DE112020000408T5 - Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine - Google Patents

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Abstract

Ein Steuerungssystem (100) für eine rotierende elektrische Maschine, dessen Steuerungsziel eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine (80) mit M Spulensätzen (8) ist, umfasst M Wechselrichter (50), die jeweils eine Vielzahl von Schaltelementen (5) enthalten und mit einer Gleichstromenergieversorgung (41) und einem der Spulensätze (8) verbunden sind, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen umzuwandeln; M Stromsensoren (6), die jeweils für jeden Spulensatz (8) bereitgestellt sind, um einen Wechselstrom jeder Phase zu erfassen, der durch den Spulensatz (8) fließt; und eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30), die Schaltsteuersignale (S) zur Steuerung der Vielzahl von Schaltelementen (5) erzeugt. Die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) führt eine Stromrückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine (80) unter Verwendung aller von den M Stromsensoren (6) erhaltenen Erfassungswerte für jede der N Phasen durch, um die den M Wechselrichtern (50) gemeinsamen Schaltsteuersignale (S) zu erzeugen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine, dessen Steuerungsziel eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine mit einer Vielzahl von Spulensätzen ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die JP 2018-130007 A offenbart eine Steuerungsvorrichtung (10) für eine rotierende elektrische Maschine, die eine rotierende elektrische Maschine (80) steuert, die Statorwicklungen (180 und 280) einer Vielzahl von Systemen umfasst, die eine Vielzahl von Spulensätzen sind (in diesem Stand der Technik sind die Bezugszeichen in Klammern diejenigen in der Druckschrift, auf die Bezug genommen wird). Die Steuerungsvorrichtung für rotierende elektrische Maschinen (10) treibt jede der Statorwicklungen (180 und 280) von zwei Systemen über unterschiedliche und unabhängige Wechselrichter (120 und 220) an. Darüber hinaus wird die Stromrückkopplungssteuerung von jedem der Wechselrichter (120 und 220) durch unterschiedliche und unabhängige Steuerteile (131 und 231) durchgeführt. Die zurückzukoppelnden Ströme werden von Stromsensoren (125 und 225) erfasst, die von den Statorwicklungen (180 und 280) unabhängig sind.
  • ZITATEN LISTE
  • PATENTLITERATUR
  • Patentschrift 1: JP 2018-130007 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHE PROBLEME
  • Die vorstehend beschriebene Steuerungsvorrichtung (10) für eine rotierende elektrische Maschine muss die beiden Wechselrichter (120 und 220) und die beiden Steuerteile (131 und 231) zur Steuerung der beiden Wechselrichter (120 bzw. 220) enthalten, wodurch die Kosten der Vorrichtung wahrscheinlich steigen. Indessen, wenn die Steuerung durchgeführt wird, indem Ströme derselben Phase durch die Statorwicklungen zweier Systeme fließen können, müssen nicht alle Antriebsvorrichtungen (Wechselrichter und Steuerschaltungen), um Ströme durch die beiden Statorwicklungen (180 und 280) fließen zu lassen, unabhängig von ihren entsprechenden Statorwicklungen (180 und 280) bereitgestellt werden, wie in der Steuerungsvorrichtung (10) der rotierenden elektrischen Maschine. In einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer Vielzahl von Statorwicklungen haben die Statorwicklungen oft die gleiche Konfiguration und die gleichen elektrischen Spezifikationen, und in einem solchen Fall kann beispielsweise durch eine Steuerschaltung, die zwei für zwei Statorwicklungen bereitgestellte Wechselrichter steuert, die Miniaturisierung und Kostenreduzierung eines Systems erreicht werden. Zum Beispiel können zwei Wechselrichter gesteuert werden, indem die gleichen Steuersignale von einer Steuerungsvorrichtung an die beiden Wechselrichter ausgegeben werden.
  • Wenn also eine Vielzahl von Statorwicklungen die gleiche Konfiguration und die gleichen elektrischen Spezifikationen haben und eine Steuerschaltung aus einem System besteht, ist es möglich, eine Stromrückkopplungssteuerung durchzuführen, indem Rückkopplungsströme nur auf einer Wechselstromseite von einem der Wechselrichter (oder einer der Statorwicklungen) erfasst werden. Da es jedoch individuelle Unterschiede zwischen den beiden Statorwicklungen und den beiden Wechselrichtern gibt, sind die zu fließenden Ströme selbst bei identischen Spezifikationen nicht immer vollständig identisch. Wenn die Stromrückkopplungssteuerung daher nur mit Strömen durchgeführt wird, die durch einen der beiden Wechselrichter fließen, besteht die Möglichkeit einer Erhöhung der Drehmomentwelligkeit oder von Schwingungen bzw. Vibrationen der rotierenden elektrischen Maschine.
  • In Anbetracht des vorstehend beschriebenen Hintergrunds wird eine Technik gesucht, die es einem System, dessen Steuerungsziel eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine mit mehreren Spulensätzen ist, ermöglicht, eine Zunahme deren Größe zusammen mit einer Zunahme der Anzahl der Spulensätze zu unterdrücken und in der Lage zu sein, eine rotierende elektrische Maschine durch Unterdrückung von Drehmomentwelligkeit, Vibration usw. angemessen zu Steuern.
  • LÖSUNGEN DER PROBLEME
  • In einem Aspekt umfasst ein Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine, dessen Steuerungsziel eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine ist, die M Spulensätze (M ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 2) mit N Phasen (N ist eine natürliche Zahl) umfasst, und das die vorstehende Beschreibung berücksichtigt: M Inverter bzw. Wechselrichter, die jeweils eine Vielzahl von Schaltelementen enthalten und mit einer Gleichstromenergieversorgung und einem der Spulensätze verbunden sind, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen umzuwandeln; M Stromsensoren, die jeweils für einen der Spulensätze von N Phasen bereitgestellt sind, um einen durch den Spulensatz fließenden Wechselstrom jeder Phase zu erfassen, und eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung, die Schaltsteuersignale zum Steuern der Vielzahl von Schaltelementen erzeugt, um die Wechselrichter zu steuern, und wobei die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung eine Stromrückkopplungssteuerung bzw. -regelung der rotierenden elektrischen Maschine unter Verwendung aller Erfassungswerte für jede der N Phasen, die von den M Stromsensoren erhalten werden, durchführt, um die den M Wechselrichtern gemeinsamen Schaltsteuersignale zu erzeugen.
  • Gemäß dieser Konfiguration werden alle der M Wechselrichter durch die gleichen Schaltsteuersignale gesteuert. Daher wird selbst dann, wenn die rotierende elektrische Maschine eine Vielzahl von Spulensätzen umfasst, eine Zunahme der Größe des Steuerungssystems der rotierenden elektrischen Maschine entsprechend der Anzahl der Spulensätze unterdrückt. Darüber hinaus führt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung, die die M Wechselrichter steuert, eine Stromrückkopplungssteuerung unter Verwendung aller Erfassungswerte der Ströme durch, die durch alle M Spulensätze fließen. Es gibt z.B. einen Fall, in dem selbst bei gleicher Konfiguration und gleichen elektrischen Spezifikationen zwischen allen M Spulensätzen und zwischen allen M Wechselrichtern ein Unterschied in den elektrischen Eigenschaften aufgrund von individuellen Unterschieden besteht. Indem die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung eine Stromrückkopplungssteuerung unter Verwendung der von allen M Stromsensoren erhaltenen Erfassungswerte durchführt, kann ein aus solchen individuellen Unterschieden resultierender Steuerungsfehler unterdrückt werden. Entsprechend dieser Konfiguration unterdrückt ein System, dessen Steuerungsziel eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine mit einer Vielzahl von Spulensätzen ist, eine Zunahme dessen Größe zusammen mit einer Zunahme der Anzahl von Spulensätzen und kann die rotierende elektrische Maschine durch Unterdrückung von Drehmomentwelligkeit, Vibration usw. angemessen Steuern.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des Steuerungssystems für rotierende elektrische Maschinen werden aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich, das mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Blockdarstellung, die ein Beispiel für ein Steuerungssystem einer rotierenden elektrischen Maschine zeigt.
