenn bestimmt wird, dass der Befehlsspannungswert für das U1-Schaltelementepaar 27 gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, und in der U1-Spule 11, die dem U1-Schaltelementepaar 27 entspricht, kein Strom fließt. Der Aus-Ausfall wird somit basierend auf der Beziehung zwischen dem Befehlsspannungswert für die U1-Spule 11 und dem tatsächlichen Stromflusszustand der U1-Spule 11 ohne Weiteres spezifiziert. Der Aus-Ausfall von anderen Schaltelementpaaren 28, 29, 31 bis 39 kann auf eine ähnliche Art und Weise geprüft und bestimmt werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Mehrphasenmotorsteuervorrichtung 1 ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel konfiguriert. Der Steuerteil 60 ist jedoch konfiguriert, um die in 6 gezeigt Ausfallzeitsteuerung durchzuführen.
In 6 ist die Ausfallzeitsteuerung hinsichtlich des Aus-Ausfalls des U1-Niederseiten-FET 24 bei dem ersten Wechselrichter 20 als ein Beispiel gezeigt. Die drei Phasenströme Iu1, Iv1, Iw1, mit denen der erste Spulensatz 18 versorgt wird, und das erzeugte Drehmoment Tq1 sind gleich 4B. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wie es in 5 gezeigt ist, verringert sich das Gesamtdrehmoment Tq3 bei zwei elektrischen Winkeln in Entsprechung zu einer Verringerung eines Drehmoments Tq1 in dem ersten Spulensatz 18. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird daher der zweite Wechselrichterteil 30 ferner gesteuert, um die Drehmomentverringerung in dem ersten Spulensatz 18 zu kompensieren.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Drehmomentunterschied zwischen zwei Drehmomenten berechnet. Ein Drehmoment wird erzeugt, wenn der erste Wechselrichterteil 20 normal gesteuert wird, wobei der U1-Niederseiten-FET 24 nicht den Aus-Ausfall hat. Das andere Drehmoment wird erzeugt, wenn der erste Wechselrichterteil 20 basierend auf den Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerten Ivlref und Iwlref, die durch Ausdrücke (14) bis (17) berechnet werden, gesteuert wird, wobei der U1-Niederseiten-FET 24 einen Aus-Ausfall hat. Der zweite Wechselrichterteil 30 wird durch Korrigieren des q-Achsen-Strombefehlswerts Iq*2 in dem zweiten Wechselrichterteil 30 gesteuert. Als ein Resultat werden der Strom Iu2, mit dem die U2-Spule 14 versorgt wird, der Strom Iv2, mit dem die V2-Spule 15 versorgt wird, und der Strom Iw2, mit dem die W2-Spule 16 versorgt wird, wie durch die durchgezogene Linie, die unterbrochene Linie und die Einpunkt-Strichpunktlinie in 6 angegeben ist, jeweils geändert. In diesem Fall kompensiert, wie durch die Zweipunkt-Strichpunktlinie in 6 gezeigt ist, das Drehmoment Tq2, das durch die Stromversorgung des zweiten Spulensatzes 19 erzeugt wird, die Drehmomentverringerung, die um die elektrischen Winkel von 90° und 270° entsteht. Das Gesamtdrehmoment Tq4, das die Summe des Drehmoments Tq1 (4A), das durch den ersten Spulensatz 18 erzeugt wird, und des Drehmoments Tq2, das durch den zweiten Spulensatz 19 erzeugt wird, ist, ist bei allen elektrischen Winkeln im Wesentlichen gleich. Das gleiche Drehmoment wird somit im Wesentlichen wie bei dem Fall, bei dem alle FET 21 bis 26 und 31 bis 36 normal sind, erzeugt.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Drehmomentverringerung, die durch den Ausfall des U1-Niederseiten-FET 24 verursacht wird, durch Steuern des zweiten Wechselrichterteils 30 unterdrückt, der der normale Wechselrichterteil ist, um die Drehmomentverringerung zu kompensieren. Da der Motor 10 durch Schaltelementepaare 28 und 29 in dem ersten Wechselrichterteil 20 andauernd getrieben wird, wird das Drehmoment, das durch den ersten Spulensatz 18 erzeugt wird, lediglich in Intervallen um die elektrischen Winkel von 90° und 270° verringert. In anderen Intervallen von elektrischen Winkeln wird allgemein das gleiche Drehmoment wie bei dem normal in Betrieb befindlichen Fall erzeugt. Selbst wenn der zweite Wechselrichterteil 30 somit gesteuert ist, um die Drehmomentverringerung, die durch den Ausfall des U1-Niederseiten-FET 24 verursacht wird, zu kompensieren, ist die Menge einer Wärme, die erzeugt wird, im Vergleich zu dem Fall, bei dem der erste Wechselrichterteil 20 gänzlich unfähig ist, um in Betrieb zu sein, kleiner. Als ein Resultat wird allgemein das gleiche Drehmoment erzeugt, ohne die Größe der Wechselrichterteile 20 und 30 merklich zu ändern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt, kann jedoch in anderen unterschiedlichen Formen implementiert sein.
