DE112010000463B4

DE112010000463B4 - Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE112010000463B4
Application number: DE112010000463.3T
Authority: DE
Inventors: Zhiqian Chen; Peng He
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2030-04-15
Also published as: CN102301580B; US8310197B2; JP5246508B2; JP2010279176A; CN102301580A; US20100301788A1; DE112010000463T5; WO2010137416A1

Abstract

Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung, enthaltend einen Spannungsumwandlungsabschnitt (5), der eine Spule (L1), Spannungsumwandlungsschaltbauteile (E1, E2) und Dioden (D1, D2) aufweist, zur Umwandlung einer Leistungsquellenspannung von einer DC-Leistungsquelle (3) in eine gewünschte Systemspannung (Vdc), wobei die Spannungsumwandlungsbauteile (E1, E2) als Paar von einem oberen Zweigbauteil (E1) und einem unteren Zweigbauteil (E2), die in Serie geschaltet sind, ausgebildet sind, und einen DC/AC-Umwandlungsabschnitt (6), der die Systemspannung (Vdc) in eine AC-Spannung umwandelt, um die resultierende AC-Spannung an einen AC-Elektromotor (4) zu liefern, wobei die Steuerungsvorrichtung enthält:einen AC-Spannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (7), der einen d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt (21), einen q-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt (22), einen Stromsteuerungsabschnitt (24) und einen ersten Subtrahierer (23) aufweist und einen AC-Spannungsbefehlswert (Vd, Vq) bestimmt, der ein Befehlswert der AC-Spannung ist, die von dem DC/AC-Umwandlungsabschnitt (6) an den AC-Elektromotor geliefert wird, basierend auf einem Zieldrehmoment (TM) des AC-Elektromotors (4) und einer Drehzahl (ω) des AC-Elektromotors (4); undeinen Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (9), der einen Systemspannungsbefehlswert (Vdct) bestimmt, der ein Befehlswert der Systemspannung (Vdc) ist, die von dem Spannungsumwandlungsabschnitt (5) erzeugt wird, basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert (Vd, Vq) und der Systemspannung (Vdc),einen Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt (8), der einen Spannungsbefehlsumwandlungsherleitungsabschnitt (29), einen Integrator (31) und einen zweiten Subtrahierer (30) aufweist und einen Feldschwächungsstrombefehlswert bestimmt, der einen Grad von Feldschwächung während einer Feldschwächungssteuerung darstellt, bei der ein Feldmagnetfluss des AC-Elektromotors geschwächt wird, basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert und der Systemspannung; undeinen Prozessschaltabschnitt (10), der zwischen einer Ausführung eines Systemspannungsbestimmungsprozesses, bei dem der Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (9) den Systemspannungsbefehlswert bestimmt, und einer Ausführung eines Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses, bei dem der Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt (8) den Feldschwächungsstrombefehlswert bestimmt, schaltet; wobeider DC/AC-Umwandlungsabschnitt (6) aufgebaut ist zum Durchführen einer Pulsbreitenmodulationssteuerung, wenn der Feldschwächungsbefehlswert gleich Null ist, und zum Durchführen einer Rechteckwellensteuerung, bei der eine Rechteckspannung ausgegeben wird, wenn der Feldschwächungsbefehlswert ein anderer Wert als Null ist, undder Prozessschaltabschnitt (10) den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess durchführt, wenn der AC-Spannungsbefehlswert den maximalen Wert der AC-Spannung, die gemäß der Systemspannung zu diesem Zeitpunkt ausgegeben werden kann, übersteigt, bis der Feldschwächungsbefehlswert einen vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht, den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess aussetzt, wenn der Feldschwächungsbefehlswert den vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht, um den Systemspannungsbestimmungsprozess auszuführen, bis der Systemspannungsbefehlswert einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht, und den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess wieder aufnimmt, wenn der Systemspannungsbefehlswert den vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht, wobei die Steuerungsvorrichtung ferner enthält:einen Spannungsindexherleitungsabschnitt (11), der den Spannungsbefehlsumwandungsherleitungsabschnitt (29) und den zweiten Subtrahierer (30) aufweist und einen Spannungsindex herleitet, der eine Größe des AC-Spannungsbefehlswerts bezüglich der Systemspannung darstellt, wobeider Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (9) den Systemspannungsbefehlswert basierend auf einem Integralwert bestimmt, der erhalten wird durch Integrieren des Spannungsindex und der Leistungsquellenspannung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen Spannungsumwandlungsabschnitt, der eine Leistungsquellenspannung von einer DC-Leistungsquelle umwandelt, um eine gewünschte Systemspannung zu erzeugen, und einen DC/AC-Umwandlungsabschnitt enthält, der die Systemspannung in eine AC-Spannung umwandelt, um die resultierende AC-Spannung an einen AC-Elektromotor zu liefern.
Hintergrund Technik
Eine Elektromotorantriebsvorrichtung, die eine DC-Spannung von einer DC-Leistungsquelle in eine AC-Spannung durch einen Wechselrichter umwandelt, um einen AC-Elektromotor anzutreiben, wird allgemein verwendet. Wenn die Drehzahl des Elektromotors größer wird, wird die Spannung, die durch den Elektromotor induziert wird, größer. Um zu verhindern, dass die induzierte Spannung eine maximale Ausgangsspannung des Wechselrichters übersteigt, was den Fluss eines erforderlichen Stroms durch den Elektromotor verhindert, wird folglich gelegentlich eine Feldschwächungssteuerung durchgeführt, um den Feldmagnetfluss des Elektromotors zu schwächen. Wenn die Feldschwächungssteuerung durchgeführt wird, reduziert sich jedoch das maximale Drehmoment, das von dem Elektromotor ausgegeben werden kann. Um auf das Obige einzugehen, beschreibt das nachfolgend genannte Patentdokument 1 eine Elektromotorantriebsvorrichtung, die einen Spannungsaufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller enthält, der eine Leistungsquellenspannung von einer DC-Leistungsquelle erhöht, um den maximalen Drehmomentsteuerungsbereich auf einen größeren Drehzahlbereich zu erweitern. Das nachfolgende Patentdokument 1 beschreibt auch den Aufbau einer Steuerungsvorrichtung, die einen geeigneten Systemspannungsbefehlswert (Wechselrichtereingangsspannungszielwert) gemäß dem Drehmoment und der Drehzahl des Elektromotors berechnet und den Spannungsaufwärtswandler steuert, um den Systemspannungsbefehlswert zu erreichen, um die oben beschriebene Elektromotorantriebsvorrichtung zu steuern.
Patentdokument 1: Internationale Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. WO 2003/015254
US 2008/0 265 808 A1 betrifft Mehrphasenmotorsteuerungssysteme, die insbesondere geeignet sind für Permanentmagnet-AC Motoren, wobei kein erster Schwellenwert bzw. zweiter Schwellenwert für einen Feldschwächungsstrombefehlswert bzw. Systemspannungsbefehlswert verwendet wird.
WO 96/01521 A1 betrifft ein Antriebssystem für einen bürstenlosen DC-Motor, wobei eine Pulsbreitenmodulation verwendet wird, und kein Spannungsverstärkungssteuerungsbetrieb durchgeführt wird.
Offenbarung der Erfindung
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
In der oben beschriebenen Steuerungsvorrichtung wird jedoch der Systemspannungsbefehlswert bestimmt, indem indirekt die Spannung, die an den Elektromotor geliefert wird, basierend auf dem Zieldrehmoment und der Drehzahl des Elektromotors geschätzt wird, und folglich ist es notwendig, den Systemspannungsbefehlswert auf einen Spannungswert mit einer gewissen Toleranz zu setzen, unter Berücksichtigung der Abweichung zwischen der tatsächlichen Spannung, die an den Elektromotor geliefert wird, und dem geschätzten Wert. Dies erhöht die Eingangsspannung des Wechselrichters entsprechend der Toleranz und erhöht folglich den Schaltverlust des Wechselrichters, was entsprechend die Effizienz reduziert.
In der oben beschriebenen Steuerungsvorrichtung folgt darüber hinaus, da der Systemspannungsbefehlswert bestimmt wird, indem die Spannung, die an den Elektromotor geliefert wird, basierend auf dem Zieldrehmoment und der Drehzahl des Elektromotors geschätzt wird, der Systemspannungsbefehlswert nicht in einer antwortenden Art und Weise schnellen Änderungen des Drehmoments und der Drehzahl des Elektromotors. In dem Fall, bei dem vorübergehend eine große Ausgabe (Ausgangsleistung) erforderlich ist, beispielsweise in dem Fall, bei dem das Lastdrehmoment und die Drehzahl des Elektromotors abrupt variieren aufgrund von Änderungen in der Last des Elektromotors, kann folglich die Systemspannung nicht den Änderungen folgen, was zur Folge hat, dass der Spannungsaufwärtswandler eine unzureichende Spannungsverstärkung für die tatsächliche Spannung bereitstellt, die an den Elektromotor geliefert wird. In einem Aufbau, bei dem der Systemspannungsbefehlswert gemäß dem Betriebszustand des Elektromotors bestimmt wird, ist es ferner wünschenswert, beides geeignet durchzuführen, eine Spannungsverstärkungssteuerung, bei der die Leistungsquellenspannung gemäß dem Systemspannungsbefehlswert erhöht wird, und eine Feldschwächungssteuerung, die hinsichtlich der Nutzbarkeit der Spannungsverstärkungssteuerung inkompatibel ist.
Folglich ist es wünschenswert, eine Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung zu entwickeln, die einen Systemspannungsbefehlswert unmittelbar und geeignet gemäß einer tatsächlichen Spannung bestimmt, die an einen Elektromotor zu liefern ist, um die Effizienz der Elektromotorantriebsvorrichtung zu verbessern und einer Systemspannung zu erlauben, dem Betriebszustand des Elektromotors genauer in antwortender Weise zu folgen.
Mittel zur Lösung des Problems
Um die obige Aufgabe zu lösen hat eine Elektromotorantriebsvorrichtungs-Steuerungsvorrichtung für eine gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Spannungsumwandlungsabschnitt enthält, der eine Leistungsquellenspannung von einer DC-Stromquelle umwandelt, um eine gewünschte Systemspannung zu erzeugen, und einen DC/AC-Umwandlungsabschnitt enthält, der die Systemspannung in eine AC-Spannung umwandelt, um die resultierende AC-Spannung an einen AC-Elektromotor zu liefern, einen charakteristischen Aufbau, bei dem die Steuerungsvorrichtung enthält: einen AC-Spannungsbefehlsbestimmungsabschnitt, der einen AC-Spannungsbefehlswert, der ein Befehlswert der AC-Spannung ist, die von dem DC/AC-Umwandlungsabschnitt an den AC-Elektromotor geliefert wird, basierend auf einem Zieldrehmoment des AC-Elektromotors und einer Drehzahl des AC-Elektromotors bestimmt; und einen Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt, der einen Systemspannungsbefehlswert, der ein Befehlswert der Systemspannung ist, die von dem Spannungsumwandlungsabschnitt erzeugt wird, basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert und der Systemspannung bestimmt.
Gemäß dem charakteristischen Aufbau wird der Systemspannungsbefehlswert basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert bestimmt, der direkt die AC-Spannung darstellt, die tatsächlich an dem AC-Elektromotor geliefert wird, und dem tatsächlichen Wert der Systemspannung, die von dem Spannungsumwandlungsabschnitt erzeugt wird, indem die Leistungsquellenspannung umgewandelt wird. Der Systemspannungsbefehlswert kann folglich sofort und geeignet gemäß der tatsächlichen Spannung, die an den Elektromotor geliefert wird, bestimmt werden. Folglich ist es nicht notwendig, die Abweichung zwischen der tatsächlichen Spannung, die an den Elektromotor geliefert wird, und einem geschätzten Wert davon zu berücksichtigen, im Gegensatz zu einem Aufbau, bei dem der Systemspannungsbefehlswert bestimmt wird, indem indirekt die Spannung, die an den Elektromotor geliefert wird, basierend auf dem Zieldrehmoment und der Drehzahl des Elektromotors geschätzt wird. Der Systemspannungsbefehlswert kann folglich näher an einen Wert gelegt werden, der der AC-Spannung entspricht, die tatsächlich an den AC-Elektromotor geliefert wird. Ein Verlust in dem DC/AC-Umwandlungsabschnitt kann folglich vermieden werden, um die Effizienz der Elektromotorantriebsvorrichtung zu verbessern. Darüber hinaus, da der Systemspannungsbefehlswert basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert, der direkt die AC-Spannung darstellt, die tatsächlich an den AC-Elektromotor geliefert wird, bestimmt wird, kann der Systemspannungsbefehlswert Änderungen im Betriebszustand des AC-Elektromotors genauer in einer antwortenden Art und Weise folgen.
Die Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung enthält vorzugsweise ferner einen Spannungsindexableitungsabschnitt, der einen Spannnungsindex herleitet, der eine Größe des AC-Spannungsbefehlswerts bezüglich der Systemspannung darstellt, und der Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt bestimmt den Systemspannungsbefehlswert basierend auf einem Integralwert, der erhalten wird, indem der Spannungsindex und die Leistungsquellenspannung integriert werden.
Gemäß dem Aufbau, unter Verwendung des Integralwerts des Spannungsindex, der die Größe des AC-Spannungsbefehlswerts darstellt bezüglich der Systemspannung, kann der Systemspannungsbefehlswert geeignet bestimmt werden gemäß der Beziehung zwischen dem AC-Spannungsbefehlswert, der direkt die AC-Spannung darstellt, die tatsächlich an den AC-Elektromotor geliefert wird, und dem tatsächlichen Wert der Systemspannung und Abweichung in derartigen Werten über der Zeit. Ein Verlust in dem DC/AC-Umwandlungsabschnitt kann folglich unterdrückt werden, um die Effizienz der Elektromotorantriebsvorrichtung zu verbessern, und zusätzlich wird es dem Systemspannungsbefehlswert ermöglicht, Änderungen im Betriebszustand des AC-Elektromotors genauer in einer antwortenden Art und Weise zu folgen.
