DE112015007148T5

DE112015007148T5 - Steuervorrichtung für Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine

Info

Publication number: DE112015007148T5
Application number: DE112015007148.2T
Authority: DE
Inventors: Kotaro Nakano; Noriyuki Wada; Daiki Matsuura; Hideaki Kawamoto; Hiroyuki Kobayashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2018-08-02
Also published as: CN108450055A; JPWO2017090109A1; WO2017090109A1; CN108450055B; US10469014B2; JP6403904B2; US20180302013A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100, die eine Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109, die konfiguriert ist, einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom durch Koordinatentransformation von durch Stromdetektionseinheiten 111, 112, 113 jeweils detektierten Dreiphasen-Wechselstromströmen auszugeben, eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108, die konfiguriert ist, eine Stromkorrekturrichtung zu berechnen, durch Verwendung des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms, und eine Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102, die konfiguriert ist, einen d-Achsenstrombefehl und einen q-Achsenstrombefehl zu korrigieren, basierend auf der Stromkorrekturrichtung. Auf diese Weise wird eine induzierte Spannung konvergiert, innerhalb eines maximalen Spannungskreises in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung zu liegen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine und genauer gesagt auf eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine, die konfiguriert ist, eine induzierte Spannung auf einen Wert zu konvergieren, in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung.
Hintergrund
Permanentmagnettyp-Synchronmotoren werden für allgemeine Zwecke verwendet (siehe beispielsweise Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2).
Bei einem Verfahren des Steuerns eines Permanentmagnettyp-Synchronmotors, das in Patentliteratur 1 beschrieben ist, ist ein Temperaturdetektor in einer Wicklung des Permanentmagnettyp-Synchronmotors eingebettet, um indirekt eine Temperatur Tmg eines Magneten zu detektieren, um so die Zwischenverknüpfungs-Magnetflussnummer φm der Wicklung unter Verwendung einer Zwischenverknüpfungs-Magnettabelle in Bezug auf die Temperatur zu erhalten. Eine ID-Recheneinheit berechnet aus der Wicklungs-Zwischenverknüpfungs-Magnetflussnummer φm einen q-Achsen-Strombefehl Iq* und eine Drehzahl ω und andere Werte, einen d-Achsen-Strombefehl Id*, der gestattet, eine Spannung konstant zu halten, selbst wenn sich φm ändert.
Bei einem Vektorsteuerverfahren für einen Wechselstrommotor, das in Patentliteratur 2 beschrieben ist, wenn ein Absolutwert eines d-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vd* größer als ein Grenzwert Vdlim desselben wird, beschränkt eine Spannungsbefehlswert-Beschränkungseinheit den d-Achsen-Spannungsbefehlswert Vd*. Wenn eine Länge V1* eines synthetischen Vektors des d-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vd* und eines q-Achsen-Spannungsbefehlswerts Vq* immer noch einen Grenzwert desselben übersteigt, korrigiert die Spannungsbefehls-Beschränkungseinheit die Länge V1* des synthetischen Vektors auf einen voreingestellten Grenzwert oder kleiner.
Zitateliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 2002-095300 A
PTL 2: JP 2003-009598 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In Patentliteratur 1, wenn eine im Motor induzierte Spannungsamplitude eine Maximalspannung übersteigt, in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung, zusammen mit einem Anstieg bei der gegenelektromotorischen Spannung in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors, wird eine Feldabschwächungssteuerung zum Steuern einer Stromphase, um äquivalent einen Feldbetrag eines Rotors zu schwächen, durch Korrigieren eines Ziel-d-Achsenstroms ausgeführt.
Weiter wird in Patentliteratur 2, wenn die im Motor induzierte Spannungsamplitude die Maximalspannung in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung übersteigt, der d-Achsen-Spannungsbefehl begrenzt und wird dann der q-Achsen-Spannungsstrom begrenzt.
In der Patentliteratur 1 jedoch, wenn die Spannungsamplitude in einem ersten Quadranten und einem zweiten Quadranten anwesend ist, spezifisch, wenn ein Spannungsvoreilen kleiner als 180 Grad ist, kann die Spannungsamplitude durch die Feldabschwächungssteuerung konvergiert werden, innerhalb eines Maximalspannungskreises zu liegen. Wenn die Spannungsamplitude in einem dritten Quadranten vorliegt, spezifisch, wenn der Spannungsvoreilen gleich oder größer als 180 Grad ist, entsteht jedoch das Problem, dass die Spannungsamplitude nicht in der Feldabschwächungssteuerung so konvergiert werden kann, dass sie innerhalb des Maximalspannungskreises liegt.
Weiter ist in Patentliteratur 2 nur der d-Achsen-Spannungsbefehl begrenzt. Daher sinkt der Spannungsbefehl nicht in einer Richtung zu einem Zentrum des Maximalspannungskreises, spezifisch Null, und wird ein Strombefehl nicht in einer Richtung zu einem Zentrum einer Spannungsbegrenzungsellipse korrigiert. Somit entsteht das Problem, dass die Spannungsamplitude nicht schnell konvergiert werden kann, um innerhalb des Maximalspannungskreises zu liegen.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und hat als Aufgabe, eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom selbst für eine kleine Stromänderung so zu korrigieren, dass eine induzierte Spannung durch Feldabschwächungssteuerung konvergiert werden kann, innerhalb eines Maximalspannungskreises zu liegen, in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung.