    • 2 ist eine Blockdarstellung, die ein Beispiel für eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung zeigt.
    • 3 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem und einem Dreiphasen-Koordinatensystem zeigt.
    • 4 ist eine Blockdarstellung, die ein weiteres Beispiel für eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines Steuerungssystems für eine rotierende elektrische Maschine anhand der Zeichnungen beschrieben. Das Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine steuert den Antrieb einer rotierenden elektrischen Maschine, die z.B. als Antriebskraftquelle eines Fahrzeugs dient. Eine Blockdarstellung von 1 zeigt schematisch eine Systemkonfiguration eines Steuerungssystems für eine rotierende elektrische Maschine 100. Ein Steuerungsziel des Steuerungssystems 100 für eine rotierende elektrische Maschine ist eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine 80 mit M Spulensätzen 8 (M ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 2) von N Phasen (N ist eine natürliche Zahl). Die M Spulensätze 8 sind Spulensätze 8, die alle die gleichen Spezifikationen aufweisen (die gleiche Konfiguration und die gleichen elektrischen Spezifikationen), und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die M Spulensätze 8 alle Spulensätze 8 von drei Phasen (N = 3). Darüber hinaus zeigt das vorliegende Ausführungsbeispiel beispielhaft einen Modus, in dem die rotierende elektrische Maschine 80 zwei (M = 2) Spulensätze 8 umfasst: einen ersten Spulensatz 81 und einen zweiten Spulensatz 82.
  • Die rotierende elektrische Maschine 80, die durch das Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine 100 angetrieben werden soll, ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), der einen Stator 8s mit den beiden Spulensätzen 8, die auf einem Statorkern angeordnet sind (siehe 3), und einen Rotor 8r mit Permanentmagneten 8m, die in einem Rotorkern angeordnet sind (siehe 3), umfasst. Wie in 1 dargestellt, zeigt das vorliegende Ausführungsbeispiel die sternförmig geschalteten (Y-geschalteten) Spulensätze 8, bei denen die Statorspulen von drei Phasen (8u, 8v und 8w) an einem Neutralpunkt NP kurzgeschlossen sind. Die Anzahl der Phasen, eine Anschlussmethode (Sternschaltung oder Dreieckschaltung), die Art der Wicklung der Statorspulen (8u, 8v und 8w) (verteilte Wicklung oder konzentrierte Wicklung) usw. sind jedoch nicht eingeschränkt. Es sei angemerkt, dass die rotierende elektrische Maschine 80 als Elektromotor und als Generator arbeiten kann.
  • Das Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine 100 umfasst M Wechselrichter 50, die jeweils an eine Gleichstromenergieversorgung 41 und einen der Spulensätze 8 angeschlossen sind, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen umzuwandeln. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, umfasst das Steuerungssystem 100 für eine rotierende elektrische Maschine einen ersten Inverter bzw. Wechselrichter 51, der mit der Gleichstromenergieversorgung 41 und dem ersten Spulensatz 81 verbunden ist, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen (hier drei Phasen) umzuwandeln; und einen zweiten Inverter bzw. Wechselrichter 52, der mit der Gleichstromenergieversorgung 41 und dem zweiten Spulensatz 82 verbunden ist, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen (hier drei Phasen) umzuwandeln. Das heißt, das Steuerungssystem der rotierenden elektrischen Maschine 100 umfasst die beiden Wechselrichter 50, die für die beiden Spulensätze 8 bereitgestellt sind. Der erste Wechselrichter 51 und der zweite Wechselrichter 52 sind die Wechselrichter 50 mit den gleichen Spezifikationen (der gleichen Konfiguration und den gleichen elektrischen Spezifikationen).
  • Die Gleichstromenergieversorgung 41 besteht z.B. aus einer wiederaufladbaren Sekundärbatterie (Akku), wie z.B. einer Lithium-Ionen-Batterie, oder einem elektrischen Doppelschichtkondensator. Wenn die rotierende elektrische Maschine 80 die Antriebskraftquelle eines Fahrzeugs ist, ist das Gleichstromenergieversorgung 41 ein Hochspannungs-Großleistungs-Gleichstromenergieversorgung und hat eine Nenn-Versorgungsspannung von z.B. 200 bis 400 [V]. Auf einer Gleichstromseite der Wechselrichter 50 ist ein Glättungskondensator (Gleichstromzwischenkreiskondensator 42) bereitgestellt, der eine Spannung zwischen positiv und negativ (Gleichstromzwischenkreisspannung) glättet.
  • Jeder Wechselrichter 50 ist so konfiguriert, dass er eine Vielzahl von Schaltelementen 5 umfasst. Für die Schaltelemente 5 werden vorzugsweise Leistungshalbleiterbauelemente wie Isolierschicht-Bipolartransistoren (IGBTs), Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Siliziumkarbid-Metalloxid-Halbleiter-FETs (SiC-MOSFETs), SiC-Statik-Induktions-Transistoren (SiC-SITs) und Galliumnitrid-MOSFETs (GaN-MOSFETs) verwendet. 1 zeigt beispielhaft einen Modus, in dem IGBTs als Schaltelemente 5 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass jedes Schaltelement 5 eine Freilaufdiode 5d parallel dazu umfasst, wobei eine Richtung, die von negativ nach positiv geht (eine Richtung, die von einer Unterstufenseite zu einer Oberstufenseite geht), eine Durchlassrichtung ist.
  • Jeder Wechselrichter 50 umfasst eine Vielzahl von (hier drei) Zweigen bzw. Armen, jeweils für eine Phase des Wechselstroms und einschließlich einer Reihenschaltung aus einem oberstufenseitigen Schaltelement 5H und einem unterstufenseitigen Schaltelement 5L. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Brückenschaltung gebildet, in der für jede der Statorspulen (8u, 8v und 8w) entsprechend einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase jedes Spulensatzes 8 eine Reihenschaltung (Arm) bereitgestellt ist. Ein Mittelpunkt jedes Arms, d.h. ein Verbindungspunkt zwischen einem oberstufenseitigen Schaltelement 5H und einem unterstufenseitigen Schaltelement 5L, ist mit einer der Statorspulen (8u, 8v und 8w) verbunden, die der U-Phase, V-Phase und W-Phase jedes Spulensatzes 8 entsprechen.
  • Wie in 1 dargestellt, wird jeder Wechselrichter 50 von einer Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 gesteuert. Die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 umfasst eine Steuerschaltung 10 (CTRL) und Ansteuerschaltungen 20 (DRV). 1 (und 2) zeigt beispielhaft einen Modus, in dem die beiden (M) Antriebsschaltungen 20 für die beiden (M) Wechselrichter 50 bereitgestellt sind. So ist ein erster Antriebskreis 21 für den ersten Wechselrichter 51 und ein zweiter Antriebskreis 22 für den zweiten Wechselrichter 52 bereitgestellt. Alle Antriebsschaltungen 20 haben die gleichen Spezifikationen (die gleiche Konfiguration und die gleichen elektrischen Spezifikationen), und die erste Antriebsschaltung 21 und die zweite Antriebsschaltung 22 sind die Antriebsschaltungen 20 mit den gleichen Spezifikationen (die gleiche Konfiguration und die gleichen elektrischen Spezifikationen). Obwohl Einzelheiten später beschrieben werden, ist die Steuerschaltung 10 so bereitgestellt, dass sie von den beiden Wechselrichtern 50 gemeinsam genutzt wird, und erzeugt Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS) zur Steuerung der Vielzahl von Schaltelementen 5 im ersten Wechselrichter 51 und im zweiten Wechselrichter 52, um den ersten Wechselrichter 51 und den zweiten Wechselrichter 52 zu steuern. Die Steuerschaltung 10 erzeugt nämlich Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS) für die Wechselrichter 50, um alle M Wechselrichter 50 zu steuern.