Vorzugsweise wird der Spannungsindex basierend auf irgendeinem Wert hergeleitet aus der Gruppe, die enthält: eine Abweichung zwischen einem Spannungsbefehlsumwandlungswert, der eine DC-Spannung darstellt, die erforderlich ist, um den AC-Spannungsbefehlswert auszugeben, und der Systemspannung; eine Abweichung zwischen einer Modulationsrate, die ein Verhältnis des AC-Spannungsbefehlswerts zu der Systemspannung darstellt, und einer vorbestimmten Zielmodulationsrate; und eine Abweichung zwischen dem AC-Spannungsbefehlswert und einem Maximalwert der AC-Spannung, die gemäß der Systemspannung ausgegeben werden kann. Gemäß jedem Aufbau kann der Spannungsindex, der die Größe des AC-Spannungsbefehlswerts bezüglich der Systemspannung darstellt, geeignet hergeleitet werden.
Vorzugsweise enthält die Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung ferner: einen Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt, der einen Feldschwächungsstrombefehlswert bestimmt, der einen Grad an Feldschwächung während der Feldschwächungssteuerung darstellt, bei dem der Feldmagnetfluss des AC-Elektromotors geschwächt wird, basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert und der Systemspannung; und einen Prozessschaltabschnitt, der zwischen einer Ausführung eines Systemspannungsbestimmungsprozesses, bei dem der Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt den Systemspannungsbefehlswert bestimmt, und einer Ausführung eines Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses, bei dem der Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt den Feldschwächungsstrombefehlswert bestimmt, umschaltet, und der Prozessschaltabschnitt zwischen einer Ausführung des Systemspannungsbestimmungsprozesses und einer Ausführung des Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses basierend auf mindestens dem Feldschwächungsbefehlswert und dem Systemspannungsbefehlswert umschaltet.
Gemäß dem Aufbau kann die Feldschwächungssteuerung geeignet durchgeführt werden basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert und der Systemspannung. Darüber hinaus, in dem Fall der Feldschwächungssteuerung und der Spannungsänderungssteuerung, bei denen die Systemspannung erzeugt wird, indem die Leistungsquellenspannung umgewandelt und an den DC/AC-Umwandlungsabschnitt geliefert wird, eine Ausführung des Systemspannungsbestimmungsprozesses, bei dem der Systemspannungsbefehlswert bestimmt wird, und eine Ausführung des Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses, bei dem der Feldschwächungsbefehlswert bestimmt wird, geeignet geschaltet werden basierend auf dem Feldschwächungsbefehlswert und dem Systemspannungsbefehlswert. Folglich können das Ausfüren der Feldschwächungssteuerung und das Ausführen der Spannungsänderungssteuerung, die hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit zueinander inkompatibel sind, geeignet geschaltet werden gemäß dem Betriebszustand des Elektromotors.
Vorzugsweise ist der DC/AC-Umwandlungsabschnitt aufgebaut, um eine Pulsbreitenmodulationssteuerung durchzuführen, wenn der Feldschwächungsbefehlswert gleich Null ist, und um eine Rechteckwellensteuerung durchzuführen, bei der eine Rechteckspannung ausgegeben wird, wenn der Feldschwächungsbefehlswert ein anderer Wert als Null ist, und der Prozessschaltabschnitt führt den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess durch, wenn der AC-Spannungsbefehlswert den maximalen Wert der AC-Spannung übersteigt, der ausgegeben werden kann gemäß der Systemspannung zu diesem Zeitpunkt, bis der Feldschwächungsbefehlswert einen vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht, setzt den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess aus, wenn der Feldschwächungsbefehlswert den vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht, um den Systemspannungsbestimmungsprozess durchzuführen, bis der Systemspannungsbefehlswert einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht wird, und nimmt den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess wieder auf, wenn der Systemspannungsbefehlswert den vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht.
Gemäß dem Aufbau, wenn der Feldschwächungsbefehlswert gleich Null ist, und es folglich nicht notwendig ist, die Feldschwächungssteuerung durchzuführen, wird der DC/AC-Umwandlungsabschnitt veranlasst zum Durchführen der Pulsbreitenmodulationssteuerung, um den AC-Elektromotor geeignet zu steuern, während Drehmomentänderungen unterdrückt werden. Wenn es erforderlich ist, die Feldschwächungssteuerung durchzuführen, wird der DC/AC-Umwandlungsabschnitt veranlasst, die Rechteckwellensteuerung durchzuführen, um den Schaltverlust in dem DC/AC-Umwandlungsabschnitt zu reduzieren, während der Grad der Feldschwächung unterdrückt wird. Als Ergebnis kann die Effizienz der Elektromotorantriebsvorrichtung verbessert werden. In dem Fall, bei dem der AC-Spannungsbefehlswert den maximalen Wert der AC-Spannung übersteigt, die gemäß der Systemspannung zu diesem Zeitpunkt ausgegeben werden kann, mit steigender Drehzahl und Zieldrehmoment des AC-Elektromotors, werden beispielsweise darüber hinaus gemäß dem Aufbau die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung zuerst durchgeführt, und anschließend wird eine Spannungsumwandlung durchgeführt, bei der die Leistungsquellenspannung umgewandelt wird (in diesem Fall erhöht), um die Systemspannung zu erzeugen, wobei die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung weiterhin durchgeführt werden. Die Wirkung der Rechteckwellensteuerung zur Reduzierung des Schaltverlustes kann über einen breiten Betriebsbereich erhalten werden, um die Effizienz der Elektromotorantriebsvorrichtung zu verbessern. In diesem Fall ist vorzugsweise der erste Schwellenwert, der ein Schwellenwert des Feldschwächungsbefehlswerts zum Starten der Spannungsumwandlung ist, derart gesetzt, dass die Effizienzverbesserung aufgrund der Reduzierung des Schaltverlustes, die durch die Rechteckwellensteuerung erreicht wird, die Effizienzreduktion aufgrund der Erhöhung des Grads der Feldschwächung übersteigt. In dem Fall, bei dem der Systemspannungsbefehlswert den vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht, der beispielsweise auf die obere Grenze der umgewandelten Spannung (die obere Grenze der erhöhten Spannung) eingestellt ist, wird der Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess wieder aufgenommen. Nachdem es unmöglich wird, eine weitere Spannungsumwandlung durchzuführen, kann folglich die Drehzahl des AC-Elektromotors durch eine normale Feldschwächungssteuerung erhöht werden, um den Betriebsbereich des AC-Elektromotors zu erweitern.
Figurenliste

1 zeigt ein Schaltungsdiagramm, das den Aufbau einer Elektromotorantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt die betreibbaren Bereiche eines Elektromotors, die definiert sind durch die Drehzahl und das Drehmoment gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine grundlegende d-Achsen-Strombefehlswerttabelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine beispielhafte q-Achsen-Strombefehlswerttabelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss der Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das ein spezifisches Beispiel des Betriebs der Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 zeigt Änderungen des Systemspannungsbefehlswerts in der Steuerungsvorrichtung und zugehörige Änderungen in betreibbaren Regionen des Elektromotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss der Steuerungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beste Ausführungsformen der Erfindung
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, ist eine Elektromotorantriebsvorrichtung 1 als eine Vorrichtung aufgebaut, die einen Synchronmotor mit innerem Permanentmagnet 4 (IPMSM, hier einfach bezeichnet als „Elektromotor 4“) antreibt, der ein AC-Elektromotor ist, der mit einem Dreiphasen-Wechselstrom AC arbeitet. Der Elektromotor 4 ist aufgebaut, um auch als Generator zu arbeiten, falls notwendig. Der Elektromotor 4 wird als Antriebsleistungsquelle für ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug oder dergleichen verwendet. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 enthält einen Wandler 5, der eine Leistungsquellenspannung Vb von einer DC-Leistungsquelle 3 umwandelt, um eine gewünschte Systemspannung Vdc zu erzeugen, einen Wechselrichter 6, der die Systemspannung Vdc in eine AC-Spannung umwandelt, um die resultierende AC-Spannung an den Elektromotor 4 zu liefern. In dem Ausführungsbeispiel, wie in 2 gezeigt, steuert eine Steuerungsvorrichtung 2 die Elektromotorantriebsvorrichtung 1, um eine Stromrückführungssteuerung des Elektromotors 4 durchzuführen, indem ein Vektorsteuerungsverfahren verwendet wird. Die Steuerungsvorrichtung 2 ist charakterisiert durch ein Bestimmen eines Systemspannungsbefehlswerts Vdct, der ein Befehlswert der Systemspannung Vdc ist, die durch den Wandler 5 erzeugt wird, basierend auf den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq, die basierend auf einem Zieldrehmoment TM und einer Drehzahl ω des Elektromotors 4 bestimmt werden, und der tatsächlichen Systemspannung Vdc, nach einer Umwandlung durch den Wandler 5. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 und die Steuerungsvorrichtung 2 für die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel werden nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Aufbau der Elektromotorantriebsvorrichtung
Zuerst wird der Aufbau der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 enthält einen Wandler 5 und einen Wechselrichter 6. Die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 enthält auch eine DC- Leistungsquelle 3, einen ersten Glättungskondensator C1, der die Leistungsquellenspannung Vb von der DC-Leistungsquelle 3 glättet, und einen zweiten Glättungskondensator C2, der die Systemspannung Vdc glättet, nachdem sie durch den Wandler 5 erhöht worden ist. Als DC- Leistungsquelle 3 können verschiedene Typen von Sekundärbatterien verwendet werden, wie beispielsweise Nickel-Wasserstoff-Batterien und Lithiumionen-Batterien, Kondensatoren oder beispielsweise Kombinationen davon. Die Leistungsquellenspannung Vb, die die Spannung der DC- Leistungsquelle 3 ist, wird durch einen Leistungsquellenspannungssensor 41 detektiert und an die Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben.
Der Wandler 5 ist ein DC/DC-Wandler, der die Leistungsquellenspannung Vb von der DC-Leistungsquelle 3 umwandelt, um die Systemspannung Vdc zu erzeugen, die DC bei einem gewünschten Wert ist, und ist äquivalent zu dem Spannungsumwandlungsabschnitt der vorliegenden Erfindung. In dem Ausführungsbeispiel dient der Wandler 5 als ein Spannungsaufwärtswandler, der die Leistungsquellenspannung Vb verstärkt, um die gewünschte Systemspannung Vdc zu erzeugen. Wenn der Elektromotor 4 als Generator arbeitet, reduziert der Wandler 5 die Systemspannung Vdc von dem Wechselrichter 6, um die reduzierte Spannung an die DC-Leistungsquelle 3 zu liefern, um die DC-Leistungsquelle 3 zu laden. Der Wandler 5 enthält eine Spule L1, Spannungsumwandlungsschaltbauteile E1 und E2, und Dioden D1 und D2. Als Spannungsumwandlungsschaltbauteile enthält der Wandler 5 ein Paar von einem oberen Zweigbauteil E1 und einem unteren Zweigbauteil E2, die in Serie geschaltet sind. In dem Beispiel werden IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) als Spannungsumwandlungsschaltbauteile E1 und E2 verwendet. Der Emitter des oberen Zweigbauteils E1 und der Kollektor des unteren Zweigbauteils E2 sind mit dem positiven Elektrodenanschluss der DC-Leistungsquelle 3 über die Spule L1 verbunden. Der Kollektor des oberen Zweigbauteils E1 ist mit einer Systemspannungsleitung 51 verbunden, an die die Spannung nach einer Verstärkung durch den Wandler 5 geliefert wird. Der Emitter des unteren Zweigbauteils E1 ist mit einer negativen Elektrodenleitung 52 verbunden, die mit dem negativen Elektrodenanschluss der DC-Leistungsquelle verbunden ist. Die Freilaufdioden D1 und D2 sind jeweils parallel zu den Spannungsumwandlungsschaltbauteilen E1 und E2 geschaltet. Als Spannungsumwandlungsschaltbauteile E1 und E2 können neben den IGBTs Leistungstransformatoren verschiedener Strukturen verwendet werden, wie beispielsweise von einem Bipolar-Typ, einem FeldeffektTyp oder einem MOS-Typ.
Die Spannungsumwandlungsschaltbauteile E1 und E2 arbeiten, um gemäß Schaltsteuerungssignalen S1 und S2, die von der Steuerungsvorrichtung ausgegeben werden, jeweils ein- und ausgeschaltet zu werden. In dem Ausführungsbeispiel ist jedes der Schaltsteuerungssignale S1 und S2 ein Gateansteuerungssignal zum Ansteuern des Gates jedes Schaltbauteils E1 und E2. Folglich verstärkt der Wandler 5 die Leistungsquellenspannung Vb, die von der DC-Leistungsquelle 3 geliefert wird, auf die gewünschte Systemspannung Vdc, um die verstärkte Spannung an die Systemspannungsleitung 51 und den Wechselrichter 6 während des Spannungsverstärkungsbetriebs zu liefern. Der Wandler 5 reduziert auch die Systemspannung Vdc, die von dem Wechselrichter 6 geliefert wird, um die reduzierte Spannung an die DC-Leistungsquelle 3 während des Spannungsreduktionsbetriebs zu liefern. Die Systemspannung Vdc, die durch den Wandler 5 erzeugt wird, wird durch einen Systemspannungssensor 42 detektiert und an die Steuerungsschaltung 2 ausgegeben. In dem Fall, bei dem der Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb (siehe 2) gleich Null ist, so dass der Wandler 5 keine Spannungsverstärkung durchführt, wie später diskutiert wird, ist die Systemspannung Vdc gleich der Leistungsquellenspannung Vb.