Problemlösung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine bereitgestellt, wobei die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine beinhaltet: einen Rotor, der einen Permanentmagneten beinhaltet; und einen Stator, der Spulen beinhaltet, die konfiguriert sind, ein rotierendes Magnetfeld zum Rotieren des Rotors zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung beinhaltet: einen Wechselrichter, der konfiguriert ist, Wechselstrom-Spannungsbefehle als Eingabe zu empfangen und Wechselstrom-Spannungen an die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine anzulegen, basierend auf den Wechselstrom-Spannungsbefehlen; eine Magnetpol-Positionsdetektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Magnetpolposition des Rotors zu detektieren; Stromdetektionseinheiten, die konfiguriert sind, jeweils Wechselstrom-Ströme zu detektieren, die zwischen dem Wechselrichter und der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine fließen; eine Stromkoordinaten-Transformationseinheit, die konfiguriert ist, die Wechselstrom-Ströme, die jeweils durch die Stromdetektionseinheiten detektiert sind, in einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom zu transformieren, wobei eine Magnetfeldrichtung an der Magnetpolposition als eine d-Achse definiert ist und eine Richtung orthogonal zur d-Achse als eine q-Achse definiert ist; eine Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsen-Strombefehl und einen q-Achsen-Strombefehl als Eingabe von außen zu empfangen und den d-Achsen-Strombefehl und den q-Achsen-Strombefehl zu korrigieren, um einen korrigierten d-Achsen-Strombefehl und einen korrigierten q-Achsen-Strombefehl auszugeben; eine Stromsteuereinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck und einen q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck, einen d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und einen q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck, und einen d-Achsenspannungs-Integralausdruck und einen q-Achsen-Spannungs-Integralausdruck zu berechnen, basierend auf dem d-Achsenstrom und dem q-Achsenstrom, und auf dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl und dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl, so dass der d-Achsenstrom dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl folgt und der q-Achsenstrom dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl folgt; eine Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenspannungsbefehl und einen q-Achsen-Spannungsbefehl zu erzeugen, basierend auf dem d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck und dem q-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck, dem d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und dem q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und dem d-Achsenspannungs-Integralausdruck und dem q-Achsenspannungs-Integralausdruck; eine Spannungskoordinaten-Transformationseinheit, die konfiguriert ist, den d-Achsen-Spannungsbefehl und den q-Achsen-Spannungsbefehl in die Wechselstromspannungsbefehle zu transformieren, die am Wechselrichter einzugeben sind; eine Spannungsabweichungs-Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Spannungsabweichung zu berechnen, die eine Abweichung zwischen dem d-Achsenspannungsbefehl und dem q-Achsen-Spannungsbefehl ist, welche aus der Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit ausgegeben werden, und eine Maximalspannung in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung; eine Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit, die konfiguriert ist, einen Stromkorrekturbetrag in Übereinstimmung mit der Spannungsabweichung zu berechnen; eine Induktanzspeichereinheit, die konfiguriert ist, eine d-Achsen-Induktanz und eine q-Achsen-Induktanz als feste Werte oder Kennfeldwerte vorzuspeichern, welche den d-Achsenstrom und den q-Achsenstrom als Argumente verwenden; eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Stromkorrekturrichtung basierend auf einem Satz des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms oder/und einem Satz des d-Achsen-Strombefehls und des q-Achsen-Strombefehls, und auf der d-Achsen-Induktanz und der q-Achsen-Induktanz zu berechnen; und eine Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenstrom-Korrekturbetrag und einen q-Achsenstrom-Korrekturbetrag zu berechnen, welche für die Korrektur der Stromkorrektur-Additionseinheit zu verwenden ist, basierend auf dem Stromkorrekturbetrag und der Stromkorrekturrichtung, wobei die Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit konfiguriert ist, den d-Achsenstrom-Korrekturbetrag zum d-Achsen-Strombefehl zu addieren, um den korrigierten d-Achsen-Strombefehl zu berechnen, und den q-Achsenstrom-Korrekturbetrag zum q-Achsen-Strombefehl zu addieren, um den korrigierten q-Achsen-Strombefehl zu berechnen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung wird die Stromkorrekturrichtung basierend auf dem d-Achsenstrom und dem q-Achsenstrom erhalten, die durch Koordinatentransformation von Dreiphasen-Wechselstrom-Strömen erhalten werden, die jeweils durch die Stromdetektionseinheiten detektiert werden, um den Korrekturbetrag unter Verwendung der Stromkorrekturrichtung zu erhalten, wodurch der d-Achsen-Strombefehl und der q-Achsen-Strombefehl korrigiert werden, die von außen eingegeben werden. Somit kann die induzierte Spannung rasch durch die Feldabschwächungssteuerung konvergiert werden, innerhalb des Maximalspannungskreises zu liegen, in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration einer Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Stromvektordiagramm der Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß jeder der ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Spannungsvektordiagramm der Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß jeder der ersten bis vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Nunmehr wird eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine (nachfolgend einfach als „Steuervorrichtung“ bezeichnet) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 5 ist ein Stromvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 6 ist ein Spannungsvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
Wie in 1 illustriert, ist die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgelegt für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100, die ein zu steuerndes Ziel ist.
Die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 beinhaltet einen Rotor einschließlich eines Permanentmagneten und einen Stator einschließlich Spulen. Die Spulen des Stators erzeugen ein rotierendes Magnetfeld zum Rotieren des Rotors. Die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 ist in diesem Fall eine Dreiphasen-Wechselstrom-Drehelektromaschine mit einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase.
Eine Magnetpolpositions-Detektionseinheit 110 ist mit der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 verbunden. Die Magnetpolpositions-Detektionseinheit 110 detektiert eine Magnetpolposition θ des Rotors der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100.
Wie in 1 illustriert, beinhaltet die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen Wechselrichter 101, eine Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102, eine Stromsteuereinheit 103, eine Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 104, eine Spannungskoordinaten-Transformationseinheit 105, eine Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit 106, eine Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit 107, eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 und eine Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109.
Weiter ist eine Elektroniksteuereinheit (ECU) 150 mit der Steuervorrichtung verbunden. Die Elektroniksteuereinheit (ECU) 150 ist eine Höherniveau-Vorrichtung für die Steuervorrichtung und ist außerhalb der Steuervorrichtung angeordnet.
Der Wechselrichter 101 ist mit der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 über Dreiphasen-Leitungen verbunden. Weiter ist der Wechselrichter 101 mit einer (nicht gezeigten) Stromversorgung durch eine Gleichrichterschaltung und eine Glättungsschaltung verbunden. Die Stromversorgung ist eine Hochspannungs-Gleichstromversorgung für ein Fahrzeug, welche elektrische Energie sendet und empfängt. Eine Wechselstromspannung aus der Stromversorgung wird in der (nicht gezeigten) Gleichrichtschaltung gleichgerichtet und wird dann durch die (nicht gezeigte) Glättungsschaltung in eine Gleichstromspannung geglättet, die dem Wechselrichter 101 zuzuführen ist.
Dreiphasen-Wechselstrombefehle Vu*, Vv* und Vw*, die später beschrieben werden, werden am Wechselrichter 101 aus der Spannungskoordinaten-Transformationseinheit 105 eingegeben. Der Wechselrichter 101 verwendet aus der Stromversorgung zugeführten elektrischen Strom, um Wechselstromspannungen Vu, Vv und Vw an die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 durch die Dreiphasen-Leitungen anzulegen, basierend auf den Dreiphasen-Wechselstrombefehlen Vu*, Vv* und Vw*. Auf diese Weise werden die Spulen des Stators der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 energetisiert, um eine induzierte Spannung in Spulen zu erzeugen. Der Rotor wird durch die induzierte Spannung rotiert. Die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform führt eine Steuerung zum raschen Konvergieren der induzierten Spannung durch, so dass die induzierte Spannung innerhalb eines Maximalspannungskreises in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung liegt.
Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 sind zwischen dem Wechselrichter 101 und der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 angeordnet. Die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 detektieren Dreiphasen-Wechselstromströme Iu, Iv und Iw, die durch den Wechselrichter 101 bzw. die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 fließen.