  • Die Steuerschaltung 10 ist so aufgebaut, dass sie als Kernstück einen Prozessor, wie z.B. einen Mikrocomputer, verwendet. Die Steuerschaltung 10 steuert beispielsweise die rotierende elektrische Maschine 80 über die Wechselrichter 50, indem sie eine Stromrückkopplungssteuerung durchführt, die ein Vektorsteuerungsverfahren verwendet, basierend auf dem Solldrehmoment (Drehmomentanweisung T*: siehe 2 usw.) der rotierenden elektrischen Maschine 80, das als Anforderungssignal von einer anderen Steuerungsvorrichtung usw. bereitgestellt wird, wie z.B. einer Fahrzeugsteuerungsvorrichtung (nicht dargestellt), die eine der übergeordneten Steuerungsvorrichtungen ist. Wie in 3 gezeigt, wird bei dem Vektorsteuerungsverfahren eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, indem die Koordinaten der Ist-Ströme (In: Iu, Iv und Iw), die durch die rotierende elektrische Maschine fließen, in Vektorkomponenten (Id und Iq) auf einer d-Achse, die eine Richtung eines Magnetfeldes (Magnetflusses) angibt, das von den im Rotor 8r angeordneten Permanentmagneten 8m erzeugt wird, und einer q-Achse, die eine Richtung orthogonal zur d-Achse angibt (eine Richtung, die um einen elektrischen Winkel von π/2 relativ zur Richtung des Magnetfeldes vorgeschoben ist), transformiert werden. Es sei angemerkt, dass „Ia“ einen kombinierten Strom angibt, der durch die Kombination von Vektoren erhalten wird. Wie später unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wird, führt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 (Steuerschaltung 10) eine Rückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine 80 in einem orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem durch, basierend auf der Abweichung zwischen Stromanweisungen (I*), die basierend auf einer Drehmomentanweisung T* für die rotierende elektrische Maschine 80 erhalten werden, und den Ist-Strömen In.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, werden die Ist-Ströme In, die durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließen, von zwei (M) Stromsensoren 6 (SEN-I) erfasst, und die Steuerschaltung 10 erhält die Ergebnisse der Erfassung. Ein Stromsensor 6 ist für einen Spulensatz 8 mit N Phasen bereitgestellt und erfasst einen Wechselstrom jeder Phase, der durch den Spulensatz 8 fließt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt, sind zwei Stromsensoren 6 (61 und 62) für die beiden Spulensätze 8 (81 und 82) bereitgestellt.
  • Die Ist-Ströme In fließen sowohl durch den ersten Spulensatz 81 als auch durch den zweiten Spulensatz 82 (alle M-Spulensätze 8). Um Ströme zu erfassen, die durch alle M Spulensätze 8 fließen, sind die M Stromsensoren 6 bereitgestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Stromsensor 61 bereitgestellt, der einen Wechselstrom jeder Phase erfasst, der durch den ersten Spulensatz 81 fließt, und der zweite Stromsensor 62, der einen Wechselstrom jeder Phase erfasst, der durch den zweiten Spulensatz 82 fließt. Obwohl 1 beispielhaft einen Modus zeigt, in dem die Stromsensoren 6 Wechselströme von drei Phasen erfassen, sind in einem Fall von z.B. dreiphasigen Wechselströmen drei Phasen symmetrisch und die Summe der Momentanwerte davon ist Null, und daher können die Ströme von nur zwei Phasen erfasst werden und die verbleibende eine Phase kann durch Berechnung durch die Steuerschaltung 10 ermittelt werden. Das heißt, jeder Stromsensor 6 (61, 62) muss nicht notwendigerweise N Erfassungsteile enthalten, die allen N Phasen entsprechen, und kann so konfiguriert sein, dass er (N-1) Erfassungsteile umfasst. Da ein durch Berechnung erhaltener Stromwert auch als Erfassungswert betrachtet werden kann, führt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 auch in diesem Fall eine Stromrückkopplung der rotierenden elektrischen Maschine 80 durch, wobei alle Erfassungswerte der Ströme jeder der N Phasen verwendet werden.
  • Außerdem werden die magnetische Polstellung (elektrischer Winkel θ: siehe 3) zu jedem Zeitpunkt des Rotors 8r der rotierenden elektrischen Maschine 80 und die Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit ω) des Rotors 8r von einem Drehsensor 7 (SEN-R), z.B. einem Resolver, erfasst, und die Steuerschaltung 10 erhält Ergebnisse der Erfassung. Die Steuerschaltung 10 führt eine Stromrückkopplungssteuerung unter Verwendung der Erfassungsergebnisse durch die Stromsensoren 6 und den Drehsensor 7 durch.
  • Wie in 2 dargestellt, ist die Steuerschaltung 10 so konfiguriert, dass sie verschiedene Funktionsteile für die Stromrückkopplungssteuerung umfasst, und jeder Funktionsteil wird durch das Zusammenwirken von Hardware, wie z.B. einem Mikrocomputer, und Software (Programm) implementiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Steuerschaltung 10 einen Stromanweisungsberechnungsteil 11, einen Spannungsanweisungsberechnungsteil 12, einen Zwei-zu-Drei-Phasen-Koordinatentransformationsteil 13, einen Modulationsteil 14, einen Drei-zu-ZweiPhasen-Koordinatentransformationsteil 15 und einen Ist-Strom-Berechnungsteil 16. Die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 (Steuerschaltung 10) transformiert Ist-Ströme In, die Wechselströme von N Phasen sind, in Zweiphasenströme Idq (Id und Iq) im orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem, berechnet die Zweiphasen-Spannungsanweisungen V* (Vd* und Vq*) im orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem aufgrund der Abweichung zwischen den zweiphasigen Stromanweisungen I* (Id* und Iq*), die Stromanweisungen im orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem sind, und den zweiphasigen Strömen Idq (Id und Iq), transformiert die Zweiphasen-Spannungsanweisungen V* (Vd* und Vq*) in N-Phasen-Spannungsanweisungen (hier Dreiphasen-Spannungsanweisungen Vn* (Vu*, Vv* und Vw*)), die an den ersten Spulensatz 81 von N Phasen und den zweiten Spulensatz 82 von N Phasen anzulegen sind, und erzeugt Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS) auf der Grundlage der N-Phasen-Spannungsanweisungen (Vn*: Vu*, Vv*, und Vw*).