Der Wechselrichter 6 ist eine Vorrichtung, die die Systemspannung Vdc, die DC ist, in eine AC-Spannung umwandelt, um die resultierende AC-Spannung an den Elektromotor 4 zu liefern, und ist äquivalent zu dem DC/AC-Umwandlungsabschnitt der vorliegenden Erfindung. Der Wechselrichter 6 enthält eine Mehrzahl von Sätzen von Schaltbauteilen E3 bis E8 und Dioden D3 bis D8. Der Wechselrichter 6 enthält ein Paar von Schaltelementen für jede der Phasen (drei Phasen, nämlich U-Phase, V-Phase und W-Phase) des Elektromotors 4, die speziell ein U-Phasenbauteil E3 im oberen Zweig und ein U-Phasenbauteil E4 im unteren Zweig, ein V-Phasenbauteil E5 im oberen Zweig und ein V-Phasenbauteil E6 im unteren Zweig und ein W-Phasenbauteil E7 im oberen Zweig und ein W-Phasenbauteil E8 im unteren Zweig sind. In dem Beispiel werden IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gateanschluss) als Schaltbauteile E3 bis E8 verwendet. Die Emitter der Bauteile E3, E5 und E7 des oberen Zweigs für jede Phase und die Kollektoren der Bauteile E4, E6 und E8 des unteren Zweigs für jede Phase sind jeweils mit Spulen des Elektromotors 4 für jede Phase verbunden. Die Kollektoren der Bauteile E3, E5 und E7 des oberen Zweigs für jede Phase sind mit der Systemspannungsleitung 51 verbunden. Die Emitter der Bauteile E4, E6 und E8 des unteren Zweigs für jede Phase sind mit der negativen Elektrodenleitung 52 verbunden. Die Freilaufdioden D3 bis D8 sind jeweils in Serie zu den Schaltbauteilen E3 bis E8 geschaltet. Als Schaltbauteile E3 bis E8 können neben den IGBTs Leistungstransformatoren verschiedener Strukturen verwendet werden, beispielsweise ein bipolarer Typ, Feldeffekttyp und ein MOS-Typ.
Die Schaltbauteile E3 bis E8 werden jeweils gemäß Schaltsteuerungssignalen S3 bis S8, die von der Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben werden, eingeschaltet bzw. ausgeschaltet. Folglich wandelt der Wechselrichter 6 die Systemspannung Vdc in eine AC-Spannung, um die resultierende AC-Spannung an den Elektromotor 4 zu liefern, um den Elektromotor 4 zu veranlassen, ein Drehmoment auszugeben, das mit einem Zieldrehmoment TM übereinstimmt. In diesem Fall führen die Schaltbauteile E3 bis E8 eine Schaltoperation gemäß den Schaltsteuerungssignalen S3 bis S8 unter einer PWM (Pulsbreitenmodulation)-Steuerung oder einer Rechteckwellensteuerung durch, wie später diskutiert wird. In dem Ausführungsbeispiel ist jedes der Schaltsteuerungssignale S3 bis S8 ein Gateansteuersignal zum Ansteuern bzw. Treiben des Gates jedes Schaltbauteils E3 bis E8. Wenn der Elektromotor 4 als Generator arbeitet, wandelt der Wechselrichter 6 die erzeugte AC-Spannung in eine DC-Spannung, um die resultierende DC-Spannung an die Systemspannungsleitung 51 und den Wandler 5 zu liefern. Phasenströme, die zwischen dem Wechselrichter 6 und den Spulen des Elektromotors 4 für jede Phase fließen, speziell ein U-Phasenstrom Iur, ein V-Phasenstrom Ivr und ein W-Phasenstrom Iwr, werden jeweils durch die Stromsensoren 43 detektiert und an die Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben.
Eine Magnetpolposition θ des Rotors des Elektromotors 4 wird zu jedem Zeitpunkt durch einen Drehsensor 44 detektiert und an die Steuerungsvorrichtung 2 ausgegeben. Der Drehsensor 44 ist durch einen Resolver oder dergleichen gebildet. Die Magnetpolposition θ stellt den Drehwinkel des Rotors hinsichtlich eines elektrischen Winkels dar. Das Zieldrehmoment TM des Elektromotors 4 wird in die Steuerungsvorrichtung 2 als ein Signal eingegeben, das eine Anfrage von einer anderen Steuerungsvorrichtung oder dergleichen darstellt, wie beispielsweise von einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung (nicht gezeigt).
Aufbau der Steuerungsvorrichtung
Die Funktion der Steuerungsvorrichtung 2, die in 1 gezeigt ist, wird nachfolgend im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben. Jeder funktionale Abschnitt der Steuerungsvorrichtung 2, der im Folgenden beschrieben wird, wird durch Hardware, Software (ein Programm) oder durch eine Kombination aus beidem implementiert, die verschiedene Prozesse bezüglich eingegebener Daten durchführt unter Verwendung einer Logikschaltung, wie beispielsweise ein Mikrocomputer als ein Kernbauteil. Wie oben beschrieben empfängt die Steuerungsvorrichtung 2 das Zieldrehmoment TM und die Magnetpolposition θ als Eingaben bzw. Eingangsgrößen. Folglich erzeugt die Steuerungsvorrichtung 2 Schaltsteuerungssignale S3 bis S8 zum Antreiben des Elektromotors 4 gemäß dem Zieldrehmoment TM, der Magnetpolposition θ und der Drehzahl ω des Elektromotors 4, die von der Magnetpolposition θ hergeleitet wird, und gibt die erzeugten Signale aus, um den Wechselrichter 6 anzutreiben. In diesem Fall treibt die Steuerungsvorrichtung 2 den Wechselrichter 6 an, während zwischen der PWM-Steuerung und der Maximumdrehzahlsteuerung und der Rechteckwellensteuerung und der Feldschwächungssteuerung geschaltet wird. Die Steuerungsvorrichtung 2 empfängt als Eingänge auch die Leistungsquellenspannung Vb der DC-Spannung 3 und die Systemspannung Vdc, die durch den Wandler 5 erzeugt wird. Folglich bestimmt die Steuerungsvorrichtung 2 den Systemspannungsbefehlswert Vdct, der ein Befehlswert der Systemspannung Vdc ist, basierend auf den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq, die basierend auf dem Zieldrehmoment TM und der Drehzahl ω bestimmt werden, und basierend auf der gegenwärtigen Systemspannung Vdc. Dann erzeugt die Steuerungsvorrichtung 2 die Schaltsteuerungssignale S1 und S2, um die bestimmte Systemspannung Vdc zu erzeugen, und gibt die erzeugten Signale aus, um den Wandler 5 anzutreiben.
In dem Fall der DC/AC-Umwandlung, die durch den Wechselrichter 6 durchgeführt wird, schaltet die Steuerungsvorrichtung 2 zwischen einer Durchführung der PWM-Steuerung und der Durchführung der Rechteckwellensteuerung. In dem Ausführungsbeispiel enthält die PWM-Steuerung zwei Typen von Steuerungsschemata, nämlich eine Sinuswellen-PWM-Steuerung und eine Übermodulierungs-PWM-Steuerung. Bei der Sinuswellen-PWM-Steuerung werden die Schaltbauteile E3 bis E8 des Wechselrichters 6 ein- und ausgeschaltet basierend auf einem Vergleich zwischen Sinusspannungsbefehlswerten Vu, Vv und Vw und einer Trägerwelle. Speziell wird die Einschaltdauer jedes Pulses derart gesteuert, dass die Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 für jede U-, V- und W-Phase gebildet wird durch eine Sammlung von Pulsen, die Hochniveauperioden bilden, für die die oberen Zweigbauteile E3, E5 und E7 eingeschaltet sind, und Niederniveauperioden, für die die unteren Zweigbauteile E4, E6 und E8 eingeschaltet sind, und derart, dass die Fundamentalwellenkomponente der Ausgangsspannungswellenform eine Sinuswelle in einer bestimmten Periode bildet. Wenn das Verhältnis des effektiven Werts der Fundamentalwellenkomponente der Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 zu der Systemspannung Vdc als eine Modulationsrate m definiert wird (siehe Gleichung (7), die später diskutiert wird), kann die Modulationsrate m in dem Bereich von 0 bis 0,61 bei der Sinuswellen-PWM-Steuerung variiert werden. Die Sinuswellen-PWM-Steuerung ist eine PWM-Steuerung, bei der die Amplitude der Wellenform der Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw gleich oder kleiner als die Amplitude der Trägerwellenform ist.
In der Übermodulations-PWM-Steuerung wird die Einschaltdauer jedes Pulses gesteuert, um in nach oben konvexen Bereichen der Fundamentalwellenkomponente zuzunehmen und um bei nach unten konvexen Bereichen der Fundamentalwellenkomponente abzunehmen, verglichen mit der Sinuswellen-PWM-Steuerung, derart, dass die Wellenform der Fundamentalwellenkomponente der Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 verformt wird, um eine Amplitude zu erhalten, die größer ist als bei der Sinuswellen-PWM-Steuerung. Bei der Übermodulations-PWM-Steuerung kann die Modulationsrate m in dem Bereich von 0,61 bis 0,78 variieren. Die Übermodulations-PWM-Steuerung ist eine PWM-Steuerung, bei der die Amplitude der Wellenform der Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw die Amplitude der Trägerwellenform überschreiten. Die Rechteckwellensteuerung ist eine Übermodulations-PWM-Steuerung, bei der die Modulationsrate m auf ein Maximum von 0,78 verbessert ist. Bei der Rechteckwellensteuerung wird die Steuerung derart durchgeführt, dass die Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 für jede von der U-, V- und W-Phase eine Rechteckwelle ist, bei der eine Hochniveauperiode und eine Niederniveauperiode abwechselnd pro Zyklus auftreten mit einem Verhältnis zwischen der Hochniveauperiode und der Niedemiveauperiode von 1:1. Der Wechselrichter 6 gibt folglich eine Rechteckspannung bei der Rechteckwellensteuerung aus. Die Modulationsrate m ist bei der Rechteckwellensteuerung auf 0,78 festgelegt. Bei der Rechteckwellensteuerung wird jedes Schaltbauteil E3 bis E8 einmal ein und einmal ausgeschaltet pro Zyklus hinsichtlich eines elektrischen Winkels des Elektromotors 4, und ein Puls wird für jede Phase pro halbem Zyklus hinsichtlich des elektrischen Winkels ausgegeben. Bei jeder von der Sinuswellen-PWM-Steuerung, der Übermodulations-PWM-Steuerung und der Rechteckwellensteuerung werden die Ausgangsspannungswellenformen jeder Phase mit ihren Phasen, die um 120° voneinander verschoben sind, ausgegeben.
Wenn die Drehzahl ω des Elektromotors 4 größer wird, wird die Spannung, die durch den Elektromotor 4 induziert wird, größer, und folglich wird auch die AC-Spannung, die zum Antreiben des Elektromotors 4 erforderlich ist (im Folgenden als „erforderliche Spannung“ bezeichnet), größer. Wenn die erforderliche Spannung die maximale AC-Spannung übersteigt, die von dem Wechselrichter 6 durch Umwandlung der Systemspannung Vdc zu diesem Zeitpunkt ausgegeben werden kann (im Folgenden als eine „maximale Ausgangsspannung“ bezeichnet), ist es nicht möglich, den Spulen die erforderlichen Ströme bereitzustellen, und den Elektromotor 4 geeignet zu steuern. In dem Ausführungsbeispiel wird folglich die Modulationsrate m bei der PWM-Steuerung (die Sinuswellen-PWM-Steuerung oder die Übermodulations-PWM-Steuerung) in dem Bereich von 0 bis 0,78 variiert gemäß der erforderlichen Spannung des Elektromotors 4, und wenn die erforderliche Spannung des Elektromotors 4 kleiner als die maximale Ausgangsspannung in diesem Bereich ist, wird eine Maximumdrehmomentsteuerung zusammen mit der PWM-Steuerung durchgeführt. Wenn die erforderliche Spannung des Elektromotors 4 dann die maximale Ausgangsspannung bei der maximalen Modulationsrate (m = 0,78) der PWM-Steuerung erreicht, wird die Feldschwächungssteuerung zusammen mit der Rechteckwellensteuerung durchgeführt. Die Maximumdrehmomentsteuerung ist eine Steuerung, bei der die gegenwärtige Phase derart eingestellt wird, dass das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 4 für den gleichen Strom ein Maximum wird. Die Feldschwächungssteuerung ist eine Steuerung, bei der die gegenwärtige Phase derart eingestellt wird (weitergehend verglichen zu der Maximumdrehmomentsteuerung), dass die Spulen einen Magnetfluss in der Richtung erzeugen, in der der Feldmagnetfluss des Elektromotors 4 geschwächt wird. Die erforderliche Spannung und die maximale Ausgangsspannung sind jeweils ein effektiver Wert einer AC-Spannung und können folglich miteinander verglichen werden.