(a) Stromerfassungsteile
Der Strom kann durch die Stromerfassungsteile 41 bis 43 bei einer Vielfalt von Positionen, wie es in 7A bis 7E beispielhaft dargestellt ist, erfasst werden. Lediglich die FET 21 bis 26 des ersten Wechselrichterteils 20 und der erste Spulensatz 18, der durch den ersten Wechselrichterteil 20 gesteuert ist, sind in 7A bis 7E gezeigt. Der FET 200 des ersten Wechselrichterteils 20, der zweite Spulensatz 19, der Steuerteil 60 und dergleichen sind nicht gezeigt. Die Stromerfassungsteile 41 bis 43 können in dem zweiten Wechselrichterteil 20 ferner auf eine ähnliche Art und Weise wie bei dem ersten Wechselrichterteil 20 vorgesehen sein. Die Stromerfassungsteile 41 bis 43 können zwischen dem ersten Wechselrichterteil 20 und dem zweiten Wechselrichterteil 30 bei unterschiedlichen Positionen vorgesehen sein.
Die in 7A gezeigte Anordnung ist gleich derselben in 1. Das heißt, in 7a sind die Stromerfassungsteile 41, 42, 43 jeweils zwischen die Niederseiten-FET 24, 25, 26 und Masse geschaltet. In 7B sind die Stromerfassungsteile 41, 42, 43 jeweils zwischen die Hochseiten-FET 21, 22, 23 und die Seite der Leistungsquelle 70 geschaltet. In 7C ist der Stromerfassungsteil 41 zwischen einen Übergang der FET 21, 24 und die U1-Spule 11 geschaltet. Der Stromerfassungsteil 42 ist zwischen einen Übergang der FET 22, 25 und die V1-Spule 12 geschaltet. Der Stromerfassungsteil 43 ist zwischen einen Übergang der FET 23, 26 und die W1-Spule 13 geschaltet. In dem Fall von 7C verwenden die Stromerfassungsteile 41, 42, 43 vorzugsweise Hallelemente anstelle von Nebenschlusswiderständen.
In 7A bis 7C kann einer der Mehrzahl (n-Phase) von Stromerfassungsteilen beseitigt sein, da die Ströme von allen Phasen aus dem Kirchhoffschen Gesetz (I1 + I2 +I3 + --- +In = 0) erfasst werden können.
In 7D ist lediglich ein Stromerfassungsteil 48 zwischen einen Übergang von allen Niederseiten-FET 24, 25, 26 und Masse geschaltet. In 7E ist lediglich ein Stromerfassungsteil 49 zwischen einen Übergang von allen Hochseiten-FET 21, 22, 23 und die Leistungsquelle 70 geschaltet. In einem Fall eines Erfassens des Stroms bei lediglich einer Position, wie in 7D und 7E gezeigt ist, werden die Ströme von allen Phasen durch geeignetes Einstellen der Erfassungszeitpunkte in Entsprechung zu dem Schalten einer Stromversorgung zu den Spulen 11, 12, 13 erfasst.
(b) Andere Implementierungen
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden die Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte basierend auf einer Funktion, die gemäß der Rotordrehungsposition θ und dem q-Achsen-Strombefehlswert Iq definiert ist, berechnet. Mit dem q-Achsen-Strom Iq, dem Motorerzeugungsdrehmoment Tm und einer Proportionalkonstante K gilt der folgende Ausdruck. $Tm = K \times Iq$
Das heißt, das Drehmoment, das durch den Motor erzeugt wird, ist proportional zu dem q-Achsen-Strom. Es ist daher möglich, die Ausdrücke (14) bis (17), die verwendet sind, um die Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zu berechnen, durch Verwenden der Drehmomentbefehlswerte auszudrücken. Das heißt, die Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswerte können als eine Funktion eines Motordrehmomentbefehlswerts und eines Rotordrehungswinkels berechnet werden.