Die Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 ist mit der Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 verbunden. Ein d-Achsen-Strombefehl Id0* und ein q-Achsenstrombefehl Iq0* werden in die Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 eingegeben. Es wird angenommen, dass eine Magnetfeldrichtung an einer Magnetpolposition des Rotors der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 eine d-Achse ist und dass eine Richtung orthogonal zur d-Achse eine q-Achse ist. Weiter werden auch ein d-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔId1 und ein q-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔIq1 an der Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 aus der später beschriebenen Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit 106 eingegeben. Die Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 addiert den d-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔId1 zum d-Achsen-Strombefehl Id0*, um einen korrigierten d-Achsen-Strombefehl Id1* auszugeben und addiert den q-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔIq1 zum q-Achsen-Strombefehl Iq0*, um einen korrigierten q-Achsen-Strombefehl Iq1* in Übereinstimmung mit Ausdruck (1) auszugeben. $\begin{matrix} Id 1 * & = Id 0 * + Δ Id 1 \\ Iq 1 * & = Iq 0 * + Δ Iq 1 \end{matrix}$
Der korrigierte d-Achsen-Strombefehl Id1* und der korrigierte q-Achsen-Strombefehl Iq1* werden aus der Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 an die Stromsteuereinheit 103 eingegeben. Weiter werden auch ein d-Achsenstrom Id und ein q-Achsenstrom Iq aus der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 an der Stromsteuereinheit 103 eingegeben. Die Stromsteuereinheit 103 führt eine Rückkopplungssteuerung durch, so dass der d-Achsenstrom Id dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl Id1* folgt und dass der q-Achsenstrom Iq dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl Iq1* folgt. Spezifischer berechnet die Stromsteuereinheit 103 einen d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck Vddc und einen q-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck Vqdc, einen d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vdp und einen q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vqp, und einen d-Achsenspannungs-Integralausdruck Vdi und einen q-Achsenspannungs-Integralausdruck Vqi, basierend auf dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl Id1* und dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl Iq1*, und dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq durch die Rückkopplungssteuerung unter Verwendung der Ausdrücke (2) bis (4). $\begin{matrix} V d i = K d i \int (i d 1 * - I d) d t \\ V q i = K q i \int (I q 1 * - I q) d t \end{matrix}$
In Ausdruck (2) ist Kdi eine d-Achsen-Integralausdruckverstärkung und ist Kqi eine q-Achsen-Integralausdruckverstärkung, die als geeignet passende beliebige numerischer Werte definiert sind. $\begin{matrix} Vdp = Kdp (Id 1 * - Id) \\ Vqp = Kqp (Iq 1 * - Iq) \end{matrix}$
In Ausdruck (3) ist Kdp eine d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck-Verstärkung und ist Kqp eine q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck-Verstärkung, die als geeignete, passende beliebige numerische Werte definiert sind. $\begin{matrix} Vddc = - ω e \times Lq \times Iq \\ Vqdc = - ω e \times (Ld \times Id+ Φ m) \end{matrix}$
In Ausdruck (4) ist Ld eine d-Achsen-Induktanz und ist Lq eine q-Achsen-Induktanz. Die d-Achsen-Induktanz und die q-Achsen-Induktanz werden in einem (nicht gezeigten) Speicher, der in der Steuervorrichtung beinhaltet ist, vorgespeichert. Die d-Achsen-Induktanz und die q-Achsen-Induktanz können feste Werte sein, die konstant sind, unabhängig von Betriebsbedingungen, oder können Kennfeldwerte sein, die sich in Übereinstimmung mit Betriebsbedingungen ändern. Ein Beispiel, in welchem die d-Achsen-Induktanz und die q-Achsen-Induktanz Kennfeldwerte sind, wird beschrieben. Die Steuervorrichtung speichert in dem Speicher ein Kennfeld vor, das Korrespondenzbeziehung zwischen beispielsweise dem d-Achsenstrom Id und der d-Achsen-Induktanz und zwischen dem q-Achsenstrom Iq und der q-Achsen-Induktanz vordefiniert. Die Stromsteuereinheit 103 ermittelt entsprechende Werte der d-Achsen-Induktanz und der q-Achsen-Induktanz aus dem Kennfeld durch Verwendung des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq als Argumente. Die Argumente können andere Parameter sein.
Weiter ist in Ausdruck (4) Φm ein Magnetfluss des Permanentmagneten des in der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 enthaltenen Rotors. Obwohl der Magnetfluss Φm ein gemessener fester Wert ist, kann der Magnetfluss Φm ein Kennfeldwert sein, der eine Spannung oder andere Werte als ein Argument verwendet, oder kann ein aus der Spannung oder anderen Werten abgeschätzter Schätzwert sein.
Weiter ist in Ausdruck (4) ωe eine Drehzahl des in der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 enthaltenen Rotors. Die Drehzahl ωe wird durch Differenzieren der durch die Magnetpolpositions-Detektionseinheit 110 detektierten Magnetpolposition θ ermittelt.