3 zeigt eine Region A1, in der die PWM-Steuerung und die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt werden, und eine Region A2, in der die Rechteckwellensteuerung und die Feldschwächungssteuerung durchgeführt werden, die betreibbare Regionen des Elektromotors 4 bilden, die definiert sind durch die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM. In 3 ist eine Erhöhung der Systemspannung Vdc nicht berücksichtigt. Wie oben beschrieben, wenn die Drehzahl ω des Elektromotors 4 größer wird, wird die induzierte Spannung größer, und folglich wird auch die erforderliche Spannung des Elektromotors 4 größer. Wenn ein Betriebspunkt, der durch das Zieldrehmoment bestimmt wird, in die Steuerungsvorrichtung 2 eingegeben wird, und die Drehzahl ω des Elektromotors 4 zu diesem Zeitpunkt in die Region A1 fällt, in der die Drehzahl relativ gering ist, werden die PWM-Steuerung und die Maximumdrehmomentsteuerung durchgeführt. Wenn der Betriebspunkt in die Region A2 fällt, in der die Drehzahl relativ hoch ist, werden die Rechteckwellensteuerung und die Feldschwächungssteuerung durchgeführt. Die Grenze zwischen der Region A1 und der Region A2 wird durch die Drehzahl ω und das Drehmoment bestimmt, wo die erforderliche Spannung des Elektromotors 4 während der Maximumdrehmomentsteuerung mit der maximalen Ausgangsspannung bei der maximalen Modulationsrate (also bei einer Modulationsrate m = 0,78, bei der die Rechteckwellensteuerung gestartet wird) der PWM-Steuerung übereinstimmt.
Wie in 2 gezeigt, empfängt ein d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 21 das Zieldrehmoment TM als Eingangsgröße. Der d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 21 leitet einen fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert Idb basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM her. Der fundamentale d-Achsen-Strombefehlswert Idb ist äquivalent zu einem Befehlswert des d-Achsenstroms in der Maximumdrehmomentsteuerung. In dem Ausführungsbeispiel leitet der d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 21 den fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert Idb her, der mit dem Wert des Zieldrehmoments TM übereinstimmt, unter Verwendung einer Tabelle für den fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert, wie in 4 gezeigt. In dem gezeigten Beispiel wird ein Wert von „tm3“ als Zieldrehmoment TM eingegeben, und entsprechend leitet der d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 21 „Idl“ als den fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert Idb her. Der folglich hergeleitete fundamentale d-Achsen-Strombefehlswert Idb wird in einen ersten Subtrahierer 23 eingegeben. Der erste Subtrahierer 23 empfängt ferner als Eingangsgröße einen Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId, der von einem ersten Integrierer 31, der später diskutiert wird, hergeleitet wird. Der erste Subtrahierer 23 subtrahiert den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId von dem fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert Idb, um einen finalen d-Achsen-Strombefehlswert Id herzuleiten, wie in der folgenden Gleichung (1) gezeigt: $Id = Idb- Δ Id$
Ein q-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 22 empfängt das Zieldrehmoment TM und den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId als Eingangsgrößen. Der q-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 22 leitet einen q-Achsen-Strombefehlswert Iq basierend auf dem eingegebenen Zieldrehmoment TM und dem Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId her. In dem Ausführungsbeispiel leitet der q-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 22 den q-Achsen-Strombefehlswert Iq her, der mit den Werten des Zieldrehmoments TM und dem Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId übereinstimmt, indem die in 5 gezeigte Tabelle für den q-Achsen-Strombefehlswert verwendet wird. In 5 sind die dünnen Linien gleiche Drehmomentkurven 61, die Werte des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms angeben für die Ausgabe jedes Drehmoments tm1 bis tm5, und die dicke Linie ist eine Maximumdrehmomentsteuerungskurve 62, die Werte des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms angibt zum Durchführen der Maximumdrehmomentsteuerung. In dem gezeigten Beispiel wird der Wert „tm3“ als Zieldrehmoment TM eingegeben, und „ΔId1“ wird als Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId eingegeben. Entsprechend leitet der q-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 22 einen q-Achsenstromwert „Iq1“ her bei dem Schnittpunkt zwischen der gleichen Drehmomentkurve 61 für das Zieldrehmoment TM = tm3 als fundamentaler q-Achsen-Strombefehlswert. Der fundamentale q-Achsen-Strombefehlswert ist äquivalent zu einem Befehlswert des q-Achsenstroms bei der Maximumdrehmomentsteuerung. Wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId gleich Null ist (ΔId = 0), wird folglich der fundamentale q-Achsen-Strombefehlswert als finaler q-Achsen-Strombefehlswert Iq verwendet. In dem Beispiel wird „ΔId1“ als Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId eingegeben und folglich wird ein q-Achsenstromwert „Iq2“ an einem Punkt, der von der oben genannten Kreuzung um ΔId1 entlang der gleichen Drehmomentkurve 61 für das Zieldrehmoment TM = tm3 in der negativen Richtung der d-Achse verschoben ist, als q-Achsen-Strombefehlswert Iq hergeleitet. Der d-Achsenstromwert (Idl), der dem fundamentalen q-Achsen-Strombefehlswert (Iq1 entspricht, der erhalten wird, indem die Tabelle von 5 für den q-Achsen-Strombefehlswert verwendet wird, stimmt mit dem Wert des fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswerts Idb überein, der erhalten wird, indem die in 4 gezeigte Tabelle für den fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert verwendet wird, und ein d-Achsenstromwert (Id2), der erhalten wird, indem der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId (=ΔId1 von dem oben genannten d-Achsenstromwert (Id1 subtrahiert wird, stimmt mit dem finalen d-Achsen-Strombefehlswert Id (= Idb - ΔId) überein, der durch den ersten Subtrahierer 23 hergeleitet wird. Der d-Achsen-Strombefehlswert Id kann also berechnet werden, indem die in 5 gezeigte Tabelle verwendet wird.
Ein Stromsteuerungsabschnitt 24 empfängt den d-Achsen-Strombefehlswert Id und den q-Achsen-Strombefehlswert Iq, der wie oben beschrieben hergeleitet wird. Der Stromsteuerungsabschnitt 24 empfängt ferner einen tatsächlichen d-Achsenstrom Idr und einen tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr von dem Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlungsabschnitt 27 als Eingangsgröße, und empfängt die Drehzahl ω des Elektromotors 4 von dem Drehzahlherleitungsabschnitt 28 als Eingangsgröße. Der tatsächliche d-Achsenstrom Idr und der tatsächliche q-Achsenstrom Iqr werden durch Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlung, die von dem Dreiphasen/Zweiphasen-Umwandlungsabschnitt 27 durchgeführt wird, basierend auf dem U-Phasenstrom Iur, dem V-Phasenstrom Ivr und dem W-Phasenstrom Iwr, die durch den Stromsensor 43 (siehe 1) detektiert werden, und der Magnetpolposition θ, die durch den Drehsensor 44 (siehe 1) detektiert wird, hergeleitet, Die Drehzahl ω des Elektromotors 4 wird durch den Drehzahlherleitungsabschnitt 28 basierend auf der Magnetpolposition θ, die durch den Drehsensor 44 (siehe 1) detektiert wird, hergeleitet.
Der Stromsteuerungsabschnitt 24 leitet eine d-Achsenstromabweichung δId her, die die Abweichung ist zwischen dem d-Achsen-Strombefehlswert Id und dem tatsächlichen d-Achsenstrom Idr, und eine q-Achsenstromabweichung δIq, die die Abweichung ist zwischen dem q-Achsen-Strombefehlswert Iq und dem tatsächlichen q-Achsenstrom Iqr. Der Stromsteuerungsabschnitt 24 führt dann eine Proportional-Integral-Regelungsberechnung (PI-Regelungsberechnung) durch basierend auf der d-Achsensteuerungsabweichung δId, um den d-Achsen-Spannungsabfall Vzd herzuleiten, der eine d-Achsenkomponente des Spannungsabfalls ist, und führt eine Proportional-Integral-Regelungsberechnung durch basierend auf der q-Achsenstromabweichung δIq, um einen q-Achsen-Spannungsabfall Vzq herzuleiten, der eine q-Achsenkomponente des Spannungsabfalls ist.
Der Stromsteuerungsabschnitt 24 subtrahiert dann eine q-Achsen-Ankergegenwirkung Eq von dem d-Achsen-Spannungsabfall Vzd, um einen d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd herzuleiten, wie durch die folgende Gleichung (2) angegeben: $\begin{array}{l} Vd = Vzd - Eq \\ \begin{matrix} = Vzd - ω \cdot Lq \cdot Iqr \end{matrix} \end{array}$
Wie durch die Gleichung (2) angegeben, wird die q-Achsen-Ankergegenwirkung Eq basierend auf der Drehzahl ω des Elektromotors 4, des tatsächlichen q-Achsenstroms Iqr und einer q-Achseninduktivität Lq hergeleitet.
Der Stromsteuerungsabschnitt 24 addiert ferner eine d-Achsen-Ankergegenwirkung Ed und eine aufgrund einer Ankerflussverkettung eines Dauermagneten induzierte Spannung Em, mit dem q-Achsen-Spannungsabfall Vzq, um einen q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq herzuleiten, wie durch die folgende Gleichung (3) angegeben: $\begin{array}{l} Vq = Vzq + Eq + Em \\ \begin{matrix} = Vzq \end{matrix} + ω \cdot Ld \cdot Idr + ω \cdot MIf \end{array}$
Wie durch die Gleichung (3) angegeben, wird die d-Achsen-Ankergegenwirkung Ed basierend auf der Drehzahl ω des Elektromotors 4, des tatsächlichen Achsenstroms Idr und einer d-Achseninduktivität Ld hergeleitet. Ebenso wird die induzierte Spannung Em basierend auf einer Induktionsspannungskonstanten MIf hergeleitet, die gemäß dem effektiven Wert der Ankerflussverkettung des Dauermagneten bestimmt wird, und der Drehzahl ω des Elektromotors 4.
In dem Ausführungsbeispiel werden der d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq als AC-Spannungsbefehlswerte verwendet, die Befehlswerte der AC-Spannung sind, die von dem Wechselrichter 6 an den Elektromotor 4 geliefert wird. Der d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 21, der q-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt 22 und der Stromsteuerungsabschnitt 24 bilden einen AC-Spannungsbefehlsbestimmungsabschnitt 7, der die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq basierend auf dem Zieldrehmoment TM und der Drehzahl ω des Elektromotors 4 bestimmt.
Ein Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsabschnitt 25 empfängt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq als Eingangsgrößen. Der Zweiphasen/Dreiphasen-UmWandlungsabschnitt 25 empfängt auch die Magnetpolposition θ, die durch den Drehsensor 44 (siehe Fig. I) detektiert wird, als eine Eingangsgröße. Der Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlungsabschnitt 25 führt eine Zweiphasen/Dreiphasen-Umwandlung durch, indem die Magnetpolposition θ verwendet wird, um einen U-Phasenspannungsbefehlswert Vu, einen V-Phasenspannungsbefehlswert Vv und einen W-Phasenspannungsbefehlswert Vw von dem d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und dem q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq herzuleiten.
Ein PWM-Pulsgenerationsabschnitt 26 empfängt den U-Phasenspannungsbefehlswert Vu, den V-Phasenspannungsbefehlswert Vv und den W-Phasenspannungsbefehlswert Vw als Eingangsgrößen. Der PWM-Pulsgenerationsabschnitt 26 erzeugt die Schaltsteuerungssignale S3 bis S8 zur Steuerung jedes Schaltbauteils E3 bis E8 des Wechselrichters 6, wie in 1 gezeigt, basierend auf einem Vergleich zwischen den Sinusspannungsbefehlswerten Vu, Vv und Vw für jede Phase und der Trägerwelle. Dann wird jedes Schaltbauteil E3 bis E8 des Wechselrichters 6 ein- und ausgeschaltet gemäß den Schaltsteuerungssignalen S3 bis S8, um die PWM-Steuerung (die Sinuswellen-PWM-Steuerung oder die Übermodulations-PWM-Steuerung) oder die Rechtecksteuerung durchzuführen. In dem Ausführungsbeispiel ist die Amplitude der Trägerwelle auf den gleichen Wert festgelegt, wie die Amplitude der Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw für jede Phase, was äquivalent ist zu der oberen Grenze der Modulationsrate m (= 0,61) in der Sinuswellen-PWM-Steuerung. In dem Fall, bei dem die Eingangsspannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw für jede Phase eine Amplitude haben, die äquivalent ist zu der Modulationsrate m (= 0,61 bis 0,78), die die obere Grenze der Modulationsrate m (= 0/61) in der Sinuswellen-PWM-Steuerung überschreitet, erzeugt der PWM-Pulsgenerationsabschnitt 26 Schaltsteuerungssignale S3 bis S8 zur Durchführung der Übermodulations-PWM-Steuerung, bei der die Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 im Wesentlichen die PWM-Pulse bildet, und ist kontinuierlich auf einem hohen Niveau oder einem niedrigen Niveau in Bereichen, wo die Spannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw größer sind als die Amplitude der Trägerwelle. In dem Fall, bei dem die Eingangsspannungsbefehlswerte Vu, Vv und Vw für jede Phase eine Amplitude aufweisen, die äquivalent zu der oberen Grenze der Modulationsrate m (= 0,78) in der Übermodulations-PWM-Steuerung ist, erzeugt der PWM-Pulsgenerationsabschnitt 26 die Schaltsteuerungssignale S3 bis S8 zur Durchführung der Rechteckwellensteuerung, bei der die Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 eine Rechteckwelle ist, bei der eine Hochniveauperiode und eine Niederniveauperiode abwechselnd pro einem Zyklus erscheinen.