  • Der Stromanweisungsberechnungsteil 11 berechnet Sollströme (Zweiphasen-Stromanweisungen I*), die durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließen, basierend auf einer Drehmomentanweisung T* (Solldrehmoment). Wie vorstehend beschrieben, berechnet der Stromanweisungsberechnungsteil 11 als Stromanweisungen I* eine d-Achsen-Stromanweisung Id* und eine q-Achsen-Stromanweisung Iq*, da die Steuerschaltung 10 eine Rückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine 80 im orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem durchführt. Dabei kann der Stromanweisungsberechnungsteil 11 „zweiphasige Stromanweisungen I* berechnen, wobei durch einen Spulensatz 8 fließende Ströme Soll-Ströme sind“ oder „zweiphasige Stromanweisungen I* berechnen, wobei Ströme, die durch Summieren von durch den ersten Spulensatz 81 fließenden Strömen und durch den zweiten Spulensatz 82 fließenden Strömen (Ströme, die durch Summieren von durch alle M Spulensätze 8 fließenden Strömen erhalten werden) Soll-Ströme sind“. Wenn der Stromanweisungsberechnungsteil 11 „zweiphasige Stromanweisungen I* berechnet, wobei die durch einen Spulensatz 8 fließenden Ströme Soll-Ströme sind“, ist eine Drehmomentanweisung T* 1/2 des gesamten Soll-Moments der rotierenden elektrischen Maschine 80. In diesem Fall sind die Drehmomentanweisungen T* für die jeweiligen Spulensätze 8 identisch, und die Sätze der Zweiphasen-Stromanweisungen I* für die jeweiligen Spulensätze 8 sind ebenfalls identisch.
  • Der Spannungsanweisungsberechnungsteil 12 berechnet Zweiphasen-Spannungsanweisungen V*, die Anweisungen für an die Wechselrichter 50 anzulegende Spannungen sind, basierend auf der Abweichung zwischen den Zweiphasen-Stromanweisungen I* und den Ist-Strömen In (ein U-Phasenstrom Iu, ein V-Phasenstrom Iv und ein W-Phasenstrom Iw) der rotierenden elektrischen Maschine 80. Obwohl hier ein Modus veranschaulicht wird, in dem der Spannungsanweisungsberechnungsteil 12 so konfiguriert ist, dass er einen Proportional-Integral-Regler (PI) umfasst, kann der Spannungsanweisungsberechnungsteil 12 so konfiguriert sein, dass er einen Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID) umfasst.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 (Steuerschaltung 10) eine Stromrückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine 80 unter Verwendung erster Erfassungswerte I1, die Erfassungswerte für die jeweiligen N Phasen (hier drei Phasen) sind, die von dem ersten Stromsensor 61 erhalten werden, und zweiter Erfassungswerte 12, die Erfassungswerte für die jeweiligen N Phasen (hier drei Phasen) sind, die von dem zweiten Stromsensor 62 erhalten werden, durch. Wie in 2 dargestellt, umfasst die Steuerschaltung 10 daher den Ist-Strom-Berechnungsteil 16, der die durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließenden Ist-Ströme In auf der Grundlage der ersten Erfassungswerte I1 und der zweiten Erfassungswerte 12 bestimmt.
  • Wenn der Stromanweisungsberechnungsteil 11 „Zweiphasen-Stromanweisungen I* berechnet, wobei die durch einen Spulensatz 8 fließenden Ströme Sollströme sind“, bestimmt der Ist-Strom-Berechnungsteil 16 die durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließenden Ist-Ströme In durch Mittelung bzw. Mittelwertbildung der ersten Erfassungswerte I1 und der zweiten Erfassungswerte 12, wie in den folgenden Gleichungen (1) bis (3) gezeigt (die folgenden Gleichungen veranschaulichen einen Fall von „M = 2“.). Iu= ( Iu1+Iu2 ) / 2 ( 1 ) Iv= ( Iv1+Iv2 ) / 2 ( 2 ) Iw= ( Iw1+Iw2 ) / 2
    Figure DE112020000408T5_0001
  • Der Ist-Strom-Berechnungsteil 16 ist so konfiguriert, dass er Addierer umfasst und einen Ist-Strom In berechnen kann, indem er einen ersten Erfassungswert I1 und einen zweiten Erfassungswert 12, die zum gleichen Zeitpunkt erhalten werden, addiert und ein Ergebnis der Addition durch zwei dividiert. Die Steuerschaltung 10, die einen Mikrocomputer als Kern verwendet, führt Berechnungen mit Binärzahlen durch. Daher kann in einem Fall von „M = 2“, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, durch Ausführen einer Bitverschiebung (in diesem Fall eine Rechtsverschiebung) an einem Additionsergebnis das Additionsergebnis leicht durch zwei geteilt werden, wodurch ein Mittelwert bestimmt werden kann (einschließlich Aufrunden, Abrunden und Abrunden eines Bruchteils). Wenn der Stromanweisungsberechnungsteil 11 Zweiphasen-Stromanweisungen I* berechnet hat, wobei die durch einen Spulensatz 8 fließenden Ströme Sollströme sind, berechnet ein Abweichungsberechnungsteil 12a die Abweichung zwischen den Zweiphasen-Stromanweisungen I* und den Ist-Strömen In, die als Stromwerte pro Spulensatz 8 durch den Ist-Strom-Berechnungsteil 16 gemittelt werden. Wie in 2 dargestellt, ist der Abweichungsberechnungsteil 12a so konfiguriert, dass er Addierer (Subtrahierer) umfasst.
  • Wenn der Stromanweisungsberechnungsteil 11 „zweiphasige Stromanweisungen I* berechnet, wobei Ströme, die durch Summieren von durch den ersten Spulensatz 81 fließenden Strömen und durch den zweiten Spulensatz 82 fließenden Strömen erhalten werden (Ströme, die durch Summieren von durch alle M Spulensätze 8 fließenden Strömen erhalten werden), Soll-Ströme sind, bestimmt der Ist-Strom-Berechnungsteil 16 Ist-Ströme In, die durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließen, durch Summieren erster Erfassungswerte I1 und zweiter Erfassungswerte 12. Der Ist-Strom-Berechnungsteil 16 ist so konfiguriert, dass er Addierer umfasst, und berechnet einen Ist-Strom In, indem er einen ersten Erfassungswert I1 und einen zweiten Erfassungswert 12 addiert, die zum gleichen Zeitpunkt erhalten werden. In diesem Fall werden Zweiphasen-Stromanweisungen I* berechnet, wobei Ströme, die durch Summieren von Strömen, die durch den ersten Spulensatz 81 fließen, und Strömen, die durch den zweiten Spulensatz 82 fließen, Soll-Ströme sind, und der Abweichungsberechnungsteil 12a berechnet die Abweichung zwischen den Zweiphasen-Stromanweisungen I* und den Ist-Strömen In, die durch den Ist-Strom-Berechnungsteil 16 summiert werden.
  • Obwohl in der obigen Beschreibung der Fall „M = 2“ beispielhaft beschrieben ist, ermittelt der Ist-Strom-Berechnungsteil 16 die durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließenden Ist-Ströme In durch Mittelwertbildung der von den M Stromsensoren 6 erhaltenen Erfassungswerte (durch Addition aller von den M Stromsensoren 6 erhaltenen Erfassungswerte und Division eines Ergebnisses der Addition durch M). Alternativ bestimmt der Ist-Strom-Berechnungsteil 16 die durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließenden Ist-Ströme In durch Addition aller von den M Stromsensoren 6 erhaltenen Erfassungswerte für die M Spulensätze 8.
  • Da der Abweichungsberechnungsteil 12a die Abweichung von den Zweiphasenstromvorgaben I* berechnet, transformiert der Drei-zu-Zwei-Phasen-Koordinatentransformationsteil 15 die Koordinaten der Ist-Ströme In (Iu, Iv und Iw) in Zweiphasenströme Idq (Id und Iq) (siehe 3 für ein Konzept der Koordinatentransformation). Der Drei-zu-Zwei-Phasen-Koordinatentransformationsteil 15 führt die Koordinatentransformation auf der Grundlage einer Drehposition (eine Magnetpolposition und ein elektrischer Winkel θ) zu jedem Zeitpunkt des Rotors 8r durch, die vom Drehsensor 7 (SEN-R) erfasst wird.