Die Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 104 addiert den d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck Vddc, den d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vdp und den d-Achsenspannungs-Integralausdruck Vdi und addiert den q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck Vqdc, den q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vqp und den q-Achsenspannungs-Integralausdruck Vqi, welche aus der Stromsteuereinheit 103 ausgegeben werden, um einen d-Achsenspannungsbefehl Vd* und einen q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* in Übereinstimmung mit Ausdruck (5) zu ermitteln. $\begin{matrix} Vd * = Vdp + Vdi + Vddc \\ Vq * = Vqp + Vqi + Vqdc \end{matrix}$
Der d-Achsenspannungsbefehl Vd* und der q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* werden aus der Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 104 an die Spannungskoordinaten-Transformationseinheit 105 eingegeben. Weiter wird die durch die Magnetpolpositions-Detektionseinheit 110 detektierte Magnetpolposition θ auch an der Spannungskoordinaten-Transformationseinheit 105 eingegeben. Die Spannungskoordinaten-Transformationseinheit 105 erzeugt die Dreiphasen-Wechselstrom-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vb* aus dem d-Achsenspannungsbefehl Vd*, dem q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* und der Magnetpolposition θ unter Verwendung von Ausdruck (6). Die erzeugten Dreiphasen-Wechselstrom-Spannungsbefehle Vu*, Vv* und Vb* werden am Wechselrichter 101 eingegeben. $(\begin{array}{l} V u * \\ V v * \\ V w * \end{array}) = \sqrt{\frac{2}{3}} (\begin{array}{l} 1 & 0 \\ - \frac{1}{2} & \frac{\sqrt{3}}{2} \\ - \frac{1}{2} & - \frac{\sqrt{3}}{2} \end{array}) (\begin{array}{l} c o s θ - s i n θ \\ s i n θ c o s θ \end{array}) (\begin{array}{l} V d * \\ V q * \end{array})$
Die Dreiphasen-Wechselstromströme Iu, Iv und Iw, welche jeweils durch die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 detektiert werden, werden an der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 eingegeben. Weiter wird auch die durch die Magnetpolpositions-Detektionseinheit 110 detektierte Magnetpolposition θ an der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 eingegeben. Der d-Achsenstrom Id und der q-Achsenstrom Iq werden aus den Dreiphasen-Wechselstromströmen Iu, Iv und Iw und der Magnetpolposition θ durch Verwendung von Ausdruck (7) berechnet. $(\begin{matrix} I d \\ I q \end{matrix}) = (\begin{array}{l} c o s θ & s i n θ \\ - s i n θ & c o s θ \end{array}) \sqrt{\frac{2}{3}} (\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix} \begin{matrix} - \frac{1}{2} & - \frac{1}{2} \\ \frac{\sqrt{3}}{2} & - \frac{\sqrt{3}}{2} \end{matrix}) (\begin{matrix} I u \\ I v \\ I w \end{matrix})$
Der d-Achsenspannungsbefehl Vd* und der q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* werden an der Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit 107 aus der Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 104 eingegeben. Weiter wird auch eine Maximalspannung Vmax gemäß einer Stromversorgungsspannung Vpn an der Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit 107 eingegeben. Die Maximalspannung Vmax wird durch Verwendung von Ausdruck (20) berechnet. $Vmax = Vpn \times MRmax$
Der in Ausdruck (20) verwendete Wert MRmax ist ein durch Experimente oder andere Verfahren bestimmter numerischer Wert. Beispielsweise wird MRmax so bestimmt, dass eine Stromoszillation und ein Systemverlust (im Wechselrichter, dem Motor oder anderen Komponenten) minimal wird. Die Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit 107 berechnet eine Spannungsabweichung, welche eine Abweichung zwischen dem d-Achsenspannungsbefehl Vd* und dem q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* und der Maximalspannung Vmax ist. Die Spannungsabweichung wird als eine Differenz zwischen einer Quadratwurzel der Summe von Quadraten des d-Achsenspannungsbefehls Vd* und des q-Achsenspannungsbefehls Vq* und der Maximalspannung Vmax definiert. Die Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit 107 berechnet einen Korrekturbetrag ΔI, basierend auf der Spannungsabweichung durch Verwendung von Ausdruck (8). $Δ I = k Δ I \times \int (V max - \sqrt{V d *^{2} + V q *^{2}}) d t$
In Ausdruck (8) ist KΔI eine Verstärkung und wird ein durch Anpassen oder andere Verfahren justierter numerischer Wert verwendet. Obwohl die Integralsteuerung in Ausdruck (8) angenommen wird, kann auch eine Proportionalsteuerung und eine Ableitungssteuerung beinhaltet sein.
Der d-Achsenstrom Id und der q-Achsenstrom Iq werden an der Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 aus der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 eingegeben. Weiter erfasst die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 die d-Achsen-Induktanz Ld und die q-Achsen-Induktanz Lq aus dem oben beschriebenen Speicher. Die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 berechnet eine Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq, und der d-Achsen-Induktanz Ld und der q-Achsen-Induktanz Lq in Übereinstimmung mit Ausdruck (9). $θ I = {tan}^{- 1} (\frac{L d}{L q} \times \frac{L q \times I q}{L d \times I d + Φ m})$
Der Stromkorrekturbetrag ΔI wird an der Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit 106 aus der Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit 107 eingegeben. Weiter wird die Stromkorrekturrichtung θI auch aus der Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 an der Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit 106 eingegeben. Die Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit 106 berechnet den d-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔId1 und den q-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔIq1 aus dem Stromkorrekturbetrag ΔI und der Stromkorrekturrichtung θI. $\begin{matrix} Δ Id 1 = Δ I \times cos (θ I) \\ Δ Iq 1 = Δ I \times cos (θ I) \end{matrix}$
In der ersten Ausführungsform wird die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq berechnet, welche durch die Koordinatentransformation der Dreiphasen-Wechselstromströme Iu, Iv und Iw, die jeweils durch die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 in der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 gemessen werden, berechnet, so dass der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* durch verwenden der Stromkorrekturrichtung θI korrigiert werden. Daher sind die folgenden Effekte zu erwarten.
In der ersten Ausführungsform können der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* hinsichtlich einer minimalen Stromänderung korrigiert werden. Somit kann die induzierte Spannung rasch durch die Feldabschwächungssteuerung konvergiert werden, ohne vom Maximalspannungskreis abzuweichen, in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung.
Die oben erwähnte Tatsache wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben.
5 ist ein Stromvektordiagramm in der ersten Ausführungsform. 6 ist ein Spannungsvektordiagramm in der ersten Ausführungsform.
Zuerst wird der Strom Bezug nehmend auf 5 beschrieben.
Wie oben beschrieben, gibt die Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 die Strombefehle Id0* und Iq0* aus. Zu dieser Zeit, wie in 5 gezeigt, wird eine Länge eines synthetischen vorliegenden Vektors 201 des Strombefehls Id0* und des Strombefehls Iq0* nicht konvergiert, innerhalb einer Spannungsbegrenzungsellipse 200 zu liegen.
Um den synthetischen Vektor 201 zu konvergieren, so dass der synthetisierte Vektor 201 innerhalb der Spannungsbegrenzungsellipse 200 liegt, ist es erforderlich, dass der synthetische Vektor 201 in einen synthetischen Vektor 203 transformiert wird. Um den synthetischen Vektor 203 aus dem synthetischen Vektor 201 zu erhalten, ist es nur erforderlich, einen synthetischen Vektor 202 zum synthetischen Vektor 201 hinzuzufügen. Daher wird eine Richtung des synthetischen Vektors 202 ermittelt. Die Richtung ist eine Richtung ab einer Spitze des synthetischen Vektors 201 zu einem Zentrum m der Spannungsbegrenzungsellipse. Diese Richtung ist die oben beschriebene Stromkorrekturrichtung θI.
Daher wird die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq, und der d-Achsen-Induktanz Ld und der q-Achsen-Induktanz Lq so ermittelt, dass die Stromkorrekturrichtung des synthetischen Vektors 201 die Richtung zum Zentrum M der Spannungsbegrenzungsellipse 200 ist. Als Nächstes werden der d-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔId1 und der q-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔIq1 basierend auf der Stromkorrekturrichtung θI ermittelt. Der synthetische Vektor des so ermittelten d-Achsenstrom-Korrekturbetrags ΔI1 und q-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔIq1 ist der synthetische Vektor 202, wie in 5 gezeigt. Daher, durch die Hinzufügung des synthetischen Vektors 202 zum synthetischen Vektor 201 wird der synthetische Vektor 203 ermittelt.