Ein Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29 empfängt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq als Eingangsgrößen. Der Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29 leitet einen Spannungsbefehlsumwandlungswert Va basierend auf dem d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und dem q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq gemäß der folgende Gleichung (4) her: $Va = \sqrt ({Vd}^{2} + {Vq}^{2}) /0,78$
In der Gleichung ist √(Vd² + Vq²) äquivalent zu dem effektiven Wert der Dreiphasenleitungsspannung. In dem Ausführungsbeispiel wird folglich der Spannungsbefehlsumwandlungswert Va als ein Wert hergeleitet, der erhalten wird, indem der effektive Wert der Dreiphasenleitungsspannung durch eine theoretische maximale Modulationsrate (m = 0,78) geteilt wird. Der Spannungsbefehlsumwandlungswert Va ist ein Umwandlungswert, der einen Vergleich der AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq mit der Systemspannung Vdc erlaubt, und stellt eine DC-Spannung (die Systemspannung Vdc) dar, die erforderlich ist, um die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq auszugeben. Spezieller stellt der Spannungsbefehlsumwandlungswert Va die Systemspannung Vdc dar, die von dem Wechselrichter 6 erforderlich ist, als eine Eingangsgröße, um eine AC-Spannung gemäß den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq auszugeben.
Ein zweiter Subtrahierer 30 empfängt den Spannungsbefehlumwandlungswert Va und den Wert der Systemspannung Vdc, die durch den Systemspannungssensor 24 detektiert wird, als Eingangsgrößen. Der zweite Subtrahierer 30 subtrahiert den Wert der Systemspannung Vdc von dem Spannungsbefehlsumwandlungswert Va, um eine Spannungsabweichung ΔV herzuleiten, wie durch die folgende Gleichung (5) angegeben: $Δ V = Va - Vdc$
In dem Ausführungsbeispiel ist die Spannungsabweichung ΔV äquivalent zu dem Spannungsindex, der die Größe der AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq bezüglich der Systemspannung Vdc darstellt. In dem Ausführungsbeispiel bilden folglich der Spannungsbefehlumwandlungswertherleitungsabschnitt 29 und der zweite Subtrahierer 30 einen Spannungsindexherleitungsabschnitt 11. Die Spannungsabweichung ΔV stellt den Grad dar, um den die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq den maximalen Wert der AC-Spannung übersteigen, die gemäß der Systemspannung Vdc zu diesem Zeitpunkt ausgegeben werden kann. Die Spannungsabweichung ΔV dient folglich im Wesentlichen als Index für eine unzureichende Spannung, der den Grad darstellt, mit dem die Systemspannung Vdc unzureichend ist.
In dem Ausführungsbeispiel empfängt ein Prozessschaltabschnitt 10 die Spannungsabweichung ΔV, den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId und den Systemspannungsbefehlswert Vdct als Eingangsgrößen. Basierend auf diesen Werten schaltet der Prozessschaltabschnitt 10 zwischen der Durchführung eines Systemsspannungsbestimmungsprozesses, bei dem ein Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt 9 den Systemspannungsbefehlswert Vdct bestimmt, und einer Durchführung eines Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses, bei dem ein Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt 8 den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId bestimmt. In dem Ausführungsbeispiel schaltet der Prozessschaltabschnitt 10 zwischen einem ersten Zustand M1, bei dem der Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess durchgeführt wird, einem zweiten Zustand M2, bei dem der Systemsspannungsbestimmungsprozess durchgeführt wird, und einem dritten Zustand M3, bei dem keiner der Prozesse durchgeführt wird. Der Prozessschaltabschnitt 10 gibt dann die Spannungsabweichung ΔV an den ersten Integrierer 31 in dem ersten Zustand M1, an den zweiten Integrierer 32 in dem zweiten Zustand M2 und an keinen von dem ersten Integrierer 31 und dem zweiten Integrierer 32 in dem dritten Zustand M3. Der Prozessschaltabschnitt 10 schaltet zwischen den drei Zuständen M1, M2 und M3 basierend auf den Ergebnissen der Vergleiche der Spannungsabweichung ΔV, des Feldschwächungsstrombefehlswerts ΔId, und dem Systemspannungsbefehlswert Vdct bezüglich Schwellenwerten, die im voraus vorgeschrieben werden. Der Schaltbetrieb, der durch den Prozessschaltabschnitt durchgeführt wird, wird hier im Einzelnen nicht beschrieben, sondern wird später detailliert unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben.
Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in dem ersten Zustand M1 ist, empfängt der erste Integrierer 31 die Spannungsabweichung ΔV als eine Eingangsgröße. Der erste Integrierer 31 integriert die Spannungsabweichung ΔV unter Verwendung eines vorbestimmten Gewinns, um den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId herzuleiten. Der erste Integrierer 31 hat eine Selbsthaltefunktion, die durch eine Selbsthalteschaltung oder dergleichen implementiert ist. Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in den zweiten Zustand M2 geschaltet wird, hält der erste Integrierer 31 den finalen Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId, der ausgegeben wurde, als der Prozessschaltabschnitt 10 in dem ersten Zustand M1 war, um den gehaltenen Wert weiter auszugeben. Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in den dritten Zustand M3 geschaltet wird, löscht der erste Integrierer 31 die Selbsthaltefunktion. In dem Ausführungsbeispiel ist der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId äquivalent zu dem Feldschwächungsbefehlswert, der den Grad der Feldschwächung in der Feldschwächungssteuerung darstellt, mit dem der Feldmagnetfluss des Elektromotors 4 geschwächt wird. Der Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29, der zweite Subtrahierer 30 und der erste Integrierer 31 bestimmen den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId basierend auf den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq und der Systemspannung Vdc. In dem Ausführungsbeispiel bilden folglich der Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29, der zweite Subtrahierer 30 und der erste Integrierer 31 den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt 8. In dem Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, wird die Feldschwächungssteuerung zusammen mit der Rechteckwellensteuerung durchgeführt, und die Maximumdrehmomentsteuerung wird zusammen mit der PWM-Steuerung durchgeführt. Die Steuerungsvorrichtung 2 ist aufgebaut, um den Wechselrichter 6 zu veranlassen, die PWM-Steuerung in dem Zustand durchzuführen, bei dem der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId gleich Null ist, und den Wechselrichter 6 zu veranlassen, die Rechteckwellensteuerung in dem Zustand durchzuführen, bei dem der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId ein anderer Wert als Null ist. Die Feldschwächungssteuerung ist eine Feldsteuerung, bei der der fundamentale d-Achsen-Strombefehlswert Idb eingestellt wird, um den Feldmagnetfluss des Elektromotors 4 zu schwächen, verglichen zu der Maximumdrehmomentsteuerung. Die Feldschwächungssteuerung ist also eine Steuerung, bei der die Stromphase derart eingestellt wird, dass die Ankerspulen einen Magnetfluss in der Richtung erzeugen, in der der Feldmagnetfluss des Elektromotors 4 geschwächt ist. In der Feldschwächungssteuerung wird ein d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId derart gesetzt, dass er der Stromphase voraus eilt, verglichen zu einer normalen Feldsteuerung. Speziell wird bei der Feldschwächungssteuerung der d-Achsenstromeinstellungsbefehlswert ΔId eingestellt, um den fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert Idb in der negativen Richtung zu ändern (um den fundamentalen d-Achsen-Strombefehlswert Idb zu reduzieren).
Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in dem zweiten Zustand M2 ist, empfängt der zweite Integrierer 32 die Spannungsabweichung ΔV als eine Eingangsgröße. Der zweite Integrierer 32 integriert die Spannungsabweichung ΔV unter Verwendung eines vorbestimmten Gewinns, um den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb herzuleiten. Der zweite Integrierer 32 hat eine Selbsthaltefunktion, die durch eine Selbsthalteschaltung oder dergleichen implementiert ist. Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in den ersten Zustand M1 geschaltet wird, hält der zweite Integrierer 32 den finalen Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb, der ausgegeben wurde, als der Prozessschaltabschnitt 10 in dem zweiten Zustand M2 war, um den gehaltenen Wert weiterhin auszugeben. Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in den dritten Zustand M3 geschaltet wird, löscht der zweite Integrierer 32 die Selbsthaltefunktion. Der Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb ist äquivalent zu einem Spannungswert, bei dem es erforderlich ist, die Leistungsquellenspannung Vb zu erhöhen, um die Systemspannung Vdc zu erhalten, die von dem Wechselrichter 6 als eine Eingangsgröße erforderlich ist, um eine AC-Spannung gemäß den AC-Befehlswerten Vd und Vq auszugeben, die von dem Stromsteuerungsabschnitt 24 hergeleitet werden.
Ein Addierer 33 empfängt die Leistungsquellenspannung Vb, die von dem Leistungsquellenspannungssensor 41 detektiert wird, und den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb. Der Addierer 33 addiert den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb zu der Leistungsquellenspannung Vb, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct herzuleiten, wie durch die folgende Gleichung (6) angegeben: $Vdct = Vb + Δ Vb$
Der Systemspannungsbefehlswert Vdct wird als Befehlswert der Systemspannung Vdc verwendet, die von dem Wandler 5 erzeugt wird. Wie oben beschrieben bestimmen der Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29, der zweite Subtrahierer 30, der zweite Integrierer 32 und der Addierer 33 den Systemspannungsbefehlswert Vdct basierend auf den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq und der Systemspannung Vdc. In dem Ausführungsbeispiel bilden folglich der Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29, der zweite Subtrahierer 30, der zweite Integrierer 32 und der Addierer 33 den Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt 9. Wie oben beschrieben bestimmt der Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt 9 den Systemspannungsbefehlswert Vdct basierend auf der Spannungsabweichung ΔV, die als Spannungsindex von dem Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29 und dem zweiten Subtrahierer 30 hergeleitet wird, spezieller basierend auf dem Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb, der ein Integralwert ist, der durch Integration der Spannungsabweichung ΔV, die von dem zweiten Integrierer 32 durchgeführt wird, hergeleitet wird, und der Leistungsquellenspannung Vb.
Ein Spannungsverstärkungssteuerungsabschnitt 34 empfängt den Systemspannungsbefehlswert ΔVdct als eine Eingangsgröße. Der Spannungsverstärkungssteuerungsabschnitt 34 erzeugt die Schaltsteuerungssignale S1 und S2 zur Steuerung der Spannungsumwandlungsschaltbauteile E1 und E2 des Wandlers 5 gemäß dem Systemspannungsbefehlswert Vdct. Dann arbeiten die Spannungsumwandlungsschaltbauteile E1 und E2 des Wandlers 5, um jeweils ein- und ausgeschaltet zu werden gemäß den Schaltsteuerungssignalen S1 und S2, um die Leistungsquellenspannung Vb zu erhöhen. Speziell verstärkt der Wandler 5 die Leistungsquellenspannung Vb, indem er abwechselnd zwischen einem Zustand, bei dem nur das untere Zweigbauteil E2 für eine vorbestimmte Periode eingeschaltet ist, und einem Zustand, bei dem das obere Zweigbauteil E1 und das untere Zweigbauteil E2 für eine vorbestimmte Periode ausgeschaltet sind, in Antwort auf die Schaltsteuerungssignale S1 und S2 von der Steuerungsvorrichtung 2 schaltet. In diesem Fall stimmt das Spannungserhöhungsverhältnis mit der Einschaltdauer der EIN-Periode des unteren Zweigbauteils E2 überein. Die Systemspannung Vdc, die von dem Wandler 5 ausgegeben wird, kann also erhöht werden, indem die Einschaltdauer des unteren Zweigbauteils E2 verlängert wird, was die Leistung, die in der (Drossel)spule L1 akkumuliert wird, erhöht.
Betrieb des Prozessschaltabschnitts
Der Schaltbetrieb des Prozessschaltabschnitts 10 und des zugehörigen Betriebs der jeweiligen Abschnitte der Steuerungsvorrichtung 2 werden im Folgenden im Einzelnen unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben. 6 zeigt ein Flussdiagramm, das den Betriebsfluss der jeweiligen Abschnitte der Steuerungsvorrichtung 2 zeigt, die zu dem Schaltbetrieb gehören, der durch den Prozessschaltabschnitt 10 durchgeführt wird.
Wie in 6 gezeigt leitet in der Steuerungsvorrichtung 2 zuerst der Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 29 den Spannungsbefehlsumwandlungswert Va her (Schritt #01). Als nächstes subtrahiert der zweite Subtrahierer 30 den Wert der Systemspannung Vdc von dem Spannungsbefehlsumwandlungswert Va, um die Spannungsabweichung ΔV (= Va - Vdc) herzuleiten (Schritt #02). Dann bestimmt der Prozessschaltabschnitt 10, ob die Spannungsabweichung ΔV, die in Schritt #02 hergeleitet worden ist, größer als Null ist ΔV > 0) (Schritt #03). Wenn die Spannungsabweichung ΔV größer als Null ist (Schritt #03: Ja), ist die Systemspannung ΔVdc unzureichend für die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq. Folglich bestimmt der Prozessschaltabschnitt 10 als nächstes, ob der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId zu diesem Zeitpunkt ein vorbestimmter erster Schwellenwert ΔIds oder größer ist (ΔId ≥ ΔIds) (Schritt #04). Wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId nicht der erste Schwellenwert ΔIds oder größer ist (Schritt #04: Nein), wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den ersten Zustand M1 geschaltet, bei dem die Spannungsabweichung ΔV in den ersten Integrierer 31 eingegeben wird, um den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess durchzuführen. Der erste Integrierer 31 integriert folglich die Spannungsabweichung ΔV, um den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId herzuleiten (Schritt #05). In diesem Fall veranlasst die Steuerungsvorrichtung 2 den Wechselrichter 6 zur Durchführung der Feldschwächungssteuerung und der Rechteckwellensteuerung, und veranlasst den Wandler 5 nicht zur Durchführung der Spannungsverstärkungssteuerung, sondern veranlasst den Wandler 5 dazu die die Leistungsquellenspannung Vb so wie sie ist als Systemspannung Vdc auszugeben.
Wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId der erste Schwellenwert ΔIds oder größer ist (Schritt #04: Ja), bestimmt der Prozessschaltabschnitt 10 als nächstes, ob der Systemspannungsbefehlswert Vdct kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert Vdcmax (Vdct < Vdcmax) (Schritt #06). Wenn der Systemspannungsbefehlswert Vdct kleiner als der zweite Schwellenwert Vdcmax ist (Schritt #06: Ja), hält der erste Integrierer 31 den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId zu diesem Zeitpunkt (Schritt #07). Dann wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den zweiten Zustand M2 geschaltet, bei dem die Spannungsabweichung ΔV in den zweiten Integrierer 32 eingegeben wird, um den Systemspannungsbestimmungsprozess durchzuführen. Folglich integriert der zweite Integrierer 32 die Spannungsabweichung ΔV, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct herzuleiten (Schritt #08). In diesem Fall veranlasst die Steuerungsvorrichtung 2 den Wechselrichter 6 zur Durchführung der Rechteckwellensteuerung, während die Feldschwächungssteuerung gemäß dem konstanten Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId, der in Schritt #07 gehalten wird, durchgeführt wird, und veranlasst den Wandler 5 zur Durchführung der Spannungserhöhungssteuerung, um die Systemspannung Vdc, die bezüglich der Leistungsquellenspannung Vb verstärkt bzw. erhöht ist, auszugeben.
Wenn der Systemspannungsbefehlswert Vdct nicht kleiner als der zweite Schwellenwert Vdcmax ist (Schritt #06: Nein), hält der zweite Integrierer 32 den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb zu diesem Zeitpunkt, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct zu diesem Zeitpunkt zu halten (Schritt #09). Dann wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den ersten Zustand M1 geschaltet, bei dem die Spannungsabweichung ΔV in den ersten Integrierer 31 eingegeben wird, und der erste Integrierer 31 integriert die Spannungsabweichung ΔV, um den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId herzuleiten (Schritt #05). In diesem Fall veranlasst die Steuerungsvorrichtung 2 den Wechselrichter 6 zur Durchführung der Feldschwächungssteuerung und der Rechteckwellensteuerung, während der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId eingestellt wird, und veranlasst den Wandler 5 zur Durchführung einer Spannungsverstärkungssteuerung gemäß dem konstanten Systemspannungsbefehlswert Vdct, der in Schritt #09 gehalten wird, um die Systemspannung, die bezüglich der Leistungsquellenspannung Vb erhöht ist, auszugeben.
Wenn die Spannungsabweichung ΔV nicht größer als Null ist (Schritt #03: Nein), wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den dritten Zustand M3 geschaltet, bei dem die Spannungsabweichung ΔV in keinen von dem ersten Integrierer 31 und dem zweiten Integrierer 32 eingegeben wird. In dem Ausführungsbeispiel wird folglich der Wert Null als Schwellenwert verwendet, der im Voraus für die Spannungsabweichung ΔV bestimmt wird, die als Spannungsindex verwendet wird. Der Schwellenwert dient als ein Prozessausführungsschwellenwert zum Bestimmen, ob mindestens ein Prozess von dem Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess und dem Systemspannungsbestimmungsprozess durchgeführt wird. Wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId seit Schritt #07 gehalten worden ist, oder der Systemspannungsbefehlswert Vdct seit Schritt #09 gehalten worden ist, werden die gehaltenen Werte freigegeben (Schritt #10). In dem Fall, bei dem die Feldschwächungssteuerung zu diesem Zeitpunkt durchgeführt worden ist, reduziert der erste Integrierer 31 allmählich den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId, um die Feldschwächungssteuerung schließlich zu beenden. In dem Fall, bei dem die Spannungsverstärkungssteuerung zu dieser Zeit durchgeführt worden ist, reduziert der zweite Integrierer 32 allmählich den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb, um die Spannungsverstärkungssteuerung schließlich zu beenden. Andererseits, in dem Fall, bei dem keine Steuerung von der Feldschwächungssteuerung und der Spannungsverstärkungssteuerung zu diesem Zeitpunkt durchgeführt worden ist, also in dem Fall, bei dem der Wechselrichter 6 veranlasst worden ist, die Maximumdrehmomentsteuerung und die PWM-Steuerung durchzuführen, und der Wandler 5 nicht veranlasst worden ist, die Spannungsverstärkungssteuerung durchzuführen, sondern veranlasst worden ist, die Leistungsquellenspannung Vb so wie sie ist als Systemspannung Vdc auszugeben, hält die Steuerungsvorrichtung 2 einen derartigen Zustand.
Wie oben beschrieben ist der erste Schwellenwert ΔIds ein Schwellenwert des Feldschwächungsstrombefehlswerts ΔId zum Starten der Spannungserhöhung, die durch den Wandler 5 durchgeführt wird. Wenn die Rechteckwellensteuerung zusammen mit der Feldschwächungssteuerung durchgeführt wird, wird die Anzahl von Schaltzeitpunkten der Schaltbauteile E3 bis E8 des Wechselrichters 6 signifikant reduziert, verglichen mit einem Fall, bei dem die PWM-Steuerung durchgeführt wird. Folglich kann der Schaltverlust reduziert werden. Andererseits, wenn der Feldschwächungsstrom zur Durchführung der Feldschwächungssteuerung erhöht wird, reduziert sich das Drehmoment, das für einen Strom erhalten wird, der in den Elektromotor 4 eingegeben wird, um die Effizienz zu reduzieren. Folglich ist der erste Schwellenwert ΔIds vorzugsweise innerhalb eines Bereichs eingestellt, bei dem die Effizienzverbesserung aufgrund der Reduzierung des Schaltverlustes, die erreicht wird, indem die Rechteckwellensteuerung zusammen mit der Feldschwächungssteuerung durchgeführt wird, die Reduzierung der Effizienz aufgrund der Erhöhung des Feldschwächungsstroms (Erhöhung des Grads der Feldschwächung) übersteigt. In dieser Weise kann die Effizienz der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 verbessert werden. Der zweite Schwellenwert Vdcmax wird vorzugsweise auf die obere Grenze des Systemspannungsbefehlswerts Vdct eingestellt, der durch den Wandler 5 erreicht werden kann. Der Betriebsbereich des Elektromotors 4 kann folglich erweitert werden, indem die Systemspannung Vdc vergrößert wird, ohne Vergrößerung des Feldschwächungsstroms (siehe 8). Nachdem der Systemspannungsbefehlswert Vdct den zweiten Schwellenwert Vdcmax erreicht, der die obere Grenze der erhöhten Spannung ist, kann der Betriebsbereich des Elektromotors 4 weiter erweitert werden, indem der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId erhöht wird, obwohl die Effizienz reduziert wird.
Ein spezifisches Beispiel des Betriebs der Steuerungsvorrichtung 2, der durchgeführt wird, wenn der Prozessschaltabschnitt 10 den Schaltbetrieb gemäß dem Flussdiagramm in 6 durchführt, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben. 7A zeigt ein Beispiel, wie das Zieldrehmoment TM sich mit der Zeit ändert, 7B zeigt wie sich der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId mit der Zeit ändert, und 7C zeigt wie sich der Systemspannungsbefehlswert Vdct mit der Zeit ändert. In dem Beispiel, wie in 7A gezeigt, nimmt das Zieldrehmoment TM zuerst auf ein maximales Drehmoment TMmax zu, das von dem Elektromotor 4 ausgegeben werden kann, und anschließend ändert es sich im Wesentlichen zusammen mit dem maximalen Drehmoment, das gemäß der Drehzahl ω des Elektromotors 4 an jeweiligen Zeitpunkten ausgegeben werden kann. In dem Beispiel wird angenommen, dass sich die Drehzahl ω des Elektromotors 4 mit einer konstanten Beschleunigung erhöht, wenn die Zeit verstreicht. 8B zeigt, wie sich der Systemspannungsbefehlswert Vdct ändert, wenn die Drehzahl ω zusammen mit dem Verstreichen der Zeit entsprechend der 7C zunimmt, und 8A zeigt, wie die Betriebsbereiche des Elektromotors 4 sich gemäß den Änderungen des Systemspannungsbefehlswerts Vdct ändern. In 8A geben Regionen, die durch durchgezogene Linien angegeben sind, Betriebsbereiche an, die verwendet werden, wenn die Leistungsquellenspannung Vb nicht erhöht ist, sondern so wie sie ist als Systemspannung Vdc verwendet wird, und Regionen, die durch doppelt gestrichelte Linien angegeben sind, geben Betriebsbereiche an, die sich ändern, wenn die Leistungsquellenspannung Vb allmählich erhöht wird. Eine Mehrzahl von schwarzen Punkten in 8A gibt Änderungen des Zieldrehmoments TM zu jeweiligen Zeitpunkten an, die denen in 7A entsprechen.
In dem Beispiel, wie in 8A gezeigt, liegt der Betriebspunkt des Elektromotors 4, der definiert wird durch das Zieldrehmoment TM und die Drehzahl ω, in der Region A1, in der die Maximumdrehmomentsteuerung und die PWM-Steuerung durchgeführt werden können, ohne dass die Leistungsquellenspannung Vb erhöht bzw. verstärkt werden muss, um die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq, die an dem Betriebspunkt erforderlich sind, zum Zeitpunkt t1 auszugeben. In diesem Fall ist die Spannungsabweichung ΔV nicht größer als Null (Schritt #03: Nein). Wie in den 7B und 7C gezeigt, ist folglich der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId gleich Null und der Systemspannungsbefehlswert Vdct ist zum Zeitpunkt t1 der gleiche wie der Wert der Leistungsquellenspannung ΔVb (der Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb ist gleich Null).
In einer Zeitperiode von t1 bis t2, wie in 8A gezeigt, ist der Betriebspunkt des Elektromotors 4 in der Region A2, in der es erforderlich ist, die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung durchzuführen. In diesem Fall ist die Spannungsabweichung ΔV größer als Null (Schritt #03: Ja). Folglich, wie in 7B gezeigt, schaltet der Prozessschaltabschnitt 10 in die Ausführung des Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses (Schritt #05), und die Steuerungsvorrichtung 2 führt die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung durch. Der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId nimmt folglich allmählich von Null bis zu dem ersten Schwellenwert ΔIds zu, wenn sich die Drehzahl ω in der Zeitperiode von t1 bis t2 erhöht. In diesem Fall, wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId kleiner als der erste Schwellenwert ΔIds ist (Schritt #04: Nein), führt die Steuerungsvorrichtung 2 keine Spannungsverstärkungssteuerung durch, und der Systemspannungsbefehlswert Vdct bleibt derselbe wie der Wert der Leistungsquellenspannung Vb. Folglich nimmt das Drehmoment, das von dem Elektromotor 4 ausgegeben werden kann, allmählich ab, wenn die Drehzahl ω zunimmt. In dem Beispiel erreicht der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId den ersten Schwellenwert ΔIds zum Zeitpunkt t2 (Schritt #04: Ja).
In einer Zeitperiode von t2 bis t3, wie in den 7C und 8B gezeigt, schaltet folglich der Prozessschaltabschnitt 10 in die Ausführung des Systemspannungsbestimmungsprozesses (Schritt #08), und die Steuerungsvorrichtung 2 führt die Spannungsverstärkungssteuerung durch. Der Systemspannungsbefehlswert Vdct erhöht sich folglich allmählich von dem gleichen Wert, wie die Leistungsquellenspannung Vb auf den zweiten Schwellenwert Vdcmax, der als die obere Grenze des Systemspannungsbefehlswerts Vdct gesetzt ist, wenn die Drehzahl ω in der Zeitperiode von t2 bis t3 zunimmt. Wenn die Systemspannung Vdc in dieser Weise zunimmt, erweitert sich der Betriebsbereich des Elektromotors 4 allmählich zu der Hochdrehzahlseite, wie in 8A gezeigt. In dem Beispiel wird der Systemspannungsbefehlswert Vdct erhöht, wenn die Drehzahl ω des Elektromotors 4 zunimmt, und folglich wird die Drehzahl, die von dem Elektromotor 4 ausgegeben werden kann, während der Zunahme der Drehzahl ω konstant gehalten. Die Beziehung zwischen der Drehzahl ω des Elektromotors 4 und dem Drehmoment, das von dem Elektromotor 4 ausgegeben werden kann während der Spannungsverstärkungssteuerung, variiert gemäß der Beziehung zwischen der Spannungsverstärkungsrate und der Beschleunigung des Rotors des Elektromotors 4. Während der Spannungsverstärkungssteuerung, wie in 7B gezeigt, setzt der Prozessschaltabschnitt 10 den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess aus, um den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId (=ΔIds) auf einem Wert beim Start des Spannungsverstärkungsprozesses zu halten (Schritt #07). Die Steuerungsvorrichtung 2 führt die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung auch während der Spannungsverstärkungssteuerung durch. In dem Beispiel erreicht der Systemspannungsbefehlswert Vdct den zweiten Schwellenwert Vdcmax zum Zeitpunkt t3 (Schritt #06: Nein).