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele können modifiziert sein, um auf eine Mehrphasendrehmaschine als ein Ersatz des Motors angewendet zu sein. Die Mehrphasendrehmaschine kann ferner ein Antriebsleistungsmotor eines Hybridfahrzeugs, ein Motor eines kraftbetriebenen bzw. elektrisch betrieben Fensters oder dergleichen sein.

Claims

Steuervorrichtung für eine Mehrphasendrehmaschine (10), die einen Stator, einen Rotor und eine Welle aufweist, wobei der Stator mit einer Mehrzahl von Spulensätzen (18, 19), die jeweils Spulen (11 bis 13, 14 bis 16) einer Mehrzahl von Phasen aufweisen, bewickelt ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, und die Welle mit dem Rotor drehbar ist, mit: einer Mehrzahl von Wechselrichterteilen (20, 30), die in Entsprechung zu der Mehrzahl von Spulensätzen vorgesehen sind, wobei jeder Wechselrichterteil in Entsprechung zu jedem Spulensatz eine Mehrzahl von Schaltteilen (27 bis 29, 37 bis 39) aufweist; einem Drehungspositionserfassungsteil (69) zum Erfassen einer Drehungsposition des Rotors; einem Stromerfassungsteil (41 bis 46, 48, 49) zum Erfassen eines Stroms, mit dem jede der Spulen versorgt wird; und einem Steuerteil (60) zum Ein- und Ausschalten der Schaltteile, um dadurch jeden Strom, mit dem die Spulen versorgt werden, zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil (60) folgende Merkmale aufweist: einen Ausfallidentifizierungsteil (60, S14) zum Identifizieren eines ausfallenden Schaltteils, der einen Aus-Ausfall hat, wenn der Schaltteil unfähig ist, sich einzuschalten, und einen Ausfallzeitsteuerteil (60, S15) zum Steuern von anderen Schaltteilen, die sich von dem ausfallenden Schaltteil unterscheiden, bei einem ausfallenden Wechselrichterteil, der den ausfallenden Schaltteil aufweist, basierend auf einem Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswert, der als eine Funktion der Drehungsposition und eines Drehmomentbefehlswerts oder eine Funktion der Drehungsposition und eines q-Achsen-Strombefehlswerts berechnet ist, während ein anderer normaler Wechselrichterteil als der ausfallende Wechselrichterteil betrieben wird, wobei der Ausfallzeitsteuerteil (60, S15) einen Drehmomentunterschied berechnet und den normalen Wechselrichterteil durch Korrigieren eines q-Achsen-Strombefehlswerts des normalen Wechselrichterteils basierend auf dem Drehmomentunterschied steuert, wobei der Ausfallzeitsteuerteil den Drehmomentunterschied aus einem normalen Drehmoment, das erzeugt wird, wenn der Schaltteil keinen Ausfall hat und eine normale Steuerung durchgeführt wird, und einem Ausfallzeitdrehmoment, das erzeugt wird, wenn der Schaltteil den Aus-Ausfall hat und eine Ausfallzeitsteuerung basierend auf dem Ausfallzeitstrombefehlswert durchgeführt wird, berechnet.