Als Nächstes wird die Spannung Bezug nehmend auf 6 beschrieben. Ein synthetischer Vektor der Spannung, welcher der resultierenden Spannung 201 des in 5 gezeigten Stroms entspricht, ist ein in 6 gezeigter synthetischer Vektor 301. Eine Länge der sich ergebenden Spannung 301 wird nicht konvergiert, innerhalb eines Maximalspannungskreises 300 in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung zu liegen.
Derweil ist ein synthetischer Vektor der Spannung, welcher der sicher ergebenden Spannung 203 des in 5 gezeigten Stroms entspricht, ein in 6 gezeigter synthetischer Vektor 302. Eine Länge der sich ergebenden Spannung 302 wird konvergiert, innerhalb des Maximalspannungskreises 300 zu liegen, in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung.
Wie oben beschrieben, wird in der ersten Ausführungsform die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq berechnet, welche durch Koordinatentransformation der Dreiphasen-Wechselstromströme Iu, Iv und Iw ermittelt werden, die jeweils durch die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 gemessen werden, so dass der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl I10* unter Verwendung der Stromkorrekturrichtung θI korrigiert wird. Somit können selbst bei einer kleinen Stromänderung der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* korrigiert werden. Daher kann die induzierte Spannung rasch durch die Feldabschwächungssteuerung konvergiert werden, innerhalb des Maximalspannungskreises 300 zu liegen, in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung.
Wie oben beschrieben, beinhaltet die Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß der ersten Ausführungsform den Wechselrichter 101, der konfiguriert ist, die Wechselstrom-Spannungsbefehle Vu*, Vv*, Vw* als Eingabe zu empfangen und die Wechselstromspannungen als Vu, Vv und Vw an die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 anzulegen, basierend auf den Wechselstrombefehlen, die Magnetpolpositions-Detektionseinheit 110, die konfiguriert ist, die Magnetpolposition θ des Rotors zu detektieren, die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113, die konfiguriert sind, jeweils die zwischen dem Wechselrichter 101 und der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 fließenden Wechselströme zu detektieren, die Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109, die konfiguriert ist, die Wechselstrom-Ströme Iu, Iv und Iw, die jeweils durch die Stromdetektionseinheiten detektiert werden, in den d-Achsenstrom Id und den q-Achsenstrom Iq zu transformieren, wobei die Magnetfeldrichtung der Magnetpolposition θ als die d-Achse definiert ist und die Richtung orthogonal zur d-Achse als die q-Achse definiert ist, wobei die Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 konfiguriert ist, den d-Achsen-Strombefehl Id0* und den q-Achsen-Strombefehl Iq0* als Eingabe von außen zu empfangen und den d-Achsen-Strombefehl und den q-Achsen-Strombefehl zu korrigieren, um den korrigierten d-Achsen-Strombefehl Id1* und den korrigierten q-Achsen-Strombefehl Iq1* auszugeben, wobei die Stromsteuereinheit 103 konfiguriert ist, den d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck Vddc und den q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck Vqdc, den d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vdp und den q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vqp, und den d-Achsenspannungs-Integralausdruck Vdi und den q-Achsenspannungs-Integralausdruck Vqi zu berechnen, basierend auf dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq und auf dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl Iq1*, so dass der d-Achsenstrom dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl Id1* folgt und der q-Achsenstrom Iq dem korrigierten q-Achsenstrombefehl Iq1* folgt, wobei die Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 104 konfiguriert ist, den d-Achsenspannungsbefehl Vd* und den q-Achsenspannungsbefehl Vq* basierend auf dem d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck Vddc und dem q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck Vqdc, dem d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vdp und den q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck Vqp, und dem d-Achsenspannungs-Integralausdruck Vdi und dem q-Achsenspannungs-Integralausdruck Vqi zu erzeugen, wobei die Spannungskoordinaten-Transformationseinheit 105 konfiguriert ist, den d-Achsenspannungsbefehl Vd* und den q-Achsen-Spannungsbefehl Vq* in die Wechselstromspannungsbefehle Vu*, Vv*, und Vw*, die am Wechselrichter 101 einzugeben sind, zu transformieren, wobei die Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit 107 eine Spannungsabweichungs-Recheneinheit beinhaltet, die konfiguriert ist, die Spannungsabweichung, die eine Abweichung zwischen dem d-Achsenspannungsbefehl Vd* und dem q-Achsenspannungsbefehl Vq* ist, die aus der Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit 104 ausgegeben werden, und die Maximalspannung Vmax in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung zu berechnen, und eine Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit, die konfiguriert ist, den Stromkorrekturbetrag ΔI in Übereinstimmung mit der Spannungsabweichung zu berechnen, wobei der Speicher als eine Induktanz-Speichereinheit dient, die konfiguriert ist, die d-d-Achsen-Induktanz Ld und die q-Achsen-Induktanz Lq als die festen Werte oder die Kennfeldwerte vorzuspeichern, welche den d-Achsenstrom Id und den q-Achsenstrom Iq als die Argumente verwenden, wobei die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 konfiguriert ist, die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq zu berechnen, die aus der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 ausgegeben werden, und auf der d-Achsen-Induktanz Ld und der q-Achsen-Induktanz Lq, und die Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit 106 konfiguriert ist, den d-Achsen-Korrekturbetrag ΔId1 und den q-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔIq1 zu berechnen, welche für die Korrektur der Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 zu verwenden sind, basierend auf dem Stromkorrekturbetrag ΔI und der Stromkorrekturrichtung θI. Die Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit 102 ist konfiguriert, den d-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔI1 zum d-Achsen-Strombefehl Id0* zu addieren, um den korrigierten d-Achsen-Strombefehl Id1* zu berechnen und den q-Achsenstrom-Korrekturbetrag ΔIq1 zum q-Achsenstrombefehl Iq0* zu addieren, um den korrigierten q-Achsen-Strombefehl Iq1* zu berechnen. Auf diese Weise wird in der ersten Ausführungsform die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq berechnet, welche durch Koordinaten-Transformation der Dreiphasen-Wechselstromströmen Iu, Iv und Iw jeweils gemessen durch die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113, erhalten werden, so dass der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* unter Verwendung der Stromkorrekturrichtung θI korrigiert werden. Daher, selbst bei einer kleinen Stromänderung, kann der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* korrigiert werden. Daher kann die induzierte Spannung schnell durch die Feldabschwächungssteuerung konvergiert werden, innerhalb des Maximalspannungskreises 300 zu liegen, in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung.
Zweite Ausführungsform
Nunmehr wird eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine (nachfolgend einfach als „Steuervorrichtung“ bezeichnet), gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 5 ist ein Stromvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 6 ist ein Spannungsvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 5 und 6 sind bereits in der ersten Ausführungsform beschrieben worden und daher wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Es ist in der ersten Ausführungsform das Beispiel beschrieben worden, in welchem die Stromkorrekturrichtung θI durch Verwendung des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq berechnet wird, welche aus der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 ausgegeben werden. Der d-Achsenstrom Id und der q-Achsenstrom Iq werden durch Koordinatentransformation der Dreiphasen-Wechselstromströme Iu, Iv und Iw erhalten, welche jeweils durch die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 gemessen werden.