Nach dem Zeitpunkt t3, wie in 7C gezeigt, setzt folglich der Prozessschaltabschnitt 10 den Systemspannungsbestimmungsprozess aus, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct auf dem zweiten Schwellenwert Vdcmax zu halten, der die obere Grenze ist (Schritt #09). Wie in 7B gezeigt nimmt der Prozessschaltabschnitt 10 auch den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess wieder auf (Schritt #05). Folglich nimmt der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId allmählich von dem ersten Schwellenwert ΔIds zu, wenn sich die Drehzahl ω nach dem Zeitpunkt t3 erhöht. Das Drehmoment, das von dem Elektromotor 4 ausgegeben werden kann, reduziert sich folglich allmählich, wenn die Drehzahl ω zunimmt. Es ist selbstverständlich, dass die Steuerungsvorrichtung 2 die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung auch während dieser Zeit durchführt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie es oben beschrieben wurde, in dem Fall, bei dem die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq den maximalen Wert der AC-Spannung, die gemäß der Leistungsquellenspannung Vb ausgegeben werden kann, in dem Zustand überschreiten, bei dem die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM des Elektromotors 4 zunehmen, werden zuerst die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung (Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t2) durchgeführt, bevor die Spannungsverstärkungssteuerung gestartet wird. Anschließend, wenn die Drehzahl ω und das Zieldrehmoment TM weiter zunehmen, wird die Systemspannung Vdc verstärkt, wobei die Feldschwächungssteuerung und die Rechteckwellensteuerung weiter durchgeführt werden. Die Wirkung der Rechteckwellensteuerung zur Reduzierung des Schaltverlustes kann folglich über einem weiten Betriebsbereich erhalten werden, um die Effizienz der Elektromotorantriebsvorrichtung 1 zu verbessern. Nachdem der Systemspannungsbefehlswert Vdct den zweiten Schwellenwert Vdcmax, der die obere Grenze ist, erreicht, kann auch die Drehzahl ω des Elektromotors 4 weiter erhöht werden, indem der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId erhöht wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben. 9 zeigt ein funktionales Blockdiagramm der Steuerungsvorrichtung 2, das der 2 gemäß dem obigen ersten Ausführungsbeispiel entspricht und nur Bereiche des Ausführungsbeispiels zeigt, die von dem oben genannten ersten Ausführungsbeispiel verschieden sind. Wie in der Zeichnung gezeigt, unterscheidet sich die Steuerungsvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel von der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Struktur, bei der ein Modulationsratenherleitungsabschnitt 35 bereitgestellt ist anstelle des Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitts 29, und der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId und der Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb werden basierend auf der Modulationsrate m bestimmt, die durch den Modulationsratenherleitungsabschnitt 35 hergeleitet wird. Die Unterschiede zwischen der Steuerungsvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel und der gemäß dem obigen ersten Ausführungsbeispiel werden im Folgenden vorwiegend beschrieben. Die gleichen Bauteile, wie in dem obigen ersten Ausführungsbeispiel werden nicht speziell beschrieben.
Der Modulationsratenherleitungsabschnitt 35 empfängt den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und den q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq, die von dem Stromsteuerungsabschnitt 24 hergeleitet werden, als Eingangsgrößen. Der Modulationsratenherleitungsabschnitt 35 empfängt auch die Systemspannung Vdc, die von dem Systemspannungssensor 42 detektiert wird, als eine Eingangsgröße. Der Modulationsratenherleitungsabschnitt 35 leitet die Modulationsrate m basierend auf diesen Werten gemäß der folgenden Gleichung (7) her: $m = \sqrt ({Vd}^{2} + {Vq}^{2}) /Vdc$
In dem Ausführungsbeispiel stellt die Modulationsrate m das Verhältnis der AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq zu der Systemspannung Vdc dar. Spezieller ist die Modulationsrate m das Verhältnis des effektiven Werts der Fundamentalwellenkomponente der Ausgangsspannungswellenform des Wechselrichters 6 basierend auf den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq zu der Systemspannung Vdc, und wird hergeleitet als ein Wert, der gewonnen wird, indem der effektive Wert der Dreiphasenleitungsspannung durch den Wert der Systemspannung Vdc geteilt wird. Wie oben beschrieben, ist der maximale Wert der Modulationsrate m gleich „0,78“, was äquivalent zu der Modulationsrate m während der Ausführung der Rechteckwellensteuerung ist.
Der zweite Subtrahierer 30 empfängt die Modulationsrate m und einen Wert von „0,78“, der der maximale Wert der Modulationsrate m ist, als Eingangsgrößen. In dem Ausführungsbeispiel wird der Wert von „0,78“ als die vorbestimmte Zielmodulationsrate verwendet. Der zweite Subtrahierer 30 subtrahiert den Wert von „0,78“ von der Modulationsrate m, um eine Modulationsratenabweichung Δm herzuleiten, wie durch die folgende Gleichung (8) angegeben: $Δ m = m - 0,78$
In dem Ausführungsbeispiel ist die Modulationsratenabweichung Δm äquivalent zu dem Spannungsindex, der die Größe der AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq bezüglich der Systemspannung Vdc darstellt. In dem Ausführungsbeispiel bilden folglich der Modulationsratenherleitungsabschnitt 35 und der zweite Subtrahierer 30 den Spannungsindexherleitungsabschnitt 11. Wie bei der Spannungsabweichung ΔV gemäß dem obigen ersten Ausführungsbeispiel, stellt die Modulationsratenabweichung Δm den Grad dar, mit dem die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq den maximalen Wert der AC-Spannung, die zu diesem Zeitpunkt gemäß der Systemspannung Vdc ausgegeben werden kann, übersteigen. Die Modulationsratenabweichung Δm dient folglich im Wesentlichen als ein Index für eine unzureichende Spannung, der den Grad angibt, mit dem die Systemspannung Vdc unzureichend ist.
In dem Ausführungsbeispiel empfängt der Prozessschaltabschnitt 10 die Modulationsratenabweichung Δm, den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId und den Systemspannungsbefehlswert Vdct als Eingangsgrößen. Basierend auf diesen Werten schaltet der Prozessschaltabschnitt 10 zwischen der Ausführung des Systemsspannungsbestimmungsprozesses, bei dem der Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt 9 den Systemspannungsbefehlswert Vdct bestimmt, und der Ausführung des Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses, bei dem der Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt 8 den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId bestimmt. In dem Ausführungsbeispiel schaltet der Prozessschaltabschnitt 10 zwischen dem ersten Zustand M1, in welchem der Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess ausgeführt wird, dem zweiten Zustand M2, in welchem der Systemspannungsbestimmungsprozess ausgeführt wird, und dem dritten Zustand M3, in welchem keiner der Prozesse ausgeführt wird. Der Prozessschaltabschnitt 10 gibt dann die Modulationsratenabweichung Δm in den ersten Integrierer 31 in dem ersten Zustand M1 ein, in den zweiten Integrierer 32 in dem zweiten Zustand M2 und in keinen von dem ersten Integrierer 31 und dem zweiten Integrierer 32 in dem dritten Zustand M3. Die Schaltoperation, die durch den Prozessschaltabschnitt 10 durchgeführt wird, wird später unter Bezugnahme auf 10 genauer beschrieben.
Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in dem ersten Zustand M1 ist, empfängt der erste Integrierer 31 die Modulationsratenabweichung Δm als eine Eingangsgröße. Der erste Integrierer 31 integriert die Modulationsratenabweichung Δm unter Verwendung eines vorbestimmten Gewinns, um den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId herzuleiten. In dem Ausführungsbeispiel bilden folglich der Modulationsratenherleitungsabschnitt 35, der zweite Subtrahierer 30 und der erste Integrierer 31 den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt 8. Wenn der Prozessschaltabschnitt 10 in dem zweiten Zustand M2 ist, empfängt der zweite Integrierer 32 die Modulationsratenabweichung Δm als eine Eingangsgröße. Der zweite Integrierer 32 integriert die Modulationsratenabweichung Δm unter Verwendung eines vorbestimmten Gewinns, um den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb herzuleiten. Wie in dem obigen ersten Ausführungsbeispiel addiert der Addierer 33 den folglich hergeleiteten Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb zu der Leistungsquellenspannung Vb, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct herzuleiten. In dem Ausführungsbeispiel bilden folglich der Modulationsratenherleitungsabschnitt 25, der zweite Subtrahierer 30, der zweite Integrierer 32 und der Addierer 33 den Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt 9.
Der Betrieb der jeweiligen Abschnitte der Steuerungsvorrichtung 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel, die zu dem Schaltbetrieb des Prozessschaltabschnitts 10 gehören, werden im Folgenden unter Bezugnahme auf das in 10 gezeigte Flussdiagramm beschrieben. Das Flussdiagramm von 10 entspricht dem Flussdiagramm von 6 gemäß dem obigen ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 10 gezeigt, leitet in der Steuerungsvorrichtung 2 zuerst der Modulationsratenherleitungsabschnitt 35 die Modulationsrate m her (Schritt #11). Als nächstes subtrahiert der zweite Subtrahierer 30 den Wert „0,78“, der der Maximalwert der Modulationsrate m ist, von der Modulationsrate m, um die Modulationsratenabweichung Δm (= m - 0,78) herzuleiten (Schritt #12). Dann bestimmt der Prozessschaltabschnitt 10, ob die Modulationsratenabweichung Δm, die in Schritt #12 hergeleitet worden ist, größer als Null ist (Δm > 0) (Schritt #13). Wenn die Modulationsratenabweichung Δm größer als Null ist (Schritt #13: Ja), ist die Systemspannung Vdc unzureichend für die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq. Der Prozessschaltabschnitt 10 bestimmt folglich als nächstes, ob der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId zu diesem Zeitpunkt ein vorbestimmter erster Schwellenwert ΔIds oder größer ist (ΔId ≥ ΔIds) (Schritt #14). Wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId kleiner als der erste Schwellenwert ΔIds ist (Schritt #14: Nein), wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den ersten Zustand M1 geschaltet, in welchem die Modulationsratenabweichung Δm in den ersten Integrierer 31 eingegeben wird, um den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess auszuführen. Folglich integriert der erste Integrierer 31 die Modulationsratenabweichung Δm, um den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId herzuleiten (Schritt #15). In diesem Fall veranlasst die Steuerungsvorrichtung 2 den Wechselrichter 6 zur Durchführung der Feldschwächungssteuerung und der Rechteckwellensteuerung, und veranlasst den Wandler 5 nicht zur Durchführung der Spannungsverstärkungssteuerung, sondern veranlasst den Wandler 5 zur Ausgabe der Leistungsquellenspannung Vb so wie sie ist als Systemspannung Vdc.
Wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId der erste Schwellenwert ΔIds oder größer ist (Schritt #14: Ja), bestimmt der Prozessschaltabschnitt 10 als nächstes, ob der Systemspannungsbefehlswert Vdct kleiner als ein zweiter Schwellenwert Vdcmax ist (Vdct < Vdcmax) (Schritt #16). Wenn der Systemspannungsbefehlswert Vdct kleiner als der zweite Schwellenwert Vdcmax ist (Schritt #16: Ja), hält der erste Integrierer 31 den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId zu diesem Zeitpunkt (Schritt #17). Dann wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den zweiten Zustand M2 geschaltet, in welchem die Modulationsratenabweichung Δm in den zweiten Integrierer 32 eingegeben wird zur Ausführung des Systemspannungsbestimmungsprozesses. Folglich integriert der zweite Integrierer 32 die Modulationsratenabweichung Δm, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct herzuleiten (Schritt #18). In diesem Fall veranlasst die Steuerungsvorrichtung 2 den Wechselrichter 6 zur Durchführung der Rechteckwellensteuerung, während die Feldschwächungssteuerung gemäß dem konstanten Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId, der in Schritt #17 gehalten wird, durchgeführt wird, und veranlasst den Wandler 5 zur Durchführung der Spannungsverstärkungssteuerung, um die Systemspannung Vdc auszugeben, die bezüglich der Leistungsquellenspannung Vb verstärkt ist.
Wenn der Systemspannungsbefehlswert Vdct nicht kleiner als der zweite Schwellenwert Vdcmax ist (Schritt #16: Nein), hält der zweite Integrierer 32 den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb zu diesem Zeitpunkt, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct zu diesem Zeitpunkt zu halten (Schritt #19). Dann wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den ersten Zustand M1 geschaltet, in welchem die Modulationsratenabweichung Δm in den ersten Integrierer 31 eingegeben wird, und der erste Integrierer 31 integriert die Modulationsratenabweichung Δm, um den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId herzuleiten (Schritt #15). In diesem Fall veranlasst die Steuerungsvorrichtung 2 den Wechselrichter 6 zur Durchführung der Feldschwächungssteuerung und der Rechteckwellensteuerung, während der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId eingestellt wird, und veranlasst den Wandler 5 zur Durchführung der Spannungsverstärkungssteuerung gemäß dem konstanten Systemspannungsbefehlswert Vdct, der in Schritt #19 gehalten wird, um die Systemspannung auszugeben, die bezüglich der Leistungsquellenspannung Vb verstärkt ist.
Wenn die Modulationsratenabweichung Δm nicht größer als Null ist (Schritt #13: Nein), wird der Prozessschaltabschnitt 10 in den dritten Zustand M3 geschaltet, in welchem die Modulationsratenabweichung Δm in keinen von dem ersten Integrierer 31 und dem zweiten Integrierer 32 eingegeben wird. In dem Ausführungsbeispiel wird folglich der Wert Null als Schwellenwert verwendet, der im Voraus für die Modulationsratenabweichung Δm, die als Spannungsindex verwendet wird, bestimmt wird. Der Schwellenwert dient als ein Prozessausführungsschwellenwert zum Bestimmen, ob mindestens einer von dem Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess und dem Systemspannungsbestimmungsprozess auszuführen ist. Wenn der Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId seit Schritt #17 gehalten wird oder der Systemspannungsbefehlswert Vdct seit Schritt #19 gehalten wird, dann werden die gehaltenen Werte freigegeben (Schritt #20). In dem Fall, bei dem zu diesem Zeitpunkt die Feldschwächungssteuerung durchgeführt worden ist, reduziert der erste Integrierer 31 allmählich den Feldschwächungsstrombefehlswert ΔId, um die Feldschwächungssteuerung schließlich zu beenden. In dem Fall, bei dem die Spannungsverstärkungssteuerung zu diesem Zeitpunkt durchgeführt worden ist, reduziert der zweite Integrierer 32 allmählich den Spannungsverstärkungsbefehlswert ΔVb, um schließlich die Spannungsverstärkungssteuerung zu beenden. Andererseits, in dem Fall, bei dem keine von der Feldschwächungssteuerung und der Spannungsverstärkungssteuerung zu diesem Zeitpunkt durchgeführt worden ist, d.h., in dem Fall, bei dem der Wechselrichter 6 veranlasst worden ist zur Durchführung der Maximumdrehzahlsteuerung und der PWM-Steuerung, und der Wandler 5 nicht veranlasst worden ist zur Durchführung der Spannungsverstärkungssteuerung, sondern zur Ausgabe der Leistungsquellenspannung Vb so wie sie ist als Systemspannung Vdc, hält die Steuerungsvorrichtung 2 einen derartigen Zustand aufrecht.