Steuervorrichtung für eine Mehrphasendrehmaschine (10), die einen Stator, einen Rotor und eine Welle aufweist, wobei der Stator mit einer Mehrzahl von Spulensätzen (18, 19), die jeweils Spulen (11 bis 13, 14 bis 16) einer Mehrzahl von Phasen aufweisen, bewickelt ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, und die Welle mit dem Rotor drehbar ist, mit: einer Mehrzahl von Wechselrichterteilen (20, 30), die in Entsprechung zu der Mehrzahl von Spulensätzen vorgesehen sind, wobei jeder Wechselrichterteil in Entsprechung zu jedem Spulensatz eine Mehrzahl von Schaltteilen (27 bis 29, 37 bis 39) aufweist; einem Drehungspositionserfassungsteil (69) zum Erfassen einer Drehungsposition des Rotors; einem Stromerfassungsteil (41 bis 46, 48, 49) zum Erfassen eines Stroms, mit dem jede der Spulen versorgt wird; und einem Steuerteil (60) zum Ein- und Ausschalten der Schaltteile, um dadurch jeden Strom, mit dem die Spulen versorgt werden, zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil (60) folgende Merkmale aufweist: einen Ausfallidentifizierungsteil (60, S14) zum Identifizieren eines ausfallenden Schaltteils, der einen Aus-Ausfall hat, wenn der Schaltteil unfähig ist, sich einzuschalten, und einen Ausfallzeitsteuerteil (60, S15) zum Steuern von anderen Schaltteilen, die sich von dem ausfallenden Schaltteil unterscheiden, bei einem ausfallenden Wechselrichterteil, der den ausfallenden Schaltteil aufweist, basierend auf einem Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswert, der als eine Funktion der Drehungsposition und eines Drehmomentbefehlswerts oder eine Funktion der Drehungsposition und eines q-Achsen-Strombefehlswerts berechnet ist, während ein anderer normaler Wechselrichterteil als der ausfallende Wechselrichterteil betrieben wird, wobei der Ausfallidentifizierungsteil (60, S14) den Aus-Ausfall des Schaltteils bestimmt, wenn ein Absolutwert einer Befehlsspannung für den Schaltteil größer als ein vorbestimmter Wert ist und die Spule, die dem Schaltteil entspricht, nicht mit dem Strom versorgt wird.
Steuervorrichtung für eine Mehrphasendrehmaschine (10), die einen Stator, einen Rotor und eine Welle aufweist, wobei der Stator mit einer Mehrzahl von Spulensätzen (18, 19), die jeweils Spulen (11 bis 13, 14 bis 16) einer Mehrzahl von Phasen aufweisen, bewickelt ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator drehbar ist, und die Welle mit dem Rotor drehbar ist, mit: einer Mehrzahl von Wechselrichterteilen (20, 30), die in Entsprechung zu der Mehrzahl von Spulensätzen vorgesehen sind, wobei jeder Wechselrichterteil in Entsprechung zu jedem Spulensatz eine Mehrzahl von Schaltteilen (27 bis 29, 37 bis 39) aufweist; einem Drehungspositionserfassungsteil (69) zum Erfassen einer Drehungsposition des Rotors; einem Stromerfassungsteil (41 bis 46, 48, 49) zum Erfassen eines Stroms, mit dem jede der Spulen versorgt wird; und einem Steuerteil (60) zum Ein- und Ausschalten der Schaltteile, um dadurch jeden Strom, mit dem die Spulen versorgt werden, zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil (60) folgende Merkmale aufweist: einen Ausfallidentifizierungsteil (60, S14) zum Identifizieren eines ausfallenden Schaltteils, der einen Aus-Ausfall hat, wenn der Schaltteil unfähig ist, sich einzuschalten, und einen Ausfallzeitsteuerteil (60, S15) zum Steuern von anderen Schaltteilen, die sich von dem ausfallenden Schaltteil unterscheiden, bei einem ausfallenden Wechselrichterteil, der den ausfallenden Schaltteil aufweist, basierend auf einem Ausfallzeit-Phasenstrombefehlswert, der als eine Funktion der Drehungsposition und eines Drehmomentbefehlswerts oder eine Funktion der Drehungsposition und eines q-Achsen-Strombefehlswerts berechnet ist, während ein anderer normaler Wechselrichterteil als der ausfallende Wechselrichterteil betrieben wird, wobei der Ausfallzeitsteuerteil (60, S15) den normalen Wechselrichterteil ungeachtet eines Drehmomentunterschieds zwischen einem normalen Drehmoment, das erzeugt wird, wenn das Schaltteil keinen Ausfall hat und eine normale Steuerung durchgeführt wird, und einem Ausfallzeitdrehmoment, das erzeugt wird, wenn der Schaltteil den Aus-Ausfall hat und eine Ausfallzeitsteuerung basierend auf dem Ausfallzeitstrombefehlswert durchgeführt wird, steuert.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Mehrphasendrehmaschine in einem elektrischen Kraftlenkungssystem vorgesehen ist.