Derweil wird in der zweiten Ausführungsform, im Gegensatz zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform, die Stromkorrekturrichtung θI durch Verwendung des d-Achsen-Strombefehls Id0* und des q-Achsen-Strombefehls Iq0* berechnet, die aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 ausgegeben werden.
Daher wird in der zweiten Ausführungsform, wie in 2 illustriert, eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108A anstelle der in 1 illustrierten Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 angeordnet. Die verbleibende Konfiguration und der Betrieb sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform und daher wird deren Beschreibung hier weggelassen.
In der zweiten Ausführungsform werden der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* an die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108A aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 eingegeben. Weiter erfasst die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108A die d-Achsen-Induktanz Ld und die q-Achsen-Induktanz Lq aus dem Speicher. Die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108A berechnet die Stromkorrekturrichtung θI, basierend auf dem d-Achsen-Strombefehl Id0* und dem q-Achsen-Strombefehl Iq0* und der d-Achsen-Induktanz Ld und der q-Achsen-Induktanz Lq in Übereinstimmung mit Ausdruck (11). $θ I = {tan}^{- 1} (\frac{L d}{L q} \times \frac{L q \times I q 0 *}{L d \times I d 0 * + Φ m})$
Wie oben beschrieben, wird in der zweiten Ausführungsform die Stromkorrekturrichtung θI unter Verwendung des d-Achsen-Strombefehls Id0* und des q-Achsen-Strombefehls Iq0*, die aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 ausgegeben werden, berechnet. Daher werden die folgenden Effekte erwartet.
Im Vergleich zu dem Fall, in welchem die Stromkorrekturrichtung θI unter Verwendung des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq berechnet wird, die durch Koordinatentransformation der jeweils durch die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 gemessenen DreiPhasen-Stromströme erhalten werden, gibt es keine Rückkopplungszeitverzögerung, welche durch die Stromdetektionseinheiten erzeugt wird. Daher, selbst wenn sich der Strombefehl aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 plötzlich ändert, kann die induzierte Spannung rasch konvergiert werden, innerhalb des Maximalspannungskreises in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung zu liegen.
Dritte Ausführungsform
Nunmehr wird eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine (nachfolgend einfach als „Steuervorrichtung“ bezeichnet) gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. 5 ist ein Stromvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. 6 ist ein Spannungsvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. 5 und 6 sind bereits in der ersten Ausführungsform beschrieben worden und daher wird deren Beschreibung hier weggelassen.
In der dritten Ausführungsform, im Gegensatz zu den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen, wird die Stromkorrekturrichtung θI unter Verwendung des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq berechnet, die aus der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 ausgegeben werden, und den d-Achsen-Strombefehl Id0* und den q-Achsen-Strombefehl Iq0*, die aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 ausgegeben werden.
Daher wird in der dritten Ausführungsform, wie in 3 illustriert, eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108B anstelle der in 1 illustrierten Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 angeordnet.
Weiter, wie in 3 illustriert, ist eine Strommischeinheit 114 angeordnet. Die Strommischeinheit 114 addiert den d-Achsenstrom Id und den q-Achsenstrom Iq, welche aus der Stromkoordinaten-Transformationseinheit 109 ausgegeben werden, zum d-Achsen-Strombefehl Id0* und den q-Achsen-Strombefehl Iq0*, die aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 ausgegeben werden, um einen d-Achsen-Mischstrom Idmix bzw. einen q-Achsen-Mischstrom Iqmix auszugeben.
Die verbleibende Konfiguration und der Betrieb sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform und daher wird deren Beschreibung hier weggelassen. $\begin{matrix} Idmix = Id + Id 0 * \\ Iqmix = Iq + Id 0 * \end{matrix}$
In der dritten Ausführungsform werden der d-Achsen-Mischstrom Idmix und der q-Achsen-Mischstrom Iqmix aus der Strommischeinheit 114 an die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108B eingegeben. Weiter erfasst die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108B die d-Achsen-Induktanz Ld und die q-Achsen-Induktanz Lq aus dem Speicher. Die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108B berechnet die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsen-Mischstrom Idmix und dem q-Achsen-Mischstrom Iqmix und der d-Achsen-Induktanz Ld und der q-Achsen-Induktanz Lq in Übereinstimmung mit Ausdruck (13). $θ I = {tan}^{- 1} (\frac{L d}{L q} \times \frac{L q \times I q m i x}{L d \times I d m i x \times Φ m})$
Wie oben beschrieben, werden die folgenden Effekte durch das Berechnen der Stromkorrekturrichtung θI unter Verwendung des d-Achsen-Mischstroms Idmix und des q-Achsen-Mischstroms Iqmix erwartet. Wie oben beschrieben, enthalten der d-Achsen-Mischstrom Idmix bzw. der q-Achsen-Mischstrom Iqmix nicht nur den d-Achsenstrom Id und den q-Achsenstrom Iq, die durch Koordinatentransformation der durch die Stromdetektionseinheiten 111, 112 und 113 gemessenen Dreiphasen-Wechselstromströme ermittelt werden, sondern auch den d-Achsen-Strombefehl Id0* und den q-Achsen-Strombefehl Iq0*, die aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 ausgegeben werden.
In der dritten Ausführungsform wird die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-Achsen-Mischstrom Idmix, der den d-Achsenstrom Id enthält, und dem q-Achsen-Mischstrom Iqmix, der den q-Achsenstrom Iq enthält, berechnet, so dass der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* unter Verwendung der Stromkorrekturrichtung θI korrigiert werden. Daher, wie in der ersten Ausführungsform, können der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* selbst bei kleiner Änderung korrigiert werden.
Weiter sind in der dritten Ausführungsform der aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 ausgegebene Strombefehl Id0* und der Strombefehl Iq0* im d-Achsen-Mischstrom Idmix bzw. dem q-Achsen-Mischstrom Iqmix enthalten. Daher, im Vergleich zu dem Fall, bei welchem die Stromkorrekturrichtung θI nur mit dem d-Achsenstrom Id und dem q-Achsenstrom Iq berechnet wird, selbst wenn der Strombefehl aus der Elektroniksteuervorrichtung (ECU) 150 sich plötzlich ändert, kann die induzierte Spannung rasch konvergiert werden, innerhalb des Maximalspannungskreises zu liegen, in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung unter Berücksichtigung der plötzlichen Änderung.