Andere Ausführungsbeispiele
(1) In dem obigen ersten Ausführungsbeispiel ist die Spannungsabweichung ΔV basierend auf den Gleichungen (4) und (5) hergeleitet worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges Ausführungsbeispiel beschränkt und kann für eine Elektromotorantriebsvorrichtung 1 angewendet werden, die einen Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt 9 enthält, der den Systemspannungsbefehlswert Vdct bestimmt basierend auf einem Vergleich zwischen der Größe der AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq, die zusammen mit dem effektiven Wert der Dreiphasenleitungsspannung variieren, und der Systemspannung Vdc. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann folglich der Spannungsindex, der die Größe der AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq bezüglich der Systemspannung Vdc darstellt, hergeleitet werden, wie beispielsweise im Folgenden beschrieben.
Wie in 11 gezeigt, enthält die Steuerungsvorrichtung 2 einen zweiten Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 36 und einen Systemspannungsumwandlungswertherleitungsabschnitt 37. Der zweite Spannungsbefehlsumwandlungswertherleitungsabschnitt 36 leitet einen zweiten Spannungsbefehlsumwandlungswert Va2 her, der die Größe der AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq darstellt, gemäß nachfolgender Formel (9). Der zweite Spannungsbefehlsumwandlungswert Va2 ist äquivalent zu dem effektiven Wert der Dreiphasenleitungsspannung. $Va2 = \sqrt ({Vd}^{2} + {Vq}^{2})$
Der Systemspannungsumwandlungswertherleitungsabschnitt 37 leitet einen Systemspannungsumwandlungswert (= 0,78Vdc) her, der den maximalen Wert der AC-Spannung darstellt, der gemäß der Systemspannung Vdc ausgegeben werden kann. Der Systemspannungsumwandlungswert wird hergeleitet, indem die Systemspannung Vdc mit einer theoretischen maximalen Modulationsrate (m = 0,78) multipliziert wird. Der Systemspannungsumwandlungswert ist ein Umwandlungswert, der einen Vergleich der Systemspannung Vdc mit den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq erlaubt (in dem Ausführungsbeispiel der zweite Spannungsbefehlsumwandlungswert Va2).
Dann subtrahiert der zweite Subtrahierer 30 den Systemspannungsumwandlungswert von dem zweiten Spannungsbefehlsumwandlungswert Va2, um eine zweite Spannungsabweichung ΔV2 herzuleiten, wie durch die folgende Gleichung (10) angegeben: $\begin{array}{l} Δ V2 = Va2 - 0,78Vdc \\ \begin{matrix} = \sqrt ({Vd}^{2} + {Vq}^{2}) - 0, 78Vdc \end{matrix} \end{array}$
Die zweite Spannungsabweichung ΔV2 ist folglich äquivalent zu der Abweichung zwischen den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq und dem maximalen Wert der AC-Spannung, die gemäß der Systemspannung Vdc ausgegeben werden kann. In dem Beispiel ist die zweite Spannungsabweichung ΔV2 äquivalent zu dem Spannungsindex. Auch in diesem Fall stellt die zweite Spannungsabweichung ΔV2 den Grad dar, mit dem die AC-Spannungsbefehlswerte Vd und Vq den maximalen Wert der AC-Spannung, die gemäß der Systemspannung Vdc zu diesem Zeitpunkt ausgegeben werden kann, übersteigt, und dient im Wesentlichen als ein Index für eine unzureichende Spannung, der den Grad des nicht Ausreichens der Systemspannung Vdc angibt.
(2) In den obigen Ausführungsbeispielen enthält die Elektromotorantriebsvorrichtung I den Spannungsverstärkungswandler 5, der die Leistungsquellenspannung Vb verstärkt, um die Systemspannung Vdc zu erzeugen, als Spannungsumwandlungsabschnitt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt, und kann angewendet werden auf eine Elektromotorantriebsvorrichtung 1, die irgendeinen Typ von Spannungsumwandlungsabschnitt enthält, der die Leistungsquellenspannung Vb von der DC-Spannung 3 umwandelt, um die gewünschte Systemspannung Vdc zu erzeugen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann folglich beispielsweise die Elektromotorantriebsvorrichtung 1 einen Spannungsverstärkungs/-reduzierungs-Wandler enthalten, der beides, die Leistungsquellenspannung Vb erhöhen und reduzieren kann, oder einen Spannungsreduzierungswandler, der die Leistungsquellenspannung Vb reduziert, als Spannungsumwandlungsabschnitt. Auch in diesem Fall kann der Systemspannungsbefehlswert Vdct basierend auf den AC-Spannungsbefehlswerten Vd und Vq und der Systemspannung Vdc bestimmt werden, wie in den obigen Ausführungsbeispielen.
(3) In den obigen Ausführungsbeispielen werden der d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd und der q-Achsen-Spannungsbefehlswert Vq als AC-Spannungsbefehlswerte verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Ausführungsbeispiele beschränkt, und irgendein anderer Befehlswert, der die AC-Spannung darstellt, die für den Elektromotor 4 erforderlich ist, und der mit der Systemspannung Vdc verglichen werden kann, kann als AC-Spannungsbefehlswert verwendet werden, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct zu bestimmen. Der U-Phasenspannungsbefehlswert Vu, der V-Phasenspannungsbefehlswert Vv und der W-Phasenspannungsbefehlswert Vw können beispielsweise als AC-Spannungsbefehlswerte verwendet werden, um den Systemspannungsbefehlswert Vdct zu bestimmen.
(4) In den obigen Ausführungsbeispielen ist der AC-Elektromotor 4 ein Synchronmotor mit innerem Permanentmagnet (IPMSM = interior permanent magnet synchronous motor), der mit Dreiphasen-AC arbeitet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt, und der AC-Elektromotor 4 kann beispielsweise ein Synchronmotor mit Oberflächenpermanentmagnet (SPMSM = surface permanent magnet synchronous motor) sein, oder kann ein Induktionselektromotor oder dergleichen sein, anstelle eines synchronen Elektromotors. Der Wechselstrom AC, der an einen derartigen AC-Elektromotor zu liefern ist, kann anstelle des Dreiphasen-AC ein Ein-Phasen-, Zwei-Phasen- oder ein anderer Mehrphasen-AC mit vier oder mehr Phasen sein.
(5) In dem obigen Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor 4 als eine Antriebsleistungsquelle für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder dergleichen verwendet. Die Anwendung des Elektromotors 4 gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann für einen Elektromotor für irgendeine Anwendung verwendet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann geeignet verwendet werden für eine Steuerungsvorrichtung, die eine Elektromotorantriebsvorrichtung steuert, die einen AC-Elektromotor antreibt.
Beschreibung der Bezugszeichen

1: Elektromotorantriebsvorrichtung
2: Steuerungsvorrichtung
3: DC-Leistungsquelle
4: AC-Elektromotor
5: Wandler (Spannungsumwandlungsabschnitt)
6: Wechselrichter (DC/AC-Umwandlungsabschnitt)
7: AC-Spannungsbefehlsbestimmungsabschnitt
8: Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt
9: Systemspannungsbefehlsbestirnrnungsabschnitt
10: Prozessschaltabschnitt
11: Spannungsindexherleitungsabschnitt
Vb: Leistungsquellenspannung
Vdc: Systemspannung
TM: Zieldrehmoment
ω: Drehzahl
Vd: d-Achsen-Spannungsbefehlswert (AC-Spannungsbefehlswert)
Vq: q-Achsen-Spannungsbefehlswert (AC-Spannungsbefehlswert)
Vdct: Systemspannungsbefehlswert
ΔId: Feldschwächungsstrombefehlswert (Feldschwächungsbefehlswert)
ΔIds: Erster Schwellenwert
Vdcmax: Zweiter Schwellenwert
Va: Spannungsbefehlsumwandlungswert
ΔV: Spannungsabweichung (Spannungsindex)
m: Modulationsrate
Δm: Modulationsratenabweichung (Spannungsindex)
ΔV2: Zweite Spannungsabweichung (Spannungsindex)

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung, enthaltend einen Spannungsumwandlungsabschnitt (5), der eine Spule (L1), Spannungsumwandlungsschaltbauteile (E1, E2) und Dioden (D1, D2) aufweist, zur Umwandlung einer Leistungsquellenspannung von einer DC-Leistungsquelle (3) in eine gewünschte Systemspannung (Vdc), wobei die Spannungsumwandlungsbauteile (E1, E2) als Paar von einem oberen Zweigbauteil (E1) und einem unteren Zweigbauteil (E2), die in Serie geschaltet sind, ausgebildet sind, und einen DC/AC-Umwandlungsabschnitt (6), der die Systemspannung (Vdc) in eine AC-Spannung umwandelt, um die resultierende AC-Spannung an einen AC-Elektromotor (4) zu liefern, wobei die Steuerungsvorrichtung enthält: einen AC-Spannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (7), der einen d-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt (21), einen q-Achsen-Strombefehlswertherleitungsabschnitt (22), einen Stromsteuerungsabschnitt (24) und einen ersten Subtrahierer (23) aufweist und einen AC-Spannungsbefehlswert (Vd, Vq) bestimmt, der ein Befehlswert der AC-Spannung ist, die von dem DC/AC-Umwandlungsabschnitt (6) an den AC-Elektromotor geliefert wird, basierend auf einem Zieldrehmoment (TM) des AC-Elektromotors (4) und einer Drehzahl (ω) des AC-Elektromotors (4); und einen Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (9), der einen Systemspannungsbefehlswert (Vdct) bestimmt, der ein Befehlswert der Systemspannung (Vdc) ist, die von dem Spannungsumwandlungsabschnitt (5) erzeugt wird, basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert (Vd, Vq) und der Systemspannung (Vdc), einen Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt (8), der einen Spannungsbefehlsumwandlungsherleitungsabschnitt (29), einen Integrator (31) und einen zweiten Subtrahierer (30) aufweist und einen Feldschwächungsstrombefehlswert bestimmt, der einen Grad von Feldschwächung während einer Feldschwächungssteuerung darstellt, bei der ein Feldmagnetfluss des AC-Elektromotors geschwächt wird, basierend auf dem AC-Spannungsbefehlswert und der Systemspannung; und einen Prozessschaltabschnitt (10), der zwischen einer Ausführung eines Systemspannungsbestimmungsprozesses, bei dem der Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (9) den Systemspannungsbefehlswert bestimmt, und einer Ausführung eines Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses, bei dem der Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsabschnitt (8) den Feldschwächungsstrombefehlswert bestimmt, schaltet; wobei der DC/AC-Umwandlungsabschnitt (6) aufgebaut ist zum Durchführen einer Pulsbreitenmodulationssteuerung, wenn der Feldschwächungsbefehlswert gleich Null ist, und zum Durchführen einer Rechteckwellensteuerung, bei der eine Rechteckspannung ausgegeben wird, wenn der Feldschwächungsbefehlswert ein anderer Wert als Null ist, und der Prozessschaltabschnitt (10) den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess durchführt, wenn der AC-Spannungsbefehlswert den maximalen Wert der AC-Spannung, die gemäß der Systemspannung zu diesem Zeitpunkt ausgegeben werden kann, übersteigt, bis der Feldschwächungsbefehlswert einen vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht, den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess aussetzt, wenn der Feldschwächungsbefehlswert den vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht, um den Systemspannungsbestimmungsprozess auszuführen, bis der Systemspannungsbefehlswert einen vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht, und den Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozess wieder aufnimmt, wenn der Systemspannungsbefehlswert den vorbestimmten zweiten Schwellenwert erreicht, wobei die Steuerungsvorrichtung ferner enthält: einen Spannungsindexherleitungsabschnitt (11), der den Spannungsbefehlsumwandungsherleitungsabschnitt (29) und den zweiten Subtrahierer (30) aufweist und einen Spannungsindex herleitet, der eine Größe des AC-Spannungsbefehlswerts bezüglich der Systemspannung darstellt, wobei der Systemspannungsbefehlsbestimmungsabschnitt (9) den Systemspannungsbefehlswert basierend auf einem Integralwert bestimmt, der erhalten wird durch Integrieren des Spannungsindex und der Leistungsquellenspannung.
Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsindex basierend auf einer Abweichung zwischen einem Spannungsbefehlsumwandlungswert, der eine DC-Spannung darstellt, die erforderlich ist, um den AC-Spannungsbefehlswert auszugeben, und der Systemspannung hergeleitet ist.
Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsindex basierend auf einer Abweichung zwischen einer Modulationsrate, die ein Verhältnis des AC-Spannungsbefehlswerts zu der Systemspannung darstellt, und einer vorbestimmten Zielmodulationsrate hergeleitet ist.
Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsindex basierend auf einer Abweichung zwischen dem AC-Spannungsbefehlswert und einem maximalen Wert der AC-Spannung, die gemäß der Systemspannung ausgegeben werden kann, hergeleitet ist.
Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Prozessschaltabschnitt (10) zwischen der Ausführung des Systemspannungsbestimmungsprozesses und der Ausführung des Feldschwächungsbefehlswertbestimmungsprozesses basierend auf mindestens dem Feldschwächungsbefehlswert und dem Systemspannungsbefehlswert schaltet.