  • 2 zeigt beispielhaft einen Modus, in dem der Abweichungsberechnungsteil 12a, der zwischen dem Stromanweisungsberechnungsteil 11 und dem Spannungsanweisungsberechnungsteil 12 bereitgestellt ist, die Abweichung zwischen den Zweiphasenströmen Idq (einem d-Achsenstrom Id und einem q-Achsenstrom Iq), die durch den Drei-zu-Zwei-Phasen-Koordinatentransformationsteil 15 transformiert wurden, und einer d-Achsenstromanweisung Id* und einer q-Achsenstromanweisung Iq* berechnet. Der Abweichungsberechnungsteil 12a kann jedoch im Spannungsanweisungsberechnungsteil 12 enthalten sein, und der Spannungsanweisungsberechnungsteil 12 kann die Abweichung berechnen. Der Spannungsanweisungsberechnungsteil 12 berechnet eine d-Achsen-Spannungsanweisung Vd* auf der Grundlage der Abweichung zwischen der d-Achsen-Stromanweisung Id* und dem d-Achsen-Strom Id und der Drehgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit ω), und berechnet eine q-Achsen-Spannungsanweisung Vq* auf der Grundlage der Abweichung zwischen der q-Achsen-Stromanweisung Iq* und dem q-Achsen-Strom Iq und der Drehgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit ω).
  • Der Zwei-zu-Drei-Phasen-Koordinatentransformationsteil 13 transformiert die Koordinaten der Zweiphasen-Spannungsanweisungen V* (die d-Achsen-Spannungsanweisung Vd* und die q-Achsen-Spannungsanweisung Vq*) im orthogonalen d-q-Achsen-Vektor-Koordinatensystem in Dreiphasen-Spannungsanweisungen Vn* (eine U-Phasen-Spannungsanweisung Vu*, eine V-Phasen-Spannungsanweisung Vv* und eine W-Phasen-Spannungsanweisung Vw*), die den Wechselrichtern 50 mit drei Phasen entsprechen.
    Der Modulationsteil 14 erzeugt Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS) für die drei Phasen der Wechselrichter 50, basierend auf jeder der dreiphasigen Spannungsanweisungen Vn* (die U-Phasen-Spannungsanweisung Vu*, die V-Phasen-Spannungsanweisung Vv* und die W-Phasen-Spannungsanweisung Vw*). Da, wie in 2 gezeigt, Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS) erzeugt werden, die die oberstufenseitigen Schaltelemente 5H und die unterstufenseitigen Schaltelemente 5L für die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase steuern, werden insgesamt sechs Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS) erzeugt. Hier ist eine Betriebsart beispielhaft dargestellt, bei der der Modulationsteil 14 Schaltsteuersignale durch Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt.
  • Ein Steueranschluss (z.B. ein Gate-Anschluss eines IGBT) jedes Schaltelements 5, das in jedem Wechselrichter 50 enthalten ist, ist über eine entsprechende Treiberschaltung 20 mit der Steuerschaltung 10 verbunden, und die Schaltsteuerung wird für jedes Schaltelement 5 individuell durchgeführt. Die Steuerschaltung 10, die Source-Signale SS von Schaltsteuersignalen S erzeugt, umfasst, wie vorstehend beschrieben, einen Mikrocomputer usw. als Kern, und die Betriebsspannung davon ist beispielsweise 5 [V], 3,3 [V] oder 2,5 [V]. Andererseits sind die Wechselrichter 50, wie vorstehend beschrieben, an die Gleichstromenergieversorgung 41 mit einer Nennversorgungsspannung von z.B. 200 bis 400 [V] angeschlossen, und ein Ansteuersignal von z.B. 15 bis 20 [V] muss in die Steuerklemmen der Schaltelemente 5 eingegeben werden.
  • Die Ansteuerungsschaltungen 20 verbessern jede der Ansteuerungsfähigkeiten (Fähigkeiten, die den Betrieb einer Schaltung in einer nachfolgenden Stufe ermöglichen, z.B. Spannungsamplitude und Ausgangsstrom) der von der Steuerschaltung 10 erzeugten Source-Signale SS der Schaltsteuersignale S und geben die Source-Signale SS an die Wechselrichter 50 weiter. Wenn die von der Steuerschaltung 10 erzeugten Source-Signale SS von den von den Antriebsschaltungen 20 ausgegebenen Signalen unterschieden werden, werden die Signale als Antriebssignale DS bezeichnet. Darüber hinaus werden die Source-Signale SS und die Ansteuersignale DS gemeinsam als Schaltsteuersignale S bezeichnet. Nämlich erzeugt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 Schaltsteuersignale S oder erzeugt und gibt Schaltsteuersignale S aus, und genauer gesagt erzeugt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 Source-Signale SS und gibt die Source-Signale SS als Ansteuersignale DS aus.
  • Wie vorstehend beschrieben, haben der erste Spulensatz 81 und der zweite Spulensatz 82 (alle M-Spulensätze 8) die gleiche Konfiguration und auch die gleichen elektrischen Spezifikationen, mit Ausnahme einzelner Unterschiede. Auch der erste Wechselrichter 51 und der zweite Wechselrichter 52 (alle M-Wechselrichter 50) sind gleich aufgebaut und haben bis auf einzelne Unterschiede die gleichen elektrischen Daten. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Schaltsteuerung der beiden Wechselrichter 50 zum gleichen Zeitpunkt durchgeführt. Daher wird die Schaltsteuerung der beiden Wechselrichter 50 (aller M Wechselrichter 50) durch gemeinsame Schaltsteuersignale S (Ansteuersignale DS) ausgeführt. Daher erzeugt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 gemeinsame Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS und Ansteuersignale DS) für den ersten Wechselrichter 51 und den zweiten Wechselrichter 52 (alle M-Wechselrichter 50).
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, erzeugt die Steuerschaltung 10 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemeinsame Source-Signale SS für den ersten Wechselrichter 51 und den zweiten Wechselrichter 52 (alle M-Wechselrichter 50) und stellt den Wechselrichtern 50 Ansteuersignale DS zur Verfügung, die von den verschiedenen Ansteuerungsschaltungen 20 basierend auf denselben Source-Signalen SS weitergegeben werden. Das heißt, Ansteuersignale DS, die von der ersten Ansteuerungsschaltung 21 basierend auf denselben Source-Signalen SS weitergegeben werden, werden dem ersten Wechselrichter 51 zugeführt, und Ansteuersignale DS, die von der zweiten Ansteuerungsschaltung 22 basierend auf denselben Source-Signalen SS weitergegeben werden, werden dem zweiten Wechselrichter 52 zugeführt. In dieser Betriebsart sind Steueranschlüsse (in diesem Fall Gate-Anschlüsse) von Schaltelementen 5 (z.B. oberstufenseitige Schaltelemente 5H der U-Phase), deren Schaltsteuerung in beiden Wechselrichtern 50 (allen M-Wechselrichtern 50) zum gleichen Zeitpunkt erfolgt, voneinander getrennt, indem die Ansteuerschaltungen 20 dazwischengeschaltet sind, und somit wird unterdrückt, dass sich die Schaltelemente 5 aufgrund individueller Unterschiede gegenseitig beeinflussen.