Vierte Ausführungsform
Nunmehr wird eine Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine (nachfolgend einfach als „Steuervorrichtung“ bezeichnet) gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. 5 ist ein Stromvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. 6 ist ein Spannungsvektordiagramm der Steuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. 5 und 6 sind bereits in der ersten Ausführungsform beschrieben worden und daher wird deren Beschreibung hier weggelassen.
In der vierten Ausführungsform, im Gegensatz zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform, ist eine Spannungs-Gleichgewichtszustands-Ausdruckerzeugungseinheit 115, wie in 4 illustriert, angeordnet. Der d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck Vddc und der q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck Vqdc, und der d-Achsenstrom-Integralausdruck Vdi und der q-Achsenstrom-Integralausdruck Vqi, die aus der Stromsteuereinheit 103 ausgegeben werden, werden an der Spannungs-Gleichgewichtszustands-Ausdruckerzeugungseinheit 115 eingegeben. Die Spannungs-Gleichgewichtszustands-Ausdruckerzeugungseinheit 115 addiert den d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck Vddc und den d-Achsenspannungs-Integralausdruck Vdi, um den d-Spannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vdconst auszugeben und addiert den q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck Vqdc und den q-Achsenspannungs-Integralausdruck Vqi, um den q-AchsenSpannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vqconst auszugeben, in Übereinstimmung mit Ausdruck (14). $\begin{array}{l} Vdconst=Vdi + Vddc \\ Vqcost=Vqi + Vqdc \end{array}$
Weiter, in der vierten Ausführungsform, wie in 4 beschrieben, ist eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108C anstelle der in 1 illustrierten Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108 angeordnet.
Die verbleibende Konfiguration und Operation sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform und daher wird deren Beschreibung hier weggelassen.
In der vierten Ausführungsform werden der d-Achsen-Spannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vdconst und der q-AchsenSpannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vqconst an der Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108C aus der Spannungs-Gleichgewichtszustands-Ausdruckerzeugungseinheit 115 eingegeben. Weiter erfasst die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108C die d-Achsen-Induktanz Ld und die q-Achsen-Induktanz Lq aus dem Speicher. Die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit 108C berechnet die Stromkorrekturrichtung θI, basierend auf dem d-AchsenSpannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vdconst und dem q-Achsen-Spannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vqconst, und der d-Achsen-Induktanz Ld und der q-Achsen-Induktanz Lq in Übereinstimmung mit Ausdruck (15). $θ I = {tan}^{- 1} (\frac{L d}{L q} \times \frac{V d c o n s t}{V q c o n s t})$
Wie oben beschrieben, wird in der vierten Ausführungsform die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-AchsenSpannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vdconst und dem q-Achsen-Spannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vqconst berechnet. Durch Verwendung der Stromkorrekturrichtung θI werden der d-Achsen-Strombefehl Id0* und der q-Achsen-Strombefehl Iq0* korrigiert. Somit werden die folgenden Effekte erwartet.
In der vierten Ausführungsform wird die Stromkorrekturrichtung θI basierend auf dem d-AchsenSpannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vdconst und dem q-Achsen-Spannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck Vqconst berechnet. Somit, selbst wenn eine Temperatur von sowohl dem Stator, dem Rotor, einem Anker als auch anderen Komponenten der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine 100 sich ändern, kann die induzierte Spannung durch die Feldabschwächungssteuerung konvergiert werden, innerhalb des Maximalspannungskreises zu liegen, in Übereinstimmung mit der Stromversorgungsspannung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002095300 A [0004]
JP 2003009598 A [0004]

Claims

Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine, wobei die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine beinhaltet: einen Rotor, der einen Permanentmagneten beinhaltet; und einen Stator, der Spulen beinhaltet, die konfiguriert sind, ein rotierendes Magnetfeld zum Rotieren des Rotors zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung umfasst: einen Wechselrichter, der konfiguriert ist, Wechselstrom-Spannungsbefehle als Eingabe zu empfangen und Wechselstrom-Spannungen an die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine anzulegen, basierend auf den Wechselstrom-Spannungsbefehlen; eine Magnetpol-Positionsdetektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Magnetpolposition des Rotors zu detektieren; Stromdetektionseinheiten, die konfiguriert sind, jeweils Wechselstrom-Ströme zu detektieren, die zwischen dem Wechselrichter und der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine fließen; eine Stromkoordinaten-Transformationseinheit, die konfiguriert ist, die Wechselstrom-Ströme, die jeweils durch die Stromdetektionseinheiten detektiert sind, in einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom zu transformieren, wobei eine Magnetfeldrichtung an der Magnetpolposition als eine d-Achse definiert ist und eine Richtung orthogonal zur d-Achse als eine q-Achse definiert ist; eine Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsen-Strombefehl und einen q-Achsen-Strombefehl als Eingabe von außen zu empfangen und den d-Achsen-Strombefehl und den q-Achsen-Strombefehl zu korrigieren, um einen korrigierten d-Achsen-Strombefehl und einen korrigierten q-Achsen-Strombefehl auszugeben; eine Stromsteuereinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck und einen q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck, einen d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und einen q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck, und einen d-Achsenspannungs-Integralausdruck und einen q-AchsenSpannungs-Integralausdruck zu berechnen, basierend auf dem d-Achsenstrom und dem q-Achsenstrom, und auf dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl und dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl, so dass der d-Achsenstrom dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl folgt und der q-Achsenstrom dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl folgt; eine Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenspannungsbefehl und einen q-Achsen-Spannungsbefehl zu erzeugen, basierend auf dem d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck und dem q-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck, dem d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und dem q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und dem d-Achsenspannungs-Integralausdruck und dem q-Achsenspannungs-Integralausdruck; eine Spannungskoordinaten-Transformationseinheit, die konfiguriert ist, den d-Achsen-Spannungsbefehl und den q-Achsen-Spannungsbefehl in die Wechselstromspannungsbefehle zu transformieren, die am Wechselrichter einzugeben sind; eine Spannungsabweichungs-Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Spannungsabweichung, die eine Abweichung zwischen dem d-Achsenspannungsbefehl und dem q-Achsen-Spannungsbefehl ist, welche aus der Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit ausgegeben werden, und eine Maximalspannung in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung zu berechnen; eine Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit, die konfiguriert ist, einen Stromkorrekturbetrag in Übereinstimmung mit der Spannungsabweichung zu berechnen; eine Induktanzspeichereinheit, die konfiguriert ist, eine d-Achsen-Induktanz und eine q-Achsen-Induktanz als feste Werte oder Kennfeldwerte vorzuspeichern, welche den d-Achsenstrom und den q-Achsenstrom als Argumente verwenden; eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Stromkorrekturrichtung basierend auf einem Satz des d-Achsenstroms oder/und des q-Achsenstroms und einem Satz des d-Achsen-Strombefehls und des q-Achsen-Strombefehls, und auf der d-Achsen-Induktanz und der q-Achsen-Induktanz zu berechnen; und eine Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenstrom-Korrekturbetrag und einen q-Achsenstrom-Korrekturbetrag zu berechnen, welche für die Korrektur in der Stromkorrektur-Additionseinheit zu verwenden sind, basierend auf dem Stromkorrekturbetrag und der Stromkorrekturrichtung, wobei die Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit konfiguriert ist, den d-Achsenstrom-Korrekturbetrag zum d-Achsen-Strombefehl zu addieren, um den korrigierten d-Achsen-Strombefehl zu berechnen, und den q-Achsenstrom-Korrekturbetrag zum q-Achsen-Strombefehl zu addieren, um den korrigierten q-Achsen-Strombefehl zu berechnen.
Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit konfiguriert ist, die Stromkorrekturrichtung zu berechnen, basierend auf dem d-Achsenstrom und dem q-Achsenstrom, und auf der d-Achsen-Induktanz und der q-Achsen-Induktanz.
Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit konfiguriert ist, die Stromkorrekturrichtung zu berechnen, basierend auf dem d-Achsen-Strombefehl und dem q-Achsen-Strombefehl, und auf der d-Achsen-Induktanz und der q-Achsen-Induktanz.
Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit konfiguriert ist, die Stromkorrekturrichtung basierend auf einem d-Achsen-Mischstrom, der ermittelt wird durch Addieren des d-Achsen-Strombefehls zum d-Achsenstrom, und einem q-Achsen-Mischstrom, der erhalten wird durch Addieren des q-Achsen-Strombefehls zum q-Achsenstrom, und auf der d-Achsen-Induktanz und der q-Achsen-Induktanz.
Steuervorrichtung für eine Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine, wobei die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine beinhaltet: einen Rotor, der einen Permanentmagneten beinhaltet; und einen Stator, der Spulen beinhaltet, die konfiguriert sind, ein rotierendes Magnetfeld zum Rotieren des Rotors zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung umfasst: einen Wechselrichter, der konfiguriert ist, Wechselstrom-Spannungsbefehle als Eingabe zu empfangen und Wechselstrom-Spannungen an die Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine anzulegen, basierend auf den Wechselstrom-Spannungsbefehlen; eine Magnetpol-Positionsdetektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Magnetpolposition des Rotors zu detektieren; Stromdetektionseinheiten, die konfiguriert sind, jeweils Wechselstrom-Ströme zu detektieren, die zwischen dem Wechselrichter und der Permanentmagnettyp-Drehelektromaschine fließen; eine Stromkoordinaten-Transformationseinheit, die konfiguriert ist, die Wechselstrom-Ströme, die jeweils durch die Stromdetektionseinheiten detektiert sind, in einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom zu transformieren, wobei eine Magnetfeldrichtung an der Magnetpolposition als eine d-Achse definiert ist und eine Richtung orthogonal zur d-Achse als eine q-Achse definiert ist; eine Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsen-Strombefehl und einen q-Achsen-Strombefehl als Eingabe von außen zu empfangen und den d-Achsen-Strombefehl und den q-Achsen-Strombefehl zu korrigieren, um einen korrigierten d-Achsen-Strombefehl und einen korrigierten q-Achsen-Strombefehl auszugeben; eine Stromsteuereinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck und einen q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck, einen d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und einen q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck, und einen d-Achsenspannungs-Integralausdruck und einen q-AchsenSpannungs-Integralausdruck zu berechnen, basierend auf dem d-Achsenstrom und dem q-Achsenstrom, und auf dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl und dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl, so dass der d-Achsenstrom dem korrigierten d-Achsen-Strombefehl folgt und der q-Achsenstrom dem korrigierten q-Achsen-Strombefehl folgt; eine Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenspannungsbefehl und einen q-Achsen-Spannungsbefehl zu erzeugen, basierend auf dem d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck und dem q-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck, dem d-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und dem q-Achsenspannungs-Proportionalausdruck und dem d-Achsenspannungs-Integralausdruck und dem q-Achsenspannungs-Integralausdruck; eine Spannungskoordinaten-Transformationseinheit, die konfiguriert ist, den d-Achsen-Spannungsbefehl und den q-Achsen-Spannungsbefehl in die Wechselstromspannungsbefehle zu transformieren, die am Wechselrichter einzugeben sind; eine Spannungsabweichungs-Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Spannungsabweichung, die eine Abweichung zwischen dem d-Achsenspannungsbefehl und dem q-Achsen-Spannungsbefehl ist, welche aus der Spannungsbefehls-Erzeugungseinheit ausgegeben werden, und eine Maximalspannung in Übereinstimmung mit einer Stromversorgungsspannung zu berechnen; eine Stromkorrekturbetrags-Recheneinheit, die konfiguriert ist, einen Stromkorrekturbetrag in Übereinstimmung mit der Spannungsabweichung zu berechnen; eine Spannungs-Gleichgewichtszustands-Ausdruckerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenspannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck und einen q-Achsenspannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck zu erzeugen, basierend auf dem d-Achsenspannungs-Nichtinterferenzausdruck und dem q-Achsenspannung-Nichtinterferenzausdruck, und dem d-Achsenspannungs-Integralausdruck und dem q-Achsenspannungs-Integralausdruck, die aus der Stromsteuereinheit ausgegeben werden; eine Induktanz-Speichereinheit, die konfiguriert ist, eine d-Achsen-Induktanz und eine q-Achsen-Induktanz als feste Werte oder Kennfeldwerte vorzuspeichern, welche den d-Achsenstrom und den q-Achsenstrom als Argumente verwenden; eine Stromkorrekturrichtungs-Recheneinheit, die konfiguriert ist, eine Stromkorrekturrichtung zu berechnen, basierend auf dem d-Achsenspannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck und dem q-Achsenspannungs-Gleichgewichtszustandsausdruck, die aus der Spannungs-Gleichgewichtszustands-Ausdruckerzeugungseinheit ausgegeben werden, und auf der d-Achsen-Induktanz und der q-Achsen-Induktanz; und eine Stromkorrekturbetrags-Zerlegungseinheit, die konfiguriert ist, einen d-Achsenstrom-Korrekturbetrag und einen q-Achsenstrom-Korrekturbetrag zu berechnen, welche für die Korrektur in der Stromkorrektur-Additionseinheit zu verwenden sind, basierend auf dem Stromkorrekturbetrag und der Stromkorrekturrichtung, wobei die Stromkorrekturbetrags-Additionseinheit konfiguriert ist, den d-Achsenstrom-Korrekturbetrag zum d-Achsen-Strombefehl zu addieren, um den korrigierten d-Achsen-Strombefehl zu berechnen, und den q-Achsenstrom-Korrekturbetrag zum q-Achsen-Strombefehl zu addieren, um den korrigierten q-Achsen-Strombefehl zu berechnen.