  • Wenn jedoch beispielsweise der Einfluss zwischen den Schaltelementen 5 vernachlässigbar ist, ist der Modus nicht darauf beschränkt. Wie in 4 gezeigt, können Ansteuersignale DS, die von derselben Ansteuerschaltung 20 ausgegeben werden, den verschiedenen Wechselrichtern 50 zugeführt werden. Da in diesem Fall die Erhöhung der Anzahl der Ansteuerungsschaltungen 20 unterdrückt werden kann, kann die Miniaturisierung und Kostenreduzierung des Steuerungssystems für rotierende elektrische Maschinen 100 erreicht werden.
  • Wenn, wie vorstehend beschrieben, die Spulensätze 8 die gleiche Konfiguration und die gleichen elektrischen Spezifikationen haben und die Wechselrichter 50 die gleiche Konfiguration und die gleichen elektrischen Spezifikationen haben und von einer einzigen Steuerschaltung 10 (einer einzigen Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30) gesteuert werden, müssen nicht mehrere Stromsensoren 6 bereitgestellt werden, wie es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist. In einem Fall von „M = 2“ können beispielsweise durch die Durchführung einer Rückkopplungssteuerung durch Erfassen von Wechselströmen nur auf einer Wechselstromseite eines der Wechselrichter 50 (einer der Spulensätze 8) beide Wechselrichter 50 durch dieselben Schaltsteuersignale S (Source-Signale SS) angesteuert werden. Für den anderen Wechselrichter 50 (den anderen Spulensatz 8) ist z.B. eine Überstromerkennungsschaltung unter Verwendung eines Shunt-Widerstands usw. bereitgestellt, durch die der andere Wechselrichter 50 für den Zeitpunkt eines Ausfalls usw. vorbereitet werden kann. Auch wenn M drei oder mehr ist, können durch die Durchführung einer Rückkopplungssteuerung, bei der Wechselströme nur in einer beliebigen Anzahl von Spulensätzen 8 kleiner oder gleich (M-1) erfasst werden, alle M Wechselrichter 50 mit denselben Schaltsteuersignalen S (Source-Signale SS) angesteuert werden. Für einen Wechselrichter 50 (Spulensatz 8), der keine Wechselströme erkennt, ist, wie vorstehend beschrieben, z.B. eine Überstromerkennungsschaltung mit einem Shunt-Widerstand usw. bereitgestellt.
  • Es gibt jedoch einen Fall, in dem selbst bei identischen Spezifikationen Wechselströme, die durch den ersten Spulensatz 81 fließen, sich von Wechselströmen unterscheiden, die durch den zweiten Spulensatz 82 fließen, und zwar aufgrund individueller Unterschiede zwischen den Spulensätzen 8, individueller Unterschiede zwischen den Schaltelementen 5, die in den Wechselrichtern 50 enthalten sind, usw. Das heißt, es gibt einen Fall, in dem die durch die M Spulensätze 8 fließenden Wechselströme voneinander abweichen. Wenn die Rückkopplungssteuerung der durch beide Spulensätze 8 fließenden Ströme auf der Grundlage der durch einen der Spulensätze 8 fließenden Ströme durchgeführt wird, besteht daher die Möglichkeit, dass eine Differenz zwischen den durch beide Spulensätze 8 fließenden Strömen aufgrund eines Fehlers zunimmt. Das heißt, wenn die Rückkopplungssteuerung der durch alle M Spulensätze 8 fließenden Ströme auf der Grundlage der durch einen oder mehrere der M Spulensätze 8 fließenden Ströme durchgeführt wird, besteht die Möglichkeit, dass eine Differenz zwischen den durch die Spulensätze 8 fließenden Strömen aufgrund eines Fehlers zunimmt. Es besteht nämlich die Möglichkeit, dass eine Differenz zwischen Strömen, die auf der Grundlage einer Drehmomentanweisung T* (Soll-Drehmoment) erhalten werden, und Strömen, die tatsächlich durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließen, zunimmt. Eine solche Stromdifferenz verursacht Drehmomentschwankungen der rotierenden elektrischen Maschine 80.
  • Wie vorstehend beschrieben, können jedoch durch Ausführen einer Rückkopplungssteuerung auf der Grundlage von Durchschnitts- bzw. Mittelwerten von ersten Erfassungswerten I1, die Erfassungswerte von Strömen sind, die durch den ersten Spulensatz 81 fließen, und zweiten Erfassungswerten 12, die Erfassungswerte von Strömen sind, die durch den zweiten Spulensatz 82 fließen, oder auf der Grundlage von summierten Werten, Ströme, die auf der Grundlage einer Drehmomentanweisung T* (Zieldrehmoment) erhalten werden, durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließen. Das heißt, durch Ausführen einer Rückkopplungssteuerung unter Verwendung von Durchschnittswerten von Erfassungswerten für jede der N Phasen, die von den M Stromsensoren 6 erhalten werden, oder aller addierten Werte, können Ströme, die basierend auf einer Drehmomentanweisung T* (Soll-Drehmoment) erhalten werden, durch die rotierende elektrische Maschine 80 fließen. Daher kann die rotierende elektrische Maschine 80 ein auf der Grundlage der Drehmomentanweisung T* bestimmtes Drehmoment ausgeben, und Drehmomentschwankungen können unterdrückt werden.
  • Selbstverständlich kann die Steuerung eines ersten Systems mit dem ersten Spulensatz 81 und dem ersten Wechselrichter 51 und eines zweiten Systems mit dem zweiten Spulensatz 82 und dem zweiten Wechselrichter 52 auch mit unterschiedlichen Steuerschaltungen erfolgen. Das heißt, entsprechend M-Systemen kann die Steuerung auch mit M Steuerschaltungen durchgeführt werden. In diesem Fall sind jedoch mehrere Steuerschaltungen 10, wie in den 1 und 2 beispielhaft dargestellt, erforderlich. Alternativ muss eine einzelne Steuerschaltung 10 zeitlich aufgeteilt werden, was die Rechenlast eines Prozessors, wie z.B. eines Mikrocomputers, der ein Kernstück der Steuerschaltung 10 ist, erhöht, und in einigen Fällen ergibt sich die Notwendigkeit, einen Prozessor mit hoher Rechenleistung zu verwenden. Daher besteht die Möglichkeit einer Erhöhung der Größe oder der Kosten des Steuerungssystems für rotierende elektrische Maschinen 100.
  • Wie vorstehend beschrieben, können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spulensätze 8 und die Wechselrichter 50 von zwei Systemen durch eine einzige Steuerschaltung 10 gesteuert werden. Das heißt, die Spulensätze 8 und die Wechselrichter 50 einer Vielzahl von Systemen (M) können von einer einzigen Steuerschaltung 10 gesteuert werden. Daher kann eine Erhöhung der Größe oder der Kosten des Steuerungssystems für rotierende elektrische Maschinen 100 unterdrückt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterdrückt das Steuerungssystem 100 für eine rotierende elektrische Maschine, dessen Steuerungsziel die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 80 mit einer Vielzahl von Spulensätzen 8 ist, eine Zunahme seiner Größe zusammen mit einer Zunahme der Anzahl von Spulensätzen 8 und kann die rotierende elektrische Maschine 80 durch Unterdrückung von Drehmomentwelligkeit, Vibration usw. angemessen steuern.
  • In der obigen Beschreibung wird das Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine 100, dessen Steuerungsziel die rotierende elektrische Wechselstrommaschine 80 ist, die den ersten Spulensatz 81 mit N Phasen (N ist eine natürliche Zahl) und den zweiten Spulensatz 82 mit N Phasen umfasst, beispielhaft dargestellt und beschrieben. Insbesondere wird ein Modus veranschaulicht, in dem das Steuerungssystem der rotierenden elektrischen Maschine 100 den ersten Wechselrichter 51, der mit der Gleichstromenergieversorgung 41 und dem ersten Spulensatz 81 verbunden ist, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen umzuwandeln; einen zweiten Wechselrichter 52, der mit der Gleichstromenergieversorgung 41 und dem zweiten Spulensatz 82 verbunden ist, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen umzuwandeln; einen ersten Stromsensor 61, der für einen Spulensatz 8 von N Phasen bereitgestellt ist, um einen Wechselstrom jeder Phase zu erfassen, der durch den ersten Spulensatz 81 fließt; einen zweiten Stromsensor 62, der für einen Spulensatz 8 von N Phasen bereitgestellt ist, um einen Wechselstrom jeder Phase zu erfassen, der durch den zweiten Spulensatz 82 fließt; und die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30, die Schaltsteuersignale S für den ersten Wechselrichter 51 und den zweiten Wechselrichter 52 erzeugt, um den ersten Wechselrichter 51 und den zweiten Wechselrichter 52 zu steuern, und die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung 30 eine Stromrückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine 80 unter Verwendung erster Erfassungswerte I1, die Erfassungswerte für die jeweiligen N Phasen sind, die durch den ersten Stromsensor 61 erhalten werden, und zweiter Erfassungswerte 12, die Erfassungswerte für die jeweiligen N Phasen sind, die durch den zweiten Stromsensor 62 erhalten werden, durchführt, um gemeinsame Schaltsteuersignale S für den ersten Wechselrichter 51 und den zweiten Wechselrichter 52 zu erzeugen. Dieser Modus veranschaulicht einen Fall von „M = 2“, aber wie beispielhaft dargestellt, kann auch ein Fall, in dem M drei oder mehr ist, von einem Fachmann leicht verstanden werden, und daher wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
  • [Zusammenfassung des Ausführungsbeispiels]
  • Im Folgenden wird eine Zusammenfassung eines Steuerungssystems für rotierende elektrische Maschinen (100) kurz beschrieben.
  • In einem Aspekt umfasst ein Steuerungssystem (100) für eine rotierende elektrische Maschine, dessen Steuerungsziel eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine (80) ist, die M Spulensätze (8) (M ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 2) mit N Phasen (N ist eine natürliche Zahl) umfasst, M Wechselrichter (50), die jeweils eine Vielzahl von Schaltelementen (5) umfassen und mit einer Gleichstromenergieversorgung (41) und einem der Spulensätze (8) verbunden sind, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen umzuwandeln; M Stromsensoren (6), die jeweils für einen der Spulensätze (8) von N Phasen bereitgestellt sind, um einen durch den Spulensatz (8) fließenden Wechselstrom jeder Phase zu erfassen; und eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30), die Schaltsteuersignale (S) zum Steuern der Vielzahl von Schaltelementen (5) erzeugt, um die Wechselrichter (50) zu steuern, und die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) eine Stromrückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine (80) unter Verwendung aller Erfassungswerte für jede der N Phasen, die von den M Stromsensoren (6) erhalten werden, durchführt, um die den M Wechselrichtern (50) gemeinsamen Schaltsteuersignale (S) zu erzeugen.
  • Gemäß dieser Konfiguration werden alle M-Wechselrichter (50) durch die gleichen Schaltsteuersignale (S) gesteuert. Somit wird selbst dann, wenn die rotierende elektrische Maschine (80) eine Vielzahl von Spulensätzen (8) umfasst, eine Zunahme der Größe des Steuerungssystems (100) der rotierenden elektrischen Maschine entsprechend der Anzahl der Spulensätze (8) unterdrückt. Darüber hinaus führt die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30), die die M Wechselrichter (50) steuert, eine Stromrückkopplungssteuerung unter Verwendung aller Erfassungswerte der durch die M Spulensätze (8) fließenden Ströme durch. Es gibt beispielsweise einen Fall, in dem selbst bei gleicher Konfiguration und gleichen elektrischen Spezifikationen zwischen allen M-Spulensätzen (8) und zwischen allen M-Wechselrichtern (50) ein Unterschied in den elektrischen Eigenschaften aufgrund individueller Unterschiede besteht. Indem die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) eine Stromrückkopplungssteuerung unter Verwendung der von allen M Stromsensoren (6) erhaltenen Erfassungswerte durchführt, kann ein aus solchen individuellen Unterschieden resultierender Steuerungsfehler unterdrückt werden. Gemäß dieser Konfiguration unterdrückt das System (100), dessen Steuerungsziel die rotierende elektrische Wechselstrommaschine (80) mit mehreren Spulensätzen (8) ist, eine Zunahme seiner Größe zusammen mit einer Zunahme der Anzahl von Spulensätzen (8) und kann die rotierende elektrische Maschine (80) durch Unterdrückung von Drehmomentwelligkeit, Vibration usw. angemessen Steuern.
  • Dabei ist es bevorzugt, dass die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) eine Stromrückkopplung der rotierenden elektrischen Maschine (80) durchführt, indem sie die durch die rotierende elektrische Maschine (80) fließenden Ist-Ströme (In) durch Mittelwertbildung der von den M Stromsensoren (6) erhaltenen Erfassungswerte bestimmt, oder indem sie die durch die rotierende elektrische Maschine (80) fließenden Ist-Ströme durch Addition aller von den M Stromsensoren (6) erhaltenen Erfassungswerte bestimmt.
  • Schaltsteuersignale (S), die von der Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) erzeugt und ausgegeben werden, entsprechen einem Wechselrichter (50) und einem Spulensatz (8), und somit sind Ströme, die durch einen Spulensatz (8) durch einen Wechselrichter (50) fließen, etwa (1/M) der Ströme, die durch die rotierende elektrische Maschine (80) fließen. Somit kann die rotierende elektrische Maschine (80) durch die Durchführung einer Stromrückkopplungssteuerung, bei der die Ist-Ströme (In) durch Mittelwertbildung der von den M Stromsensoren (6) erhaltenen Erfassungswerte bestimmt werden, angemessen gesteuert werden. Darüber hinaus ist die Summe der Erfassungswerte, die von den M Stromsensoren (6) erhalten werden, der Strom, der durch die rotierende elektrische Maschine (80) fließt, und die rotierende elektrische Maschine (80) gibt das Drehmoment entsprechend den Strömen aus. Daher kann die rotierende elektrische Maschine (80) auch durch die Durchführung einer Stromrückkopplungssteuerung durch Bestimmung der Ist-Ströme (In) durch Addition aller von den M Stromsensoren (6) erhaltenen Erfassungswerte angemessen gesteuert werden.
  • Hier ist es bevorzugt, dass die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) eine Rückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine (80) in einem d-q-Achsen-Orthogonalvektor-Koordinatensystem durchführt, basierend auf der Abweichung zwischen Stromvorgaben (I*), die basierend auf dem Soll-Drehmoment (T*) der rotierenden elektrischen Maschine (80) erhalten werden, und den Ist-Strömen (In), wobei das d-q-Achsen-Orthogonalvektor-Koordinatensystem eine d-Achse, die eine Richtung eines magnetischen Flusses von Permanentmagneten (8m) anzeigt, die in einem Rotor (8r) der rotierenden elektrischen Maschine (80) bereitgestellt sind, und eine q-Achse orthogonal zu der d-Achse aufweist, und die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) die Ist-Ströme (In), die Wechselströme von N Phasen sind, in Zweiphasen-Ströme (Idq) in dem zur d-q-Achse orthogonalen Vektor-Koordinatensystem transformiert, Zweiphasen-Spannungsanweisungen (V*) in dem zur d-q-Achse orthogonalen Vektor-Koordinatensystem berechnet, basierend auf der Abweichung zwischen Zweiphasen-Stromanweisungen (I*), die die Stromanweisungen (I*) in dem orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem sind, und den ZweiphasenStrömen (Idq), Transformieren der Zweiphasen-Spannungsanweisungen (V*) in N-Phasen-Spannungsanweisungen (Vn*), die an den ersten Spulensatz (81) von N Phasen und den zweiten Spulensatz (82) von N Phasen anzulegen sind, und Erzeugen der Schalt-Steuersignale (S) basierend auf den N-Phasen-Spannungsanweisungen (Vn*).
  • Gemäß einer solchen Vektorsteuerung kann die rotierende elektrische Wechselstrommaschine (80) mit N Phasen, die sich in einem N-dimensionalen (N-Phasen-) Koordinatensystem dreht, in demselben zweidimensionalen (Zweiphasen-) Koordinatensystem wie eine rotierende elektrische Gleichstrommaschine gesteuert werden. Somit kann eine Rückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine (80) mit den mehreren Spulensätzen (8) in geeigneter Weise durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass, wenn die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) eine Rückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine (80) in dem orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem durchführt, das Steuerungssystem (100) der rotierenden elektrischen Maschine einen Drehsensor (7) umfasst, der die Drehung des Rotors (8r) erfasst, und die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung (30) eine Koordinatentransformation zwischen einem N-Phasen-Koordinatensystem und dem orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem auf der Grundlage einer von dem Drehsensor (7) erfassten Drehposition (θ) des Rotors (8r) durchführt.
  • Bei der Vektorsteuerung ist das orthogonale d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem ein rotierendes Koordinatensystem, das sich in Bezug auf ein festes Koordinatensystem des Stators (8s) dreht. Da sich das orthogonale d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem entsprechend der Drehung des Rotors (8r)
    dreht, wird die Koordinatentransformation vorzugsweise auf der Grundlage einer vom Drehsensor (7) erfassten Drehposition (θ) des Rotors (8r) durchgeführt.
  • Es ist bevorzugt, dass jeder der Spulensätze (8) sternförmig geschaltete Drehstromspulen sind, bei denen die Spulen der jeweiligen Phasen (8u, 8v und 8w) an einem Neutralpunkt (NP) miteinander verbunden sind.
  • Die an die Gleichstromenergieversorgung (41) und die rotierende elektrische Wechselstrommaschine (80) angeschlossenen Wechselrichter (50) sind in vielen Fällen wegen der Einfachheit ihrer Ansteuerung vom spannungsgesteuerten Typ. So ist es bevorzugt, dass die an die Wechselrichter (50) angeschlossenen Spulensätze (8) der rotierenden elektrischen Maschine (80) ebenfalls eine spannungsgesteuerte Sternschaltung aufweisen, bei der z.B. bei dreiphasigen Wechselströmen die Leitungsspannung das 3(1/2)-fache (dritte Wurzel) der Phasenspannung beträgt.
  • Bezugszeichenliste
    • 5
    Schaltelement,
    6
    Stromsensor,
    7
    Drehsensor,
    8
    Spulensatz,
    8m
    Permanentmagnet,
    8r
    Rotor,
    8u
    U-Phasen-Spule (Spule jeder Phase),
    8v
    V-Phasen-Spule (Spule jeder Phase),
    8w
    W-Phasen-Spule (Spule jeder Phase),
    30
    Wechselrichtersteuerungsvorrichtung,
    41
    Gleichstromenergieversorgung,
    50
    Wechselrichter,
    80
    Rotierende elektrische Maschine,
    81
    Erster Spulensatz,
    100
    Steuerungssystem einer rotierenden elektrischen Maschine,
    I*
    Zweiphasenstrom-Anweisungen,
    I1
    Erster Erfassungswert,
    I2
    Zweiter Erfassungswert,
    In
    Ist-Strom,
    NP
    Neutralpunkt,
    S
    Schaltsteuersignal,
    T*
    Drehmomentanweisung (Soll-Drehmoment),
    V*
    Zweiphasen-Spannungsanweisungen,
    Vn*
    Dreiphasen-Spannungsanweisungen (N-Phasen-Spannungsanweisungen), und
    θ
    Elektrischer Winkel (Drehposition des Rotors)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018130007 A [0002, 0003]

Claims (5)

  1. Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine, dessen Steuerungsziel eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine ist, die M Spulensätze (M ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 2) von N Phasen (N ist eine natürliche Zahl) umfasst, wobei das Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine aufweist: M Wechselrichter, die jeweils eine Vielzahl von Schaltelementen umfassen und mit einer Gleichstromenergieversorgung und einem der Spulensätze verbunden sind, um elektrische Energie zwischen einem Gleichstrom und Wechselströmen von N Phasen umzuwandeln; M Stromsensoren, die jeweils für einen der Spulensätze von N Phasen bereitgestellt sind, um einen durch den Spulensatz fließenden Wechselstrom jeder Phase zu erfassen; und eine Wechselrichtersteuerungsvorrichtung, die Schaltsteuersignale zur Steuerung der Vielzahl von Schaltelementen erzeugt, um die Wechselrichter zu steuern, wobei die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung eine Stromrückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine unter Verwendung aller von den M Stromsensoren erhaltenen Erfassungswerten für jede der N Phasen durchführt, um die den M Wechselrichtern gemeinsamen Schaltsteuersignale zu erzeugen.
  2. Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung eine Stromrückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine durchführt, durch Bestimmen von Ist-Strömen, die durch die rotierende elektrische Maschine fließen, durch Mittelwertbildung der von den M Stromsensoren erhaltenen Erfassungswerte, oder durch Bestimmen von Ist-Strömen, die durch die rotierende elektrische Maschine fließen, durch Addition aller von den M Stromsensoren erhaltenen Erfassungswerte.
  3. Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, wobei die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung eine Rückkopplungssteuerung der rotierenden elektrischen Maschine in einem orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem durchführt, basierend auf einer Abweichung zwischen Stromanweisungen, die basierend auf einem Soll-Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine erhalten werden, und den Ist-Strömen, wobei das orthogonale d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem eine d-Achse, die eine Richtung eines magnetischen Flusses von Permanentmagneten anzeigt, die in einem Rotor der rotierenden elektrischen Maschine bereitgestellt sind, und eine q-Achse orthogonal zu der d-Achse aufweist, und die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung die Ist-Ströme in zweiphasige Ströme im orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem transformiert, wobei die Ist-Ströme Wechselströme von N Phasen sind, Zweiphasen-Spannungsanweisungen im orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem berechnet, basierend auf der Abweichung zwischen Zweiphasen-Stromanweisungen und den Zweiphasenströmen, wobei die Zweiphasen-Stromanweisungen die Stromanweisungen im orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem sind, die Zweiphasen-Spannungsanweisungen in N-Phasen-Spannungsanweisungen transformiert, die an die Spulensätze von N Phasen anzulegen sind, und die Schaltsteuersignale basierend auf den N-Phasen-Spannungsanweisungen erzeugt.
  4. Steuerungssystem für eine rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 3, mit einem Drehsensor, der die Drehung des Rotors erfasst, wobei die Wechselrichtersteuerungsvorrichtung eine Koordinatentransformation zwischen einem N-Phasen-Koordinatensystem und dem orthogonalen d-q-Achsen-Vektorkoordinatensystem durchführt, basierend auf einer vom Drehsensor erfassten Drehposition des Rotors.
  5. Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder der Spulensätze sternförmig geschaltete Dreiphasenspulen sind, bei denen Spulen der jeweiligen Phasen an einem Neutralpunkt miteinander verbunden sind.
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